基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地鑒別研究

◎ 王靜嫻，張 昂

（1.寧夏大學食品科學與工程學院，寧夏 銀川 750021；2.秦皇島海關技術中心，河北 秦皇島 066000）

1 研究背景及意義

不同產地的蜂蜜所富含的營養成分不同，其商品價值也存在巨大差異[1-2]，導致蜂蜜制假、摻假、冒充產地等違法行為層出不窮。因此，解決蜂蜜原產地制假售假等問題，已刻不容緩[3-5]。現今，蜂蜜產地多樣、復雜，傳統產地鑒別手段已具有十分明顯的局限性。本文基于穩定同位素分析技術，并采用主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA），計算整體鑒別率，以評價該方法在蜂蜜產地鑒別實踐中的可行性。

2 基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地鑒別研究

2.1 材料與試劑

（1）蜂蜜樣品。分別采自云南、廣西、陜西、河北、河南、黑龍江6 個省份，每個省份采集20 份，總計120 份。樣本均從當地蜂農處直接購買，采集后將其放置在4 ℃條件下保存。

（2）試劑。穩定碳同位素參照標準物質［IAEACH6（δ13C：-10.4‰）］，英國SerCon 公司；二氧化碳氣體（純度≥99.999%），中國標準物質中心；氦氣（純度≥99.999%），北京市亞南氣體有限公司；氮氣（純度≥99.999%），北京北分氣體工業有限公司；二氧化硫氣體（純度≥99.999%），北京北分氣體工業有限公司；鎢酸鈉（Na2WO4·2H2O）和濃硫酸（優級純），北京國藥集團化學試劑有限公司；水[GB/T 6682—2008（28）規定的一級水]。

2.2 儀器與設備

穩定同位素比值質譜儀Sercon 20-22，英國Sercon 公司；液相色譜串聯同位素質譜儀Delta V Plus，美國Thermo Fisher 公司；元素分析儀EAGSL，英國 Sercon 公司；超純水制備儀Milli-QG，美國Millipore 公司；恒溫水浴箱德國TW20，Julabo 公司；臺式離心機Heraeus Multifuge X3R，美國Thermo Scientific 公司；烘箱UT20，美國 Thermo 公司；微量取樣器，德國Eppendorf 公司；尼龍濾膜0.22 μL，天津津騰公司。

2.3 結果與分析

2.3.1 不同產地蜂蜜穩定碳同位素指紋

利用EA-IRMS 和LC-IRMS，測定云南（YN）、廣西（GX）、河北（HB）、河南（HN）、陜西（SX）、黑龍江（HLJ）6 省份蜂蜜中碳同位素比值，結果見表1。蜂蜜中δ13C（Protein）值范圍比δ13C（Honey）值的范圍窄，與李沈軼等[5]研究結果相同。

表1 6 省份蜂蜜中碳同位素比值表

2.3.2 主成分分析

對測定的5 種δ13C 數據進行PCA 分析，僅提取了1 種主成分，累積方差貢獻率達84.25%，結合PCA得分圖（圖1）得知，6 個省份的樣品大部分區間重疊，分離效果較差。

圖1 基于穩定同位素分析技術的蜂蜜PCA 得分圖

2.3.3 線性判別分析

對測定的6 個省份的蜂蜜的δ13C 數據進行線性判別分析，結果見表2。

表2 基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地判別函數系數表

建立基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地訓練集和測試集，得到6 省蜂蜜樣品預測準確率，測試集預測準確率3 項指標，皆小于50%（見表3），表示該模型不具備預測有效性。

表3 基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地測試集預測準確率表

2.3.4 偏最小二乘判別分析

結合圖2、3 可知，方程擬合效果較差。其中，δ13C（Protein）作為關鍵影響因子，可能與樣本的選擇有關。換言之，6 個省份地理差異極大，從黑龍江到云南，幾乎跨越了整個中國，導致樣本中的蛋白質含量產生特征性差異。

圖2 穩定碳同位素指標VIP 值圖

圖3 基于穩定同位素分析技術的蜂蜜PLS-DA 得分圖

3 結語

本研究基于穩定碳同位素，對6 省蜂蜜進行產地鑒別，建立了產地鑒別模型，并采用IRMS 測定了不同產區蜂蜜樣品中的5 種碳穩定同位素比值。結果表明，不同產區蜂蜜樣品存在顯著性差異（P＜0.05）。在此基礎上，本研究結合主成分分析（PCA）、線性 判別分析（LDA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA），構建了基于穩定同位素分析技術的蜂蜜產地鑒別模型。結果顯示，PCA 分析只提取了一個主成分，累積方差貢獻率為84.25%；LDA 分析測試集預測準確率小于50%，說明該模型不具備預測有效性；PLS-DA 分析模型擬合效果較差。因此，單純基于穩定同位素技術，在鑒定產地方面的表現一般，需相關學者結合其他分析方法，建立更為有效的鑒別模型。