打擊食品欺詐：用NMR檢測(cè)蜂蜜摻假

作者：Lea Heintz，業(yè)務(wù)開發(fā)與產(chǎn)品管理，布魯克 BioSpin應(yīng)用NMR部門

 
    蜂蜜在歷史上一直倍受重視，它不僅是一款甜味食品，還是一種藥物保健品。古埃及金字塔中就曾發(fā)現(xiàn)過(guò)蜂蜜，因其天然抗菌與防腐性能而得以保存，而1851年世界范圍內(nèi)養(yǎng)蜂業(yè)的誕生則始于一種實(shí)用的活動(dòng)框架蜂箱的發(fā)明。

    全球蜂蜜市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2023年前將以70%的年增長(zhǎng)率快速發(fā)展^[1]，需求的增加給蜂蜜行業(yè)帶來(lái)壓力也就不足為奇了。這一巨大需求以及蜂蜜生產(chǎn)中國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則的匱乏，已經(jīng)成為欺詐者進(jìn)行蜂蜜摻假的誘因。這對(duì)許多人造成了困擾，包括生產(chǎn)蜂蜜的養(yǎng)蜂人，他們的產(chǎn)品受到超市中便宜產(chǎn)品的擠壓，以及不清楚市場(chǎng)上存在假蜂蜜的消費(fèi)者。

    同位素比值質(zhì)譜法（EA-IRMS）/穩(wěn)定同位素比值分析法（SIRA）都是檢測(cè)蜂蜜摻假的常用方法，但由于欺詐者的摻假手段變化不定，以上方法已被證明并不可靠。因此，人們開發(fā)了幾種新方法以解決SIRA的缺陷，核磁共振（NMR）波譜分析正成為打擊蜂蜜欺詐的一種更全面的方法。

    ¹H-NMR等強(qiáng)有力的技術(shù)，正成為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題的方案之一，使實(shí)驗(yàn)室能夠更快地識(shí)別摻假蜂蜜。
 
因經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)催生的全球性蜂蜜摻假（EMA）

    蜂蜜的高價(jià)值提供了強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)刺激，并使其面臨著經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)的摻假（EMA）風(fēng)險(xiǎn)。全球青睞天然產(chǎn)品的消費(fèi)者普遍認(rèn)為蜂蜜有益于健康，這是推動(dòng)蜂蜜市場(chǎng)預(yù)期增長(zhǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。例如，美國(guó)、日本和澳大利亞等國(guó)的消費(fèi)者渴求更多的單花蜂蜜或特產(chǎn)蜂蜜。由于受蜜蜂病害、蜜蜂自然棲息地惡化以及不利氣候條件的影響，大多數(shù)國(guó)家的蜂蜜產(chǎn)量維持不變甚至下降，因此在需求繼續(xù)上升的情況下，供應(yīng)出現(xiàn)短缺。根據(jù)美國(guó)藥典的食品欺詐數(shù)據(jù)庫(kù)，蜂蜜被列為第三大摻假目標(biāo)食品，僅次于牛奶和橄欖油；在歐洲，蜂蜜被列為十大摻假食品之一^[2][3]。

    由于目前還沒(méi)有美國(guó)聯(lián)邦蜂蜜認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品安全和質(zhì)量的監(jiān)管工作受到阻礙。目前，有幾種類型的EMA與蜂蜜行業(yè)有關(guān)，包括用廉價(jià)糖漿稀釋、蜜蜂的強(qiáng)化補(bǔ)充喂養(yǎng)，以及謊報(bào)真正的原產(chǎn)國(guó)。超濾（或樹脂技術(shù)）使欺詐者能夠通過(guò)去除花粉以及能賦予蜂蜜色澤與風(fēng)味的化學(xué)成分，以掩蓋其真正的來(lái)源和植物品種。此外，某些國(guó)家常見的做法之一是收獲未熟的蜂蜜，這樣做可以提高產(chǎn)量。其所收獲的蜂蜜含水量約為50%，然后通過(guò)人工干燥，將含水量降至18%左右。由于這種蜂蜜未被蜜蜂適當(dāng)?shù)赜�熟，因而成為一種質(zhì)量低劣的產(chǎn)品，其性質(zhì)與成熟蜂蜜不同。
 

    雖然有幾個(gè)國(guó)家報(bào)告稱其蜂蜜出口大幅增加，但其蜂巢數(shù)量增長(zhǎng)甚微甚至毫無(wú)增長(zhǎng)，而且有證據(jù)表明，欺詐活動(dòng)正在大幅度增加（圖1）。

 
    盡管有監(jiān)管部門的努力，但管理機(jī)構(gòu)和貿(mào)易組織仍在努力確保市場(chǎng)上的蜂蜜安全、優(yōu)質(zhì)并且正確標(biāo)注。而質(zhì)量控制的缺失，可能對(duì)全球蜂蜜價(jià)格和養(yǎng)蜂人的生計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
 

 
現(xiàn)行測(cè)試方法

    目前對(duì)蜂蜜中糖漿的檢測(cè)采用的是幾種靶向方法。這些方法要么是基于檢測(cè)用于將淀粉轉(zhuǎn)化為糖的外源酶（如β-呋喃果糖苷酶、外源淀粉酶），要么是基于糖漿的特定標(biāo)志物（如SM-R和TM-R）。有證據(jù)表明，欺詐者已經(jīng)找到去除這些標(biāo)志物的技術(shù)，而尋找特定摻假標(biāo)志物的成本障礙以及鑒定技術(shù)相對(duì)于不斷發(fā)展的摻假手段的滯后，導(dǎo)致了過(guò)去十年內(nèi)摻假蜂蜜的數(shù)量急劇上升。因此，不局限于某一類摻雜物的非靶向性、多標(biāo)志物方法越來(lái)越受到人們的重視。

    基于EA-IRMS/SIRA的AOAC國(guó)際法只能檢測(cè)玉米、甘蔗等C4植物糖漿，而對(duì)水稻、谷物等C3植物糖漿不敏感。欺詐者利用這一點(diǎn)，改變了其手法，摻入谷物和大米糖漿，以增加產(chǎn)量。新的NMR蜂蜜數(shù)據(jù)庫(kù)表明，EA-IRMS測(cè)試只能檢測(cè)出23.9%的摻假樣品。因此，EA-IRMS的陰性結(jié)果并不能被視為蜂蜜真實(shí)性的證明，因而也不再是可靠的方法。

    液相色譜法結(jié)合同位素比值質(zhì)譜法（LC-EA-IRMS）可檢測(cè)不同種類的糖分。然而，由于基于LC-EA-IRMS開發(fā)的方法使用非標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，以及使用不同參數(shù)和相關(guān)參考值（純度標(biāo)準(zhǔn)）來(lái)評(píng)估蜂蜜中的各種糖漿，因而缺乏實(shí)驗(yàn)室間重現(xiàn)性。此外，某些糖漿的同位素模式與蜂蜜相似，使檢測(cè)頗為困難。

    多年來(lái)，利用這些方法檢測(cè)出的摻假量大幅度下降，因此需要一種更加統(tǒng)一、更通用的分析方法來(lái)對(duì)付蜂蜜欺詐。
 
NMR：一種更全面的解決方案

    NMR技術(shù)提供了一種更全面的方法，而在過(guò)去十年中，研究人員已進(jìn)行了相關(guān)研究，以證明其對(duì)食品真實(shí)性進(jìn)行分析的能力。¹H-NMR譜可同時(shí)觀察到蜂蜜中的數(shù)百種化學(xué)成分，覆蓋每公斤數(shù)百克的高濃度到百萬(wàn)分之幾（ppm）的低濃度，包括糖、酸和氨基酸。它可以生成一個(gè) “指紋” 圖譜，用戶可以使用蜂蜜指紋圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)，將待測(cè)樣本與所有參考樣本進(jìn)行比較，以檢測(cè)是否符合要求。這樣便可以快速檢測(cè)糖漿的存在，還可以檢測(cè)所申報(bào)的原產(chǎn)國(guó)和植物來(lái)源是否屬實(shí)。此外，與來(lái)自同一花源的參考樣品進(jìn)行比較，可以快速發(fā)現(xiàn)反常特征，然后通過(guò)進(jìn)一步的分析進(jìn)行確認(rèn)，以便出現(xiàn)新的欺詐方法時(shí)及時(shí)揭穿它。

    正是NMR的高重現(xiàn)性，使得它能夠建立如此強(qiáng)大的參考樣品（指紋）數(shù)據(jù)庫(kù)，并確保觀察到的譜圖變化真實(shí)無(wú)誤而非分析誤差引起的漂移。此外，只要采集并存儲(chǔ)了指紋圖譜，未來(lái)甚至數(shù)年以后當(dāng)出現(xiàn)新的技術(shù)和算法時(shí)，還可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧分析，例如將其與更新的蜂蜜參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。目前，該蜂蜜數(shù)據(jù)庫(kù)已包含18000個(gè)參考樣本、覆蓋50多個(gè)國(guó)家和100個(gè)植物品種，還包括1900種已知摻雜糖漿的蜂蜜，而這是鑒定摻糖蜂蜜區(qū)別于純蜂蜜的特殊標(biāo)志物時(shí)所必需的。

    由于其獨(dú)特的通用性，¹H-NMR結(jié)合多變量統(tǒng)計(jì)化學(xué)計(jì)量學(xué)被證明是測(cè)定蜂蜜真實(shí)性和質(zhì)量的強(qiáng)大工具。
 
未來(lái)對(duì)欺詐的打擊

    食品欺詐是威脅養(yǎng)蜂業(yè)的一個(gè)重大問(wèn)題。隨著欺詐行為的不斷增加，消費(fèi)者將對(duì)蜂蜜失去信心，而以往用于確定真?zhèn)蔚臉?biāo)準(zhǔn)方法已被證明不再有效。

    NMR結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，強(qiáng)有力地改變了蜂蜜真?zhèn)魏驮�產(chǎn)地分析的局面。FoodScreener™ 平臺(tái)等技術(shù)正在滿足可靠測(cè)試的需求，結(jié)合新出現(xiàn)的軟件模塊（如Honey-Profiling™）以解決這些問(wèn)題，并使欺詐者很難（甚至無(wú)法）繼續(xù)通過(guò)添加外來(lái)化學(xué)品和糖漿來(lái)蒙混過(guò)關(guān)。這樣一來(lái)，就可以迅速而成功地曝光欺詐行為，而無(wú)需付出高昂的成本。

 
    有關(guān)FoodScreener Honey Profiling 2.0的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：https://www.bruker.com/products/mr/nmr-food-screening/honey-profiling-module-of-the-nmr-foodscreener.html。
 
References:
 
1、Marketresearchfuture.com. (2018). Honey Market Size, Share, Trends, Global Industry Analysis, 2023 | MRFR. [online] Available at: https://www.marketresearchfuture.com/reports/honeymarket-5139

2、Norberto L. García (2018) The Current Situation on the International Honey Market, Bee World, 95:3, 89-94, DOI: 10.1080/0005772X.2018.1483814

3、Enhanced honey authenticity surveillance (2018 to 2019 Report), Government of Canada, https://inspection.gc.ca/about-the-cfia/science-and-research/our-research-and-publications/report/eng/1557531883418/1557531883647 

作者簡(jiǎn)介

Léa Heintz，分析化學(xué)理學(xué)碩士，目前擔(dān)任NMR食品應(yīng)用組的業(yè)務(wù)開發(fā)與產(chǎn)品經(jīng)理，該產(chǎn)品包括FoodScreener平臺(tái)及其篩選方法。此前已任職布魯克應(yīng)用科學(xué)家數(shù)年，負(fù)責(zé)開發(fā)食品基質(zhì)的NMR方法，以監(jiān)測(cè)食品的真實(shí)性和質(zhì)量。