打擊食品欺詐：用NMR檢測蜂蜜摻假

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用的活動框架蜂箱的發(fā)明。

    全球蜂蜜市場預(yù)計在2023年前將以70%的年增長率快速發(fā)展^[1]，需求的增加給蜂蜜行業(yè)帶來壓力也就不足為奇了。這一巨大需求以及蜂蜜生產(chǎn)中國際標準化規(guī)則的匱乏，已經(jīng)成為欺詐者進行蜂蜜摻假的誘因。這對許多人造成了困擾，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，以及不清楚市場上存在假蜂蜜的消費者。

    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等強有力的技術(shù)，正成為應(yīng)對這一問題的方案之一，使實驗室能夠更快地識別摻假蜂蜜。
 
因經(jīng)濟動機催生的全球性蜂蜜摻假（EMA）

    蜂蜜的高價值提供了強大的經(jīng)濟刺激，并使其面臨著經(jīng)濟動機的摻假（EMA）風(fēng)險。全球青睞天然產(chǎn)品的消費者普遍認為蜂蜜有益于健康，這是推動蜂蜜市場預(yù)期增長的一項關(guān)鍵因素。例如，美國、日本和澳大利亞等國的消費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)美國藥典的食品欺詐數(shù)據(jù)庫，蜂蜜被列為第三大摻假目標食品，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]。

    由于目前還沒有美國聯(lián)邦蜂蜜認證標準，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)，包括用廉價糖漿稀釋、蜜蜂的強化補充喂養(yǎng)，以及謊報真正的原產(chǎn)國。超濾（或樹脂技術(shù)）使欺詐者能夠通過去除花粉以及能賦予蜂蜜色澤與風(fēng)味的化學(xué)成分，以掩蓋其真正的來源和植物品種。此外，某些國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?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。
 

    雖然有幾個國家報告稱其蜂蜜出口大幅增加，但其蜂巢數(shù)量增長甚微甚至毫無增長，而且有證據(jù)表明，欺詐活動正在大幅度增加（圖1）。

 
    盡管有監(jiān)管部門的努力，但管理機構(gòu)和貿(mào)易組織仍在努力確保市場上的蜂蜜安全、優(yōu)質(zhì)并且正確標注。而質(zhì)量控制的缺失，可能對全球蜂蜜價格和養(yǎng)蜂人的生計產(chǎn)生深遠影響。
 

 
現(xiàn)行測試方法

    目前對蜂蜜中糖漿的檢測采用的是幾種靶向方法。這些方法要么是基于檢測用于將淀粉轉(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)找到去除這些標志物的技術(shù)，而尋找特定摻假標志物的成本障礙以及鑒定技術(shù)相對于不斷發(fā)展的摻假手段的滯后，導(dǎo)致了過去十年內(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、多標志物方法越來越受到人們的重視。

    基于EA-IRMS/SIRA的AOAC國際法只能檢測玉米、甘蔗等C4植物糖漿，而對水稻、谷物等C3植物糖漿不敏感。欺詐者利用這一點，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)庫表明，EA-IRMS測試只能檢測出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)的方法使用非標準化方法進行數(shù)據(jù)采集和處理，以及使用不同參數(shù)和相關(guān)參考值（純度標準）來評估蜂蜜中的各種糖漿，因而缺乏實驗室間重現(xiàn)性。此外，某些糖漿的同位素模式與蜂蜜相似，使檢測頗為困難。

    多年來，利用這些方法檢測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對付蜂蜜欺詐。
 
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，而在過去十年中，研究人員已進行了相關(guān)研究，以證明其對食品真實性進行分析的能力。¹H-NMR譜可同時觀察到蜂蜜中的數(shù)百種化學(xué)成分，覆蓋每公斤數(shù)百克的高濃度到百萬分之幾（ppm）的低濃度，包括糖、酸和氨基酸。它可以生成一個 “指紋” 圖譜，用戶可以使用蜂蜜指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，將待測樣本與所有參考樣本進行比較，以檢測是否符合要求。這樣便可以快速檢測糖漿的存在，還可以檢測所申報的原產(chǎn)國和植物來源是否屬實。此外，與來自同一花源的參考樣品進行比較，可以快速發(fā)現(xiàn)反常特征，然后通過進一步的分析進行確認，以便出現(xiàn)新的欺詐方法時及時揭穿它。

    正是NMR的高重現(xiàn)性，使得它能夠建立如此強大的參考樣品（指紋）數(shù)據(jù)庫，并確保觀察到的譜圖變化真實無誤而非分析誤差引起的漂移。此外，只要采集并存儲了指紋圖譜，未來甚至數(shù)年以后當出現(xiàn)新的技術(shù)和算法時，還可隨時對數(shù)據(jù)進行回顧分析，例如將其與更新的蜂蜜參考數(shù)據(jù)庫進行比較。目前，該蜂蜜數(shù)據(jù)庫已包含18000個參考樣本、覆蓋50多個國家和100個植物品種，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志物時所必需的。

    由于其獨特的通用性，¹H-NMR結(jié)合多變量統(tǒng)計化學(xué)計量學(xué)被證明是測定蜂蜜真實性和質(zhì)量的強大工具。
 
未來對欺詐的打擊

    食品欺詐是威脅養(yǎng)蜂業(yè)的一個重大問題。隨著欺詐行為的不斷增加，消費者將對蜂蜜失去信心，而以往用于確定真?zhèn)蔚臉藴史椒ㄒ驯蛔C明不再有效。

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

 
    有關(guān)FoodScreener Honey Profiling 2.0的更多信息，請訪問：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 

作者簡介

Léa Heintz，分析化學(xué)理學(xué)碩士，目前擔任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，負責(zé)開發(fā)食品基質(zhì)的NMR方法，以監(jiān)測食品的真實性和質(zhì)量。