打击食品欺诈：用NMR检测蜂蜜掺假

作者：Lea Heintz，业务开发与产品管理，布鲁克 BioSpin应用NMR部门

 
    蜂蜜在历史上一直倍受重视，它不仅是一款甜味食品，还是一种药物保健品。古埃及金字塔中就曾发现过蜂蜜，因其天然抗菌与防腐性能而得以保存，而1851年世界范围内养蜂业的诞生则始于一种实用的活动框架蜂箱的发明。

    全球蜂蜜市场预计在2023年前将以70%的年增长率快速发展^[1]，需求的增加给蜂蜜行业带来压力也就不足为奇了。这一巨大需求以及蜂蜜生产中国际标准化规则的匮乏，已经成为欺诈者进行蜂蜜掺假的诱因。这对许多人造成了困扰，包括生产蜂蜜的养蜂人，他们的产品受到超市中便宜产品的挤压，以及不清楚市场上存在假蜂蜜的消费者。

    同位素比值质谱法（EA-IRMS）/稳定同位素比值分析法（SIRA）都是检测蜂蜜掺假的常用方法，但由于欺诈者的掺假手段变化不定，以上方法已被证明并不可靠。因此，人们开发了几种新方法以解决SIRA的缺陷，核磁共振（NMR）波谱分析正成为打击蜂蜜欺诈的一种更全面的方法。

    ¹H-NMR等强有力的技术，正成为应对这一问题的方案之一，使实验室能够更快地识别掺假蜂蜜。
 
因经济动机催生的全球性蜂蜜掺假（EMA）

    蜂蜜的高价值提供了强大的经济刺激，并使其面临着经济动机的掺假（EMA）风险。全球青睐天然产品的消费者普遍认为蜂蜜有益于健康，这是推动蜂蜜市场预期增长的一项关键因素。例如，美国、日本和澳大利亚等国的消费者渴求更多的单花蜂蜜或特产蜂蜜。由于受蜜蜂病害、蜜蜂自然栖息地恶化以及不利气候条件的影响，大多数国家的蜂蜜产量维持不变甚至下降，因此在需求继续上升的情况下，供应出现短缺。根据美国药典的食品欺诈数据库，蜂蜜被列为第三大掺假目标食品，仅次于牛奶和橄榄油；在欧洲，蜂蜜被列为十大掺假食品之一^[2][3]。

    由于目前还没有美国联邦蜂蜜认证标准，确保产品安全和质量的监管工作受到阻碍。目前，有几种类型的EMA与蜂蜜行业有关，包括用廉价糖浆稀释、蜜蜂的强化补充喂养，以及谎报真正的原产国。超滤（或树脂技术）使欺诈者能够通过去除花粉以及能赋予蜂蜜色泽与风味的化学成分，以掩盖其真正的来源和植物品种。此外，某些国家常见的做法之一是收获未熟的蜂蜜，这样做可以提高产量。其所收获的蜂蜜含水量约为50%，然后通过人工干燥，将含水量降至18%左右。由于这种蜂蜜未被蜜蜂适当地育熟，因而成为一种质量低劣的产品，其性质与成熟蜂蜜不同。
 

    虽然有几个国家报告称其蜂蜜出口大幅增加，但其蜂巢数量增长甚微甚至毫无增长，而且有证据表明，欺诈活动正在大幅度增加（图1）。

 
    尽管有监管部门的努力，但管理机构和贸易组织仍在努力确保市场上的蜂蜜安全、优质并且正确标注。而质量控制的缺失，可能对全球蜂蜜价格和养蜂人的生计产生深远影响。
 

 
现行测试方法

    目前对蜂蜜中糖浆的检测采用的是几种靶向方法。这些方法要么是基于检测用于将淀粉转化为糖的外源酶（如β-呋喃果糖苷酶、外源淀粉酶），要么是基于糖浆的特定标志物（如SM-R和TM-R）。有证据表明，欺诈者已经找到去除这些标志物的技术，而寻找特定掺假标志物的成本障碍以及鉴定技术相对于不断发展的掺假手段的滞后，导致了过去十年内掺假蜂蜜的数量急剧上升。因此，不局限于某一类掺杂物的非靶向性、多标志物方法越来越受到人们的重视。

    基于EA-IRMS/SIRA的AOAC国际法只能检测玉米、甘蔗等C4植物糖浆，而对水稻、谷物等C3植物糖浆不敏感。欺诈者利用这一点，改变了其手法，掺入谷物和大米糖浆，以增加产量。新的NMR蜂蜜数据库表明，EA-IRMS测试只能检测出23.9%的掺假样品。因此，EA-IRMS的阴性结果并不能被视为蜂蜜真实性的证明，因而也不再是可靠的方法。

    液相色谱法结合同位素比值质谱法（LC-EA-IRMS）可检测不同种类的糖分。然而，由于基于LC-EA-IRMS开发的方法使用非标准化方法进行数据采集和处理，以及使用不同参数和相关参考值（纯度标准）来评估蜂蜜中的各种糖浆，因而缺乏实验室间重现性。此外，某些糖浆的同位素模式与蜂蜜相似，使检测颇为困难。

    多年来，利用这些方法检测出的掺假量大幅度下降，因此需要一种更加统一、更通用的分析方法来对付蜂蜜欺诈。
 
NMR：一种更全面的解决方案

    NMR技术提供了一种更全面的方法，而在过去十年中，研究人员已进行了相关研究，以证明其对食品真实性进行分析的能力。¹H-NMR谱可同时观察到蜂蜜中的数百种化学成分，覆盖每公斤数百克的高浓度到百万分之几（ppm）的低浓度，包括糖、酸和氨基酸。它可以生成一个 “指纹” 图谱，用户可以使用蜂蜜指纹图谱数据库，将待测样本与所有参考样本进行比较，以检测是否符合要求。这样便可以快速检测糖浆的存在，还可以检测所申报的原产国和植物来源是否属实。此外，与来自同一花源的参考样品进行比较，可以快速发现反常特征，然后通过进一步的分析进行确认，以便出现新的欺诈方法时及时揭穿它。

    正是NMR的高重现性，使得它能够建立如此强大的参考样品（指纹）数据库，并确保观察到的谱图变化真实无误而非分析误差引起的漂移。此外，只要采集并存储了指纹图谱，未来甚至数年以后当出现新的技术和算法时，还可随时对数据进行回顾分析，例如将其与更新的蜂蜜参考数据库进行比较。目前，该蜂蜜数据库已包含18000个参考样本、覆盖50多个国家和100个植物品种，还包括1900种已知掺杂糖浆的蜂蜜，而这是鉴定掺糖蜂蜜区别于纯蜂蜜的特殊标志物时所必需的。

    由于其独特的通用性，¹H-NMR结合多变量统计化学计量学被证明是测定蜂蜜真实性和质量的强大工具。
 
未来对欺诈的打击

    食品欺诈是威胁养蜂业的一个重大问题。随着欺诈行为的不断增加，消费者将对蜂蜜失去信心，而以往用于确定真伪的标准方法已被证明不再有效。

    NMR结合统计分析，强有力地改变了蜂蜜真伪和原产地分析的局面。FoodScreener™ 平台等技术正在满足可靠测试的需求，结合新出现的软件模块（如Honey-Profiling™）以解决这些问题，并使欺诈者很难（甚至无法）继续通过添加外来化学品和糖浆来蒙混过关。这样一来，就可以迅速而成功地曝光欺诈行为，而无需付出高昂的成本。

 
    有关FoodScreener Honey Profiling 2.0的更多信息，请访问：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 

作者简介

Léa Heintz，分析化学理学硕士，目前担任NMR食品应用组的业务开发与产品经理，该产品包括FoodScreener平台及其筛选方法。此前已任职布鲁克应用科学家数年，负责开发食品基质的NMR方法，以监测食品的真实性和质量。