福建地區(qū)三種蜂蜜的熒光特性研究

陳文彬　吳德會(huì)　李書慧　黃靜玲　楊清云　涂熹娟　楊文超　吳珍紅　繆曉青

（福建農(nóng)林大學(xué)蜂學(xué)學(xué)院，福建農(nóng)林大學(xué)蜂療研究所，蜂產(chǎn)品加工與應(yīng)用教育部工程研究中心，福州，350002）

福建地區(qū)三種蜂蜜的熒光特性研究

陳文彬吳德會(huì)李書慧黃靜玲楊清云涂熹娟楊文超吳珍紅繆曉青

（福建農(nóng)林大學(xué)蜂學(xué)學(xué)院，福建農(nóng)林大學(xué)蜂療研究所，蜂產(chǎn)品加工與應(yīng)用教育部工程研究中心，福州，350002）

本文研究了福建地區(qū)三種蜂蜜（龍眼蜜、荔枝蜜、八葉五加蜜）的穩(wěn)態(tài)熒光光譜，瞬態(tài)熒光壽命以及熒光量子產(chǎn)率。穩(wěn)態(tài)熒光光譜研究表明，龍眼蜜和荔枝蜜顯示出單一熒光發(fā)射峰，其最大發(fā)射波長(zhǎng)分別為440 nm和430 nm，最大激發(fā)波長(zhǎng)分別為340 nm和335 nm。八葉五加蜜則顯示出雙熒光發(fā)射峰，發(fā)射位置位于363 nm和460 nm，最大激發(fā)波長(zhǎng)分別位于330 nm和350 nm。瞬態(tài)熒光壽命研究顯示三種蜂蜜的四個(gè)熒光發(fā)射峰之間均存在顯著差別，其中龍眼蜜和荔枝蜜的熒光壽命分別為8.20±0.13 ns和7.71±0.09 ns，八葉五加蜜的兩個(gè)熒光發(fā)射峰則分別為3.13±0.66 ps和11.20±0.08 ns。量子產(chǎn)率的測(cè)定結(jié)果顯示八葉五加蜜為5.80±0.35%，龍眼蜜和荔枝蜜分別為3.93±0.42%和3.07±0.15%。以上結(jié)果表明，不同的蜜種在穩(wěn)態(tài)熒光光譜、熒光壽命、熒光量子產(chǎn)率三個(gè)主要的熒光性質(zhì)上均表現(xiàn)出較大的差異，結(jié)合這三個(gè)熒光參數(shù)有望為蜂蜜的植物源性溯源提供更為豐富、穩(wěn)定的信息。

蜂蜜；熒光；熒光壽命；量子產(chǎn)率

近年來，熒光光譜技術(shù)由于快速、靈敏、無損的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品分析領(lǐng)域［1］。蜂蜜中已報(bào)道可能含有的熒光物質(zhì)包括氨基酸［2］、維生素類［3］、酚類物質(zhì)等［4］。這些內(nèi)源性的熒光組分主要與蜜源相關(guān)，因此借助蜂蜜中的內(nèi)源性熒光可進(jìn)行蜂蜜的植物源以及摻假判別研究［5-7］。例如，K.Ruoff等［5］報(bào)道了瑞士地區(qū)4種蜂蜜的穩(wěn)態(tài)熒光，并借助化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法進(jìn)行了植物源判別。L.Lenhardt等［6］報(bào)道了蜂蜜的熒光光譜結(jié)合平行因子分析的方法對(duì)塞爾維亞地區(qū)4種蜂蜜的植物源研究。國內(nèi)趙杰文等［7］應(yīng)用三維穩(wěn)態(tài)熒光光譜對(duì)蜂蜜中的大米糖漿摻假進(jìn)行了初步探討。蜂蜜的植物來源種類繁多，但系統(tǒng)研究熒光性能的蜜種還較少；此外，現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道主要針對(duì)其穩(wěn)態(tài)熒光光譜進(jìn)行分析，未對(duì)蜂蜜熒光的瞬態(tài)熒光壽命、熒光量子產(chǎn)率等性質(zhì)進(jìn)行研究。本文報(bào)道了福建地區(qū)三種蜂蜜（龍眼蜜、荔枝蜜、八葉五加蜜）的熒光特性，包括穩(wěn)態(tài)的激發(fā)、發(fā)射光譜，瞬態(tài)的熒光壽命以及熒光量子產(chǎn)率等熒光參數(shù)。

1　材料與方法

1.1蜂蜜樣品

龍眼蜂蜜和荔枝蜂蜜采自福建龍海的意蜂蜂場(chǎng)，八葉五加蜂蜜采自福建永泰的意蜂蜂場(chǎng)。稱取1.00 g蜂蜜樣品，用18.2 MΩ超純水定容至100 ml，樣品經(jīng)0.22 um微孔濾膜過濾后供熒光測(cè)定。

1.2穩(wěn)態(tài)熒光光譜測(cè)定

取上述的蜂蜜溶液3 mL于1 cm熒光比色皿中，RF5301PC（島津）熒光光譜儀測(cè)量穩(wěn)態(tài)熒光光譜。發(fā)射光譜采集條件：固定激發(fā)波長(zhǎng)330 nm，發(fā)射光譜采集范圍340～600 nm。激發(fā)光譜采集條件：龍眼蜜與荔枝蜜為固定發(fā)射波長(zhǎng)430 nm，激發(fā)光譜采集范圍275～420 nm；八葉五加蜜為分別固定發(fā)射波長(zhǎng)360 nm和460 nm，相對(duì)應(yīng)的激發(fā)光譜采集范圍分別為275～350 nm，275～450 nm。光譜的采集狹縫均為激發(fā)狹縫3，發(fā)射狹縫5。

1.3熒光壽命測(cè)定

取前述的蜂蜜溶液3 mL于1 cm熒光比色皿中，F(xiàn)luoroMax-4（HORIBA Jobin Yvon）熒光光譜儀測(cè)定熒光壽命（配備單光子計(jì)數(shù)附件）。激發(fā)光源采用脈沖NanoLED（IBH），衰減曲線分析采用DAS6軟件（HORIBA Jobin Yvon）。平均熒光壽命采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中αi為組分i的歸一化指前因子，τi為組分i的熒光壽命。

1.4熒光量子產(chǎn)率的測(cè)定

取上述的蜂蜜溶液1 mL于樣品池中，F(xiàn)luoroMax-4（HORIBA Jobin Yvon）熒光光譜儀測(cè)定絕對(duì)熒光量子產(chǎn)率（配備積分球附件）。激發(fā)波長(zhǎng)330 nm，光譜積分范圍為350～650 nm。

2　結(jié)果與分析

2.1穩(wěn)態(tài)熒光光譜

熒光是物質(zhì)在吸收光輻射后，由激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的輻射躍遷而伴隨的發(fā)光現(xiàn)象。穩(wěn)態(tài)熒光光譜包括激發(fā)與發(fā)射光譜。本文所研究的三種蜂蜜的熒光激發(fā)光譜與熒光發(fā)射光譜如圖1所示。從圖中可以看出，龍眼蜜與荔枝蜜的熒光發(fā)射光譜存在差異，其最大發(fā)射波長(zhǎng)分別位于440 nm和430 nm。除了發(fā)射峰位置，龍眼蜜與荔枝蜜的熒光強(qiáng)度也存在不同。在相同濃度（1 g/ 100 mL）以及相同激發(fā)波長(zhǎng)（330 nm）下，龍眼蜜的最大熒光發(fā)射強(qiáng)度約為荔枝蜜的兩倍。龍眼蜜和荔枝蜜的熒光激發(fā)光譜同樣存在差異，龍眼蜜的最大激發(fā)波長(zhǎng)位于340 nm（圖1c），而荔枝蜜的最大激發(fā)波長(zhǎng)為335 nm（圖1d）。龍眼蜜最大激發(fā)波長(zhǎng)下的強(qiáng)度約為荔枝蜜的1.6倍。

圖1　福建地區(qū)三種蜂蜜的熒光發(fā)射光譜（虛線）與熒光激發(fā)光譜（實(shí)線）：龍眼蜜（a，c），荔枝蜜（b，d），八葉五加蜜（e，f，g）

八葉五加蜜的熒光光譜同龍眼蜜和荔枝蜜較為不同，在330 nm的激發(fā)波長(zhǎng)下，其熒光發(fā)射存在兩個(gè)明顯的特征峰，最大發(fā)射波長(zhǎng)分別位于363 nm和460 nm，且最大熒光強(qiáng)度接近荔枝蜜的5倍。分別掃描這兩個(gè)熒光發(fā)射峰的激發(fā)光譜可以發(fā)現(xiàn)，其最大激發(fā)波長(zhǎng)分別位于330 nm和350 nm，兩個(gè)激發(fā)光譜的形狀和位置顯著不同，說明兩個(gè)熒光的發(fā)射峰分屬于不同的熒光組分。

2.2熒光壽命

熒光壽命是熒光分子在激發(fā)態(tài)的平均滯留時(shí)間，可采用單光子計(jì)數(shù)的方法對(duì)熒光的衰減進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而計(jì)算熒光壽命。三種蜂蜜的熒光衰減曲線以及平均熒光壽命分別如圖2和表1所示。

從圖2可以看出，三種蜂蜜的四種熒光組分表現(xiàn)出了不同的衰減趨勢(shì)。其中八葉五加蜂蜜兩個(gè)不同的熒光組分表現(xiàn)出了極顯著的熒光衰減差別，其中460 nm發(fā)射的熒光組分（Em 460）顯示出了較長(zhǎng)的熒光壽命，平均為11.2納秒；而發(fā)射位置處于360 nm的熒光組分（Em 360）則表現(xiàn)出較短的熒光壽命，平均值為3皮秒。龍眼蜜和荔枝蜜的平均熒光壽命分別為8.20和7.71，統(tǒng)計(jì)分析顯示有顯著差異（P＜0.05）。

表1　福建地區(qū)三種蜂蜜的熒光壽命與量子產(chǎn)率

圖2　福建地區(qū)三種蜂蜜的熒光衰減曲線：龍眼蜜（a），荔枝蜜（b），八葉五加蜜（c為Em 460，d為Em 360）

2.3熒光量子產(chǎn)率

熒光量子產(chǎn)率是熒光物質(zhì)所發(fā)射的光子數(shù)與所吸收激發(fā)光光子數(shù)的比值。本文中采用積分球技術(shù)［8］對(duì)三種蜂蜜熒光的絕對(duì)量子產(chǎn)率進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示。在相同的激發(fā)波長(zhǎng)和相同的積分范圍條件下，三種蜂蜜的熒光量子產(chǎn)率同前述的熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出相近的變化趨勢(shì)。三種蜂蜜中八葉五加蜂蜜表現(xiàn)出了最大的量子產(chǎn)率值，平均值為5.8%。龍眼蜜次之，平均值為3.93%，荔枝蜜最低，平均值為3.07%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示三者之間均存在顯著差異（P＜0.05）。

3　討論

三種蜂蜜的穩(wěn)態(tài)熒光測(cè)定結(jié)果顯示不同的蜜種具有不同的穩(wěn)態(tài)光譜性質(zhì)。從熒光光譜比較可以看出，龍眼蜜與荔枝蜜的熒光最大發(fā)射波長(zhǎng)相差約10 nm，兩種蜜的激發(fā)峰則相差5 nm。除峰位置外，龍眼蜜同荔枝蜜相比顯示出更大的熒光發(fā)射強(qiáng)度。八葉五加蜜則顯示出了特征的穩(wěn)態(tài)熒光光譜。其發(fā)射光譜中存在兩種不同的具有較強(qiáng)熒光發(fā)射的組分。

熒光壽命以及熒光量子產(chǎn)率的結(jié)果可為蜂蜜的熒光性能提供更為豐富的信息。穩(wěn)態(tài)熒光光譜的強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度以及光源強(qiáng)度等因素相關(guān)。因此，不同的儀器以及不同的蜂蜜濃度均會(huì)導(dǎo)致采集的穩(wěn)態(tài)熒光光譜強(qiáng)度有所差異。但熒光壽命以及熒光量子產(chǎn)率是熒光物質(zhì)激發(fā)態(tài)的基本性質(zhì)，這兩個(gè)參數(shù)在一定濃度范圍內(nèi)與光源強(qiáng)度以及物質(zhì)濃度無關(guān)，因此可以作為穩(wěn)態(tài)熒光光譜的有益補(bǔ)充，避免不同熒光儀器上熒光強(qiáng)度不同帶來的影響。從熒光壽命和熒光量子產(chǎn)率結(jié)果來看，三種蜂蜜均存在顯著性差異。穩(wěn)態(tài)光譜結(jié)合瞬態(tài)光譜和量子產(chǎn)率提供了多維的熒光性質(zhì)信息，有望為蜂蜜的植物源溯源研究提供更為準(zhǔn)確穩(wěn)定的方法。

致謝：感謝廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院何榮坤博士在熒光壽命與量子產(chǎn)率測(cè)定中提供儀器和實(shí)驗(yàn)幫助。

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Fluorescence Properties of Three Kinds of Honey Harvested in Fujian Province

Chen Wenbin，Wu Dehui，Li Shuhui，Huang Jingling，Yang Qingyun，Tu Xijuan，Yang Wenchao，Wu Zhenhong，Miao Xiaoqing
（College of Bee Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University；Apitheraphy Institute of Fujian Agriculture and Forestry University；MOE Engineering Research Center of Bee Products Processing and Application，F(xiàn)uzhou 350002）

Fluorescence properties of three kinds of honey（longan honey，litchi honey，and schefflera honey）produced in Fujian province were investigated，which included steady state spectroscopy，life time，and quantum yield. Steady state fluorescence spectroscopy shows that emission maxima of longan and litchi honey is located at 440 nm and 430 nm，respectively.And excitation peak is positioned at 340 nm and 335 nm from longan honey and litchi honey respectively.The emission of schefflera honey exhibits two maxima which locate at 363 nm and 460 nm，whose maxima excitation is detected at 330 nm and 360 nm respectively.Life time measurements show that the fluorescence decay of four emission maximum from three types of honeys are significantly different.The calculated life time is 8.20±0.13 ns and 7.71±0.09 ns for longan honey and litchi honey respectively.And the two emission maximum from schefflera honey present quite different fluorescence decay process，whose life time are 3.13±0.66 ps and 11.20±0.08 ns.The observed quantum yields are 5.80±0.35%，3.93±0.42%，and 3.07±0.15%for longan honey，litchi honey and schefflera honey respectively.The obtained results indicate that honeys exhibited large difference of fluorescence properties among different botanical origin，and the combination of steady state，life time and quantum yield might provide stable multi-way information for the honey classification.

honeys；fluorescence；life time；quantum yield

福建省自然科學(xué)基金（2011J05042，2012J05037），福建農(nóng)林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201510389201），國家自然科學(xué)基金（NO.31201861），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-45-KXJ19）

陳文彬（1982-），男，助理研究員，Email:wbchen@fafu.edu.cn.

繆曉青（1959-），男，教授，研究方向：蜂產(chǎn)品加工與應(yīng)用，Email:mxqsf88@126.com.