蜂蜜產(chǎn)地與蜜源礦物元素溯源方法的建立

何忠萍，文勇立，*，王建文，艾鹥，澤讓東科，路暢（.西南民族大學青藏高原研究院，四川成都6004；.四川省蜂業(yè)管理總站，四川成都6004）

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蜂蜜產(chǎn)地與蜜源礦物元素溯源方法的建立

何忠萍1，文勇立1，*，王建文2，艾鹥1，澤讓東科1，路暢1
（1.西南民族大學青藏高原研究院，四川成都610041；2.四川省蜂業(yè)管理總站，四川成都610041）

摘要：基于礦物元素含量進行蜂蜜產(chǎn)地和蜜源溯源分析，建立產(chǎn)地和蜜源雙目標溯源方法。采用全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定蜜樣礦物元素含量，在單目標溯源方法基礎(chǔ)上，引進啞變量回歸和校正模型，從而建立了蜂蜜產(chǎn)地、蜜源雙目標溯源分析方法，并以四川蜂蜜為例，進行驗證分析。結(jié)果顯示，針對產(chǎn)地進行的逐步判別分析篩選出As、B、Ca等6個元素用于建立判別模型，回代驗證的正確判別率達91.7 %，交叉檢驗判別率為83.3 %；針對蜜源的逐步判別分析篩選出B、Ca、Cu等5種元素用于建立判別模型，判別率為80 %，交叉檢驗判別率為78.2 %。基于礦物元素含量對蜂蜜進行產(chǎn)地與蜜源的溯源是可行的，所建立的方法具有一定借鑒意義；產(chǎn)地、蜜源兩組判別方程適宜于研究區(qū)的溯源研究。

關(guān)鍵詞：蜂蜜；礦物元素；產(chǎn)地；蜜源；溯源

蜂蜜的成分復(fù)雜，除含有各種糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、酸類、酶類等常規(guī)成分及活性物質(zhì)外，還含有豐富的礦物元素[1]，蜂蜜中含有60多種礦物元素，大多數(shù)參與了蜜蜂機體內(nèi)激素、酶、維生素、蛋白質(zhì)等的代謝與合成[2]。動植物源性食品中礦物元素的構(gòu)成與含量特征主要與產(chǎn)地土壤有關(guān)[3]，而土壤礦物元素的來源又主要決定于成土母質(zhì)等[4]。因此，無論是土壤礦物元素，還是動植物源性食品所含礦物元素，在地理上都呈現(xiàn)區(qū)域性或地帶性分布特征[5-6]，這也是生物地球化學基本特性之一。根據(jù)這一原理，研究者針對動植物源性食品，基于礦物元素含量特征建立了多元線性分析的溯源方法，并證明了該方法的可靠性[7-10]。郭波莉等采用等離子體質(zhì)譜儀測定脫脂牛肉22種元素的含量，對其進行主成分、聚類和判別分析，表明該方法對牛肉產(chǎn)地來源的判別是有效的[7]。Baxter等針對西班牙和英國的112個葡萄酒樣品中的多種礦物元素，采用上述方法，有效地區(qū)分了葡萄酒的來源[8]。

迄今，國內(nèi)外有關(guān)蜂蜜的礦物元素溯源研究很少見報道[2]。不同產(chǎn)地、不同蜜源所產(chǎn)蜂蜜的普通成分基本一致，并且，由于蜂蜜感官特征容易受到加工、結(jié)晶、貯存等因素的影響，僅僅依靠感官方法很難準確辨別產(chǎn)地和蜜源，而可能造成產(chǎn)地和蜜源標識混淆。因此，進行蜂蜜產(chǎn)地和蜜源溯源研究，不僅具有一定科研價值，對于確保消費者利益也具有一定意義。不同地區(qū)蜂蜜中的礦物元素含量存在差異性[11-12]，這為蜂蜜礦物元素溯源提供了重要的理論參考。蜂蜜礦物元素含量與產(chǎn)地和蜜源密切相關(guān)[13]，因此，溯源涉及兩個目標變量，在對其中一個變量進行溯源分析時，應(yīng)當去除另一個變量的影響。本研究以四川省不同地區(qū)、不同蜜源蜂蜜的礦物元素含量測定為例，在單目標溯源方法基礎(chǔ)上，引進啞變量回歸和校正模型，從而建立雙目標溯源分析模型，研究結(jié)果將為蜂蜜的產(chǎn)地和蜜源溯源提供新的方法。

1　材料與方法

1.1材料、試劑及儀器

1.1.1材料

2013年3月，分別從四川省廣安、南充、西昌、達州和眉山地區(qū)養(yǎng)蜂場采集新鮮蜂蜜樣品60個（見表1），每個蜜樣取200 mL裝于250 mL的滅菌瓶，冷藏于-20℃低溫冰箱。

1.1.2試劑

高氯酸、硝酸：分析純；K、Na、Ca、Mg、P等元素的標準品溶液：國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.1.3儀器

iCAP 6000 Series電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：美國ThermoFisher公司。

1.2礦物元素測定

參照文獻[12]進行樣品預(yù)處理。采用全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定蜂蜜礦物元素。

表1　蜂蜜樣品統(tǒng)計Table 1 The number of honey samples

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0進行方差、啞變量回歸、判別分析等分析。

1.3.1產(chǎn)地和蜜源目標變量效應(yīng)值估計及數(shù)據(jù)校正

考慮到影響蜂蜜礦物元素含量的主要因素有產(chǎn)地和蜜源兩個變量，如果將其他影響因素歸入殘差項，可以建立以下啞變量線性回歸方程:

式中：Y?為依變量即蜂蜜礦物元素含量預(yù)測值向量；A為回歸截距矩陣；B1為產(chǎn)地回歸系數(shù)矩陣；X1為自變量（產(chǎn)地向量）；B2為蜜源回歸系數(shù)矩陣；X2為自變量（蜜源向量）；E為殘差項向量。

參考文獻[14]，依變量實測值、預(yù)測值等具有以下關(guān)系:

式中: Y?為礦物元素含量預(yù)測值；y為礦物元素含量實測值；C?為剔除一個自變量的影響后，單個自變量x1（產(chǎn)地）或x2（蜜源）的邊際均值；c為剔除一個自變量的影響后，單個自變量x1或x2的校正值。經(jīng)變換，有

式中：CF為校正系數(shù)。

1.3.2判別分析

參照文獻[7-9]所介紹的方法對校正數(shù)據(jù)進行判別線性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)地、蜜源對蜂蜜礦物元素含量的啞變量回歸擬合結(jié)果

回歸分析顯著性、R及R2結(jié)果見表2。

表2　各元素啞變量回歸分析R表Table 2 The R of regression analysis on elements

從表2可以看出，除Ba、Co、Cr、Mo、Pb、Se、Sr元素的回歸分析差異不顯著（P＞0.05）外，Cd的回歸分析差異顯著（P＜0.05），其余元素的回歸分析均極顯著（P＜0.01）。除Co、Cr外，其余元素R為0.40～0.91，R2為0.3～0.83，表明多數(shù)元素的擬合度較好。

2.2蜂蜜礦物元素含量分析

2.2.1不同產(chǎn)地蜂蜜的礦物元素含量

不同產(chǎn)地礦物元素含量見表3，從中看出，①巴中蜂蜜除B含量高于達州（P＜0.01）外，其余差異不顯著（P＞0.05）；除Fe和Mn含量高于廣安（P＜0.01）外，其余差異不顯著（P＞0.05）；Fe含量高于南充（P＜0.01），Ca、Mg、Al、Zn、As、Cu含量低于南充（P＜0.01）；K、Na、Ca、Mg、Cu含量低于西昌（P＜0.01）。②達州蜂蜜P、Fe、Mn含量高于廣安（P＜0.01），B低于廣安（P＜0.01），其余差異不顯著（P＞0.05）；P、Fe含量高于南充（P＜0.01），Ca、Mg、Al、B、Sr、Zn、As、Cu含量低于南充（P＜0.01）；除P、 Se、Fe、Mn、Mo與西昌差異不顯著（P＞0.05）外，其余元素含量均低于西昌（P＜0.05或P＜0.01）。③廣安蜂蜜Ca、Al含量低于南充（P＜0.01），其余元素差異不顯著（P＞0.05）；K、Na、Ca、Mg、P、Al、Zn、As、Cu低于西昌（P＜0.01）。④南充蜂蜜Al和Zn高于西昌（P＜0.01），K、Na、Mg、P、Fe低于西昌（P＜0.05），其余差異不顯著（P＞0.05）。以上分析可見，西昌蜂蜜各元素含量普遍較高，南充Cu、B、As、Mo含量最高，廣安Na含量最高，達州P的含量最高，而巴中則是Zn和Fe的含量最高。從表3還可以看出，K、Mg、P等元素的標準差偏大，表明這些元素含量即使在相同產(chǎn)地，不同采樣點之間礦物元素的含量也可能存在差異[15]。5個地區(qū)蜂蜜As、Pb、Cd、Cr、Hg等重金屬元素均低于GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》的指標或未檢出[16]。

2.2.2不同蜜源蜂蜜中的礦物元素含量分析

表3　不同產(chǎn)地蜂蜜的礦物元素含量Table 3 The element concentrations in different geographical origin honey samples mg/kg

不同蜜源礦物元素含量見表4，可以看出，①油菜蜜Ca、Mg、Al、P、Cu和Zn含量高于柑橘蜜（P＜0.01），P 和Fe低于柑橘蜜（P＜0.05）；Al高于桂圓蜜、刺槐蜜、山花蜜、小葉杜鵑蜜（P＜0.01），K、Na低于桂圓蜜（P＜0.01），Mg、P低于桂圓蜜（P＜0.05），其余元素差異不顯著（P＞0.05）；Ca、Mg、Zn、As和Cu高于刺槐蜜（P＜0.01），其余元素差異不顯著（P＞0.05）；Ca高于山花蜜（P＜0.05），K和Na低于山花蜜（P＜0.01），其余元素差異不顯著（P＞0.05）；K、Na、Mg、P低于小葉杜鵑蜜（P＜0.01）。②柑橘蜜K、Na、Ca、Mg、Al、As含量低于桂圓蜜（P＜0.01）；P和Mn高于刺槐蜜（P＜0.05），其余元素差異不顯著（P＞0.05）；K、Na、Ca、Mg、Al、Cu都低于山花蜜和小葉杜鵑蜜（P＜0.01）。③桂圓蜜K、Na、Ca、Mg、P、Al、As高于刺槐蜜（P＜0.01）；K低于小葉杜鵑蜜（P＜0.01），Al高于小葉杜鵑蜜（P＜0.01），其余元素差異不顯著（P＞0.05）。④刺槐蜜K、Na、As、Mn低于山花蜜（P＜0.01）；K、Na、Ca、Mg、P、Zn、As、Mn低于小葉杜鵑蜜（P＜0.01）。⑤山花蜜K、Mg、Al、P低于小葉杜鵑蜜（P＜0.01）。從以上分析看出，6種蜜源蜂蜜中小葉杜鵑的K、Mg、P、Zn及Cu的含量最高，山花蜜的Na和As含量最高，刺槐蜜是Mo和Ba最高，桂圓蜜則是B的含量最高，油菜蜜的Ca、Al和Sr含量最高。6種蜜源蜂蜜中重金屬的含量均低于GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》的指標或未檢出[16]，并且Co、Cr、Pb等元素在不同蜜源之間含量差異不顯著（P＞0.05）。

表4　不同蜜源蜂蜜中的礦物元素含量Table 4 The element concentrations in different botanical origin honey samples mg/kg

2.3蜂蜜礦物元素含量判別分析

去除偏回歸系數(shù)差異不顯著（P＞0.05）的元素后，建立有效的判別模型[17]。

2.3.1不同產(chǎn)地蜂蜜礦物元素含量的判別分析

產(chǎn)地判別分析所篩選的元素為As、B、Ca、Cd、Cu、K，所建立的產(chǎn)地判別模型如下:

類別1=15.652X1+75.921X2-18.076X3+39.139X4+ 28.653X5+28.882X6-12.931

類別2=38.432X1+111.406X2+3.569X3+32.744X4+ 56.972X5+23.119X6-29

類別3 =69.036X1+260.107X2-24.8X3+94.698X4+ 107.761X5+97.932X6-131.433

類別4=20.792X1+74.583X2-13.411X3+29.622X4+ 27.082X5+21.741X6-10.916

類別5=30.614X1+123.456X2-13.324X3+41.101X4+ 43.249X5+35.263X6-25.681

其中類別1～類別5依次為達州、南充、西昌、巴中和廣安；X1～X6依次為As、B、Ca、Cd、Cu、K。

表5　判別分析對蜂蜜產(chǎn)地的判別情況Table 5 Classification with discriminant analysis of honey samples from different geographical origin

對以上不同產(chǎn)地蜂蜜判別模型進行回代和交叉檢驗分析結(jié)果見表5。從中看出，A的判別率為100 %；B的判別率為90.9 %，其中有1個樣品被錯判為第E類；C的判別率為100 %；D的判別率為100 %；E的判別率為66.7 %。整體的回代結(jié)果有91.7 %判別正確，交叉檢驗判別率為83.3 %。結(jié)果表明，這6種元素指標對于蜂蜜產(chǎn)地的判別效果較好，判別模型有效。

2.3.2不同蜜源蜂蜜礦物元素含量的判別分析

蜜源判別分析所篩選的元素為B、Ca、Cu、K、Na，模型如下:

類別1 =69.388X1+0.298X2+29.722X3+18.287X4-5.406X5-8.65

類別2 =96.641X1+0.623X2+36.657X3+9.551X4+ 3.599X5-21.165

類別3=100.998X1+10.127X2+75.035X3+41.854X4-14.616X5-32.523

類別4 =105.382X1+1.395X2+51.398X3+11.97X4-9.248X5-16.462

類別5 =69.397X1+0.338X2+56.864X3+57.599X4-9.194X5-20.41

類別6 =127.81X1+0.858X2+84.295X3+71.713X4-14.116X5-42.007

其中類別1～類別6依次為柑橘蜜、油菜蜜、桂圓蜜、刺槐蜜、小葉杜鵑和山花蜜；X1～X5依次為B、Ca、Cu、K、Na。

對以上不同蜜源蜂蜜判別模型進行回代和交叉檢驗分析結(jié)果見表6。從中看出，柑橘蜜的判別率為64.3 %，油菜蜜的判別率為72.7 %，桂圓蜜的判別率為75 %，刺槐蜜的判別率為91 %，小葉杜鵑的判別率為100 %，山花蜜的判別率為85.7 %。整體的判別率為80 %，交叉檢驗判別率為78.2 %，表明，這5種元素指標對于蜂蜜蜜源的判別效果較好，所建立的判別模型有效。

表6　判別分析對蜂蜜蜜源的判別情況Table 6 Classification with discriminant analysis of honey samples from different botanical origin

3　討論

利用啞變量回歸估計值和因子邊際效應(yīng)值對原始數(shù)據(jù)進行校正[14]，然后進行判別分析，結(jié)果顯示，該方法能夠?qū)⒉煌a(chǎn)地和蜜源的樣品有效分開。產(chǎn)地判別分析，篩選出As、B、Ca、Cd、Cu、K共6個元素，因此建立的判別模型經(jīng)回代驗證，判別率達91.7 %，交叉檢驗判別率為83.3 %；蜜源判別分析篩選出B、Ca、Cu、K、Na共5種元素，據(jù)此建立的判別模型判別率為80 %，交叉檢驗判別率為78.2 %。顯示，所建立的方法對產(chǎn)地和蜜源進行線性溯源是可行的。

產(chǎn)地判別分析顯示，僅有達州蜂蜜與巴中、廣安和南充的少數(shù)樣品有錯判現(xiàn)象，這可能由于采樣點的地理位置毗鄰，可能導(dǎo)致樣品間礦物元素含量差異較小[18]；蜜源判別分析顯示，僅柑橘蜜等樣品中存在錯判現(xiàn)象。可能除地理相鄰?fù)?，少?shù)樣品取自散養(yǎng)戶，不排除蜜源混合的可能。研究認為，線性分析結(jié)果錯判率越低，溯源準確率越高[17]，因此，為了提高溯源有效性，應(yīng)盡可能降低樣品的關(guān)聯(lián)性。

不同產(chǎn)地間，西昌蜂蜜K、Na、Mg、Ca、Al含量較高，南充Cu、B、As、Mo含量較高，廣安Na含量較高，達州P的含量最高，巴中Zn和Fe的含量較高；而不同蜜源間，小葉杜鵑蜜K、Mg、P、Zn及Cu的含量較高，山花蜜的Na和As含量較高，刺槐蜜Mo和Ba較高，桂圓蜜B的含量較高，油菜蜜Ca、Al和Sr含量較高。此外，無論是不同產(chǎn)地，還是不同蜜源，含量最高的元素都是K，這與Silva[19]的報道較吻合。

4　結(jié)論

基于礦物元素含量對蜂蜜進行產(chǎn)地與蜜源的溯源是可行的，所建立的方法具有一定借鑒意義；對產(chǎn)地建立的判別模型包含As、B、Ca、Cd、Cu、K，對蜜源建立的判別模型包含B、Ca、Cu、K、Na，兩組判別方程適宜于研究區(qū)內(nèi)的蜂蜜溯源。西昌蜂蜜K、Na、Mg、Ca、Al含量較高，南充Cu、B、As、Mo含量較高；小葉杜鵑蜜K、Mg、P、Zn及Cu的含量較高，山花蜜的Na和As含量較高。

參考文獻：

[1]陳蘭珍,芮玉奎,趙靜,等.應(yīng)用ICP-MS測定不同種類蜂蜜中的微量元素和重金屬[J].光譜學與光譜分析,2008,28(6):1403-1404

[2]Marcelo Enrique Conti,Jorge Stripeikis,Luigi Campanella et al.Characterization of Italian honeys (Marche Region）on the basis of theirmineral content and some typical quality Parameters[J].Chemistry Central Journal,2007,1(1):1-14

[3]魏益民,郭波莉,趙海燕,等.論食品溯源技術(shù)研究方法與應(yīng)用原則[J].中國食品學報,2012(11):8-12

[4]林崇獻.土壤與農(nóng)業(yè)地質(zhì)土壤[J].廣西地質(zhì),2001,14(1):41-45

[5] Chen H,Fan C,Wang Z,et al.Uncertainties estimation for determination of 10 elements in Northeastern China black bee honey by ICPMS[J].Analytical Methods,2013,5(13):3291-3298

[6] Chudzinska M,Baralkiewicz D.Application of ICP-MS method of determination of 15 elements in honey with chemometric approach for the verification of their authenticity[J].Food and Chemical Toxicology,2011,49(11):2741-2749

[7]郭波莉,魏益民,潘家榮,等.多元素分析判別牛肉產(chǎn)地來源研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2007,40(12):2842-2847

[8] Baxter M J,Crews H M,Dennis M J,et al.The determination of the authenticity of wine from its trace element composition [J].Food Chemistry,1997,60(3):443-450

[9]龔自明,王雪萍,高士偉,等.礦物元素分析判別綠茶產(chǎn)地來源研究[J].四川農(nóng)業(yè)大學學報,2012,30(4):429-434

[10] Smith R G.Determination of the country of origin of garlic (Allium sativum）using trace metal mental profiling[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005,53(53):4041-4045

[11] Madejczyk Maria, Baralkiewicz Danuta.Characterization of Polish rape and honeydew honey according to theirmineral contents using ICP-MS and F-AAS/AES[J].Analytica Chimica Acta,2008,617(1-2):11-17

[12]孫建民,劉博靜,孫漢文,等.不同產(chǎn)地蜂蜜中若干金屬元素含量的分布比較[J].河北大學學報,2010,3(30):271-274

[13] Stefan Bogdanov,Max Haldimann,Werner Lug inbüh.minerals in honey:environmental,geographical and botanical aspects[J].Journal of Apicultural Research and Bee World,2007, 46(4):269-275

[14]陳德全,楊靜華.奶牛標準產(chǎn)奶量校正系數(shù)的研究綜述[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學報,1993(1):89-91

[15] Latorre M J,Pena P,Garcia S,et al.Authentication of Galician honeys by multivariate techniques based on metal content data[J].analyst, 2000,125(2):307-312

[16]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 2762-2012食品安全國家標準食品中污染物限量[S].北京:中國標準出版社,2012

[17]盧紋岱.SPSS統(tǒng)計分析[M].4版.電子工業(yè)出版社, 2012, 12(6): 318-500

[18] Bentabol Manzanares A,García Z H,Galdón B R,et al.Differentiation of blossom and honeydew honeys using multivariate analysis on the physicochemical parameters and sugar composition[J].Food hmry, 2011(2):664-672

[19] Silva L R,Videira R,Monteiro A P,et al.Honey from Luso region (Portugal):Physicochemical characteristics andmineral contents[J].Microchemical Journal,2009,93(1):73-77

[20] Rashed M N,Soltan M E.Major and trace elements in different types of Egyptian mono-floral and non-floral bee honeys[J].Journal of Food Composition and Analysis,2004,17(6):725-735

[21] Pohl P,Stecka H,Greda K,et al.Bioaccessibility of Ca,Cu,Fe,Mg,Mn and Zn from commercial bee honeys[J].Food Chemistry ,2012, 134 (1):392-396

[22] Tuzen M,Silici S,Mendil D,et al.Trace element levels in honeys from different regions of Turkey[J].Food Chemistry,2007,103(2):325-330

[23] Pyrzynska K,Biesaga M.Analysis of phenolic acids and flavonoids in honey[J].TrAC Trends in Analytical Chemistry,2009,28(7):893-902

[24] Chudzinska M,Debska A,Baralkiewicz D.Method validation for determination of 13 elements in honey samples by ICP-MS[J].Accreditation and Quality Assurance,2012,17(1):65-73

Establish the Traceability Method of Geographical and Botanical Origin of Honey by Itsmineral Elements

HE Zhong-ping1，WEN Yong-li1，*，WANG Jian-wen2，AI Yi1，Tserang Donko Mipam1，LU Chang1
（1.Southwest University for Nationalities/Institute of Qinghai-Tibet Plateau，Chengdu 610041，Sichuan，China；2.Sichuan Province of Apiculture Management Station，Chengdu 610041，Sichuan，China）

Abstract：To establish the method of double-aim traceability through analysing on geographical and botanical origin of honey based on the content ofmineral elements.The contents ofmineral elements were detected by inductively coupled plasma optical emission spectrometry（ICP-OES）.Based on the method of single traceability，the geographical and botanical origin traceability were verified and analysed taking Sichuan as an example through the introduction of dummy variable regression analysis and correction model and the establishment of an analytical methods-double-aim traceability analysis on geographical origin and botanical origin of honey.The results showed that 6 elements（As、B、Ca etc.）for a discriminant model were established by stepwise discriminant analysis based on the geographical origin of honey.The back substitution verification of correct classification rate reached 91.7 % and the crosscheck classification rate was 83.3 %.5 elements（B、Ca、Cu etc.）for a discriminant model were identified by the same analysis based on the botanical origin.And the classification of back substitution and classification of crosscheck were 80 % and 78.2 %，respectively.The geographical origin of honey can be traced by utilizing the content ofmineral elements.The double-aim traceability analysis method based on the geographical origin and botanical origin of honey is efficient and significative.The discriminant equations about geographical origin and botanical origin of honey are appropriate to honey traceability of the studied regions.

Key words：honey；mineral elements；geographical origin；botanical origin of honey；traceability

DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2016.05.006

基金項目：西南民族大學“創(chuàng)新型科研項目”（CX2014SZ125）

作者簡介：何忠萍（1989—），女（漢），碩士研究生，研究方向：家畜生態(tài)學。

*通信作者：文勇立（1959—），男，教授，研究方向：動物生態(tài)與生產(chǎn)、動物遺傳育種與繁殖。

收稿日期:2012-12-27