基于微波等離子體炬串聯(lián)質(zhì)譜鑒別蜂蜜和糖漿

鄧敏 黃學(xué)勇 王文靜 崔萌 于騰輝 羅麗萍

摘 要 采用微波等離子體炬串聯(lián)質(zhì)譜（Microwave plasma torch mass spectrometry， MPT-MS）技術(shù)，在無(wú)需樣品預(yù)處理的條件下，建立了快速鑒別3種蜂蜜和4種糖漿的方法。在正離子模式下，蜂蜜和糖漿直接由MPT產(chǎn)生的火焰離子化，生成的離子采用四極桿質(zhì)譜儀（QM）檢測(cè)，得到蜂蜜和糖漿的質(zhì)譜信息，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)一步對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，MPT-MS結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法，可以快速鑒別蜂蜜和糖漿，主成分分析（PCA）顯示PC1、PC2和PC3的總貢獻(xiàn)率達(dá)91.2%； 聚類分析（CA）顯示當(dāng)臨界值為7時(shí)，除紫云英蜜和菊粉糖漿外，可以有效的區(qū)分蜂蜜和糖漿； 偏最小二乘判別分析（PLS-DA）顯示蜂蜜和糖漿可以被有效區(qū)分； 判別分析（DA）顯示蜂蜜和糖漿的判別準(zhǔn)確率為100%。本方法無(wú)需樣品預(yù)處理，具有分析速度快、信息提取準(zhǔn)確和識(shí)別精度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于蜂蜜與主要摻假糖漿的鑒別。

關(guān)鍵詞 微波等離子體； 質(zhì)譜； 蜂蜜； 糖漿

1 引 言

蜂蜜具有抗氧化、抗菌和抗炎等多種功效，可用于治療創(chuàng)傷、燒傷和胃潰瘍等傷病[1～3]。蜂蜜主要由葡萄糖和果糖組成，此外還有少量的其它物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、酶、氨基酸、有機(jī)酸、脂類、維生素、黃酮類和礦物質(zhì)等[4～6]?，F(xiàn)行的蜂蜜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蜂蜜中不得添加或混入任何蜂蜜以外的物質(zhì)[7]。但受利益驅(qū)動(dòng)，很多不良商家在高品質(zhì)蜂蜜中摻入低品質(zhì)蜂蜜，以次充好； 或者在蜂蜜中直接摻入糖漿，以假亂真。常用的蜂蜜摻假物有蔗糖、高果糖漿、大米糖漿、玉米糖漿、甜菜糖漿和麥芽糖漿等[8]。

目前，常用于蜂蜜摻假檢測(cè)的方法主要有穩(wěn)定碳同位素法、熱分析法[9]、核磁共振法[10]、色譜法[11，12]、光譜法[13]和質(zhì)譜法[14]等。穩(wěn)定碳同位素法可以有效檢測(cè)由C4植物產(chǎn)生的糖漿，但對(duì)于C3植物來(lái)源的糖漿則無(wú)法鑒別； 液相色譜、氣相色譜、離子色譜和薄層色譜等色譜法需要經(jīng)過(guò)前處理過(guò)程，不利于快速檢測(cè)。質(zhì)譜具有特異性好、靈敏度高及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，2010年，Ruiz-Matute等[15]采用GC-MS方法檢測(cè)了摻入低含量（5%）高果糖漿的摻假蜂蜜，結(jié)果表明，摻假蜂蜜中含有Inulotriose，在純蜂蜜中不含有Inulotriose。2015年，Du等[16]采用超高液相色譜-串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)分析了蜂蜜中多種糖漿的摻假，在30 min內(nèi)檢測(cè)出10%的糖漿摻假。近年來(lái)，中性解吸電噴霧電離質(zhì)譜（Neutral desorption-extractive electrospray ionization mass spectrometry， ND-EESI-MS）[7]、內(nèi)部萃取電噴霧電離質(zhì)譜（Internal extractive electrospray ionization mass spectrometry， iEESI-MS）[18，19]、和表面解吸常壓化學(xué)電離質(zhì)譜（Desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry， DAPCI-MS）[20]等直接質(zhì)譜法被廣泛應(yīng)用于食品、生物、發(fā)酵、環(huán)境和醫(yī)藥等領(lǐng)域。微波等離子體炬是一種新型等離子體發(fā)生裝置[21]，微波等離子體炬串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（Microwave plasma torch mass spectrometry， MPT-MS）結(jié)合了微波等離子的強(qiáng)解吸能力和質(zhì)譜的高靈敏檢測(cè)能力，主要用于金屬元素的分析。鐘濤等[22]建立了MPT-MS分析飲用水中微量鈣的方法，檢出限為3.88 ng/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.87%～8.04%，加標(biāo)回收率為101.3%～115.1%。2017年Wang等[23]采用MPT-MS技術(shù)進(jìn)行了臍橙產(chǎn)地的研究，其中香草素的檢出限為0.119 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.7%。

本研究采用MPT-MS技術(shù)，無(wú)需樣品預(yù)處理，對(duì)3種蜂蜜（洋槐蜜、紫云英蜜和雜花蜜）和4種糖漿（大米糖漿、玉米糖漿、甜菜糖漿和菊粉糖漿）進(jìn)行直接質(zhì)譜檢測(cè)，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)蜂蜜和糖漿進(jìn)行分析，建立了蜂蜜和糖漿綠色、原位、快速的鑒別方法，為蜂蜜的摻假檢測(cè)及其它食品摻假的檢測(cè)提供了參考依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

微波等離子體炬管（外管、中管和內(nèi)管三管同軸的結(jié)構(gòu)）和WGY-20型微波功率源（長(zhǎng)春吉大小天鵝儀器有限公司）； LTQ-XL型線性離子阱質(zhì)譜儀（美國(guó)Thermo Fisher公司），配Xcalibur數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。氬（Ar）氣（純度>99.999%，江西國(guó)騰氣體有限公司）。

洋槐蜜由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)蜂蜜研究所提供，紫云英蜜和雜花蜜由武漢巢野蜂產(chǎn)品有限公司提供； 大米糖漿、玉米糖漿和甜菜糖漿由南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室付桂明教授惠贈(zèng)，菊粉糖漿（比利時(shí)，Beneo Orafti S.A）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 蜂蜜和糖漿樣品的準(zhǔn)備 測(cè)定前，將3種蜂蜜（洋槐蜜、紫云英蜜和雜花蜜）和4種糖漿（大米糖漿、玉米糖漿、甜菜糖漿和菊粉糖漿）樣品置于55℃的水浴鍋中孵育30 min，分別渦旋使樣品混勻，冷卻到室溫，各取1 mL樣品于樣品臺(tái)，待測(cè)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)條件 線性離子阱質(zhì)譜（LTQ-MS）采用正離子檢測(cè)模式，質(zhì)譜掃描范圍m/z 50～700，毛細(xì)管溫度150℃，毛細(xì)管電壓29 V，其它參數(shù)由LTQ-MS軟件系統(tǒng)自動(dòng)優(yōu)化。

MPT-MS的裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示。利用微波發(fā)生器將電能轉(zhuǎn)換為微波能，微波在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生諧振形成放電區(qū)，當(dāng)放電氣體（Ar）通過(guò)諧振放電區(qū)時(shí)，便受熱、激發(fā)、離解和電離，多次反復(fù)后，在內(nèi)管（載氣）和中管（支撐氣）頂端形成等離子體，并由炬管頂部向空氣擴(kuò)展延伸，形成了具有中央通道的類似于火焰的微波等離子體。載氣流速為 800 mL/min，支撐氣流速為400 mL/min，MPT炬管與質(zhì)譜儀離子傳輸管的水平夾角α=30°，等離子體火焰尖端與質(zhì)譜口的水平距離d=10 mm，樣品表面與質(zhì)譜口的垂直距離h=10 mm。

3.2 條件優(yōu)化

以洋槐蜜為檢測(cè)對(duì)象，以m/z 198凈響應(yīng)信號(hào)平均值為指標(biāo)，對(duì)微波功率、載氣流速和支撐氣流速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

3.2.1 微波功率優(yōu)化 MPT中微波功率對(duì)質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度有較大的影響，微波功率分別設(shè)置為50、60、70、80、90和100 W進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)圖4A。50～80 W時(shí)，質(zhì)譜信號(hào)隨著微波功率的增加而增強(qiáng)； 80～100 W時(shí)，隨著功率增加， 質(zhì)譜信號(hào)降低，這是因?yàn)殡S著微波功率的升高，目標(biāo)物接收的能量也越高， 并逐漸發(fā)生裂解，導(dǎo)致離子信號(hào)強(qiáng)度逐漸降低。

3.2.2 載氣流速優(yōu)化 如圖4B所示，隨載氣流速的增大， 目標(biāo)離子信號(hào)強(qiáng)度出現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，載氣流速為600 mL/min時(shí)質(zhì)譜信號(hào)最大。這是因?yàn)檩d氣流速太小不利于離子火焰的穩(wěn)定，流速過(guò)大對(duì)等離子體炬具有冷卻作用。

3.2.3 支撐氣流速優(yōu)化 支撐氣流速分別設(shè)置為200、350、500、650和800 mL/min進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖4C。隨載氣流速的增大， 目標(biāo)離子信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，最佳載氣流速為650 mL/min。 這是因?yàn)橹螝饬魉偬〔焕谛纬呻x子火焰，支撐氣流速過(guò)大對(duì)等離子體炬具有冷卻作用[24]。

4 結(jié) 論

采用MPT-MS，在無(wú)需樣品前處理的條件下獲取了3種蜂蜜和4種糖漿的MPT-MS數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法（PCA、CA、PLS-DA和DA）實(shí)現(xiàn)了蜂蜜和糖漿的快速區(qū)分。本研究為建立綠色、原位、快速的蜂蜜和糖漿鑒別的新方法提供了參考。

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Abstract In this study， a method for rapid identification of three kinds of honey and four kinds of syrup by microwave plasma torch mass spectrometry （MPT-MS） without sample pretreatment was established. Under the positive ion mode， honey and syrup were ionized by MPT-MS and analyzed by quadrupole mass spectrometry （QMS）. The MS data were analyzed with chemometrics methods. Consequently， principal component analysis （PCA） showed that PC1， PC2 and PC3 had a total contribution rate of 91.2%， and cluster analysis （CA） indicated when the critical value was 7， this method could distinguish honey and syrup in addition to clover honey and inulin syrup. Partial least squares-discriminant analysis （PLS-DA） also manifested that honey and syrup could be effectively distinguished. Discriminant analysis （DA） demonstrated that the discriminant accuracy of honey and syrup was 100%. Accordingly， all the results showed that the method of MPT-MS combined with chemometrics could identify honey and syrup rapidly. In brief， this method has the advantages such as fast analysis speed， accurate information extraction， high recognition accuracy and without sample pretreatment， and can be used for the identification of honey and main adulterated syrup.

Keywords Microwave plasma torch； Mass spectrometry； Honey； Syrup

（Received 4 September 2017； accepted 18 March 2018）