对付骗子:使用NMR检测掺假蜂蜜

蜂蜜在历史上一直很有价值，不仅是一种甜味剂，也是一种药物。人们在古埃及金字塔中发现了它，由于其天然的抗生素和防腐性能而得以保存。1851年，随着实用的活动框架蜂箱的发明，世界范围内养蜂业的创建开始了。

全球蜂蜜市场将以每年70%的速度增长，到2023年达到100亿桶，不断增长的需求给行业带来压力也就不足为奇了。这种需求，以及缺乏国际标准化的蜂蜜生产规则，成为了骗子在蜂蜜中掺假的诱因。这给很多人带来了巨大的问题，包括生产蜂蜜的养蜂人，他们在超市里被更便宜的产品抢走了价格，以及不知道市场上有假蜂蜜的消费者。
元素分析仪同位素比质谱(EA-IRMS)/稳定同位素比分析(SIRA)是检测蜂蜜掺假的常用方法，但事实证明，这种方法不可靠，因为骗子已经改变了他们的假蜂蜜，以在雷达下通过。因此，已经开发了几种方法来解决SIRA的缺陷，其中核磁共振(NMR)光谱学成为打击蜂蜜欺诈的更全面的方法。
1H-NMR等强大的技术正在成为解决这一问题的解决方案，使实验室能够更快地识别假冒蜂蜜。

全球蜂蜜经济动机掺假(EMA)

蜂蜜的高价值提供了强大的经济激励，并使其面临经济动机掺假(EMA)的风险。全球消费者认为该产品对健康有益，他们愿意花更多的钱购买天然产品，这是蜂蜜市场预期增长的关键驱动力。例如，美国、日本和澳大利亚等国家的消费者需要更多的单花蜂蜜或特产蜂蜜。随着这种需求的持续增长，供应会出现短缺，因为受蜜蜂疾病、蜜蜂自然栖息地恶化和不利气候条件的影响，大多数国家的产量保持不变或下降。根据美国药典的食品欺诈数据库，蜂蜜是第三个被掺假的食品目标，仅次于牛奶和橄榄油，在欧洲它被列为十大最被伪造的食品之一[2,3]。
由于目前还没有美国联邦蜂蜜鉴定标准，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，大量补充蜜蜂喂养，以及掩盖真正的原产国。超滤技术(或树脂技术)使骗子能够通过去除花粉以及赋予蜂蜜颜色和味道的化学成分来掩盖真实的产地和植物品种。此外，在一些国家，一种常见的做法是收获未成熟的蜂蜜，这是为了增加产量。蜂蜜的水分含量在50%左右，然后人工干燥，使其含量达到18%左右。由于这种蜂蜜没有被蜜蜂恰当地成熟，它导致产品质量较差，不具有与成熟蜂蜜相同的特性。
虽然有几个国家报告称其蜂蜜出口显著增加，但蜂箱数量几乎没有增长，有证据表明欺诈活动正在大幅增加(图1)。
尽管做出了监管努力，但管理机构和贸易组织一直在努力确保市场上的蜂蜜安全、优质、标签正确。这种质量控制的缺乏可能对全球蜂蜜价格和养蜂人的生计产生深远的影响。

目前的测试方法

目前有几种有针对性的方法可以检测蜂蜜中的糖浆。这些方法要么基于检测用于将淀粉转化为糖的外源酶(如β-果糖呋喃糖苷酶、外源淀粉酶)，要么基于糖浆的特定标记(如SM-R和TM-R)。有证据表明，已经找到了去除这些标记的技术，寻找掺假的特定标记的成本以及无法跟上不断发展的掺假方法，导致假蜂蜜的数量在过去十年中急剧上升。因此，不针对某一类型掺假物的非靶向和多标记方法正得到越来越多的采用。
基于EA-IRMS/SIRA的AOAC国际方法只能检测C4植物(如玉米和甘蔗)的糖浆，而对C3植物(如水稻和甜菜)的糖浆是盲的。骗子利用了这一点，改变了他们的方法，加入了甜菜和大米糖浆来增加产品数量。新的核磁共振蜂蜜数据库表明，EA-IRMS测试只能检测到23.9%的掺假样品。因此，EA-IRMS的阴性结果不能被认为是蜂蜜真实性的证明，不再是可靠的方法。
液相色谱结合同位素比质谱(LC-EA-IRMS)也可以检测不同种类的糖添加物。然而，基于LC-EA-IRMS开发的方法由于使用非标准化的数据采集和处理方法，以及使用不同的参数和相关参考值(纯度标准)来评估蜂蜜中糖浆的存在而缺乏实验室间的可重复性。此外，一些与蜂蜜有相似同位素模式的糖浆使检测具有挑战性。
多年来，通过这些方法检测到的掺假数量大幅下降，因此需要一种更协调、通用的分析方法来解决蜂蜜欺诈问题。

核磁共振:解决方案

核磁共振提供了一种更全面的方法，在过去的十年中，人们进行了研究，以证明其在食品真实性分析方面的潜力。通过1H-NMR波谱，可以同时观察到数百种化学成分，包括糖、酸和氨基酸，从几百克/公斤的高浓度到低百万分之一(ppm)的范围，对蜂蜜成分进行分析。这将生成一个“指纹”，使用蜂蜜指纹数据库，用户可以将测试样品与所有参考样品进行比较，以检查是否符合标准。这可以快速检测糖浆的存在，还可以检查是否符合所宣布的原产国和植物来源。此外，与来自同一花卉来源的参考样本进行比较，可以快速推断出非典型特征，然后进行进一步调查，在实施时发现新的欺诈方法。
正是核磁共振的高再现性使其能够创建如此强大的参考样品(指纹)数据库，并确保在光谱之间观察到的变化是真实的，而不是由于分析漂移。一旦获得指纹，就可以随时使用新技术和算法对数据进行重新处理，甚至在数年后进行，并将其与蜂蜜数据库进行比较，目前蜂蜜数据库包含18000个参考样本，涵盖50多个国家和100个植物品种。它还包括1900种已知的掺假蜂蜜与糖浆，这对于识别掺假蜂蜜与纯蜂蜜的具体标记是必要的。一个符合标准的蜂蜜样本和一个不合格蜂蜜样本的比较示例(图1)显示了如何识别掺假的蜂蜜。
由于其独特的通用能力，1H-NMR与多元统计化学计量学相结合，被证明是确定蜂蜜真实性和质量的强大工具，从而可以制备详细的分析报告(图2)。

在未来打击欺诈

食品欺诈是威胁养蜂业的主要问题。随着欺诈行为的持续增长，消费者将对蜂蜜失去信心，而确定真实性的标准方法也被证明不再有效。
核磁共振与统计分析相结合，为蜂蜜真实性及其原产国的分析提供了有力的替代方法。FoodScreener™平台等技术正在满足对可靠检测的需求，并使用Honey-Profiling™等新兴软件模块来解决这些问题，使欺诈者很难(可能不可能)通过添加外国化学品和糖浆来继续欺骗检测。这样一来，欺诈行为就可以迅速而成功地暴露出来，而无需付出不合理的代价。
有关FoodScreener蜂蜜分析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。

引用:

1.Marketresearchfuture.com。(2018)。蜂蜜市场规模，份额，趋势，全球行业分析，2023年[在线]可在:https://www.marketresearchfuture.com/reports/honeymarket-5139
2.Norberto L. García(2018)《国际蜂蜜市场现状》，《蜜蜂世界》，95:3,89-94,DOI: 10.1080/0005772X.2018.1483814
3.加强蜂蜜真实性监测(2018年至2019年报告)，加拿大政府，https://inspection.gc.ca/about-the-cfia/science-and-research/our-research-and-publications/report/eng/1557531883418/1557531883647

作者简介

Léa Heintz毕业于分析化学硕士学位。她在布鲁克工作了几年，作为一名应用科学家，开发了用于食品基质的NMR方法，以监测真实性和质量。她现在担任Applied NMR产品组合的业务开发和产品经理，该组合包括FoodScreener平台及其筛选方法。