基于近红外线谱分析的蜂蜜品质检测及掺假识别关键技术研究

刘贺　罗曼　马玉梅　徐志伟　姜帅琦

作者简介：刘贺（1992-），男，汉族，河北省衡水市，学生，本科，单位：南京农业大学，研究方向：有关蜂蜜真假鉴别技术研究。

摘要：众所周知蜂蜜的品种由于其产地的不同，来源的植物不同，所以组成成分复杂，各成分的含量也各不相同，这就给蜂蜜的真假鉴别技术带来了挑战，传统的蜂蜜鉴别技术如感官鉴别法等具有一定的局限性。近红外光谱技术是一种高效快速的现代分析技术，其应用广泛，尤其在食品方面。近红外光谱分析技术也应用于蜂蜜检测，其最早应用的领域是蜂蜜的内部品质检测。由于近年来蜂蜜掺假现象严重，掺假判别研究技术成为热点。本文将介绍部分蜂蜜检测方法，重点对近红外技术作简要介绍的同时详细介绍其在蜂蜜成分，产地来源等的应用。

关键词：蜂蜜掺假；近红外谱分析技术；真假鉴别；偏最小二乘法

引言

2011年10月20日新颁布实施的蜂蜜新国标指出：蜂蜜是指蜜蜂采集植物的花蜜，分泌物或蜜露，与自身分泌物混合后经充分酿造而成的天然甜物质（GB 14963-2011）。其组成中含有水分，糖，维生素，蛋白质，矿物质及生物类黄酮等180余种不同组成成分，故其对身体有很好的保健作用。我国地大物博，种植物种类繁多，同时也是养蜂大国.20世纪90年代初，蜂蜜的世界贸易总量在20万吨左右，其中我国出口的大约占40%。然而由于我国蜂蜜质量不断下降，在各进口国的信誉越来越低。出口量越来越少，其中主要问题即是我国蜂蜜存在严重掺假问题。如何有效鉴别蜂蜜真伪是目前我国蜂蜜产品质量控制的难题。

1.蜂蜜鉴别手段的发展方向

1.1感官鉴别法

感官鉴别是消费者和蜂农通常使用的方法，是指通过眼观，鼻闻，口尝之类的方法来鉴别蜂蜜的品质及是否掺假。比如眼观蜂蜜的色泽，粘度，稠度及透明度；口感蜂蜜是否甜味纯正，无涩味，无酸味；鼻闻蜂蜜是否有对应蜜种的花香气味等等。这些感官法便于操作，是蜂农和消费者无法借用其他技术分析手段时常采用的方法。其最大的缺点时依赖经验的一种主观性判断既不科学也不准确。

1.2旋光法

不同种类的蜂蜜一般具有稳定的旋光性，一般为左旋。由于掺入不同旋光度的糖分，旋光度发生变化，甚至左旋变为右旋通过建立不同掺假糖类浓度与旋光度变化的回归方程，可以判定蜂蜜的真假及掺假的浓度。该方法操作简单但是容易受其他条件因素的影响如样品pH值及测定环境的稳定一致性。

1.3光谱法

光谱法有拉曼光谱法和中/近红外光谱法三种。三种分析方法在蜂蜜检测领域各有一定应用，这里主要介绍一下近红外光谱法。近红外光谱主要反映蜂蜜中有机化合物的含氢官能团的倍频和合频吸收根据这些官能团的近红外光谱出现的位置吸收强度等性能特征结合化学计量学方法对该成分做定性和定量分析。该方法具有快速，无损，环保等特点，已广泛应用农产品食品等领域。

2.近红外光谱技术在蜂蜜品质检测及掺假识别中的发展

2.1近红外光谱技术的特点

近年来，由于计算机技术的快速发展，近红外光谱技术结合化学计量仪软件的发展日趋完善，近红外光谱技术得到快速发展由于其具有快速，无损，环保等特点广泛应用于食品，农产品，医药，石油等领域。其对蜂蜜进行检测的步骤大致分为4步：首先寻找具有代表的蜂蜜样本，用标准方法测定其化学成分组成；二是根据近红外谱图及其含量的相关性通过化学计量学软件建立校正模型采用的方法有偏最小二乘法，马氏主成分回归法；三是寻找已知化学值得验证集样品对校正模型进行评价；四就是如果预测结果在建立的模型误差范围内，即可以用该模型预测未知同类样品.

2.2近红外谱分析技术在蜂蜜品质检测及真假鉴别方面的应用

在使用仪器前应先着手准备蜂蜜样品的选择，样品要选择具有代表性的.然后将仪器对应的厂家软件按要求装到电脑，开始采集光谱时要连接好电脑和仪器。打开实验仪器，连接好电脑后进行采集参数的确定，这包括采集次数，时间，光源设定等等.进行采集谱图后保存.前期准备工作就做好了。由于每次采集的蜂蜜光谱能量不同，光谱间差异较大，为了消除这些差异，在数据分析和数学建模前分别对校正集合预测集光谱进行标准化处理，然后采用偏最小二乘法（PLSR）对实验数据进行多元统计分析。校正模型的性能通过相关系数评价其相关性。而且化学计量学软件可以剔除异常样本带来的影响，提高了模型的预测能力和稳健性。模型的建立是实现近红外光谱检测的最关键的一步。定量校正也称多元校正，即在样本的物化参数与光谱测量信号之间建立定量联系。最常用的定量分析方法包括多元线性回归（MLR）主成分回归（PLR），和PLS回归等线性校正方法和人工神经网络等非线性方法。

3.近红外谱分析法存在的不足

近红外光谱技术发展迅速，虽然有上述优点，但也有它自身的不足。首先，近红外分析仪只能进行光谱的采集不能进行任何成分的测定，这就要求实验人员还要另外用其他仪器测定其组成成分。另外，实验人员需要安装厂家定制的软件，而且其安装过程复杂，由于专业知识限制和科学研究的多样性，仪器厂商很少能为使用者提供通用的数学模型。所以这里采用和化学计量学软件结合的方法进行研究。近红外仪器还在发展，也许这些问题会慢慢得到改善和解决。

4.总结分析

虽然近红外仪器应用的领域广泛，功能也比较强大，网上相关论文也比较多，但是其自身存在的不足还是很有影响的。采用近红外谱分析和化学计量学软件结合对蜂蜜品质检测及真假鉴别的方法也存在各种各样的误差，首先样品的选择和测定存在着很大的误差，比如温度的变化，相关性质测定的误差等等。另外由于蜂蜜本身具有多样性，这就需要建立多种蜂蜜的模型，不同蜜种之间不能互用模型，所以每次鉴别还需要和性匹配的蜜种进行性惯性检测，任务量大。另外不同厂家生产的近红外仪器之间也存在着差异性，用这种仪器建立的模型可能和另外的一种仪器得出来的结果之间就存在不同，所以也给应用者带来了困惑，使用不统一。所以就需要对此种仪器进行标准化规定，建立蜂蜜质量评价综合技术体系。当然了这也说明近红外光谱技术尚有广阔的发展空间和很高的研究价值，会一步一步更加成熟。此外随着近红外技术的发展，这种技术应用在蜂蜜品质检测盒真假鉴别领域的功能也会更强大和日趋成熟

（作者单位：南京农业大学）