蜂蜜形成过程稳定同位素分馏效应及其机制研究

Adulteration of high quality honey is widespread due to its complex sources and high price, which not only exerts negative effects on consumers’ nutrition and health but also hampers the development of honey business. Stable isotope techniques can be used to detect honey authenticity and trace the botanical and geographical origins of honey products, but there are no mechanism studies on the stable isotopic fractionation processes during honey formation, which limit the accuracy and application of this technique for ever increasing adulteration of brand-name honey products using high technology. In this study, we plan to compare the differences in the carbon, nitrogen, hydrogen and oxygen isotope ratios of rape nectars and acacia nectars, pollens to corresponding honey products among different geolocations and seasons in China, to clarify physical, chemical, biological and ecological mechanisms for such differences in stable isotope compositions, and to quantify the influences of biochemical characteristics of nectars or pollens and the environmental conditions of honey producing areas. This study will not only provide technical support and theoretical basis for establishing more comprehensive technology system for authenticity and traceability of honey products, but has significant implications for other studies on the traceability of valuable food products.

由于蜂蜜来源复杂和价格昂贵，导致高品质蜂蜜掺假现象严重，不仅损害消费者健康，也给产业发展带来巨大损失。稳定同位素技术可用于蜂蜜真实性鉴别和品种及产地溯源，但目前还缺乏对蜂蜜形成过程同位素效应的机理研究，严重限制了这一技术的有效性和实用性，不能满足打击日益猖狂、借用高科技的蜂蜜掺假和原产地虚报等行为的需要。针对这一问题，本项目拟通过不同产地和季节洋槐、油菜的花蜜、花粉及对应蜂蜜中碳、氮、氢和氧稳定同位素比值的差异，阐明这些差异的生理、生化和生态机制，探明碳、氮、氢和氧同位素在花蜜、花粉及蜂蜜中的分布特征及迁移规律，并通过建立识别模型揭示从花蜜、花粉到蜂蜜转化过程中稳定同位素比值的关联性，量化花蜜和花粉生化特性以及产地环境因素等对蜂蜜同位素比值的影响程度。项目的实施不仅能为蜂蜜鉴别和溯源技术体系完善提供新的技术保障和理论依据，也可为其它名贵食品鉴别和溯源开拓新的研究思路。

稳定同位素指纹分析技术虽然已被初步用于蜂蜜的溯源，然而尚需更深入探讨蜂蜜的植物来源、成熟过程对蜂蜜稳定同位素指纹的影响和作用机制。为解决这一科学问题，本项目重点围绕蜂蜜在形成过程中其内在组分和稳定同位素变化规律。以油菜和洋槐蜜源及对应蜂蜜为研究对象，以稳定同位素为主要技术手段，研究了蜜源植物花各部分（花蜜、花粉）、蜂蜜成熟过程对蜂蜜组分及稳定同位素的影响及变化规律；研究了产地环境因素对蜂蜜组分及稳定同位素比值变化的影响程度；构建了蜂蜜生化组分及稳定同位素产地溯源识别模型及数据库，建立了油菜蜜和洋槐蜜的产地鉴别技术。研究结果发现：1、油菜蜂蜜及其组分（蛋白、二糖、果糖、葡萄糖）的δ13C与所采集蜜源（花、花蜜、花蕊）的δ13C之间具有相关性，尤其是花蕊的影响较大；2、蜂蜜的δ13C值高于所采集的蜜源δ13C值，在迁移过程中得到了富集；3、蜂蜜成熟过程中随着水分含量减少、葡萄糖和果糖含量增多，但是蜂蜜及其蛋白中δ13C值较稳定，这种趋势在不同地区、不同年份都很一致。因此，蜂蜜及其蛋白的δ13C受蜂蜜成熟度、年份的影响较小；4、蜂蜜中稳定同位素与产地环境因子密切相关，海拔、气候等地理环境差异显著的，其蜂蜜稳定同位素值差异也较大，比如产自于高海拔地区青海的蜂蜜δ13C值高于产自于湖北和江苏地区蜂蜜，而δ2H明显低于海拔低的地区。5、蜂蜜中低聚糖和多酚来自于蜜源，含量受产地环境因子和成熟度影响，不仅作为产地特征鉴别指标，而且可作为判别蜂蜜成熟度的潜在特征指标；6、通过数据库和模型构建，更加完善和解析蜂蜜溯源的应用原理。该项目的研究结果可以为将来蜂蜜的溯源大大降低样品收集难度，突破了以往仅从化学计量学角度的研究思路，可以为蜂蜜品种、产地溯源、真实性评判提供理论和技术支撑。能为蜂蜜品质鉴定和产地溯源提供最新的技术，为其他名贵产品的溯源提供了新的思路和策略。