基于拉曼光谱技术蜂蜜种类快速鉴别研究

近期，随着新冠疫情防控全面放开，增强机体的免疫能力，有效抗击病毒，大家对补充维生素C的热情空前高涨。蜂蜜柠檬水、蜂蜜柚子茶等防疫饮品走红朋友圈。蜂蜜作为一种营养物质, 有许多健康益处, 例如调节免疫力和肠道微生物、抗菌、抗炎、抗氧化等。

蜂蜜是指蜜蜂采集植物花蜜或植物活体分泌物或在植物活体上吮吸蜜源的昆虫排泄物等生产的天然甜味物质,并与其自身分泌特有物质混合,经过转化、沉积、脱水、贮藏并留存于蜂巢中直至成熟^[1]。蜂蜜的价格受到植物、地理来源的影响较大。为保障食品安全, 保证蜂蜜市场的稳定, 蜂蜜的种类鉴别至关重要。传统方法中感官检测是人工检测，并且检测结果受蜂蜜贮藏条件等因素的影响较大^[2]。基于此，市场需要开发简单快速的检测方法。

图1：4种植物来源的蜂蜜

把RMS1000固定在支架上，取少量蜂蜜置于铝箔纸上，放置样品载物平台上，微调探头到样品的距离，使得激光聚焦样品上。光谱采集参数为：

激光功率：根据不同蜂蜜选择不同功率，一般为200～400 mw。

积分时间：根据不同蜂蜜选择不同积分时间，一般为800～1000ms。

光谱平均次数：5次。

图2：拉曼光谱采集过程

光谱预处理方法：光谱平滑，选取光谱范围为300～1600cm^-1；扣除光谱基线；进行最大值归一化。以预处理后的拉曼光谱数据进行主成分分析，数据包括：百花10个、黄花7个、荆花10个、桃花9个。

图3：4种植物来源蜂蜜的原始拉曼光谱

如图3所示，蜂蜜的荧光信号较强，需要进行较长时间的光漂白过程，一般为1min左右。深颜色蜂蜜（黄花和桃花）的荧光信号比浅颜色蜂蜜（百花和荆花）的更强。百花蜜的拉曼光谱在421、518、628、703、820、869、914、1070、1125、1262、1369、1455cm-1出现明显的特征峰，参考祁龙凯的研究^[3]，可知拉曼谱峰显示出了酰胺类、氨基酸类、蛋白质类、碳水化合物类等物质的拉曼光谱特征,可以基本判定蜂蜜中含蛋白质、氨基酸、糖类等物质。

荔枝蜜拉曼光谱指纹图谱的研究^[3]

图4：4种植物来源蜂蜜3维主成分图

       图4结果表明，拉曼光谱结合主成分分析的方法可以区分四种不同植物来源的蜂蜜。拉曼光谱可以直接、快速鉴别百花蜜中的主要成分,其指纹图谱的建立可为蜂蜜的鉴别及在线质量控制提供一定的理论依据。在 OROIAN等^[4]的研究中, 使用PLS-LDA对蜂蜜的真实性进行分类的准确率96.54%, 并且发现这种方法更适用于检测蜂蜜中掺假麦芽糖浆。拉曼光谱还可以对蜂蜜中掺假物进行定量, WU等^[5]将拉曼光谱结合CNN, 鉴定出高果糖糖浆、大米糖浆、麦芽糖浆和混合糖浆等掺假蜂蜜样品。

参考文献

[1] QIAO JT, CHEN LH, KONG LJ, et al. Characteristic components and authenticity evaluation of rape, acacia, and linden honey [J]. J Agric Food Chem, 2020, 68(36): 9776‒9788.

[2] 高西贝,杜欣玥,王琪琦,张根生.蜂蜜的真实性鉴别方法研究进展 [J].食品安全质量检测学报,2022,13(18):5842-5848.DOI:10.19812/j.cnki.jfsq11-5956/ts.2022.18.038.

[3]祁龙凯,林励,陈地灵,谭东山.荔枝蜜拉曼光谱指纹图谱的研究[J].现代食品科技,2014,30(03):201-205.DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2014.03.005.

[4] OROIAN M, ROPCIUC S, PADURET S. Honey adulteration detection using raman spectroscopy [J]. Food Anal Methods, 2018, 11(4): 959‒968.   

[5] WU XJ, XU BR, MA RQ, et al. Identification and quantification of adulterated honey by Raman spectroscopy combined with convolutional neural network and chemometrics [J]. Spectrochim Acta A, 2022, 274:121‒133.

RMS1000（Raman Minimal System）是一款小型785nm拉曼光谱仪，激光器、拉曼探头、光纤光谱仪与光电探测器等核心部件集成为一体，成为一款小型高性能科研级别的便携式拉曼光谱仪。它具有高灵敏度、高信噪比、光谱范围宽等优异的性能。

 用RMS1000光纤光谱仪配置的整机具有体积小巧，重量轻，可以单独使用，也可以作为手持式、便携式、箱体式等多种制式的拉曼光谱仪系统，也可以根据用户需求定制产品，并可提供针对检测需求专用的探头和样品支架，能够充分满足科研院所，相关监管机构与企业在无机/有机材料、生物生命，化学/化工、药物分析，食品安全，刑侦鉴定，环境污染检测等研究中的需求。