氢核磁共振技术在蜂蜜品种和掺假鉴别中的应用研究

发布时间：2020-05-15 22:50

【摘要】：蜂蜜作为一种药食同源的天然产物,深受广大消费者的喜爱。现阶段,蜂蜜存在着品种混乱、以次充好、糖浆掺假等质量安全问题,这些问题已经严重影响了蜂蜜产业的健康发展。现有的一些分析技术由于存在一定的局限性,无法同时解决上述问题。近年来,氢核磁共振技术在农产品、食品掺假及溯源等领域广泛应用,并取得了很好的效果。因此,本文利用氢核磁共振技术并结合化学计量学中常见的判别方法,鉴别我国常见的洋槐蜜、油菜蜜、荔枝蜜三种单花蜜及糖浆掺假,为蜂产品行业的健康发展提供技术支持。本文主要分为以下三部分:1.基于氢核磁共振技术结合化学计量学方法鉴别洋槐蜜、油菜蜜、荔枝蜜。通过优化蜂蜜前处理,加入磷酸缓冲液,有效抑制蜂蜜中水的核磁信号强度,增强蜂蜜中其他物质的核磁信号强度。通过优化积分区间,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)分别建立判别模型。结果表明:积分区间范围在δ0.10-6.00,自标度化数据预处理方法最佳。OPLS-DA建立的模型判别效果比PLS-DA的效果更好,OPLS-DA模型对样品的判别解释能力达到95.8%,对未知样本的预测能力为90.5%。因此,利用自标度化处理后,利用δ0.10-6.00的数据,能够有效鉴别蜂蜜品种。2.基于氢核磁共振技术结合化学计量学方法鉴别洋槐蜜中掺入油菜蜜。通过在纯洋槐蜜中加入5%-90%,共13个浓度梯度的油菜蜜,得到65个混合蜜样本。优化积分区间,分别利用OPLS-DA方法和偏最小二乘分析方法(PLS)建立判别模型和预测模型。结果表明:OPLS-DA模型对样品的判别解释能力达到74.6%,对未知样本的预测能力为62.8%,能够有效地区分洋槐蜜、油菜蜜及不同油菜蜜掺入量的混合蜜。PLS模型的线性决定系数达到0.9960,能有效预测油菜蜜掺入量为10%-40%的混合蜜。3.基于氢核磁共振技术结合化学计量学方法对蜂蜜中掺入不同比例的大米糖浆、甜菜糖浆、玉米糖浆进行研究。通过加入5%-70%,共8个浓度梯度的糖浆于蜂蜜中,配制168个混合样本。利用典型判别分析(CDA)优化积分区间建立得分图,利用OPLS-DA判别分析方法建立纯蜂蜜和掺入糖浆的混合模型。结果表明:经过自标度化的前处理后,化学位移在δ3.00-6.00的数据所建立的CDA得分图中,三种类型蜂蜜得到明显的分离,OPLS-DA模型能够有效地鉴别掺入5%糖浆的混合蜂蜜和纯蜂蜜。
【图文】：

蜂蜜,加磷,磷酸缓冲液,核磁

Figure 2.1 NMR of honey without phosphate buffer (A) and with phosphate buffer (B)蜂蜜中水分含量相对较高，在核磁分析中，如果水溶剂峰极大时，会压制其他物质的信号峰。即使以重水做溶剂，对于质子谱，重水中未氘代的信号也远远大于样品中其他物质的信号，这种很强和很弱的信号系统长期进行累加，会使仪器模数转换器的精度变差，从而造成谱线失真。水峰的抑制是核磁共振实验中的关键点之一，有效的水峰抑制是获得高质量核磁谱图及深度挖掘数据的基础。蜂蜜中水峰出现的区域在 4.75-4.95，在数据预处理的时候，采用了压制水峰序列，但是效果不佳，许多物质的信号峰还是被水峰压制，核磁谱图中没有体现出更多的物质信息，如图 2.1A所示。在样本前处理过程中，加入 pH 为 7.4 的磷酸缓冲液，如图 2.1B 所示，水峰明显受到抑制，其他物质的信号强度增强。因为磷酸盐缓冲液可以平衡样品中 pH 值及离子浓度的微小差异，从而影响化学位移。2.6.2 核磁谱图分析选取洋槐蜜、油菜蜜、荔枝蜜的核磁谱图进行对比(图 2.2)，用肉眼没有发现不同品种的蜂蜜图 2. 1 蜂蜜在优化前处理后的核磁对比谱图：A.未加磷酸缓冲液 B.加入磷酸缓冲液

谱图,核磁,图谱,信号峰

中国农业科学院硕士学位论文谱图中存在明显的差异。蜂蜜的1H NMR 谱图可以分为三个部分：脂肪区 ( 0.10-3.00)，糖类化合物区( 3.00-6.00)，芳香区 ( 6.00-9.50)。对谱图中的主要信号峰进行鉴别，，通过化学位移、耦合常数、峰形等信息，查阅相关参考文献对信号峰进行归属，鉴定出 16 种化学物，列在表 2.2中(Boffo et al., 2010; Zheng et al., 2016; Lolli et al., 2008)。脂肪区内的主要信号峰集中在 0.50-3.00 (图 2.3A)，该区域主要集中着乙酸、乳酸、琥珀酸等有机酸的基团信号以及缬氨酸、丙氨酸、脯氨酸等氨基酸的基团信号，除此之外，还有醇类物质乙醇的基团信号。在糖类化合物区域，有效信号主要集中在 5.00-5.50，如图 2.3B 所示，集中单糖和二糖信号，比如麦芽酮糖、葡萄糖、松二糖、黑曲霉糖、曲二糖、麦芽糖、蔗糖等。核磁共振技术可以准确地鉴别出物质的同分异构体，因此，有效区分出该区域的葡萄糖信号为 -葡萄糖。芳香区中的有效信号主要集中在 6.50-9.00(图 2.3C)，在该区域发现了苯丙氨酸、酪氨酸中苯环上氢质子的共振信号。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.2;S896.1

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