蜂蜜元素与同位素特征解析：植物来源与环境影响的生物指示作用

《Microchemical Journal》：Elemental and isotopic profile of honey – insights related to the nature of the exploited plant and potential environmental influences

本研究针对蜂蜜中稀土元素(REEs)的富集机制及影响因素展开深入探讨。研究人员通过Pearson相关性分析揭示了La、Ce、Sr等元素间的显著关联，并创新性地建立了基于植物根系深度(草本植物与乔木)的蜂蜜分类模型。研究发现草本植物源蜂蜜更易富集B、Cr、Mn等污染物，而乔木源蜂蜜则富含K等营养元素。同时确定了La、Ce、Pr等作为地理溯源的特征标记物。该研究为蜂蜜质量控制和环境生物监测提供了重要科学依据，对食品安全保障和环境污染评估具有显著意义。

　　

蜂蜜作为一种天然甜味剂，不仅深受消费者喜爱，更因其独特的生物特性成为环境监测的重要指示物。随着工业化进程加快，稀土元素(REEs)在环境中的积累日益引起关注，这些非必需元素通过土壤-植物系统进入食物链，最终可能对人体健康造成潜在风险。欧洲作为全球重要的蜂蜜市场，其本土产量仅能满足60%的需求，其余依赖进口，这使得蜂蜜质量控制和溯源成为亟待解决的关键问题。

在此背景下，Maria David等研究人员在《Microchemical Journal》发表了关于蜂蜜元素与同位素特征的研究。该研究通过分析212份来自6个欧盟国家、25种不同植物源的蜂蜜样本，旨在探究影响蜂蜜中REEs含量的关键因素，并评估植物根系深度、农业实践和地理环境对蜂蜜元素特征的影响。

研究采用微波辅助酸消解结合ICP-MS技术对42种元素进行定量分析，同时通过同位素比率质谱(IRMS)测定δ¹³C_honey、δ¹³C_protein、δ²H和δ¹⁸O等同位素比值。采用Pearson相关性分析探索元素间相互关系，并运用PLS-DA和ANOVA等统计方法建立分类模型。样本队列包括79份用于植物根系深度研究(47份乔木源和32份草本源)以及79份用于地理溯源分析(60份来自罗马尼亚特兰西瓦尼亚，19份来自其他欧盟国家)。

3.1. 蜂蜜元素含量间的相关性

通过Pearson相关性分析发现，Yb与Lu(r=1)、Zr与Pr(r=0.9)呈现极强正相关，Dy与Y(r=0.74)以及∑REEs与Dy、Y(r=0.85)均显示显著相关性。La与Ce(r=0.67)、La与Sr(r=0.66)的中度相关表明轻稀土元素在蜂蜜中的协同富集特性。值得注意的是，与根茎类蔬菜研究不同，蜂蜜中未发现REEs与Ni、Cr、Mo等元素的显著关联，这反映了蜂蜜作为二次加工产品在元素迁移路径上的独特性。

3.2. 蜂蜜分类研究的总体概况

研究创新性地提出基于植物根系深度的分类方法，将蜂蜜分为乔木源(根系深度1-15米)和草本源(根系深度<1米)两大类。这种分类理念源于两类植物截然不同的生长环境：草本植物多分布于人类活动密集区，更易接触农药、化肥等污染物；而乔木通常生长于污染较轻的偏远地区。REEs在蜂蜜中的分布特征为地理溯源提供了可能，但其有效性受生产链长度影响，较短的生产链更有利于溯源验证。

3.3. 根系深度和环境变异对同位素和元素吸收的筛选

研究识别出δ¹³C_honey、δ²H、δ¹⁸O、B、Cr、Mn、Rb、Sb等作为区分乔木与草本源蜂蜜的关键标记物。草本源蜂蜜中Cr含量(0.0839-6.6846 mg/kg)显著高于乔木源(0.0037-1.1782 mg/kg)，反映了城市近郊农业区的污染特征。B元素在草本源蜂蜜中的富集与化肥使用密切相关，而Rb在乔木源蜂蜜中的较高浓度则与森林生态系统酸性土壤中Rb⁺对K⁺的替代效应有关。PLS-DA模型对两类蜂蜜的区分准确率达到81%，证明该方法具有实际应用价值。

3.4. 地理分化—水平影响的筛选

地理溯源分析发现，特兰西瓦尼亚蜂蜜与其他欧盟国家蜂蜜在元素组成上存在显著差异。V、K、Rb、δ¹⁸O、δ²H、As、Mg、Nb、B、Pt、Mn、Ga等元素成为有效的地理标记物。特兰西瓦尼亚蜂蜜中K含量(679.70 mg/kg)显著低于其他欧盟国家样本(1579.74 mg/kg)，而As含量(4.7 μg/kg)也相对较低。PAAS标准化后的REEs分布模式显示，特兰西瓦尼亚蜂蜜中La、Ce、Pr等轻稀土元素相对富集，而其他欧盟国家蜂蜜呈现明显的Ce和Pr负异常，这一特征与区域地质背景密切相关。

该研究通过系统的元素和同位素分析，揭示了蜂蜜作为环境生物指示物的巨大潜力。研究发现，植物根系深度显著影响蜂蜜的元素富集特征，草本植物源蜂蜜更易积累环境污染物，而乔木源蜂蜜则更好地保留了深层土壤的元素特征。地理溯源研究证实，蜂蜜的REEs分布模式能够有效反映区域地质特征，为蜂蜜真实性鉴别提供了可靠的技术手段。

研究建立的PLS-DA分类模型在植物源判别和地理溯源方面均表现出较高准确性(>81%)，为蜂蜜质量控制和溯源认证提供了实用工具。更重要的是，该研究拓展了蜂蜜的功能定位，使其从单纯的食品转变为环境监测的有效生物指示剂，对评估局部环境污染、监控农业实践影响具有重要价值。未来研究可进一步扩大样本规模，建立更精细的区域元素指纹数据库，为蜂蜜质量控制和环境监测提供更强大的科学支撑。