《Food Chemistry: X》：Geographical origin discrimination of honey based on physicochemical properties and chemical composition
编辑推荐：
蜂蜜是一种具有高营养价值的食品，除极少引起过敏且易于消化外，还具有宜人独特的风味以及抗氧化和抗炎等健康益处。蜂蜜的营养与功能特性与其化学组成和理化性质密切相关，而这些性质又随蜜源植物和地理来源的不同而变化。来自不同地区的蜂蜜在理化性质、风味特征和生物活性方面常
蜂蜜是一种具有高营养价值的食品，除极少引起过敏且易于消化外，还具有宜人独特的风味以及抗氧化和抗炎等健康益处。蜂蜜的营养与功能特性与其化学组成和理化性质密切相关，而这些性质又随蜜源植物和地理来源的不同而变化。来自不同地区的蜂蜜在理化性质、风味特征和生物活性方面常表现出显著差异。本研究采用多种分析方法，对来自四川（HQC、DR、DRH）、北京（百花蜂蜜，BH）、上海（冠生园蜂蜜，GSY）、黑龙江（黑马蜂蜜，HM）、浙江（同仁堂蜂蜜，TRT）和福建（惠香随蜂蜜，HXS）六个地区的八种蜂蜜样品的理化性质、挥发性有机化合物（VOCs）和非挥发性成分进行了系统研究。在理化性质方面，不同来源的蜂蜜之间存在显著差异，其中HQC蜂蜜在总灰分、水分含量、电导率（EC）、α-淀粉酶活性、过氧化物酶（POD）活性、总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）方面均表现出最高水平。基于理化参数构建的随机森林模型能够以较高准确率区分不同地理来源的蜂蜜，其中总黄酮含量（TFC）被确定为最重要的判别指标。相关性分析显示，灰分含量、电导率（EC）与总酚含量（TPC）之间存在显著正相关，总黄酮含量（TFC）、总酚含量（TPC）与抗氧化活性之间亦呈显著正相关。在挥发性成分方面，电子鼻分析显示所有蜂蜜样品对W5S传感器（对氮氧化物敏感）的响应最强，而HQC与DRH表现出相反的响应模式。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）共注释到696种挥发性有机化合物（VOCs），以烃类和杂环化合物为主。主成分分析（PCA）和聚类分析表明，HQC、DR和DRH与其他蜂蜜明显分离，提示其具有独特的风味特征。风味分析显示，所有蜂蜜以“甜味”为主要特征，其次为“果香”、“青香”和“花香”特征。在非挥发性成分方面，基于超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）的非靶向代谢组学共注释到2246种代谢物，其中氨基酸及其衍生物在化合物数量上最为丰富。尽管糖类仅占总化合物数量的较小比例，但其相对丰度最高。非挥发性成分的聚类分析与挥发性成分分析结果一致，表明HQC、DR和DRH可与其他蜂蜜区分，而其余样品之间难以完全分离。通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选出1583种在至少一个比较组中呈现显著差异的差异代谢物（DMs）。其中HQC与HXS之间的差异代谢物数量最多，而HQC与DR、HQC与DRH之间的差异代谢物数量最少，进一步反映了HQC、DR和DRH之间的相似性及其与HXS的差异性。综上所述，HQC蜂蜜表现出高品质特征，而DRH蜂蜜展现出最强的抗氧化活性。研究结果还表明，理化性质为地理来源鉴别提供了最有效的判别依据，能够清晰区分所有蜂蜜类型；相比之下，挥发性有机化合物和非挥发性成分仅能实现部分区分，无法完全按来源分离所有蜂蜜样品。本研究为蜂蜜的地理来源鉴别提供了有价值的参考。
论文解读
一、研究背景与意义
蜂蜜作为一种高营养价值食品，不仅极少引起过敏且易于消化，还拥有宜人独特的风味以及抗氧化、抗炎等多种健康益处。在中国、新西兰和澳大利亚等国家，蜂蜜还可作为药物使用。蜂蜜的营养与功能特性与其化学组成和理化性质密切相关，而这些性质又随蜜源植物和地理来源的不同而变化。来自不同地区的蜂蜜在理化性质、风味特征和生物活性方面往往存在显著差异，这使得蜂蜜的地理来源鉴别成为食品质量控制和真伪鉴定的重要环节。
目前蜂蜜地理来源鉴别面临的主要问题包括：不同来源蜂蜜的理化参数（如水分含量、糖含量、灰分、pH值、电导率（EC）和酶活性）差异显著，这些参数不仅可作为区分地理来源的指标，也是评价蜂蜜质量和真实性的关键参数；酚类化合物和黄酮类化合物在蜂蜜中的含量和组成可反映地理来源，但其组成复杂性需要先进的分析方法；蜂蜜独特的风味主要来源于挥发性有机化合物（VOCs），对挥发性成分的分析能够实现不同地理来源蜂蜜的区分。然而，单一分析手段往往难以全面表征蜂蜜的组成特征，整合多种互补的分析策略可能为蜂蜜提供更全面的表征，并加深对地理来源差异的理解。因此，开展基于理化性质、挥发性成分和非挥发性成分的多维度蜂蜜地理来源鉴别研究具有重要的学术价值和实际应用意义。
二、主要技术方法
研究人员收集了来自中国六个地区（四川、北京、上海、黑龙江、浙江、福建）的八种蜂蜜样品，其中HQC蜂蜜采自四川省汶川县红旗村养蜂户，DR和DRH蜂蜜采自四川省得荣县奔都乡养蜂户（DRH为DR蜂蜜与蜂巢的混合物），其余五种蜂蜜（TRT、BH、HXS、GSY、HM）通过在线购物平台购买。每种样品设置三个生物学重复。研究采用的主要技术方法包括：理化性质分析（灰分含量、水分含量和°Brix、电导率（EC）和pH、蛋白质含量、α-淀粉酶活性、过氧化氢（H?O?）含量、过氧化物酶（POD）活性、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）及抗氧化活性测定）；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析；电子鼻分析；顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）挥发性成分分析；超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）非靶向代谢组学分析；以及随机森林、主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计分析方法。
三、研究结果
3.1 理化性质分析
研究人员共评估了不同地理来源蜂蜜的14项理化参数。HQC蜂蜜表现出最高的灰分含量（0.48±0.02%）、水分含量（24.17±0.14%）、电导率（EC）（501.70±7.60 μS/cm）、α-淀粉酶活性（4.39±0.23 mg/min/g）、过氧化物酶（POD）活性（2.57±1.40 U/g）、总酚含量（TPC）（531.58±34.64 μg GAE/g）和总黄酮含量（TFC）（123.44±3.43 μg RE/g）。HXS蜂蜜则表现出独特特征，其总蛋白含量最高（146.96±3.90 mg/g），pH值最高（6.40±0.05），而其他理化参数均处于较低水平，其中灰分含量最低（0.02±0.01%），电导率（EC）最低（3.30±2.30 μS/cm）。值得注意的是，DRH蜂蜜（含蜂巢）展现出最强的抗氧化活性，表明蜂巢可能含有相当数量的生物活性成分。基于理化参数构建的随机森林分类模型总体袋外（OOB）误差为0.125（12.5%），表明该模型对区分不同蜂蜜类型具有较高可靠性。参数重要性分析显示，总黄酮含量（TFC）是区分不同地理来源蜂蜜的最重要指标，其次是电导率（EC）和DPPH自由基清除活性。相关性分析揭示灰分含量、电导率（EC）和总酚含量（TPC）之间存在显著正相关，总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）与抗氧化活性指标亦呈显著正相关，证实蜂蜜的抗氧化能力主要归因于总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示各蜂蜜样品间官能团无明显差异，表明蜂蜜主要由水和糖类组成，含少量蛋白质，但该技术单独不足以检测不同来源蜂蜜间的组成差异。
3.2 挥发性成分分析
电子鼻分析显示所有蜂蜜样品对W5S传感器（对氮氧化物敏感）的响应最强，表明其可能含有相对较高水平的氮氧化物。HQC蜂蜜对五种传感器（W5S、W6S、W1S、W1W、W2S）的响应最强，而DRH蜂蜜对W1C、W3C和W5C传感器的响应最强，两者呈现相反的响应模式。基于HS-SPME-GC-MS分析共注释到696种挥发性有机化合物（VOCs），最丰富的类别为烃类（140种，20.11%）、杂环化合物（111种，15.95%）和酯类（96种，13.79%）。主成分分析（PCA）显示HQC、DR和DRH与其他蜂蜜明显分离，而其余样品相互重叠难以区分。聚类分析同样表明DRH形成独立簇，HQC与DR聚为一簇，其余蜂蜜形成另一亚簇。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）经200次置换检验验证（R2Y=0.995，Q2=0.893），确认模型稳定可靠，共鉴定出184种VIP>1的挥发性有机化合物（VOCs）作为区分蜂蜜地理来源的潜在标志物。相对气味活度值（rOAV）分析共鉴定出95种在至少一种样品中rOAV≥1的香气化合物，以酯类、醛类和萜类为主。其中2-甲氧基-3-（2-甲基丙基）-吡嗪在所有蜂蜜样品中rOAV最高，主要贡献“花香”和“青香”特征；β-紫罗酮贡献“花香”、“甜味”和“果香”特征，对蜂蜜风味亦有重要贡献。风味轮可视化显示“甜味”相关化合物数量最多（30种），反映蜂蜜的主要风味特征，其次为“果香”、“青香”和“花香”。
3.3 非挥发性成分分析
基于UPLC-MS/MS非靶向代谢组学分析共注释到2246种代谢物，其中氨基酸及其衍生物（573种，25.51%）、有机酸（249种，11.09%）和苯及其取代衍生物（226种，10.06%）为主要类别。尽管糖类仅注释到106种（占4.72%），但其相对丰度在所有化合物类别中最高（21.72%–29.43%），与糖类作为蜂蜜主要成分的既定认知一致。代表性糖类及相关化合物比较分析显示，HQC蜂蜜的葡萄糖酸相对含量最高，其次为DR和DRH，提示这三种蜂蜜可能具有更强的抗菌活性；HQC和HXS的蔗糖相对含量显著低于其他蜂蜜，提示其可能具有更高的成熟度；HXS的葡萄糖和果糖含量显著高于其他蜂蜜，提示其可能具有更高的甜度和血糖影响。所有蜂蜜样品的果糖含量均显著高于葡萄糖含量，表明这些蜂蜜可能普遍具有较低的结晶倾向。维恩图显示2212种代谢物为所有蜂蜜样品共有，表明不同蜂蜜的整体代谢物组成相对相似。主成分分析（PCA）将八种蜂蜜清晰分为三组：HQC位于距其他样品最远处，DR与DRH位置接近，而TRT、HM、GSY、BH和HXS紧密聚集难以区分。聚类热图显示DR和DRH首先聚簇，随后与HQC聚为一组，其余蜂蜜形成独立簇。以HQC为对照的OPLS-DA分析结合VIP>1且FC≥2或FC≤0.5的筛选标准，共鉴定出1583种在至少一个比较组中呈显著差异的差异代谢物（DMs）。其中HQC与HXS比较组产生最多差异代谢物（1059种），而HQC与DR、HQC与DRH比较组差异代谢物数量最少，进一步反映HQC、DR和DRH之间的相似性及其与HXS的显著差异。共有差异代谢物的KEGG功能富集分析显示，这些代谢物主要富集于苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成以及苯丙氨酸代谢通路，这些通路在芳香族化合物和酚类次生代谢物的生物合成中发挥关键作用。
四、结论与讨论
本研究从理化性质、挥发性成分和非挥发性成分三个维度对八种不同地理来源的蜂蜜进行了比较分析。研究结果表明，不同来源蜂蜜的理化性质存在显著差异，其中HQC蜂蜜在总灰分、水分含量、电导率（EC）、α-淀粉酶活性、过氧化物酶（POD）活性、总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）方面均表现出最高水平，且α-淀粉酶活性较高提示其未经过高温处理或长期储存，初步推断为高品质蜂蜜。DRH蜂蜜展现出最强的抗氧化活性，提示蜂巢可能含有可观的生物活性成分，这一发现值得进一步深入研究。基于理化参数构建的随机森林模型能够以较高准确率区分蜂蜜的地理来源。在挥发性成分方面，HQC、DR和DRH具有独特的风味特征，可与其他蜂蜜明确区分。在非挥发性成分方面，聚类分析结果与挥发性成分分析一致，进一步证实HQC、DR和DRH的可区分性。研究还发现，理化性质为地理来源鉴别提供了最有效的判别依据，能够清晰区分所有蜂蜜类型；相比之下，挥发性有机化合物和非挥发性成分仅能实现部分区分。然而，目前研究覆盖的地理来源有限，未来应收集更多产区的蜂蜜样品以建立更广泛的分类模型。本研究为蜂蜜的地理来源鉴别提供了有价值的参考，同时也提示蜂巢作为蜂产业废弃物具有潜在的开发利用价值，应予以重视以实现资源最大化利用。
