《Food Control》：Species and geographical origin discrimination of cinnamon using UV-Vis spectroscopy combined with chemometrics
编辑推荐：
摘要肉桂的质量受到其种类和地理来源的显著影响。本研究旨在探讨通过结合化学计量学的紫外-可见光（UV-Vis）光谱法来识别肉桂的种类和地理来源的可行性。收集了肉桂样品在220–600纳米波长范围内的UV-Vis光谱。首先使用主成分分析（PCA）对样品进行自然分组，然后采用偏最小二乘
摘要
肉桂的质量受到其种类和地理来源的显著影响。本研究旨在探讨通过结合化学计量学的紫外-可见光（UV-Vis）光谱法来识别肉桂的种类和地理来源的可行性。收集了肉桂样品在220–600纳米波长范围内的UV-Vis光谱。首先使用主成分分析（PCA）对样品进行自然分组，然后采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）构建用于区分肉桂种类和地理来源的判别模型。PLS-DA物种判别模型正确分类了训练集、内部预测集和外部预测集中的所有样品，分类准确率（ACC）、灵敏度（SEN）和特异性（SPE）均达到了100%。在地理来源识别方面，PLS-DA模型在训练集、内部预测集和外部预测集中的分类准确率分别为100%、94.7%和95.8%。此外，还应用了变量重要性投影（VIP）方法来评估对肉桂区分有贡献的特征光谱区域。总之，结合化学计量学的UV-Vis光谱法可以作为一种简单、快速且低成本的工具，用于区分肉桂的种类和地理来源。这项工作对于遏制肉桂产业中的虚假标签行为以及维护肉桂市场的正常秩序具有重要意义。
引言
肉桂是从Cinnamomum树的干燥内皮中提取的，由于其诱人的香气和味道特性而成为最常使用的香料之一（Lopes等人，2022年；Pages-Rebull、Pérez-Ràfols等人，2024年）。肉桂富含生物活性化合物，如肉桂酸、肉桂醛和多种多酚，具有广泛的健康益处，包括抗氧化、抗炎、抗癌和抗糖尿病作用（Castro等人，2023年；Cruz-Tirado等人，2023年；Culas等人，2024年；Lucas-González等人，2023年；Spence，2024年）。通常，肉桂的质量和商业价值与其种类和地理来源密切相关。在超过250个品种中，Cinnamomum verum（锡兰肉桂）和Cinnamomum cassia（中国肉桂）是两种主要的经济重要品种（Nabavi等人，2015年；Shinjyo等人，2020年）。锡兰肉桂主要种植于斯里兰卡，而中国肉桂则种植于中国和东南亚地区。锡兰肉桂具有更细腻复杂的风味，且含有较低的肝毒性化合物香豆素，因此品质最高且成本最高（Pages-Rebull、Sagristà等人，2024年）。
然而，受经济利益的驱动，近年来用低成本替代品（例如中国肉桂）替代高质量肉桂的行为引起了广泛关注。像肉桂这样的香料是食品欺诈风险最高的商品之一，尤其是在以颗粒或粉末形式出售时。尽管消费者可以通过外观和质地轻松区分两种肉桂品种，但其粉末形式却难以通过视觉进行区分（Cantarelli等人，2020年；Sun等人，2024年）。这种欺诈行为不仅侵犯了消费者的权益，还危及人类健康。因此，确保肉桂的真实性对消费者和肉桂供应链中的所有利益相关者都至关重要。
常用的肉桂鉴定分析方法包括气相色谱-质谱（GC-MS）（Ford等人，2022年；Izcara等人，2022年）、液相色谱-质谱（LC-MS）（Wang等人，2020年）、高效液相色谱（HPLC）（Liu等人，2021年；Pages-Rebull、Sagristà等人，2024年；Sun等人，2024年，2025年）和核磁共振（NMR）（Farag等人，2018年；Suzuki等人，2022年）。尽管这些方法能够准确有效地检测肉桂的真实性，但它们往往耗时且成本高昂，并需要严格的样品预处理和训练有素的分析师。这些因素限制了它们在食品检验实验室和相关监管机构的实际应用。因此，开发快速、低成本且可靠的肉桂鉴定分析方法，同时简化样品预处理过程是非常必要的。
相比之下，中红外（MIR）、近红外（NIR）、荧光和紫外-可见光（UV-Vis）光谱等技术因其简便性和可靠性而受到广泛关注（Souza等人，2025年）。这些方法通常具有较高的成本效益且易于操作。然而，NIR、MIR和荧光光谱仪比UV-Vis光谱仪更昂贵。此外，NIR和MIR光谱通常需要严格控制环境温度和湿度，以避免光谱波动和基线漂移。这些缺点限制了上述仪器在常规实验室中的广泛应用。
相比之下，UV-Vis光谱更具成本效益，操作更简单，对环境条件的要求较低。同时，它能够快速、简单地完成测量，并且样品预处理相对简单，使其成为常规分析中最常用和最经济的技术之一。UV-Vis光谱提供的“指纹”可以反映结构化学信息（On?a等人，2020年），这有助于表征肉桂样品之间的化合物组成和浓度差异，从而为肉桂鉴定提供依据。然而，UV-Vis指纹通常包含大量光谱数据和众多变量。幸运的是，化学计量学可以从UV-Vis指纹数据中提取有价值的信息，从而简化结果解释，提高复杂食品样品的定性和/或定量分析的效率和准确性（Farag、Sheashea等人，2022年；Gu等人，2023年；Tian等人，2021年）。近年来，UV-Vis光谱技术与化学计量学的结合已被广泛应用于食品的来源追溯、种类鉴定、掺假检测和定量分析，例如蜂蜜（de Souza等人，2021年）、辣椒粉（Márquez等人，2019年）、茶叶（Aboulwafa等人，2019年）、咖啡豆（dos Santos等人，2023年）和葡萄酒醋（Ríos-Reina等人，2019年）。然而，据我们所知，UV-Vis光谱尚未用于肉桂的鉴定。
鉴于此，本研究旨在探讨利用结合化学计量学的UV-Vis光谱来区分肉桂的种类和地理来源的可行性。广西和广东是中国主要的、正宗的中国肉桂（C. cassia）生产区。因此，本研究收集了来自三个地理来源（斯里兰卡、广东和广西）的两种主要肉桂品种（C. verum和C. cassia）的样品。在对化学计量分析之前，对获得的UV-Vis光谱应用了不同的预处理方法以优化分析性能。主成分分析（PCA）被用作探索性方法，以揭示隐藏的数据结构并提取负责肉桂区分的化学信息。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）被用作监督分类方法，用于构建区分肉桂种类和地理来源的判别模型。此外，还应用了变量重要性投影（VIP）方法来识别对区分起关键作用的波长区域（Favilla等人，2013年）。据我们所知，这是首次使用独立的UV-Vis光谱结合化学计量学进行肉桂区分的研究。
章节摘录
肉桂样品
本研究分析了139份来自不同生产批次的肉桂样品。其中115份样品用于内部建模。这些内部样品包括两种主要品种：C. verum（n = 51份）和C. cassia（n = 64份）。所有C. verum样品均来自斯里兰卡（SL，n = 51份），而C. cassia样品则分别来自中国的广东省（GD，n = 34份）和广西壮族自治区（GX，n = 30份）。剩余的24份独立样品
UV-Vis光谱和光谱预处理
图1A展示了所有SL、GD和GX肉桂样品的UV-Vis光谱。在400–600纳米波长范围内，所有样品的光谱都没有明显的特征吸收峰。光谱中的主要吸收带位于紫外区域（220–400纳米），在280纳米处有一个特征吸收峰，在300–310纳米处有一个肩峰。280纳米处的强烈吸收主要归因于肉桂醛和肉桂酸的π→π*电子跃迁。
结论
本研究提出了结合化学计量学的UV-Vis光谱法用于区分肉桂的种类和地理来源。PCA结果显示，肉桂样品根据其种类和地理来源倾向于聚类和分离。PLS-DA物种判别模型在训练集、内部预测集和外部预测集中的灵敏度和特异性均为100%。在肉桂地理来源的区分方面，也得到了总体上令人满意的结果
CRediT作者贡献声明
Xiao-Dong Sun：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、方法学研究、资金获取、概念构思。Zhu Pan：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、数据可视化、形式化分析。Yan-Yan Tang：验证、形式化分析。Qi Zuo：研究、资金获取。Min Zhang：验证。Huan Liang：研究。Peng-Jiao Wang：研究。Xiu-Li Gao：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、资金获取
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：32460626）、贵州省基础研究计划（资助编号：MS[2025]563）、贵州省重大科学技术计划（资助编号：[2024]015）、广东省普通高等学校青年创新人才计划（资助编号：2023KQNCX287）、佛山市自筹科技创新项目（资助编号：2320001007258）等项目的支持
Xiao-Dong Sun|Zhu Pan|Yan-Yan Tang|Qi Zuo|Min Zhang|Huan Liang|Peng-Jiao Wang|Xiu-Li Gao
贵州医科大学中医药功能成分发现与应用国家重点实验室及药学院，中国贵阳市贵阳新区，561113
