紫外可见吸收光谱结合主成分-反向传播人工神经网络鉴别真假蜂蜜

欧文娟 孟耀勇*张小燕  孔猛

(华南师范大学生物光子学研究院，广州510631)

摘要  研究紫外-可见吸收光谱技术结合化学计量学方法鉴别真假蜂蜜。根据蜂蜜中果糖和葡萄糖的典型质量比1．2:1．0，配制与真蜂蜜相近的掺假溶液，并以5%～20%的比例掺入真蜂蜜中。获取纯正蜂蜜和掺假蜂蜜的紫外-可见吸收光谱，选择最佳敏感波段250～400nm的吸光度值进行主成分分析(PCA)，优选主成分作为反向传播人工神经网络(BPANN)的输入向量。输出结果显示，校准集和预测集的准确鉴别率均为100%;对应的均方根误差分别为8．523×10－3和8．961×10－3。研究结果表明，基于PCA-BPANN的紫外-可见吸收光谱技术能够方便、快速、准确地鉴别真假蜂蜜，为食品质量的快速检测提供可靠参考。

关键词 蜂蜜;掺假;紫外-可见吸收光谱;反向传播人工神经网络;主成分-反向传播人工神经网络

蜂蜜是一种天然营养食品，具有很好的医疗保健作用和养颜效果。为保证蜂蜜质量，国家标准GB18796针对蜂蜜的理化性质作出强制性要求:果糖和葡萄糖含量≥60%，蔗糖含量≤5%，蜂蜜一级品水分≤20%，二级品水分≤24%［1，2］。但一些不法商家对蜂蜜进行掺假，依靠常规的感官物理检测(色泽、滋味、气味、状态)和化学检测(水分、酸度、折射率、果糖、酶值、葡萄糖等)已无法准确鉴别。目前，检测蜂蜜的方法主要有傅里叶变换拉曼光谱法(FT-RS)、花粉分析法、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱火焰离子化检测技术(GC-FID)、高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测技术(HPAEC-PAD)、稳定性碳同位素(12C/13C)比值分析法(SCIRA)及特异性天然同位素分馏核磁共振技术(SNIF-NMR)［3～5］，这些方法应用于检测掺假蜂蜜中，虽然具有很好的可行性，但大都操作繁琐、费时，而且仪器成本高。文献［6～8］研究了傅立叶变换红外-衰减全反射光谱(FTIR-ATR)结合软独立模型类簇法(SIMCA)和偏最小二乘法(PLS)检测掺假蜂蜜，有效解决了蜂蜜检测技术操作繁锁耗时的问题。文献［9］利用近红外光谱(NIR)结合小波变换-最小二乘支持向量机(WT-LV-SVM)检测掺假蜂蜜。对纯正蜂蜜掺假的检测方法主要集中于红外光谱法，尚未见紫外-可见吸收光谱法的研究应用。

本实验采用紫外-可见吸收光谱法，操作简单快捷，无需使用比色皿和毛细管，且仅需0．5～10μL样品，适于检测少量及微量样品。测量时以水为参比，消除了水的羟基峰对蜂蜜检测的干扰。数据分析时采用模拟人脑细胞工作原理的反向传播人工神经网络(BPANN)和主成分分析法(PCA)。结果表明，紫外-可见吸收光谱与化学计量学相结合的方法可快速检测纯正蜂蜜和掺假蜂蜜，为食品质量检测提供可靠的依据。

D-果糖(生化试剂，国药集团化学试剂有限公司)和D-葡萄糖(分析纯，广州化学试剂厂)按照质量比1．2∶1．0配制成与真蜂蜜相近的混合溶液［7］。稀释纯正蜂蜜(紫云英蜂蜜，广州市宝生园有限公司)，使得纯正蜂蜜溶液和果糖葡萄糖混合溶液的糖度均为70°Brix。在40℃下水浴加热，直至水溶液中的晶体物质完全溶解。参照文献［7］配制掺假7%，14%和21%的蜂蜜，将果糖葡萄糖混合溶液以5%，10%，15%和20%分别掺到34个纯正蜂蜜溶液中。为对比分析全部为真蜂蜜溶液和全部为假蜂蜜溶液的不同光谱特征，同时配备了11个100%掺假样品(即果糖葡萄糖混合溶液)，将制得的45个假蜂蜜样品标记为Fn，i(n为样品序号;i=5%，10%，15%，20%，100%，为掺假百分比)。其余16个未掺假的蜂蜜溶液记为纯正蜂蜜样品Hn。最后利用XW-80A涡旋混合器(广州泰通仪器有限公司)将每个样品溶液混合均匀。