0 引言
【研究意义】蜂粮是蜜蜂采集植物花粉后通过咬碎、吐蜜湿润加工,并在微生物作用下所形成的酿制产物[1]。蜂粮含有丰富的蛋白质、维生素、脂类、黄酮类化合物、生物活性物质等,对人体具有良好的营养保健作用[2]。研究天然蜂粮生产技术可为蜂粮的进一步开发利用打下基础。【前人研究进展】在自然蜂群中,蜜蜂喜欢食用蜂粮[3],主要原因在于蜂粮是富含蜜蜂所需重要的蛋白质营养[4-7]。近年来许多****发现蜂粮营养价值高于蜂花粉[8-15]。蜂粮在其酿制过程中产生了多种有利的发酵产物和益生菌群,有利于人类的营养和健康,因而具有良好的开发前景[8-12]。蜂粮可分为天然蜂粮和人工发酵蜂粮。天然蜂粮由于贮存在巢房中,在不损坏巢房情况下,如何快速生产天然蜂粮,一直是养蜂生产中亟需解决的技术难题。国内外许多****做了大量研究,如张少斌等先后设计试制出KF-1和KF-2塑料巢脾[16-17],KF-2塑料巢脾应用夹板与联结条形成满面巢房脾,形状如普通巢脾一样,生产天然蜂粮时,放在框式隔王栅外侧,当贮满成熟蜂粮后,即可收集蜂粮[18]。苏松坤等利用由带盖的圆筒、与圆筒的开口端相连的中空圆锥体和接于中空圆锥体锥顶的圆管组成的器具,把蜂粮生产脾巢房内的天然蜂粮不断地压挤出来[19-21]。2012年,AKHMETOVA等[22]研发设计出蜂粮生产的整套机械设备,即从蜂箱中将储粉脾取出后经过刮擦机将外层蜂蜡刮去,再经过鼓风机和加热器将蜂粮中的水分风干,放入冷却设备冷却至0—2℃进行粉碎,利用通风井将蜂蜡和蜂粮分离从而达到纯化。以上这些方法虽然可以生产出天然蜂粮,但操作过程繁琐,并且可能会损坏巢脾。【本研究切入点】虽然天然蜂粮营养价值高,但目前生产天然蜂粮存在技术瓶颈,至今仍未能实现规模化生产。【拟解决的关键问题】本研究根据蜜蜂贮粉生物学原理设计了一套天然蜂粮生产器,包括贮粮器和脱粮器。利用自主设计的天然蜂粮生产器在白莲开放的季节组织强群生产白莲蜂粮,并分析新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮、贮粮器蜂粮中的成分差异,验证天然蜂粮生产器的实用性,为天然蜂粮生产技术研究与应用打下基础。1 材料与方法
氨基酸种类及含量测定分析试验于2016年6—8月在南昌大学分析测试中心完成;pH、水活度、水分含量、花粉粒活性和相关酶的活性测定试验于2016年6月至2017年2月在江西省出入境检验检疫局完成。1.1 供试昆虫
天然蜂粮的生产及品质分析试验蜂群为5群西方蜜蜂（Apis mellifera）,饲养在赣州市石城县福星养蜂场（26.43°N,116.31°E）,试验时外界有大面积白莲粉源。1.2 主要仪器与试剂
主要仪器：贮粮器、脱粮器（江西农业大学蜜蜂研究所研制）;氨基酸自动分析仪（日本日立,L-8900）;体式显微镜（上海中恒,PS24B）;紫外分光光度仪（上海谱元仪器有限公司,Alpha1502）等。主要试剂：无水乙醇、浓盐酸、溴化锂、氯化三苯基四氮唑（TTC）等（均购自南京化学试剂股份有限公司,分析纯）。1.3 天然蜂粮生产器设计思路
根据蜜蜂贮粉生物学原理,设计一种人工塑料天然蜂粮贮粮器。将天然蜂粮贮粮器放入蜂群中,让蜜蜂将采集的蜂花粉贮存在天然蜂粮贮粮器中。待蜂花粉发酵为成熟的蜂粮后,将天然蜂粮贮粮器从蜂群中取出,用脱粮器将蜂粮生产出来。1.4 天然蜂粮生产方法
在白莲花开放季节,选取5个蜂群强势相当的继箱群用于试验,将贮粮器放入继箱群的巢箱中,并记录好放入的时间。在每个蜂群中分别采集新鲜白莲蜂花粉（新鲜蜂花粉）、天然蜂粮生产器中的白莲蜂粮（贮粮器蜂粮）、天然巢中的白莲蜂粮（蜡脾蜂粮）。新鲜蜂花粉采集：采集前一天晚上在蜂箱的巢门口安装脱粉器,于第2天采收新鲜蜂花粉。
贮粮器蜂粮采集：用框式隔王板把蜂群分为繁殖区和储粉区,储粉区设在巢门口。将贮粮器放入蜂群中的储粉区,每天对蜂群进行奖励饲喂,以刺激工蜂采集花粉储入贮粮器。21 d后待蜂粮发酵成熟后,将贮好蜂粮的贮粮板从贮粮器上卸下,装入脱粮器的框座中,然后利用脱粮器的顶针使蜂粮从贮粮板中脱离,收集贮粮器蜂粮。
蜡脾蜂粮采集：从蜂群中提取贮有成熟蜂粮巢脾,用自制掏蜂粮的勺子将天然的蜂粮从巢脾中取出,收集蜡脾蜂粮。
以上收集的花粉及蜂粮样品用封口膜封好,并及时放入-20℃冰箱冷冻保存,供品质分析使用。
1.5 理化性质和营养成分分析
1.5.1 pH检测 参照苏松坤等[23]的方法分别测定新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的pH。1.5.2 水活度和水分检测 参照食品水分活度测定标准（GB/T 23490—2009）分别测定新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的水活度[24];参照食品中水分的测定标准（GB 5009.3—2010）分别测定鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的水分含量[25]。
1.5.3 花粉粒活性测定 参照刘意秋[26]的方法分别测定鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的花粉粒活性。
1.5.4 酶活力测定 参照超氧化物歧化酶活性的测定标准（GB/T 5009.171—2003）和过氧化氢酶活性的测定标准（GB/T 23195—2008）,分别测定新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的超氧化物歧化酶活力和过氧化氢酶活力[27-28]。
1.5.5 氨基酸种类及含量测定 参照食品中氨基酸的测定标准（GB/T 5009.124—2003）分别测定新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的氨基酸的种类及含量[29]。
1.6 数据统计与分析
试验数据利用Statview 5.01（SAS Institute,Cary,NC,USA）中的“ANOVA or ANCOVA”进行比较,分析不同样品间的差异显著性（P<0.05,LSD多重比较）。2 结果
2.1 天然蜂粮生产器结构和组成
天然蜂粮生产器主要由天然蜂粮贮粮器和脱粮器两部分组成,其中贮粮器包括贮粮板和贮粮框。贮粮板有1 501个完整的正六边形巢房孔,巢房的大小和高度与自然巢脾中的工蜂巢房一致,其中有1 404个完全空心的巢房孔,背面底端为空心圆孔,约占总巢房孔的94%;贮粮板有2个卡扣,3个卡位条,两端设有卡槽便于与脱粮器配套使用（图1-A、1-B）。贮粮框大小与郎氏标准巢框大小一致,中间用塑料板隔开,两面均可安装两片贮粮板,用于花粉储存及蜂粮酿制（图1-C、1-D）。试验结果表明天然蜂粮生产器中蜂粮的贮存率为62.25%—95.40%,天然蜂粮贮粮器可用来生产天然蜂粮（图1-E）。脱粮器主要由顶针板、顶针、托盘、托盘框座、弹簧助力器、握杆、支架和底座组成。托盘和托盘框座大小与贮粮板相对应,托盘框座设有与贮粮板相配合的卡槽,顶针的大小和高度与贮粮板巢房相互配合（图2-A、2-B）。试验结果表明脱粮器能快速有效地分离出天然蜂粮（图2-C）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1贮粮器的结构与组成及试用效果
A：贮粮板正面 The front view of bee bread storing plate;B：贮粮板背面 The back view of bee bread storing plate;C：贮粮框 The foundation of bee bread producing instrument;D：贮粮板与贮粮框组合图 The bee bread storage devices;E：贮粮器贮存的蜂粮 The bee bread storage devices with bee bread
-->Fig. 1Structure of honeybee bread storage devices
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2脱粮器与贮粮板组合及试用效果
A：贮粮板与脱粮器组合图 Bee bread storing plate and bee bread collecting device;B：贮粮板与脱粮器组合局部放大图 Partial enlargement view of bee bread storing plate and bee bread collecting device;C：脱粮器生产蜂粮的效果图 The effectiveness of bee bread collecting device
-->Fig. 2Trial effect of production device for honeybee bread
-->
2.2 理化性质和营养成分分析
新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮理化性质和营养成分分析结果见表1—表3。2.2.1 pH 新鲜蜂花粉的pH显著高于蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮,蜡脾蜂粮与贮粮器蜂粮的pH差异不显著。
2.2.2 水活度与水分含量 新鲜蜂花粉水活度和水分含量显著高于蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮,蜡脾蜂粮与贮粮器蜂粮的水活度和水分含量差异不显著。
Table 1
表1
表1理化性质分析
Table 1Physicochemical analysis of pollen and honeybee bread
| 样品 Sample | 新鲜蜂花粉 Fresh lotus pollen | 蜡脾蜂粮 Bee bread from natural bee frames | 贮粮器蜂粮 Bee bread from bee bread storage device |
|---|---|---|---|
| pH | 5.92±0.14a | 4.01±0.08b | 4.06±0.10b |
| 水活度Water activity | 0.87±0.01a | 0.48±0.12b | 0.51±0.01b |
| 含水量Moisture content (%) | 28.27±0.67a | 21.55±0.44b | 22.02±0.51b |
| 花粉粒活性 Pollen particles activity (%) | 46.55±1.64a | 0b | 0b |
| 超氧化物歧化酶活力 Superoxide dismutase activity (U·g-1) | 2226.00±46.15a | 1938.00±16.43b | 1977.00±23.35b |
| 过氧化氢酶活力 Catalase activity (U·g-1) | 1043.20±18.82a | 821.40±11.87b | 813.00±14.09b |
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Table 2
表2
表2水解氨基酸种类及含量分析
Table 2Types and contents of hydrolyzed amino acids in different samples (g·kg-1)
| 氨基酸种类 Types of amino acids | 新鲜蜂花粉 Fresh lotus pollen | 蜡脾蜂粮 Bee bread from natural bee frames | 贮粮器蜂粮 Bee bread from bee bread storage device |
|---|---|---|---|
| 天冬氨酸Aspartic acid (Asp) | 13.67±1.49a | 13.49±1.96a | 15.80±1.77a |
| 苏氨酸Threonine (Thr) | 5.38±0.47a | 5.47±0.71a | 6.12±0.57a |
| 丝氨酸Serine (Ser) | 6.09±0.53a | 6.26±0.82a | 6.99±0.63a |
| 谷氨酸Glutamic acid (Glu) | 15.20±1.02a | 16.20±1.79ab | 17.61±1.44b |
| 甘氨酸Glycine (Gly) | 5.42±0.32a | 5.90±0.65ab | 6.30±0.50b |
| 丙氨酸Alanine (Ala) | 6.43±0.43a | 6.84±0.75ab | 7.32±0.61b |
| 半胱氨酸Cystine (Cys) | 0.92±0.11a | 0.92±0.11a | 0.94±0.05a |
| 缬氨酸Valine (Val) | 6.41±0.41a | 7.30±0.63b | 7.63±0.49b |
| 甲硫氨酸Methionine (Met) | 0.78±0.29a | 1.04±0.28ab | 1.22±0.19b |
| 异亮氨酸Isoleucine (Ile) | 5.21±0.30a | 6.00±0.65b | 6.39±0.54b |
| 亮氨酸Leucine (Leu) | 7.57±0.48a | 8.83±0.97b | 9.54±0.95b |
| 酪氨酸Tyrosine (Tyr) | 3.26±0.61a | 4.16±0.46b | 4.38±0.49b |
| 苯丙氨酸Phenylalanine (Phe) | 5.45±0.20a | 6.20±0.59ab | 6.73±0.72b |
| 赖氨酸Lysine (Lys) | 8.35±0.43a | 8.88±0.66a | 10.25±0.98b |
| 氨Ammonia (NH3) | 2.15±0.10a | 2.38±0.21ab | 2.38±0.21ab |
| 组氨酸Histidine (His) | 3.26±0.16a | 3.72±0.41b | 4.00±0.35b |
| 精氨酸Arginine (Arg) | 5.50±0.23a | 6.33±0.61b | 6.75±0.51b |
| 脯氨酸Proline (Pro) | 4.23±0.30a | 4.44±0.54a | 5.11±0.48b |
| 总和Total | 105.26±3.92a | 114.36±5.71a | 125.66±5.058a |
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Table 3
表3
表3游离氨基酸种类及含量分析
Table 3Types and contents of free amino acids in different samples (mg·kg-1)
| 氨基酸种类 Types of amino acids | 新鲜蜂花粉 Fresh lotus pollen | 蜡脾蜂粮 Bee bread from natural bee frames | 贮粮器蜂粮 Bee bread from bee bread storage device |
|---|---|---|---|
| 天冬氨酸Aspartic acid (Asp) | 178.11±16.74a | 283.37±34.80b | 264.51±22.09b |
| 苏氨酸Threonine (Thr) | BDL | BDL | BDL |
| 丝氨酸Serine (Ser) | 356.14±66.72a | 284.21±41.14b | 286.71±18.09b |
| 谷氨酸Glutamic acid (Glu) | 99.43±5.40a | 264.51±24.34b | 286.06±97.62b |
| 甘氨酸Glycine (Gly) | 61.31±15.73a | 52.32±3.04a | 50.49±7.20a |
| 丙氨酸Alanine (Ala) | 503.65±36.28a | 305.00±23.59b | 285.14±20.92b |
| 半胱氨酸Cystine (Cys) | BDL | BDL | BDL |
| 缬氨酸Valine (Val) | 139.18±24.94a | 96.43±1.72b | 86.49±13.56b |
| 甲硫氨酸Methionine (Met) | 42.50±9.44a | 49.38±17.67a | 18.51±3.03b |
| 异亮氨酸Isoleucine (Ile) | 60.84±16.27ab | 74.49±30.25a | 34.98±7.01b |
| 亮氨酸Leucine (Leu) | 114.81±32.46a | 56.59±3.21b | 51.82±12.26b |
| 酪氨酸Tyrosine (Tyr) | 103.39±8.97a | 107.26±7.11a | 67.33±4.01b |
| 苯丙氨酸Phenylalanine (Phe) | 76.03±12.68a | 77.75±4.56a | 62.73±21.13a |
| 赖氨酸Lysine (Lys) | 309.29±40.73a | 333.76±65.72a | 317.29±59.97a |
| 氨Ammonia (NH3) | 49.03±7.45a | 44.44±4.60a | 41.81±4.56a |
| 组氨酸Histidine (His) | 563.02±41.32ab | 492.84±53.06a | 617.18±63.81b |
| 精氨酸Arginine (Arg) | 152.39±17.97a | 138.50±9.49a | 70.05±28.10b |
| 脯氨酸Proline (Pro) | 295.46±31.27a | 404.87±44.11b | 534.36±60.57c |
| 总和Total | 3104.56±229.05a | 3065.72±147.63a | 3075.46±190.45a |
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2.2.3 花粉粒活性 新鲜蜂花粉的花粉粒活性高达46.55%,而蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的花粉粒活性为0。
2.2.4 酶活力 新鲜蜂花粉的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活力显著高于蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮,而蜡脾蜂粮与贮粮器蜂粮的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶
活力差异不显著。
2.2.5 氨基酸种类及含量 新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮中的游离氨基酸总含量和水解氨基酸总含量三者间均不存在显著差异,但蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮水解氨基酸中缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸含量,以及游离氨基酸中的天冬氨酸、脯氨酸含量均显著高于新鲜蜂花粉;另外新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮游离氨基酸均未检测到苏氨酸和半胱氨酸。
3 讨论
天然蜂粮生产技术是蜂产品开发的热点之一。前人研制的KF-1和KF-2塑料巢脾虽可贮存天然蜂粮,但安装与拆卸麻烦,且没有解决如何从塑料巢脾中生产蜂粮等关键问题[16-18];圆筒挤压法采集天然蜂粮易破坏蜡质巢脾,蜡屑易混入蜂粮[19-21];利用机械设备生产蜂粮过程比较繁琐且易造成蜂粮营养丢失,也无法保持蜂粮的原有形态[22]。人工仿生蜂粮发酵无法完全模拟蜜蜂酿制蜂粮全过程,发酵物营养成分与天然蜂粮有着较大差异[30-34]。本研究根据蜜蜂贮粉生物学原理,研制了一种可以快速生产天然蜂粮的装置——天然蜂粮生产器。通过生产性试验研究发现天然蜂粮生产器的实用性能良好,可以快速地生产出优质天然蜂粮,且保持了蜂粮的原有形状,无蜡屑和茧衣等杂质。天然蜂粮生产器操作简便,可极大地提高天然蜂粮生产效率。蜂粮酿制过程中因各种微生物发酵（主要包括乳酸菌和酵母菌）,其理化性质和营养成分会发生变化[3,35-39]。本研究结果表明,蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的pH、水分含量、水活度、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活力均低于新鲜蜂花粉;新鲜蜂花粉中花粉粒活性高达46.55%,但是蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮中花粉粒没有活性,这是由于蜂粮在酿制过程中水活度和水分含量下降[35],乳酸菌大量繁殖,导致蜂粮pH下降[3]。同时,新鲜蜂花粉在蜂粮酿制成熟过程中花粉粒活性会丧失[35],花粉粒细胞内壁上的酶对细胞内的物质产生酶切等作用,导致其超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活力降低。但这个酿制过程可提高蜂粮的耐存性,发酵产生的营养物质更利于蜜蜂消化吸收。有研究表明,在蜂粮酿制过程中,虽然蜂花粉的营养成分没有存在显著的转换[36-37],但新鲜蜂花粉因酵解而产生了许多新发酵产物和益生菌群,使蜂粮中的营养价值高于蜂花粉[38-39]。蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的游离氨基酸总含量均低于新鲜蜂花粉,但其水解氨基酸总含量高于新鲜蜂花粉,这是由于蜂粮发酵过程中乳酸菌等微生物生长发育需要大量的游离氨基酸,蜂粮酿制成熟后花粉粒中的蛋白质转化为多肽[40],这使蜂粮较新鲜蜂花粉更容易被人体吸收利用,具有抗氧化能力和氧自由基的清除活性,能提高机体的免疫机能和记忆力[41-43]。新鲜蜂花粉、蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮游离氨基酸测定时均未检测到苏氨酸和半胱氨酸,可能是新鲜蜂花粉和蜂粮的游离苏氨酸和半胱氨酸参与了微生物代谢反应[44],致使其含量较低而未检出。由表2和表3可见,蜡脾蜂粮与贮粮器蜂粮两者间营养成分总体上无显著差异,但在个别水解氨基酸及多个游离氨基酸含量上具有显著差异,可能是由于蜡脾的巢房壁与塑料的储粮器巢房壁的透气性差异所致。蜡脾蜂粮和贮粮器蜂粮的理化性质和营养成分总体无明显差异,表明天然蜂粮生产器具有良好的生产应用价值。
4 结论
成功设计了一套天然蜂粮生产器,通过试验证实了该生产器的可行性。利用天然蜂粮生产器生产的天然蜂粮与天然蜡脾蜂粮品质总体无明显差异。The authors have declared that no competing interests exist.
