Минеральный состав мёда изучается главным образом для контроля над содержанием токсичных элементов (As, Cd, Hg, Pb), необходимым для обеспечения безопасности потребителей при использовании мёда в пищу.
Формирование минерального состава мёда во многом определяется природно-климатическими, геоботаническими и антропогенными факторами, действующими в медоносном ландшафте. Продукты пчеловодства являются компонентами пищевой цепи медоносных пчёл, и в их составе могут определенным образом отражаться биогеохимические особенности территории медосбора. Фундаментальных исследований геохимии медоносных ландшафтов в настоящее время практически не ведется. Изучение минерального состава мёда в связи с другими компонентами ландшафта, такими как подстилающие породы, почва и медоносные растения, может дать глубокое представление о процессах миграции химических элементов в природных и природно-антропогенных ландшафтах и о биогеохимических факторах формирования свойств продуктов пчеловодства.
Взаимосвязь геохимических особенностей территории медосбора и минерального состава мёда в настоящее время практически не изучена.
Цель наших исследований – установить особенности накопления некоторых микроэлементов и тяжелых металлов (Cu, Co, Ni, Pb, Zn) в мёдах, собранных в ландшафтах с разной геохимической обстановкой, и выявить факторы формирования минерального состава медов.
Исследования проводятся при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках базовой части госзадания № 2014/153.
Материал и методы исследования
Было исследовано содержание элементов Cu, Co, Ni, Pb, Zn в мёдах, полученных на территориях с повышенным геохимическим фоном (Пермский край, Россия) и с пониженным геохимическим фоном (Нижняя Саксония, Германия).
В пределах исследуемых регионов отбор и исследования проб проводились с 2006 по 2012 гг. в экосистемах с разным уровнем антропогенной нагрузки: особо охраняемые природные территории, естественные территории, сельскохозяйственные ландшафты, урбанизированные территории. В Пермском крае за период исследований собрано и проанализировано 45 образцов мёда, отобранных на территории городов Пермь, Чайковский, Чернушка, в районе ст. Ферма (Пермский район), в заказнике «Предуралье», в муниципальных районах Пермского края (Большесосновский, Кунгурский, Октябрьский) на естественных участках и на территориях природных геохимических аномалий.
На территории Нижней Саксонии отобраны 40 проб мёда: г. Люнебург, ООПТ «Люнебургская пустошь», памятник природы «Маасский липовый лес», пасеки естественных и сельскохозяйственных территорий.
Ландшафты ООПТ «Люнебургская пустошь» характеризуются специфическими биогеохимическими условиями. Уникальные экосистемы ООПТ «Люнебургская пустошь» обладают крайне низким содержанием гумуса, макроэлементов, высокой кислотностью почвы (рН 3–3,5) и повышенной подвижностью микроэлементов. Доминирующим видом растений здесь выступает вереск обыкновенный (Calluna vulgaris (L.) Hull), образующий специфические растительные сообщества, именуемые вересковые пустоши [4].
Качество и натуральность образцов мёда подтверждали по уровню ферментативной активности (диастазное число) стандартным методом Шаде.
Данные по ботаническому происхождению мёда предоставлены аккредитованной испытательной лабораторией ООО «Центр исследований и сертификации «Федерал» (г. Пермь). Ботаническое происхождение мёда определялось согласно ГОСТ Р 52940-2008 «Мёд. Метод определения частоты встречаемости пыльцевых зёрен».
Содержание минеральных элементов в мёде определяли после микроволнового разложения методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) на приборе Perkin Elmer 3300 RL и Perkin Elmer 7000 DV на базе Института экологической химии университета Leuphana (г. Люнебург, Германия) и в лаборатории экотоксикологии Учреждения РАН «Тобольская биостанция» (г. Тобольск, Россия).
Статистическую обработку данных проводили в программах Sigma Plot 11.0 и Statistika v. 10 с использованием методов описательной статистики, дисперсионного и факторного анализов.
Результаты исследования и их обсуждение
Согласно данным многолетних ландшафтно-геохимических исследований [1, 2] на территории Пермского края выделена 21 комплексная эколого-геохимическая аномалия с превышением кларков, ПДК и ОДК в верхнем горизонте почвы и снежном покрове по 20 элементам (As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Mo, Mn, Ni, P, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Zn, Zr). Большинство аномалий носят природный характер и формируются под действием структурно-тектонических, неотектонических, физико-географических, физико-химических и других естественных причин. Некоторые геохимические аномалии Пермского края носят локальный техногенный и природно-техногенный характер и приурочены к населенным пунктам, автомобильным и железным дорогам, промышленным и другим антропогенным объектам [2].
В Европе и в частности в северной части Германии, где проводились наши исследования, в медоносных ландшафтах складывается совершенно иная ландшафтно-геохимическая обстановка. Исследуемые территории Нижней Саксонии характеризуются низкими (ниже кларков литосферы) концентрациями микроэлементов (As, Ba, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Sr, Tl, V, W, Zn, U) в верхних горизонтах почвы.
Лишь в локальных областях Европы (1–4 % территории Европы) имеются положительные геохимические аномалии, связанные с горнорудными районами, с урановыми месторождениями, с карбонатными почвообразующими породами, с воздействием сельскохозяйственных удобрений и урбанизированными ландшафтами [5].
Минеральный состав мёда формируется при участи целого ряда факторов. Главными источниками минеральных элементов в мёде служат нектар и пыльца медоносных растений. Определенное влияние на содержание минеральных элементов в мёде оказывает его ботаническое происхождение. В некоторых работах [3] установлено, что микроэлементы Ni, Fe, Mn могут служить маркерами ботанического происхождения мёда и использоваться для его классификации. Отмечается, что падевые мёды отличаются от цветочных медов более высоким содержанием минеральных элементов.
Микроэлементы могут поступать непосредственно в мёд или через отдельные компоненты медоносных ландшафтов из антропогенных источников загрязнения путём атмосферного переноса [3]. Часть металлов поступает в продукты пчеловодства из пчеловодческого инвентаря и при использовании ветеринарных препаратов для лечения пчёл.
Многие минеральные элементы в медоносных ландшафтах являются компонентами горных пород и почвенных минералов. При выветривании и дальнейшей биогеохимической миграции микроэлементы могут поступать в пищевую цепь медоносных пчёл и продукты пчеловодства.
Данные по содержанию микроэлементов в медах Пермского края и Нижней Саксонии приведены в табл. 1.
Полученные данные подчинялись нормальному распределению, достоверность результатов подтверждена по критерию Стьюдента (в таблице не приводится) на 95 % уровне вероятности. Достоверность различий в содержании элементов в мёдах Пермского края и Нижней Саксонии подтверждали по критерию Фишера (F) и по наименьшей существенной разности (НСР).
Таблица 1
Содержание микроэлементов в медах Пермского края и Нижней Саксонии, мг/кг
|
Территория (ботаническое происхождение) |
n |
Элемент |
||||
|
Co |
Cu |
Ni |
Pb |
Zn |
||
|
Пермский край (липа, клевер) |
45 |
0,31 ± 0,08 |
1,52 ± 0,86 |
0,61 ± 0,20 |
1,74 ± 0,78 |
1,55 ± 1,14 |
|
Нижняя Саксония (липа, вереск) |
40 |
0,25 ± 0,09 |
0,89 ± 0,46 |
0,57 ± 0,15 |
0,39 ± 0,03 |
0,89 ± 0,59 |
|
Статистические параметры |
Fоп |
6,74 |
12,61 |
0,03 |
85,14 |
6,36 |
|
Fst |
2,45 |
4,45 |
2,35 |
4,56 |
3,18 |
|
|
НСР |
0,05 |
0,41 |
− |
0,30 |
0,52 |
|
Средние значения, полученные для элементов, можно рассматривать в качестве фоновых, поскольку точки отбора проб охватывают большую часть исследуемых регионов и включают в себя участки с разной экологической и геохимической обстановкой. Как видно из таблицы 1, фоновое содержание микроэлементов в медах Пермского края достоверно выше, чем в медах из Нижней Саксонии. Исключение составляет Ni, содержание которого в медах изученных территорий существенных различий не проявляет.
В наших исследованиях мёды относились к следующим монофлорным сортам: липовый, клеверный и вересковый. Содержание металлов в медах разного ботанического происхождения, но полученных на одних территориях сбора, достоверных различий не показало. Таким образом, ботаническое происхождение мёда существенного влияния на содержание Cu, Co, Ni, Pb, Zn не оказало.
Содержание Pb в мёде согласно гигиеническим требованиям нормативных документов не должно превышать 5 мг/кг. В исследованных образцах мёда превышения допустимого содержания не установлено. Повышенное относительно фоновых значений содержание свинца отмечено в медах антропогенных и естественных геохимических аномалий Пермского края.
Для выявления закономерностей формирования минерального состава медов в исследованных ландшафтах был проведен факторный анализ данных по содержанию минеральных элементов в медах. Было установлено влияние двух факторов на содержание микроэлементов и тяжелых металлов в медах (табл. 2).
Таблица 2
Результаты факторного анализа данных по содержанию микроэлементов в медах Пермского края и Нижней Саксонии
|
Элемент |
«Фактор 1» |
«Фактор 2» |
|
Co |
0,87 |
0,17 |
|
Cu |
0,86 |
0,34 |
|
Ni |
0,42 |
0,74 |
|
Pb |
0,76 |
0,49 |
|
Zn |
0,26 |
0,70 |
«Фактор 1» достоверно влияет на накопление в медах элементов Со, Cu, Pb и несущественен для Ni и Zn. Сравнительный анализ данных по характеру содержания металлов Co, Cu, Pb в медах отдельных территорий позволил идентифицировать «Фактор 1» как влияние геохимических условий территорий медосбора. В медах Пермского края повышенное содержание Co, Cu, Pb установлено на территориях естественных геохимических аномалий (Осинский и Большесосновский районы) и в урбанизированных экосистемах (г. Пермь и прилегающие территории, г. Чернушка).
«Фактор 2» оказывает влияние на содержание Ni и Zn в мёде и слабо воздействует на миграцию Co, Cu, Pb в системе «ландшафт – мёд». В качестве «Фактора 2» мы рассматриваем физико-химические особенности почвенного покрова медосборных ландшафтов. Повышенное содержание Zn и Ni установлено в вересковых медах ООПТ Нижней Саксонии «Люнебургская пустошь» и липовых медах с территории памятника природы «Маасский липовый лес», ландшафты которых характеризуются высокой кислотностью почв (рН ниже 5), легким гранулометрическим составом и повышенной подвижностью микроэлементов. Содержание Zn и Ni в медах антропогенных участков Нижней Саксонии было ниже, чем на территориях с повышенной кислотностью почв.
Геохимические условия и физико-химические факторы медоносных ландшафтов существенным образом влияют на минеральный состав медов, что может быть использовано для диагностики географического происхождения медов, диагностики качества и безопасности мёда.
Выводы
1. Геохимические условия территорий медосбора, оказывая влияние на химический состав компонентов медоносных ландшафтов, отражаются на минеральном составе медов.
2. Фоновое содержание микроэлементов Cu, Co, Ni, Pb, Zn в медах положительных геохимических аномалий Пермского края достоверно выше, чем в медах с территории отрицательных геохимических аномалий земли Нижняя Саксония (Германия).
3. Физико-химические свойства почвенного покрова в медосборных ландшафтах, оказывая влияние на подвижность элементов, являются одним из ведущих факторов формирования минерального состава мёда.
4. Ботаническое происхождение мёда не оказало существенного влияния на содержание в мёде элементов Cu, Co, Ni, Pb, Zn.
5. Минеральный состав мёда наряду со стандартными показателями может служить критерием натуральности и безопасности мёда и использоваться в определении его географического проис хождения.
Рецензенты:Боронникова С.В., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой ботаники и генетики растений, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г. Пермь;
Ерёмченко О.З., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой физиологии растений и микроорганизмов, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г. Пермь.
Работа поступила в редакцию 26.11.2014.