Z artykułu dowiesz się:
- jaki jest naturalny skład wosku pszczelego
- co świadczy o zafałszowaniu wosku np. parafiną
- dlaczego tak trudno jest wykryć domieszki obcych substancji w wosku i jakimi metodami badawczymi identyfikujemy zafałszowania
Problem z jakością wosku pszczelego z perspektywy 15 lat badań, cz. 1.
W numerze 2/2022 „Pasieki” zaprezentowałam Państwu wyniki badań jakości wosku i węzy na krajowym rynku, które przeprowadziłam w 2021 r. W niniejszym artykule sięgnęłam pamięcią wstecz, aby zobrazować problem związany z jakością wosku pszczelego z perspektywy znacznie dłuższego czasu, bo aż piętnastu lat badań własnych. Jest to nie tylko swego rodzaju autorefleksja dotycząca moich długoletnich działań, mających na celu pomoc w rozwiązaniu problemu, z którym zmierza się branża pszczelarska, ale także próba oceny sytuacji na rynku wosku i węzy na przestrzeni tych kilkunastu lat.
Fot. megafilm
Od autorki
Moja „przygoda z woskiem pszczelim” rozpoczęła się wiele lat temu w Laboratorium Badania Jakości Produktów Pszczelich, działającym w Oddziale Pszczelnictwa w Puławach (obecnie Zakład Pszczelnictwa) Instytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach (obecnie Instytut Ogrodnictwa – Państwowy Instytut Badawczy). Pracę w Instytucie podjęłam w 2006 r. i niemalże od początku (bo już w 2007 r.) rozpoczęłam badania nad woskiem pszczelim.
W 2013 r. obroniłam z wyróżnieniem pracę doktorską zatytułowaną: „Charakterystyka węglowodorów wosku pszczelego i wykrywanie zafałszowań tego produktu węglowodorami obcego pochodzenia”. W ramach pracy doktorskiej opracowałam nową, unikalną na tamte czasy, metodę identyfikacji i ilościowego oznaczania węglowodorów wosku pszczelego z wykorzystaniem techniki chromatografii gazowej z detektorem mas (GC-MS). Tę metodę wdrożyłam później do wykrywania zafałszowań wosku.
Nie lada wyzwaniem było także odpowiednie przygotowanie próbki i opracowanie metody izolacji węglowodorów z wosku pszczelego techniką ekstrakcji do fazy stałej (SPE) z użyciem kolumienek wypełnionych obojętnym tlenkiem glinu (Alumina-N), która ułatwiła dalszą analizę jakościową i ilościową tych związków techniką GC-MS.
Kolejnym etapem moich badań była charakterystyka węglowodorów wosku pszczelego. Można zadać pytanie, skąd to zainteresowanie węglowodorami, a nie inną grupą związków? Otóż węglowodory są jedną z najważniejszych grup związków, które naturalnie znajdują się w wosku pszczelim. Należy też zwrócić uwagę, że parafina (produkt najczęściej wykorzystywany do fałszowania wosku), to także mieszanina węglowodorów wielkocząsteczkowych, głównie prostołańcuchowych (tzw. n-alkanów).
A zatem, aby skutecznie wykrywać zafałszowania, należało poznać najpierw skład węglowodorów wosku pszczelego i parafiny, a następnie wosku zafałszowanego parafiną. W tym celu zbadałam wosk pozyskany zarówno z jasnych plastrów, tzw. dzikiej zabudowy (liczba próbek 54), jak i z ciemnych, przeczerwionych plastrów (liczba próbek 23).
Do badań wykorzystałam także parafiny o różnych właściwościach fizykochemicznych (liczba zbadanych próbek 8) oraz próbki wosku ze znanym dodatkiem (3, 5, 10, 30 i 50%) różnych parafin (liczba próbek 15), co pozwoliło mi ustalić kryteria świadczące o zafałszowaniu wosku pszczelego węglowodorami obcego pochodzenia np. parafiną.
Ostatnim etapem badań było przeprowadzenie walidacji metody GC-MS – ocena i potwierdzenie skuteczności metody w wykrywaniu zafałszowań wosku pszczelego poprzez wyznaczenie tzw. parametrów walidacyjnych (liniowości, zakresu roboczego, powtarzalności i odtwarzalności wewnątrzlaboratoryjnej, odzysku oraz niepewności metody). Metoda została także sprawdzona na próbkach wosku i węzy pozyskanych od pszczelarzy i producenta węzy (łącznie 41 próbek).
Wyniki badań mojej pracy doktorskiej zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Journal of Apicultural Science” [Waś i in. 2014a, 2014b, 2015, 2016] oraz w trzecim tomie podręcznika (The COLOSS BEEBOOK, Volume III), stanowiącego zbiór standardowych metod wykorzystywanych do oceny jakości wosku pszczelego (Standard methods for Apis mellifera beeswax research) – praca została opublikowana w „Journal of Apicultural Research” przez zespół ekspertów Międzynarodowej Komisji ds. Miodu, czyli IHC – International Honey Commission [Svečnjak i in. 2019].
W pracach zespołu IHC biorę udział od 2008 r. Podczas spotkań IHC, które do niedawna odbywały się cyklicznie, uczestniczę w opracowywaniu nowych metod w zakresie badania jakości produktów pszczelich, a w szczególności wosku i prezentuję wyniki moich badań, które są wykorzystywane w raportach dotyczących sytuacji na europejskim rynku wosku [Food Fraud Network, European Commission, 2017: „Adulteration of beeswax intended for honey production with stearin and parafin”].
Opracowaną w ramach doktoratu metodę GC-MS i ustalone kryteria świadczące o zafałszowaniu wosku pszczelego produktami takimi jak parafina, zastosowałam w kontynuowanych wiele lat badaniach naukowych i usługowych, wykonywanych przeze mnie w Laboratorium Badania Jakości Produktów Pszczelich, których nadrzędnym celem była ocena jakości wosku i węzy na krajowym rynku. W 2016 r. otrzymałam Nagrodę Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi za wybitne krajowe osiągnięcie mające znaczenie dla wdrażania postępu w rolnictwie i upowszechniania wyników pracy naukowej za „Opracowanie i wdrożenie metody GC-MS do systemu kontroli jakości wosku pszczelego”. Wyniki badań składu wosku wydzielanego przez pszczoły oraz wykrywanie zafałszowań tego produktu, które prowadziłam w Instytucie do końca 2020, zostały upowszechnione nie tylko w ww. publikacjach naukowych, ale także w postaci dwóch ofert wdrożeniowych: „Opracowanie chromatograficznej metody wykrywania zafałszowania wosku pszczelego węglowodorami obcego pochodzenia” [Waś i in. 2009] oraz „Oznaczanie węglowodorów wosku pszczelego i wykrywanie zafałszowań tego produktu węglowodorami obcego pochodzenia techniką GC-MS” [Waś i in. 2013], w formie doniesień na konferencje i sympozja krajowe (12) oraz zagraniczne (8), a także podczas licznych szkoleń i wykładów, prowadzonych m.in. dla pszczelarzy. Oprócz zagadnienia związanego z naturalnym składem wosku pozyskiwanego od rodzimego gatunku Apis mellifera, podjęłam także badania wosku wydzielanego przez pszczoły azjatyckie Apis dorasta i Apis cerana [Waś 2015].
Od marca 2021 badania nad naturalnym składem wosku pszczelego oraz wykrywaniem zafałszowań tego produktu prowadzę w laboratorium HoneyLab Teper & Waś. Laboratorium to powstało nie tylko z pasji i długoletniego doświadczenia właścicieli w badaniach produktów pszczelich. Pomysł na stworzenie laboratorium narodził się przede wszystkim ze świadomości potrzeb i oczekiwań pszczelarzy, którzy dotychczas nie mieli gdzie wykonać badań wosku pszczelego i węzy, na które od lat zgłaszali zapotrzebowanie. Ze szczegółowymi wynikami badań, które przeprowadziłam w ostatnim roku można się zapoznać w moim artykule „Jakość wosku i węzy na krajowym rynku” („Pasieka” nr 2/2022). Poniżej chciałabym przybliżyć wyniki moich wcześniejszych badań, aby łatwiej było zrozumieć i zdiagnozować problem związany z jakością wosku pszczelego.
Wyniki badań przeprowadzonych w latach 2007-2020
1. Naturalny skład wosku pszczelego
W ramach pracy doktorskiej określiłam naturalny skład węglowodorów w wosku pszczelim techniką chromatografii gazowej z detektorem mas (GC-MS). Moje badania dowiodły, że skład jakościowy węglowodorów wosku pszczelego pozyskanego z jasnych i ciemnych plastrów jest taki sam.Największą grupę węglowodorów wosku pszczelego stanowiły alkany prostołańcuchowe, zawierające w cząsteczkach od 20 do 35 atomów węgla (rys. 1a). Udział procentowy alkanów prostołańcuchowych, zawierających w cząsteczkach nieparzyste liczby atomów węgla, był znacznie wyższy w porównaniu z alkanami parzystymi i stanowił około 95%. Największy udział procentowy w sumie zawartości alkanów prostołańcuchowych oznaczonych w wosku pszczelim miały alkany: C27H56 (około 35%), C29H60 (około 23%), C31H64 (około 20%) i C25H52 (około 10%). Ponadto stwierdziłam, że wosk pozyskany z ciemnych plastrów zawiera więcej alkanów prostołańcuchowych (od 9,46 do 10,84 g/100 g; średnio 10,22 g/100 g) w porównaniu z woskiem dziewiczym (od 8,27 do 11,66 g/100 g; średnio 9,54 g/100 g). Nie zaobserwowałam wpływu terminu pozyskania wosku na jego skład węglowodorowy [Waś i in. 2014a, 2014b].
Fot. megafilm
2. Skład węglowodorów w parafinie
Ze względu na łatwy dostęp oraz niską cenę od lat parafina jest produktem najczęściej wykorzystywanym do fałszowania wosku pszczelego. Dodatek parafiny, która ma bardzo podobny skład węglowodorów i właściwości fizykochemiczne, jest jednak najtrudniejszy do wykrycia. Dlatego też celem badań wykonanych w ramach pracy doktorskiej było także poznanie składu węglowodorowego parafin o różnych właściwościach fizykochemicznych. Wykonana przeze mnie analiza składu parafin techniką GC-MS wykazała, że dostępne na rynku parafiny różnią się nie tylko właściwościami fizykochemicznymi, ale także składem jakościowym i ilościowym węglowodorów. We wszystkich próbkach parafiny zidentyfikowałam znacznie dłuższy niż w wosku pszczelim szereg homologiczny alkanów prostołańcuchowych zawierających w cząsteczkach od 20 do 40, a w niektórych nawet do 45 atomów węgla (rys. 1b).
Suma zawartości alkanów prostołańcuchowych w parafinach była także znacznie wyższa niż w wosku pszczelim i mieściła się w zakresie od 37,04 do 68,49 g/100 g. Próbki parafiny charakteryzowały się dużą zmiennością, zarówno pod względem sumy zawartości wszystkich alkanów, jak i zawartości poszczególnych związków wchodzących w jej skład. Badania składu parafiny dowiodły, że swoistą cechą parafiny są niemalże identyczne zawartości alkanów o parzystych i nieparzystych liczbach atomów węgla w cząsteczce.
W analizowanych parafinach średnia łączna zawartość alkanów parzystych wynosiła 24,96 g/100 g, a nieparzystych 24,06 g/100 g, co stanowiło 47,7 i 46,0% wszystkich alkanów oznaczonych w parafinie. W przypadku wosku pszczelego średni udział alkanów o parzystych liczbach atomów węgla w cząsteczce wynosił zaledwie około 5%. Ponadto zaobserwowałam, że charakterystyczne tylko dla parafiny są alkany zawierające w cząsteczkach powyżej 35 atomów węgla, których w wosku pszczelim nie wykryłam [Waś i in. 2015, 2016].
Rys. 1. Chromatogram GC-MS (tzw. odcisk palca) węglowodorów (n-alkanów) w wosku pszczelim (a) parafinie (b) oraz w wosku z dodatkiem 3% (c) i 30% parafiny (d) [Waś i in. 2015].
3. Kryteria świadczące o zafałszowaniu wosku pszczelego węglowodorami obcego pochodzenia (np. parafiną)
Na podstawie wyników analizy jakościowej i ilościowej węglowodorów w naturalnym wosku pszczelim, parafinie i w próbkach wosku z dodatkiem (3, 5, 10, 30 i 50%) parafiny (rys. 1) o różnych właściwościach fizykochemicznych ustaliłam kryteria świadczące o zafałszowaniu wosku pszczelego węglowodorami obcego pochodzenia:
- obecność węglowodorów zawierających powyżej 35 atomów węgla w cząsteczce
- wyższe zawartości w porównaniu z wyznaczonymi w wosku pszczelim dla łącznej zawartości n-alkanów (11,7 g/100 g), zawartości poszczególnych n-alkanów (C20H42 – C35H72) oraz wyższa łączna zawartość n-alkanów o parzystych liczbach atomów węgla w cząsteczce (1,0 g/100 g) [Waś i in. 2015, 2016].
Powyższe kryteria stosowałam w badaniach jakości wosku i węzy metodą GC-MS, które wykonywałam, pracując w laboratorium Instytutu Ogrodnictwa.
4. Wyniki badań jakości próbek wosku i węzy
Opracowaną metodę oznaczania węglowodorów techniką GC-MS oraz wyznaczone kryteria, wskazujące na zafałszowanie wosku pszczelego węglowodorami obcego pochodzenia zastosowałam do oceny jakości próbek węzy pozyskanej od pszczelarzy i wosku pochodzącego od jednego z producentów węzy w naszym kraju, którzy przekazali mi próbki do pracy doktorskiej.
Pozyskane próbki węzy były wolne od zanieczyszczeń węglowodorami obcego pochodzenia. W próbkach tych nie stwierdziłam węglowodorów powyżej 35 atomów węgla w cząsteczce, a oznaczone zawartości zarówno dla sumy, jak i poszczególnych alkanów prostołańcuchowych mieściły się w zakresach wyznaczonych dla wosku pszczelego. Te same kryteria przyjęłam w ocenie próbek wosku, które otrzymałam od jednego z producentów węzy. Większość (87%) próbek z tego źródła była wolna od zanieczyszczeń węglowodorami obcego pochodzenia.
W 3 z 23 (13%) próbek wosku pozyskanych od producenta węzy stwierdziłam jednak obecność węglowodorów obcego pochodzenia. O ich zafałszowaniu (najprawdopodobniej parafiną) świadczyła obecność alkanów zawierających powyżej 35 atomów węgla w cząsteczce oraz wysokie zawartości oznaczone zarówno dla sumy, jak i poszczególnych alkanów.
Średnia łączna zawartość tych związków (33,72 g/100 g) była trzykrotnie wyższa od maksymalnej oznaczonej w wosku pszczelim. Suma zawartości alkanów o parzystych liczbach atomów węgla w próbkach zafałszowanych była wielokrotnie wyższa od maksymalnej zawartości tych alkanów w wosku pszczelim (0,99 g/100 g) i wynosiła od 11,34 do 19,08 g/100 g. Procentowy udział alkanów o parzystych liczbach atomów węgla, podobnie jak w przypadku parafiny, był wysoki i stanowił odpowiednio: 50,1; 49,6 i 43% wszystkich alkanów oznaczonych w tych próbach [Waś i in. 2016].
Podjęte w ramach doktoratu badania były głównym kierunkiem moich badań, które kontynuowałam w Instytucie do końca 2020 r. W tym czasie byłam głównym wykonawcą badań, których celem była ocena jakości wosku na krajowym rynku. Realizowano je w Instytucie w ramach działalności naukowej i usługowej. W 2013 r. zrealizowałam projekt, finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach Programu „Młodzi naukowcy” pt. Ocena jakości wosku pszczelego pochodzącego z krajowego rynku i przeznaczonego do produkcji węzy. Badania przeprowadziłam na 112 próbkach wosku pszczelego, które zostały pozyskane od pszczelarzy przez pięciu największych producentów węzy w kraju.
Większość, 98 ze 112 przebadanych próbek, była wolna od zanieczyszczeń węglowodorami obcego pochodzenia. W próbkach tych nie stwierdziłam węglowodorów zawierających więcej niż 35 atomów węgla w cząsteczce, a oznaczone zawartości n-alkanów, zarówno dla sumy (od 9,6 do 11,6 g/100 g, średnio 10,8 g/100 g), jak i poszczególnych związków, mieściły się w zakresach wyznaczonych dla wosku pszczelego. Jednak w 14 próbkach zidentyfikowałam obecność węglowodorów obcego pochodzenia. Oznaczone w nich zawartości, zarówno dla sumy (od 12,1 do 30 g/100 g, średnio 15,6 g/100 g), jak i poszczególnych n-alkanów były wyższe w porównaniu z maksymalnymi dopuszczalnymi dla wosku pszczelego.
Ponadto, prawie we wszystkich próbkach (w 13 z 14) stwierdziłam obecność węglowodorów zawierających powyżej 35 atomów węgla, które w wosku pszczelim nie występują, a ich łączna zawartość wynosiła od 0,1 do 0,8 g/100 g, średnio 0,2 g/100 g. Próbki zafałszowane najprawdopodobniej parafiną znalazły się wśród próbek dostarczonych przez czterech producentów węzy i stanowiły odpowiednio: 18,8% (3 z 16); 25% (9 z 36); 3,3% (1 z 30) i 5% (1 z 20). Próbki pochodzące tylko od jednego producenta (n=10) były wolne od zanieczyszczeń węglowodorami obcego pochodzenia. Zafałszowane stanowiły 12,5% przebadanych próbek wosku pochodzącego z krajowego rynku [Waś 2014].
Znacznie większy odsetek, bo aż 73%, zafałszowanych węglowodorami obcego pochodzenia, stanowiły próbki przebadane w latach 2015–2019 – łącznie 190 próbek wosku i węzy [Waś i in. 2020].
Dalsza część artykułu ukaże się w nr 4/2022 „Pasieki”. Będzie zawierała próbę diagnozy nasilającego się w ostatnich latach problemu fałszowania wosku i węzy oraz trudności w oszacowaniu rzeczywistej skali tego zjawiska.
Dr Ewa Waś
Laboratorium HoneyLab Teper & Waś s.c.
