香辛料是食品造假的重灾区,它们的供应链复杂、售价高昂,并且通常以粉末或颗粒形式出售,因此不法商贩会掺加更便宜、难以区分的相似材料获取高额利润。
橄榄叶和香桃木叶与牛至叶外观相似,但是价格更低。近年来,有关机构对商店出售的牛至叶进行研究表明:近四分之一的样品含有非牛至叶成分。按重量计算,掺假程度范围可达到30%至70%。
一般的掺假鉴别,可以使用液相色谱-质谱仪(LC/MS)分析来检测,香辛料(例如红辣椒)的纯度可以通过气相色谱来确定,但这些方法在样品制备方面需要耗费大量的时间和精力。也可以使用光学显微镜进行分析,但单个小颗粒的识别和计数非常繁琐。
高光谱成像 (HSI) 系统与机器学习算法相结合的新方法,可以快速检测样品中是否存在非牛至叶的成分,并进行量化分析计算含量。
一、牛至叶分析
最近,Headwall Photonics进行了一项牛至叶成分测试,样品中掺杂了法国百里香和香桃木的样品,在扫描台上使用MV.C NIR高光谱成像仪(光谱范围为900-1700 nm)进行扫描,并在perClass Mira软件中进行数据的获取与分析,选择牛至叶像素来创建牛至类,在对牛至叶图像进行调查时,伪彩色RGB分类图像显示了样品中多个非牛至叶掺杂的区域(粉红色区域),掺杂物的光谱与牛至叶明显不同,如下图所示。
左图:牛至叶RGB图像 ,右图:掺假的高光谱图像伪彩色分类
蓝色曲线:牛至叶 红色曲线:掺杂物
将这些像素的一部分样本作为掺杂类别,并建立新的分类模型。这些掺杂物无法通过肉眼识别,甚至无法使用高分辨率RGB图像来识别。但是通过高光谱技术,可以检测到掺杂物。
通过添加法国百里香和普通香桃木叶(两种常见掺杂物)的纯净光谱数据,该模型得到了进一步改进,可以产生量化结果并在几秒钟内做出质量决策。
二、辣椒分析
在完整的叶片中,有经验的专业人员通过触摸嗅闻等方式或许也可分别出是否掺假,但是对于粉末状物体却无能为力。对于磨碎的香料,可以添加更多类型的添加剂来掩盖产品的真实等级。染料、粉笔、粘土和种子粉通常作为掺杂物添加到红辣椒粉中。
在Headwall Photonics进行的一项内部研究中,收集了红辣椒和红粘土,并以不同的质量百分比浓度组合在一起。然后在扫描台上使用MV.C NIR高光谱成像仪扫描这些粉末,并在perClass Mira软件中进行数据的获取与分析。
不同浓度的红辣椒与粘土样品
机器学习模块可在多种不同的已知浓度上进行训练,建立的回归模型能够高度估计红辣椒测试样品的浓度。
使用perClass Mira软件创建的回归模型的准确性
通过样品的采集,训练perClass Mira的模型并部署在产线上 ,可以实时估计香辛料中净含量的比例。
三、总结
与液相色谱-质谱仪(LC/MS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和其他实验室技术不同,使用Headwall的高光谱成像系统不需要专业知识,即可通过perClass Mira软件进行光谱分类,找出掺杂物存在的证据,并且软件还提供了检测未知掺杂物和添加剂的工作流程,使评估草药和香辛料质量的任务变得简单。
网络视频会议回放链接:
https://register.gotowebinar.com/recording/7625158656736549980