研究人員開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法來識(shí)別假蜂蜜

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和倫敦大學(xué)學(xué)院的一組研究人員最近開發(fā)出一種使用機(jī)器學(xué)習(xí)和顯微鏡驗(yàn)證蜂蜜的新方法。在arXiv上發(fā)表的一篇論文中概述了他們的技術(shù)，可以檢測(cè)稀釋或錯(cuò)誤標(biāo)記的蜂蜜，其成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有方法。

蜜蜂是在蜜蜂從花中采集花蜜后將其分解成單糖并將其儲(chǔ)存在蜂巢中。蜂蜜是目前全球第三大假冒食品。它通常被貼錯(cuò)標(biāo)簽，需要將一種蜂蜜賣給另一種，或者用其他物質(zhì)如糖漿稀釋。

“蜂蜜是由植物中的蜜蜂制造的，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Gerard Glowacki告訴TechXplore。“植物有花粉，每種植物都有不同的花粉。例如，如果麥盧卡蜂蜜沒有麥盧卡花粉或根本沒有花粉，那么它就不是麥盧卡蜂蜜。”

假蜂蜜的生產(chǎn)成本顯著降低，這可能會(huì)對(duì)真正的蜂蜜生產(chǎn)商造成不利影響，迫使他們降低利潤(rùn)率，或者有時(shí)會(huì)完全退出市場(chǎng)。此外，與真正的蜂蜜養(yǎng)殖相比，生產(chǎn)假蜂蜜的養(yǎng)蜂方法往往低于標(biāo)準(zhǔn)，這可能導(dǎo)致蜂群的誤治。驗(yàn)證蜂蜜的有效和低成本方法可以幫助快速識(shí)別假蜂蜜，從而可以將其從市場(chǎng)上移除或重新貼上標(biāo)簽。

“Melissopalynology，從其植物來源鑒定蜂蜜，已經(jīng)存在了幾十年，其聲譽(yù)是一個(gè)緩慢和專業(yè)的過程，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Peter He告訴TechXplore。“我們認(rèn)為我們能夠通過一個(gè)沒有人類疲憊，健忘和無聊等問題的操作員來加快速度。”

最常用的蜂蜜鑒定方法包括定量聚合酶鏈反應(yīng)(qPCR)，核磁共振光譜(NMR)，液相色譜質(zhì)譜(LC-MS)，近紅外光譜(NIR)和顯微鏡。研究人員還開發(fā)了其他用于鑒定特定類型蜂蜜的測(cè)試，但迄今為止大多數(shù)已證明無效。

目前最先進(jìn)的技術(shù)是鑒別麥盧卡蜂蜜，麥盧卡蜂蜜是一種廣受追捧的蜂蜜，由麥盧卡花蜜制成，通常在新西蘭生產(chǎn)，基于四種化學(xué)標(biāo)記，并使用一種測(cè)試方法。麥盧卡花粉的DNA。但是，這種方法只能用于鑒別麥盧卡蜂蜜，不適用于其他類型的蜂蜜。

大多數(shù)蜂蜜認(rèn)證程序由專家在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行并且需要專門的設(shè)備，因此它們通常非常昂貴。在他們的研究中，Glowacki，他和他們的同事Alexis Gkantiragas開發(fā)了一種使用機(jī)器學(xué)習(xí)增強(qiáng)顯微鏡驗(yàn)證蜂蜜的新方法，這種方法可能比現(xiàn)有程序便宜得多。

“我們使用標(biāo)準(zhǔn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)識(shí)別蜂蜜樣本中的花粉，”Gkantiragas解釋說。“由此，我們可以應(yīng)用更多的定量方法來分析花粉的分布和密度等因素。然后我們可以確定蜂蜜的地理和/或植物來源。”

研究人員收集了不同類型蜂蜜的樣本，并將它們分散在玻璃載玻片上。使用明視場(chǎng)顯微鏡覆蓋并分析這些載玻片，捕獲大約2500個(gè)花粉的顯微圖像。

在仔細(xì)標(biāo)記和注釋這些圖像后，研究人員使用它們來訓(xùn)練他們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。他們的模型包括一個(gè)經(jīng)過訓(xùn)練以檢測(cè)和分割花粉的分割網(wǎng)絡(luò)，以及一個(gè)經(jīng)過培訓(xùn)以對(duì)不同類型的蜂蜜進(jìn)行分類的認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)。

“目前很難從真正的蜂蜜中辨別假貨，”Gkantiragas說。“糖測(cè)試可以通過使用不同的糖來愚弄。核磁共振很昂貴，需要專業(yè)人士。我們的設(shè)備需要花錢，使用起來很簡(jiǎn)單，并且有可能大規(guī)模部署。”

在初步評(píng)估中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的蜂蜜認(rèn)證方法可以有效地檢測(cè)稀釋和錯(cuò)誤標(biāo)記的蜂蜜。但是，它無法識(shí)別重金屬，農(nóng)藥或抗生素的污染，因此可能需要與其他化學(xué)測(cè)試結(jié)合使用。此外，他們的方法不能用于鑒定其中不存在花粉的超濾蜂蜜樣品。

雖然研究人員收集的結(jié)果很有希望，但是它們的系統(tǒng)需要進(jìn)一步發(fā)展才能更大規(guī)模地應(yīng)用。例如，研究人員需要收集更廣泛的花粉數(shù)據(jù)集，以便更好地捕捉蜂蜜中花粉的多樣性。

“將系統(tǒng)從研究擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)重要步驟是證明系統(tǒng)與硬件無關(guān)，”他解釋道。“除其他外，我們正在研究對(duì)抗性訓(xùn)練方法，以確保我們的功能表現(xiàn)是一流的。”

研究人員正在計(jì)劃繼續(xù)研究他們的系統(tǒng)，以確保它能夠在真實(shí)場(chǎng)景中有效地驗(yàn)證蜂蜜。將來，他們甚至可能會(huì)考慮根據(jù)他們的技術(shù)試行分散的認(rèn)證計(jì)劃。