研究人員開發(fā)了一種機器學(xué)習(xí)方法來識別假蜂蜜

倫敦帝國理工學(xué)院和倫敦大學(xué)學(xué)院的一組研究人員最近開發(fā)出一種使用機器學(xué)習(xí)和顯微鏡驗證蜂蜜的新方法。在arXiv上發(fā)表的一篇論文中概述了他們的技術(shù)，可以檢測稀釋或錯誤標(biāo)記的蜂蜜，其成本遠低于現(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，”進行這項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，這可能會對真正的蜂蜜生產(chǎn)商造成不利影響，迫使他們降低利潤率，或者有時會完全退出市場。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。驗證蜂蜜的有效和低成本方法可以幫助快速識別假蜂蜜，從而可以將其從市場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，其聲譽是一個緩慢和專業(yè)的過程，”進行這項研究的研究人員之一Peter He告訴TechXplore。“我們認為我們能夠通過一個沒有人類疲憊，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試，但迄今為止大多數(shù)已證明無效。

目前最先進的技術(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)蜂蜜認證程序由專家在實驗室中進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)了一種使用機器學(xué)習(xí)增強顯微鏡驗證蜂蜜的新方法，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。使用明視場顯微鏡覆蓋并分析這些載玻片，捕獲大約2500個花粉的顯微圖像。

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

“目前很難從真正的蜂蜜中辨別假貨，”Gkantiragas說。“糖測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，使用起來很簡單，并且有可能大規(guī)模部署。”

在初步評估中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的蜂蜜認證方法可以有效地檢測稀釋和錯誤標(biāo)記的蜂蜜。但是，它無法識別重金屬，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)從研究擴展到現(xiàn)實世界的一個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。”

研究人員正在計劃繼續(xù)研究他們的系統(tǒng)，以確保它能夠在真實場景中有效地驗證蜂蜜。將來，他們甚至可能會考慮根據(jù)他們的技術(shù)試行分散的認證計劃。