Non‐destructive detection of dicyandiamide in infant formula powder using multi‐spectral imaging coupled with chemometrics

多光谱成像结合化学计量学无损检测婴儿配方奶粉中的双氰胺

摘要：由于若干食品安全恐慌，牛奶和奶制品的双氰胺(DCD) 污染已成为一个紧迫且广泛认可的话题。本研究调查了使用多光谱成像 (405-970 nm) 与化学计量学相结合来检测婴儿配方粉中DCD的潜力。偏最小二乘法(PLS)、最小二乘支持向量机 (LS SVM) 和反向传播神经网络 (BPNN) 用于开发定量模型。

图1.纯DCD、纯婴儿配方粉以及不同比例的DCD和婴儿配方奶粉混合物的平均反射光谱

所检测的纯DCD、纯婴儿配方粉、DCD和不同比例DCD的婴儿配方奶粉混合物在405-970nm波长范围内的平均反射光谱如图1所示。1.观察到纯DCD和纯婴儿配方粉的光谱存在显着差异。对于正在研究的低 DCD 比例，DCD 和婴儿配方奶粉混合物的平均光谱与整个测试波长范围内纯婴儿配方奶粉的光谱非常相似。此外，注意到在两个品牌的婴儿配方奶粉中，随着 DCD 比例从 0.01% 增加到 2%，平均反射光谱增加（数据未显示）。这一观察结果表明，光谱评估可以有效地确定婴儿配方粉中的 DCD 比例。

图2.纯DCD、纯婴儿配方粉以及不同比例的DCD和婴儿配方奶粉混合物的多光谱图像

图2为纯DCD、纯婴儿配方粉以及不同DCD比例的DCD和婴儿配方奶粉混合物的多光谱图像，说明了不同DCD比例的纯DCD、纯婴儿配方奶粉及其混合物之间的强度差异。婴儿配方奶粉、DCD 和婴儿配方奶粉的图像比纯 DCD 图像暗得多，因为 DCD 反射更强。然而，在婴幼儿配方奶粉中，目视检测 DCD 是很困难的。因此，光谱数据结合不同的化学计量学方法被用于检测婴儿配方粉中的DCD。

图3.多光谱成像预测值对比标定集掺假比例及品牌1、品牌2婴幼儿配方奶粉预测

品牌2的婴儿配方粉也获得了类似的结果。一般来说，BPNN模型的预测能力略好于 PLS 和 LS-SVM 模型，RP2 为 0.873。 发现 RMSEC 和 RMSEP 的对应值分别为 0.156% 和 0.219%。因此，BPNN被认为是建立婴幼儿配方粉中DCD比例定量模型的最佳方法，各品牌婴幼儿配方粉的BPNN模型图示如图1所示。4.获得的模型证实了多光谱成像适用于快速、无损地测定婴儿配方粉中的DCD比例。

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