更新時(shí)間：2024-12-02 09:09:07作者：佚名
在小麥生產(chǎn)中，重金屬污染問(wèn)題引起了廣泛關(guān)注。如果食用被重金屬污染的小麥，當(dāng)污染物的生物累積達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)引起慢性中毒，甚至引發(fā)癌癥、生理異常等疾病。例如，重金屬鎘攝入后可在人體的肝、腎等器官和組織中蓄積，對(duì)各器官和組織造成損害。當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)破壞骨骼中鈣的正常供應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起骨軟化等惡性疾病。疾病。因此，通過(guò)預(yù)測(cè)方法掌握食品加工鏈重金屬污染的發(fā)展規(guī)律并及時(shí)防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
為了提高小麥加工中鎘含量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性貝語(yǔ)網(wǎng)校，北京工商大學(xué)人工智能學(xué)院的金學(xué)波、張家?guī)浐捅本┓b學(xué)院的王小藝*進(jìn)行了基于鎘含量的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)建模小麥加工鏈中的數(shù)據(jù)并使用正則化方法。優(yōu)化其損失函數(shù)，通過(guò)添加噪聲懲罰項(xiàng)來(lái)防止模型在訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)噪聲過(guò)擬合，并使用貝葉斯超參數(shù)優(yōu)化方法來(lái)優(yōu)化模型超參數(shù)。
1.小麥加工鏈中小麥鎘含量數(shù)據(jù)集構(gòu)建
經(jīng)過(guò)增廣處理，最終獲得了小麥加工鏈各環(huán)節(jié)樣品的鎘含量數(shù)據(jù)，整個(gè)加工鏈的鎘含量數(shù)據(jù)為2057個(gè)。以其中三個(gè)全加工鏈鎘含量變化為例，如圖3所示，清理環(huán)節(jié)X2和小麥調(diào)理環(huán)節(jié)X3鎘含量略有增加。此后各環(huán)節(jié)鎘含量變化較為穩(wěn)定。
2. 不同模型預(yù)測(cè)性能比較
本次試驗(yàn)是基于上述小麥加工鏈10個(gè)環(huán)節(jié)中2057個(gè)全加工鏈的鎘含量數(shù)據(jù)進(jìn)行的。本研究得到的模型與線性回歸、RNN、LSTM和GRU模型進(jìn)行比較，并使用RMSE、MAE和r來(lái)評(píng)估模型的性能。結(jié)果如表1所示。本研究得到的模型具有最小的RMSE（0.259 5）、最小的MAE（0.161 6）和最大的r，比GRU模型具有更好的預(yù)測(cè)性能（RMSE降低了46.37） %）。
通過(guò)驗(yàn)證集的驗(yàn)證和對(duì)比分析可以看出，本研究得到的模型在預(yù)測(cè)任務(wù)中表現(xiàn)較好，具有更強(qiáng)的噪聲時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析能力。可以看出，本研究得到的模型能夠有效分析噪聲時(shí)間序列數(shù)據(jù)，對(duì)于小麥加工鏈中有害物質(zhì)等噪聲數(shù)據(jù)具有良好的預(yù)測(cè)性能。
3. 模型預(yù)測(cè)結(jié)果
根據(jù)上述20%原糧的鎘含量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)了后續(xù)清理、潤(rùn)麥、磨皮等10個(gè)工序的鎘含量。 6個(gè)樣品的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示。其中，清洗和潤(rùn)濕階段樣品的鎘含量略有增加，尤其是清洗階段。由于鎘在小麥表皮中富集，這兩個(gè)階段的滲透對(duì)鎘有一定的沉淀作用。經(jīng)過(guò)第一步和第二步磨皮后鎘含量持續(xù)下降，表明磨皮對(duì)有害鎘有良好的去除效果。預(yù)測(cè)結(jié)果還表明，X6～X11環(huán)節(jié)鎘含量已基本穩(wěn)定。
GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》規(guī)定，原麥粒和成品糧中鎘含量不得高于0.1毫克/千克。從本研究得到的模型可以看出，當(dāng)原麥粒中鎘含量低于GB 2762-2017規(guī)定的0.1 mg/kg時(shí)，加工鏈中清理、潤(rùn)濕環(huán)節(jié)的鎘含量可能會(huì)降低。暫時(shí)超標(biāo)，但最終成品小麥粉符合標(biāo)準(zhǔn)。 GB 2762-2017要求；當(dāng)生小麥中鎘含量高于0.1毫克/千克時(shí)，成品小麥粉中鎘含量將高于0.1毫克/千克。因此，考慮到檢測(cè)數(shù)據(jù)的偏差，為保證小麥粉的食品安全，當(dāng)原糧中有害物質(zhì)鎘含量高于0.1毫克/千克時(shí)，不能進(jìn)行后續(xù)加工。
綜上所述
該實(shí)驗(yàn)基于小麥加工鏈各個(gè)階段小麥中的鎘含量。采用深度學(xué)習(xí)建模方法對(duì)加工鏈各環(huán)節(jié)樣品中的鎘含量進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。構(gòu)建的模型首先利用正則化方法修改深度學(xué)習(xí)模型的損失函數(shù)，通過(guò)添加噪聲懲罰項(xiàng)來(lái)降低噪聲項(xiàng)對(duì)模型預(yù)測(cè)性能的影響。同時(shí)，采用貝葉斯優(yōu)化算法對(duì)模型超參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)對(duì)比驗(yàn)證，本研究建立的模型對(duì)實(shí)際小麥加工鏈中鎘含量數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)具有較高的準(zhǔn)確性。
該預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)從原麥到小麥粉加工鏈各關(guān)鍵環(huán)節(jié)鎘含量的變化，可指導(dǎo)小麥加工鏈鎘危害防控實(shí)踐。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，通過(guò)加工，原小麥中鎘含量總體呈下降趨勢(shì)。但在清洗和潤(rùn)濕過(guò)程中，鎘含量會(huì)略有增加。從預(yù)測(cè)模型可以看出，如果原料小麥的鎘含量符合GB 2762-2017的要求，即小麥中的鎘含量不高于0.1 mg/kg北京中加工商學(xué)院，則加工后的成品小麥粉基本符合GB 2762-2017的要求。
第一作者簡(jiǎn)介：
金學(xué)波，北京工商大學(xué)人工智能學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。
1994年畢業(yè)于吉林大學(xué)（原吉林工業(yè)大學(xué)）獲學(xué)士學(xué)位，1997年畢業(yè)于吉林大學(xué)（原吉林工業(yè)大學(xué)）獲碩士學(xué)位，2017年獲浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程博士學(xué)位。 2004年，導(dǎo)師為孫友賢院士。
2013年，他作為引進(jìn)人才進(jìn)入北京工商大學(xué)，并入選北京市拔尖人才之一。現(xiàn)任中國(guó)航空學(xué)會(huì)信息融合分會(huì)委員、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)過(guò)程控制專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)出入境檢驗(yàn)檢疫局進(jìn)出口食品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員IEEE會(huì)員、國(guó)家科技專家?guī)鞂＜摇?guó)家自然科學(xué)基金委專家、浙江省自然科學(xué)基金委專家?guī)鞂＜业仁鞘∈许敿馊瞬旁诒本?/p>
研究方向包括信息融合、模式識(shí)別與預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等。在相關(guān)領(lǐng)域主持國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)等多項(xiàng)研究項(xiàng)目項(xiàng)目。榮獲2021年度中國(guó)糧油學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
在時(shí)序信號(hào)模式識(shí)別、圖像目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別等研究領(lǐng)域，發(fā)表SCI、EI等高水平學(xué)術(shù)論文100余篇，其中ESI高被引論文7篇（排名前1） %) 和 3 篇 ESI 熱點(diǎn)論文。 （前0.1%）北京中加工商學(xué)院，已授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利20余項(xiàng)，出版?zhèn)鞲衅餍盘?hào)識(shí)別與狀態(tài)估計(jì)、多傳感器信息融合等學(xué)術(shù)專著3部。擔(dān)任SCI收錄期刊編委，并擔(dān)任IEEE/CAA、-Based等中科院第一區(qū)SCI期刊審稿人。
通訊作者簡(jiǎn)介：
王曉毅，教授，北京服裝學(xué)院副院長(zhǎng)。
博士生導(dǎo)師，山西省新縣人，北京服裝學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)智能服務(wù)專業(yè)委員會(huì)委員人工智能學(xué)會(huì)等。2010年入選北京市科技新星計(jì)劃，2018年入選北京市青年拔尖團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（負(fù)責(zé)人），入選北京市百人計(jì)劃2020年千人計(jì)劃。
主要研究領(lǐng)域?yàn)槭称钒踩铜h(huán)境保護(hù)。近年來(lái)主持科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家社科基金項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目項(xiàng)目等，并榮獲中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)糧油學(xué)會(huì)等
發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇，其中SCI收錄文章50余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利20余項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著2部。
本文《小麥加工鏈重金屬鎘含量深度網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型》來(lái)自《食品科學(xué)》第43卷第17期，第50-55頁(yè)，2022年，作者：金學(xué)波，張家?guī)洠礻?yáng)，王小藝，蘇婷莉，賴艷群，孔建雷，白玉婷。 DOI：10.7506/-194。點(diǎn)擊下方閱讀原文，查看文章相關(guān)信息。
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