基于中红外光谱与虚拟样本生成集成的茶粉中柠檬黄定性定量检测研究

针对茶粉中非法添加柠檬黄(tartrazine)的健康风险，研究人员创新性地结合中红外光谱(MIR)与虚拟样本生成(VSG)集成算法，建立快速检测方法。定性分析采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)实现100%准确率，定量分析通过VSG-PLS集成模型使校准性能提升25%，为小样本光谱分析提供低成本高效解决方案。

　　

茶作为世界三大无酒精饮料之一，其深加工产品速溶茶粉因便捷性广受欢迎。然而不法商家为提升色泽违规添加柠檬黄(tartrazine)——这种偶氮染料长期摄入会导致过敏、肝肾损伤等健康风险。传统色谱检测法耗时耗力，急需发展快速无损的分析技术。阿坝师范学院（Aba Teachers College）联合四川省高校过程分析与控制重点实验室的研究团队在《Journal of Food Composition and Analysis》发表论文，创新性地将中红外光谱(MIR)与虚拟样本生成(VSG)技术结合，建立了茶粉中柠檬黄的定性定量检测新方法。

研究采用衰减全反射(ATR)附件直接采集粉末样品光谱，通过1660-650 cm^-1特征波段分析。关键技术包括：1) 设计20个掺假样本和40个纯样本的定性数据集，42个样本的定量数据集；2) 定性分析采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)；3) 定量分析首创VSG-PLS集成算法，通过生成虚拟样本扩展校准集；4) 采用半数样本划分策略验证模型性能。

【定性分析】部分显示，经波段筛选和预处理后，PLS-DA模型在测试集实现100%准确分类。光谱分析揭示掺假样本在1600 cm^-1和1400 cm^-1处出现柠檬黄特征峰，与茶粉基质光谱形成明显差异模式。

【定量分析】部分创新提出VSG集成策略：首先基于高斯混合模型生成虚拟样本，随后构建多个PLS子模型并采用贝叶斯加权集成。该方案使预测均方根误差(RMSE)较传统PLS降低25%，且不增加实验成本。研究特别指出，VSG技术有效缓解了小样本导致的模型过拟合问题。

结论表明，该方法突破传统检测对色谱仪的依赖，首次实现茶粉中柠檬黄的"检测-含量测定"一体化分析。其意义在于：1) 为GB2760-2011食品添加剂标准提供快速监管工具；2) VSG集成策略为小样本光谱分析建立新范式；3) ATR-MIR技术适配工业化在线检测需求。研究人员建议后续可拓展至其他人工色素检测，并开发便携式设备推动技术落地。