Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
We present here a protocol to construct and validate models for nondestructive prediction of total sugar, total organic acid, and total anthocyanin content in individual blueberries by near-infrared spectroscopy.
Nondestructive prediction of ingredient contents of farm products is useful to ship and sell the products with guaranteed qualities. Here, near-infrared spectroscopy is used to predict nondestructively total sugar, total organic acid, and total anthocyanin content in each blueberry. The technique is expected to enable the selection of only delicious blueberries from all harvested ones. The near-infrared absorption spectra of blueberries are measured with the diffuse reflectance mode at the positions not on the calyx. The ingredient contents of a blueberry determined by high-performance liquid chromatography are used to construct models to predict the ingredient contents from observed spectra. Partial least squares regression is used for the construction of the models. It is necessary to properly select the pretreatments for the observed spectra and the wavelength regions of the spectra used for analyses. Validations are necessary for the constructed models to confirm that the ingredient contents are predicted with practical accuracies. Here we present a protocol to construct and validate the models for nondestructive prediction of ingredient contents in blueberries by near-infrared spectroscopy.
Yakın-kızılötesi (NIR) spektroskopisi yaygın çeşitli meyve içeriğini ve sebze analiz etmek için tahribatsız tekniği olarak uygulanır. 1,2 Tahribatsız garantili nitelikleri ile sadece lezzetli meyve ve sebze nakliye etkinleştirmek NIR spektroskopisi ile analiz eder. NIR spektroskopisi böylece zaten portakal, elma, kavun, kiraz, kivi, mango, papaya, şeftali uygulandı ve böylece toplam şeker içeriği karşılık onların Brix, asitlik, TSC (toplam katı içeriği) bilmek ve . Son zamanlarda, biz. Yaban mersini kalite değerlendirmesine NIR spektroskopisi uygulanmasını bildirmiştir 3 Biz toplam şeker içeriği ve asitlik karşılık gelen toplam organik asit içeriğine değil, aynı zamanda toplam antosiyanin içeriği sadece ölçtük. Antosiyanin insan sağlığını iyileştirmek için inanılır bir biyolojik olarak aktif bir bileşendir. onların şeker içeriği, ac bir güvence ile lezzetli yaban mersini satın alabilirsiniz eğer tüketiciler için uygundurgeçerlik ve antosiyanin içeriği.
Meyve ve sebze NIR emiş spektrumları, sadece geniş emme bantları gözlemlenir. Genelde lif ve nemden dolayı bantlar vardır. bağlı olmayan tahrip hedef çeşitli maddeler çok zayıf bantlar, aynı anda gözlenir birlikte, gözlemlenen bantlar çoğu durumda hedefin özel bileşenlerin spesifik titreşim modları tahsis edilemez. Bu nedenle, Lambert-Beer yasası kullanarak belirli bir bileşenin içeriğini belirlemek için geleneksel teknik NIR spektrumları için etkili değildir. Bunun yerine, kalibrasyon modelleri gözlenen spektrumları ve spektrumları karşılık gelen madde içerikleri arasındaki ilişkiyi inceleyerek Kemometri kullanılarak inşa edilmiştir gözlenen spektrumları hedef bileşenlerinin içeriğini tahmin etmek. 4,5 Burada bir protokol oluşturmak ve modelleri doğrulamak için toplam şeker içeriği tahmininde, toplam organik asit içeriği acidi karşılık gelenty ve NUR spektrumları yaban mersini toplam antosiyanin içeriği sunulmaktadır.
Şekil 1, güvenli ve sağlam bir kalibrasyon modellerini oluşturmak için genel bir akım şemasını göstermektedir. yeterli sayıda örnekleri toplanır. Diğerleri inşa modellerin doğrulanması için kullanılan Bazıları modellerin yapımında kullanılır. Toplanan numunelerin her biri için, bir NIR spektrum ölçülür ve daha sonra hedef bileşenleri geleneksel yıkıcı kimyasal analiz yöntemleri ile kantitatif analiz edilir. Burada, yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC), şekerler, organik asitler, ve antosiyanin kimyasal analizler için kullanılır. Kısmi en küçük kareler (PLS) regresyon kimyasal tarafından belirlenen gözlenen spektrumları ve madde içerikleri arasındaki ilişki incelendiğinde analizleri kalibrasyon modellerinin yapımı için kullanılır. Sağlam iyi tahmin yeteneği olan modeller, glikozu ve ön terbiye inşa etmek üzereved spektrumları ve tahmini için kullanılan dalga boyu bölgeleri incelenmektedir. Son olarak, inşa modellerinin yeterli tahmin yeteneğini onaylamak için doğrulanır. doğrulama, içeriği kimyasal analizler (gözlenen değerler) tarafından belirlenen içerikler ile karşılaştırılır inşa modeli (tahmin edilen değerler) tarafından gözlenen spektrum öngördü. Yeterli ilişki tahmin ve gözlenen değerler arasındaki bulunamazsa eğer yeterli korelasyon elde edilinceye kadar, kalibrasyon modeli yeniden inşa edilmelidir. Bu şekilde (dış doğrulama) 'de gösterildiği gibi bir model inşası ve doğrulama için numune farklı grupları kullanılması tercih edilir, ancak, aynı gruptaki örnekleri ve diğer araştırma yöntemleri (çapraz validasyon) her iki kullanıldığı zaman sayısı numuneler yeterince büyük değil.
FKalibrasyon modelinin oluşturulması ve onaylanması için ŞEKIL 1. akış şeması. mavi ve yeşil çizgilerle çevrili prosedürler kalibrasyon modeli ve doğrulama inşaatı, sırasıyla gelmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Numunelerin 1. Koleksiyonu
Spectra 2. Ölçümler
Şekerler ve Organik Asitlerin 8 HPLC Ölçümleri 3. Ön Arıtma
Not: şu şekilde saf su ile, su içinde çözünür olan şeker ve her yaban mersini, organik asitler, ekstrakte edin. Her bir yaban mersini bütün analizler için kullanılır.
Şekerler 4. HPLC Ölçümleri
Not: Bu çalışmada, sukroz, glukoz ve her bir yaban mersini fruktoz toplamı içeriği toplam şeker içeriği olarak kabul edilir. Bu nedenle, üç şeker her biri için çalışma eğrisi birinci elde edilir ve daha sonra her bir yaban mersini şekerlerin toplamı içeriği elde edilir. Standart içeriği 0.3-0.4 ağırlıkça% (sakaroz), 3,8-4,8 ağırlık% (glikoz) ve 4,2-5,3 ağırlık% (fruktoz) olarak rapor edilir. 9
Organik Asitlerin 5. HPLC Ölçümleri
Not: Bu çalışmada, sitrik asit, kinik asit toplamı içeriği, malikasit ve süksinik asit toplam organik asit içeriği olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, dört organik asitlerin her biri için çalışma eğrisi birinci elde edilir ve daha sonra her bir yaban mersini organik asit içeriği ölçülmektedir. Standart içeriği 0,42-0,62 ağırlık% (sitrik asit), 0-0,15 ağırlıkça% (kinik asit), 0,08-0,23 ağırlık% (malik asit), ve 0.06-0.25 ağırlıkla% (süksinik asit) olarak rapor edilir. 9
Antosiyaninlerin HPLC Ölçümleri 6. Tedavi öncesi
Antosiyaninlerin 7. HPLC Ölçümleri
Not: Yaklaşık 13 çeşit antosiyaninler yaban mersini yer almaktadır. Tüm antosiyaninler için çalışma eğrileri elde etmek zor olduğundan, sadece siyanidol-3- O-glukosit klorür için bir çalışma eğrisi, yaban mersini bölgesindeki en popüler antosiyaninlerin biri, elde edilir. çalışma eğrisi diğer antosiyaninlerin yaklaşık sayımsal uygulanır.
Madde İçeriği Tahmininde Kalibrasyon Modelleri 8. İnşaat
Not: PLS regresyon, gizli varyantları kullanarak çoklu regresyon tekniğinin bir türüdür 4,5, gözlenen spektrumları ve kimyasal analizlerle belirlenen madde içeriğinden her madde için kalibrasyon modellerinin yapımı için kullanılır. PLS regresyon ticari programlar ile veya ev yapımı programları ile ya gerçekleştirilir. Modellerin yapımı ayrıntılı işlemler için referanslar 5,10 bakın.
İnşa Kalibrasyon Modellerinin 9. Doğrulama
Not: inşa modellerin geçerliliğinin ayrıntılı işlemler için başvuruları 5,10 bakın.
Örnek olarak 70 yaban mersini spektrumları aynı anda gösterilen yaban mersini NIR soğurma spektrumları bir dizi 2 gösterileri Şekil. şekerler, organik asitler, ya da antosiyanin kesinlikle atanabilir bantları NIR spektrumları gözlenen olmadığından, geleneksel Lambert-Beer yasası madde içeriğini ölçmek için geçerli değildir. Bu nedenle, madde içeriğinin tahmininde modellerinin yapımı gereklidir.
protokol üzerinde bazı ek yorumlar burada açıklanmıştır. Öncelikle, adım 1.1, hedefe dahil çeşitlerin karar bahsedilmektedir. birçok çeşitler veya çeşitlerinin belirtmeden yaban mersini kapsayan modelleri inşa etmek mümkün olsa da, modelleri ile tahmin doğrulukları bazen tek bir çeşidi için modelleri ile daha sınırlı çeşitlerin için çok daha düşüktür. Ayrıca kalibrasyon modelleri farklı üretim sahalarında hasat yaban mersini tahmin performansını etkileyen farklı özelliklere sah...
We have nothing to disclose.
This work was partially supported by the project "A Scheme to Revitalize Agriculture and Fisheries in Disaster Area through Deploying Highly Advanced Technology" of Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, Japan.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
FT-NIR spectrophotometer | Bruker Optics GmbH | MPA | |
High-Performance Liquid Chromatography | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31, | For sugar analysis |
223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 | Refractive Index Detector | ||
High-Performance Liquid Chromatography | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31, | For organic acid analysis |
228-45018-31, 228-45010-31, 223-04500-31 | Ultraviolet-Visible Detector | ||
High-Performance Liquid Chromatography | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45018-31, 228-45000-31, | For anthocyanin analysis |
228-45012-31, 228-45119-31, 228-45005-31, | Photodiode Array Detector | ||
228-45009-31 | |||
pH meter | Mettler-Toledo | 30019028 | S220, Automatic temperature compensation |
Ultra-pure water treatment equipment | ORGANO Corporation | ORG-ULXXXM1; PRA-0015-0V0 | PURELAB ultra; PURELITE |
Biomedical Freezers | SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 |
Ultra-Low Temperature Freezer | Panasonic healthcare Co.,Ltd. | KM-DU73Y1 | -80°C |
Vacuum lyophilizer | IWAKI GLASS Co.,Ltd | 119770 | DRC-3L;FRD-82M |
Homoginizer | Microtec Co., Ltd. | Physcotron | |
Ultracentrifuge | Hitachi Koki Co.,Ltd | S204567 | CF15RXII |
Mini-centrifuge | LMS CO.,LTD. | KN3136572 | MCF-2360 |
Centrifuge | Kokusan Co.,Ltd | 2-5534-01 | H-103N |
Filter Paper | Advantec | 1521070 | 5B, Eqivalent to Whatman 40 |
Sep-Pak C18 column | Waters Corporation Milford | WAT020515 | |
Sep-Pak CM column | Waters Corporation Milford | WAT020550 | |
Sep-Pak QMA column | Waters Corporation Milford | WAT020545 | |
Centrifugal Filter Unit | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0.45 μm |
Microtube | As One Corporation | 1-1600-02 | PP, 2 mL |
Syringe Filter | GE Healthcare CO.,LTD. | 6788-1304 | PP, 0.45 μm |
Sucrose | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 194-00011 | Reagent-grade |
Glucose | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 049-31165 | Reagent-grade |
Fructose | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 123-02762 | Reagent-grade |
Citric acid | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 036-05522 | Reagent-grade |
Malic acid | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 355-17971 | Reagent-grade |
Succinic acid | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 190-04332 | Reagent-grade |
Quinic acid | Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company | 10176328 | Reagent-grade |
Phosphoric acid | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 162-20492 | HPLC-grade |
Trifluoroacetic acid | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 208-02746 | Reagent-grade |
Methanol | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 131-01826 | Reagent-grade |
Acetonitrile | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 015-08633 | HPLC-grade |
Grade cyanidin-3-O-glucoside chloride | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 306-37661 | HPLC-grade |
Software for analyses | Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
Softoware for preprocessing | Microsoft | Excel powered by Visual Basic for Applications | |
Software for construction of models | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır