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.
근적외선 (NIR) 분광 널리 다양한 종류의 과일의 내용과 야채를 분석하는 비파괴 기법으로 적용됩니다. 1, 2 비파괴은 보장 품질 만 맛있는 과일과 채소의 운송을 가능하게 NIR 분광법으로 분석한다. NIR 분광법 등 이미 오렌지, 사과, 멜론, 체리, 키위, 망고, 파파야, 복숭아에 적용된 등 총 당 함량에 대응하는 자신의 당도, 산도, TSC (총 고체 함량)를 알아야하고, . 최근에는. 베리의 품질 평가 NIR 스펙트럼의 적용을보고 3 우리는 전체 당도 및 산도에 대응하는 총 유기 산 함량뿐만 아니라 총 안토시아닌 함량뿐만 아니라 측정 하였다. 안토시아닌은 인간의 건강을 개선하기 위해 생각하는 생리 활성 구성 요소입니다. 그들이 당도, 교류의 확신 맛있는 블루 베리를 구입할 수 있다면 그것은 소비자를위한 편리가 상한 및 안토시아닌 함량.
과일과 야채의 근적외선 흡수 스펙트럼에서, 단지 넓은 흡수 밴드가 관찰된다. 그들은 주로 섬유와 수분에 의한 밴드입니다. 인해 비 이것을 파괴 대상의 여러 성분 많은 약한 밴드가 동시에 관찰되지만, 관찰 된 밴드는 대부분의 경우, 대상의 특정 구성 요소의 특정 진동 모드에 할당 될 수 없다. 따라서, 램버트 – 비어의 법칙을 이용하여 특정 성분의 함량을 측정하는 기존의 기술은 NIR 스펙트럼은 유효하지 않다. 대신, 캘리브레이션 모델은 관찰 된 스펙트럼과 스펙트럼에 대응하는 성분 함량 사이의 상관 관계를 검토하여 chemometrics를 이용하여 구성하는 관찰 된 스펙트럼에서 대상 부품의 내용을 예측할. 4,5 여기서, 프로토콜 구성 및 모델을 확인하는 총당의 예측 총 유기산 함유량 acidi 대응타이 및 NIR 스펙트럼에서 블루 베리의 총 안토시아닌 함량이 표시됩니다.
그림 1은 안정적이고 강력한 보정 모델을 구축 할 수있는 일반적인 흐름도를 보여줍니다. 충분한 수의 샘플을 수집됩니다. 다른 구성은 모델의 검증을 위해 사용되는 동안 그들의 일부는 모델의 구성에 사용된다. 수집 된 각각의 시료를 들어, NIR 스펙트럼을 측정하고, 다음 피 처리 성분이 파괴 전통적인 화학 분석법으로 정량한다. 여기서, 고속 액체 크로마토 그래피 (HPLC)는 당, 유기산 및 안토시아닌의 화학적 분석에 사용된다. 부분 최소 제곱은 (PLS) 회귀 분석 화학에 의해 결정되는 관찰 된 스펙트럼 성분과 함량 사이의 상관 관계가 조사 분석 캘리브레이션 모델의 구성에 사용된다. 강력한 최선의 예측 능력을 가진 모델, obser의 전처리를 구축하기 위해VED 스펙트럼 및 상기 예측에 이용되는 파장 영역은 또한 관찰된다. 마지막으로, 구성 모델들은 충분한 예측 능력을 확인하기 위해 확인됩니다. 검증에서, 내용이 화학 분석 (관측 값)에 따라 결정 내용을 비교 구성된 모델 (예측값)에 의해 관측 된 스펙트럼으로부터 예측. 충분한 상관 관계가 관찰 예측 값 사이에서 찾을 수 없으면, 충분한 상관이 얻어 질 때까지 상기 보정 모델을 재 구축한다. 이 도면 (외부 검증)에 나타낸 바와 같이이 모델의 구축 및 검증을위한 샘플들의 서로 다른 그룹을 사용하는 것이 바람직하지만, 동일한 그룹의 샘플 구성 및 검증 (교차 검증) 모두를 사용하는 경우의 수 샘플은 충분하지 않다.
에프교정 모델의 건설 및 검증을위한 igure 1. 플로우 차트. 파란색과 녹색 선으로 둘러싸인 절차는 교정 모델과 그 검증의 건설에 각각 해당합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
프로토콜에 대한 몇 가지 추가 의견은 여기에 설명되어 있습니다. 먼저, 단계 1.1, 대상에 포함 된 품종을 결정하는 언급된다. 이 많은 품종 또는 품종을 지정하지 않고 블루 베리를 포함하는 모델을 구축 할 수 있지만, 모델 예측 정확도는 때때로 단일 품종의 모델보다 제한된 품종 훨씬 낮다. 또한 캘리브레이션 모델은 상이한 생산 현장에서 수확 블루 베리, 예측 성능에 영향을 미치는 다른 특성?…
The authors 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.
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/ |