Presentamos aquí un protocolo para construir y validar modelos para la predicción no destructiva del contenido de azúcar total, ácido orgánico total y antocianina total en arándanos individuales mediante espectroscopia de infrarrojo cercano.
Artículo de método
Presentamos aquí un protocolo para construir y validar modelos para la predicción no destructiva del contenido de azúcar total, ácido orgánico total y antocianina total en arándanos individuales mediante espectroscopia de infrarrojo cercano.
La predicción no destructiva del contenido de ingredientes de los productos agrícolas es útil para enviar y vender los productos con cualidades garantizadas. Aquí, la espectroscopia de infrarrojo cercano se utiliza para predecir de forma no destructiva el contenido total de azúcar, ácido orgánico total y antocianina total en cada arándano. Se espera que la técnica permita seleccionar solo deliciosos arándanos de todos los cosechados. Los espectros de absorción en el infrarrojo cercano de los arándanos se miden con el modo de reflectancia difusa en las posiciones que no están en el cáliz. El contenido de ingredientes de un arándano determinado por cromatografía líquida de alta resolución se utiliza para construir modelos para predecir el contenido de ingredientes a partir de los espectros observados. La regresión de mínimos cuadrados parciales se utiliza para la construcción de los modelos. Es necesario seleccionar adecuadamente los pretratamientos para los espectros observados y las regiones de longitud de onda de los espectros utilizados para los análisis. Las validaciones son necesarias para que los modelos construidos confirmen que los contenidos de ingredientes se predicen con precisión práctica. Aquí presentamos un protocolo para construir y validar los modelos para la predicción no destructiva de contenidos de ingredientes en arándanos mediante espectroscopia de infrarrojo cercano.
Infrarrojo cercano (NIR) se aplica ampliamente como una técnica no destructiva para analizar el contenido de frutas y verduras de diversos tipos. Analiza 1,2 no destructiva mediante espectroscopia NIR que el envío de sólo deliciosas frutas y verduras con cualidades garantizados. espectroscopia NIR ya se ha aplicado a la naranja, la manzana, el melón, cereza, kiwi, mango, papaya, melocotón y así sucesivamente para conocer su Brix que corresponde al contenido total de azúcar, acidez, TSC (contenido total de sólidos), y así sucesivamente . Recientemente, se ha informado de la aplicación de la espectroscopia NIR para la evaluación de la calidad de los arándanos. 3 Hemos medido no sólo el contenido total de azúcar y el contenido de ácido orgánico total correspondiente a la acidez, sino también el contenido de antocianinas totales. La antocianina es un componente bioactivo, que se cree que mejora la salud humana. Es conveniente para los consumidores si pueden comprar deliciosos arándanos con una garantía de su contenido de azúcar, acidity, y el contenido de antocianinas.
En los espectros de absorción NIR de frutas y verduras, sólo se observan bandas de absorción anchas. Son principalmente las bandas debido a la fibra y la humedad. Aunque muchas bandas débiles debido a los diversos ingredientes de la diana no Destructed se observan al mismo tiempo, las bandas observadas no se pueden asignar a los modos de vibración específicas de los componentes específicos de la diana en la mayoría de los casos. Por lo tanto, la técnica tradicional para determinar el contenido de un componente específico usando la ley de la de Lambert-Beer no es eficaz para los espectros de NIR. En cambio, los modelos de calibración para predecir el contenido de los componentes de destino a partir de los espectros observados son construidos usando quimiometría mediante el examen de la correlación entre los espectros observados y los contenidos de los ingredientes correspondientes a los espectros de 4,5. En este caso, un protocolo para construir y validar los modelos para la predicción del contenido total de azúcares, contenido total de ácido orgánico correspondiente a ACIDIdad, y el contenido total de antocianinas de arándanos de los espectros NIR se presenta.
La figura 1 muestra el diagrama de flujo general para la construcción de modelos de calibración fiables y sólidas. Se recogen muestras de número suficiente. Algunos de ellos se utilizan para la construcción de modelos, mientras que los otros se utilizan para la validación de los modelos construidos. Para cada una de las muestras recogidas, un espectro NIR se mide, y luego se analizan los componentes de destino cuantitativamente con los métodos tradicionales de análisis químicos destructivos. Aquí, la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) se utiliza para los análisis químicos de azúcares, ácidos orgánicos, y antocianinas. mínimos cuadrados parciales (PLS) de regresión se utiliza para la construcción de modelos de calibración donde los análisis se examina la correlación entre los espectros observados y los contenidos de ingrediente determinado por química. Con el fin de construir modelos robustos con la mejor capacidad de predicción, los pretratamientos de obserTambién se examinan los espectros ved y las regiones de longitud de onda utilizados para la predicción. Por último, los modelos construidos son validados para confirmar su capacidad de predicción suficiente. En la validación, el contenido predecirse a partir de la espectro observado por el modelo construido (valores predichos) se comparan con los contenidos determinados por los análisis químicos (valores observados). Si la correlación suficiente no se encuentra entre los valores predichos y observados, el modelo de calibración debe ser re-construye hasta que se obtiene la correlación suficiente. Aunque es preferible el uso de diferentes grupos de muestras para la construcción y validación de un modelo como se muestra en esta figura (validación externa), las muestras en un mismo grupo se utilizan tanto para la construcción y la validación (validación cruzada) cuando el número de las muestras no es lo suficientemente grande.

Figura 1. Diagrama de flujo para la construcción y validación del modelo de calibración. Los procedimientos rodeadas por líneas azules y verdes corresponden, respectivamente, a la construcción de un modelo de calibración y su validación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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1. Recolección de Muestras
2. Las mediciones de los espectros
3. El tratamiento previo de las mediciones de HPLC de azúcares y ácidos orgánicos 8
Nota: Extracto de azúcares y ácidos orgánicos de cada uno de arándanos, que son solubles en agua, con agua ultrapura como sigue. La totalidad de cada arándano se utiliza para los análisis.
4. Medidas de azúcares con HPLC
Nota: En este estudio, el contenido suma de sacarosa, glucosa y fructosa de cada arándano es considerado como el contenido total de azúcar. Por lo tanto, se obtiene la curva de trabajo para cada uno de tres azúcares primero, y luego se obtiene el contenido suma de los azúcares en cada arándanos. El contenido estándar se indican como 0,3-0,4% en peso (sacarosa), 3.8 a 4.8% en peso (glucosa), y 4.2 a 5.3% en peso (fructosa). 9
5. Mediciones de HPLC de ácidos orgánicos
Nota: En este estudio, el contenido suma de ácido cítrico, ácido quínico, málicoácido, y el ácido succínico son considerados como el contenido de ácido orgánico total. Por lo tanto, se obtiene la curva de trabajo para cada uno de los cuatro ácidos orgánicos primero, y luego el contenido de ácido orgánico en cada arándano se mide. El contenido estándar se reportan como 0,42 a 0,62% en peso (ácido cítrico), 0 a 0,15% en peso (ácido quínico), 0,08 a 0,23% en peso (ácido málico), y 0,06 hasta 0,25% en peso (ácido succínico). 9
6. El tratamiento previo de las mediciones de HPLC de antocianinas
7. Las mediciones de HPLC de antocianinas
Nota: Cerca de 13 antocianinas tipo están incluidas en los arándanos. Puesto que es difícil de obtener curvas de trabajo para todas las antocianinas, una curva de trabajo para el cloruro de O glucósido de cianidina-3- única, una de las antocianinas más populares de arándanos, se obtiene. La curva de trabajo se aplica para cuantificaciones aproximadas de otros antocianinas.
8. Construcción de modelos de calibración para la Predicción de contenidos de ingrediente
Nota: regresión PLS, 4,5, que es un tipo de técnica de regresión múltiple utilizando variantes latentes, se utiliza para la construcción de modelos de calibración para cada ingrediente de los espectros observados y los contenidos de ingredientes determinados por los análisis químicos. PLS regresión se realiza ya sea con los programas comerciales o con los programas de fabricación casera. Véanse las referencias de 5,10 para los procesos detallados de la construcción de modelos.
9. La validación de los modelos de calibración construida
Nota: Véanse las referencias de 5,10 para los procesos detallados de la validación de los modelos construidos.
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La figura 2 muestra como ejemplo un conjunto de espectros de absorción NIR de arándanos, donde los espectros de 70 arándanos se muestran simultáneamente. Dado que las bandas definitivamente asignables a los azúcares, ácidos orgánicos, o antocianinas no se observan en los espectros NIR, la ley de Beer-Lambert tradicional no es aplicable para cuantificar el contenido de ingredientes. Por lo tanto, la construcción de modelos para la predicción del contenido de ingredientes ...
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Aquí se describen algunos comentarios adicionales sobre el protocolo. En primer lugar, en el paso 1.1, se menciona que decidir los cultivares incluidos en el objetivo. Aunque es posible construir modelos que cubren los arándanos de muchos cultivares o sin especificar cultivares, la precisión de predicción con los modelos son a veces mucho más bajos que aquellos con los modelos de un solo cultivar y para cultivares limitados. También hay que señalar que los modelos de calibración deben ser construidos para los arándanos ...
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No tenemos nada que revelar.
Este trabajo fue parcialmente apoyado por el proyecto "Un Plan para Revitalizar la Agricultura y la Pesca en Áreas de Desastre mediante el Despliegue de Tecnología Altamente Avanzada" del Ministerio de Agricultura, Silvicultura y Pesca, Japón.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| espectrofotómetro FT-NIR | Bruker Optics GmbH | MPA | |
| cromatografía líquida de alta resolución | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31 | Para análisis |
| 223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 Detector de | índice de refracción | ||
| Cromatografía líquida de alta resolución | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31 | Para análisis |
| 228-45018-31, 228-45010-31, 223-04500-31 | Detector ultravioleta-visible | ||
| Cromatografía líquida de alto rendimiento | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45018-31, 228-45000-31 | Para análisis |
| 228-45012-31, 228-45119-31, 228-45005-31 | Detector | ||
| 228-45009-31 | |||
| Medidor | de pHMettler-Toledo | 30019028 | S220, Compensación automática de temperatura |
| Equipo de tratamiento de agua ultrapura | ORGANO Corporation | ORG-ULXXXM1; PRA-0015-0V0 | PURELAB ultra; |
| Congeladores biomédicos PURELITE | SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 |
| Congelador de temperatura ultrabaja | Panasonic healthcare Co., Ltd. | KM-DU73Y1-80 | ° C |
| Liofilizador al vacío | IWAKI GLASS Co., Ltd | 119770 | DRC-3L; FRD-82M |
| Homoginizador | Microtec Co., Ltd. | Ultracentrífuga Physcotron | |
| Hitachi Koki Co., Ltd | S204567 | CF15RXII | |
| Minicentrífuga | LMS CO., LTD. | KN3136572 | Centrífuga MCF-2360 |
| Kokusan Co., Ltd | 2-5534-01 | H-103N | |
| Papel de filtro | Advantec | 1521070 | 5B, Equivalente a Whatman 40 |
| Sep-Pak Columna C18 | Corporación de Aguas Milford WAT020515 | ||
| columna CM Sep-Pak | Corporación de Aguas Milford | WAT020550 | |
| Columna de QMA Sep-Pak | Corporación de Aguas Milford WAT020545 | ||
| Unidad de filtro centrífugo | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0,45 μ m |
| Microtube | As One Corporation | 1-1600-02 | PP, 2 ml |
| Filtro de jeringa | GE Healthcare CO.,LTD. | 6788-1304 | PÁGS., 0,45 &m; m |
| Sacarosa | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 194-00011 | de grado reactivo |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 049-31165 | de grado reactivo | |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 123-02762 | Ácido cítrico de grado reactivo | |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 036-05522 | Ácido | |
| málico de grado reactivo | Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 355-17971 | de grado reactivo |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 190-04332 | de grado reactivo | |
| Alfa Aesar, una empresa de Johnson Matthey | 10176328 | de grado reactivo | |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 162-20492 | de grado HPLC | |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 208-02746 | de grado reactivo | |
| Wako Pure Industrias químicas,Ltd | 131-01826 | ||
| Acetonitrilo | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 015-08633 | |
| Grado de HPLC cianidina-3-O-cloruro de glucósido | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 306-37661 | Grado de HPLC |
| Software para análisis | Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
| Softoware para preprocesamiento | de Microsoft | Excel con tecnología de Visual Basic para aplicaciones | |
| Software para la construcción de modelos | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
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