Nous présentons ici un protocole pour construire et valider des modèles de prédiction non destructive de la teneur totale en sucre, en acide organique total et en anthocyanes dans les myrtilles individuelles par spectroscopie proche infrarouge.
Article de méthode
Nous présentons ici un protocole pour construire et valider des modèles de prédiction non destructive de la teneur totale en sucre, en acide organique total et en anthocyanes dans les myrtilles individuelles par spectroscopie proche infrarouge.
La prédiction non destructive de la teneur en ingrédients des produits de la ferme est utile pour expédier et vendre les produits dont les qualités sont garanties. Ici, la spectroscopie proche infrarouge est utilisée pour prédire de manière non destructive la teneur totale en sucre, en acide organique total et en anthocyanes dans chaque myrtille. La technique devrait permettre de sélectionner uniquement de délicieuses myrtilles parmi toutes celles récoltées. Les spectres d’absorption dans le proche infrarouge des bleuets sont mesurés avec le mode de réflectance diffuse à des positions qui ne sont pas sur le calice. La teneur en ingrédients d’un bleuet, déterminée par chromatographie liquide à haute performance, est utilisée pour construire des modèles permettant de prédire la teneur en ingrédients à partir des spectres observés. La régression des moindres carrés partiels est utilisée pour la construction des modèles. Il est nécessaire de bien sélectionner les prétraitements pour les spectres observés et les régions de longueur d’onde des spectres utilisés pour les analyses. Des validations sont nécessaires pour que les modèles construits confirment que les teneurs en ingrédients sont prédites avec une précision pratique. Nous présentons ici un protocole pour construire et valider les modèles de prédiction non destructive de la teneur en ingrédients des myrtilles par spectroscopie proche infrarouge.
Proche infrarouge (NIR) est largement appliquée comme une technique non destructive pour analyser le contenu de fruits et légumes de toutes sortes. 1,2 Nondestructive analyse par spectroscopie NIR permettre à l'expédition de seulement délicieux fruits et légumes avec des qualités garanties. La spectroscopie NIR a déjà été appliquée à l'orange, pomme, melon, cerise, kiwi, mangue, papaye, pêche et ainsi de suite pour connaître leur Brix qui correspond à la teneur totale en sucre, acidité, TSC (solides totaux contenus), et ainsi de suite . Récemment, nous avons signalé l'application de la spectroscopie NIR à l'évaluation de la qualité des bleuets. 3 Nous mesurée non seulement la teneur totale en sucre et la teneur totale en acide organique correspondant à l' acidité, mais aussi la teneur en anthocyanes totale. L'anthocyanine est un composant bioactif qui est censé améliorer la santé humaine. Il est commode pour les consommateurs s'ils peuvent acheter de délicieux bleuets avec une assurance de leur teneur en sucre, acidité et teneur en anthocyanes.
Dans les spectres d'absorption NIR de fruits et légumes, seules des bandes d'absorption larges sont observés. Ils sont principalement les bandes dues à la fibre et de l'humidité. Bien que de nombreuses bandes faibles en raison de divers ingrédients de la cible non-destructed sont observées en même temps, les bandes observées ne peuvent pas être attribués à des modes vibratoires spécifiques des composants spécifiques de la cible dans la plupart des cas. Par conséquent, la technique traditionnelle pour déterminer la teneur d'un composant spécifique en utilisant la loi de Beer-Lambert est pas efficace pour les spectres NIR. Au lieu de cela, des modèles d'étalonnage pour prédire la teneur des composants à partir des spectres observés cibles sont construits à l' aide de la chimiométrie , en examinant la corrélation entre les spectres observés et le contenu de l' ingrédient correspondant aux spectres 4,5. Ici, un protocole de construire et de valider les modèles pour la prédiction de la teneur totale en sucre, teneur totale en acide organique correspondant à Acidity, et la teneur en anthocyanes totale de bleuets de spectres NIR est présenté.
La figure 1 montre l'organigramme général pour construire des modèles d'étalonnage fiables et robustes. Des échantillons de nombre suffisant sont collectés. Certains d'entre eux sont utilisés pour la construction de modèles, tandis que les autres sont utilisés pour la validation des modèles construits. Pour chacun des échantillons prélevés, un spectre proche infrarouge est mesurée, et ensuite les composants cibles sont analysés quantitativement par des méthodes d'analyse chimique destructive traditionnelles. Ici, la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) est utilisée pour les analyses chimiques des sucres, des acides organiques et des anthocyanines. Moindres carrés partiels (PLS) regression est utilisé pour la construction de modèles d'étalonnage, où la corrélation entre les spectres observés et les teneurs en ingrédients déterminée par des analyses chimiques est examinée. Afin de construire des modèles robustes avec la meilleure capacité de prédiction, les prétraitements de obserLes spectres vés et les régions de longueurs d'onde utilisées pour la prédiction sont également examinés. Enfin, les modèles construits sont validés pour confirmer leur capacité de prédiction suffisante. La validation, le contenu prédit à partir du spectre observé par le modèle de construction (valeurs prédites) sont comparées aux teneurs déterminées par les analyses chimiques (valeurs observées). Si la corrélation suffisante ne peut pas être trouvé entre les valeurs prédites et observées, le modèle d'étalonnage doit être à nouveau réalisée jusqu'à ce que la corrélation suffisante soit obtenue. Bien qu'il soit préférable d'utiliser différents groupes d'échantillons pour la construction et la validation d'un modèle, comme indiqué sur cette figure (de validation externe), les échantillons d'un même groupe sont utilisés aussi bien pour la construction et la validation (validation croisée) lorsque le nombre d' échantillons ne sont pas assez grand.

Figure 1. Diagramme pour la construction et la validation du modèle d'étalonnage. Les procédures entourées par des lignes bleues et vertes correspondent, respectivement, à la construction d'un modèle d'étalonnage et sa validation. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
1. Prélèvement des échantillons
2. Les mesures des spectres
3. Prétraitement pour les mesures de CLHP de sucres et d' acides organiques 8
Remarque: extraire les sucres et les acides organiques de chaque bleuet, qui sont solubles dans l'eau, avec de l'eau ultra-pure de la manière suivante. L'ensemble de chaque bleuet est utilisé pour les analyses.
4. Les mesures HPLC des sucres
Remarque: Dans cette étude, la teneur en somme de saccharose, le glucose et le fructose de chaque myrtille est considérée comme la teneur totale en sucre. Par conséquent, la courbe de fonctionnement pour chacun des trois sucres est obtenu en premier, puis la teneur en somme des sucres dans chaque bleuet est obtenu. Le contenu standard sont rapportés comme 0,3 à 0,4% en poids (saccharose), 03.08 à 04.08% en poids (glucose) et 4,2 à 5,3% en poids (fructose). 9
5. Mesures de CLHP d'acides organiques
Nota: Dans cette étude, la teneur en somme de l'acide citrique, l'acide quinique, l'acide maliquel'acide et l'acide succinique sont considérés comme la teneur totale en acide organique. Par conséquent, la courbe de travail pour chacun des quatre acides organiques, on obtient d'abord, puis la teneur en acide organique dans chaque myrtille est mesurée. Le contenu standard sont rapportés comme 0,42 à 0,62% en poids (acide citrique), de 0 à 0,15% en poids (acide quinique), 0,08 à 0,23% en poids (acide malique) et de 0,06-0,25% en poids (acide succinique). 9
6. Prétraitement pour les mesures de CLHP de anthocyanes
7. Mesures de CLHP de anthocyanes
Remarque: Environ 13 aimables anthocyanes sont inclus dans les bleuets. Comme il est difficile d'obtenir des courbes de travail pour tous les anthocyanines, une courbe de travail pour seulement cyanidine-3- chlorure O -glucoside, l' un des anthocyanines les plus populaires dans les bleuets, est obtenu. La courbe de travail est appliquée pour les quantifications approximatives d'autres anthocyanes.
8. Construction de modèles d'étalonnage pour la prévision des ingrédients Sommaire
Remarque: La régression PLS, le 4,5 qui est une sorte de technique de régression multiple en utilisant les variantes latentes, est utilisé pour la construction de modèles d'étalonnage pour chaque composant à partir des spectres observés et les teneurs des ingrédients déterminés par des analyses chimiques. La régression PLS est réalisée soit avec les programmes commerciaux ou avec les programmes faits maison. Voir les références 5,10 pour les processus détaillés de la construction de modèles.
9. Validation des modèles d'étalonnage construits
Note: Voir les références 5,10 pour les processus détaillés de la validation des modèles construits.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
La figure 2 montre à titre d'exemple un ensemble de spectres d'absorption NIR de bleuets où les spectres de 70 bleuets sont présentés simultanément. Depuis les bandes définitivement assignables à des sucres, des acides organiques, ou les anthocyanes ne sont pas observées dans les spectres NIR, la loi traditionnelle de Beer-Lambert est sans objet pour quantifier le contenu des ingrédients. Par conséquent, la construction de modèles pour la prédiction du contenu des ingréd...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Quelques commentaires supplémentaires sur le protocole sont décrits ici. Tout d'abord, à l'étape 1.1, il est mentionné pour décider les cultivars inclus dans la cible. Bien qu'il soit possible de construire des modèles couvrant les bleuets de nombreux cultivars ou sans préciser les cultivars, les exactitudes de prédiction avec les modèles sont parfois bien inférieurs à ceux des modèles pour un seul cultivar et cultivars limités. Il convient également de noter que les modèles d'étalonnage doivent être con...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Nous n’avons rien à divulguer.
Ce travail a été partiellement soutenu par le projet « Un plan pour revitaliser l’agriculture et la pêche dans les zones sinistrées grâce au déploiement de technologies très avancées » du ministère de l’Agriculture, des Forêts et de la Pêche du Japon.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Spectrophotomètre FT-NIR | Bruker Optics GmbH | MPA ; | |
| Chromatographie liquide haute performance | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31 | Pour l’analyse des sucres |
| 223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 | Détecteur d’indice de réfraction | ||
| Chromatographie liquide haute performance | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31 | Pour l’analyse |
| 228-45018-31, 228-45010-31, 223-04500-31 | Détecteur ultraviolet-visible | ||
| Chromatographie liquide haute performance | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45018-31, 228-45000-31 | Pour l’analyse |
| 228-45012-31, 228-45119-31, 228-45005-31 | Détecteur | ||
| 228-45009-31 | |||
| PH-mètre | Mettler-Toledo | 30019028 | S220, Compensation automatique de la température |
| Équipement de traitement de l’eau ultra-pure | ORGANO Corporation | ORG-ULXXXM1 ; PRA-0015-0V0 | PURELAB ultra ; Congélateurs biomédicaux PURELITE |
| ; | SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 |
| Congélateur ultra-basse température | Panasonic healthcare Co., Ltd. | KM-DU73Y1-80 | ° ; C |
| Lyophilisateur sous vide | IWAKI GLASS Co., Ltd | 119770 | DRC-3L ; FRD-82M |
| Homoginizer | Microtec Co., Ltd. ; | Physcotron | |
| Ultracentrifuge | Hitachi Koki Co., Ltd | S204567 | |
| CF15RXII Mini-centrifugeuse | LMS CO., LTD. | KN3136572 | Centrifugeuse MCF-2360 |
| Kokusan Co., Ltd | 2-5534-01 | H-103N | |
| Papier filtre ; | Advantec | 1521070 | 5B, Eqivalent à Whatman 40 |
| Sep-Pak C18 | colonne Waters Corporation Milford | WAT020515 | |
| Sep-Pak CM | colonne Waters Corporation Milford | WAT020550 | |
| Sep-Pak QMA | colonne Waters Corporation Milford WAT020545 | ||
| Unité de filtre centrifuge | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0,45 &mu ; m |
| Microtube | As One Corporation | 1-1600-02 | PP, 2 ml |
| Filtre à seringue | GE Healthcare CO.,LTD. | 6788-1304 | PP, 0,45 &mu ; m |
| Sucrose | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 194-00011 | qualité réactif |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 049-31165 | de qualité réactif | |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 123-02762 | ||
| Acide citrique | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 036-05522 | Acide |
| malique de qualité réactif | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 355-17971 | de qualité réactif |
| ; | Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 190-04332 | |
| Acide quinique | Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company | 10176328 | de qualité réactif |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 162-20492 | de qualité HPLC | |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 208-02746 | ||
| Méthanol | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 131-01826 | |
| Acétonitrile | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 015-08633 | |
| Cyanidine-3-O-chlorure de glucoside | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 306-37661 | qualité HPLC |
| pour les analyses | Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
| Softoware pour prétraitement | Microsoft | Excel propulsé par Visual Basic pour Applications | |
| Logiciel pour la construction de maquettes | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Demander l’autorisation de réutiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demander une autorisation