ここでは、近赤外分光法による個々のブルーベリーの総糖分、全有機酸、および総アントシアニン含有量の非破壊予測のためのモデルを構築し検証するためのプロトコルを提示します。
方法論記事
ここでは、近赤外分光法による個々のブルーベリーの総糖分、全有機酸、および総アントシアニン含有量の非破壊予測のためのモデルを構築し検証するためのプロトコルを提示します。
農産物の成分含有量の非破壊予測は、保証された品質で製品を出荷し販売するのに役立ちます。ここでは、近赤外分光法を使用して、各ブルーベリーの総糖、全有機酸、および総アントシアニン含有量を非破壊的に予測します。この技術により、収穫されたすべてのブルーベリーから美味しいブルーベリーだけを選べることが期待されます。ブルーベリーの近赤外吸収スペクトルは、萼(がく)上にない位置で拡散反射モードを用いて測定されます。高速液体クロマトグラフィーによって決定されたブルーベリーの成分含有量は、観測されたスペクトルから成分含有量を予測するモデルを構築するために使用されます。偏最小二乗回帰は、モデルの構築に使用されます。観測されたスペクトルの前処理と、解析に用いるスペクトルの波長領域を適切に選択する必要があります。構築されたモデルが、成分含有量が実用的な精度で予測されていることを確認するためには、検証が必要です。ここでは、近赤外分光法によるブルーベリーの成分含有量の非破壊予測モデルを構築し、検証するためのプロトコルを紹介します。
近赤外(NIR)分光法は、広く様々な種類の果物や野菜の内容を分析する非破壊技術として適用される。1,2非破壊は、近赤外分光法により分析保証品質を有する唯一のおいしい果物や野菜の出荷を可能にします。近赤外分光法は、まだ上のTSC(総固形分)、総糖含有量に対応し、その糖度、酸度を知っているように、オレンジ、リンゴ、メロン、チェリー、キウイフルーツ、マンゴー、パパイヤ、桃とに適用される、とされてきました。最近、我々は、ブルーベリーの品質評価への近赤外分光法の適用を報告している。3当社は、全糖含量と酸味に対応する全有機酸含量だけでなく、総アントシアニン含有量だけでなく、を測定しました。アントシアニンは、ヒトの健康を改善すると考えられている生物活性成分です。彼らは糖度、交流の保証でおいしいブルーベリーを購入することができた場合には、消費者にとって便利ですidity、およびアントシアニン含量。
果物や野菜のNIR吸収スペクトルでは、唯一の広い吸収帯が観察されます。彼らは主に繊維や水分に起因するバンドです。非破壊対象の様々な成分には多くの弱いバンドが同時に観察されるが、観察されたバンドは、ほとんどの場合、ターゲットの特定のコンポーネントの特定の振動モードに割り当てることはできません。したがって、ランベルト - ベールの法則を使用して特定の成分の含有量を決定するための従来の技術は、NIRスペクトルのために有効ではありません。代わりに、観測されたスペクトルからの標的成分の含有量を予測するためのキャリブレーションモデルは、観測されたスペクトルとのスペクトルに対応する成分の内容との相関関係を調べることにより、ケモメトリックスを使用して構築される。4,5なお、モデルを構築し、検証するプロトコル全糖含量、acidiに対応する全有機酸含量を予測するためTY、およびNIRスペクトルからブルーベリーの総アントシアニン含量が提示されます。
図1は、信頼性の高い強固な較正モデルを構築するための一般的なフローチャートを示します。十分な数のサンプルが収集されます。他の構築モデルの検証に使用されている間、それらのいくつかは、モデルの構築に使用されます。収集したサンプルのそれぞれについて、NIRスペクトルを測定し、その後、標的成分は、従来の破壊的な化学分析法を用いて定量的に分析されます。ここで、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)は、糖、有機酸、およびアントシアニンの化学分析のために使用されます。部分最小二乗は、(PLS)回帰は、化学分析によって決定し、観察されたスペクトルと成分含有量との相関を調べる較正モデルの構築に使用されます。最良の予測能力、obserの前処理と堅牢なモデルを構築するためにVEDスペクトルを予測するために使用される波長領域も検討されています。最後に、構築したモデルは、それらの十分な予測能力を確認するために検証されます。検証では、コンテンツは、構築したモデル(予測値)を観測スペクトルから予測化学分析(観測値)によって決定した内容と比較されます。十分な相関が予測と観測値との間で見つけることができない場合は、十分な相関が得られるまで、キャリブレーションモデルを再構築する必要があります。同図(外部検証)に示すように、モデルの構築および検証のための試料の異なるグループを使用することが好ましいが、同じグループ内のサンプルは、建設および検証(クロスバリデーション)の両方に使用される場合の数サンプルは十分な大きさではありません。

Fキャリブレーションモデルの構築と検証のためigure 1.フロー・チャート。青と緑の線で囲ま手順は、キャリブレーションモデルとその検証の建設に、それぞれ対応している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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サンプルの1コレクション
スペクトルの2.測定
糖および有機酸8のHPLC測定のための3の前処理
注:次のように超純水を用いて、水溶性である糖および各ブルーベリーの有機酸を抽出します。各ブルーベリーの全体を分析するために使用されます。
糖の4 HPLC測定
注:この研究では、各ブルーベリーのスクロース、グルコースおよびフルクトースの合計含有量は、総糖含量とみなされます。したがって三糖類の各々についての検量線は、最初に取得され、その後それぞれのブルーベリー中の糖の合計含有量が得られます。標準的な内容は、0.3から0.4重量%(ショ糖)、3.8から4.8重量%(グルコース)、および4.2から5.3重量%(フルクトース)として報告されている。9
有機酸の5 HPLC測定
注:この研究では、クエン酸、キナ酸の合計含有量、リンゴ酸、およびコハク酸は、有機酸総含有量とみなされます。したがって、4個の有機酸のそれぞれのための検量線は、最初に取得され、その後それぞれのブルーベリー中の有機酸の含有量を測定します。標準的な内容は、0.42から0.62重量%(クエン酸)、0から0.15重量%(キナ酸)、0.08から0.23重量%(リンゴ酸)、および0.06から0.25重量%(コハク酸)として報告されている。9
アントシアニンのHPLC測定のための6の前処理
アントシアニンの7. HPLC測定
注:約13種類のアントシアニンがブルーベリーに含まれています。それはすべてのアントシアニンの作業曲線を取得することは困難であるため、唯一のシアニジン-3-グルコシドOの塩化物、ブルーベリーの中で最も人気のあるアントシアニンのための検量線が得られます。検量線は、他のアントシアニンのおおよその定量に適用されます。
成分量の予測のためのキャリブレーションモデルの8建設
注:PLS回帰、潜在バリアントを使用して複数の回帰技術の一種である4,5を 、観測されたスペクトルおよび化学分析によって決定される成分の内容から各成分のためのキャリブレーションモデルの構築に使用されています。 PLS回帰は、市販のプログラムで、または自家製のプログラムのいずれかで行われます。モデルの構築の詳細な処理のための参考文献5,10を参照してください。
構築キャリブレーションモデルの9.検証
注:構築されたモデルの検証の詳細な処理のための参考文献5,10を参照してください。
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例として、70ブルーベリーのスペクトルが同時に示されているブルーベリーの近赤外吸収スペクトルのセットを図2に示す図 。糖、有機酸、またはアントシアニンに確実に割り当て可能な帯域がNIRスペクトルで観察されていないので、従来のランベルト・ベールの法則は、成分量を定量化するためには適用されません。したがって、成分内容を予測するためのモデルの構築が必要です。
図3は、ブルーベリー中の糖の定量分析のための典型的なクロマトグラムを示します。上から3つのパネルは、それぞれ、スクロース、グルコース、およびフルクトースの標準溶液のクロマトグラムです。下のパネルは、ブルーベリーの抽出物、すなわち試料溶液のクロマトグラムを示します。試料溶液中の糖の種類と濃度は保持時間から知られています観察されたピークの面積強度をND。総糖含量は、スクロース、グルコース...
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プロトコル上のいくつかの追加のコメントがここで説明されています。まず、ステップ1.1においては、ターゲットに含まれる品種を決定するために記載されています。それは多くの品種から、または品種を指定せずにブルーベリーをカバーするモデルを構築することが可能であるが、モデルとの予測精度は、時々、単一品種のため、限られた品種のモデルのものよりもはるかに低いです。また、キャリブレーションモデルは、異なる生産現場で回収ブルーベリーが予測性能に影響を与える異なる特性を有するため、高い予測性能を得るために各生産拠点からブルーベリーのために構成されるべきであることに留意すべきである。1
次に、ステップ2.3においては、スペクトルの測定のための拡散反射モードを選択することが記載されています。送信モードは、分光光度計での測定のために準備されます。透過モードで測定したスペクトルであるが較正モデルの構築に使用可能なLSO、より正確で、より堅牢なモデルは、ほとんどの場合、拡散反射モードで測定したスペクトルを用いて構成することができます。全有機酸含量は、透過モードで測定したスペクトルを用いて予...
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開示するものは何もありません。
この作業は、日本の農林水産省のプロジェクト「高度な先端技術の展開による被災地の農業と漁業の活性化スキーム」によって部分的に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| FT-NIR分光光度計 | Bruker Optics GmbH | MPA | |
| 高速液体クロマトグラフィー | 島津製作 | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31 | 糖分析 |
| 223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 | 屈折率検出器 | ||
| 高速液体クロマトグラフィー | 島津製作 | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31 | 有機酸分析用 |
| 228-45018-31、228-45010-31、223-04500-31 | 紫外可視検出器 | ||
| 高速液体クロマトグラフィー | 島津製作 | 228-45041-91、228-45018-31、228-45000-31 | アントシアニン分析 |
| 228-45012-31、228-45119-31、228-45005-31 | フォトダイオードアレイ検出器 | ||
| 228-45009-31 | |||
| pHメーター | メトラー・トレド | 30019028 | S220、自動温度補正 |
| 超純水処理装置 | オルガノ株式会社 | ORG-ULXXXM1;PRA-0015-0V0 | ュアラボウルトラ;ピュアライト |
| バイオメディカルフリーザー | SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 |
| 超低温冷凍庫 | パナソニック ヘルスケア株式会社 | KM-DU73Y1-80 | °C |
| 真空凍結乾燥機 | 岩木硝子有限公司 | 119770 | DRC-3L;FRD-82M |
| ホモジナイザー | マイクロテック株式会社 | Physcotron | |
| 超遠心分離機 | 日立工機株式会社 | S204567 | CF15RXII |
| ミニ遠心分離 | LMS株式会社 | KN3136572 | MCF-2360 |
| 遠心分離 | 国産工業株式会社 | 2-5534-01 | H-103N |
| 濾紙 | Advantec | 1521070 | 5B, Equatent to Whatman 40 |
| Sep-Pak C18 カラム | Waters Corporation Milford | WAT020515 | |
| Sep-Pak CM カラム | Waters Corporation Milford | WAT020550 | |
| Sep-Pak QMA カラム | Waters Corporation Milford | WAT020545 | |
| Centrifugal Filter Unit | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0.45μm |
| マイクロチューブ | アズ・ワン 株式会社 | 1-1600-02 | PP 2ml |
| シリンジフィルター | GEヘルスケア株式会社 | 6788-1304 | PP、0.45 Μm |
| ショ糖 | 和光純薬工業株式会社 | 194-00011 | 試薬級 |
| グルコース | 光純薬工業株式会社 | 049-31165 | 試薬級 |
| 果糖 | 和光純薬工業株式会社 | 123-02762 | 試薬級 |
| クエン酸 | 和光純薬工業株式会社 | 036-05522 | 試薬級 |
| リンゴ酸 | 和光純薬工業(株 | 355-17971 | 試薬グレードの |
| コハク酸 | 和光純薬工業株式会社 | 190-04332 | 試薬グレード |
| キナ酸 | アルファ Aesar, A Johnson Matthey Company | 10176328 試薬グレード | |
| リン酸 和光純薬工業株式会社 | 162-20492 | HPLC級 | |
| トリフルオロ酢酸 | 和光純薬工業株式会社 | 208-02746 | 試薬グレード |
| メタノール | 和光純化学工業株式会社 | 131-01826 | 試薬グレード |
| アセトニトリル | 和光純薬工業株式会社 | 015-08633 | HPLCグレード |
| シアニジン-3-O-グルコシド塩化 | 和光純薬工業株式会社 | 306-37661 | HPLCグレード |
| 分析用ソフトウェア | Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
| ソフトウェア前処理 | Microsoft | Excel powered by Visual Basic for Applications | |
| モデル | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
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