Apresentamos aqui um protocolo para construir e validar modelos para previsão não destrutiva de açúcar total, ácido orgânico total e teor total de antocianinas em mirtilos individuais por espectroscopia de infravermelho próximo.
Artigo de método
Apresentamos aqui um protocolo para construir e validar modelos para previsão não destrutiva de açúcar total, ácido orgânico total e teor total de antocianinas em mirtilos individuais por espectroscopia de infravermelho próximo.
A previsão não destrutiva do conteúdo de ingredientes de produtos agrícolas é útil para enviar e vender os produtos com qualidades garantidas. Aqui, a espectroscopia de infravermelho próximo é usada para prever de forma não destrutiva o teor de açúcar total, ácido orgânico total e antocianina total em cada mirtilo. Espera-se que a técnica permita a seleção de apenas mirtilos deliciosos de todos os colhidos. Os espectros de absorção do infravermelho próximo dos mirtilos são medidos com o modo de refletância difusa nas posições que não estão no cálice. O conteúdo do ingrediente de um mirtilo determinado por cromatografia líquida de alta eficiência é usado para construir modelos para prever o conteúdo do ingrediente a partir dos espectros observados. A regressão de mínimos quadrados parciais é usada para a construção dos modelos. É necessário selecionar adequadamente os pré-tratamentos para os espectros observados e as regiões de comprimento de onda dos espectros usados para análises. As validações são necessárias para que os modelos construídos confirmem que o conteúdo do ingrediente é previsto com precisão prática. Aqui apresentamos um protocolo para construir e validar os modelos para previsão não destrutiva do conteúdo de ingredientes em mirtilos por espectroscopia de infravermelho próximo.
Infravermelho próximo (NIR) é amplamente aplicada como uma técnica não destrutiva para analisar o conteúdo de frutas e vegetais de vários tipos. Analisa 1,2 Nondestructive por espectroscopia NIR habilitar o envio de apenas deliciosas frutas e vegetais com qualidades garantidas. espectroscopia NIR já foi aplicada ao laranja, maçã, melancia, cereja, fruta de kiwi, manga, papaia, pêssego e assim por diante para saber o seu Brix que corresponde ao teor total de açúcar, acidez, TSC (teor de sólidos totais), e assim por diante . Recentemente, relatou a aplicação da espectroscopia NIR para a avaliação de mirtilos qualidade. 3 Medimos não só o teor de açúcares totais e o teor de ácido orgânico total correspondente à acidez, mas também o conteúdo de antocianina total. A antocianina é um componente bioactivo que se crê melhorar a saúde humana. É conveniente para os consumidores se eles podem comprar deliciosos blueberries com uma garantia de seu teor de açúcar, acidity e teor de antocianinas.
Em NIR espectro de absorção de frutas e legumes, apenas largas bandas de absorção são observados. Eles são principalmente as bandas devido à fibra e à humidade. Embora muitas bandas fracas devido a vários ingredientes de o alvo não-destruído são observados simultaneamente, as bandas observadas não podem ser atribuídos a modos de vibração específicos de componentes específicos do alvo, na maioria dos casos. Portanto, a técnica tradicional para determinar o teor de um componente específico utilizando a lei de Lambert-Beer não é eficaz para espectros NIR. Em vez disso, modelos de calibração para prever o conteúdo dos componentes alvo a partir dos espectros observados são construídos utilizando quimiometria por examinar a correlação entre o espectro observado e o conteúdo de ingrediente correspondentes aos espectros de 4,5. Aqui, um protocolo para a construção e validar os modelos para a previsão de teor de açúcares totais, teor de ácido orgânico total correspondente ao ACIDIty, e teores de antocianinas totais de mirtilos de espectros NIR é apresentado.
A Figura 1 mostra o fluxograma geral para a construção de modelos de calibração confiáveis e robustas. Amostras de número suficiente são coletados. Alguns deles são utilizados para a construção de modelos enquanto os outros são utilizados para a validação dos modelos construídos. Para cada uma das amostras recolhidas, um espectro de NIR é medida, e em seguida, os componentes alvo são analisados quantitativamente com os métodos de análise química destrutivas tradicionais. Aqui, cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) é utilizada para as análises químicas de açúcares, ácidos orgânicos, e antocianinas. mínimos quadrados parciais (PLS) A regressão é usada para a construção de modelos de calibração em que a correlação entre o espectro observado e o conteúdo de ingrediente determinado por análise química é examinada. A fim de construir modelos robustos com a melhor capacidade de previsão, os pré-tratamentos de observed espectros e os comprimentos de onda utilizados para a predição são também examinados. Por fim, os modelos construídos são validados para confirmar a sua capacidade de previsão suficiente. Na validação, o conteúdo previsto a partir do espectro observado pelo modelo construído (valores previstos) são comparados com o conteúdo determinado pelas análises químicos (valores observados). Se a correlação suficiente não pode ser encontrada entre os valores previstos e observados, o modelo de calibração deve ser re-construída até que seja obtida a correlação suficiente. Embora seja preferível utilizar diferentes grupos de amostras para a construção e a validação de um modelo, como mostrado nesta figura (validação externa), amostras em um mesmo grupo são usados tanto para a construção e a validação (validação cruzada) quando o número de amostras não é grande o suficiente.

Figura 1. Fluxograma para a construção e validação do modelo de calibração. Os procedimentos cercado por linhas azuis e verdes correspondem, respectivamente, para a construção de um modelo de calibração e sua validação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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1. Coleta de Amostras
2. As medições de espectros
3. Pré-tratamento para medições de HPLC de açúcares e ácidos orgânicos 8
Nota: Extracto açúcares e ácidos orgânicos de cada mirtilo, que são solúveis em água, com água ultrapura como se segue. A totalidade de cada blueberry é utilizado para análises.
4. Medições de açúcares por HPLC
Nota: Neste estudo, o teor total de sacarose, glicose e frutose de cada mirtilo é considerado como o teor total de açúcar. Portanto, a curva de trabalho para cada um dos três açúcares é obtido em primeiro lugar, e, em seguida, o conteúdo é obtido soma dos açúcares em cada mirtilo. O conteúdo padrão são relatadas como 0,3-0,4% em peso de (sacarose), 3,8-4,8% em peso (glicose), e 4,2-5,3% em peso (frutose) 9.
5. As medições de HPLC dos ácidos orgânicos
Nota: Neste estudo, o teor total de ácido cítrico, ácido quínico, ácido málicoácido, e ácido succínico são considerados como o conteúdo de ácido orgânico total. Portanto, a curva de trabalho para cada um dos quatro ácidos orgânicos é obtido em primeiro lugar, e, em seguida, o conteúdo de ácido orgânico em cada mirtilo é medido. O conteúdo padrão são relatadas como 0,42-0,62% em peso (ácido cítrico), 0-0,15% em peso (ácido quínico), 0,08-0,23% em peso (ácido málico), e 0,06-0,25% em peso (ácido succínico) 9.
6. Pré-tratamento para medições de HPLC de antocianinas
7. As medições por HPLC de antocianinas
Nota: Cerca de 13 antocianinas tipo estão incluídas na mirtilos. Uma vez que é difícil obter curvas de trabalho para todas as antocianinas, a curva de trabalho para o cloreto O -glucoside única cianidina-3-, uma das antocianinas mais populares em blueberries, é obtido. A curva de trabalho é aplicado por quantificações aproximadas de outros antocianinas.
8. Construção de modelos de calibração para predição dos conteúdos Ingrediente
Nota: regressão PLS 4,5, que é um tipo de técnica de regressão múltipla usando variantes latentes, é usado para a construção de modelos de calibração para cada um dos ingredientes a partir dos espectros observados e o conteúdo de ingrediente determinada por análises químicas. PLS de regressão é realizada tanto com os programas comerciais ou com os programas caseiros. Ver referências 5,10 para os processos detalhados da construção de modelos.
9. validação dos modelos de calibração construída
Nota: Ver referências 5,10 para os processos detalhados da validação de modelos construídos.
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A Figura 2 mostra como um exemplo de um conjunto de NIR espectro de absorção de mirtilos, onde os espectros de 70 blueberries são mostrados simultaneamente. Uma vez que as bandas definitivamente atribuíveis aos açúcares, ácidos orgânicos, ou antocianinas não são observados no espectro de NIR, a lei de Lambert-Beer tradicional não é aplicável para quantificar os teores de ingredientes. Portanto, a construção de modelos para a predição de conteúdo de ingrediente é necessár...
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Alguns comentários adicionais sobre o protocolo são descritos aqui. Em primeiro lugar, no passo 1.1, menciona-se para decidir as cultivares incluídos no alvo. Embora seja possível construir modelos que cobrem blueberries de muitos cultivares ou sem especificar cultivares, as precisões de previsão com os modelos são, por vezes, muito mais baixa do que aqueles com os modelos para um único cultivar e para as cultivares limitados. Deve também notar-se que os modelos de calibração deve ser construído para mirtilos de cada lo...
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Não temos nada a divulgar.
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo projeto "Um Esquema para Revitalizar a Agricultura e a Pesca em Área de Desastre por meio da Implantação de Tecnologia Altamente Avançada" do Ministério da Agricultura, Silvicultura e Pesca, Japão.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Espectrofotômetro FT-NIR | Bruker Optics GmbH | MPA | |
| Cromatografia Líquida de Alta Performance | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31 | Para análise |
| de açúcar 223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 Detector de | Índice de Refração | ||
| Cromatografia Líquida de Alta Performance | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31 | Para análise |
| 228-45018-31, 228-45010-31, 223-04500-31 | do detector ultravioleta-visível | ||
| Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45018-31, 228-45000-31 | para a análise | |
| 228-45012-31, 228-45119-31, 228-45005-31 | |||
| Mettler-Toledo | 30019028 | S220, Compensação automática | |
| de temperatura Equipamento de tratamento de água ultrapura | ORGANO Corporation | ORG-ULXXXM1; PRA-0015-0V0 | PURELAB ultra; Freezers Biomédicos PURELITE |
| SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 | |
| Freezer de temperatura ultrabaixa | Panasonic Healthcare Co., Ltd. | KM-DU73Y1-80 | ° C |
| Liofilizador a vácuo | IWAKI GLASS Co., Ltd | 119770 | DRC-3L; FRD-82M |
| Homoginizador | Microtec Co., Ltd. | Ultracentrífuga Physcotron | |
| Hitachi Koki Co., Ltd | S204567 | CF15RXII | |
| Mini-centrífuga | LMS CO., LTD. | KN3136572 | MCF-2360 |
| Centrífuga | Kokusan Co.,Ltd | 2-5534-01 | H-103N |
| Papel de Filtro | Advantec | 1521070 | 5B, Eqivalent to Whatman 40 |
| Sep-Pak C18 coluna | Waters Corporation Milford | WAT020515 | |
| Sep-Pak CM coluna | Waters Corporation Milford | WAT020550 | |
| Sep-Pak QMA coluna | Waters Corporation Milford | WAT020545 | |
| Unidade de Filtro Centrífugo | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0,45 μ m |
| Microtube | As One Corporation | 1-1600-02 | PP, |
| filtro de seringa | GE Healthcare CO., LTD. | 6788-1304 | PP, 0,45 μ m |
| Sucrose | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 194-00011 | grau reagente |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 049-31165 | Frutose de grau reagente | |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 123-02762 | Ácido | |
| cítrico | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 036-05522 | Ácido |
| málico de grau reagente | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 355-17971 | de grau reagente |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 190-04332 | grau reagente | |
| Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company | 10176328 | de grau reagente | |
| Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 162-20492 | ||
| Ácido trifluoroacético | Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 208-02746 | de grau reagente |
| Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 131-01826 | ||
| Acetonitrila | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 015-08633 | de HPLC |
| cianidina-3- O< / em>-cloreto de glicosídeo | Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 306-37661 | de grau HPLC |
| para análises | Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
| Softoware para pré-processamento | Microsoft | Excel powered by Visual Basic for Applications | |
| Software para construção de modelos | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
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