Мы представляем здесь протокол для построения и проверки моделей для неразрушающего прогнозирования общего сахара, общей органической кислоты и общего содержания антоцианов в отдельных черниках с помощью ближней инфракрасной спектроскопии.
Методическая статья
Мы представляем здесь протокол для построения и проверки моделей для неразрушающего прогнозирования общего сахара, общей органической кислоты и общего содержания антоцианов в отдельных черниках с помощью ближней инфракрасной спектроскопии.
Неразрушающее прогнозирование содержания ингредиентов в фермерских продуктах полезно для отгрузки и продажи продуктов с гарантированным качеством. Здесь ближняя инфракрасная спектроскопия используется для прогнозирования неразрушающего общего содержания сахара, общей органической кислоты и общего содержания антоцианов в каждой чернике. Ожидается, что эта техника позволит отбирать только вкусную чернику из всех собранных. Спектры поглощения черники в ближнем инфракрасном диапазоне измеряются с помощью режима диффузного отражения в положениях, отличных от чашечки. Содержание ингредиентов в чернике, определенное с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии, используется для построения моделей для прогнозирования содержания ингредиентов по наблюдаемым спектрам. Для построения моделей используется регрессия по методу частичных наименьших квадратов. Необходимо правильно выбрать предварительные обработки для наблюдаемых спектров и области длин волн спектров, используемых для анализа. Для построенных моделей необходимы валидации, чтобы подтвердить, что содержание ингредиентов прогнозируется с практической точностью. В данной работе мы представляем протокол для построения и валидации моделей неразрушающего прогнозирования содержания ингредиентов в чернике с помощью ближней инфракрасной спектроскопии.
В ближней инфракрасной области (БИК) спектроскопии широко применяется в качестве неразрушающего метода анализа содержания фруктов и овощей различных видов. 1,2 Неразрушающий анализ с помощью БИК - спектроскопии позволяют отгрузку только вкусных фруктов и овощей с гарантированными свойствами. БИК-спектроскопии уже применяется к апельсин, яблоко, арбуз, вишня, киви, манго, папайя, персик и так далее, чтобы знать их Брикса, что соответствует общему содержанию сахара, кислотность, TSC (всего содержание твердого вещества), и так далее , Недавно мы сообщали о применении NIR спектроскопии для оценки качества черники. 3 Мы измерили не только общее содержание сахара и общее содержание органической кислоты , соответствующей кислотности, но и общее содержание антоцианов. Антоцианин является биоактивный компонент, который, как полагают, улучшить здоровье человека. Это удобно для потребителей, если они могут купить вкусные черники с гарантией их содержания сахара, ACidity и антоцианов содержание.
В спектрах поглощения БИК фруктов и овощей, наблюдаются только широкие полосы поглощения. Они, в основном, полосы из-за волокна и влаги. Хотя многие слабые полосы из-за различных ингредиентов, не уничтоженного мишени наблюдаются одновременно, наблюдаемые полосы не могут быть отнесены к конкретным колебательными модами конкретных компонентов мишени в большинстве случаев. Таким образом, традиционный метод для определения содержания конкретного компонента с использованием закона Ламберта-Бера не является эффективным для спектров БИК. Вместо калибровки моделей для прогнозирования содержания целевых компонентов из наблюдаемых спектров , построенных с использованием хемометрики путем изучения корреляции между наблюдаемыми спектрами и содержание ингредиентов , соответствующих спектров. 4,5 Здесь протокол для построения и проверки моделей для прогнозирования общего содержания сахаров, общее содержание органических кислот, соответствующих ACIDIти, а также общее содержание антоцианов черники из NIR-спектров представлена.
На рисунке 1 показана общая блок - схему для построения надежных и надежные калибровки моделей. Образцы достаточного количества собираются. Некоторые из них используются для построения моделей в то время как другие используются для проверки построенных моделей. Для каждого из собранных образцов, спектр БИК измеряется, а затем целевые компоненты анализируют количественно с традиционными методами деструктивных химического анализа. Здесь, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) используется для химического анализа сахаров, органических кислот, и антоцианы. Частичные наименьших квадратов (БВР) регрессии используется для построения калибровочных моделей, где анализ рассматривается корреляция между наблюдаемыми спектрами и содержанием ингредиентов, определенной химической. Для того чтобы построить надежные модели с лучшей способностью прогнозирования, предварительной обработки obserвед спектры и области длин волн, используемых для прогнозирования также рассматриваются. Наконец, построенные модели проверяются, чтобы подтвердить их достаточную способность прогнозирования. В проверке, содержание предсказывается из наблюдаемого спектра с помощью построенной модели (предсказанные значения) сравниваются с содержанием определенных химических анализов (наблюдаемые значения). Если достаточная корреляция не может быть найден между предсказанными и наблюдаемыми значениями, модель калибровки должна быть реконструировано до тех пор, пока не будет получено достаточное корреляции. Хотя предпочтительно использовать разные группы образцов для построения и проверки модели, как показано на этом рисунке (внешней проверки), образцы в одной и той же группы используются как для построения и валидации (проверки кросс), когда число образцы не является достаточно большим.

Figure 1. Блок - схема для построения и проверки модели калибровки. Процедуры в окружении синих и зеленых линий соответствуют, соответственно, к построению модели калибровки и ее проверки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Сбор образцов
2. Измерения спектров
3. Предварительная обработка для ВЭЖХ измерений сахаров и органических кислот 8
Примечание: Извлечение сахара и органические кислоты каждого черника, которые растворимы в воде, сверхчистой водой следующим образом. Весь каждого черника используется для анализа.
4. ВЭЖХ Измерения Sugars
Примечание: В данном исследовании содержание сумма сахарозы, глюкозы и фруктозы каждого голубики рассматривается как общее содержание сахара. Таким образом, рабочая кривая для каждого из трех сахаров получается, а затем содержание сумма сахаров в каждом голубики получается. Стандартные материалы представлены в виде 0,3-0,4% мас (сахароза), 3.8-4.8% по весу (глюкоза) и 4.2-5.3% мас (фруктоза). 9
5. ВЭЖХ измерения органических кислот
Примечание: В данном исследовании содержание сумма лимонной кислоты, хинной кислоты, яблочнойкислота, янтарная кислота и рассматриваются как общее содержание органических кислот. Таким образом, рабочая кривая для каждого из четырех органических кислот получают первый, а затем содержание органических кислот в каждом голубики измеряется. Стандартные материалы представлены в виде 0.42-0.62% мас (лимонная кислота), 0-0,15 мас% (хинной кислоты), 0.08-0.23 мас% (яблочной кислоты), и 0.06-0.25 мас% (янтарная кислота). 9
6. Предварительная обработка для ВЭЖХ измерений антоцианов
7. ВЭЖХ Измерение антоцианового
Примечание: Около 13 вид антоцианы включены в чернике. Так как трудно получить рабочие кривые для всех антоцианы, рабочая кривая только цианидин-3- хлорида O -glucoside, один из самых популярных антоцианов в чернике, получается. Рабочая кривая применяется для приближенного количественными других антоцианов.
8. Построение градуировочных моделей для прогнозирования Ингредиент Содержание
Примечание: PLS регрессии, 4,5 , который является своего рода метод множественного регрессионного с использованием латентных вариантов, используется для построения калибровочных моделей для каждого ингредиента из наблюдаемых спектров и содержания ингредиентов , определенных химических анализов. PLS регрессии осуществляется либо с коммерческими программами или с самодельными программами. Смотри рекомендации 5,10 для детальных процессов построения моделей.
9. Проверка Построенная калибровки моделей
Примечание: ссылки см 5,10 для детальных процессов проверки построенных моделей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 2 показано в качестве примера набор спектров поглощения БИК голубика , где спектры 70 черники показаны одновременно. Так как полосы определенно назначаемые до сахаров, органических кислот, или антоцианов не наблюдаются в спектрах NIR, закон традиционного Ламберта-Бера не применяется для количественного определения содержания ингредиентов. Таким образом, построение моделей для прогнозирования ингредиента содержание необходимо.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Некоторые дополнительные замечания по протоколу описаны здесь. Во-первых, на этапе 1.1, упоминается, чтобы решить культурные сорта, включенные в цель. Несмотря на то, что можно построить модели, охватывающие чернику из многих культурных сортов или без указания культурных сортов, то точность предсказания с моделями иногда значительно ниже, чем те, с моделями для одного сорта и для ограниченных культурных сортов. Следует также отметить , что модели калибровки должны быть сконструированы для чернику из каждой производствен...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Нам нечего раскрывать.
Эта работа была частично поддержана проектом "Схема возрождения сельского хозяйства и рыболовства в зоне бедствия через развертывание высокоразвитых технологий" Министерства сельского хозяйства, лесного хозяйства и рыболовства, Япония.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| FT-NIR спектрофотометр | Bruker Optics GmbH | MPA | |
| Высокоэффективная жидкостная хроматография | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45000-31, 228-45018-31 | Для анализа |
| 223-04500-31, 228-45010-31, 228-45095-31 | Детектор показателя преломления | ||
| Высокопроизводительная жидкостная хроматография | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45003-31, 228-45000-31 | Для анализа |
| 228-45018-31, 228-45010-31, 223-04500-31 | Ультрафиолетово-видимый детектор | ||
| Высокопроизводительная жидкостная хроматография | Shimadzu Corporation | 228-45041-91, 228-45018-31, 228-45000-31 | Для анализа |
| 228-45012-31, 228-45119-31, 228-45005-31 | Фотодиодный матричный детектор | ||
| 228-45009-31 | |||
| pH-метр | Mettler-Toledo | 30019028 | S220, Автоматическая температурная компенсация |
| Оборудование для очистки сверхчистой воды | ORGANO Corporation | ORG-ULXXXM1; ПРА-0015-0V0 | PURELAB ультра; |
| Биомедицинские морозильные камеры PURELITE | SANYO | 2-6780-01 | MDF-U338 |
| Сверхнизкотемпературный морозильник | Panasonic healthcare Co., Ltd. | КМ-ДУ73У1-80 | и град; |
| C Вакуумный лиофилизатор | IWAKI GLASS Co., Ltd | 119770 | DRC-3L; Гомогинизатор FRD-82M |
| Microtec Co., Ltd. | Физкотронная | ||
| ультрацентрифуга | Hitachi Koki Co., Ltd | S204567 | CF15RXII |
| мини-центрифуга | LMS Co., Ltd. | KN3136572 | MCF-2360 |
| Центрифуга | Kokusan Co., Ltd | 2-5534-01 | H-103N |
| Фильтровальная бумага | Advantec | 1521070 | 5B, Eqvalent to Whatman 40 |
| Sep-Pak C18 колонка | Waters Corporation Milford | WAT020515 | |
| Sep-Pak CM колонна | Waters Corporation Milford | WAT020550 | |
| Sep-Pak QMA колонна | Waters Corporation | Milford WAT020545 | |
| Центробежная фильтрующая установка | Merck Millipore Corporation | R2SA18503 | PVDF, 0,45 μ m |
| Микропробирка | As One Corporation | 1-1600-02 | PP, 2 мл |
| Шприцевой фильтр | GE Healthcare CO., LTD. | 6788-1304 | СТР, 0,45 ММ; m |
| Сахароза | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 194-00011 | Реагентная |
| глюкоза | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 049-31165 | Реагентная |
| фруктоза | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 123-02762 | Реагентная |
| лимонная кислота | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 036-05522 | Реагентная |
| яблочная кислота | Wako Pure Chemical Industries, Ltd | 355-17971 | Реагентная |
| янтарная кислота | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 190-04332 | Реагентная |
| хинная кислота | Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company | 10176328 | Реагентная |
| фосфорная кислота | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 162-20492 | |
| Трифторуксусная кислота | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 208-02746 | Метанол реагентного качества |
| Wako Pure Pure Chemical Industries,Ltd | 131-01826 | Реагентный | |
| ацетонитрил | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 015-08633 | |
| Цианидин-3-O-глюкозид хлорид | Wako Pure Chemical Industries,Ltd | 306-37661 | |
| Программное обеспечение для анализа | ВЭЖХ Bruker Optics GmbH | OPUS ver. 6.5 | |
| Softoware для препроцессирование | Microsoft | Excel на базе Visual Basic for Applications | |
| Программное обеспечение для построения моделей | Freemat 4.0 | http://freemat.sourceforge.net/ |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение