This experiment was carried out to find suitable sample type for the more accurate prediction and non-destructive way in the application of near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) technique for estimation the protein, total amino acids, and total isoflavone of soybean by comparing three different sample types, single seed, whole seeds, and milled seeds powder. The coefficient of determination in calibration ($R^2$) and coefficient of determination in cross-validation (1-VR) for three components analyzed using NIRS revealed that milled powder sample type yielded the highest, followed by single seed, and the whole seeds as the lowest. The coefficient of determination in calibration for single seed was moderately low($R^2$ 0.70-0.84), while the calibration equation developed with NIRS data scanned with whole seeds showed the lowest accuracy and reliability compared with other sample groups. The scatter plot for NIRS data versus the reference data of whole seeds showed the widest data cloud, in contrary with the milled powder type which showed flatter data cloud. By comparison of NIRS results for total isoflavone, total amino acids, and protein of soybean seeds with three sample types, the powder sample could be estimated for the most accurate prediction. However, based from the results, the use of single bean samples, without grinding the seeds and in consideration with NIRS application for more nondestructive and faster prediction, is proven to be a promising strategy for soybean component estimation using NIRS.
신속하고 정확한 근적외선 분광분석법으로 품질분석의 효율성을 증대하기 위하여 화학성분의 변이분포가 검량식 작성과정에 미치는 영향과 측정 정확성에 미치는 관계를 구명하여, 근적외선 분광광도계의 이용 효율성 제고를 위한 기초자료를 얻고자 실시한 실험의 결과는 다음과 같다. 1. 보리 전분에 대한추정치 표준오차는 변이폭이 증대될수록 증가하는 경향을 보였으며, 상관계수도 변이폭이 증대될수록 0.872에서 0.883으로 다소 높아지는 경향을 나타내었다. 2. $eta$-glucan과 단백질은 변이폭이 증대될수록 추정치 표준오차는 낮아지고 상관계수는 높아지는 결과를 보여, 근적외선 분광분석법의 이용성 향상을 위하여서는 이들 성분의 함량변이 확대가 필요할 것으로 생각되었다. 3. 회분은 첫번째와 두번째 group에서는 유의성이 인정되지 않았으나, 세번째 group에서는 상관계수가 0.743으로 유의성이 인정되어 회분함량의 경우에는 어느 정도의 변이폭이 있어야만 근적외선 분광분석법이 가능할 것으로 생각되었다. 4. 겉보리 성분 중 전분과 회분은 재검토가 이루어져야 할 것으로 생각되었으며, $\beta$-glucan과 단백질은 근적외선 분광분석법의 적용이 가능하여 분석의 효율성이 증대될 것으로 생각되었다.
This study was carried out to predict blending ratio of cut tobacco(CT), expanded stem(ES), and expanded cut tobacco(ECT) in cigarettes. CT, ES, and ECT samples from A brand were, ground and blended with reference to A blending ratio, and scanned by near infrared spectroscopy(NIRSystem Co., Model 6500). Calibration equations were developed and then determined blending ratio by NIRS. The standard error of calibration(SEC) and performance(SEP) of C factory samples between NIRS and known blending ratio were 0.97%, 1.93% for CT, 0.50%, 1.12 % for ES and 0.68%, 1.10% for ECT, respectively. The SEP of CT, ES and ECT of Band D factory samples determined by C factory calibration equation were more inaccurate than those of C factory samples determined by C factory calibration equations. These results were caused by the difference of CT, ES and ECT spectra followed by each factory. The SEP of CT, ES and ECT of Band D factories determined by calibration equations derived from each factory samples were more accurate than those of determined by calibration equation derived from C factory samples. Each factory SEP of CT, ES and ECT determined by calibration equation derived from all calibration samples(B+C+D factory) was similar to that determined by calibration equation derived from each factory samples. To improve the analytical inaccuracy caused by spectra difference, we need to apply a specific calibration equation for each factory sample. Data in development of specific calibrations between sample and NIRS spectra might supply a method for rapid determination of blending ratio of CT, ES, and ECT.
Kim, Kwan-Su;Park, Si-Hyung;Choung, Myoung-Gun;Jang, Young-Seok
Journal of Crop Science and Biotechnology
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제10권1호
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pp.13-18
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2007
Near-infrared spectroscopy(NIRS) was used as a rapid and nondestructive method to determine the fatty acid composition in intact seed samples of rapeseed(Brassica napus L.). A total of 349 samples(about 2 g of intact seeds) were scanned in the reflectance mode of a scanning monochromator, and the reference values for fatty acid composition were measured by gas-liquid chromatography. Calibration equations for individual fatty acids were developed using the regression method of modified partial least-squares with internal cross validation(n=249). The equations had low SECV(standard errors of cross-validation), and high $R^2$(coefficient of determination in calibration) values(>0.8) except for palmitic and eicosenoic acid. Prediction of an external validation set(n=100) showed significant correlation between reference values and NIRS estimated values based on the SEP(standard error of prediction), $r^2$(coefficient of determination in prediction), and the ratio of standard deviation(SD) of reference data to SEP. The models developed in this study had relatively higher values(> 3.0 and 0.9, respectively) of SD/SEP(C) and $r^2$ for oleic, linoleic, and erucic acid, characterizing those equations as having good quantitative information. The results indicated that NIRS could be used to rapidly determine the fatty acid composition in rapeseed seeds in the breeding programs for high quality rapeseed oil.
The objective of this study was to rapidly evaluate fatty acids in a collection of millet (Panicum miliaceum subsp. miliaceum) of different origins so that this information could be disseminated to breeders to advance germplasm use and breeding. To develop the calibration equations for rapid and nondestructive evaluation of fatty acid content, near-infrared reflectance spectroscopy (NIRs) spectra (1104-2494 nm) of samples ground into flour ($n$=100) were obtained using a dispersive spectrometer. A modified partial least-squares model was developed to predict each component. For foxtail millet germplasm, our models returned coefficients of determination ($R^2$) of 0.89, 0.89, 0.89, and 0.92 for palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, and total fatty acids, respectively. The prediction of the external validation set (n=10) showed significant correlation between references values and NIRs values ($r^2$=0.64, 0.90, 0.79, and 0.89 for palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, and total fatty acids, respectively). Standard deviation/standard errors of cross-validation (SD/SECV) values were close to 3 (2.62, 2.40, 1.85, and 2.23 for palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, and total fatty acids, respectively). These results indicate that these NIRs equations are functional for the mass screening and rapid quantification of the oleic and total fatty acids characterizing millet germplasm. Among the samples, IT153514 showed an especially high content of fatty acids ($48.14mg\;g^{-1}$), whereas IT123909 had a very low content ($34.44mg\;g^{-1}$).
Lee, Young Yi;Kim, Jung Bong;Lee, Sok Young;Lee, Ho Sun;Gwag, Jae Gyun;Kim, Chung Kon;Lee, Yong Beom
한국육종학회지
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제42권5호
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pp.448-454
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2010
The objective of this study was to rapidly evaluate fatty acids in a collection of foxtail millet (Setaria italica (L.) P. Beauv) of different origins so that this information could be disseminated to breeders to advance germplasm use and breeding. To develop the calibration equations for rapid and nondestructive evaluation of fatty acid content, near-infrared reflectance spectroscopy (NIRs) spectra (1104-2494 nm) of samples ground into flour (n=100) were obtained using a dispersive spectrometer. A modified partial least-squares model was developed to predict each component. For foxtail millet germplasm, our models returned coefficients of determination ($R^2$) of 0.91, 0.89, 0.98 and 0.98 for strearic acid, oleic acid, linoleic acid, and total fatty acids, respectively. The prediction of the external validation set (n=10) showed significant correlation between references values and NIRs values ($r^2=0.97$, 0.91, 0.99 for oleic, linoleic, and total fatty acids, respectively). Standard deviation/standard error of cross-validation (SD/SECV) values were greater than 3 (3.11, 5.45, and 7.50 for oleic, linoleic, and total fatty acids, respectively). These results indicate that these NIRs equations are functional for the mass screening and rapid quantification of the oleic, linolenic, and total fatty acids characterizing foxtail millet germplasm. Among the samples, IT153491 showed an especially high content of fatty acids ($84.06mg\;g^{-1}$), whereas IT188096 had a very low content ($29.92mg\;g^{-1}$).
The quality of meat is highly variable in many properties. This variability originates from both animal production and meat processing. At the pre-slaughter stage, animal factors such as breed, sex, age contribute to this variability. Environmental factors include feeding, rearing, transport and conditions just before slaughter (Hildrum et al., 1995). Meat can be presented in a variety of forms, each offering different opportunities for adulteration and contamination. This has imposed great pressure on the food manufacturing industry to guarantee the safety of meat. Tissue and muscle speciation of flesh foods, as well as speciation of animal derived by-products fed to all classes of domestic animals, are now perhaps the most important uncertainty which the food industry must resolve to allay consumer concern. Recently, there is a demand for rapid and low cost methods of direct quality measurements in both food and food ingredients (including high performance liquid chromatography (HPLC), thin layer chromatography (TLC), enzymatic and inmunological tests (e.g. ELISA test) and physical tests) to establish their authenticity and hence guarantee the quality of products manufactured for consumers (Holland et al., 1998). The use of Near Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) for the rapid, precise and non-destructive analysis of a wide range of organic materials has been comprehensively documented (Osborne et at., 1993). Most of the established methods have involved the development of NIRS calibrations for the quantitative prediction of composition in meat (Ben-Gera and Norris, 1968; Lanza, 1983; Clark and Short, 1994). This was a rational strategy to pursue during the initial stages of its application, given the type of equipment available, the state of development of the emerging discipline of chemometrics and the overwhelming commercial interest in solving such problems (Downey, 1994). One of the advantages of NIRS technology is not only to assess chemical structures through the analysis of the molecular bonds in the near infrared spectrum, but also to build an optical model characteristic of the sample which behaves like the “finger print” of the sample. This opens the possibility of using spectra to determine complex attributes of organic structures, which are related to molecular chromophores, organoleptic scores and sensory characteristics (Hildrum et al., 1994, 1995; Park et al., 1998). In addition, the application of statistical packages like principal component or discriminant analysis provides the possibility to understand the optical properties of the sample and make a classification without the chemical information. The objectives of this present work were: (1) to examine two methods of sample presentation to the instrument (intact and minced) and (2) to explore the use of principal component analysis (PCA) and Soft Independent Modelling of class Analogy (SIMCA) to classify muscles by quality attributes. Seventy-eight (n: 78) beef muscles (m. longissimus dorsi) from Hereford breed of cattle were used. The samples were scanned in a NIRS monochromator instrument (NIR Systems 6500, Silver Spring, MD, USA) in reflectance mode (log 1/R). Both intact and minced presentation to the instrument were explored. Qualitative analysis of optical information through PCA and SIMCA analysis showed differences in muscles resulting from two different feeding systems.
This study was carried out to analyze chemical components in burley tobacco using near infrared spectroscopy(NIRS). Samples were collected in '96 and '97 crop year. Calibration equations were developed by modified partial least square. The standard error performance(SEP) of '96 crop year samples between NIRS and standard laboratory analysis were 0.25% for nicotine, 0.18% for total nitrogen, 0.59% for crude ash, 0.32% for ether extracts, and 0.14% for chlorine, respectively. The analytical results of '97 crop year samples were similar to those of '96 crop year samples. The analytical result of '97 crop year samples analyzed by '96 calibration equation was more inaccurate than that of '96 crop year samples. The SEP of '96 or '97 crop year samples applying calibration equation derived from '96 plus '97 crop year samples was similar to that of '96 or '97 crop year samples analyzed by '96 or '97 calibration equation, respectively. The SEP of '97 crop year samples analyzed by calibration equation derived from '96 plus '97 crop year samples was more accurate than that of '97 crop year samples analyzed by '96 calibration equation. To improve the analytical inaccuracy caused by the difference of crop year between calibration and prediction samples, we need to include the prediction sample spectra which were different from calibration sample spectra in recalibration sample spectra, and then develop recalibration equation. The NIRS can apply to analyze burley leaf tobacco, leaf process or tobacco manufacturing process which were required the rapid analytical result.
녹차 품질평가의 한 요인이 되는 색도 평가 시 기존 평가 방법인 육안평가 혹은 색차 분석에 의존하고 있는 현행 분석방법을 신속, 간편하며 재현성이 높고, 녹차 품질관련 기타 성분과 동시분석이 가능한 녹차 색차 분석용 NIRS 검량식을 작성한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공시된 녹차 시료를 대상으로 색차계를 이용하여 색도 값(L, a, b)을 조사한 결과 검량식 작성용 시료는 L값이 평균 53.37($48.52{\sim}57.72$), a값이 평균 -7.55($-10.02{\sim}-4.63$), b 값이 평균 18.07($14.00{\sim}22.02$)을 나타내었고, 작성 검량식의 평가용으로 이용된 예견치 분석용 시료와 거의 동일한 범위를 나타내었다. 2. 녹차의 색차 분석용 NIRS 검량식을 검토한 결과 색차 중 명도에 해당하는 L 값은 원시 스펙트럼에 2차 미분(2nd derivative, 8 nm gap, 6 points smoothing, 1 point second smoothing)을 수행한 조건에서 $R^2$ = 0.936으로 가장 우수한 양상을 나타내었고, 적색에 해당되는 색차 a값과 황색에 해당하는 b값은 1차 미분(1st derivative, 4 nm gap, 4 points smoothing, 1 point second smoothing)조건에서 $R^2$가 각각 0.991 및 0.958로 가장 우수한 결과를 나타내었다. 3. 최적의 녹차 색차 분석용으로 작성된 각각의 NIRS 검량식을 미지시료에 적용하여 정확성을 평가한 결과 색도값 L, a 및 b의 결정계수는 각각 0.905, 0.986 및 0.931로 매우 높은 상관을 보였으며, 이들 검량식은 향후 NIRS를 이용한 녹차 관련 연구 및 녹차 산업현장에서 품질관리를 위한 효율적 분석방법으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
벼 영양진단에서 중요한 성분인 생체잎의 질소함량을 NIRS를 이용하여 신속하고 정확하게 분석하기 위해 최적의 검량식 작성에 관한 일련의 시험을 실시한 결과는 다음과 같다. 벼 생체엽 질소함량 검량식의 결정계수는 익산, 정읍, 부안지역이 각각 0.879, 0.858, 0.819였다. Outlier를 제거한 후 검량식을 다시 작성한 결과 0.896, 0.878, $0.88\%$로 각각 0.017, 0.02, 0.061씩 향상되었다. Merge 기능을 이용하여 검량식을 합병한 후 검량식을 다시 작성한 결과 0.971로 정확도가 더욱 향상되었다. 벼 생체엽의 질소함량 검량식에 의한 분석값과 습식분석 평균값의 차이는 $0.001\%$를 나타냈다. 이와 같은 결과로서 건조와 분쇄과정을 생략하기 때문에 시료의 변질을 막을 수 있고 시간과 비용을 줄일 수 있는 벼 생잎의 질소농도 측정이 근적외분석기술에 의해 가능할 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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