Harun BAYTEKİN, Fatih KAHRIMAN, İskender ONAÇ

Mısırda Nem İçeriğinin Yakın Kızıl Ötesi (NIR) Spektroskopisi ile Tespitinde Farklı Kemometrik Yöntemlerin Etkisinin Belirlenmesi

Nem içeriği tayini gerek uygulamada gerekse laboratuvar çalışmalarında temel analizlerdendir. Nem tayini hem gravemetrik hem de kimyasal olarak tayin edilebilmektedir. Ancak bu yöntem iş gücü ve analiz süresi bakımından dezavantajlara sahiptir. Bu nedenle alternatif analiz yöntemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır ve yakın kızıl ötesi (NIR) Spektroskopisi bu amaçla kullanılabilecek alternatif tekniklerdendir. Bu cihazda hedef maddenin analizi için özel bazı istatistik yöntemlerden yararlanılmaktadır. Diğer taraftan spektral veride ön işlemlerin geliştirilen tahmin modellerine etkisi bilinmektedir. Bu çalışmada 250 farklı genotipe ait öğütülmüş mısır numunesi materyal olarak kullanılmıştır. Araştırmada bu örneklerden elde edilen spektral veri (1200-2400 nm arasında) ile referans yöntem kullanılarak elde edilen nem değerleri farklı kemometrik yöntemlerle ilişkilendirilmiştir. Ön işlem olarak, spektral veriye birinci türev ve standart normal değişim transformasyonu uygulanmıştır. Dalga boyu seçimi için ardışık projeksiyonlar algoritması-çoklu doğrusal regresyon (SPA-MLR) yöntemi kullanılmıştır. Araştırma bulguları değişken seçiminin ilgisiz dalga boylarının elenmesinde etkili bir yol olduğunu göstermiştir. Referans analiz ile tespit edilen nem oranı ve NIR modellerinin tahminleri arasında yüksek korelasyon değerleri (r>0,95) saptanmıştır. Oluşturulan modeller içerisinde en doğru tahmin sonucu veren SPA-MLR yöntemi ile transforme edilmiş veriler kullanılarak oluşturulan model olmuştur.

The Effect of Different Chemometric Methods on Determination of Moisture Content in Maize using Near Infrared Reflectance (NIR) Spectroscopy

The Effect of Different Chemometric Methods on Determination of Moisture Content in Maize using Near Infrared Reflectance (NIR) Spectroscopy Moisture content determination is essential analysis whether practice or laboratory studies. Moisture determination can be performed both gravimetrically and chemically. However, these methods have disadvantages in terms of labor and time consumed. Therefore, it needs to develop the alternative methods and Near Infrared Reflectance (NIR) Spectroscopy is an alternative technique that can be used for this purpose. Some special statistical methods are used for analyzing of the target substance in this device. On the other hand, it is known that spectral preprocessing have an effect on the prediction models developed. In this study, ground samples of 250 different maize genotypes were used as material. In this study, spectral data taken from these samples (between 1200 and 2400 nm) and the moisture values obtained from reference method were associated with different chemometric techniques. First derivative (FD) and standard normal variate (SNV) transformations were applied to spectral data as pretreatment methods. Successive Projections Algorithm-Multiple Linear Regression (SPA-MLR) was used as wavelength selection method technique. Result of the study showed that wavelength selection is an effective way for elimination of uninformative wavelengths. It was determined that high correlation (r>0.95) was observed between the results of reference analysis and predictions of NIR models. It was modeled by using SPA-MLR method which gives the most accurate prediction result among the generated models and transformed data.

PDF

___

Blakey, R.J., Rooyen, Z.V., 2011. Non-Destructive Measurement of Moisture Content Using Handheld NIR. www.avocadosource.com
CRA, 1999. Analytical Method of the Member Companies of The Corn Refiners Association, Inc. 1999.6th ed. CRA, Washington, DC.
Downey, G., 1985. Estimation of moisture in undried wheat and barley by near infrared reflectance. Journal of the Science of Food and Agriculture. 36, 951-958.
Egesel, C.Ö., Kahriman, F., 2012. Determination of quality parameters ın maize by NIR reflectance spectroscopy. Journal of Agricultural Sciences. 18, 43-53.
Ertugay, M.F., Ba?lar, M., 2011. Gıdaların Kalite Özelliklerinin Belirlenmesinde Yakın Kızılötesi (NIR) Spektroskopisi. Gıda. 36 (1): 49-54.
Galvez-Sola, L., Moral, R., Perez-Murcia, M.D., Perez-Espinosa, A., Bustamante, M.A., Martinez-Sabater, E., Paredes, C., 2010. The potential of near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) for the estimation of agroindustrial compost quality. Sci Total Environ. 408: 1414-1421.
Gomes, A.A., Galvão, R.K.H., Araújo, M.C.U., V ras, G., Silva, E.C., 2013. The successive projections algorithm for interval selection in PLS. Microchem J. 110: 202-208.
Heman, A., Hsieh C-L., 2016. Measurement of moisture content for rough rice by visible and near-infrared (NIR) spectroscopy. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 9(3): 280-290.
Li, Hongdong., Lianga, Yizeng., Xu, Qingsong., Cao, Dongsheng., 2009. Key wavelengths screening using competitive adaptive reweighted sampling method for multivariate calibration. Analytica Chimica Acta. 648: 77-84.
Kahriman, F., Egesel, C.Ö., 2011. Development Of A Calibration Model To Estimate Quality Traits In Wheat Flour Using Nir (Near Infrared Reflectance) Spectroscopy, Jorunal of Agricultural Sciences. 43: 392- 400.
Kandala, C.H., Sundaram, J., Govindarajan, K.N., Subbiah, J., 2012. Sensing of Moisture Content of In-Shell Peanuts by NIR Reflectance Spectroscopy. Journal of Sensor Technology. 2: 1-7.
Köksel, H., ?ahbaz, F., Özboy, Ö., 1994. Ya? Hasat Edilmi? Gerek-79 Buğdayında Farklı Kurutma Sıcaklıklarının Kalite Üzerine Etkileri. Gıda. 19(4): 261-264.
Neimanis, R., Lennholm, H., Eriksson, R., 1999. Determination of Moisture Content in Impregnated Paper using Near Infrared Spectroscopy. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 162-165.
Norimi, A.M., Abbas, Z., Jusoh, A., Ismail, M.A., 2012. Determination of Moisture Content of Maize Kernel (Zea mays L.) by Reflectance Measurement at Wavelengths 300nm to 800nm Using Optical Technique. PIERS Proceedings, Kuala Lumpur, Malaysia, March 27-30, 2012.
Owens, F., Soderlund, S., 2006. Methods for Measuring Moisture Content of Grains and Implications for Research and Industry. beefextension.com
Öztürk, T., Esen, B., Kibar, H., 2008. Silindirik Mısır Depolama Yapılarında Tane Nem Kapsamına Bağlı Projeleme Yükleri. OMÜ Zir. Fak. Dergisi. 23(2): 110-115.
Galvão, R.K.H., Araújo, M.C.U., Silva, E.C. , Jos , G.E., Soares, S.F.C., Paiva, H.M., 2007. On the use of Cross-validation for the selection of spectral variables using the successive projections algorithm. Journal of the Brazilian Chemical Society. 18: 1580-1584.
Rabault, J-L., Downey, G., 1990. Rapid Analysis of Oats For Moisture and Protein by Near-Infrared Reflectance Spectroscopy. Irish Journal of Food Science and Technology. 14: (2) 85-93.
Roggo, Y., Chalus, P., Maurer, L., Lema-Martinez, C., Edmond, A., Jent, N., 2007. A review of near infrared spectroscopy and chemometrics in pharmaceutical Technologies. J. Pharm. Biomed. Anal. 44:683-700.
Sharma, N., Hanna, M.A., 1989. A Microwave Oven Procedure for Soybean Moisture Content Determination. Cereal Chemistry. 66(6): 483-485.
Sundaram, J., Kandala, C.V., Govindrajan, K.N., Subbiah, J., 2012. Sensing of moisture content of in-shell peanuts by NIR reflectance spectroscopy. J. Sensor Technol. 2: 1-7.
Vartanlı, S., Emeklier, H.Y., 2007. Ankara Ko?ullarında Hibrit Mısır Çe?itlerinin Verim ve Kalite Özelliklerinin Belirlenmesi, Tarım Bilimleri Dergisi. 13(3): 195-202.
Wang, H., Peng, J., Xie, C., Bao, Y., He, Y., 2015. Fruit quality evaluation using spectroscopy technology:A Review, Sensors, 15: 11889-11927.
Williams, P.C., Sobering, D.C., 1996. How do we do it: a brief summary of the methods we use in developing near infrared calibrations. In: Davies AMC, Williams PC, editors. Near Infrared Spectroscopy: The Future Waves. Chichester, UK: NIR Publications, pp. 185-188.
Welle, R., Greten, W., Muller, T., Weber, G., Wehrmann, H., 2005. Application of near infrared spectroscopy on-combine in corn grain breeding. Journal of Near Infrared Spectroscopy. 13: 69-76.