The development and validation of the calibration model for the VIS-NIR spectrometer used for the evaluation of deoxynivalenol content in wheat grain directly during combine harvest

• Autorzy: Czechlowski M. , Laskowska M

Warianty tytułu

PL

Opracowanie i walidacja modelu kalibracyjnego dla spektrometru VIS-NIR przeznaczonego do oceny zawartości deoksyniwalenolu w ziarnie pszenicy bezpośrednio podczas kombajnowego zbioru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study is an attempt to build the calibration model for the VIS-NIR spectrometer used for measuring deoxynivalenol (DON) concentration in winter wheat grain at the stage of combine harvesting. In order to achieve this goal during the harvest season of 2011 the research material of 14.5 thousand radiation absorption spectrums and 283 grain samples was collected in field conditions. The low concentration of deoxynivalenol in natural grain samples did not allow a construction of the calibration model. Therefore, the PLS models (R2≈0.9; RMSECV≈3–4 mg•kg-1) were developed on the basis of 60 samples prepared in laboratory conditions. The model set, which consisted of samples with the DON concentration of 0-32 mg•kg-1, was additionally supplemented with the results obtained for 58 samples from organic farming. The models were validated on the basis of the spectrums recorded in field conditions. The accuracy of prediction of the DON concentration by means of the model constructed on the basis of both sample collections was higher, but it was still insufficient. The study was a part of the development project No. R12 0073 06 entitled "Development and validation of the technology for separation grain stream during cereals selective harvesting ", financed by the Polish Ministry of Science and Higher Education.

PL

W pracy podjęto próbę budowy modelu kalibracyjnego dla spektrometru VIS-NIR przeznaczonego do oznaczania koncentracji deoksyniwalenolu (DON) w ziarnie pszenicy ozimej już na etapie zbioru kombajnowego. W tym celu podczas żniw w sezonie 2011 zgromadzono w warunkach polowych materiał badawczy w postaci 14,5 tys. widm spektralnych absorpcji promieniowania oraz 283 prób ziarna. Niska koncentracja deoksyniwalenolu w naturalnych próbach ziarna nie pozwoliła na zbudowanie modelu kalibracyjnego. Dlatego opracowane modele PLS (R2≈0,9; RMSECV≈3 – 4 mg/kg) powstały w oparciu o 60 prób przygotowanych w warunkach laboratoryjnych. Zbiór modelowy złożony z prób o koncentracji DON w przedziale od 0 do 32 mg/kg został dodatkowo uzupełniony wynikami uzyskanymi dla 58 prób z naturalnych upraw. Walidacja modeli kalibracyjnych przeprowadzona w oparciu o widma spektralne zarejestrowane w warunkach polowych wykazała wyższą, jednak nadal niewystarczającą dokładność predykcji koncentracji DON za pomocą modelu zbudowanego w oparciu o oba zbiory prób. Pracę zrealizowano w ramach projektu rozwojowego nr R12 0073 06 pt: „Opracowanie i walidacja technologii rozdziału strumienia ziarna podczas selektywnego zbioru zbóż” finansowanego przez MNiSW.

Słowa kluczowe

EN

food safety; deoxynivalenol; VIS-NIR spectrometry; PLS calibration model

PL

bezpieczeństwo żywności; deoksyniwalenol; spektrometria VIS-NIR; model kalibracyjny PLS

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, nr 1
• Strony: 27--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Czechlowski M.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów, ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Poland

autor

Laskowska M

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Chemii, ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Balcerowska, G., Siuda, R., Sadowski, C.: Modelowanie zawartości materiału porażonego fuzariozą w rozdrobnionym ziarnie pszenicy na podstawie odbiciowych widm optycznych rejestrowanych w różnych zakresach długości fal. Acta Agrophyisca, 2008, 11(2), 323-334.
• [2] Beyer, M., Pogoda, F., Ronellenfitsch, F. K., Hoffmann, L., Udelhoven, T.: Estimating deoxynivalenol contents of wheat samples containing different levels of Fusarium-damaged kernels by diffuse reflectance spectrometry and partial leastsquare regression. International Journal of Food Microbiology, 2010, 142, 370–374.
• [3] Bottalico, A., Perrone, G.: Toxigenic Fusarium species and mycotoxins associated with head blight in small-grain cereals in Europe. European Journal of Plant Pathology, 2002, 108, 611-624.
• [4] Goliński, P., Kaczmarek, Z., Kiecana, I., Wiśniewska, H., Kaptur, P., Kostecki, M., Chełkowski, J.: Fusarium head blight of common polish winter cultivars – comparison of effects of Fusariumavenaceum and Fusariumculmorum on yield components. Journal of Phytopathology, 2002, 150, 135-141.
• [5] Logrieco, A., Bottalico, A., Mule, G., Moretti, A., Perrone, G. Epidemiology of toxigenic fungi and their associated mycotoxins for some Mediterranean crops. European Journal of Plant Pathology, 2003, 109, 645-667.
• [6] Logrieco, A., Moretti, A., Mule, G., Paciolla, C., Ritieni, A.: Advances on the toxicity of the cereal contaminant Fusariumesadepsipeptides. Cereal Research Communications, 2008, 36, 303-313.
• [7] Mesterhazy, A., Logrieco, A., Bailey, J. A., Corazza, L., Cooke, B. M.: Role of deoksynivalenol in aggressiveness of Fusariumgraminearum and F. culmorum and in resistance to Fusarium head blight. European Journal of Plant Pathology, 2002, 108, 675-684.
• [8] Peiris, K. H. S., Pumphrey, M. O. & Dowell, F. E. NIR absorbance characteristics of deoxynivalenol and of sound and Fusarium-damaged wheat kernels. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 2009, 17, 213-221.
• [9] Peiris, K. H. S., Pumphrey, M. O., Dong, Y., Maghirang, Berzonsky, E. B. W., &Dowell, F. E. (2010). Near-infrared spectroscopic method for identification of Fusariumhead blight damage and prediction of deoxynivalenol in single wheat kernels. Cereal Chemistry, 2010, 87(6), 511-517.
• [10] Srobarova, A., Slikova, S., Sudyova, V.: Diversity of the Fusarium species associated with head and seedling blight on wheat in Slovakia. Biologia, 2008, 63/3, 332-337.
• [11] Tomczak, M., Wiśniewska, H., Stępień, Ł., Kostecki, M., Chełkowski, J., Goliński P.: Deoxynivalenol, nivalenol and moniliformin occurrence in wheat samples with scab symptoms in Poland (1998 – 2000).European Journal of Plant Pathology, 2002, 108(7), 625 - 630.
• [12] Wiśniewska, H., Chełkowski, J.: Evaluation of susceptibility to Fusarium seedling blight in winter wheat cultivars, using digital image analysis. Plant Breeding and Seed Science, 1996, 40, 159-162.