Evolución del comportamiento espectral y la composición química en el dosel arbóreo de una dehesa

Revista oficial de la Asociación Española de Teledetección[EN] In the context of the BIOSPEC and FLUXPEC projects (http://www.lineas.cchs.csic.es/fluxpec/), spectral and biophysical variables measurements at leaf level have been conducted in the tree canopy of a holm oak dehesa (Quercus ilex) ecosystem during four vegetative periods. Measurements of bi-conical reflectance factor of intact leaf (ASD Fieldspec 3® spectroradiometer), specific leaf mass (SLM), leaf water content (LWC), nutrient (N, P, K, Ca, Mg, Mn, Fe, and Zn) and chlorophyll concentration were performed. The spectral measurements have been related with the biophysical variables by stepwise and partial least squares regression analyses. These analyses allowed to identify the spectral bands and regions that best explain the evolution of the biophysical variables and to estimate the nutrient contents during the leaf maturation process. Statistically significant estimates of the majority of the variables studied were obtained. Wavelengths that had the highest contributions explaining the chemical composition of the forest canopy were located in spectral regions of the red edge, the green visible region, and the shortwave infrared.[ES] En el contexto de los proyectos BIOSPEC y FLUXPEC (http://www.lineas.cchs.csic.es/fluxpec/), se han rea-lizado mediciones espectrales y de variables biofísicas a nivel de hoja en el dosel arbóreo de una dehesa de encina (Quercus ilex) durante cuatro períodos vegetativos. Se han llevado a cabo mediciones de reflectividad bi-cónica de hoja intacta (ASD Fieldspec 3®spectroradiometer), masa foliar específica (SLM), contenido de agua (LWC), concen-traciones de nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, Mn, Fe, y Zn) y clorofilas. Las mediciones espectrales se han relacionado con las variables biofísicas mediante análisis de regresión múltiple por pasos (SWR) y regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR). Estos análisis han permitido identificar las bandas y regiones espectrales que explican la evolución de las variables biofísicas y estimar los contenidos de nutrientes a lo largo del proceso de maduración de las hojas en la copa. Se han obtenido modelos estadísticamente significativos para la mayoría de las variables foliares estudiadas. Las longitudes de onda que aportan mayor información sobre la composición química del dosel, se encuentran en las regiones espectrales del límite del rojo, la región verde del visible y el infrarrojo medio de onda corta (SWIR).Este trabajo ha sido financiado por los proyectos BIOSPEC (CGL2008-02301/CLI, Ministerio de Ciencia e innovación) y FLUXPEC (CGL-2012 34383, Ministerio de Economía y Competitividad).González-Cascón, R.; Pacheco-Labrador, J.; Martín, MP. (2016). Evolution of spectral behavior and chemical composition in the tree canopy of a dehesa ecosystem. Revista de Teledetección. (46):31-43. https://doi.org/10.4995/raet.2016.5688SWORD31434

Development of FT-NIR Models for the Simultaneous Estimation of Chlorophyll and Nitrogen Content in Fresh Apple (Malus Domestica) Leaves

Agricultural practices determine the level of food production and, to great extent, the state of the global environment. During the last decades, the indiscriminate recourse to fertilizers as well as the nitrogen losses from land application have been recognized as serious issues of modern agriculture, globally contributing to nitrate pollution. The development of a reliable Near-Infra-Red Spectroscopy (NIRS)-based method, for the simultaneous monitoring of nitrogen and chlorophyll in fresh apple (Malus domestica) leaves, was investigated on a set of 133 samples, with the aim of estimating the nutritional and physiological status of trees, in real time, cheaply and non-destructively. By means of a FT (Fourier Transform)-NIR instrument, Partial Least Squares (PLS) regression models were developed, spanning a concentration range of 0.577%–0.817% for the total Kjeldahl nitrogen (TKN) content (R2 = 0.983; SEC = 0.012; SEP = 0.028), and of 1.534–2.372 mg/g for the total chlorophyll content (R2 = 0.941; SEC = 0.132; SEP = 0.162). Chlorophyll-a and chlorophyll-b contents were also evaluated (R2 = 0.913; SEC = 0.076; SEP = 0.101 and R2 = 0.899; SEC = 0.059; SEP = 0.101, respectively). All calibration models were validated by means of 47 independent samples. The NIR approach allows a rapid evaluation of the nitrogen and chlorophyll contents, and may represent a useful tool for determining nutritional and physiological status of plants, in order to allow a correction of nutrition programs during the season

Calibración para determinar composición proximal de la quinua (Chenopodium quinoa W.) usando la espectroscopía de trasmitancia en el infrarrojo cercano

Universidad Nacional Agraria La Molina. Facultad de Industrias Alimentarias. Departamento Académico de Tecnología de Alimentos y Productos AgropecuariosEl grano de quinua es consumido en la región andina desde épocas preincaicas. En aquellas épocas se escogieron las plantas que resistían a los diversos ecosistemas de la región, resultando más de 2 000 variedades. Actualmente se desarrollan cultivos que tengan mayor rendimiento en campo, resistencia a plagas y adaptabilidad a nuevas condiciones. En este contexto, es necesario caracterizar grandes cantidades de semillas en corto tiempo y con métodos confiables. El presente trabajo tuvo como objeto desarrollar una calibración multivariable en el equipo Infratec 1241 (850-1048 nm), con el fin de predecir el contenido de humedad, proteína, grasa y ceniza de la quinua; evaluando lecturas de grano y harina. Se utilizó la espectroscopía de transmitancia en el infrarrojo cercano (NIT). Se emplearon 120 accesiones de quinua, provenientes de campos en la costa de Lima y sierra de Ancash, cultivadas por el PIPS de Cereales y Leguminosas de la Universidad Nacional Agraria La Molina. Una vez que se limpió el material, se realizó la lectura NIT de los granos, luego se molieron las muestras y se realizó la lectura NIT de las harinas; finalmente se realizaron por triplicado los análisis químicos empleando los métodos aprobados por la AOAC. Las curvas de calibración fueron obtenidas luego de purgar los espectros anómalos, aplicar regresiones del tipo “PLS”, dispersiones “SNV and Detrend” y “None”, así como diferentes tratamientos matemáticos. El mejor modelo fue el obtenido de las lecturas en forma de grano, válido solo para colores claros; se obtuvieron valores RSQ de 0,4648, 0,8084, 0,9313 y 0,8517 para humedad, proteína, grasa y ceniza respectivamente. El componente humedad presentó los menores estadísticos de calibración, debido a factores como el control durante la ejecución de los métodos de referencia, almacenamiento y diferencial de tiempo entre análisis por el método de referencia y lectura de espectros.The quinoa grain is consumed in the Andean region since pre-Inca times. In those days, they chose the plants that have better resistance to the climatic conditions of the region; this resulted in more than 2000 varieties. Currently, plant breeding programs develops crops that have higher field yields, pest resistance and adaptability to new conditions. In this context, it is necessary to characterize large amounts of seeds in a short time with reliable methods. The present study was aimed at developing a multivariate calibration in the Infratec 1241 (850-1048 nm) equipment, in order to predict the content of moisture, protein, fat and ash from quinoa; evaluating grain and flour. Near Infrared Transmittance Spectroscopy (NIT) was used in the study. A total of 120 quinoa varieties were used, they were cultivated in the Lima’s coast and the Ancash’s andes by the Plant Breeding Program Cereals and Pulses of the National Agrarian University La Molina. Once the 120 samples were cleaned, the NIT reading of the grains was performed, then the samples were grounded and the NIT reading of the flour was performed; finally the chemical analysis were performed in triplicate using methods approved by the AOAC. The calibration model was obtained after purging of abnormal spectra, applying "PLS" regressions, "SNV and Detrend" and "None" dispersions, as well as different mathematical treatments. The best model was obtained from the readings in the form of grain, but just valid for light colors; RSQ values of 0,4648, 0,8084, 0,9313 and 0,8517 for moisture, protein, fat and ash were obtained respectively. The moisture component presented the lowest statistical of calibration, due to factors such as control over the performance of the reference methods, storage and time differential between the reference method analysis and reading of spectra.Tesi

Caracterización y clasificación de polen apícola argentino según el origen botánico y composición química

Tesis para obtener el grado de Doctor en Ciencia y Tecnología de los Alimentos, de la Universidad Nacional del Sur, en abril de 2021El polen apícola es uno de los productos de la colmena más conocido. Las abejas melíferas (Apis mellifera L.) lo recolectan como una de sus principales fuentes de alimento. Si bien ha sido utilizado por las civilizaciones egipcia y griega atribuyéndole propiedades terapéuticas y “rejuvenecedoras”, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial que comenzó a aumentar la producción y su consumo. Actualmente sus características composicionales lo constituyen en un excelente suplemento nutricional y debido a sus propiedades bioactivas es considerado un alimento funcional. Por otra parte, el polen es uno de los productos de la colmena que presenta mayor variabilidad composicional atribuido principalmente a las diferentes floraciones visitadas por las abejas. En este sentido, el análisis entomopalinológico es apropiado para clasificarlo como multi o monofloral siendo este último más estable composicionalmente, aunque también puede sufrir algunas variaciones según la zona de producción. Por esta razón, es imprescindible caracterizar al polen apícola fisicoquímicamente para poder asegurar su calidad endógena y brindar información completa al potencial consumidor. Así, el principal objetivo de este trabajo de tesis es desarrollar metodologías analíticas que permitan determinar la composición del polen de abeja recolectado en la zona centro de Argentina. Inicialmente la clasificación entomopalinológica de las muestras se realizó mediante la acetólisis de los granos de polen evitando la separación por colores de las cargas corbiculares, que es la etapa del proceso que demanda más tiempo. Desde el punto de vista físico-químico se desarrolló una metodología rápida y de bajo costo para la determinación de humedad y proteínas totales en un pool de cargas corbiculares empleando espectroscopía en el infrarrojo cercano (NIR) y técnicas quimiométricas tales como SPA-MLR e iSPA-PLS. Además, la utilización del modelo iSPA-PLS-DA permitió la clasificación de las muestras en relación a un contenido proteico de 20%. Por otra parte, se pusieron a punto técnicas de microanálisis para evaluar el contenido de polifenoles, flavonoides y proteínas en cargas corbiculares individuales estableciendo los respectivos coeficientes de variación. De esta manera se confirmó la elevada variabilidad que presentan los mencionados parámetros en la matriz apícola probablemente relacionados al origen botánico. Asimismo, se construyó un modelo quimiométrico en base a espectroscopía NIR para estimar el contenido de polifenoles totales en cargas individuales de polen corbicular. Finalmente, en relación al tratamiento poscosecha, se llevó adelante un ensayo cuantitativo in vitro de actividad antimicrobiana utilizando un extracto etanólico de propóleos como preservante de polen fresco como una alternativa de conservación de bajo costo. Los resultados obtenidos en esta tesis indican que el polen de abeja recolectado en la zona centro de Argentina presenta muy buenas características nutricionales y bioactivas en base al contenido de proteínas, polifenoles y flavonoides definidos principalmente por los taxones Brassicaceae (mayormente Diplotaxis tenuifolia), Eucalyptus sp. y Lotus sp. La incorporación de las metodologías desarrolladas en este trabajo para realizar el control de calidad de este producto apícola permitiría el correcto rotulado del producto comercial o, incluso definir su destino para las diferentes industrias (alimenticia, farmacéutica, cosmética).Bee pollen is one of the best-known beehive products. Honey bees (Apis mellifera L.) collect it as one of their main food sources. Although it has been used by the Egyptian and Greek civilizations ascribing therapeutic and "rejuvenating" properties to it, it was after the Second World War that the production and consumption increased. Currently, its compositional characteristics make it an excellent nutritional supplement, and due to its bioactive properties, it is considered a functional food. On the other hand, bee-pollen is the hive product that presents the greatest compositional variability, attributed mainly to the different blooms visited by bees. In this sense, the entomopalynological analysis is suitable to classify it as multi or monofloral, being the latter more stable in its composition, although it may also undergo some variations depending on the production area. For this reason, it is essential to perform a physicochemical characterization of the bee-pollen to ensure its endogenous quality and provide complete information to the potential consumer. Thus, the main objective of this thesis is to develop analytical methodologies that allow determining the composition of the bee-pollen collected in central Argentina. Initially the entomopalynological classification of the samples was carried out through the acetolysis of the pollen grains, avoiding the separation by colours of the corbicular pellets, which is the stage of the process that requires more time. From the physicochemical point of view, a rapid and low-cost methodology was developed for the determination of moisture and total proteins in a pool of bee-pollen pellets using near-infrared spectroscopy (NIR) and chemometric techniques such as SPA-MLR and iSPA-PLS. Moreover, the use of the iSPA-PLS-DA model allowed the classification of the samples concerning a protein content of 20%. On the other hand, microanalysis techniques were developed to evaluate the content of polyphenols, flavonoids and proteins in individual corbicular loads, establishing the respective variation coefficients. In this way, the high variability of the mentioned parameters presented in the apicultural matrix was confirmed, probably related to botanical origin. Likewise, a chemometric model based on NIR spectroscopy was constructed to estimate the total polyphenols content in individual loads of corbicular pollen. Finally, concerning postharvest treatment, a quantitative in vitro antimicrobial activity test was carried out using an ethanolic extract of propolis as a preservative for fresh pollen as a low-cost conservation alternative. The results obtained in this thesis indicate that the bee-pollen collected in central Argentina has very good nutritional and bioactive characteristics based on the content of proteins, polyphenols, and flavonoids defined mainly by the Brassicaceae taxa (mostly Diplotaxis tenuifolia) , Eucalyptus sp. and Lotus sp. The incorporation of the methodologies developed in this work to carry out the quality control of this beekeeping product would allow the correct labelling of the commercial product or even define its destination for the different industries (food industry, pharmaceuticals, cosmetics).EEA Hilario AscasubiFil: Garcia Paoloni, María Soledad. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Hilario Ascasubi; Argentin