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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2022.64.7.1
Description:

The storage environment of grains and oilseeds influences their physico-chemical properties that determine shelf-life and nutritional quality. In case of oilseeds, and more specifically canola, analytical chemistry methods are commonly used to determine their quality which is characterized by fatty acid value (FAV) of samples. As wet chemistry methods are time consuming and require the use of chemicals, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy combined with multivariate data analysis was investigated for rapid assessment of canola quality as affected by sub-optimal storage. Moreover, in order to conduct the analysis on-site outside of a laboratory setting, the feasibility of using a portable instrument was studied. An FTIR spectrum of canola seeds stored at sub-optimal storage condition (35°C and 84% relative humidity) was obtained weekly for a period of five weeks. The quality degradation over this storage period was measured in terms of reduction in germination and FAV content. Principal components analysis (PCA) was applied on FTIR spectral data for dimensionality reduction and the first two principal components could successfully separate canola samples of different qualities (based on their respective storage durations). Quantitative analysis for prediction of FAV using partial least squares (PLS) regression method was done and models were built utilizing the entire spectral data as well by grouping the spectral into three spectral bands. A root mean square error of prediction (RMSEP) of 4.4% and R²=0.96, was achieved with the model built using the entire mid-infrared region. The spectral bands of 1000–1500 cm^-1 and 2500–3000 cm^-1 were also able to provide comparable results. Various combinations of spectral pre-processing of data were also explored. The results establish that portable FTIR instruments provide an accurate and rapid alternative to chemical analysis for predicting spoilage and determining canola quality.

Keywords: Fourier transform infrared spectroscopy; hand-held FTIR; canola; storage; free fatty acid; spoilage.
Résumé:

L’environnement d’entreposage des céréales et des oléagineux affecte leurs propriétés physico-chimiques et par conséquent leur durée de conservation et leur qualité nutritionnelle. Dans le cas des graines oléagineuses, et plus particulièrement du canola, des méthodes de chimie analytique sont couramment utilisées pour déterminer leur qualité caractérisée par la valeur en acides gras libres (FAV) des échantillons. Comme les méthodes par voie humide prennent du temps et nécessitent l’utilisation de produits chimiques, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) combinée à l’analyse de données multivariées a été étudiée pour estimer l’évaluation rapide de la qualité du canola affectée par un entreposage inférieur à la normale. De plus, afin d’effectuer les analyses sur place, en dehors d’un laboratoire, la faisabilité de l’utilisation d’un instrument portable a été étudiée. Un spectre d’IRTF de graines de canola entreposées dans des conditions non optimales (35 °C et 84 % d’humidité relative) a été obtenu chaque semaine pendant une période de cinq semaines. La dégradation de la qualité des graines au cours de cette période d’entreposage a été mesurée en termes de réduction de la germination et de la teneur en FAV. L’analyse en composantes principales (ACP) a été appliquée aux données spectrales d’IRTF pour la réduction de la dimensionnalité et les deux premières composantes principales ont pu séparer avec succès les échantillons de canola de différentes qualités (selon leurs durées d’entreposage respectives). Une analyse quantitative pour la prédiction du FAV utilisant la méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS) a été effectuée et les modèles ont été élaborés en utilisant les données spectrales complètes ainsi qu’en regroupant les spectres en trois bandes spectrales. Une erreur quadratique moyenne de prédiction (RMSEP) de 4,4 % et R²=0,96 a été obtenue avec le modèle élaboré en utilisant toute la région de l’infrarouge moyen. Les bandes spectrales de 1000-1500 cm^-1 et 2500-3000 cm-1 ont également permis d’obtenir des résultats comparables. Diverses combinaisons de prétraitement spectral des données ont également été explorées. Les résultats montrent que les instruments portables d’IRTF constituent une alternative précise et rapide à l’analyse chimique pour prédire la détérioration et déterminer la qualité du canola.

Mots-clés:

spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier; instrument portatif d’IRTF; canola; entreposage; acide gras libre; détérioration

Citation: Erkinbaev, C., W. Morse and J. Paliwal. 2022. Rapid assessment of canola spoilage under sub-optimal storage condition using FTIR spectroscopy. Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada 64: 7.1-7.8. https://doi.org/10.7451/CBE.2022.64.7.1
Volume: 64
Issue: 1
Pages 7.1 - 7.8
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: January 20, 2023
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Other information:
Type: Text.Abstract
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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