مدل‌سازی کمومتریکس برای پیش‌بینی سریع خواص فیزیکوشیمیایی و هیدروکسی متیل فورفورال عسل مبتنی بر طیف‌سنجی فراطیفی رامان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مرکز تحقیقات حلال جمهوری اسلامی ایران، سازمان غذا و دارو، وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی، تهران،

2 دپارتمان بهداشت و ایمنی مواد غذایی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی زنجان، زنجان، ایران

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی امکان‌سنجی پیش‌بینی سریع ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی در عسل با استفاده از طیف‌سنجی رامان و مدل‌های کمومتریکس است. در این مطالعه، ۵۱ نمونه عسل از مناطق مختلف ایران جمع‌آوری شد و هر نمونه با طیف‌سنجی رامان (در محدوده ۱۰۰ تا ۳۵۰۰ cm⁻¹) آنالیز گردید. ویژگی‌های مورد بررسی شامل قندهای احیاکننده پیش از هیدرولیز، ساکاروز، رطوبت و هیدروکسی متیل فورفورال (HMF) بودند که با روش‌های استاندارد آزمایشگاهی اندازه‌گیری شدند. داده‌های طیفی پس از پیش‌پردازش میانگین-مرکزی با مقادیر آزمایشگاهی ویژگیهای فیزیکوشیمیایی همبسته‌سازی شده و چهار مدل مستقل مبتنی بر رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) توسعه یافت. مدل‌ها با استفاده از الگوریتم Kennard-Stone برای تقسیم داده‌ها به مجموعه‌های کالیبراسیون و تست، اعتبارسنجی متقاطع با روش Leave-One-Out برای بهینه‌سازی تعداد متغیرهای پنهان، و شاخص‌هایی مانند RMSEP، %REP، و RMSECV ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که مدل‌های پیش‌بینی قندهای احیاکننده پیش از هیدرولیز و رطوبت با خطای نسبی پایین (به‌ترتیب ۱.۶۴% و ۵/۳۰%) عملکرد عالی داشتند، مدل ساکاروز با خطای نسبی حدود 95/11% قابل قبول بود، در حالی که مدل HMF با خطای نسبی 8/25% دقت کمتری نشان داد. به‌طور کلی، ترکیب طیف‌سنجی رامان با مدل‌های PLS روشی سریع، غیرمخرب، کم‌هزینه و سازگار با محیط‌زیست برای کنترل کیفیت عسل ارائه می‌دهد که می‌تواند در پایش اصالت، توزیع و توسعه اقتصادی این محصول نقش مؤثری ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Chemometrics modeling for rapid prediction of physicochemical properties and hydroxymethylfurfural of honey based on hyperspectral Raman spectroscopy

نویسندگان [English]

  • Fataneh Hashempour-Baltork 1
  • Somaye Vali Zade 1
  • Adel Mirza Alizadeh 2
  • Behrooz Jannat 1
  • Hossein Rastegar 1
1 Halal Research Center of IRI, Iran Food and Drug Administration, Ministry of Health and Medical Education, Tehran, Iran.
2 Department of Food Safety and Hygiene, School of Public Health, Zanjan University of Medical Sciences, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

The aim of this study was to investigate the feasibility of rapid prediction of physicochemical properties in honey using Raman spectroscopy and chemometrics models. In this research, 51 honey samples were collected from different regions of Iran, and each sample was analyzed by Raman spectroscopy (in the range of 100–3500 cm⁻¹). The investigated properties included reducing sugars before hydrolysis, sucrose, moisture, and hydroxymethylfurfural (HMF), which were measured using standard laboratory methods. The spectral data, after mean-centering preprocessing, were correlated with the laboratory values of the physicochemical properties, and four independent models based on Partial Least Squares (PLS) regression were developed. The models were validated using the Kennard–Stone algorithm for splitting the data into calibration and test sets, cross-validation with the Leave-One-Out method to optimize the number of latent variables, and indices such as RMSEP, %REP, and RMSECV. The results showed that the predictive models for reducing sugars before hydrolysis and moisture performed excellently with low relative errors (1.64% and 5.30%, respectively). The sucrose model, with a relative error of about 11.95%, was acceptable, while the HMF model showed lower accuracy with a relative error of 25.8%. Overall, combining Raman spectroscopy with PLS models provides a rapid, non-destructive, cost-effective, and environmentally friendly approach for honey quality control, which can play a significant role in monitoring authenticity, distribution, and economic development of this product.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Quality control
  • Physicochemical properties
  • Raman spectroscopy
  • Honey
  • Chemometrics model
  • PLS regression

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 25 آبان 1404
  • تاریخ دریافت: 02 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری: 02 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش: 25 آبان 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 25 آبان 1404
  • تاریخ انتشار: 25 آبان 1404