Classificação de iogurte quanto à presença de lactose por meio da espectoscopia NIR e quimiometria

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva, José Manuel Amancio da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35143
Resumo: Yogurt is a nutrient-rich beverage and an excellent source of calcium, proteins, and vitamins, produced through lactic fermentation by microorganisms. Yogurt can be classified as a functional food due to its nutritional properties that support the proper functioning of the digestive system. Given that lactose intolerance affects over 75% of the global population, the enzyme β-galactosidase is used industrially to reduce lactose content in milk and its derivatives. Quality control of food typically relies on conventional analytical techniques that are time-consuming and have high operational costs. Therefore, it is necessary to develop alternative techniques that are rapid, reagent-efficient, and allow for in situ measurements. Hence, there is growing interest in alternatives to conventional methods, such as using Near-Infrared Spectroscopy (NIR) in combination with chemometrics. The purpose of this study was to propose a non-destructive, rapid, and cost-effective analytical strategy— using NIR spectrometry technique, combined with chemometric multivariate analysis tools — to classify yogurt according to lactose presence. For this, a total of 102 samples of zero and regular yogurt were acquired. Diffuse reflectance spectra, obtained in the range of 900 to 1700 nm, were collected using portable NIR equipment. Various pre-processing techniques were evaluated, as well as the use of cross-validation and the classification models Linear Discriminant Analysis (LDA), with selection of variables by Bat Algorithm (BA), Genétic Algorithm (GA) and Successive Projections Algorithm (SPA), and the Soft Independent Modeling of Class Analogy (SIMCA). The classification models with BA-LDA and GA-LDA variable selection correctly classified all samples, achieving maximum performance values. Only the SPA-LDA models with raw data and SNV pre-processing did not reach 100% performance for the training set. SIMCA class modeling showed overlap between PCA models of the classes, resulting in misclassification of samples and lower performance values. The results presented in this study indicate that the proposed strategy, combining NIR spectroscopy and multivariate analysis, proved to be a viable alternative tool for the classification of lactose-containing and lactose-free yogurts, particularly using LDA modeling.
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Hence, there is growing interest in alternatives to conventional methods, such as using Near-Infrared Spectroscopy (NIR) in combination with chemometrics. The purpose of this study was to propose a non-destructive, rapid, and cost-effective analytical strategy— using NIR spectrometry technique, combined with chemometric multivariate analysis tools — to classify yogurt according to lactose presence. For this, a total of 102 samples of zero and regular yogurt were acquired. Diffuse reflectance spectra, obtained in the range of 900 to 1700 nm, were collected using portable NIR equipment. Various pre-processing techniques were evaluated, as well as the use of cross-validation and the classification models Linear Discriminant Analysis (LDA), with selection of variables by Bat Algorithm (BA), Genétic Algorithm (GA) and Successive Projections Algorithm (SPA), and the Soft Independent Modeling of Class Analogy (SIMCA). The classification models with BA-LDA and GA-LDA variable selection correctly classified all samples, achieving maximum performance values. Only the SPA-LDA models with raw data and SNV pre-processing did not reach 100% performance for the training set. SIMCA class modeling showed overlap between PCA models of the classes, resulting in misclassification of samples and lower performance values. The results presented in this study indicate that the proposed strategy, combining NIR spectroscopy and multivariate analysis, proved to be a viable alternative tool for the classification of lactose-containing and lactose-free yogurts, particularly using LDA modeling.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO iogurte é uma bebida rica em diversos nutrientes e uma excelente fonte de cálcio, proteínas e vitaminas, obtida a partir da fermentação láctica mediante a ação de microrganismos. O iogurte pode ser classificado como um alimento funcional, possuindo propriedades nutritivas que auxiliam no bom funcionamento do sistema digestivo. Devido à condição de intolerância à lactose, que afeta mais de 75% da população mundial, a enzima β-galactosidase é empregada industrialmente para reduzir o teor de lactose no leite e seus derivados. O controle de qualidade de alimentos recorre geralmente a técnicas analíticas convencionais que são demorosas e de elevado custo operacional. Dessa forma, é necessário desenvolver técnicas alternativas que sejam rápidas, com pouco consumo de reagentes e que permitam fazer medições in situ. Assim, surge o interesse em métodos alternativos aos convencionais, como o uso da Espectroscopia no Infravermelho Próximo (NIR, Near Infrared) em combinação com a quimiometria. Portanto, o objetivo deste estudo foi propor uma estratégia analítica não destrutiva, rápida e de baixo custo – usando técnica de espectrometria NIR, combinada com ferramentas quimiométricas de análise multivariada – para a classificação de iogurtes quanto à presença de lactose. Para isso, um total de 102 amostras de iogurte isento e convencional foram adquiridas. Os espectros de reflectância difusa, obtidos na faixa de 900 a 1700 nm, foram adquiridos com equipamento NIR portátil. Diferentes técnicas de pré-processamento foram avaliadas, bem como o uso da validação cruzada e os modelos de classificação de Análise Discriminante Linear (LDA, Linear Discriminant Analysis), com seleção de variáveis por algoritmo dos morcegos (BA, Bat Algorithm), algoritmo genético (GA, Genétic Algorithm) e algoritmo das projeções sucessivas (SPA, Successive Projections Algorithm), e a Modelagem Independente e Flexível por Analogia de Classe, (SIMCA, Soft Independent Modeling of Class Analogy). Os modelos de classificação com seleção de variáveis BA-LDA e GA-LDA classificaram corretamente todas as amostras, atingindo valores máximos de desempenho. Apenas os modelos SPA-LDA com dados brutos e com pré-processamento SNV não alcançaram 100% de desempenho para o conjunto de treinamento. A modelagem de classes SIMCA apresentou sobreposição entre os modelos PCA das classes, o que resultou na classificação incorreta das amostras e em baixos valores de desempenho. Os resultados apresentados neste estudo apontam que a estratégia proposta, que combina espectroscopia NIR e análise multivariada, se mostrou uma ferramenta alternativa viável para realizar a classificação de iogurte com e sem lactose, apenas para modelagem LDA.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBSilva, Edvan Cirino dahttp://lattes.cnpq.br/1777102714370218Silva, José Manuel Amancio da2025-07-10T11:38:56Z2024-09-182025-07-10T11:38:56Z2024-08-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35143porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-07-11T06:07:01Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/35143Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-07-11T06:07:01Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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