Novas estratégias analíticas baseadas em espectroscopia no infravermelho próximo e imagens digitais para identificação e quantificação de adulterações em leite caprino
| Ano de defesa: | 2020 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal da Paraíba
Brasil Engenharia de Alimentos Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos UFPB |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20659 |
Resumo: | Adulteration of goat milk by adding cow milk has been a common fraudulent practice that can result in economic losses and possible damage to consumer health. Thus, this work aimed to develop green analytical methodologies based on Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) and Digital Images for the identification and/or quantification of this type of adulteration. For this, a conventional benchtop NIR spectrophotometer was used, which was able to satisfactorily quantify both the adulteration and the fat content when coupled with the Successive Projection Algorithm for selection of intervals in Partial Least Squares Regression (iSPA- PLS), while PLS demonstrated the best results for the protein content. The prediction results were suitable for this purpose, since they achieved high correlation coefficients and low values of RMSEP (root mean square error of prediction) and REP (relative error of prediction), with RPD (ratio performance deviation) values higher than 3. However, considering that this type of adulteration does not depend on the amount of cow milk added to be characterized as a fraud, three different methodologies were developed for its rapid identification. In the first, using the same benchtop NIR equipment and PLS for Discriminant Analysis (PLS-DA), it was possible to identify additions of cow milk higher than 1% (m m-1 ), correctly classifying all pure and adulterated samples into their respective classes. Then, in order to make this methodology simple and portable, the suitability of using a miniaturized NIR and Digital Imaging as alternative low-cost analytical tools for the in situ detection of this type of adulteration was verified. In the case of the miniaturized NIR, the iSPA-PLS-DA attained the best predictive ability, correctly classifying a 100% of the pure goat milk samples and misclassifying only 1 adulterated sample as a pure one. Regarding the use of Digital Images, the best classification performance was obtained using the RGB color histogram and Data Driven-Soft Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA), reaching 90% of efficiency for discriminating the samples. Thus, considering both the cost, accessibility, and discriminant ability of the proposed methodologies, such techniques have proven to be adequate as quick and non-destructive tools for screening the authenticity of goat milk samples, with the potential to be applied in cooperatives and small industries. |
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Novas estratégias analíticas baseadas em espectroscopia no infravermelho próximo e imagens digitais para identificação e quantificação de adulterações em leite caprinoAlgoritmo das projeções sucessivasAutenticidadeProdutos lácteosNIR portátilCalibração multivariadaReconhecimento de padrõesSuccessive projections algorithmFood authenticityDairy productsPortable NIRMultivariate calibrationPattern recognitionCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOSAdulteration of goat milk by adding cow milk has been a common fraudulent practice that can result in economic losses and possible damage to consumer health. Thus, this work aimed to develop green analytical methodologies based on Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) and Digital Images for the identification and/or quantification of this type of adulteration. For this, a conventional benchtop NIR spectrophotometer was used, which was able to satisfactorily quantify both the adulteration and the fat content when coupled with the Successive Projection Algorithm for selection of intervals in Partial Least Squares Regression (iSPA- PLS), while PLS demonstrated the best results for the protein content. The prediction results were suitable for this purpose, since they achieved high correlation coefficients and low values of RMSEP (root mean square error of prediction) and REP (relative error of prediction), with RPD (ratio performance deviation) values higher than 3. However, considering that this type of adulteration does not depend on the amount of cow milk added to be characterized as a fraud, three different methodologies were developed for its rapid identification. In the first, using the same benchtop NIR equipment and PLS for Discriminant Analysis (PLS-DA), it was possible to identify additions of cow milk higher than 1% (m m-1 ), correctly classifying all pure and adulterated samples into their respective classes. Then, in order to make this methodology simple and portable, the suitability of using a miniaturized NIR and Digital Imaging as alternative low-cost analytical tools for the in situ detection of this type of adulteration was verified. In the case of the miniaturized NIR, the iSPA-PLS-DA attained the best predictive ability, correctly classifying a 100% of the pure goat milk samples and misclassifying only 1 adulterated sample as a pure one. Regarding the use of Digital Images, the best classification performance was obtained using the RGB color histogram and Data Driven-Soft Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA), reaching 90% of efficiency for discriminating the samples. Thus, considering both the cost, accessibility, and discriminant ability of the proposed methodologies, such techniques have proven to be adequate as quick and non-destructive tools for screening the authenticity of goat milk samples, with the potential to be applied in cooperatives and small industries.NenhumaA adulteração de leite caprino por adição de leite bovino tem sido uma prática fraudulenta comum que pode acarretar prejuízos econômicos e possíveis danos à saúde do consumidor. Assim, objetivou-se desenvolver metodologias analíticas verdes baseadas em Espectroscopia do Infravermelho Próximo (NIRS) e Imagens Digitais para identificação e/ou quantificação deste tipo de adulteração. Para isto, empregou-se inicialmente um espectrofotômetro NIR convencional de bancada, que, quando acoplado ao Algoritmo das Projeções Sucessivas para seleção de intervalos em regressão por Mínimos Quadrados Parciais (iSPA-PLS), foi capaz de quantificar satisfatoriamente este tipo de adulteração, além do teor de lipídeos, enquanto PLS demonstrou os melhores resultados para teor de proteínas. Os resultados de predição apresentaram-se adequados, tendo em vista os elevados coeficientes de correlação e os baixos valores de RMSEP (raiz do erro quadrático médio da predição) e REP (erro relativo da predição), com RPD (relação de desempenho do desvio) maior que 3. Contudo, considerando que, para caracterizar fraude, este tipo de adulteração independe da quantidade de leite bovino adicionada, foram desenvolvidas três diferentes metodologias para sua rápida identificação. Na primeira, utilizando o mesmo equipamento de bancada e PLS para Análise Discriminante (PLS-DA), foi possível identificar adições de leite bovino maiores que 1% (m m -1 ), classificando corretamente todas as amostras puras e adulteradas em suas respectivas classes. Em seguida, visando portabilizar e simplificar esta metodologia, foi verificada a adequabilidade da utilização de equipamento NIR portátil e de Imagens Digitais como ferramentas analíticas alternativas e de baixo custo para detecção in situ deste tipo de adulteração. No caso do NIR portátil, a melhor capacidade preditiva foi observada para iSPA-PLS-DA, classificando corretamente 100% das amostras de leite caprino puras e incluindo apenas 1 amostra adulterada na classe de amostras puras. No que diz respeito ao emprego de Imagens Digitais, o melhor desempenho de classificação foi obtido empregando-se o histograma de cor RGB e Data Driven-Soft Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA), alcançando 90% de taxa de eficiência na discriminação das amostras. Desta forma, ponderando o custo, a acessibilidade e a capacidade discriminante das metodologias propostas, tais técnicas demonstraram-se adequadas como ferramentas rápidas e não destrutivas para triagem da autenticidade de amostras de leite caprino, com aplicabilidade potencial em cooperativas e pequenas indústrias.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de AlimentosUFPBMaciel, Maria Inês Sucupirahttp://lattes.cnpq.br/2091651168946523Diniz, Paulo Henrique Gonçalves Diashttp://lattes.cnpq.br/2091651168946523Pereira, Elainy Virginia dos Santos2021-08-11T15:19:35Z2021-03-052021-08-11T15:19:35Z2020-03-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20659porhttp://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:UFPB2022-08-10T11:01:31Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/20659Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2022-08-10T11:01:31Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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Novas estratégias analíticas baseadas em espectroscopia no infravermelho próximo e imagens digitais para identificação e quantificação de adulterações em leite caprino Pereira, Elainy Virginia dos Santos Algoritmo das projeções sucessivas Autenticidade Produtos lácteos NIR portátil Calibração multivariada Reconhecimento de padrões Successive projections algorithm Food authenticity Dairy products Portable NIR Multivariate calibration Pattern recognition CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS |
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Adulteration of goat milk by adding cow milk has been a common fraudulent practice that can result in economic losses and possible damage to consumer health. Thus, this work aimed to develop green analytical methodologies based on Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) and Digital Images for the identification and/or quantification of this type of adulteration. For this, a conventional benchtop NIR spectrophotometer was used, which was able to satisfactorily quantify both the adulteration and the fat content when coupled with the Successive Projection Algorithm for selection of intervals in Partial Least Squares Regression (iSPA- PLS), while PLS demonstrated the best results for the protein content. The prediction results were suitable for this purpose, since they achieved high correlation coefficients and low values of RMSEP (root mean square error of prediction) and REP (relative error of prediction), with RPD (ratio performance deviation) values higher than 3. However, considering that this type of adulteration does not depend on the amount of cow milk added to be characterized as a fraud, three different methodologies were developed for its rapid identification. In the first, using the same benchtop NIR equipment and PLS for Discriminant Analysis (PLS-DA), it was possible to identify additions of cow milk higher than 1% (m m-1 ), correctly classifying all pure and adulterated samples into their respective classes. Then, in order to make this methodology simple and portable, the suitability of using a miniaturized NIR and Digital Imaging as alternative low-cost analytical tools for the in situ detection of this type of adulteration was verified. In the case of the miniaturized NIR, the iSPA-PLS-DA attained the best predictive ability, correctly classifying a 100% of the pure goat milk samples and misclassifying only 1 adulterated sample as a pure one. Regarding the use of Digital Images, the best classification performance was obtained using the RGB color histogram and Data Driven-Soft Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA), reaching 90% of efficiency for discriminating the samples. Thus, considering both the cost, accessibility, and discriminant ability of the proposed methodologies, such techniques have proven to be adequate as quick and non-destructive tools for screening the authenticity of goat milk samples, with the potential to be applied in cooperatives and small industries. |
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