• Journal of Biosystems Engineering
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• 제42권4호
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• pp.293-300
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• 2017

Purpose: This study aims to propose a method for fast geographical origin discrimination between domestic and imported rice using a visible/near-infrared (VNIR) hyperspectral imaging technique. Methods: Hyperspectral reflectance images of South Korean and Chinese rice samples were obtained in the range of 400 nm to 1000 nm. Partial least square discriminant analysis (PLS-DA) models were developed and applied to the acquired images to determine the geographical origin of the rice samples. Results: The optimal pixel dimensions and spectral pretreatment conditions for the hyperspectral images were identified to improve the discrimination accuracy. The results revealed that the highest accuracy was achieved when the hyperspectral image's pixel dimension was $3.0mm{\times}3.0mm$. Furthermore, the geographical origin discrimination models achieved a discrimination accuracy of over 99.99% upon application of a first-order derivative, second-order derivative, maximum normalization, or baseline pretreatment. Conclusions: The results demonstrated that the VNIR hyperspectral imaging technique can be used to discriminate geographical origins of rice.

• 한국국제농업개발학회지
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• 제31권4호
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• pp.378-383
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• 2019

본 연구는 FT-IR 스펙트럼 데이터를 기반으로 다변량통계분석을 이용하여 생육 온도변화에 따른 파파야(Carica papaya L.)의 대사체 수준 식별을 통해 기후 변화에 대응하여 작물의 육종 연구의 기초자료로 활용하고자 한다. 1. FT-IR 스펙트럼 데이터로부터 PCA(principal component analysis), PLS-DA(partial least square discriminant analysis) 그리고 HCA(hierarchical clustering analysis) 분석을 실시하였다. 2. 파파야 품종은 1700-1500, 1500-1300, 1100-950 cm^-1부위에서 대사체의 양적, 질적 패턴 변화가 FT-IR 스펙트럼상에서 나타났다. FT-IR 스펙트럼의 1700-1500 cm^-1부위는 주로 Amide I 과 II을 포함하는 아미노산 및 단백질계열의 화합물들의 질적, 양적 정보를 나타내고, 1500-1300 cm^-1부위는 phosphodiester group을 포함한 핵산 및 인지질의 정보가 반영이 되고, 1100-950 cm^-1부위는 단당류나 복합 다당류를 포함하는 carbohydrates 계열의 화합물들이 질적, 양적 정보가 반영되는 부위이다. 3. PCA score plot 상측으로부터 +0℃(A)에서 +4℃(C)로 변화하는 것을 볼 수 있다. (A) 그룹은 주로 현재 기온에서 재배되는 파파야가 분포되면서 그룹을 형성하고 있고, (B) 그룹은 평년 기온에서 +2℃ 증가한 것을 가정하여 재배된 파파야가 그룹을 형성하였다. 또한, (C) 그룹은 (B) 그룹에서 +2℃, 평년 기온에서 +4℃ 증가한 것을 가정하여 재배된 파파야가 그룹을 형성하였다. 4. PLS-DA 분석의 경우 PCA 분석보다 생육온도에 따른 그룹 간 식별이 뚜렷하게 나타났다. 5. 본 연구에서 확립된 파파야 생육온도에 따른 대사체 수준 식별 기술은 파파야의 품종, 계통의 신속한 선발 수단으로 활용이 가능할 것으로 기대되며 육종을 통한 신품종개발 가속화에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

• Animal Bioscience
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• 제37권5호
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• pp.918-928
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• 2024

Objective: The adulteration of raw beef (BMr) with dog meat (DMr) and pork (PMr) becomes a serious problem because it is associated with halal status, quality, and safety of meats. This research aimed to develop an effective authentication method to detect non-halal meats (dog meat and pork) in beef using metabolomics approach. Methods: Liquid chromatography-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS) using untargeted approach combined with chemometrics was applied for analysis non-halal meats in BMr. Results: The untargeted metabolomics approach successfully identified various metabolites in BMr DMr, PMr, and their mixtures. The discrimination and classification between authentic BMr and those adulterated with DMr and PMr were successfully determined using partial least square-discriminant analysis (PLS-DA) with high accuracy. All BMr samples containing non-halal meats could be differentiated from authentic BMr. A number of discriminating metabolites with potential as biomarkers to discriminate BMr in the mixtures with DMr and PMr could be identified from the analysis of variable importance for projection value. Partial least square (PLS) and orthogonal PLS (OPLS) regression using discriminating metabolites showed high accuracy (R² >0.990) and high precision (both RMSEC and RMSEE <5%) in predicting the concentration of DMr and PMr present in beef indicating that the discriminating metabolites were good predictors. The developed untargeted LC-HRMS metabolomics and chemometrics successfully identified non-halal meats adulteration (DMr and PMr) in beef with high sensitivity up to 0.1% (w/w). Conclusion: A combination of LC-HRMS untargeted metabolomic and chemometrics promises to be an effective analytical technique for halal authenticity testing of meats. This method could be further standardized and proposed as a method for halal authentication of meats.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제65권4호
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• pp.439-446
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• 2022

콩은 양질의 단백질과 지방산이 풍부하며, 세계적으로 가장 많이 사용되는 형질전환작물(GM) 중 하나이다. 국내에서 GM콩은 주로 광안을 모본으로 하여 개발되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 비표적 LC-MS 기반 대사체 분석기술을 이용하여 2020년도에 군위와 전주에서 재배한 광안과 세 일반콩의 대사체 프로파일을 비교분석 하였다. Partial least square-discriminant analysis (PLS-DA) 분석을 통하여 대사체 프로파일들은 품종별로 잘 분리되었으며, 페닐알라닌과 이소플라본, 지방산을 포함하여 18종 물질이 관여하는 것으로 확인하였다. PLS-DA 스코어 플롯에서 콩 4품종은 지역별로 클러스터를 형성하였으며, 이는 재배환경이 대사물질의 변화에 영향을 준 것으로 판단된다. 광안은 다른 품종들에 비하여 이소플라본 함량이 가장 낮았으며, 리놀렌산 함량은 가장 높았다. 광안을 이용하여 개발된 생명공학콩의 실질적동등성 평가의 경우 광안의 대사체 프로파일 특성을 고려한 비교품종 선정 등에 관하여 고찰하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제28권12호
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• pp.1971-1981
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• 2018

In this study, we investigated the altered enzymatic activities and metabolite profiles of koji fermented using varying permutations of Aspergillus oryzae and/or Bacillus amyloliquefaciens. Notably, the protease and ${\beta}$-glucosidase activities were manifold increased in co-inoculated (CO) koji samples (co-inoculation of A. oryzae and B. amyloliquefaciens). Furthermore, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-based metabolite profiling indicates that levels of amino acids, organic acids, sugars, sugar alcohols, fatty acids, nucleosides, and vitamins were distinctly higher in CO, SA (sequential inoculation of A. oryzae, followed by B. amyloliquefaciens), and SB (sequential inoculation of B. amyloliquefaciens, followed by A. oryzae). The multivariate principal component analysis (PCA) plot based on GC-MS datasets indicated a clustered pattern for MA and MB (koji samples inoculated either with A. oryzae or B. amyloliquefaciens) across PC2 (20.0%). In contrast, the CO, SA, and SB metabolite profiles displayed segregated patterns across PLS1 (22.2%) and PLS2 (21.1%) in the partial least-square discriminant analysis (PLS-DA) model. Intriguingly, the observed disparity in the levels of primary metabolites was engendered largely by higher relative levels of sugars and sugar alcohols in MA, SA, and CO koji samples, which was commensurate with the relative amylase activities in respective samples. Collectively, the present study emphasizes the utility of integrated biochemical and metabolomic approaches for achieving the optimal permutation of fermentative inocula for industrial koji preparation.

• 농업과학연구
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• 제39권1호
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• pp.117-123
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• 2012

Pathogenic fungi and bacteria such as Pectobacterium atrosepticum, Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus, Verticillium albo-atrum, and Rhizoctonia solani were the major microorganism which causes diseases in seed potato during postharvest process. Current detection method for disease-infected seed potato relies on human inspection, which is subjective, inaccurate and labor-intensive method. In this study, a reflectance spectroscopy was used to classify sound and disease-infected seed potatoes with the spectral range from 400 to 1100 nm. Partial least square discriminant analysis (PLS-DA) with various preprocessing methods was used to investigate the feasibility of classification between sound and disease-infected seed potatoes. The classification accuracy was above 97 % for discriminating disease seed potatoes from sound ones. The results show that Vis/NIR reflectance method has good potential for non-destructive sorting for disease-infected seed potatoes.

• Natural Product Sciences
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• 제24권3호
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• pp.164-170
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• 2018

Rapid geographical classification of Bupleuri Radix is important in quality control. In this study, near infrared spectroscopy (NIRS) combined with supervised pattern recognition was attempted to classify Bupleuri Radix according to geographical origins. Three supervised pattern recognitions methods, partial least square discriminant analysis (PLS-DA), quadratic discriminant analysis (QDA) and radial basis function support vector machine (RBF-SVM), were performed to establish the classification models. The QDA and RBF-SVM models were performed based on principal component analysis (PCA). The number of principal components (PCs) was optimized by cross-validation in the model. The results showed that the performance of the QDA model is the optimum among the three models. The optimized QDA model was obtained when 7 PCs were used; the classification rates of the QDA model in the training and test sets are 97.8% and 95.2% respectively. The overall results showed that NIRS combined with supervised pattern recognition could be applied to classify Bupleuri Radix according to geographical origin.

• 비파괴검사학회지
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• 제34권1호
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• pp.31-37
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• 2014

본 논문에서는 가시광 및 근적외선(VIS/NIR) 분광기술을 이용하여 혈란을 비파괴적으로 검출할 수 있는 측정방법을 개발하고자 하였다. 실험에 사용된 혈란 시료는 0.1 mL, 0.07 mL, 0.04 mL, 0.01 mL의 닭의 혈을 인공적으로 노른자 주변에 주입하여 제작하였다. 분석을 위해 사용된 스펙트럼 영역은 471 ~ 1154nm 이었으며, 스펙트럼 해상도는 1.5 nm이었다. 혈란 측정을 위한 두 개 광원의 각도는 30도이었으며 광원과 시료간 거리는 100 mm로 설정하였다. 또한 광원의 열로 인해 시료가 손상되지 않도록 측정을 위한 노출시간은 30 ms으로 설정하였다. 측정된 스펙트럼에 부분최소자승 분류방법(PLS-DA)을 적용하여 선별모델을 개발하였다. 개발된 모델들로 분석한 결과 혈란의 선별 정확도는 0.1 mL, 0.07 mL 0.04 mL, 0.01 mL 혈란 시료에 대해 각각 97.9%, 97.9%, 94.8%, 86.5% 이었다. 가시광 및 근적외선 스펙트럼 기술은 0.04 mL 이상의 혈점이 포함된 혈란을 비파괴적으로 선별 할 수 있는 가능성을 보여 주었다.

• 산업식품공학
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• 제15권2호
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• pp.136-142
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• 2011

본 연구에서는 정상 콩과 이에 혼입되는 이물질을 판별하기 위해 900 nm에서 1800 nm의 파장대역에서 단색화장치가 장착된 근적외선 분광장치를 이용하여 획득된 콩과 이물질의 반사 스펙트럼의 세기를 이용하여 각각의 판별예측모델을 개발하고 그 성능과 판별정확도를 검증해보았다. 정상콩 60 립과 이물질 60 점을 각각 2 회 반복하여 측정한 총 240 개의 반사스펙트럼에 대해서 모델 개발용인 calibration group으로 168 개를, 나머지 72 개는 개발된 모델을 예측하는 prediction group으로 나누어 사용하였다. 획득된 스펙트럼은 광원의 불안정함, 시료의 크기와 형태에서 기인되는 여러 변이들을 최소화하기 위해 다양한 수학적인 전처리를 적용하였으며 판별예측모델의 개발을 위해 PLS-DA와 SIMCA 방법을 사용하여 모델의 예측 성능과 판별율을 검토하였다. PLS-DA에서 모델 개발에 사용된 84 개의 정상 콩 스펙트럼 CLASS I은 적용된 모든 전처리에서 100%의 판별율을 보여주었으며 이물질 스펙트럼 CLASS II에서도 SNV 전처리를 제외하고는 모두 100% 이물질로 판별하여 분류하였다. 개발된 PLS-DA의 모델에 대한 prediction group의 검증에 있어서는 평균값 정규화 전처리 방법이 정상 콩과 이물질에서 100% 판별율을 보여주었다. SIMCA를 이용한 이물질 판별예측모델 개발은 PLS-DA와 비교할 때 상대적으로 저조한 판별율 결과를 나타냈으며 최대값 정규화와 일정 범위값 정규화의 전처리 방법을 적용한 모델이 평균 판별율 94.4%로 다소 양호한 결과를 보여주었다. 따라서 콩에 혼입되어 있는 이물질을 판별하는 시스템을 개발하는 데 있어서 근적외선 분광장치를 이용하여 획득한 반사도 스펙트럼은 PLS-DA로 판별예측모델을 개발하고 최적의 전처리 방법을 적용한다면 콩과 이물질의 선별시에 보다 나은 판별율을 얻을 수 있을 것이다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제42권3호
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• pp.257-264
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• 2015

본 연구에서는 식물조직배양기법을 통해 생산된 부정근과 이들의 표준 한약자원 약용부위에서 추출된 전세포추출물의 FT-IR스펙트럼 분석을 통해 대사체 수준에서의 동등성을 비교 분석함으로써 보다 안전하고, 균일한 한약자원 약용부위의 대체 공급수단을 개발하고자 하였다. 이를 위해 대표적인 한약자원 품목인 백수오(Cynanchum wilfordii), 백출(Atractylodes japonica), 하수오(Polygonum multiflorum), 그리고 황기(Astragalus membranaceus) 등 4 종류 약용식물의 표준 한약자원 약용부위와 기내에서 생산된 이들의 부정근들을 FT-IR 분석에 사용하였다. FT-IR 스펙트럼 데이터의 PCA (principal component analysis)와 PLS-DA (partial least square discriminant analysis) 분석결과 백수오와 황기의 표준 약용부위 시료들 사이에서 전체 대사체 패턴이 매우 유사함을 알 수 있었다. 특히 이들 한약자원 품목들의 경우 기내생산 부정근 시료들과도 전체 대사체 패턴이 매우 유사함을 알 수 있었다. 본 결과로 미루어볼 때 백수와 황기의 경우 기내에서 대량생산된 부정근이 이들 한약자원 품목의 약용부위에 대한 새로운 공급수단으로 활용이 가능함을 보여주는 결과라 사료된다. 그러나 백출과 하수오의 부정근 시료들의 경우 전체 대사체 패턴이 이들의 표준 약용부위 시료들과 차이를 보였다. 또한 본 연구를 통하여 다양한 한약자원 품목들의 약용부위 시료들로부터 빠르고 간편하게 전체 대사체 수준에서 유사도 비교가 가능함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 확립된 FT-IR 스펙트럼기반 다변량통계분석 기술은 다양한 한약자원 약용부위 시료들의 대사체 수준 동등성을 식별하는 수단으로 활용이 가능할 것으로 기대된다. 더 나아가 본 기술이 한약자원품목들의 성분 표준화에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.