Juntae Kim;Hary Kurniawan;Mohammad Akbar Faqeerzada;Geonwoo Kim;Hoonsoo Lee;Moon Sung Kim;Insuck Baek;Byoung-Kwan Cho
Food Science of Animal Resources
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v.43
no.6
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pp.1150-1169
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2023
Edible insects are gaining popularity as a potential future food source because of their high protein content and efficient use of space. Black soldier fly larvae (BSFL) are noteworthy because they can be used as feed for various animals including reptiles, dogs, fish, chickens, and pigs. However, if the edible insect industry is to advance, we should use automation to reduce labor and increase production. Consequently, there is a growing demand for sensing technologies that can automate the evaluation of insect quality. This study used short-wave infrared (SWIR) hyperspectral imaging to predict the proximate composition of dried BSFL, including moisture, crude protein, crude fat, crude fiber, and crude ash content. The larvae were dried at various temperatures and times, and images were captured using an SWIR camera. A partial least-squares regression (PLSR) model was developed to predict the proximate content. The SWIR-based hyperspectral camera accurately predicted the proximate composition of BSFL from the best preprocessing model; moisture, crude protein, crude fat, crude fiber, and crude ash content were predicted with high accuracy, with R2 values of 0.89 or more, and root mean square error of prediction values were within 2%. Among preprocessing methods, mean normalization and max normalization methods were effective in proximate prediction models. Therefore, SWIR-based hyperspectral cameras can be used to create automated quality management systems for BSFL.
The soil prediction can provide quantitative soil information for sustainable mountainous ecosystem management. Visible near infrared spectroscopy, one of soil prediction methods, has been applied to predict several soil properties with effective costs, rapid and nondesctructive analysis, and satisfactory accuracy. Spectral preprocessing is a essential procedure to correct noisy spectra for visible near infrared spectroscopy. However, there are no attempts to evaluate various spectral preprocessing methods. We tested 5 different pretreatments, namely continuum removal, Savitzky-Golay filter, discrete wavelet transform, 1st derivative, and 2nd derivative to predict soil carbon(C) and nitrogen(N). Partial least squares regression was used for the prediction method. The total of 153 soil samples was split into 122 samples for calibration and 31 samples for validation. In the all range, absorption was increased with increasing C contents. Specifically, the visible region (650nm and 700nm) showed high values of the correlation coefficient with soil C and N contents. For spectral preprocessing methods, continuum removal had the highest prediction accuracy(Root Mean Square Error) for C(9.53mg/g) and N(0.79mg/g). Therefore, continuum removal was selected as the best preprocessing method. Additionally, there were no distinct differences between Savitzky-Golay filter and discrete wavelet transform for visual assessment and the methods showed similar validation results. According to the results, we also recommended Savitzky-Golay filter that is a simple pre-treatment with continuum removal.
Three modes of VIS/NIR spectroscopic measurement (interactance and two modes of transmission) were compared for their ability to estimate soluble solids content (SSC) of 'Shingo' pear non-destructively. The two transmission modes are named as full- and semi-transmission, where full-transmission stands for passing of light through abdomen of pear and semi-transmission is for transit of light mainly through flesh of pear. For comparison of the modes, prediction models developed from the collected spectroscopic data by the three modes were developed and tested for comparison of their performance. Partial least square regression (PSLR) was used to develop the models and various pre-processing methods were applied to develop models of high accuracy. The experiment was repeated three times with pears produced in different regions. The experiments resulted that selection of pre-processing is very important to attain accurate models, and multiplicative scatter correction (MSC) was selected as a pre-processor of high accuracy for the three modes of spectroscopic measurement in every experiment. Except for MSC, different group of pre-processing methods were selected for the three modes of measurement in every experiment without any tendency to the tested modes of measurement and pears of different produced region. Root-mean-square error of prediction (RMSEP) of prediction models of the three modes of measurement using prepreocessor of MSC were compared for their ability to estimate SSC. The models resulted in ranges of $0.37{\sim}0.57^{\circ}Brix$, $0.65{\sim}0.72^{\circ}Brix$, $0.39{\sim}0.51^{\circ}Brix$ for interactance, full- and semi-transmission, respectively. As shown, modes of semi-transmission and interactance resulted about the same level of prediction accuracy and were noted as modes of high performance to predict SSC.
In this study, near infrared (NIR) spectroscopy known as a non-destructive analysis technique was applied to investigate peptide cleavage and consequent release of amino acids in soybean lumps as affected by its moisture content and incubation time during fermentation at 25 for 3 weeks. The NIR spectra of the soybean lump semi-dried and soaked in saline water showed that absorption intensity around 1,400 nm originating from hydrogen bonds of water decreased and absorption band shifted to 1,430 nm as moisture content decreased during incubation at 25 for 3 weeks. In addition, absorption around 2,050 nm which was assigned to amino groups increased as incubation time increased. NIR spectra data from 1,000 to 2,250 nm showed higher accuracy in the discriminant analysis between outside and inside parts of fermented soybean lumps than visible spectra result. NIR spectroscopy for the amino acid and moisture contents in traditional fermented soybean lumps showed relatively good accuracy with the multiple correlation coefficient ($R^2$) of 0.91 and 0.81, respectively, and root mean square error of cross validation (RMSECv) of 0.23 and 0.83%, respectively, in partial least square regression (PLSR). These results indicate that NIR spectral observations could be applicable to control the fermentation process for preparation of soybean products.
Proceedings of the Korean Society of Near Infrared Spectroscopy Conference
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2001.06a
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pp.1262-1262
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2001
The rice plant is one of the important staple crops in Korea. The high yield with low cost in rice is required the soil fertility and the development of new precise method of fertilizer application by nutritional diagnosis. Now, in Korea, the nitrogen application system for the rice plant is composed of the basal fertilization, fertilization at tillering stage and fertilization at panicle stage, which the nitrogen fertilization at panicle stage amount to about 30 percent in the total amount. Thus, this experiment carried out to the development of the system that can measure the nitrogen content in the rice plant at panicle stage rapidly with the near infrared spectroscopy, and to predict the appropriate quantity of the nitrogen fertilization at panicle stage based on calibration model for test of nitrogen content in rice plant. The samples were collected from 48 varieties in 4 regions which are mainly cultivated in the southern part of Korea. And then, it collected by classifying into the leaf, the whole plant and the stem since 7 days before the nitrogen fertilization at panicle stage. The ranges of the nitrogen contents were 1.6∼4.0%, 1.7∼3.0% and 1.4∼2.7% in the leaf, the whole plant and the stem, respectively. In the calibration models created by each part of the plant under the Multiple Linear Regression(MLR) method, the calibration model for the leaf recorded the relatively high accuracy. The mutual crossing test on unknown samples were carried out using Partial Least Square(PLS) calibration model. That is, the nitrogen content in the stem was tested by calibration model made by the leaf model and that of stem was tested by calibration model made by whole plant sample. When unknown leaf sample was tested by calibration model made by all sample that collected from each part in rice plant such as leaf, stem and whole plant, it recorded the highest accuracy. As a result, to test the nitrogen content in the rice plant at panicle stage, the nitrogen content in the leaf shall be tested by the calibration model composed of the leaf, the stem and the whole plant. In future, to estimated the amount of nitrogen fertilization at panicle stage for rice plant , it will be calculated based on regression model between rice yield and nitrogen content of leaf measured by calibration model made by mixed sample including leaf, stem and whole plant.
Proceedings of the Korean Society of Near Infrared Spectroscopy Conference
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2001.06a
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pp.1281-1281
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2001
Near-infrared (NIR) spectra have bean measured for high-density (HDPE), linear low-density (LLDPE), and low-density (LDPE) polyethylene in pellet or thin films. The obtained spectra have been analyzed by conventional spectroscopic analysis methods and chemometrics. By using the second derivative, principal component analysis (PCA), and two-dimensional (2D) correlation analysis, we could separate many overlapped bands in the NIR. It was found that the intensities of some bands are sensitive to density and crystallinity of PE. This may be the first time that such bands in the NIR region have ever been discussed. Correlations of such marker bands among the NIR spectra have also been investigated. This sort of investigation is very important not only for further understanding of vibration spectra of various of PE but also for quality control of PE by vibrational spectroscopy. Figure 1 (a) and (b) shows a NIR reflectance spectrum of one of the LLDPE samples and that of PE, respectively. Figure 2 shows a PC weight loadings plot of factor 1 for a score plot of PCA for the 16 kinds of LLDPE and PE based upon their 51 NIR spectra in the 1100-1900 nm region. The PC loadings plot separates the bands due to the $CH_3$ groups and those arising form the $CH_2$ groups, allowing one to make band assignments. The 2D correlation analysis is also powerful in band enhancement, and the band assignments based upon PCA are in good agreement with those by the 2D correlation analysis.(Figure omitted). We have made a calibration model, which predicts the density of LLDPE by use of partial least square (PLS) regression. From the loadings plot of regression coefficients for the model , we suggest that the band at 1542, 1728, and 1764 nm very sensitive to the changes in density and crystalinity.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.41-41
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2017
본 연구는 초분광 영상을 이용하여 수박 모종의 수분함량을 비파괴적으로 추정하기 위해 수행되었다. 단계적으로 수분 스트레스를 받은 수박(n=45) 모종을 초분광 영상시스템으로 촬영하여 모종 영역의 반사율을 추출하였고, 매 촬영 후 모종의 생체중과 건물중을 측정하여 수분함량을 계산하였다. 모종의 반사율과 계측된 수분함량을 변수로 하여 Partial Least Square Regression(PLSR) 분석을 이용하여 수분 추정 모델을 구축하였다. 수분 추정모델을 작성한 결과 Calibration(Cal.)의 정확도($R^2$)는 0.66, 정밀도(RMSE 및 RE)는 각각 1.06%, 1.14%로 나타났다. 수박 모종의 수분함량 추정모델의 정밀도는 상당히 높게 나타났으나 정확도는 낮게 나타났다. 정확도를 개선하기 위해 Confidence ellipses의 신뢰구간을 95%로 설정하였을 때 3개의 모종이 타원 밖에 위치하는 것을 발견하였으며 이를 제거 후 재분석을 하였다. 3개의 모종을 제외한 수박 모종의 수분함량 추정모델의 정확도는 0.82, 정밀도는 0.73%, 0.78%로 나타났다. 3개의 모종을 제외함으로서 모델의 정확도 및 정밀도가 상승하여 3개의 모종이 정확도 및 정밀도를 낮추는 원인이라 판단된다. 작물은 가뭄스트레스를 받을수록 반사율이 낮아지지만(Yang et al., 2010) 3개의 모종은 다른 모종의 수분함량에 비해 반사율이 큰 차이를 나타내어 정확도 및 정밀도를 낮춘 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 초분광 영상을 이용하여 수박 모종의 수분함량 추정가능성을 시사하였고, 모델의 정확도를 개선하기 위해 샘플 수 및 수분함량의 변이를 증가시키는 것이 필요하다고 판단된다.
Park, Hyung Soo;Choi, Ki Choon;Kim, Ji Hye;So, Min Jeong;Lee, Ki Won;Lee, Sang Hoon
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.35
no.2
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pp.125-130
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2015
The objective of this study was to investigate the feasibility of using near infrared spectroscopy (NIRS) to discriminate between grass spices. A combination of NIRS and chemometrics was used to discriminate between Italian ryegrass, perennial ryegrass, and tall fescue seeds. A total of 240 samples were used to develop the best discriminant equation, whereby three spectra range (visible, NIR, and full range) were applied within a 680 nm to 2500 nm wavelength. The calibration equation for the discriminant analysis was developed using partial least square (PLS) regression and discrimination equation (DE) analysis. A PLS discriminant analysis model for the three spectra range that was developed with the mathematic pretreatment "1,8,8,1" successfully discriminated between Italian ryegrass, perennial ryegrass, and tall fescue. An external validation indicated that all of the samples were discriminated correctly. The discriminant accuracy was shown as 68%, 78%, and 73% for Italian ryegrass, perennial ryegrass, and tall fescue, respectively, with the NIR full-range spectra. The results demonstrate the usefulness of the NIRS-chemometrics combination as a rapid method for the discrimination of grass species by seed.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.44
no.3
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pp.442-448
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2015
The aim of this study was to investigate the effects of guar gum on the rheological behaviors, sensory attributes, and consumer acceptability of soft tofu stew sauce. Five different soft tofu stew sauces were commercially manufactured with various levels of guar gum (0.0, 0.1, 0.2, 0.4, and 0.5%). Twelve sensory attributes of the stew sauces were identified by nine trained descriptive panelists, whereas hedonic levels of the stew sauces were assessed by a group of 51 consumers. Steady flow of the stew sauces were measured by a rheometer. Significant differences were observed in terms of sensory saltiness and viscosity among the products. For the consumer test, 0.1% guar gum-added product was most liked by consumers. Partial least square regression showed sensory shellfish, green onion, and shrimp flavors to be key factors affecting overall acceptability for the stew sauces. For rheological behaviors, 0.0, 0.1, and 0.2% guar gum-added products showed newtonian behaviors ($R^2$=0.99 by power law model), whereas 0.4 and 0.5% products followed pseudoplastic behaviors ($R^2$=0.99 by power law model). Based on the established equivalence table using rheological and consumer data, smaller than 0.0114 ($Pa{\cdot}s$) of the apparent viscosity should be necessary to guarantee 'slightly like' category in a consumer hedonic test. It seems that addition of guar gum not only influenced rheological properties but overall acceptability for the stew sauces.
Kadim, I.T.;Mahgoub, O.;Al-Marzooqi, W.;Annamalai, K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.18
no.7
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pp.1036-1040
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2005
Near-infrared reflectance spectroscopic (NIRS) calibrations were developed for accurate and fast prediction of whole broiler chicken carcass composition. The Feed and Forage Foss systems Model 5000 Reflectance Transport Model 5000 with near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS)-WinISI II windows software was used for this purpose. One equation was developed for the prediction of each carcass component. One hundred and fifty freeze dried broiler whole carcass samples were ground in a Cyclotech 1,093 sample mill and analyzed for dry matter, protein, fat, calcium and phosphate. Samples were divided into two sets: a calibration set from which equations were derived and a prediction set used to validate these equations. The chemical analysis values (mean${\pm}$SD) were calculated based on dry matter basis as follows: dry matter: 33.41${\pm}$2.78 (range: 26.41-43.47), protein: 54.04${\pm}$6.63 (range: 36.20-76.09), fat 35.44${\pm}$8.34 (range: 7.50-55.03), calcium 2.55${\pm}$0.65 (range: 0.99-4.41), phosphorus 1.38${\pm}$0.26 (range: 0.60-2.28). One hundred and three samples were used to calibrate the equations and prediction values. The software used was modified to obtain partial least square regression statistics, as it is the most suitable for natural products analysis. The coefficients of determination ($R^2$) and the standard errors of prediction were 0.82 and 1.83 for the dry matter, 0.96 and 1.98 for protein, 0.99 and 1.07 for fat, 0.90 and 0.30 for calcium and 0.91 and 0.11 for phosphorus, respectively. The present study indicated that NIRS can be calibrated to predict the whole broiler carcass chemical composition, including minerals in a rapid, accurate, and cost effective manner. It neither requires skilled operators nor generates hazardous waste. These findings may have practical importance to improve instrumental procedures for quick evaluation of broiler carcass composition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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