• 제목/요약/키워드: near infrared reflectance spectroscopy

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근적외분광분석법과 Micro-Kjeldahl 법 간의 맥주보리 종실의 단백질함량 분석 비교 (Comparisons between Micro-Kjeldahl and Near Infrared Reflectance Spectroscopy for Protein Content Analysis of Malting Barley Grain)

  • 김병주;서득용;서형수
    • 한국작물학회지
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    • 제39권5호
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    • pp.489-494
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    • 1994
  • 맥주보리 품질에서 중요한 성분인 단백질함량을 NIRS를 이용하여 신원하고 정확하게 분석하기 위해 최적의 검양식 작성에 관한 일련의 시험을 실시한 결과는 다음과 같다. 1. Micro-Kjeldahl법에 의해 분석한 단백질함량을 이용하여 작성된 NIRS의 검양식중 2095 /1941/ 2282/ 2086nm 파장으로 구성된 검양식에서 결정계수($R^2$)가 0.95로서 가장 높았다. 2. NIRS의 2095/1941/2282/2086nm 파장으로 구성된 검양식으로 '92년도에 생산된 18품종을 분석한 결과 SDD가 0.47, SEP가 0.43, r이 0.95로서 매우 우수하였으며 평균 단백질함량도 Micro-Kjeldahl법의 10.25%와 동일하였다. 3. NIRS의 2095/1941/2282/2086nm 파장으로 구성된 검양식으로 '93년에 생산된 미지의 시료 31품종을 Micro-Kjeldahl법과 비교분석한 결과 SDD가 0.69, SEP가 0.67, r(simple correlation)이 0.91이었다. 4. 본 시험에서 작성된 NIRS의 검양식을 이용할 경우 Micro-Kjeldahl 분석치와 r값이 0.91로서 고도의 유의성이 인정되었으며 bias값을 보정해 주면 단백질함량의 평균값이 Micro-Kjeldahl법과 매우 근접된 값을 얻을 수 있어서 맥주보리 육종의 초기세대에서 단기간 다량의 계통을 분석할 수 있을 것으로 기대되었다.

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보리종실 성분분석을 위한 근적외선분광광도계의 이용방법 (Use of Near Infrared Reflectance Spectroscopy for Determination of Grain Components in Barley)

  • 김병주;박의호;서형수
    • 한국작물학회지
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    • 제40권6호
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    • pp.716-722
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    • 1995
  • 겉보리 품질에서 중요한 전분, $eta$-glucan, 단백질 및 회분을 근적외선분광분석법을 이용하여 신속하고 정확하게 분석할 수 있다면 양질의 겉보리 품종육성에 있어 선발효율을 높일 수 있을 것이다. 이러한 목적으로 겉보리 34계통을 공시하여 근적외선 분광광도계 Neotec 102를 이용한 근적외 스펙트럼과 각각의 화학분석치간의 중회귀분석에 의해 검량식을 작성하고 각 검량식별 측정 정확성을 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 전분함량 분석시 2272/2078/2053/2055nm의 4개 파장으로 구성된 검량식이 추정치 표준오차(SEP)가 2.75, 상관계수가 0.932로 측정 정확성이 높았다 2. $\beta$-glucan 함량분석은 2276/2086nm의 2개 파장으로 구성된 검량식에서 추정치 표준오차(SEP)가 0.643, 상관계수가 0.588을 나타내 유의성은 인정되지 않았으나 본 실험에 사용된 근적외선 분광광도계 파장영역이 넓은 기기를 사용한다면 분석은 가능할 것으로 생각되었다. 3. 단백질은 1932/2242/2110nm의 3개 파장으로 구성된 검량식의 추정치 표준오차(SEP)가 0.257로 낮았고, 상관계수가 0.984로 측정 정확성이 매우 높게 나타났다. 4. 회분은 2160/1943/1941nm의 3개 파장으로 구성된 검량식을 이용하여 NIRS로 분석가능할 것으로 판단되었다.

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ADVANTAGES OF USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS CALIBRATION TECHNIQUES TO NEAR-INFRARED AGRICULTURAL DATA

  • Buchmann, Nils-Bo;Ian A.Cowe
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
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    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
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    • pp.1032-1032
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    • 2001
  • Artificial Neural Network (ANN) calibration techniques have been used commercially for agricultural applications since the mid-nineties. Global models, based on transmission data from 850 to 1050 nm, are used routinely to measure protein and moisture in wheat and barley and also moisture in triticale, rye, and oats. These models are currently used commercially in approx. 15 countries throughout the world. Results concerning earlier European ANN models are being published elsewhere. Some of the findings from that study will be discussed here. ANN models have also been developed for coarsely ground samples of compound feed and feed ingredients, again measured in transmission mode from 850 to 1050 nm. The performance of models for pig- and poultry feed will be discussed briefly. These models were developed from a very large data set (more than 20,000 records), and cover a very broad range of finished products. The prediction curves are linear over the entire range for protein, fat moisture, fibre, and starch (measured only on poultry feed), and accuracy is in line with the performance of smaller models based on Partial Least Squares (PLS). A simple bias adjustment is sufficient for calibration transfer across instruments. Recently, we have investigated the possible use of ANN for a different type of NIR spectrometer, based on reflectance data from 1100 to 2500 nm. In one study, based on data for protein, fat, and moisture measured on unground compound feed samples, dedicated ANN models for specific product classes (cattle feed, pig feed, broiler feed, and layers feed) gave moderately better Standard Errors of Prediction (SEP) compared to modified PLS (MPLS). However, if the four product classes were combined into one general calibration model, the performance of the ANN model deteriorated only slightly compared to the class-specific models, while the SEP values for the MPLS predictions doubled. Brix value in molasses is a measure of sugar content. Even with a huge dataset, PLS models were not sufficiently accurate for commercial use. In contrast an ANN model based on the same data improved the accuracy considerably and straightened out non-linearity in the prediction plot. The work of Mr. David Funk (GIPSA, U. S. Department of Agriculture) who has studied the influence of various types of spectral distortions on ANN- and PLS models, thereby providing comparative information on the robustness of these models towards instrument differences, will be discussed. This study was based on data from different classes of North American wheat measured in transmission from 850 to 1050 nm. The distortions studied included the effect of absorbance offset pathlength variation, presence of stray light bandwidth, and wavelength stretch and offset (either individually or combined). It was shown that a global ANN model was much less sensitive to most perturbations than class-specific GIPSA PLS calibrations. It is concluded that ANN models based on large data sets offer substantial advantages over PLS models with respect to accuracy, range of materials that can be handled by a single calibration, stability, transferability, and sensitivity to perturbations.

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근적외선 분광법을 이용한 산지방목지 목초시료 화학적 성분 분석에 관한 연구 (Studies on Predicting Chemical Composition of Permanent Pastures in Hilly Grazing Area Using Near-Infrared Spectroscopy)

  • 박형수;이효진;이효원;고한종;정종성
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제37권2호
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    • pp.154-160
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    • 2017
  • 본 연구는 산지방목초지에서 채취한 목초 및 야초 혼합시료의 화학조성분석의 근적외선분광법 이용의 가능성을 탐색하기 위하여 실시하였다. 충남 서산의 한우개량사업소의 방목초지에서 2년간 386점의 목야초 혼합시료를 수집하였다. 재료를 이용하여 파장을 수집한 후 파장이 동일한 시료를 제외한 163점에 대해 습식분석을 하였다. 최적의 검량식 유도를 위하여 파장은 가시광선 및 근적외선 전대역을 사용한 것 그리고 가시광선대역을 사용하면서 동시에 T값을 2.5 및 1.5를 적용하여 최상의 검량식을 구하였다. 전체적으로 볼 때 근적외선 대역의 파장을 사용한 것이 검량식 결정계수값이 높았고 또한 검증식 역시 같은 경향이었다. T값은 습식분석치와 NIRS 예측치의 차가 더 적은 1.5를 적응하였을 때 검량 및 검증값이 더 높은 것으로 나타났다. 검량식의 $R^2$치는 0.48~0.93 사이 그리고 검증식은 0.35~0.88 사이였다. 조단백질, 조섬유, NDF에서 보다 만족스런 예측이 가능하였다.

토양검정에서 근적외 분광분석기의 이용 가능성 (Possible Use of NIR Spectroscopy for Soil Testing)

  • 유관식;조래광;박우철;김복진
    • 한국토양비료학회지
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    • 제34권4호
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    • pp.273-277
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    • 2001
  • 실험실에서의 기존의 토양분석방법은 많은 시약을 사용하고 분석시간이 많이 걸린다. 본 연구는 근적외 분광분석기를 이용하여 토양의 여러 가지 이화학성분에 대한 측정결과를 검토하였다. 토양시료를 몰탈로 갈아서 토양입자를 0.2mm의 체를 통과시킨 140점의 토양시료를 85점은 근적외 분광분석기(InfraAlyzer 500, Bran & Luebbe Co.)로 표준곡선을 작성하고 나머지 55점의 토양시료는 표준곡선을 이용하여 토양의 이화학성중에서 토양 pH, CEC, 치환성 Ca, Mg, K 및 유효규산, 휴믹산 및 전기전도도(EC)를 추정하였다. 표준곡선은 부분최소자승법을 이용하여 작성하였다. 토양시료를 곱게 분쇄하면 근적외선의 고른 확산반사를 얻을 수 있어서, 근적외 분광분석기를 이용하여 여러 기지 토양의 화학성을 수초내에 추정할 수 있어 토양검정에 이용할 수 있을 것으로 생각된다.

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근적외분광분석법에 의한 미질관련 성분 측정 (Rapid Evaluation of Chemical Components of Rice Grain Using Near Infrared Spectroscopy)

  • 황흥구;조래광;손재근;이수관
    • 한국작물학회지
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    • 제39권1호
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    • pp.7-14
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    • 1994
  • 쌀의 이화학적인 성분분석과 관능검사에 의한 식미검정으로 품질을 평가하는 방법은 많은 시간적, 경제적인 비용이 수반되므로 소량의 시료로 신속하고 정확하게 품질을 검정할 수 있는 방법이 확립되면 양질미 품종 육성의 선발 효율을 높이고 쌀 품질을 등급화하여 유통시장에서 품질 인증제 도입시 평가 방법으로 적용할 수 있을 것이다. 이러한 목적으로 벼 68품종을 공시하여 근적외 분광 분석기를 사용하여 근적외 스펙트럼과 몇가지 이화학특성치간의 중회귀 분석에 의해 각각의 검량식을 작성하여 미지의 시료로 측정정확도를 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 아밀로스함량 분석에서는 1파장에서 6파장으로 구성되는 5개의 검량식을 얻었으나 2208 및 2044nm의 2파장으로 구성된 검량식에서 측정정확도가 높았다. 2. 단백질함량 분석에서는 2파장에서 6파장으로 구성되는 5개의 검량식을 얻었으나 2220, 2236, 2128, 2152및 2092nm의 5파장으로 구성된 검량식에서 측정정확도가 높았다. 3. 무기성분인 Mg와 K 함량 분석에서는 각각 5개의 검량식을 얻었으나 Mg 함량은 1224, 1212, 1156 및 1204의 4파장 검량식에서 K 함량은 2304, 2292, 2260및 1152의 4파장 검량식에서 각각 측정 정확도가 높게 나타났다. 4. 확인용 시료의 이화학적 특성치와 근적외 분광 분석기에 의한 측정치간의 상관에서 상관계수는 단백질함량(0.93), K함량(0.83), Mg함량(0.80), 아밀로스함량(0.68)의 순으로 높았고, 모든 성분에서 높은 정의 유의한 상관이 인정되었다.

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수 처리 방법이 근적외선분광법을 이용한 옥수수 사일리지의 화학적 조성분 및 발효품질의 예측 정확성에 미치는 영향 (Mathematical Transformation Influencing Accuracy of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Calibrations for the Prediction of Chemical Composition and Fermentation Parameters in Corn Silage)

  • 박형수;김지혜;최기춘;김현섭
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제36권1호
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    • pp.50-57
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    • 2016
  • 본 연구는 국내산 원물 옥수수 사일리지의 품질을 신속하게 분석 평가하기 위한 NIRS DB 구축과 원물시료의 분석 예측능력을 향상시키기 위한 근적외선 스펙트라의 적정 수 처리 방법을 구명하기 위하여 수행되었다. 옥수수 사일리지는 전국 사료작물 사일리지 품질경연대회에 출품된 시료와 2014년부터 2015년까지 전국 조사료 품질검사 시범사업에 참여한 조사료 생산경영체, 농축협 TMR회사 및 생산농가에서 407점을 수집하였다. 옥수수 사일리지의 품질평가를 위한 NIRS DB 구축을 위해 수집된 시료를 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트라를 측정하고 측정된 시료는 실험실에서 화학적 분석을 실시하였다. 다양한 수 처리 방법에 따른 사료가치 및 발효품질의 예측정확성을 평가하기 위하여 원시 스펙트라를 미분처리하여 최적의 수처리 방법을 구명하였다. 옥수수 원물 사일리지의 수분함량 예측능력은 1차 미분처리(1, 16, 16)한 것으로 나타났으며 NDF와 ADF의 최적 수 처리는 두 성분 모두에서 2, 16, 16 처리가 예측 정확성이 가장 높게 나타났다. 조단백질 함량의 예측능력은 1차 미분처리(1, 4, 4)가 SECV 0.51과 $R^2{_{cv}}$ 0.72로 가장 우수한 예측능력을 나타내었다. 옥수수 사일리지의 발효산물인 산도(pH) 예측 정확성은 원물 스펙트라를 1차 미분처리(1, 8, 8)한 것으로 나타났으며 젖산과 초산의 예측능력은 2차 미분처리(2, 16, 16)에서 각각 SECV 0.81% 및 0.71%의 분석오차로 높게 나타났다.

NIS quality analysis of pre- and post-harvest sugarcane.

  • Johnson, Sarah E.;Berding, Nils
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
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    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
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    • pp.1621-1621
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    • 2001
  • The quality of sugarcane grown on the NE Australian tropical coast ($16^{\circ}$15'- $18^{\circ}$15' S Lat.) has declined markedly in the past seven years. This has been linked to dilution of mill-supply cane with increasing levels of non mature-stalk material consisting of leaves and sucker culms. The prime research objective was to examine the transition from the pre-harvest, in-field crop to harvested material sent for processing, in terms of quality and crop fraction proportions. A secondary objective was to quantify the effects of preharvest-season crop habit and culm condition on crop quality. Ten quadrat samples from each of 54 random crop sites (17 in 1999 and 37 in 2000), covering a wide range of variables (cultivar, crop class, and edaphic, topographic, climatic, and temporal factors) were collected immediately before harvest. Samples were partitioned into four fractions:- sound and unsound mature stalks (culms), sucker culms, and extraneous matter (leaves). Material harvested from each site was sampled and partitioned into four fractions:- sound and unsound billets (culm pieces), culm-spindle pieces, and leaf. In 2000, before harvest, 14 additional sites were sampled monthly, on three occasions, from March - June. Erect and non-erect culms were divided into sound and unsound classes. All samples were disintegrated and presented to a remote reflectance module of a scanning spectrophotometer using the BSES large cassette module. Near infra-red spectroscopic (NIS) analyses were developed for the rapid determination of quality components (Brix, commercial cane sugar (CCS), fibre, moisture, and polariscope reading). Calibrations for three material groups (culm (n = 639), non-culm (n = 496), and combined) were developed for all components using the 1999 data set. Two sub-sets (n = 178, and 190) of about 10% of the preharvest-season and harvest populations scanned in 2000 also were subjected to full routine laboratory analyses. The 1999 combined calibrations were excellent, but the culm calibrations produced consistently lower standard errors. Non-culm calibrations were marginally better than the combined for only CCS and pol. reading. Analysis of the 2000 culm data with calibrations using all 1999 and 2000 culm data resulted in better predictions relative to the 1999 culm calibrations. This also was true for the combined calibrations. Assessment of quality components in pre- and post-harvest sugarcane using NIS calibrations was more cost effective than using routine laboratory techniques. Outcomes from this NIS-facilitated research will have important economic consequences for the Australian sugarcane industry. Potential CCS present in mature culms is being discounted by dilution with leaves and sucker culms, threatening farm viability. The results question the efficacy of current harvesting technology. The CCS of harvested cane is improved only marginally over that of the in-field crop. Current harvesting technology requires either supplementary, innovative pre-mill processing or a design revolution to improve mill-supply cane quality, and therefore whole of industry economics. NIS-facilitated analyses, before the harvest season, highlighted the benefits of growing erect, sound crops. Loss of CCS then, can be minimized only by a combination of crop improvement and agronomic solutions, applied as part of sound on-farm management.

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THE NONDESTRUCTIVE MEASUREMENT OF THE SOLUBLE SOLID AND ACID CONTENTS OF INTACT PEACH USING VIS/NIR TRANSMITTANCE SPECTRA

  • Hwang, I.G.;Noh, S.H.;Lee, H.Y.;Yang, S.B.
    • 한국농업기계학회:학술대회논문집
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    • 한국농업기계학회 2000년도 THE THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON AGRICULTURAL MACHINERY ENGINEERING. V.II
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    • pp.210-218
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    • 2000
  • Since the SSC(soluble solid contents) and titratable acidity of fruit are highly concerned to the taste, the need for measuring them by non-destructive technology such as NIR(Visual and Near-infrared) spectroscopy is increasing. Specially, in order to grade the quality of each fruit with a sorter at sorting and packing facilities, technologies for online measurement satisfying the tolerance in terms of accuracy and speed should be developed. Many researches have been done to develop devices to measure the internal qualities of fruit such as SSC, titratable acidity, firmness, etc. with the VIS(Visual)/NIR(Near Infrared) reflectance spectra. The distributions of the SSC, titratable acidity, firmness, etc. are different with respect to the position and depth of fruit, and generally the VIS/NIR light can interact with fruit in a few millimeters of pathlength, and it is very difficult to measure the qualities of inner flesh of fruit. Therefore, to measure the average concentrations of each quality factor such as SSC and titratable acidity with the reflectance-type NIR devices, the spectra of fruit at several positions should be measured. Recently, the interest about the transmittance-type VIS/NIR devices is increasing. NIR light can penetrate through the fruit about 1/10-1/1,000,000 %. Therefore, very intensive light source and very sensitive sensor should be adopted to measure the transmitted light spectra of intact fruit. The ultimate purpose of this study was to develop a device to measure the transmitted light spectra of intact fruit such as apple, pear, peach, etc. With the transmittance-type VIS/NIR device, the feasibility of measurement of the SSC and titratable acidity in intact fruit cultivated in Korea was tested. The results are summarized as follows; A simple measurement device which can measure the transmitted light spectra of intact fruit was constructed with sample holder, two 500W-tungsten halogen lamps, a real-time spectrometer having a very sensitive CCD array sensor and optical fiber probe. With the device, it was possible to measure the transmitted light spectra of intact fruit such as apple, pear and peach. Main factors affecting the intensity of transmitted light spectra were the size of sample, the radiation intensity of light source and the integration time of the detector. Sample holder should be designed so that direct light leakage to the probe could be protected. Preprocessing method to the raw spectrum data significantly influenced the performance of the nondestructive measurement of SSC and titratable acidity of intact fruit. Representative results of PLS models in predicting the SSC of peach were SEP of 0.558 Brix% and R2 of 0.819, and those in predicting titratable acidity were SEP of 0.056% and R2 of 0.655.

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근적외선분광분석법에 의한 등숙시기별 보리종실의 성분측정 (Determination of Barley Grain Components at Different Maturing Stages by Near Infrared Reflectance Spectroscopic Analysis)

  • 김병주;박의호;서형수
    • 한국작물학회지
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    • 제41권1호
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    • pp.13-19
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    • 1996
  • 많은 보리계통의 주요 종실성분을 등숙초기단계에 신속하고 정확하게 분석하기 위한 근적외분광분석법의 이용가능성을 검토하기 위하여 겉보리 34계통을 재료로 출수후 25, 30, 35일에 각각 수확하였다. 이들 시료들을 대상으로 양질의 보리품종을 선발하는데 있어 품질면에 크게 영향을 미치는 전분, $\beta$-glucan, 단백질 및 회분성분을 일반분석법에 의해 분석한 뒤, 이 성적과 근적외분광광도계(NIRS)를 이용한 검량식(calibration equation)작성으로, 간접측정방법의 가능성을 검토하였다. 각 등숙시기별 성분별로 우수 검량식을 택하고 이를 이용하여 실분석치와의 상관정도를 검토함으로써 실행정확성을 판단하였는데 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 출수후 25일의 보리종실성분 중 전분은 2,163nm의 파장으로 구성된 검량식에서, $\beta$-glucan은 2,006nm 파장의 검량식에서 측정정확도가 높아 NIRS의 이용가능성이 있었으나 단백질 및 회분은 불가능한 것으로 나타났다. 2. 출수후 30일의 보리종실성분 중 전분은 2,053/2,082/2,235nm, $\beta$-glucan은 2,064/2,110nm, 단백질은 2,139/2,167/2,006/1,931nm로 구성된 검량식에서 각각 측정정확도가 높았으나 회분은 실분석치와의 유의성이 인정되지 않았다. 3. 출수후 35일 수확 종실의 경우 NIRS에 의한 전분과 단백질의 측정정확도가 높은 것으로 나타났으나 $\beta$-glucan및 회분은 유의성이 인정되지 않았다. 4. 출수후 35일 종실의 $\beta$-glucan은 흡광도 peak가 2,090nm에서 이루어져 분석이 되지 않았으며, 또한 회분은 세 시기 모두 계통간 성분변이 폭이 좁아 NIRS에 의한 분석이 어려울 것으로 판단되었다.

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