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문제 정의
- 본 연구의 목적은 N1R 분광분석법을 흑자색미의 C3G 함량 분석에 이용할 수 있도록, FT-NIR을 이용한 흑자색미의 C3G 분석의 예측값과 HPLC 측정값의 정확도를 비교하여 흑자색 미의 C3G 함량 예측 모델을 개발하는 것이다.
제안 방법
- 흑자색미의 NIR spectrum을 측정하기 위하여 FT-NIR 분광 분석기(FT-NIR N-200, Buchi, Switzerland)를 이용하였다. 1, 000 nm~2, 500 nm의 파장 영역에서 2nm 간격으로 스펙트럼을 측정하였으며, FT-NIR의 운영 프로그램인 NIRLabWare (FT-NIR N-200, Buchi, Switzerland)를 이용하였다. 흑자색현 미 종자를 3 cm petridish에 2 cm 높이로 취하여 시료에 광선을 각각 3회 주사하였고 측정된 간섭파장을 FT(Fourier Transform) 변환을 통하여 스펙트럼으로 저장하였다.
- NIR 분석값과 비교하기 위해 HPLC를 이용하여 흑자색미의 C3G 함량을 측정하였다. 흑진주벼와 수원425호를 교배하여 얻은 F10 계통을 분석한 결과, C3G 함량은 0-2, 400 mg/100g 현미의 다양한 함량변이를 보였다.
- NIR 파장의 빛 이 시료에 닿아 C-H, C-0와 같은 구조에서 흡수되고 산란, 반사한 광선을 detector가 감지하여 흡수한 양을 측정한다. C3G 함량이 높은 흑자색미는 광원에서 나온 NIR을 흡수하는 양이 많아 반사되는 광의 양이 적게 발생하였다(Fig.
- 개발된 모델의 평가는 교정부 오차(Standard Error of Estimation, SEE), 검증부 오 차(Standard Error of Prediction, SEP), SEE와 SEP의 상관 식인 Consistency, 회귀계수(Regression Coefficient), 검증부의 편차(Validation Bias)를 이용하였다. 또한, NIRCal 4.21 (FT- NIR N-200, Buchi, Switzerland)의 기능인 Q-value(Quality Value)를 이용하여 가장 우수한 모델을 선정하였다.
- 흑진주벼와 수원425호를 교배하여 얻은 F10 계통을 분석한 결과, C3G 함량은 0-2, 400 mg/100g 현미의 다양한 함량변이를 보였다. 분석에 이용한 집단은 C3G 가 높은 계통만을 선발하여 세대진전한 교배집단으로, 교배모본인 흑진주벼의 함량(500mg/100g 현미)보다 높은 1,000 mg/100 g 현미 이상의 계통을 분석하였다.
- 21 프로그램으로 부 분최소자승법(PLS)을 이용한 다중회귀모델을 개발하였다. 총 385개의 시료 중 임의의 276개 스펙트럼을 이용하여 흑자색미의 C3G 함량 예측 모델을 개발하였으며, 나머지 109개의 스펙트럼을 이용하여 모델의 적합성을 검증하였다. 개발한 모델은 1,000~2,500nm의 파장 영역에서 스펙트럼 전처리인.
- 1% Trifluoroacetic acid(TFA)-95% Ethanol용매 20 ml로 3시간씩 3회에 걸쳐 상온에서 반복 추출하였다. 추출액을 여과지(WSatman No. 2)를 이용하여 여과한 후 회 전감압농축기로 농축하였으며 , 최종 25 ml로 정량하여 분석하였다.
- 흑자색미에 함유된 C3G 함량 분석은 HPLC(Waters 510pump, millipore gradient controller, Waters 480 UV-Vis detector)를 이용하였다. 컬럼은 ODS・5(4.
- 흑자색미에 함유된 안토시아닌 색소의 추출은 곱게 분쇄된현미가루 2 g을 0.1% Trifluoroacetic acid(TFA)-95% Ethanol용매 20 ml로 3시간씩 3회에 걸쳐 상온에서 반복 추출하였다. 추출액을 여과지(WSatman No.
- 흑자색미의 C3G 함량을 예측하기 위하여 측정한 결과값을 HPLC 분석 결과값과 비교하여 NIRCal 4.21 프로그램으로 부 분최소자승법(PLS)을 이용한 다중회귀모델을 개발하였다. 총 385개의 시료 중 임의의 276개 스펙트럼을 이용하여 흑자색미의 C3G 함량 예측 모델을 개발하였으며, 나머지 109개의 스펙트럼을 이용하여 모델의 적합성을 검증하였다.
- 1, 000 nm~2, 500 nm의 파장 영역에서 2nm 간격으로 스펙트럼을 측정하였으며, FT-NIR의 운영 프로그램인 NIRLabWare (FT-NIR N-200, Buchi, Switzerland)를 이용하였다. 흑자색현 미 종자를 3 cm petridish에 2 cm 높이로 취하여 시료에 광선을 각각 3회 주사하였고 측정된 간섭파장을 FT(Fourier Transform) 변환을 통하여 스펙트럼으로 저장하였다.
대상 데이터
- 총 385개의 시료 중 임의의 276개 스펙트럼을 이용하여 흑자색미의 C3G 함량 예측 모델을 개발하였으며, 나머지 109개의 스펙트럼을 이용하여 모델의 적합성을 검증하였다. 개발한 모델은 1,000~2,500nm의 파장 영역에서 스펙트럼 전처리인.다분산 보정과 Smoothing으로 처리한 모델이 가장 우수한 예즉 성능을 보였다(Table 1).
- 본 연구에 사용된 시료는 국내 육성된 흑자색미 중 C3G 함량이 가장 높은 흑진주벼와 수원425를 교배하여 얻은 F10 385 계통을 이용하였다. 시료는 2004년 경기도 수원시에 위치한 작물과학원 수도육종과 포장에서 재배하였고, 작물과학원 .
- 본 연구에 사용된 시료는 국내 육성된 흑자색미 중 C3G 함량이 가장 높은 흑진주벼와 수원425를 교배하여 얻은 F10 385 계통을 이용하였다. 시료는 2004년 경기도 수원시에 위치한 작물과학원 수도육종과 포장에서 재배하였고, 작물과학원 . 표준 재배법에 따라 재배하여 수확하였다.
- 흑자색미에 함유된 C3G 함량 분석은 HPLC(Waters 510pump, millipore gradient controller, Waters 480 UV-Vis detector)를 이용하였다. 컬럼은 ODS・5(4.6nunx 250mm, Nomura Chemical Co., Japan)를 사용하였고, 검량파장은 530 길이이었으며, 이동상으로 0.1% TFA in water, liner gradient, 0.1% in Acetonitrile 사용하였고 유속은 LOml/min이었다. 본 실험의 모든 시약은 HPLC용 시약을 사용하였다(Park et al.
- 흑자색미 중의 C3G 함량 예측 모델을 개발하기 위하여 전체 스펙트럼의 65%를 교정부로, 35%를 검증부로 사용하였다. 교정부와 검증부의 스펙트럼은 중복하여 사용하지 않았으며, 검증부의 스펙트럼은 교정부 영역의 95% 이상을 포괄하도록 분포시켰다.
데이터처리
- 21(FT-NIR N- 200, Buchi, Switzerland)을 사용하였다. 개발된 모델의 평가는 교정부 오차(Standard Error of Estimation, SEE), 검증부 오 차(Standard Error of Prediction, SEP), SEE와 SEP의 상관 식인 Consistency, 회귀계수(Regression Coefficient), 검증부의 편차(Validation Bias)를 이용하였다. 또한, NIRCal 4.
이론/모형
- 교정부와 검증부의 스펙트럼은 중복하여 사용하지 않았으며, 검증부의 스펙트럼은 교정부 영역의 95% 이상을 포괄하도록 분포시켰다. C3G 함량 예측 모델은 부분최소자승법(Partial Least Squares; PLS)을 이용하여 개발하였다. 다중회귀모델의 개발을 위하여 수처리 프로그램인 NIRCal 4.
- C3G 함량 예측 모델은 부분최소자승법(Partial Least Squares; PLS)을 이용하여 개발하였다. 다중회귀모델의 개발을 위하여 수처리 프로그램인 NIRCal 4.21(FT-NIR N- 200, Buchi, Switzerland)을 사용하였다. 개발된 모델의 평가는 교정부 오차(Standard Error of Estimation, SEE), 검증부 오 차(Standard Error of Prediction, SEP), SEE와 SEP의 상관 식인 Consistency, 회귀계수(Regression Coefficient), 검증부의 편차(Validation Bias)를 이용하였다.
- 1% in Acetonitrile 사용하였고 유속은 LOml/min이었다. 본 실험의 모든 시약은 HPLC용 시약을 사용하였다(Park et al., 1998).
- 시료는 2004년 경기도 수원시에 위치한 작물과학원 수도육종과 포장에서 재배하였고, 작물과학원 . 표준 재배법에 따라 재배하여 수확하였다.
- 흑자색미의 NIR spectrum을 측정하기 위하여 FT-NIR 분광 분석기(FT-NIR N-200, Buchi, Switzerland)를 이용하였다. 1, 000 nm~2, 500 nm의 파장 영역에서 2nm 간격으로 스펙트럼을 측정하였으며, FT-NIR의 운영 프로그램인 NIRLabWare (FT-NIR N-200, Buchi, Switzerland)를 이용하였다.
성능/효과
- 개발된 모델에 대한 예측 정확도를 판단하기 위해 교정부에 이용하지 않은 106개의 시료로 검정한 결과, R2는 0.928, SEP는 0.122로 나타나 HPLC 측정값과 FT-NIR 측정값 사이에는 매우 높은 정의 상관을 보이며 표준오차도 매우 적음을 알 수 있었다. 예측 모델의 Consistency는 94.
- 개발한 모델은 1,000~2,500nm의 파장 영역에서 스펙트럼 전처리인.다분산 보정과 Smoothing으로 처리한 모델이 가장 우수한 예즉 성능을 보였다(Table 1). 모델의 검량식은 f(x)= 0.
- 다분산 보정과 Smoothing으로 처리한 모델이 가장 우수한 예즉 성능을 보였다(Table 1). 모델의 검량식은 f(x)= 0.9427x + 34.0430으로 구해졌고, 검량식은 평가에 주로 이용되는 검량 식 결정계수(R2)와 표준오차(SEE)가 각각 0.943, 0.116으로 예측 정확도가 매우 높은 결과를 보였다(Table 1, Fig. 3).
- NIR 분석값과 비교하기 위해 HPLC를 이용하여 흑자색미의 C3G 함량을 측정하였다. 흑진주벼와 수원425호를 교배하여 얻은 F10 계통을 분석한 결과, C3G 함량은 0-2, 400 mg/100g 현미의 다양한 함량변이를 보였다. 분석에 이용한 집단은 C3G 가 높은 계통만을 선발하여 세대진전한 교배집단으로, 교배모본인 흑진주벼의 함량(500mg/100g 현미)보다 높은 1,000 mg/100 g 현미 이상의 계통을 분석하였다.
- NIR 분석값과 비교하기 위해 HPLC를 이용하여 흑자색미의 C3G 함량을 측정하였다. 흑진주벼와 수원425호를 교배하여 얻은 F10 계통을 분석한 결과, C3G 함량은 0-2, 400 mg/100g 현미의 다양한 함량변이를 보였다. 분석에 이용한 집단은 C3G 가 높은 계통만을 선발하여 세대진전한 교배집단으로, 교배모본인 흑진주벼의 함량(500mg/100g 현미)보다 높은 1,000 mg/100 g 현미 이상의 계통을 분석하였다.
후속연구
- , 1997). 따라서 C3G 함량이 높은 쌀은 소비량이 감소하고 있는 우리나라에서 쌀의 이용 범위를 확대하는데 기여할 것으로 기대된다.
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