Modelos de calibración del contenido de proteína y fenólicos totales usando espectroscopia del infrarrojo medio en Tarwi (Lupinus mutabilis)

Abstract

La espectroscopia infrarroja media es una técnica instrumental que proporciona un análisis rápido y de bajo costo, empleado para identificar y cuantificar diversos compuestos. El objetivo del presente estudio fue desarrollar modelos de calibración que estimen el contenido de proteínas y de compuestos fenólicos totales en 52 ecotipos peruanos de tarwi (Lupinus mutabilis) amargo y desamargado utilizando espectroscopia del infrarrojo medio (4000 - 700 cm-1) y análisis multivariado (Regresión de Mínimos Cuadrados Parciales, PLSR). Los porcentajes de proteína en tarwi desamargado (40.49 - 55.83 %) fueron superiores al del tarwi amargo (34.46 - 43.76 %). Respecto al contenido de compuestos fenólicos, hubo una pérdida considerable de estos en el tarwi desamargado (94.45 - 204.67 mg equivalentes de ácido gálico EAG /100 g) en comparación al amargo (428.49 - 526.8 mg EAG /100 g). Los modelos se procesaron empleando la segunda derivada. Las bandas representativas del modelo para proteínas están centradas en 1507 y 1550 cm-1 (amida II) y 1691 cm-1 (amida I). La presencia de compuestos fenólicos se relacionó a la vibración del anillo aromático (1450 cm-1) y de enlaces correspondientes a flavonoides (1690 cm-1). El modelo PLSR para proteína de los 52 ecotipos, amargos y desamargados, indicó una correlación de calibración de 0.95 y validación cruzada de 0.95, un SECV (Error Estándar de Validación Cruzada) de 2.17 % y SEC (Error Estándar de Calibración) de 2.11 %. Para determinar el contenido de fenólicos totales, se emplearon modelos independientes de tarwi amargo y desamargado que consideraron 37 y 40 ecotipos, respectivamente. Ambos modelos de fenólicos obtuvieron altos valores de error (entre 10 y 17 mg EAG / 100 g) y valores medios de r2 (< 0.83). Finalmente, los parámetros indican que el modelo de proteína es confiable; pero los modelos sobre el contenido fenólico alcanzaron parámetros de valor medio que brinda solo contenidos aproximados.

Infrared spectroscopy is an instrumental technique that provides a faster and lower cost analysis, being useful for the identification and quantification of different compounds. The objective of the present study was to develop calibration models to estimate total protein and phenolic content in 52 Peruvian bitter and debittered ecotypes of tarwi (Lupinus mutabilis) using medium infrared spectroscopy (4000-700 cm-1) and multivariate analysis (Regression of Partial Least Squares, PLSR). The percentage of protein in debittered tarwi (40.49 - 55.83 %) were higher than in bitter tarwi (34.46 - 43.76 %). Regarding the phenolic compounds content, there was a considerable loss of these in debittered tarwi (94.45-204.67 mg EAG / 100 g) compared to the bitter tarwi (428.49-526.8 mg EAG/100 g). The calibration models were pre-processed by the second derivative. The representative bands of the model for protein content was centered in 1507 y 1550 cm-1 (amide II) and 1691 cm-1 (amide I). The presence of phenolic compounds was related to the vibration of the aromatic ring (1450 cm1) and of bonds corresponding to flavonoids (1690 cm-1). The PLSR model for protein of the 52 ecotypes, bitter and debittered, indicated a calibration correlation of 0.95 and cross validation of 0.95, a SECV (Standard Error of Cross Validation) of 2.17 % and SEC (Standard Error of Calibration) of 2.11%. To determine the total phenolic content, independent models of bitter and debittered tarwi were used, which considered 37 and 40 ecotypes, respectively. Both phenolic models obtained high error values (between 10 and 17 mg EAG / 100 g) and mean values of r2 (< 0.83). Finally, the parameters indicate that the protein model indicates a prediction of high reliability; however, the phenolic content models reached parameters of average value that indicates only approximate contents.