DanSeed den 24. februar 2009 Udvikling af hurtig metode til bestemmelse af vitalitet i maltbyg Birthe Møller Jespersen Københavns Universitet Det Biovidenskabelige Fakultet Institut for Fødevarevidenskab Kvalitet & Teknologi Rolighedsvej 30 DK-1958 Frederiksberg C Tlf. +45 3533 3507 E-mail: bm@kvl.dk www.models.life.ku.dk
En bygprøves livshistorie 100 Spiringsprocent % 0 Spirehvile Lagringstid Tab af vitalitet
Spirings indeks (GI) Spiringshastighed / Spirings Indeks Middel Spire Tid (MGT): dag 1 x g1 + dag 2 x g2 + dag n x gn MGT = total gn gn = antal spirede kerner dag n Spirings Indeks (GI): GI = (1/MGT) x 10 GI=10: God GI=0: Dårlig
Vitalitetens betydning for maltningen Malt modifikation ALEXIS GI Timer til 90 % modifikation 5.0 170 7.1 160 8.3 150 9.7 140 Spiret og fjernet (%) 144 t 168 t 24t 48t 72t 96t 120t GE GI GH M% H% M% H% Høj vitalitet 92 8 100 9.3 86 92 82 - - Lav vitalitet 0 6 32 28 26 92 2.6 54 Høj-Lav 1:1 46 7 16 14 13 96 4.2 24 60 29 77 30 Medium vitalitet 17 52 23 5 1 96 4.6 59 74 46 93 73
To veje at gå ved bestemmelse af vitalitet Uspirede kerner Spirede kerner Biofotoner Nær Infrarød Transmission Apparat / Metode Apparat / Metode Billedanalyse Spiringsklassifikation Vitalitet =? Vitalitet =?
Udvikling af screening metode (billedanalyse) BRF: r = 0.99 H 2 2: r = 0.89
Udvikling af screening metode (billedanalyse /matematisk) 2-D image (512 x 512 pixels), Alexis, 30 timers spiring
Udvikling af screening metode (Angle Measurement Technique) Afstand X C B Afstand Y S A 1-D spektrum Vinkel α(i) s Principle of Angle Measurement Technique (AMT) 1. 2-D Image unfolded to 1-D spectra (X-axis = pixels, Y-axis = intensity) 2. AMT algorithm is used Radius S is determined Mean Angle between CAB is determined for every pixel at the spectrum Mean Difference for Y and X is found 3. A new spectrum consisting of MA, MDY and MDX is found 4. Multivariate datatreatment regarding the new spectrum by chemometrics - PCA and PLS algorithms
Prædiktion af spireprocent (Angle Measurement Technique) 70 60 50 40 Predicted Y Elements: Slope: ffset: Correlation: RMSEP: SEP: Bias: 9 0.729515 9.724483 0.934753 10.00486 10.60894-0.230859 4 5 6 8 7 9 30 20 10 0 2 1 3 Sample B Measured Y 0 10 20 30 40 50 60 70 80 GBaverge, (Y-var, PC): (nr.germ,3) r RMSEP #PLS komponenter Prøve A 0,91 10,5 3 Prøve B 0,93 10 3
Udvikling af screening metode (hurtigere spiring) % Spiring 100 A 80 60 40 20 0 2 4 6 8 1 3 5 7 Dage Spiringsprofiler g%1-g%8 for 17 bygprøver (Alexis) fra EBC forsøg i Europa i 1994
PCA på de 17 spiringsforløb Vitalitet PC2 (14%) 1.0 0.5 0-0.5 E 49.5 84.5 E 72.5 88.3 E 69.0 89.3 Bi-plot D 61.0 96.0 D 85.5 97.0 7 SU 51.5 97.0 DK 85.8 98.3 E 66.5 97.0 CZ 86.0 99.3 DK 77.8 99.3 D 67.5 99.5 NE 82.5 98.5 SU SU 40.5 40.3 DK 98.5 SU 93.8 36. SU 37.3-1.0 40.3 98.5 3 97.0 PC1 (84%) 95. -1.0-0.5 0 5 0.5 bogstaver = land røde tal = vitalitet, grønne tal = viabilitet lilla tal = spiredag 1-8 1 2 3 4 5 8 6 Viabilitet
Spiringsklassifikation af de 17 prøver Viabilitet (g%3) 100 95 13SU 11SU 10D 3DK 9CZ 7NL 1DK 14SU 2DK 15SU 8E 17D 16D 12SU 90 5E 4E 85 6E 80 Vitalitet (g%1) 20 40 60 80 100 Vitalitet defineres som g%1 og Viabilitet som g%3
Spiringsklassifikation: 42 prøver Viabilitet (g%3) 100 98 96 94 n=1 E=80.6 B=257.0 2.3 1.3 1.2 n=7, E=81.6±3.0 B=202.0±81.8 2.2 2.1 n=4 E=79.1±1.9 B=297.4±53.3 1.1 n=16, E=83.2±1.8 B=180.4±39.7 n=5 E= 79.8±5.4 B=199.2±52.2 92 0 3.0 n=5 E= 70.1±7.6 B=382.2±94.4 Vitalitet (g%1) 0 20 30 40 60 70 80 100 42 maltbygprøver. E=Ekstrakt %, B= mg/l (1 3,1 4)-ß-glukan i urt
13 Bygprøver: 2 uger efter høst, dag 1 versus dag 3 100 g3_2_05 GE=70 2D Scatter Plot DB C A F F' E H H' E' L GC =90 80 60 J I 40 20 0 g1_2_05 0 20 40 60 80 100
13 Bygprøver: 4 uger efter høst, dag 1 versus dag 3 100 g3_4_05 GE=70 2D Scatter Plot F I H L H' F' D BC E' E J A GC=90 80 60 40 20 0 g1_4_05 0 20 40 60 80 100
13 Bygprøver: 47 uger efter høst, dag 1 versus dag 3 100 g3_47_05 2D Scatter Plot I GE=70 J D H F BC A F' E E' H' GC=90 80 L 60 40 20 0 g1_47_05 0 20 40 60 80 100
Spiringsklassifikation: 42 prøver NIT prædiktion af dag 1 0.02 g1% 0.01 52 88 0 lie 928nm stivelse 990nm protein 1020nm 96 61-0.01 protein 910nm 34-0.02 850 890 930 970 1010 1050 X Y
Spiringsklassifikation: 42 prøver NIT prædiktion af dag 1 120 100 Predicted Y Elements: Slope: ffset: Correlation: RMSEP: SEP: Bias: 42 0.748606 17.54264 0.794772 16.35887 16.55384 0.328108 A47 A48 A38A32 B41 M35M43 B33 A37A40 A45 A36 M34 80 60 40 20 M07 A09 A13 B21 A19 B14 A27 M06 A11 A08 A20 A26 M16 B28 A02 M44 M24 A25 A01 A30 A10M23 B04 A12 A18 A39 A46 A31 M17 0 Measured Y 0 20 40 60 80 100 120
Konklusion Spiring dag 1 kan anvendes som estimat for vitalitet (spiringshastighed) Spiring dag 3 kan anvendes som estimat for viabilitet (antal levende kerner) Spiring dag 1 plottet mod spiring dag 3 giver en god klassificering af maltbyg Ved brug af NIT kan spiring dag 1 groft bestemmes såfremt fysiologien er optimal Ved brug af Tetrazolium test til bestemmelse af spiring dag 3 kan analysetiden nedsættes fra flere dage til få timer Hvis de fysiologiske forhold er optimale, er spiringshastigheden afhængig af de fysisk-kemiske forhold i kernen (opstillet hypotese).