Application of the IR spectrometry method in the screening study of various oat species

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The infrared reflection spectroscopy application method for rapid assessment of biochemical parameters in various types of oats is shown. On the basis of the biochemical data obtained in the laboratory of VIR, calibration models of protein, oil and starch content were constructed.

AIM: The aim of the study is to develop an express method of near-infrared spectroscopy (NIRS) spectroscopy to determine the main biochemical parameters in oat seeds and to build calibration models for the MATRIX-I IR analyser to quantify the mass fraction of protein, oil and starch in oat seeds based on data obtained by traditional methods.

MATERIALS AND METHODS: Biochemical quality indicators (protein, oil, starch) were studied on seeds of filmy oats (Avena sativa L.) grown in 2015–2016 in the North-Western Region of the Russian Federation. Calibration models for the determination of protein, oil and starch in oat seeds (98 samples, harvest 2014–2015) were developed for the MATRIX-I IR analyzer by Bruker Optics (Germany). Values obtained by traditional chemical methods of analysis were used to construct calibration models. Oat seed oil was determined by the Soxlet method, protein by the Kjeldahl method, starch by the Evers polarimetric method. All indicators were recalculated for dry weight.

RESULTS AND CONCLUSION: The reliability of the developed models was checked by the results of protein, oil and starch determination in the seeds of the test batch according to the indicator of the calibration correctness. The data obtained using the calibration curve on the MATRIX-I device had no significant differences with the results of chemical studies. Therefore, calibration can be used for screening analysis for protein, oil and starch content in oat samples. This method allows you to save valuable material, increase labour productivity due to the speed of obtaining data, does not require reagents and is safe.

About the authors

Valentina I. Khoreva

Federal Research Center N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: horeva43@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2762-2777
SPIN-code: 5796-4637

Cand. Sci. (Engineering), Leading Research Associate, Department of biochemistry of Molecular Biology

Russian Federation, Saint Petersburg

Vitaliy S. Popov

Federal Research Center N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: v.popov@vir.nw.ru
ORCID iD: 0000-0003-3274-7662
SPIN-code: 1753-0807

Cand. Sci. (Med.), Senior Research Associate, Department of biochemistry of Molecular Biology

Russian Federation, Saint Petersburg

Nina G. Kon'kova

Federal Research Center N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Author for correspondence.
Email: ninakonkova.1@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4920-3904
SPIN-code: 8691-1803

Research Associate, Oil and Fibre Crops Department

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Loskutov IG. Oves (Avena L.). — Rasprostranenie, sistematika, ehvolyutsiya i selektsionnaya tsennost’. Saint Petersburg: VIR, 2007. 336 p. (In Russ.)
  2. Rodionova NA, Soldatov VN, Merezhko VE, et al. Oves. Kul’turnaya flora. T. 2, ch. 4. Kobylyanskii VD, Soldatov VN, editor. Moscow: Kolos, 1994. 367 p. (In Russ.)
  3. ab-centre.ru [Internet]. Urozhainost’ ovsa [cited 2022 May 29]. Available at: https://ab-centre.ru/page/urozhaynost-ovsa (In Russ.)
  4. Welch RW. Chapter 6: Nutrient composition and nutritional quality of oats and comparisons with other cereals. F.H. Webster, P.J. Wood, editors. Oats: chemistry and technology. Saint Paul: American Association of Cereal Chemists Inc., 2011. P. 95–107. doi: 10.1094/9781891127649.006
  5. Shvachko NA, Loskutov IG, Semilet TV, et al. Bioactive components in oat and barley grain as a promising breeding trend for functional food production. Molecules. 2021;26(8):2260. doi: 10.3390/molecules26082260
  6. Shewrt PR, Piironen V, Lampi A-M, et al. Phytochemical and fiber components in oat varieties in the health grain diversity screen. J Agric Food Chem. 2008;56(21):9777–9784. doi: 10.1021/jf801880d
  7. Lapveteläinen A, Aro T. Protein composition and functionality of high-protein oat four derived from integrated starchethanol process. Cereal Chem. 1994;7:133–139.
  8. Gavrilyuk IP, Gubareva NK, Perchuk IN, et al. 3rd Int. Symp. on Gluten-Free Cereal Products and Beverages. Viena, 2013.
  9. Gajdosova A, Petrulakova Z, Havrlentova M, et al. The content of water-soluble and water-insoluble β-D-glucans in selected oats and barley varieties. Carbohydr Polym. 2007;70(1):46–52. doi: 10.1016/j.carbpol.2007.03.001
  10. Khoreva VI, Shelenga TV, Blinova EV, et al. Oves. Biokhimicheskie kharakteristiki obraztsov. Katalog Vsemirnoi kollektsii VIR. Vyp. 876. Saint Petersburg: VIR, 2018. (In Russ.)
  11. Gilissen LJWJ, Van der Meer IM, Smulders MJM. Why oats are safe and useful for patients with celiac disease. Med Sci. 2016;4(4):21. doi: 10.3390/medsci4040021
  12. Krasilnikov VN, Batalova GA, Popov VS, Sergeyeva SS. Fatty acid composition of the lipid in grain of the newly bred naked oat cultivars. Rossiiskaia selskokhoziaistvennaia nauka. 2018;(4):13–15. (In Russ.) doi: 10.31857/S250026270000549-8
  13. Bityutsky NP, Loskutov IG, Yakkonen KL, et al. Screening of avena sativa cultivars for iron, zinc, manganese, protein and oil content and fatty acid composition in whole grains. Cereal Res Commun. 2020;48(1):87–94. doi: 10.1007/s42976-019-00002-2
  14. Merezhko AF. Sistema geneticheskogo izucheniya iskhodnogo materiala dlya selektsii rastenii. Metodicheskie ukazaniya. Leningrad, 1984. 69 p. (In Russ.)
  15. Efimenko SG, Efimenko SK. Express-estimation of oil content and the main fatty acid contents in oil of turnip rape seeds using IR-spectrometry. Oil crops. 2022;(1):34–44. (In Russ.) doi: 10.25230/2412-608X-2022-1-189-34-44
  16. Efimenko SG, Efimenko SK. Determination of oil and moisture contents in mustard seeds using IR-spectrometry. Oil crops. 2019;(4):36–44. (In Russ.) doi: 10.25230/2412-608Х-2019-4-180-36-44
  17. Loskutov IG, Kovaleva ON, Blinova EV. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu i sokhraneniyu mirovoi kollektsii yachmenya i ovsa. 4th edition. Saint Petersburg: GNTS RF VIR, 2012. 63 p. (In Russ.)
  18. Ermakov AI, Arasimovich VV, Yarosh NR, et al. Metody biokhimicheskogo issledovaniya rastenii. 3rd edition. A.I. Ermakov, editor. Leningrad: Agropromizdat, 1987. 430 p. (In Russ.)
  19. Konkova NG, Shelenga TV, Malyshev LL, et al. Germplasm material for spring false flax (Camelina sativa (L.) Crantz) breeding on the oil and protein contents in different ecological and geographical environments. Oil crops. 2020;(2):44–50. (In Russ.) doi: 10.25230/2412-608Х-2020-2-182-44-50
  20. Efimenko SG, Efimenko SK. Rapid assessment of oil and moisture content in seeds of oil flax using IR spectrometry. Oil crops. 2020;(3): 63–70. (In Russ.) doi: 10.25230/2412-608Х-2020-3-183-63-70
  21. Efimenko EG, Kucherenko LA, Efimenko SK, Nagalevskaya YaA. Evaluation of the general qualitative traits of soybean seeds using IR-spectrometry. Oil crops. 2016;(3):33–38. (In Russ.)
  22. Kon’kova NG, Shelenga TV, Gridnev GA, et al. Stability and variability of Camelina sativa (L.) Crantz economically valuable traits in various eco-geographical conditions of the Russian Federation. Agronomy. 2021;11(2):332. doi: 10.3390/agronomy11020332
  23. GOST 32749–2014. Oilseeds, oilcakes and oilmeals. Determination of moisture, oil, protein and fiber by Near-Infrared Reflectance. Moscow: Standartinform. 2015. 8 p. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200111470 (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. IR spectra of the studied oat grain samples

Download (39KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Graph of predicted values of protein content in oats compared with the true values of protein conten of the Oat_Protein calibration model

Download (116KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Graph of predicted values of oil content in oats compared with the true values of oil content of the Oat_O il calibration model

Download (101KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Graph of predicted starch content values in oats compared to the true starch content values of the Oat_Starch calibration model

Download (96KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Khoreva V.I., Popov V.S., Kon'kova N.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».