vstispСадоводство и виноградарствоHorticulture and viticulture0235-25912618-9003Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»10.31676/0235-2591-2024-3-56-65vstisp-1213Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИINFORMATION TECHNOLOGYАнализ цветных цифровых изображений плодов малины для определения содержания антоциановAnalysis of color digital images of raspberry fruit to determine anthocyanin contenthttps://orcid.org/0000-0001-9187-7593ЕвдокименкоС. Н.EvdokimenkoS. N.

Евдокименко Сергей Николаевич - доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, зав. отделом генетики и селекции садовых культур

ул. Загорьевская, 4, г. Москва, 115598

Sergey N. Evdokimenko - Dr. Sci. (Agric.), Chief Researcher, Head of the Departament genetics and selection of horticultural crops

4, Zagorevskaya, str., Moscow, 115598

serge-evdokimenko@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0289-1092ПодгаецкийМ. А.PodgaetskiyM. A.

Кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Москва

PhD (Agric.), Senior Researcher

Moscow

https://orcid.org/0000-0002-1950-5450ГорбуноваЕ. В.GorbunovaE. V.

Кандидат технических наук

Санкт-Петербург

PhD (Tech.)

St. Petersburg

МорозовЮ. М.MorozovYu. M.

ИП Морозов Юрий Михайлович

Санкт-Петербург

Individual entrepreneur Morozov Yuri Mikhailovich

St. Petersburg

Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководстваРоссияFederal Horticultural Center for Breeding, Agrotechnology and NurseryRussian FederationИП Морозов Юрий МихайловичРоссияIndividual entrepreneur Morozov Yuri MikhailovichRussian Federation202410072024035665Copyright © Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture», 20242024Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»https://www.sadivin.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.sadivin.com/jour/article/view/1213

Исследователями неоднократно подчеркивалось, что уровень накопления антоцианов коррелирует с окраской плодов. Для быстрой и более объективной оценки цвета активно стало использоваться компьютерное зрение, позволяющее с высокой точностью определять координаты цвета. Цель исследования состояла в проверке гипотезы о возможности определения концентрации антоцианов в плодах малины при помощи координат цвета, рассчитываемых по цветным цифровым изображениям. Объектом исследований служили плоды 51 сортообразца малины из генетической коллекции ФГБНУ ФНЦ Садоводства. После сбора проводилась фотосъемка плодов сортообразцов с использованием масштабной линейки myRuler v.5.2 N104401 с эталонным набором цветовых оттенков. Для расчета и анализа координат цвета использовались три основных цветовых пространства: RGB, МКО L*a*b* и МКО LCH. После фотографирования определяли содержание антоцианов в свежих ягодах методом pH-дифференциальной спектрофотометрии согласно ГОСТ 32709-2014. Результаты химического анализа сопоставлялись с результатами обработки изображений с целью получения и анализа функциональных зависимостей, связывающих концентрацию антоцианов с цветовыми координатами плодов. При визуальной оценке не подтвердились предположения о выраженной прямой положительной зависимости между интенсивностью окраски плодов и уровнем накопления антоцианов. Эта корреляция сохранялась лишь между группами сортов: желтоплодные < красноплодные < черноплодные, но внутри группы красноплодных не наблюдалась. Дополнительное разделение красноплодных сортообразцов на матовые и глянцевые не внесло существенных изменений в значения достоверности аппроксимации. Дифференциация образцов малины по значению координаты цветового тона (координата H в цветовом пространстве МКО LCH) на две группы: малиновые и алые, привела к тому, что значения достоверности аппроксимации увеличились примерно в 2 раза. Разделение красноплодных образцов малины по значению координаты цветового тона на четыре группы (малиновые, красные, алые и оранжеватые) привело к дополнительному росту значений достоверности аппроксимаций функций определения концентрации антоцианов. Полученные зависимости позволяют производить оценку концентрации антоцианов в пределах ± 3 мг/100 г при одновременном использовании для анализа цветовых координат a* и b* цветового пространства МКО L* a* b* и координаты цвета C цветового пространства МКО LCH.

Researchers have repeatedly emphasized that the level of anthocyanin accumulation correlates with fruit color. For a quick and more objective assessment of color, computer vision has been actively used, which makes it possible to determine color coordinates with high accuracy. The study aims to test the hypothesis about the feasibility of determining the anthocyanin concentration in raspberry fruit using color coordinates calculated from color digital images. The fruit of 51 raspberry cultivar samples from the genetic collection of the Federal Horticultural Research Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery served as the research object. After collection, fruit of the cultivar samples were photographed using a myRuler v.5.2 N104401 scale ruler with a reference set of hues. To calculate and analyze color coordinates, three basic color spaces were used: RGB, CIE L*a*b*, and CIE LCH. After photographing, the anthocyanin content in fresh berries was determined by pHdifferential spectrophotometry according to GOST 32709-2014. The chemical analysis results were compared with the image processing data in order to obtain and analyze functional dependencies linking the concentration of anthocyanins with the color coordinates of fruit. Visual evaluation did not confirm the assumptions about a pronounced direct positive relationship between fruit color intensity and the level of anthocyanin accumulation. This correlation persisted only between groups of cultivars: yellow-fruited < red-fruited < black-fruited. It was not observed within the red-fruited group. Additional division of red-fruited cultivar samples into dull and glossy ones did not significantly change the validity coefficients of approximation. Differentiation of the raspberry samples according to the hue coordinate value (the H coordinate in the CIE LCH color space) into two groups, namely crimson and scarlet, led to a nearly twofold increase in the validity coefficients of approximation. The division of red-fruited raspberry samples according to the coordinate value of the hue into four groups (crimson, red, scarlet, and orange) led to an additional increase in the validity coefficients of the approximations of the functions for determining anthocyanin concentration. The obtained dependencies enable the estimation of anthocyanin concentration within ± 3 mg/100 g while simultaneously using the color coordinates a* and b* of the CIE L* a* b* color space and the color C coordinates of the CIE LCH color space for analysis.

малинасортцветизображениекоординаты цветаконцентрация антоциановraspberrycultivarcolorimagecolor coordinatesanthocyanin concentrationИсследования выполнены в рамках реализации государственного задания ФГБНУ ФНЦ Садоводства FGUW-2022-0008 «Изучение генетических ресурсов растений инновационными методами аналитической биохимии и физиологии для ускорения селекционного процесса при создании адаптивных форм, гибридов и сортов садовых культур».The research was conducted within the framework of the state task of the Federal Horticultural Research Center for Breeding, Agrotechnology and Nursery FGUW-2022-0008 “Study of plant genetic resources using innovative methods of analytical biochemistry and physiology to accelerate the breeding process in the creation of adaptive forms, hybrids, and cultivars of horticultural crops”.ReferencesЖбанова Е. В. Плоды малины Rubus idaeus L. как источник функциональных ингредиентов (обзор), Техника и технология пищевых производств. 2018;48(1):5-14. DOI: 10.21603/2074-9414-2018-1-5-14.Zbanova E. V. Fruit of raspberry Rubus idaeus L. as a source of functional ingredients (review), Food Processing: Techniques and Technology. 2018;48(1):5-14. DOI: 10.21603/2074-9414-2018-1-5-14 (in Russ.).Акимов М. Ю., Макаров В. Н., Жбанова Е. В. Роль плодов и ягод в обеспечении человека жизненно важными биологически активными веществами, Достижения науки и техники АПК. 2019;33(2):56-60. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10214.Akimov M. Yu., Makarov V. N., Zhbanova E. V. Role of Fruits and Berries in Providing Human with Vital Biologically Active Substances, Achievements of Science and Technology of AICis. 2019;33(2):56-60. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10214 (in Russ.).Stojanov D., Milošević T., Mašković P., Milošević N., Glišić I., Paunović G. Influence of organic, organo-mineral and mineral fertilisers on cane traits, productivity and berry quality of red raspberry (Rubus idaeus L.), Scientia Horticulturae. 2019;252:370-378.Stojanov D., Milošević T., Mašković P., Milošević N., Glišić I., Paunović G. Influence of organic, organo-mineral and mineral fertilisers on cane traits, productivity and berry quality of red raspberry (Rubus idaeus L.), Scientia Horticulturae. 2019;252:370-378.Szymanowska U., Baraniak B. and Bogucka-Kocka A. Antioxidant, Anti-Inflammatory, and Postulated Cytotoxic Activity of Phenolic and Anthocyanin-Rich Fractions from Polana Raspberry (Rubus idaeus L.) Fruit and Juice-In Vitro Study, Molecules. 2018;23: 1812. DOI: 10.3390/molecules23071812.Szymanowska U., Baraniak B. and Bogucka-Kocka A. Antioxidant, Anti-Inflammatory, and Postulated Cytotoxic Activity of Phenolic and Anthocyanin-Rich Fractions from Polana Raspberry (Rubus idaeus L.) Fruit and Juice-In Vitro Study, Molecules. 2018;23: 1812. DOI: 10.3390/molecules23071812.Жбанова Е. В., Жидехина Т. В., Акимов М. Ю., Родюкова О. С., Хромов Н. В., Гурьева И. В. Плоды сортов ягодных и нетрадиционных садовых культур, выращенных в Черноземье – ценные источники незаменимых микронутриентов, Пищевая промышленность. 2021;3:8-12. DOI: 10.24412/0235-2486-2021-3-0020.Zhbanova E. V., Zhidekhina T. V., Akimov M. Yu., Rodyukova O. S., Khromov N. V. Gur’eva I. V. The fruits varieties of berry-like and nontraditional horticultural crops grown in Black Soil zone are the valuable sources of indispensable micronutrients, Pishchevaya promyshlennost. 2021;3:8-11. DOI: 10.24412/0235-2486-2021-3-0020 (in Russ.).Смирнова Т. И., Савина О. Д. Спектрофотометрическое определение антоцианов в плодах ягодных растений: Инновационные подходы к развитию науки и производства регионов: взгляд молодых ученых: сб. трудов студентов и молодых ученых. Материалы 49-ой научно-практической конференции студентов и молодых ученых, 16-18 марта, Тверь, 2021, г. Тверь, 27-29.Smirnova T. I., Savina O. D. Spectrophotometric determination of anthocyanins in the fruits of berry plants: Innovative approaches to the development of science and regional production: the view of young scientists: sb. trudov studentov i molodyh uchyonyh. Materialy 49-oj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov i molodyh uchyonyh, 16-18 marta, Tver’, 2021, Tver’ 27-29 (in Russ.).Макаревич А. М., Шутова А. Г., Спиридович Е. В., Решетников В. Н. Функции и свойства антоцианов растительного сырья, Труды Белорусского государственного университета. Серия «Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем». 2009;4(2):147-157.Makarevich A. M., Shutova A. G., Spiridovich E. V., Reshetnikov V. N. Functions and properties of anthocyanins in plant materials, Trudy Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Fiziologicheskie, biohimicheskie i molekulyarnye osnovy funkcionirovaniya biosistem». 2009;4(2):147-157 (in Russ.).Viskelis P., Bobinaite R., Rubinskiene M., Sasnauskas A., & Lanauskas J. Chemical composition and antioxidant activity of small fruits. Horticulture. 2012;75:75-102.Viskelis P., Bobinaite R., Rubinskiene M., Sasnauskas A., & Lanauskas J. Chemical composition and antioxidant activity of small fruits. Horticulture. 2012;75:75-102.Жбанова Е. В., Жидехина Т. В., Родюкова О. С., Хромов Н. В., Гурьева И. В. Перспективные сорта ягодных и нетрадиционныхсадовых культур - источники ценных БАВ в плодах, Современное состояние садоводства Российской Федерации, проблемы отрасли и пути их решения. 2020:152-158.Zhbanova E. V., Zhidekhina T. V., Rodyukova O. S., Hromov N. V., Gur’eva I. V. Promising varieties of berry and non-traditional horticultural crops - sources of valuable biologically active substances in fruits, Sovremennoe sostoyanie sadovodstva Rossijskoj Federacii, problemy otrasli i puti ih resheniya. 2020:152-158 (in Russ.).Anttonen M. J., Karjalainen R. O. Environmental and genetic variation of phenolic compounds in red raspberry, Journal of Food Composition and Analysis. 2005;18(8):759-769. DOI: org/10.1016/j.jfca.2004.11.003.Anttonen M. J., Karjalainen R. O. Environmental and genetic variation of phenolic compounds in red raspberry, Journal of Food Composition and Analysis. 2005;18(8):759-769. DOI: org/10.1016/j.jfca.2004.11.003.Weber C. A., Perkins-Veazie P., Moore P. P., Howard L. Variability of antioxidant content in raspberry germplasm, Acta Hortic. 2008;777:493-498 DOI: 10.17660/ActaHortic.2008.777.75.Weber C. A., Perkins-Veazie P., Moore P. P., Howard L. Variability of antioxidant content in raspberry germplasm, Acta Hortic. 2008;777:493-498 DOI: 10.17660/ActaHortic.2008.777.75.Wu Y., Zhang C., Huang Z., Lyu L., Li J., Li W., & Wu W. The color difference of Rubus fruits is closely related to the composition of flavonoids including anthocyanins. LWT. 2021;149:111825. DOI: org/10.1016/j.lwt.2021.111825.Wu Y., Zhang C., Huang Z., Lyu L., Li J., Li W., & Wu W. The color difference of Rubus fruits is closely related to the composition of flavonoids including anthocyanins. LWT. 2021;149:111825. DOI: org/10.1016/j.lwt.2021.111825.Зубов А. А., Станкевич К. В. Шкала для определения антоцианов в землянике, Садоводство. 1979;10:33.Zubov A. A., Stankevich K. V. Scale for determining anthocyanins in strawberries. Sadovodstvo. 1979;10:33 (in Russ.).Лукъянчук И. В., Жбанова Е. В. Оценка содержания антоцианов в плодах земляники в полевых условиях, Плодоводство и виноградарство Юга России. 2021;67(1):66-90. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-1-67-66-90. 10.30679/2219-5335-2021-1-67-66-90 (in Russ.).Luk’yanchuk I. V., Zhbanova Y. V. Estimation of anthocyanin content in the strawberry fruits under field conditions. Fruit growing and viticulture of South Russia. 2021;67(1):66-90. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-1-67-66-90 (in Russ.).Basak J. K., Madhavi B. G. K., Paudel B., Kim N. E., Kim H. T. Prediction of total soluble solids and pH of strawberry fruits using RGB, HSV and HSL colour spaces and machine learning models, Foods. 2022;11(14):2086. DOI: org/10.3390/foods11142086.Basak J. K., Madhavi B. G. K., Paudel B., Kim N. E., Kim H. T. Prediction of total soluble solids and pH of strawberry fruits using RGB, HSV and HSL colour spaces and machine learning models, Foods. 2022;11(14):2086. DOI: org/10.3390/foods11142086.Домасев М. В., Гнатюк С. П. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. СПб.: Питер, 2009, 224 с.Domasev M. V., Gnatyuk S. P. Color, color management, color calculations and measurements. SPb.: Piter, 2009, 224 р. (in Russ.).Кривошеев М. И., Кустарев А. К. Цветовые измерения. М.: Энергоатомиздат, 1990. 240 с.Krivosheev M. I., Kustarev A. K. Color measurements. M.: Energoatomizdat, 1990. 240 р. (in Russ.).Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978. 592 с.Dzhadd D., Vyshecki G. Color in Science and Technology. M.: Mir, 1978. 592 р. (in Russ.).Попов С. А. Статистический метод калибровки цифровых фотокамер для улучшения цветовоспроизведения, Автометрия. 2003;39(2):92-99.Popov S. A. A statistical method for calibrating digital cameras to improve color reproduction, Avtometriya. 2003;39(2):92-99 (in Russ.).Лакота Л. В., Машковцева Н. В., Шигабутдинова Г. И., Мухамедзянова Г. З. Использование фотокамер сотового телефона в условиях клинической диагностической лаборатории, Казанский медицинский журнал. 2009;90(2):131-134.Lakota L. V., Mashkovtseva N. V., Shigabuddinova G.I., Muhamedzyanova G. Z. The usage of cell phave camera technologies in a clinical diagnostic laboratory, Kazan medical journal. 2009;90(2):131-134 (in Russ.).Colorimetry: understanding the CIE system / edited by Janos Schanda, Published by John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, Canada, 2007. ISBN 978-0-470-04904-4.Colorimetry: understanding the CIE system / edited by Janos Schanda, Published by John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, Canada, 2007. ISBN 978-0-470-04904-4.Bobinaitė R., Viškelis J. Anthocyanins: occurrence, bioactivity and bioavailability, with special reference to the anthocyanins of raspberries (a review), Kauno, Institute of Horticulture, Lithuanian Research Centre for Agriculture and Forestry. 2013;32(1/12):39-47.Bobinaitė R., Viškelis J. Anthocyanins: occurrence, bioactivity and bioavailability, with special reference to the anthocyanins of raspberries (a review), Kauno, Institute of Horticulture, Lithuanian Research Centre for Agriculture and Forestry. 2013;32(1/12):39-47.Бутенко Л. И., Подгорная Ж. В. Исследования антоцианового комплекса ягод, прошедших криообработку, Успехи современного естествознания. 2016;11:14-17.Butenko L. I., Podgornаyа Zh. V. Research anthocyanin complex berries, passed kryvobrody, Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2016;11:14-17 (in Russ.).Kallam K., Appelhagen I., Luo J., Albert N., Zhang H., Deroles S., Martin C. Aromatic decoration determines the formation of anthocyanic vacuolar inclusions, Current Biology. 2017;27(7): 945-957. DOI: org/10.1016/j.cub.2017.02.027.Kallam K., Appelhagen I., Luo J., Albert N., Zhang H., Deroles S., Martin C. Aromatic decoration determines the formation of anthocyanic vacuolar inclusions, Current Biology. 2017;27(7): 945-957. DOI: org/10.1016/j.cub.2017.02.027.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.