Анализ цветных цифровых изображений плодов малины для определения содержания антоцианов

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.

1. Жбанова 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Viskelis P., Bobinaite R., Rubinskiene M., Sasnauskas A., & Lanauskas J. Chemical composition and antioxidant activity of small fruits. Horticulture. 2012;75:75-102.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Зубов А. А., Станкевич К. В. Шкала для определения антоцианов в землянике, Садоводство. 1979;10:33.

14. 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.).

15. 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.

16. Домасев М. В., Гнатюк С. П. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. СПб.: Питер, 2009, 224 с.

17. Кривошеев М. И., Кустарев А. К. Цветовые измерения. М.: Энергоатомиздат, 1990. 240 с.

18. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978. 592 с.

19. Попов С. А. Статистический метод калибровки цифровых фотокамер для улучшения цветовоспроизведения, Автометрия. 2003;39(2):92-99.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. Бутенко Л. И., Подгорная Ж. В. Исследования антоцианового комплекса ягод, прошедших криообработку, Успехи современного естествознания. 2016;11:14-17.

24. 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.