Geographical discrimination of grapevine leaves using fibre optic fluorescence data and chemometrics. Determination of total polyphenols and chlorophylls along different vegetative stages

Abstract

Auto fluorescence of grapevine leaves has been employed to discriminate vineyards from two different geographical regions and to quantify the amount of total polyphenols and chlorophylls. For that, fluorescence spectroscopy with an optical fibre was used on samples of grapevine leaves (previously freeze-dried) and excitation-emission matrices were collected. Two spectral regions were analysed independently: one with excitation wavelengths from 279 to 372 nm and emission wavelengths from 384 to 496 nm, and the second with excitation between 390 and 585 nm and the emission between 654 and 756 nm. Firstly, an exploratory analysis was performed with parallel factor analysis (PARAFAC) to extract useful information from the data (scores and loadings). The obtained scores were used to perform a linear discriminant analysis (LDA) model for the classification of samples according to its geographical region. A total of 95% of correct predictions were obtained in the validation samples. Moreover, the PARAFAC scores of the components used in each model were analysed along the vegetative stage and a clear evolution with time has been observed. The quantification of total polyphenols and chlorophylls was also carried out with unfolded partial least squares (U-PLS) and N-way partial least squares (N-PLS). Good correlation coefficients (for the validation set) were obtained for both parameters and similar results were achieved with both algorithms (0.82 (U-PLS) and 0.76 (N-PLS) for total polyphenol and 0.83 (U-PLS) and 0.82 (N-PLS) for total chlorophylls).

Se ha empleado la autofluorescencia de hojas de vid para discriminar viñedos de dos regiones geográficas diferentes y para cuantificar la cantidad de polifenoles y clorofilas totales. Para ello se utilizó espectroscopia de fluorescencia con fibra óptica sobre muestras de hojas de vid (previamente liofilizadas) y se recogieron matrices de excitación-emisión. Se analizaron dos regiones espectrales de forma independiente: una con longitudes de onda de excitación de 279 a 372 nm y longitudes de onda de emisión de 384 a 496 nm, y la segunda con excitación entre 390 y 585 nm y emisión entre 654 y 756 nm. En primer lugar, se realizó un análisis exploratorio con análisis factorial paralelo (PARAFAC) para extraer información útil de los datos (puntuaciones y cargas). Los puntajes obtenidos se utilizaron para realizar un modelo de análisis discriminante lineal (LDA) para la clasificación de muestras según su región geográfica. En las muestras de validación se obtuvo un total de 95% de predicciones correctas. Además, se analizaron los puntajes PARAFAC de los componentes utilizados en cada modelo a lo largo de la etapa vegetativa y se observó una clara evolución en el tiempo. La cuantificación de polifenoles totales y clorofilas también se realizó con mínimos cuadrados parciales desplegados (U-PLS) y mínimos cuadrados parciales N-way (N-PLS). Se obtuvieron buenos coeficientes de correlación (para el conjunto de validación) para ambos parámetros y se lograron resultados similares con ambos algoritmos (0,82 (U-PLS) y 0,76 (N-PLS) para polifenoles totales y 0,83 (U-PLS) y 0,82 (N -PLS) para clorofilas totales).