Quantifying pomegranate juice adulteration by FTIR spectroscopy and chemometrics

Cintli Uco-Villeda1, Diana Maylet Hernández-Martínez*1, Tzayhrí Gallardo-Velázquez1, Guillermo Osorio-Revilla2, Eduardo Castañeda-Pérez3

1Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Departamento de Biofísica, México; 2Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Departamento de Ingeniería Bioquímica, México; 3Universidad Autónoma de Yucatán, Facultad de Química, México.
*corresponding author: dhernandezmar@ipn.mx

Abstract
Pomegranate is a fruit rich in bioactive compounds with antioxidant activity, and its juice is highly valued (Hegazi et al., 2021). Pomegranate juice is susceptible to adulteration with fruit juices of lower value. Conventional methods of analysisare laborious and expensive. MIR-FTIR spectroscopy coupled with Chemometrics allows for rapid identification of adulterations (Moreno-Ley et al., 2019). In the present work, infrared spectroscopy and multivariate analysis(chemometrics) were used to predict adulteration of pomegranate juice with apple juice in 52 binary mixtures (0-50% adulteration) to quantify physicochemical parameters of the juice. The partial least squares (PLS-1) algorithm of Spectrum Quant+ software (PerkinElmer, Inc.) was used to develop four prediction models. The PLS-1 algorithm showedgood results. Coefficients of Determination (R2 validation) and Standard Errors of Cross-Validation (SECV) of 0.90 and 0.38 were obtained for total soluble solids, 0.90 and 0.05 for titratable acidity, 0.92 and 0.03 for pH, and 0.90 and 1.7 forpercent adulteration, respectively. The analysis time is 10 minutes per sample to predict the four parameters. The modelsare fast, simple to use, require a small amount of sample (0.5 mL), and no toxic reagents are used.

Resumen
La granada es una fruta rica en compuestos bioactivos con actividad antioxidante y su jugo es altamente apreciado (Hegazi et al., 2021). El jugo de granada es susceptible a ser adulterado con jugos de fruta de menor valor. Los métodos convencionales de análisis son laboriosos y costosos. La espectroscopía MIR-FTIR unida a Quimiometría permite identificar adulteraciones de forma rápida (Moreno-Ley et al., 2019). En el presente trabajo se utilizó la espectroscopia infrarroja y el análisis multivariante (quimiometría) para predecir la adulteración de jugo de granada con jugo de manzana en 52 mezclas binarias (0-50% de adulteración), así como para cuantificar parámetros fisicoquímicos del jugo. Se utilizó el algoritmo de mínimos cuadrados parciales (PLS-1) del software Spectrum Quant+ (PerkinElmer, Inc.) para desarrollar 4 modelos de predicción. El algoritmo PLS-1 mostró buenos resultados, se obtuvieron coeficientes de determinación (R2 validación) y errores estándar de validación cruzada (SECV) de 0.90 y 0.38 para los sólidos solubles totales, de 0.90 y 0.05 para la acidez titulable, de 0.92 y 0.03 para el pH y de 0.90 y 1.7 para el porcentaje de adulteración, respectivamente. El tiempo de análisis es de 10 minutos por muestra para predecir los 4 parámetros. Los modelos son rápidos, sencillos de utilizar, requieren poca cantidad de muestra (0.5 mL) y no se utilizan reactivos tóxicos.

**Quantifying pomegranate juice adulteration by FTIR spectroscopy and chemometrics**

Cintli Uco-Villeda1, Diana Maylet Hernández-Martínez*1, Tzayhrí Gallardo-Velázquez1, Guillermo Osorio-Revilla2, Eduardo Castañeda-Pérez3

1Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Departamento de Biofísica, México; 2Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Departamento de Ingeniería Bioquímica, México; 3Universidad Autónoma de Yucatán, Facultad de Química, México.
***corresponding author: dhernandezmar@ipn.mx**

**Abstract**
Pomegranate is a fruit rich in bioactive compounds with antioxidant activity, and its juice is highly valued (Hegazi _et al_., 2021). Pomegranate juice is susceptible to adulteration with fruit juices of lower value. Conventional methods of analysisare laborious and expensive. MIR-FTIR spectroscopy coupled with Chemometrics allows for rapid identification of adulterations (Moreno-Ley _et al_., 2019). In the present work, infrared spectroscopy and multivariate analysis(chemometrics) were used to predict adulteration of pomegranate juice with apple juice in 52 binary mixtures (0-50% adulteration) to quantify physicochemical parameters of the juice. The partial least squares (PLS-1) algorithm of Spectrum Quant+ software (PerkinElmer, Inc.) was used to develop four prediction models. The PLS-1 algorithm showedgood results. Coefficients of Determination (R2 validation) and Standard Errors of Cross-Validation (SECV) of 0.90 and 0.38 were obtained for total soluble solids, 0.90 and 0.05 for titratable acidity, 0.92 and 0.03 for pH, and 0.90 and 1.7 forpercent adulteration, respectively. The analysis time is 10 minutes per sample to predict the four parameters. The modelsare fast, simple to use, require a small amount of sample (0.5 mL), and no toxic reagents are used.

**Resumen**
La granada es una fruta rica en compuestos bioactivos con actividad antioxidante y su jugo es altamente apreciado (Hegazi _et al_., 2021). El jugo de granada es susceptible a ser adulterado con jugos de fruta de menor valor. Los métodos convencionales de análisis son laboriosos y costosos. La espectroscopía MIR-FTIR unida a Quimiometría permite identificar adulteraciones de forma rápida (Moreno-Ley _et al_., 2019). En el presente trabajo se utilizó la espectroscopia infrarroja y el análisis multivariante (quimiometría) para predecir la adulteración de jugo de granada con jugo de manzana en 52 mezclas binarias (0-50% de adulteración), así como para cuantificar parámetros fisicoquímicos del jugo. Se utilizó el algoritmo de mínimos cuadrados parciales (PLS-1) del software Spectrum Quant+ (PerkinElmer, Inc.) para desarrollar 4 modelos de predicción. El algoritmo PLS-1 mostró buenos resultados, se obtuvieron coeficientes de determinación (R2 validación) y errores estándar de validación cruzada (SECV) de 0.90 y 0.38 para los sólidos solubles totales, de 0.90 y 0.05 para la acidez titulable, de 0.92 y 0.03 para el pH y de 0.90 y 1.7 para el porcentaje de adulteración, respectivamente. El tiempo de análisis es de 10 minutos por muestra para predecir los 4 parámetros. Los modelos son rápidos, sencillos de utilizar, requieren poca cantidad de muestra (0.5 mL) y no se utilizan reactivos tóxicos.

Cuantificación de la adulteración de jugo de granada mediante espectroscopía FTIR y quimiometría

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