Applications de la spectroscopie visible, en complément du proche infrarouge, dans le domaine de la production animaleD. Andueza, F. Picard, B. Martin, B. Graulet, A. Ferlay, B.P. Mourot, S. Prache

14 / 10 / 2014

INRA, UMR Herbivores, 63122 Saint Genès Champanelle,

.02

SOMMAIRE

D. Andueza / Applications de la spectroscopie visible, en complément du proche infrarouge, dans le domaine de la production animale

14 / 10 / 2014

Applications qualitatives Applications quantitatives Conclusions

.03

Finalité des travaux

Développer des outils analytiques (traceurs de l’alimentation) 

permettant d’aider à garantir le respect des engagements des cahiers des charges des produits laitiers et carnés 

.04

Alimentation de l’animal

Composés spécifiquesTransférés directement de la ration au produit (terpènes, caroténoïdes…)

Transformés ou produits par les microorganismes du rumenou le métabolisme animal (acides gras…)

Produits (lait, viande)

Démarche de travail

.05

Analyse simultanée de terpènes, acides gras et carotenoïdes

analyse multivariée

co

‐2,5

‐2,0

‐1,5

‐1,0

‐0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

‐2,5 ‐2,0 ‐1,5 ‐1,0 ‐0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Axis 3

Axis 4

Concentré

Ensilage de maïs

Foin (praire de montagne et ray-grass)

Prairie de montagne

Ensilage de ray-grass

Analyse en composantes principales

8 terpènes, 5  acides gras et β‐carotène

Martin et al., 2005

.06

Alimentation de l’animal

Composés spécifiquesTransférés directement de la ration au produit (terpènes, caroténoïdes…)

Transformés ou produits par les microorganismes du rumenou le métabolisme animal (acides gras…)

Produits (lait, viande)

Démarche de travail

Empreintes Les différences dans la composition des produits induisent des différences dans leurs propriétés optiques (Visible, PIR, Visible+proche infrarouge)

.07

SPECTRE ELECTROMAGNÉTIQUE

VIOLET BLEU VERT ORANGE ROUGE100 400 435 475 512 600 670 800 1000

10 -2 10 -1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7..................10 16

RAYONS X ULTRAVIOLET

VI SIBLE

SPIR

MIR IRL

MICRO-ONDES

PIR 800 - 2500 nmVIS-PIR 400 - 2500 nm

Adapté de Burns and Margoshes (1992) Adapté de Burns and Margoshes (1992)

ONDES-RADIO

.08

20

70

450 510

Proportion de lumière réfléchie (%)

Longueur d’onde (nm)

herbe

bergerie

Index spectrocolorimétriquequantifiant la signature des caroténoïdes

100

300

500

Intégrale 450‐510 

(Prache et Theriez 1999)

.09

200

600

Lait de vache

500

100

Viandeovine

Index spectral

Viandebovine

Index spectrocolorimétrique

L’intensité de la signature des pigments caroténoides permet de tracer l’alimentation à l ’herbe

Herbe Concentré

1600

600

FromageSt Nectaire

FromageCantal

.010

400

Proportion de lumière réfléchie (%)

Longueur d’onde (nm)

85

15

700

Herbe

Concentré + foin

Spectrocolorimétrie400‐700 nm 

Méthodes spectrales

SPIR (Spectrométrie proche infra‐rouge) + visible

400‐2500 nm

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

400 700 1000 1300 1600 1900 2200 2500

log(1/R)

longueur d'onde (nm)

Herbe

Concentré + foin

.011

1: index 450-510 2: ensemble des données de réflectance entre 400-700 nm 3: ensemble des données de réflectance entre 400-2500 nm

Dian et al, 2008 

Herbe (n=120) Bergerie (n=139)

Mesure sur gras périrénal agneaux (prélèvement à 24h de ressuyage)

Comparaison 3 méthodes spectrales

85

90

95

100

Pasture‐fed

lambs (%

)

a

b

c

85

90

95

100

Stall‐fed

aa

a

% agneaux bien reconnus

.012

1: ensemble des données d’absorbance entre 400-700 nm (VIS)2: ensemble des données d’absorbance entre 700-2500 nm (PIR) 3: ensemble des données d’absorbance entre 400-2500 nm (VIS+PIR)

Pâturage (n=208) Fourrages conservés (n=100)

Comparaison 3 segment spectrales (fromages)

75

80

85

90

95

100

VIS PIR VIS+PIR

% fromages bien reconnus

.013

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

400 700 1000 1300 1600 1900 2200Longueur d’onde (nm)

- Régions spectrales en relation avec les caroténoïdes

- Régions spectrales en relation avec les acides gras

Différence moyenne entre les spectres VIS+SPIR des fromages à partir d’herbe ou à partir de fourrages conservés

0

1

2

3

b‐carotène a‐tocopherol

0

50

100

AGS AGMI AGPI

Pâturage  Fourrages conservés 

.014

Spectre de carotenoïdes

Lait+50 µL lutéine

Lait+800 µL trans β carotène

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

0.1

0.2

0.3

400 800 1200 1600 2000 2400

2ème dé

rivée

longueur d'onde

lutéine

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

400 800 1200 1600 2000 2400

2ème dé

rivée

longueur d'onde

trans b carotène

.015

Applications quantitatives (Prévision)

Mise au point des méthodes rapides de prévision pour estimer la valeur alimentaire des fourrages et de la teneur en composés d’intérêt nutritionnel des produits laitiers ou carnés

Finalité des travaux

.016

Fourrages: Des aliments importants pour les ruminants

Valeur alimentaire des fourrages. Recherches et questions autour de la qualité

Les systèmes d’expression de la valeur des fourrages

Traduisent l’ingestion, l’utilisation de l’énergiel’utilisation des protéines etl’utilisation des minéraux par les animaux

-Efficacité-Qualité de produits

… et sont basées sur la composition chimique: N, Parois ou la digestibilité 

.017

0

1

2

3

4

5

6

7

VIS PIR VIS+PIR0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

VIS SPIR VIS+PIR

0

1

2

3

4

5

VIS PIR VIS+PIR100

105

110

115

120

125

130

135

140

VIS PIR VIS+PIR

Précision des modèles d’étalonnage

1: ensemble des données d’absorbance entre 400-1100 nm (VIS)2: ensemble des données d’absorbance entre 1100-2500 nm (PIR) 3: ensemble des données d’absorbance entre 400-2500 nm (VIS+PIR)

dcellMS N

NDF Carotenoïdes

SEP

SEPSEP

SEP

Picard et al., 2014

.018

0

0.1

0.2

0.3

VIS PIR VIS+PIR

AGS

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

VIS PIR VIS+PIR

AGMI

0

0.02

0.04

0.06

VIS PIR VIS+PIR

AGPI

Précision des modèles d’étalonnage (viande ovine)

1: ensemble des données d’absorbance entre 400-1100 nm (VIS)2: ensemble des données d’absorbance entre 1100-2500 nm (PIR) 3: ensemble des données d’absorbance entre 400-2500 nm (VIS+PIR)

SECV SECV

SECV

.019

Conclusions

L’utilisation du segment visible en complément de l’infrarouge peutêtre intéressant dans certains cas afin d’agumenter la précision desmodèles d’étalonnage.

Son utilisation semble intéressant si des composés qui absorbent dans le visible sont impliqués.

.020

Merci pour votre attention