Estudio de la composición mineral de forrajeras nativas de la provincia de Corrientes. Propuesta de modelos quimiométricos para evaluar propiedades químicas y eventual origen geográfico
Resumen
Las Indicaciones Geográficas y Denominaciones de Origen constituyen
herramientas que permiten diferenciar y hacer distinguible la calidad de un producto
relacionada con su origen geográfico. Asimismo, otorgan protección legal al nombre, al
producto, al grupo interesado, y tienden a promover el desarrollo rural. La búsqueda
de sistemas que permitan autenticar el origen de un alimento de manera objetiva,
mediante el estudio de su composición química ha sido el objeto de esta tesis. En este
contexto, las variaciones en la abundancia isotópica natural y variaciones en las
concentraciones de elementos minerales demuestran un excelente desempeño como
"trazadores" de origen geográfico de los alimentos.
En los últimos cinco años el número de artículos científicos relacionados con la
determinación del origen geográfico de alimentos ha sufrido un continuo aumento. Sin
embargo, la producción científica relacionada con sistemas de trazabilidad químico de
alimentos producidos en la región Nordeste Argentina resulta aún escasa. El objetivo
general de esta tesis ha sido estudiar la presencia de posibles marcadores químicos de
identidad en las partes aéreas de plantas utilizadas como forraje de la Provincia de
Corrientes. Con este objetivo se analizaron las concentraciones de 18 elementos a
nivel de vestigios por Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente
(ICP-MS), que es una técnica de análisis inorgánico elemental e isotópico capaz de
determinar y cuantificar la mayoría de los elementos de la tabla periódica en un amplio
rango dinámico. Las especies vegetales estudiadas fueron: Desmodium incanum,
Schizachyrium microstachyum y Andropogon lateralis, seleccionadas de acuerdo a su
disponibilidad y frecuencia de uso para la producción pecuaria de la zona de estudio.
Se determinaron las influencias de factores tales como, la serie de suelo donde fueron
recolectadas las diferentes muestras y la relación con el sitio geográfico de muestreo.
Todos los resultados fueron analizados mediante algoritmos estadísticos y de
aprendizaje automático que permitieron modelar las variaciones presentes en los
mismos y proponer modelos predictivos de origen geográfico para muestras problema
futuras desconocidas.
En primera instancia se realizó un análisis exploratorio de datos mediante
análisis de componentes principales (PCA) y un análisis de conglomerados (HCA),
obteniéndose resultados que indicaron la posibilidad de proponer modelos para
agrupar las muestras de acuerdo a su origen geográfico. Al utilizar como criterio de
clasificación a la serie de suelo, se obtuvieron valores de exactitud superiores al 90%
para las tres especies utilizando técnicas de clasificación multivariante relativamente
sencillas de naturaleza paramétrica. Por otro lado, al considerar el sitio geográfico de
obtención de las muestras, se hizo necesario utilizar técnicas de elevada complejidad,
tales como máquinas de vectores soporte (SVM) o el algoritmo de árboles aleatorios
(RF), para lograr resultados satisfactorios.
Los principales aportes de esta tesis se traducen en una profundización del
conocimiento de la composición química mineral de plantas forrajeras nativas de la
Provincia de Corrientes, abarcando no solo la concentración de elementos de interés
nutricional, sino también elementos a nivel de vestigios sin función fisiológica
demostrada o conocida; así también se logró la propuesta de modelos quimiométricos
que permiten establecer con seguridad la procedencia geográfica de forrajes utilizados
en la producción pecuaria. The protected designation of origin (PDO) and protected geographical indication (PGI)
are tools that allow to differentiate and distinguish the quality’s product related to its
geographical origin. Also, they provide legal protection to the name and the product,
and tend to promote rural development. Searching these systems that enable to
authenticate a product’s origin through the study of the mineral chemistry is the aim
of this thesis. In this context, variations in the natural abundance and variations in
mineral concentrations demonstrate an excellent performance as tracers of
geographical origin of foods.
In the last five years the number or publications related to geographical origin of food
has been increased. Although, the scientific production related to chemical traceability
systems produced in the northeast of Argentina is scarce. The general objective of this
thesis has been to study the presence of possible tracers in aerial parts of plants that
are used as forage in Corrientes Province. The concentrations of 18 elements were
determined by ICP-MS that is capable to determine and quantify the majority of
elements in the periodic table in a wide dynamic range. The botanic species studied
were: Desmodiun incanum, Schizachyrium microstachyum and Andropogon lateralis,
that were selected according to its availability and frequent usage in the livestock
production in the study zone. Environmental factors, such as, soil series where have
been collected and the relationship with geographical origin were studied. Every result
was analyzed by statistical and machine learning algorithms that allowed us to model
the mineral data and propose predictive models of geographical origin for unknown
samples in the future.
In the first place, an exploratory data analysis was performed, and the results showed
that a predictive analysis would be able to perform in order to cluster samples
according to its geographical origin. When soil series were used as classificatory
criteria, 90% of accuracy values were obtained using models relatively easy to
implement. Considering the geographical origin another more complex techniques
were necessary to implement, such as, support vector machines and random forest.
The main contribution of this work is the mineral composition data of native forages
from Corrientes, Argentina; and not only the nutritional mineral concentrations but
also the trace element concentrations with unknown physiological function. Also, it is a
valuable contribution the chemometric data modeling that allows establishing the
geographical origin of forages used for livestock.
Colecciones
- Tesis doctoral [27]