Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

Potencial Use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to Categorise Chorizo Sausages from Iberian Pigs According to Several Quality Standards

Potencial Use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to Categorise Chorizo Sausages from Iberian... Article  Potencial Use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to   Categorise Chorizo Sausages from Iberian Pigs According to  Several Quality Standards  Alberto Ortiz, Lucía León *, Rebeca Contador and David Tejerina  Meat Quality Area, Center of Scientific and Technological Research of Extremadura (CICYTEX‐La Orden),  Junta de Extremadura, Ctra A‐V, Km272, 06187 Guadajira, Spain; alberto.ortiz@juntaex.es (A.O.);   rebecontro@gmail.com (R.C.); david.tejerina@juntaex.es (D.T.)  *  Correspondence: lucia.leon@juntaex.es  Abstract: The ability of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to classify pre‐sliced Iberian chorizo mod‐ ified atmosphere packaged (MAP) according to the animal material used in their production (Black,  Red, White) in their production in accordance with the official trade categories (which includes the  handling system and the different inter‐racial crossbreeds) without opening the package was as‐ sayed.  Furthermore,  various  spectra  pre‐treatments  and  supervised  classification  chemometric  tools; Partial least square‐discriminant analysis (PLS‐DA), soft independent modelling of class anal‐ ogies (SIMCA) and linear discriminant analysis (LDA), were assessed. The highest sensitivity values  in both calibration and external validation were achieved with SIMCA followed by PLS‐DA ap‐ proaches, while LDA had more provided values among sensitivity and specificity and between the  Citation: Ortiz, A.; León, L.;   different commercial categories in both sample sets, thus yielding the highest discriminant ability.  Contador, R.; Tejerina, D. Potencial  These results could be a resource to support the traceability and authentication control of individual  Use of Near Infrared Spectroscopy  pre‐sliced MAP Iberian chorizo according to the commercial category of the raw material in a non‐ (NIRS) to Categorise Chorizo   Sausages from Iberian Pigs   destructive way.  According to Several Quality   Standards. Appl. Sci. 2021, 11, 11379.  Keywords: PLS‐DA; SIMCA; LDA; unopened package; modified atmosphere packaging  https://doi.org/10.3390/  app112311379  Academic Editors: Mike Boland and  1. Introduction  Alessandra Biancolillo  The Iberian Spanish market provides a wide variety of traditional meat and meat  products, being dry‐cured ones of great relevance in the Spanish diet and being also wide‐ Received: 8 October 2021  spread among Mediterranean countries [1], mainly due to its nutritional sensory quality  Accepted: 29 November 2021  attributes. The quality of Iberian dry‐cured products is dependent on the intrinsic charac‐ Published: 1 December 2021  teristics of raw material (meat and fat used for its production) from which they are made,  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ which  in  turn  is  dependent  on  animal  production  conditions.  Thus,  the  genetic  back‐ tral  with  regard  to  jurisdictional  ground (purebred Iberian pigs vs. Iberian crossed with Duroc), the rearing conditions (in‐ claims in published maps and institu‐ doors vs. outdoors systems) or the type of feed received, especially in the last stage of  tional affiliations.  fattening (based on natural feed vs. commercial fodder), led to a large degree of variability  in the physico–chemical [2–4] and sensory attributes [5] of meat and meat products. The  current Spanish Iberian Quality Standard (IQS) [6], includes the different quality catego‐ ries obtained from the combinations of the above‐mentioned factors. Thus, the standard  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ officially sets out four quality levels, which are described on different commercial labels;  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  “Black” (100% Iberian pigs that finish their fattening stage in Montanera ‐reared in the out‐ This article  is an open access article  exclusively on the ad libitum consumption of acorns mainly from  doors with feed‐based  distributed under the terms and con‐ Quercus ilex and grass‐), “Red” (pigs with a minimum Iberian purity of 50%, which finish  ditions of the Creative Commons At‐ their fattening phase in Montanera), “Green” (pigs with a minimum Iberian purity of 50%,  tribution  (CC  BY)  license  reared in outdoor conditions and fed with commercial fodder—mainly based on cereals  (https://creativecommons.org/licen‐ and leguminous plants—without prejudice that they may also consume acorns and grass)  ses/by/4.0/).  Appl. Sci. 2021, 11, 11379. https://doi.org/10.3390/app112311379  www.mdpi.com/journal/applsci  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  2  of  12  and “White” (animals of at least 50% purebred Iberian, reared indoors and fed exclusively  on commercial fodder). Nevertheless, these quality degrees are not applicable to all meat  products, and exclude some such as Iberian dry‐cured sausages, while others, such as  fresh meat, dry cured hams, shoulders and loin, are included.  Recently, García‐Gudiño et al. [7] highlighted the relevance of labelling in the per‐ ception of the Iberian products by consumers. Thus, the inclusion of Iberian dry‐cured  sausages such as chorizo into the various quality degrees or commercial categories above‐ mentioned would provide information regarding its quality dimension, and the possibil‐ ity of being commercially recognized as a classified and authenticated product by the cur‐ rent IQS [6].  The physico–chemical and organoleptic differences among Iberian chorizo manufac‐ tured from raw meat from three commercial categories (Black, Red and White) included in  the current IQS [6] have been recently addressed by García‐Torres et al. [8]. So, current  efforts should be focused on seeking tools to provide a quality control of Iberian chorizo  according to the commercial category of the raw material, thus protecting its authenticity,  and supporting a labelling system that provides added value to this product as well as  reliability in terms of traceability and quality control to the consumer.  On the other hand, there is a trend towards the use of vacuum or modified atmos‐ phere packaging (MAP) of sliced products as compared to the entire piece in the selling  formats of meat products. In particular, the similarity to a hand‐sliced product provided  by MAP packaging compared to the traditional appearance of vacuum packaging, favours  the tendency to choose MAP over vacuum packaging [9]. However, given their dispersion  from the original whole piece, pre‐sliced packaged products could be more exposed to  fraudulent practices. So, quality authentication is essential in pre‐sliced package selling  formats.  In this regard, near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) is a fast, sensitive, and  non‐destructive technology that has been previously used for Iberian pig carcasses, sub‐ cutaneous fat and fresh meat classification according to the current official commercial  categories by Horcada et al. [10]. In addition, qualitative studies have been carried out  with NIRS to study the possibility to classify pre‐sliced MAP Iberian dry‐cured loin ac‐ cording to the above‐mentioned official commercial categories [11], showing both studies  acceptable classification results into various official commercial categories [6]. However,  so far, we are not aware of any other studies where the viability of this tool has been stud‐ ied in a qualitative way to classify Iberian dry‐cured sausages.  Thus, the objective of the present work was to assess the ability of the NIRS technol‐ ogy for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within various official commercial  categories defined by the current IQS of the raw meat used for their manufacturing (Black,  Red and White).  2. Materials and Methods  2.1. Meat Sampling and Experimental Design  A total of 103 samples of 100 g‐packages under MAP of Iberian chorizo manufactured  from raw material belonging to three official commercial categories [6] (Black (n = 32), Red  (n = 35) and White (n = 36)) were purchased from an Iberian manufacturing industry and  used in the current study.  The management of the animals was in accordance with those defined for each com‐ mercial category by the current IQS [6], and are summarized in Figure 1. There is a fourth  category contemplated by the IQS Green commercial category‐ which was not included in  the experimental design of the current study owing to the large variability resulting from  involving animals under different production system conditions (various percentages of  Iberian breed, open‐air reared and fed on fodder but without detriment that they may also  be fed on acorns and grass in the Montanera system) [6].  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  3  of  12  Figure 1. Production system conditions required in Black, Red and White commercial category according to the current  Spanish Iberian Quality Standard.  Iberian chorizo was manufactured as follows. To the initial sausage batter composed  of 52% of lean and 48% of back fat from animals under production systems of Black, Red  and White commercial categories, respectively, 2 g/100 g of NaCl, 2 g/100 g of paprika and  2 g/100 g of additives (dextrose, lactose) and authorized preservatives and stabilizers (E‐ 250, E‐252, E‐331) specially prepared for this type of Iberian dry‐cured sausages products  were added. Three sample production batches were used, one for each commercial cate‐ gory, to which were added the same amount and composition of preservers and stabi‐ lizers. Thereafter, Iberian chorizo mass batches were kept at refrigeration temperature (4 ±  2 °C) for 24 h, allowing the homogeneous seasoning mixture distribution. Subsequently,  Iberian chorizo were stuffed into 6–7 cm diameter natural casing in order to start the fer‐ mentation and ripening process, which was carried out in accordance with the common  techniques of the Iberian processing industry. The fermentation was carried out at 22 ± 2  °C and 85% of relative humidity (RH) for 48 h and 10–15 °C and 85% RH for 10 days.  Then, the RH was slowly decreasing (drying) to 70% RH until the end of the ripening  process. The total length of the process differed accounting on characteristics of meat and  back fat of each commercial category, being the total process length: 120, 110 and 100 days  for Iberian chorizo pieces manufactured from raw material with Black, Red and White com‐ mercial categories, respectively, and the average weights per piece were 1.3 ± 0.3, 1.4 ± 0.1  and 1.4 ± 0.3 kg, respectively. After this, using an industrial slicer, the chorizos were sliced  into 2 mm thickness slices in a slicing plant in a clean room and packaged in 100g packs  under  MAP  (Ulma   SMART  300).  Atmosphere  composition  consisted  in  a  mixture  of  gases (70% N2 and 30% CO2). The material of the packaging used was polystyrene (150  3 2 mm thick) with an oxygen permeability of 3.2 cm  O2/m /24 h/atm at 4 °C and sealed with  70 mm thick polyethylene film (VIDUCA, Alicante, Spain) with an oxygen permeability  3 2 3 2 2 of 1 cm /m /24 h (4 °C; 50% RH), 5.5 cm /m /24 h (4 °C; 50% RH) to CO2 and 2.2 g/m /24 h  (4 °C; 90% RH) to H2O.  2.2. Near Infrared Spectroscopy Spectral Measurements and Multivariate Data Analysis  Spectra data were obtained in reflectance mode and acquired by using the instrument  LabSpec 2500 (ASD Inc., Madrid, Spain) fitted with an ASD fibre‐optic Contact Probe   (21‐mm window diameter). Before obtaining the spectra, NIR spectrometer was calibrated  using a spectralon tile as the white reference, but covered with the same material with  which the pre‐sliced MAP Iberian chorizo was packaged, since theobjective of the present  study was the spectra acquisition without opening the packages to obtain the predictive  models. With the support of the ASD contact probe , a spectrum per packet was obtained  with direct sensor‐sample contact. In order to reduce errors and increase the sampling  area, a zigzag scanning was made over the sample (the entire package, 16 × 24 cm ) (Figure  S1). The spectra are the result of the average of 40 scans measured over a range of 1000 to  2300 nm with a wave number resolution of 2 nm. Instrument monitoring and preliminary  spectral manipulation were conducted with the Indico TM Pro software package (Analyt‐ ical Spectral Device‐ASD Inc., Boulder, CO, USA). Thereafter, the collected data were ex‐ ported to Unscrambler X vs. 10.5 (CAMO , Trondheim, Norway) for spectra processing  and spectra treatments, as well as the development of classification models and their re‐ spective external validation.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  4  of  12  All spectra obtained were divided into a calibration set (70% of the samples) and a  external validation set (30% of the samples) (Table 1). Thus, in order to homogeneously  represent samples of each class (Black, Red and White) and maximize the variability in both  sets, a manual and random selection was performed.  Table 1. Assignment of the number of samples in the calibration and external validation sets in  accordance with the commercial labels associated with the raw material used for the production of  Iberian chorizo.  Commercial Category  Total     Black  Red  White  Calibration  21  25  26  72  Validation  11  10  10  31  Total  32  35  36  103  In order to optimize the accuracy of calibration models by minimizing additive and  multiplicative  scatter  effects  and  baseline  shifts,  several  spectral  math  pre‐treatments  were evaluated: Standard Normal Variate (SNV), Detrend correction (DE) [12] and two  different Savitzky‐Golay derivatives; the first order derivative with: 4 smoothing left and  right‐side points (symmetric Kernel), and first polynomial order (1,4,4,1) and the second  order derivative: with 5 smoothing left and right‐side points, and second polynomial or‐ der (2,5,5,2) [13]. All pre‐treatments and their combinations were evaluated in two spectra  regions; 1000–2300 nm and 1000–1800 nm.  2.3. Development of Classification Models  Different qualitative approaches were evaluated with the aim of achieving a classifi‐ cation of pre‐sliced MAP Iberian chorizo into official commercial categories of raw mate‐ rial; Partial least squares‐discriminant analysis (PLS‐DA) and linear discriminant analysis  (LDA) as discriminant classification techniques, and soft independent modelling of class  analogies  (SIMCA)  as  class‐modelling  technique  (Unscrambler  X  vs.  10.5  software  (CAMO , Trondheim, Norway)). Both of them seek to mathematically assign a sample to  a given class, however, SIMCA attempts to mathematically confirm whether or not a sam‐ ple fits into a defined class.  Models were developed based on the calibration set, built on both 1000–2300 nm and  1000–1800 nm spectra range and performed after the different pre‐processes and combi‐ nation of them. The outliers that were found were eliminated. The spectra plot by princi‐ pal component analysis (PCA) allowed us to detect anomalous samples that gave strange  results. It is the most widely used tool for this work. The rules for removing outliers were  (1) samples with residuals higher than 2; (2) samples with leverage (H) higher than 3 times  the average leverage [14]:  H = 1/(n + (number of principal components)/n)  being “n” the number of samples.  2.3.1. Partial Least Squares‐Discriminant Analysis  The PLS‐DA model attempts to relate the spectral variances (X) to the Black, Red and  White classes to increase the covariance between the two types of variances. In this type of  approach, the Y variables used are categorical “dummy” variables [15], as they are not  continuous, as they are in quantitative analysis. In this way, samples that were part of the  target class were numbered 1, while otherwise a 0 was assigned [16]. Based on these prem‐ ises, it is feasible to use this regression method to perform the classification by calculating  a calibration model that relates the predictor and the response matrix. Cross‐validation  with the leave‐one‐out method was used to calculate the number of latent variables (LVs)  of the models by maximizing the covariance between X and Y, avoiding the overfitting.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  5  of  12  The basis of the highest value of the determination coefficient (1‐VR) and the lowest root  mean square error of cross‐validation (RMSECV) were the tools to study the predictive  feasibility of the model. Additionally, to guarantee the reliability of the models in the clas‐ sification of the different classes the Sensitivity (SE) and Specificity (SP) were calculated  [17]. Thus, SE denotes the percentage of samples belonging to an established class that the  studied model has recognized as belonging to that class:  SE = TP/(TP + TN)  Whilst SP denotes the percentage of the number of samples that do not belong to the  selected class and that the model has correctly rejected:  SP = TN/(TN + FP)  being TP = true positives, FN = false negatives, TN = true negatives and FP = false positives.  Calibration results from all pre‐treatments and spectra ranges assessed are compiled  in Table S1 (supplementary material), whilst results of the best fitting models (calibration  and external validation) are summarized in Table 2.  Table 2. PLS‐DA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official  commercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial  Cross‐Validation  External Validation  Pre‐Treatment  Range (nm)  LVs  Category  n  1‐VR  RMSECV  SE  SP  n  SE  SP  Black  SNV‐DE  1000–2300  12  69  0.815  0.198  100.00  100.00  31  81.82  90.00  Red  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–2300  10  70  0.838  0.181  96.00  97.87  31  60.00  66.67  White  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–2300  10  70  0.790  0.245  100.00  95.65  31  70.00  71.43  Black, Red and White = commercial categories of raw used for manufacturing Iberian chorizo; SNV = Standard normal vari‐ ate; DE = de‐trending; SG = Savitzky‐Golay derivates; LVs = latent variables; n = number of samples; 1‐VR = coefficient of  determination in cross‐validation; RMSECV = root mean square error of cross validation; SE = sensitivity (%); SP = speci‐ ficity (%).  2.3.2. Soft Independent Modelling of Class Analogies (SIMCA)  SIMCA was evaluated in the current study as a class‐modelling technique [18]. Thus,  samples of unknown origin were used to obtain a classification rule able to discriminate  samples of unknown origin into the different classes established, based on the values of  the different characteristics of the samples themselves. Thus, SIMCA builds class models  based on independent PCA models performed only on samples belonging to each class  under study (Black, Red or White). The dimension of the individual PCA model is given by  the number of principal components (PCs), determined by a cross‐validation procedure.  Samples do not have to be classified in only one of the above classes. The classification of  new samples with unknown origin was calculated using the scores and the loadings of  the created PCA model, taking into consideration the distance of the sample to the centre  of the model (leverage), which provides information about the placement of the projected  sample on the PCs, and the distance of the sample to the model defined by the PCs (S‐ distances).  Classification ability of the models were expressed on terms of SE and SP [17]. Cali‐ bration results from all pre‐treatments and spectra ranges evaluated are compiled in Table  S2 (supplementary material), whilst results of the best fitting models (calibration and ex‐ ternal validation) are summarized in Table 3.      Appl. Sci. 2021, 11, 11379  6  of  12  Table 3. SIMCA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official  commercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial Cat‐ Calibration  External Validation  Pre‐Treatment  Range  PCs  egory  n  SE   SP   n  SE  SP   Black  Absorbance  1000–2300  1  21  100.00  21.57  31  90.91  45.00  Red  SG 1,4,4,1  1000–1800  9  25  100.00  46.81  31  90.00  47.62  White  SNV‐DE  1000–1800  1  26  100.00  63.04  31  90.00  47.62  Black, Red and White = commercial categories of raw used for manufacturing Iberian chorizo; SG = Savitzky‐Golay derivates;  SNV = Standard normal variate; DE = de‐trending; PCs = number of principal components; n = number of samples; SE =  sensitivity (%); SP = specificity (%).  2.3.3. Linear Discriminant Analysis (LDA)  LDA analysis is based on the description of data by means of probability density  distributions, under the hypotheses that they are multivariate normal and with the same  dispersion and correlation between variables within all the classes established [19]. The  aim of LDA is to find a dimension reducing transformation that minimizes the dispersion  within each class and maximizes the dispersion between them in a reduced dimensional  space. The fact of requiring more rows than columns in the working matrix where all the  data is included, is what limits this model, as it is in our case. In order to decrease the  dimension of the spectral variables, the variables were previously reduced by PCA [20].  The class distance was calculated by the Mahalanobis method and the number of PCs was  the optimal suggested by the PCA model [21]. The capacity assessment of the LDA model  was carried out in SE and SP [17]. Calibration results from all pre‐treatments and spectra  ranges evaluated are compiled in Table S3 (supplementary material), whilst results of the  best fitting models (calibration and external validation) are summarized in Table 4.  Table 4. LDA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official com‐ mercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial Cat‐ Calibration  External Validation  Pre‐Treatment  Range  egory  n  SE   SP   n  SE   SP   Black  SG 1,4,4,1  1000–2300  72  90.48  86.27  31  81.82  60.00  Red  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–1800  72  84.00  97.87  31  90.00  80.95  White  Absorbance  1000–1800  72  88.46  93.48  31  80.00  95.24  Black, Red and White = commercial categories of raw material used for manufacturing Iberian chorizo; SG = Savitzky‐Golay  derivates; SNV = Standard normal variate; DE = de‐trending; n = number of samples; SE = sensitivity (%); SP = specificity  (%).  3. Results  3.1. Spectral Information  The raw spectra data from calibration and validation sample sets of unopened pre‐ sliced MAP packages of Iberian chorizo manufactured from raw material belonging to  three commercial categories according to the current IQS [6] are shown in Figure 2.    Appl. Sci. 2021, 11, 11379  7  of  12  Figure 2. Raw spectra (reflectance) from calibration (A) and validation (B) sample set obtained from unopened pre‐sliced  MAP packaged Iberian Chorizo manufactured from raw material belonging to three official commercial categories (Black,  Red and White).  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  8  of  12  The NIR spectra data revealed similar shapes regardless of the official commercial  category of raw material, showing the same peaks and valleys along the entire scanned  region (1000–2500 nm) in both calibration (Figure 2A) and validation (Figure 2B) sample  sets. Nevertheless, there were reflectance intensity differences due to commercial catego‐ ries of raw material. Lower reflectance was observed by spectra from Iberian Chorizo from  Black and Red categories, which overlapped along 1000–2500 nm compared to chorizo spec‐ tra from White category, which yielded higher reflectance intensity.  On the other hand, from the value 1900 nm onwards it can be observed the signal  reached by the detector was very low and in the spectra range between 2300 and 2500  high spectral noise was observed.  Additionally, the regression coefficients of wavelengths of Iberian Chorizo from PLS‐ DA after SNV‐DE (1000–2300 nm) for Black (Figure S2A) and SG 1,4,4,1 SNV‐DE (1000– 2300 nm) for Red and White (Figure S2B,C, respectively) were graphically presented in the  supplementary material. It is important to note that for the black label, the wavelengths  around 1100 nm and between 1200 nm and 1600 nm were the ones that stood out for their  high  weight  (regression  coefficients)  (Figure  S2A).  Similarly,  the  wavelengths  mainly  comprised between 1000 nm and 1400 nm for Red (Figure S2B) and 1000 nm and 1500 nm  for White (Figure S2C) category were the wavelengths that had the greatest weight.  3.2. Near Infrared Spectroscopy Qualitative Predictive Models  3.2.1. Partial Least Squares‐Discriminant Analysis Models for the Classification of Ibe‐ rian Chorizo According to Commercial Categories of Raw Material  The combination of the SNV and DE (SNV‐DE) pre‐treatments for the Black category  gave the best prediction result in PLS‐DA in the spectra range comprised between 1000  and 2300 nm (Table 2). For both Red and White categories, the best fitting prediction mod‐ els were derived from the combination of first derivative (SG 1,4,4,1) and SNV‐DE in the  1000 and 2300 nm (Table 2). No substantial differences were observed between the 1‐VR  and RMSECV statistics among the best models for the three categories considered. Thus,  1‐VR ranged from 0.790 for White model to 0.838 of Red one, whereas the RMSECV ranged  from 0.181 to 0.245 for Red and White models, respectively. The SE and SP calibration val‐ ues obtained for all the abovementioned calibration models were above 95%.  When best PLS‐DA fitting prediction models were validated (Table 2), the best SE  and SP results were found for the SNV‐DE 1000–2300 nm model, i.e., the best fitting pre‐ dictive model for the Black category, with an 81.82% and 90.00%, respectively. In any case,  satisfactory classification results were also obtained for the rest of commercial categories  when models were externally validated.  The PCA plots after the pre‐treatments and in the spectra range from which the best  fitting models were obtained are presented in Figure S3 of the supplementary material. It  can be noted how the samples represented in principal components (PC) 1 and 2 tend to  aggregate according to the commercial category of the raw material used, and therefore  suggesting that discrimination among classes may be possible using the pre‐treatments  and spectra ranges above‐mentioned. More in detail, samples from Black tended to have  positive scores in both PC1 and PC2, Red samples were located to the left of PC1, whilst  White samples had positive scores in PC1 and negative scores in PC2 (Figure S3).  3.2.2. Soft Independent Modelling of Class Analogies Models for the Classification of  Iberian Chorizo According to Commercial Categories of Raw Material   the black label was the raw spec‐ The model where the best results were obtained for trum in the range of 1000–2300 nm, while for the red and white category the SG 1,4,4,1 and  SNV‐DE (1000–1800 nm) pre‐treatments were necessary to obtain the best SE and SP (Ta‐ ble 3). All these calibration models showed perfect SE (100%). On the contrary, low SP  values were found, especially for Black category (21.57%). When external validation was  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  9  of  12  applied, the results were less accurate in terms of SE, whilst SP values showed similar  behavior to calibration sample set, even improving for the Black model.  In Figures S2–S5 (supplementary material) the SIMCA plots of both the sample‐to‐ model distance (Si) and the sample leverage (Hi) for a particular model are shown. The  plots include the class membership limits for both statistics: (A) projection of calibration  and (B) external validation samples set to the PCA model results from the pre‐treatment  and spectra range from which the best classification fitting models were obtained for Black,  Red and White categories, respectively.  3.2.3. Linear Discriminant Analysis Models for the Classification of Iberian Chorizo Ac‐ cording to Commercial Categories of Raw Material  The best SE and SP values in calibration models by LDA were attained with the use  of SG 1,4,4,1, SG 1,4,4,1 SNV‐DE and raw spectra (Reflectance) for Black, Red and White,  respectively (Table 4). Normally, excellent results were obtained, with both SE and SP  values above 84%. Once external validation was applied, the SE and SP results were pre‐ served, except in the case of the Black label, which experienced a decrease in the SP value  to 60% (Table 4).  4. Discussion  The development of robust and reproducible predictive models to discriminate between  different commercial categories of the raw material of pre‐sliced MAP Iberian chorizo, first re‐ quires obtaining representative spectra for each study sample. Thus, between 1000 and 2000  nm, the noise was not noticeable (Figure 2), showing the spectra an area with high signal/noise  ratio, and therefore the region with the most amount of useful data. Above 2300 nm spectra  displayed little useful information, so these wavelengths were discarded for the models de‐ veloped in this study. More specifically, the main absorption dominated bands were observed  around 1090 and 1270 nm, which would be associated with behavior to the C‐H bonds, which  is related to fatty acids and alpha and gamma tocopherols [22,23]. Therefore, the overlapping  of spectra from Black and Red categories would support the similarity in the fatty acid profile  (38.1 and 38.6 g per 100 g of fatty acid methyl esters (% FAMEs) of saturated fatty acids, 54.8  and 54.5% FAMEs of monounsaturated fatty acids and 7.2 and 6.8% FAMES of polyunsatu‐ rated fatty acids for Black and Red categories, respectively), and tocopherols content (14.4 and  13.9 μg/g of alpha tocopherol and 1.7 and 1.6 μg/g of gamma tocopherol for Black and Red  categories, respectively) between Iberian chorizo manufactured from meat and fat belonging  to these two categories, as has been previously reported [8] and as has been also demonstrated  in other Iberian dry‐cured products [24,25]. This could be mainly explained by the same feed‐ ing regime of animals reared under the requirements of both Black and Red categories. Fernán‐ dez‐Cabanás et al. [26] also described bands located around 1210 nm corresponding to fatty  acids when studying NIRS technology as rapid determination of the fatty acid profile in Span‐ ish Iberian salchichón and chorizo dry‐cured sausages. Later, Pérez‐Marín et al. [27] also re‐ ported graphically that regions characteristic of CH2 absorption bands allowed some separa‐ tions between samples of Iberian pig carcasses from animals with different feeding regime  (acorns vs. compound feeds). Therefore, the ability to classify among the different categories  may be ascribed to spectral differences, and more specifically, to these areas where the largest  differences in absorbance intensity are found, i.e., the areas related to fatty acids (Figure 2),  since the variables corresponding to these wavelengths proved to have an important weight  in the development of the PLS‐DA models (Figure S2). Spectra differences on account on ani‐ mal feeding regime have been previously used for classification purposes. Thus, Pérez‐Marín  et al. [27] discriminated between carcasses of acorn‐fed versus feed‐fed Iberian pigs, whereas  Horcada et al. [10] were able to classify Iberian pigs, carcass, meat and subcutaneous backfat  according to animal feeding regime.  The models developed by means of PLS‐DA showed acceptable SE and SP values after  external validation. Therefore, these results suggest that the combination of NIRS technology  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  10  of  12  with PLS‐DA would provide models to be used for Iberian dry‐cured chorizo under MAP clas‐ sification according to the different quality labels of IQS. The same methodology has previ‐ ously been used to classify fresh meat samples (psoas major muscle) into the same quality  categories [10] and in pre‐sliced MAP dry‐cured loin [11]. Additionally, the PLS‐DA chemo‐ metric algorithm in combination with spectroscopy techniques was also used for the discrim‐ ination between fresh versus frozen Iberian dry‐cured loin [28]. In all studies, similar classifi‐ catory results to those obtained in the present research were found, concluding the high clas‐ sificatory capacity of PLS‐DA and enhancing its potential in official quality categories assign‐ ment support control. So, results of this work could be a preliminary breakthrough for use in  cured, sliced and packaged sausage‐type products. Similar SE but lower SP was found in the  most reliable models developed by SIMCA with respect to PLS‐DA. The high ability to detect  samples not belonging to each of the commercial categories is very useful for the meat indus‐ trial sector, in terms of authenticity control of the most commercially relevant products (Black  and Red) [5], as they are usually associated with a higher probability of fraud. Therefore,  SIMCA does not provide desirable SP results to guarantee a correct application in cured prod‐ ucts such as chorizo which attain the highest prices in the market and might be the most ex‐ posed to fraudulent practices. A similar pattern was observed in previous studies with dry‐ cured loin, sliced and packaged [11]. This chemometric approach has been tested in other ma‐ trices obtaining more satisfactory results. Thus, Pieszczek et al. [29] identified different ground  meat  species  (beef,  pork  and  lamb),  meanwhile,  Agudo  et  al.  [30]  discriminated  between  perirenal fat in lambs according to their feeding during fattening. Both studies obtained higher  SP values, especially the former, probably explained by the greater differences in terms of  composition than those found among the chorizos of the different categories in the present  study. Finally, the classification capacity obtained by LDA reported good results in both pa‐ rameters; SE and SP and between the different quality categories (IQS) in both calibration and  validation sets, as reported in previous studies with cured loin [11]. In this line, LDA results  of this study were similar to those reported for lamb perirenal fat discrimination according to  animal feeding regime by [30,31] when evaluating LDA to classify Iberian pig adipose tissue  according to the animal feeding regime (acorns vs. commercial fodder). On the other hand, as  previously mentioned, LDA models yielded higher SP values than those obtained by SIMCA  in calibration and external validation sample sets, and higher than those obtained by PLS‐DA  in external validation for Red and White categories. So, these results may suggest that the more  sophisticated chemometric classification methods; PLS‐DA and specifically SIMCA, would  not provide better classification results ‐after external validation‐ compared to the simplest  approach (LDA), as recently concluded [30].  5. Conclusions  This research shows the feasibility of using NIRS technology in the Iberian meat sec‐ tor for rapid of pre‐sliced and packaged products quality control. NIR spectral pre‐pro‐ cessing and chemometric approaches can be an alternative tool for the traceability and  authenticity control of the individual pre‐sliced MAP Iberian chorizo according to different  official commercial categories of raw material compiled by the current Spanish Iberian  Quality Standard used for its manufacture (Black, Red and White).  As the models were developed with direct contact measurements without opening  the package, their reproducibility could be limited by the characteristics and type of plas‐ tic, as well as the composition of the gases inside the package.  Therefore, these results open a line of study aimed at evaluating the effectiveness of  NIRS technology as an alternative tool for the assessment of other meat products pack‐ aged in other types of packaging, such as vacuum or active packaging.  Supplementary  Materials:  The  following  are  available  online  at  www.mdpi.com/arti‐ cle/10.3390/app112311379/s1, Figure S1. Spectral sampling (reflectance) of a sample of Iberian chorizo  under modified atmosphere packaging with a LabSpec 2500 (ASD Inc., Madrid, Spain) NIRS spec‐ trometer equipped with an ASD fibre‐optic contact Probe  (21‐mm window diameter). Figure S2:  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  11  of  12  Graphical representation of the regression coefficients of the spectral data of Iberian Chorizo from  PLS‐DA analysis after SNV‐DE (1000–2300 nm) for Black (A) and SG 1,4,4,1 SNV‐DE (1000–2300 nm)  for Red and White (B and C, respectively). Significant variables are highlighted in black. Figure S3: 2‐ D scatter PCA analysis plot of calibration sample set (n = 72) after SNV‐DE (reflectance) at 1000– 2300 nm (A), and after SG 1,4,4,1 SNV‐DE (reflectance) at 1000–2300 nm (B). Samples were grouped  by official commercial categories (Black, Red and White) of raw material used for manufacturing Ibe‐ rian chorizo. Graphical representation of PC1 (51%, 30%, respectively) vs. PC2 (23%, 19%, respec‐ tively). Figure S4: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si)  and the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to  model in calibration (A) and external validation (B) sample  Black PCA (reflectance) 1000–2300 nm  sets. Figure S5: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si) and  the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to Red  PCA SG 1,4,4,1 (reflectance) 1000–1800 nm model in calibration (A) and external validation (B) sam‐ ple sets. Figure S6: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si)  and the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to  White PCA SNV‐DE (reflectance) 1000–1800 nm model in calibration (A) and external validation (B)  sample sets. Table S1: PLS‐DA calibration results of models developed for pre‐sliced MAP Iberian  chorizo classification within the official commercial categories of the raw material (Black, Red and  White) according to various spectral pre‐treatments and spectra ranges. Table S2: SIMCA calibration  results of models developed for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official com‐ mercial categories of the raw material (Black, Red and White) according to various spectral pre‐treat‐ ments and spectra ranges. Table S3: LDA calibration results of models developed for pre‐sliced MAP  Iberian chorizo classification within the official commercial categories of the raw material (Black, Red  and White) according to various spectral pre‐treatments and spectra ranges.  Author Contributions: Conceptualization, A.O. and D.T.; methodology, A.O., R.C. and L.L.; formal  analysis, A.O. and L.L.; investigation, D.T.; writing—original draft preparation, A.O. and L.L.; writ‐ ing—review and editing, D.T.; funding acquisition, D.T. All authors have read and agreed to the  published version of the manuscript.  Funding: This piece of research was supported by FEDER funds (IB16182 and MEAT0) and Extre‐ madura Regional Council (IB16182). Alberto Ortiz and Lucía León would like to thank the Extrema‐ dura Regional Council and the FEDER funds for the award of the pre‐doctoral grant (PD16057) and  the financing of the contract (PEJ 2018‐004565‐P), respectively.  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Data Availability Statement: Data sharing not applicable.  Acknowledgments: The laboratory work of Meat Quality area of CICYTEX is acknowledged. Au‐ thors are grateful to Señorío de Montanera industry for manufacturing the samples of this research.  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest. The funders had no role in the  design of the study; in the collection, analyses, or interpretation of data; in the writing of the manu‐ script, or in the decision to publish the results.  References  1. Pugliese, C.; Sirtori, F. Quality of meat and meat products produced from southern European pig breeds. Meat Sci. 2012, 90,  doi:10.1016/j.meatsci.2011.09.019.  2. Fuentes, V.; Ventanas, S.; Ventanas, J.; Estévez, M. The genetic background affects composition, oxidative stability and quality  traits of Iberian dry‐cured hams: Purebred Iberian versus reciprocal Iberian×Duroc crossbred pigs. Meat Sci. 2014, 96, 737–743,  doi:10.1016/j.meatsci.2013.10.010.  3. Ramírez, M.R.; Cava, R. Effect of Iberian x Duroc genotype on dry‐cured loin quality. Meat Sci. 2007, 76, 333–341.  4. Tejerina, D.; García‐Torres, S.; Cabeza de Vaca, M.; Vázquez, F.M.; Cava, R. Effect of production system on physical–chemical,  antioxidant and fatty acids composition of Longissimus dorsi and Serratus ventralis muscles from Iberian pig. Food Chem. 2012,  133, 293–299, doi:10.1016/j.foodchem.2012.01.025.  5. Díaz‐Caro, C.; García‐Torres, S.; Elghannam, A.; Tejerina, D.; Mesias, F.J.; Ortiz, A. Is production system a relevant attribute in  consumers’  food  preferences?  The  case  of  Iberian  dry‐cured  ham  in  Spain.  Meat  Sci.  2019,  158,  107908,  doi:10.1016/j.meatsci.2019.107908.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  12  of  12  6. RD 4/2014 de 10 de Enero por el que se Aprueba la Norma de Calidad para la carne, el Jamón, la Paleta y la Caña de lomo Ibérico; Spanish  Ministry  of  Agriculture,  Fisheries  and  Food:  Madrid,  Spain,  2014.  Available  online:  https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE‐A‐2014‐318 (assessed on 7 October 2021)  7. García‐Gudiño, J.; Blanco‐Penedo, I.; Gispert, M.; Brun, A.; Perea, J.; Font‐i‐Furnols, M. Understanding consumers’ perceptions  towards Iberian pig production and animal welfare. Meat Sci. 2021, 172, 108317, doi:10.1016/j.meatsci.2020.108317.  8. García‐Torres,  S.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.;  Tamírez,  R.;  López‐Parra,  M.M.;  Tejerina,  D.  Physico‐chemical  and  sensory  characterization of sliced Iberian Chorizo from raw material of three commercial categories and stability during refrigerated  storage packaged under vacuum and modified atmospheres. Food Chem. 2021, 354, 129490.  9. García‐Esteban, M.; Ansorena, D.; Astiasarán, I. Comparison of modified atmosphere packaging and vacuum packaging for  long period storage of dry‐cured ham: Effects on colour, texture and microbiological quality. Meat Sci. 2004, 67, 57–63.  10. Horcada, A.; Valera, M.; Juárez, M.; Fernández‐Cabanás, V.M. Authentication of Iberian pork official quality categories using a  portable near infrared spectroscopy (NIRS) instrument. Food Chem. 2020, 318, 126471, doi:10.1016/j.foodchem.2020.126471.  11. Tejerina,  D.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.  Near  infrared  spectroscopy  (NIRS)  as  tool  for  classification  into  official  commercial  categories and shelf‐life storage times of pre‐sliced modified atmosphere packaged Iberian dry‐cured loin. Food Chem. 2021, 356,  129733, doi:10.1016/j.foodchem.2021.129733.  12. Barnes, R.; Dhanoa, M.; Lister, S. Standard normal variate transformation and de‐trending of near infrared diffuse reflectance  spectrea. Appl. Spectrosc. 1989, 43, 772–777.  13. Savitzky, A.; Golay, M.J.E. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Anal. Chem. 1964, 36,  1627–1639, doi:10.1021/ac60214a047.  14. Faber A closer look at the bias–variance trade off in multivariate calibration. J. Chemom. 1999, 13, 185–192.  15. Pérez‐Marín, D.C.; Garrido‐Varo, A.; Guerrero, J.E. Optimization of Discriminant Partial Least Squares Regression Models for  the Detection of Animal By‐Product Meals in Compound Feedingstuffs by Near‐Infrared Spectroscopy. Appl. Spectrosc. 2006,  60, 1432–1437. doi:10.1366/000370206779321427.  16. Geladi,  P.;  Davies,  T.  Book  Reviews:  A  User‐Friendly  Guide  to  Multivariate  Calibration  and  Classification,  An  Academic  Addition to the NIR Bookshelf. NIR News. 2002, 13, 12–13, doi:10.1255/nirn.658.  17. Oliveri, P.; Malegori, C.; Casale, M. Multivariate Classification Techniques. In Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences  and Chemical Engineering; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2018.  18. Wold, S.; Sjöström, M. SIMCA: A Method for Analyzing Chemical Data in Terms of Similarity and Analogy. In Chemometrics:  Theory and Application; ACS Publications: Washington, DC, USA, 1977.  19. Fisher,  R.A.  The  use  of  multiple  measurements  in  taxonomic  problems.  Ann.  Eugen.  1936,  7,  179–188.  doi:10.1111/j.1469‐ 1809.1936.tb02137.x.  20. Liu, L.; Cozzolino, D.; Cynkar, W.U.; Gishen, M.; Colby, C.B. Geographic Classification of Spanish and Australian Tempranillo  Red Wines by Visible and Near‐Infrared Spectroscopy Combined with Multivariate Analysis. J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 6754– 6759. doi:10.1021/jf061528b.  21. Naes, T.; Isaksson, T.; Fearn, T.; Davies, T. A User‐Friendly Guide to Multivariate Calibration and Classification; NIR Publications:  Chichester, UK, 2002.  22. Murray, J.M.; Delahunty, C.M.; Baxter, I.A. Descriptive sensory analysis: Past, present and future. Food Res. Int. 2001, 34, 461– 471.  23. Barbin, D.F.; de Felicio, A.L.S.M.; Sun, D.‐W.; Nixdorf, S.L.; Hirooka, E.Y. Application of infrared spectral techniques on quality  and compositional attributes of coffee: An overview. Food Res. Int. 2014, 61, 23–32. doi:10.1016/j.foodres.2014.01.005.  24. Contador, R.; Ortiz, A.; Ramírez, M. del R.; García‐Torres, S.; López‐Parra, M.M.; Tejerina, D. Physico‐chemical and sensory  qualities of Iberian sliced dry‐cured loins from various commercial categories and the effects of the type of packaging and  refrigeration time. LWT 2021, 141, 110876, doi:10.1016/j.lwt.2021.110876.  25. Ramírez,  R.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.;  García‐Torres,  S.;  López‐Parra,  M.M.;  Tejerina,  D.  Effect  of  Breed  Purity  and  Rearing  Systems on the Stability of Sliced Iberian Dry‐Cured Ham Stored in Modified Atmosphere and Vacuum Packaging. Foods 2021,  10, 730. doi:10.3390/foods10040730.  26. Fernández‐Cabanás, V.M.; Polvillo, O.; Rodríguez‐Acuña, R.; Botella, B.; Horcada, A. Rapid determination of the fatty acid  profile in pork dry‐cured sausages by NIR spectroscopy. Food Chem. 2011, 124, 373–378. doi:10.1016/j.foodchem.2010.06.031.  27. Pérez‐Marín, D.; Fearn, T.; Riccioli, C.; De Pedro, E.; Garrido, A. Probabilistic classification models for the in situ authentication  of iberian pig carcasses using near infrared spectroscopy. Talanta 2021, 222, 121511, doi:10.1016/j.talanta.2020.121511.  28. Cáceres‐Nevado,  J.M.;  Garrido‐Varo,  A.;  De  Pedro‐Sanz,  E.;  Tejerina‐Barrado,  D.;  Pérez‐Marín,  D.C.  Non‐destructive  Near  Infrared Spectroscopy for the labelling of frozen Iberian pork loins. Meat Sci. 2021, 175, 108440, doi:10.1016/j.meatsci.2021.108440.  29. Pieszczek,  L.;  Czarnik‐Matusewicz,  H.;  Daszykowski,  M.  Identification  of  ground  meat  species  using  near‐infrared  spectroscopy and class modeling techniques—Aspects of optimization and validation using a one‐class classification model.  Meat Sci. 2018, 139, 15–24. doi:10.1016/j.meatsci.2018.01.009.  30. Agudo, B.; Delgado, J.V.; López, M.M.; Rodríguez, P.L. Comparación de herramientas quimiométricas de clasificación para la  identificación de grasa perirrenal en corderos. Arch. Zootec. 2020, 69, 6–12. doi:10.21071/az.v69i265.5033.  31. Piotrowski, C.; Garcia, R.; Garrido‐Varo, A.; Pérez‐Marín, D.; Riccioli, C.; Fearn, T. Short Communication: The potential of  portable near infrared spectroscopy for assuring quality and authenticity in the food chain, using Iberian hams as an example.  Animal 2019, 13, 3018–3021. doi:10.1017/S1751731119002003.  http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Applied Sciences Multidisciplinary Digital Publishing Institute

Potencial Use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to Categorise Chorizo Sausages from Iberian Pigs According to Several Quality Standards

Free
Download PDF
12 pages

Loading next page...
 
/lp/multidisciplinary-digital-publishing-institute/potencial-use-of-near-infrared-spectroscopy-nirs-to-categorise-chorizo-40IxUy9LXH
Publisher
Multidisciplinary Digital Publishing Institute
Copyright
© 1996-2021 MDPI (Basel, Switzerland) unless otherwise stated Disclaimer The statements, opinions and data contained in the journals are solely those of the individual authors and contributors and not of the publisher and the editor(s). MDPI stays neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. Terms and Conditions Privacy Policy
ISSN
2076-3417
DOI
10.3390/app112311379
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

Article  Potencial Use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to   Categorise Chorizo Sausages from Iberian Pigs According to  Several Quality Standards  Alberto Ortiz, Lucía León *, Rebeca Contador and David Tejerina  Meat Quality Area, Center of Scientific and Technological Research of Extremadura (CICYTEX‐La Orden),  Junta de Extremadura, Ctra A‐V, Km272, 06187 Guadajira, Spain; alberto.ortiz@juntaex.es (A.O.);   rebecontro@gmail.com (R.C.); david.tejerina@juntaex.es (D.T.)  *  Correspondence: lucia.leon@juntaex.es  Abstract: The ability of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) to classify pre‐sliced Iberian chorizo mod‐ ified atmosphere packaged (MAP) according to the animal material used in their production (Black,  Red, White) in their production in accordance with the official trade categories (which includes the  handling system and the different inter‐racial crossbreeds) without opening the package was as‐ sayed.  Furthermore,  various  spectra  pre‐treatments  and  supervised  classification  chemometric  tools; Partial least square‐discriminant analysis (PLS‐DA), soft independent modelling of class anal‐ ogies (SIMCA) and linear discriminant analysis (LDA), were assessed. The highest sensitivity values  in both calibration and external validation were achieved with SIMCA followed by PLS‐DA ap‐ proaches, while LDA had more provided values among sensitivity and specificity and between the  Citation: Ortiz, A.; León, L.;   different commercial categories in both sample sets, thus yielding the highest discriminant ability.  Contador, R.; Tejerina, D. Potencial  These results could be a resource to support the traceability and authentication control of individual  Use of Near Infrared Spectroscopy  pre‐sliced MAP Iberian chorizo according to the commercial category of the raw material in a non‐ (NIRS) to Categorise Chorizo   Sausages from Iberian Pigs   destructive way.  According to Several Quality   Standards. Appl. Sci. 2021, 11, 11379.  Keywords: PLS‐DA; SIMCA; LDA; unopened package; modified atmosphere packaging  https://doi.org/10.3390/  app112311379  Academic Editors: Mike Boland and  1. Introduction  Alessandra Biancolillo  The Iberian Spanish market provides a wide variety of traditional meat and meat  products, being dry‐cured ones of great relevance in the Spanish diet and being also wide‐ Received: 8 October 2021  spread among Mediterranean countries [1], mainly due to its nutritional sensory quality  Accepted: 29 November 2021  attributes. The quality of Iberian dry‐cured products is dependent on the intrinsic charac‐ Published: 1 December 2021  teristics of raw material (meat and fat used for its production) from which they are made,  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ which  in  turn  is  dependent  on  animal  production  conditions.  Thus,  the  genetic  back‐ tral  with  regard  to  jurisdictional  ground (purebred Iberian pigs vs. Iberian crossed with Duroc), the rearing conditions (in‐ claims in published maps and institu‐ doors vs. outdoors systems) or the type of feed received, especially in the last stage of  tional affiliations.  fattening (based on natural feed vs. commercial fodder), led to a large degree of variability  in the physico–chemical [2–4] and sensory attributes [5] of meat and meat products. The  current Spanish Iberian Quality Standard (IQS) [6], includes the different quality catego‐ ries obtained from the combinations of the above‐mentioned factors. Thus, the standard  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ officially sets out four quality levels, which are described on different commercial labels;  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  “Black” (100% Iberian pigs that finish their fattening stage in Montanera ‐reared in the out‐ This article  is an open access article  exclusively on the ad libitum consumption of acorns mainly from  doors with feed‐based  distributed under the terms and con‐ Quercus ilex and grass‐), “Red” (pigs with a minimum Iberian purity of 50%, which finish  ditions of the Creative Commons At‐ their fattening phase in Montanera), “Green” (pigs with a minimum Iberian purity of 50%,  tribution  (CC  BY)  license  reared in outdoor conditions and fed with commercial fodder—mainly based on cereals  (https://creativecommons.org/licen‐ and leguminous plants—without prejudice that they may also consume acorns and grass)  ses/by/4.0/).  Appl. Sci. 2021, 11, 11379. https://doi.org/10.3390/app112311379  www.mdpi.com/journal/applsci  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  2  of  12  and “White” (animals of at least 50% purebred Iberian, reared indoors and fed exclusively  on commercial fodder). Nevertheless, these quality degrees are not applicable to all meat  products, and exclude some such as Iberian dry‐cured sausages, while others, such as  fresh meat, dry cured hams, shoulders and loin, are included.  Recently, García‐Gudiño et al. [7] highlighted the relevance of labelling in the per‐ ception of the Iberian products by consumers. Thus, the inclusion of Iberian dry‐cured  sausages such as chorizo into the various quality degrees or commercial categories above‐ mentioned would provide information regarding its quality dimension, and the possibil‐ ity of being commercially recognized as a classified and authenticated product by the cur‐ rent IQS [6].  The physico–chemical and organoleptic differences among Iberian chorizo manufac‐ tured from raw meat from three commercial categories (Black, Red and White) included in  the current IQS [6] have been recently addressed by García‐Torres et al. [8]. So, current  efforts should be focused on seeking tools to provide a quality control of Iberian chorizo  according to the commercial category of the raw material, thus protecting its authenticity,  and supporting a labelling system that provides added value to this product as well as  reliability in terms of traceability and quality control to the consumer.  On the other hand, there is a trend towards the use of vacuum or modified atmos‐ phere packaging (MAP) of sliced products as compared to the entire piece in the selling  formats of meat products. In particular, the similarity to a hand‐sliced product provided  by MAP packaging compared to the traditional appearance of vacuum packaging, favours  the tendency to choose MAP over vacuum packaging [9]. However, given their dispersion  from the original whole piece, pre‐sliced packaged products could be more exposed to  fraudulent practices. So, quality authentication is essential in pre‐sliced package selling  formats.  In this regard, near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) is a fast, sensitive, and  non‐destructive technology that has been previously used for Iberian pig carcasses, sub‐ cutaneous fat and fresh meat classification according to the current official commercial  categories by Horcada et al. [10]. In addition, qualitative studies have been carried out  with NIRS to study the possibility to classify pre‐sliced MAP Iberian dry‐cured loin ac‐ cording to the above‐mentioned official commercial categories [11], showing both studies  acceptable classification results into various official commercial categories [6]. However,  so far, we are not aware of any other studies where the viability of this tool has been stud‐ ied in a qualitative way to classify Iberian dry‐cured sausages.  Thus, the objective of the present work was to assess the ability of the NIRS technol‐ ogy for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within various official commercial  categories defined by the current IQS of the raw meat used for their manufacturing (Black,  Red and White).  2. Materials and Methods  2.1. Meat Sampling and Experimental Design  A total of 103 samples of 100 g‐packages under MAP of Iberian chorizo manufactured  from raw material belonging to three official commercial categories [6] (Black (n = 32), Red  (n = 35) and White (n = 36)) were purchased from an Iberian manufacturing industry and  used in the current study.  The management of the animals was in accordance with those defined for each com‐ mercial category by the current IQS [6], and are summarized in Figure 1. There is a fourth  category contemplated by the IQS Green commercial category‐ which was not included in  the experimental design of the current study owing to the large variability resulting from  involving animals under different production system conditions (various percentages of  Iberian breed, open‐air reared and fed on fodder but without detriment that they may also  be fed on acorns and grass in the Montanera system) [6].  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  3  of  12  Figure 1. Production system conditions required in Black, Red and White commercial category according to the current  Spanish Iberian Quality Standard.  Iberian chorizo was manufactured as follows. To the initial sausage batter composed  of 52% of lean and 48% of back fat from animals under production systems of Black, Red  and White commercial categories, respectively, 2 g/100 g of NaCl, 2 g/100 g of paprika and  2 g/100 g of additives (dextrose, lactose) and authorized preservatives and stabilizers (E‐ 250, E‐252, E‐331) specially prepared for this type of Iberian dry‐cured sausages products  were added. Three sample production batches were used, one for each commercial cate‐ gory, to which were added the same amount and composition of preservers and stabi‐ lizers. Thereafter, Iberian chorizo mass batches were kept at refrigeration temperature (4 ±  2 °C) for 24 h, allowing the homogeneous seasoning mixture distribution. Subsequently,  Iberian chorizo were stuffed into 6–7 cm diameter natural casing in order to start the fer‐ mentation and ripening process, which was carried out in accordance with the common  techniques of the Iberian processing industry. The fermentation was carried out at 22 ± 2  °C and 85% of relative humidity (RH) for 48 h and 10–15 °C and 85% RH for 10 days.  Then, the RH was slowly decreasing (drying) to 70% RH until the end of the ripening  process. The total length of the process differed accounting on characteristics of meat and  back fat of each commercial category, being the total process length: 120, 110 and 100 days  for Iberian chorizo pieces manufactured from raw material with Black, Red and White com‐ mercial categories, respectively, and the average weights per piece were 1.3 ± 0.3, 1.4 ± 0.1  and 1.4 ± 0.3 kg, respectively. After this, using an industrial slicer, the chorizos were sliced  into 2 mm thickness slices in a slicing plant in a clean room and packaged in 100g packs  under  MAP  (Ulma   SMART  300).  Atmosphere  composition  consisted  in  a  mixture  of  gases (70% N2 and 30% CO2). The material of the packaging used was polystyrene (150  3 2 mm thick) with an oxygen permeability of 3.2 cm  O2/m /24 h/atm at 4 °C and sealed with  70 mm thick polyethylene film (VIDUCA, Alicante, Spain) with an oxygen permeability  3 2 3 2 2 of 1 cm /m /24 h (4 °C; 50% RH), 5.5 cm /m /24 h (4 °C; 50% RH) to CO2 and 2.2 g/m /24 h  (4 °C; 90% RH) to H2O.  2.2. Near Infrared Spectroscopy Spectral Measurements and Multivariate Data Analysis  Spectra data were obtained in reflectance mode and acquired by using the instrument  LabSpec 2500 (ASD Inc., Madrid, Spain) fitted with an ASD fibre‐optic Contact Probe   (21‐mm window diameter). Before obtaining the spectra, NIR spectrometer was calibrated  using a spectralon tile as the white reference, but covered with the same material with  which the pre‐sliced MAP Iberian chorizo was packaged, since theobjective of the present  study was the spectra acquisition without opening the packages to obtain the predictive  models. With the support of the ASD contact probe , a spectrum per packet was obtained  with direct sensor‐sample contact. In order to reduce errors and increase the sampling  area, a zigzag scanning was made over the sample (the entire package, 16 × 24 cm ) (Figure  S1). The spectra are the result of the average of 40 scans measured over a range of 1000 to  2300 nm with a wave number resolution of 2 nm. Instrument monitoring and preliminary  spectral manipulation were conducted with the Indico TM Pro software package (Analyt‐ ical Spectral Device‐ASD Inc., Boulder, CO, USA). Thereafter, the collected data were ex‐ ported to Unscrambler X vs. 10.5 (CAMO , Trondheim, Norway) for spectra processing  and spectra treatments, as well as the development of classification models and their re‐ spective external validation.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  4  of  12  All spectra obtained were divided into a calibration set (70% of the samples) and a  external validation set (30% of the samples) (Table 1). Thus, in order to homogeneously  represent samples of each class (Black, Red and White) and maximize the variability in both  sets, a manual and random selection was performed.  Table 1. Assignment of the number of samples in the calibration and external validation sets in  accordance with the commercial labels associated with the raw material used for the production of  Iberian chorizo.  Commercial Category  Total     Black  Red  White  Calibration  21  25  26  72  Validation  11  10  10  31  Total  32  35  36  103  In order to optimize the accuracy of calibration models by minimizing additive and  multiplicative  scatter  effects  and  baseline  shifts,  several  spectral  math  pre‐treatments  were evaluated: Standard Normal Variate (SNV), Detrend correction (DE) [12] and two  different Savitzky‐Golay derivatives; the first order derivative with: 4 smoothing left and  right‐side points (symmetric Kernel), and first polynomial order (1,4,4,1) and the second  order derivative: with 5 smoothing left and right‐side points, and second polynomial or‐ der (2,5,5,2) [13]. All pre‐treatments and their combinations were evaluated in two spectra  regions; 1000–2300 nm and 1000–1800 nm.  2.3. Development of Classification Models  Different qualitative approaches were evaluated with the aim of achieving a classifi‐ cation of pre‐sliced MAP Iberian chorizo into official commercial categories of raw mate‐ rial; Partial least squares‐discriminant analysis (PLS‐DA) and linear discriminant analysis  (LDA) as discriminant classification techniques, and soft independent modelling of class  analogies  (SIMCA)  as  class‐modelling  technique  (Unscrambler  X  vs.  10.5  software  (CAMO , Trondheim, Norway)). Both of them seek to mathematically assign a sample to  a given class, however, SIMCA attempts to mathematically confirm whether or not a sam‐ ple fits into a defined class.  Models were developed based on the calibration set, built on both 1000–2300 nm and  1000–1800 nm spectra range and performed after the different pre‐processes and combi‐ nation of them. The outliers that were found were eliminated. The spectra plot by princi‐ pal component analysis (PCA) allowed us to detect anomalous samples that gave strange  results. It is the most widely used tool for this work. The rules for removing outliers were  (1) samples with residuals higher than 2; (2) samples with leverage (H) higher than 3 times  the average leverage [14]:  H = 1/(n + (number of principal components)/n)  being “n” the number of samples.  2.3.1. Partial Least Squares‐Discriminant Analysis  The PLS‐DA model attempts to relate the spectral variances (X) to the Black, Red and  White classes to increase the covariance between the two types of variances. In this type of  approach, the Y variables used are categorical “dummy” variables [15], as they are not  continuous, as they are in quantitative analysis. In this way, samples that were part of the  target class were numbered 1, while otherwise a 0 was assigned [16]. Based on these prem‐ ises, it is feasible to use this regression method to perform the classification by calculating  a calibration model that relates the predictor and the response matrix. Cross‐validation  with the leave‐one‐out method was used to calculate the number of latent variables (LVs)  of the models by maximizing the covariance between X and Y, avoiding the overfitting.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  5  of  12  The basis of the highest value of the determination coefficient (1‐VR) and the lowest root  mean square error of cross‐validation (RMSECV) were the tools to study the predictive  feasibility of the model. Additionally, to guarantee the reliability of the models in the clas‐ sification of the different classes the Sensitivity (SE) and Specificity (SP) were calculated  [17]. Thus, SE denotes the percentage of samples belonging to an established class that the  studied model has recognized as belonging to that class:  SE = TP/(TP + TN)  Whilst SP denotes the percentage of the number of samples that do not belong to the  selected class and that the model has correctly rejected:  SP = TN/(TN + FP)  being TP = true positives, FN = false negatives, TN = true negatives and FP = false positives.  Calibration results from all pre‐treatments and spectra ranges assessed are compiled  in Table S1 (supplementary material), whilst results of the best fitting models (calibration  and external validation) are summarized in Table 2.  Table 2. PLS‐DA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official  commercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial  Cross‐Validation  External Validation  Pre‐Treatment  Range (nm)  LVs  Category  n  1‐VR  RMSECV  SE  SP  n  SE  SP  Black  SNV‐DE  1000–2300  12  69  0.815  0.198  100.00  100.00  31  81.82  90.00  Red  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–2300  10  70  0.838  0.181  96.00  97.87  31  60.00  66.67  White  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–2300  10  70  0.790  0.245  100.00  95.65  31  70.00  71.43  Black, Red and White = commercial categories of raw used for manufacturing Iberian chorizo; SNV = Standard normal vari‐ ate; DE = de‐trending; SG = Savitzky‐Golay derivates; LVs = latent variables; n = number of samples; 1‐VR = coefficient of  determination in cross‐validation; RMSECV = root mean square error of cross validation; SE = sensitivity (%); SP = speci‐ ficity (%).  2.3.2. Soft Independent Modelling of Class Analogies (SIMCA)  SIMCA was evaluated in the current study as a class‐modelling technique [18]. Thus,  samples of unknown origin were used to obtain a classification rule able to discriminate  samples of unknown origin into the different classes established, based on the values of  the different characteristics of the samples themselves. Thus, SIMCA builds class models  based on independent PCA models performed only on samples belonging to each class  under study (Black, Red or White). The dimension of the individual PCA model is given by  the number of principal components (PCs), determined by a cross‐validation procedure.  Samples do not have to be classified in only one of the above classes. The classification of  new samples with unknown origin was calculated using the scores and the loadings of  the created PCA model, taking into consideration the distance of the sample to the centre  of the model (leverage), which provides information about the placement of the projected  sample on the PCs, and the distance of the sample to the model defined by the PCs (S‐ distances).  Classification ability of the models were expressed on terms of SE and SP [17]. Cali‐ bration results from all pre‐treatments and spectra ranges evaluated are compiled in Table  S2 (supplementary material), whilst results of the best fitting models (calibration and ex‐ ternal validation) are summarized in Table 3.      Appl. Sci. 2021, 11, 11379  6  of  12  Table 3. SIMCA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official  commercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial Cat‐ Calibration  External Validation  Pre‐Treatment  Range  PCs  egory  n  SE   SP   n  SE  SP   Black  Absorbance  1000–2300  1  21  100.00  21.57  31  90.91  45.00  Red  SG 1,4,4,1  1000–1800  9  25  100.00  46.81  31  90.00  47.62  White  SNV‐DE  1000–1800  1  26  100.00  63.04  31  90.00  47.62  Black, Red and White = commercial categories of raw used for manufacturing Iberian chorizo; SG = Savitzky‐Golay derivates;  SNV = Standard normal variate; DE = de‐trending; PCs = number of principal components; n = number of samples; SE =  sensitivity (%); SP = specificity (%).  2.3.3. Linear Discriminant Analysis (LDA)  LDA analysis is based on the description of data by means of probability density  distributions, under the hypotheses that they are multivariate normal and with the same  dispersion and correlation between variables within all the classes established [19]. The  aim of LDA is to find a dimension reducing transformation that minimizes the dispersion  within each class and maximizes the dispersion between them in a reduced dimensional  space. The fact of requiring more rows than columns in the working matrix where all the  data is included, is what limits this model, as it is in our case. In order to decrease the  dimension of the spectral variables, the variables were previously reduced by PCA [20].  The class distance was calculated by the Mahalanobis method and the number of PCs was  the optimal suggested by the PCA model [21]. The capacity assessment of the LDA model  was carried out in SE and SP [17]. Calibration results from all pre‐treatments and spectra  ranges evaluated are compiled in Table S3 (supplementary material), whilst results of the  best fitting models (calibration and external validation) are summarized in Table 4.  Table 4. LDA results of the best fitting equation for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official com‐ mercial categories of the raw material (Black, Red and White).  Commercial Cat‐ Calibration  External Validation  Pre‐Treatment  Range  egory  n  SE   SP   n  SE   SP   Black  SG 1,4,4,1  1000–2300  72  90.48  86.27  31  81.82  60.00  Red  SG 1,4,4,1 SNV‐DE  1000–1800  72  84.00  97.87  31  90.00  80.95  White  Absorbance  1000–1800  72  88.46  93.48  31  80.00  95.24  Black, Red and White = commercial categories of raw material used for manufacturing Iberian chorizo; SG = Savitzky‐Golay  derivates; SNV = Standard normal variate; DE = de‐trending; n = number of samples; SE = sensitivity (%); SP = specificity  (%).  3. Results  3.1. Spectral Information  The raw spectra data from calibration and validation sample sets of unopened pre‐ sliced MAP packages of Iberian chorizo manufactured from raw material belonging to  three commercial categories according to the current IQS [6] are shown in Figure 2.    Appl. Sci. 2021, 11, 11379  7  of  12  Figure 2. Raw spectra (reflectance) from calibration (A) and validation (B) sample set obtained from unopened pre‐sliced  MAP packaged Iberian Chorizo manufactured from raw material belonging to three official commercial categories (Black,  Red and White).  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  8  of  12  The NIR spectra data revealed similar shapes regardless of the official commercial  category of raw material, showing the same peaks and valleys along the entire scanned  region (1000–2500 nm) in both calibration (Figure 2A) and validation (Figure 2B) sample  sets. Nevertheless, there were reflectance intensity differences due to commercial catego‐ ries of raw material. Lower reflectance was observed by spectra from Iberian Chorizo from  Black and Red categories, which overlapped along 1000–2500 nm compared to chorizo spec‐ tra from White category, which yielded higher reflectance intensity.  On the other hand, from the value 1900 nm onwards it can be observed the signal  reached by the detector was very low and in the spectra range between 2300 and 2500  high spectral noise was observed.  Additionally, the regression coefficients of wavelengths of Iberian Chorizo from PLS‐ DA after SNV‐DE (1000–2300 nm) for Black (Figure S2A) and SG 1,4,4,1 SNV‐DE (1000– 2300 nm) for Red and White (Figure S2B,C, respectively) were graphically presented in the  supplementary material. It is important to note that for the black label, the wavelengths  around 1100 nm and between 1200 nm and 1600 nm were the ones that stood out for their  high  weight  (regression  coefficients)  (Figure  S2A).  Similarly,  the  wavelengths  mainly  comprised between 1000 nm and 1400 nm for Red (Figure S2B) and 1000 nm and 1500 nm  for White (Figure S2C) category were the wavelengths that had the greatest weight.  3.2. Near Infrared Spectroscopy Qualitative Predictive Models  3.2.1. Partial Least Squares‐Discriminant Analysis Models for the Classification of Ibe‐ rian Chorizo According to Commercial Categories of Raw Material  The combination of the SNV and DE (SNV‐DE) pre‐treatments for the Black category  gave the best prediction result in PLS‐DA in the spectra range comprised between 1000  and 2300 nm (Table 2). For both Red and White categories, the best fitting prediction mod‐ els were derived from the combination of first derivative (SG 1,4,4,1) and SNV‐DE in the  1000 and 2300 nm (Table 2). No substantial differences were observed between the 1‐VR  and RMSECV statistics among the best models for the three categories considered. Thus,  1‐VR ranged from 0.790 for White model to 0.838 of Red one, whereas the RMSECV ranged  from 0.181 to 0.245 for Red and White models, respectively. The SE and SP calibration val‐ ues obtained for all the abovementioned calibration models were above 95%.  When best PLS‐DA fitting prediction models were validated (Table 2), the best SE  and SP results were found for the SNV‐DE 1000–2300 nm model, i.e., the best fitting pre‐ dictive model for the Black category, with an 81.82% and 90.00%, respectively. In any case,  satisfactory classification results were also obtained for the rest of commercial categories  when models were externally validated.  The PCA plots after the pre‐treatments and in the spectra range from which the best  fitting models were obtained are presented in Figure S3 of the supplementary material. It  can be noted how the samples represented in principal components (PC) 1 and 2 tend to  aggregate according to the commercial category of the raw material used, and therefore  suggesting that discrimination among classes may be possible using the pre‐treatments  and spectra ranges above‐mentioned. More in detail, samples from Black tended to have  positive scores in both PC1 and PC2, Red samples were located to the left of PC1, whilst  White samples had positive scores in PC1 and negative scores in PC2 (Figure S3).  3.2.2. Soft Independent Modelling of Class Analogies Models for the Classification of  Iberian Chorizo According to Commercial Categories of Raw Material   the black label was the raw spec‐ The model where the best results were obtained for trum in the range of 1000–2300 nm, while for the red and white category the SG 1,4,4,1 and  SNV‐DE (1000–1800 nm) pre‐treatments were necessary to obtain the best SE and SP (Ta‐ ble 3). All these calibration models showed perfect SE (100%). On the contrary, low SP  values were found, especially for Black category (21.57%). When external validation was  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  9  of  12  applied, the results were less accurate in terms of SE, whilst SP values showed similar  behavior to calibration sample set, even improving for the Black model.  In Figures S2–S5 (supplementary material) the SIMCA plots of both the sample‐to‐ model distance (Si) and the sample leverage (Hi) for a particular model are shown. The  plots include the class membership limits for both statistics: (A) projection of calibration  and (B) external validation samples set to the PCA model results from the pre‐treatment  and spectra range from which the best classification fitting models were obtained for Black,  Red and White categories, respectively.  3.2.3. Linear Discriminant Analysis Models for the Classification of Iberian Chorizo Ac‐ cording to Commercial Categories of Raw Material  The best SE and SP values in calibration models by LDA were attained with the use  of SG 1,4,4,1, SG 1,4,4,1 SNV‐DE and raw spectra (Reflectance) for Black, Red and White,  respectively (Table 4). Normally, excellent results were obtained, with both SE and SP  values above 84%. Once external validation was applied, the SE and SP results were pre‐ served, except in the case of the Black label, which experienced a decrease in the SP value  to 60% (Table 4).  4. Discussion  The development of robust and reproducible predictive models to discriminate between  different commercial categories of the raw material of pre‐sliced MAP Iberian chorizo, first re‐ quires obtaining representative spectra for each study sample. Thus, between 1000 and 2000  nm, the noise was not noticeable (Figure 2), showing the spectra an area with high signal/noise  ratio, and therefore the region with the most amount of useful data. Above 2300 nm spectra  displayed little useful information, so these wavelengths were discarded for the models de‐ veloped in this study. More specifically, the main absorption dominated bands were observed  around 1090 and 1270 nm, which would be associated with behavior to the C‐H bonds, which  is related to fatty acids and alpha and gamma tocopherols [22,23]. Therefore, the overlapping  of spectra from Black and Red categories would support the similarity in the fatty acid profile  (38.1 and 38.6 g per 100 g of fatty acid methyl esters (% FAMEs) of saturated fatty acids, 54.8  and 54.5% FAMEs of monounsaturated fatty acids and 7.2 and 6.8% FAMES of polyunsatu‐ rated fatty acids for Black and Red categories, respectively), and tocopherols content (14.4 and  13.9 μg/g of alpha tocopherol and 1.7 and 1.6 μg/g of gamma tocopherol for Black and Red  categories, respectively) between Iberian chorizo manufactured from meat and fat belonging  to these two categories, as has been previously reported [8] and as has been also demonstrated  in other Iberian dry‐cured products [24,25]. This could be mainly explained by the same feed‐ ing regime of animals reared under the requirements of both Black and Red categories. Fernán‐ dez‐Cabanás et al. [26] also described bands located around 1210 nm corresponding to fatty  acids when studying NIRS technology as rapid determination of the fatty acid profile in Span‐ ish Iberian salchichón and chorizo dry‐cured sausages. Later, Pérez‐Marín et al. [27] also re‐ ported graphically that regions characteristic of CH2 absorption bands allowed some separa‐ tions between samples of Iberian pig carcasses from animals with different feeding regime  (acorns vs. compound feeds). Therefore, the ability to classify among the different categories  may be ascribed to spectral differences, and more specifically, to these areas where the largest  differences in absorbance intensity are found, i.e., the areas related to fatty acids (Figure 2),  since the variables corresponding to these wavelengths proved to have an important weight  in the development of the PLS‐DA models (Figure S2). Spectra differences on account on ani‐ mal feeding regime have been previously used for classification purposes. Thus, Pérez‐Marín  et al. [27] discriminated between carcasses of acorn‐fed versus feed‐fed Iberian pigs, whereas  Horcada et al. [10] were able to classify Iberian pigs, carcass, meat and subcutaneous backfat  according to animal feeding regime.  The models developed by means of PLS‐DA showed acceptable SE and SP values after  external validation. Therefore, these results suggest that the combination of NIRS technology  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  10  of  12  with PLS‐DA would provide models to be used for Iberian dry‐cured chorizo under MAP clas‐ sification according to the different quality labels of IQS. The same methodology has previ‐ ously been used to classify fresh meat samples (psoas major muscle) into the same quality  categories [10] and in pre‐sliced MAP dry‐cured loin [11]. Additionally, the PLS‐DA chemo‐ metric algorithm in combination with spectroscopy techniques was also used for the discrim‐ ination between fresh versus frozen Iberian dry‐cured loin [28]. In all studies, similar classifi‐ catory results to those obtained in the present research were found, concluding the high clas‐ sificatory capacity of PLS‐DA and enhancing its potential in official quality categories assign‐ ment support control. So, results of this work could be a preliminary breakthrough for use in  cured, sliced and packaged sausage‐type products. Similar SE but lower SP was found in the  most reliable models developed by SIMCA with respect to PLS‐DA. The high ability to detect  samples not belonging to each of the commercial categories is very useful for the meat indus‐ trial sector, in terms of authenticity control of the most commercially relevant products (Black  and Red) [5], as they are usually associated with a higher probability of fraud. Therefore,  SIMCA does not provide desirable SP results to guarantee a correct application in cured prod‐ ucts such as chorizo which attain the highest prices in the market and might be the most ex‐ posed to fraudulent practices. A similar pattern was observed in previous studies with dry‐ cured loin, sliced and packaged [11]. This chemometric approach has been tested in other ma‐ trices obtaining more satisfactory results. Thus, Pieszczek et al. [29] identified different ground  meat  species  (beef,  pork  and  lamb),  meanwhile,  Agudo  et  al.  [30]  discriminated  between  perirenal fat in lambs according to their feeding during fattening. Both studies obtained higher  SP values, especially the former, probably explained by the greater differences in terms of  composition than those found among the chorizos of the different categories in the present  study. Finally, the classification capacity obtained by LDA reported good results in both pa‐ rameters; SE and SP and between the different quality categories (IQS) in both calibration and  validation sets, as reported in previous studies with cured loin [11]. In this line, LDA results  of this study were similar to those reported for lamb perirenal fat discrimination according to  animal feeding regime by [30,31] when evaluating LDA to classify Iberian pig adipose tissue  according to the animal feeding regime (acorns vs. commercial fodder). On the other hand, as  previously mentioned, LDA models yielded higher SP values than those obtained by SIMCA  in calibration and external validation sample sets, and higher than those obtained by PLS‐DA  in external validation for Red and White categories. So, these results may suggest that the more  sophisticated chemometric classification methods; PLS‐DA and specifically SIMCA, would  not provide better classification results ‐after external validation‐ compared to the simplest  approach (LDA), as recently concluded [30].  5. Conclusions  This research shows the feasibility of using NIRS technology in the Iberian meat sec‐ tor for rapid of pre‐sliced and packaged products quality control. NIR spectral pre‐pro‐ cessing and chemometric approaches can be an alternative tool for the traceability and  authenticity control of the individual pre‐sliced MAP Iberian chorizo according to different  official commercial categories of raw material compiled by the current Spanish Iberian  Quality Standard used for its manufacture (Black, Red and White).  As the models were developed with direct contact measurements without opening  the package, their reproducibility could be limited by the characteristics and type of plas‐ tic, as well as the composition of the gases inside the package.  Therefore, these results open a line of study aimed at evaluating the effectiveness of  NIRS technology as an alternative tool for the assessment of other meat products pack‐ aged in other types of packaging, such as vacuum or active packaging.  Supplementary  Materials:  The  following  are  available  online  at  www.mdpi.com/arti‐ cle/10.3390/app112311379/s1, Figure S1. Spectral sampling (reflectance) of a sample of Iberian chorizo  under modified atmosphere packaging with a LabSpec 2500 (ASD Inc., Madrid, Spain) NIRS spec‐ trometer equipped with an ASD fibre‐optic contact Probe  (21‐mm window diameter). Figure S2:  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  11  of  12  Graphical representation of the regression coefficients of the spectral data of Iberian Chorizo from  PLS‐DA analysis after SNV‐DE (1000–2300 nm) for Black (A) and SG 1,4,4,1 SNV‐DE (1000–2300 nm)  for Red and White (B and C, respectively). Significant variables are highlighted in black. Figure S3: 2‐ D scatter PCA analysis plot of calibration sample set (n = 72) after SNV‐DE (reflectance) at 1000– 2300 nm (A), and after SG 1,4,4,1 SNV‐DE (reflectance) at 1000–2300 nm (B). Samples were grouped  by official commercial categories (Black, Red and White) of raw material used for manufacturing Ibe‐ rian chorizo. Graphical representation of PC1 (51%, 30%, respectively) vs. PC2 (23%, 19%, respec‐ tively). Figure S4: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si)  and the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to  model in calibration (A) and external validation (B) sample  Black PCA (reflectance) 1000–2300 nm  sets. Figure S5: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si) and  the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to Red  PCA SG 1,4,4,1 (reflectance) 1000–1800 nm model in calibration (A) and external validation (B) sam‐ ple sets. Figure S6: SIMCA plot from spectra data showing both the sample‐to‐model distance (Si)  and the sample leverage (Hi), including the class membership limits for projection of samples to  White PCA SNV‐DE (reflectance) 1000–1800 nm model in calibration (A) and external validation (B)  sample sets. Table S1: PLS‐DA calibration results of models developed for pre‐sliced MAP Iberian  chorizo classification within the official commercial categories of the raw material (Black, Red and  White) according to various spectral pre‐treatments and spectra ranges. Table S2: SIMCA calibration  results of models developed for pre‐sliced MAP Iberian chorizo classification within the official com‐ mercial categories of the raw material (Black, Red and White) according to various spectral pre‐treat‐ ments and spectra ranges. Table S3: LDA calibration results of models developed for pre‐sliced MAP  Iberian chorizo classification within the official commercial categories of the raw material (Black, Red  and White) according to various spectral pre‐treatments and spectra ranges.  Author Contributions: Conceptualization, A.O. and D.T.; methodology, A.O., R.C. and L.L.; formal  analysis, A.O. and L.L.; investigation, D.T.; writing—original draft preparation, A.O. and L.L.; writ‐ ing—review and editing, D.T.; funding acquisition, D.T. All authors have read and agreed to the  published version of the manuscript.  Funding: This piece of research was supported by FEDER funds (IB16182 and MEAT0) and Extre‐ madura Regional Council (IB16182). Alberto Ortiz and Lucía León would like to thank the Extrema‐ dura Regional Council and the FEDER funds for the award of the pre‐doctoral grant (PD16057) and  the financing of the contract (PEJ 2018‐004565‐P), respectively.  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Data Availability Statement: Data sharing not applicable.  Acknowledgments: The laboratory work of Meat Quality area of CICYTEX is acknowledged. Au‐ thors are grateful to Señorío de Montanera industry for manufacturing the samples of this research.  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest. The funders had no role in the  design of the study; in the collection, analyses, or interpretation of data; in the writing of the manu‐ script, or in the decision to publish the results.  References  1. Pugliese, C.; Sirtori, F. Quality of meat and meat products produced from southern European pig breeds. Meat Sci. 2012, 90,  doi:10.1016/j.meatsci.2011.09.019.  2. Fuentes, V.; Ventanas, S.; Ventanas, J.; Estévez, M. The genetic background affects composition, oxidative stability and quality  traits of Iberian dry‐cured hams: Purebred Iberian versus reciprocal Iberian×Duroc crossbred pigs. Meat Sci. 2014, 96, 737–743,  doi:10.1016/j.meatsci.2013.10.010.  3. Ramírez, M.R.; Cava, R. Effect of Iberian x Duroc genotype on dry‐cured loin quality. Meat Sci. 2007, 76, 333–341.  4. Tejerina, D.; García‐Torres, S.; Cabeza de Vaca, M.; Vázquez, F.M.; Cava, R. Effect of production system on physical–chemical,  antioxidant and fatty acids composition of Longissimus dorsi and Serratus ventralis muscles from Iberian pig. Food Chem. 2012,  133, 293–299, doi:10.1016/j.foodchem.2012.01.025.  5. Díaz‐Caro, C.; García‐Torres, S.; Elghannam, A.; Tejerina, D.; Mesias, F.J.; Ortiz, A. Is production system a relevant attribute in  consumers’  food  preferences?  The  case  of  Iberian  dry‐cured  ham  in  Spain.  Meat  Sci.  2019,  158,  107908,  doi:10.1016/j.meatsci.2019.107908.  Appl. Sci. 2021, 11, 11379  12  of  12  6. RD 4/2014 de 10 de Enero por el que se Aprueba la Norma de Calidad para la carne, el Jamón, la Paleta y la Caña de lomo Ibérico; Spanish  Ministry  of  Agriculture,  Fisheries  and  Food:  Madrid,  Spain,  2014.  Available  online:  https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE‐A‐2014‐318 (assessed on 7 October 2021)  7. García‐Gudiño, J.; Blanco‐Penedo, I.; Gispert, M.; Brun, A.; Perea, J.; Font‐i‐Furnols, M. Understanding consumers’ perceptions  towards Iberian pig production and animal welfare. Meat Sci. 2021, 172, 108317, doi:10.1016/j.meatsci.2020.108317.  8. García‐Torres,  S.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.;  Tamírez,  R.;  López‐Parra,  M.M.;  Tejerina,  D.  Physico‐chemical  and  sensory  characterization of sliced Iberian Chorizo from raw material of three commercial categories and stability during refrigerated  storage packaged under vacuum and modified atmospheres. Food Chem. 2021, 354, 129490.  9. García‐Esteban, M.; Ansorena, D.; Astiasarán, I. Comparison of modified atmosphere packaging and vacuum packaging for  long period storage of dry‐cured ham: Effects on colour, texture and microbiological quality. Meat Sci. 2004, 67, 57–63.  10. Horcada, A.; Valera, M.; Juárez, M.; Fernández‐Cabanás, V.M. Authentication of Iberian pork official quality categories using a  portable near infrared spectroscopy (NIRS) instrument. Food Chem. 2020, 318, 126471, doi:10.1016/j.foodchem.2020.126471.  11. Tejerina,  D.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.  Near  infrared  spectroscopy  (NIRS)  as  tool  for  classification  into  official  commercial  categories and shelf‐life storage times of pre‐sliced modified atmosphere packaged Iberian dry‐cured loin. Food Chem. 2021, 356,  129733, doi:10.1016/j.foodchem.2021.129733.  12. Barnes, R.; Dhanoa, M.; Lister, S. Standard normal variate transformation and de‐trending of near infrared diffuse reflectance  spectrea. Appl. Spectrosc. 1989, 43, 772–777.  13. Savitzky, A.; Golay, M.J.E. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Anal. Chem. 1964, 36,  1627–1639, doi:10.1021/ac60214a047.  14. Faber A closer look at the bias–variance trade off in multivariate calibration. J. Chemom. 1999, 13, 185–192.  15. Pérez‐Marín, D.C.; Garrido‐Varo, A.; Guerrero, J.E. Optimization of Discriminant Partial Least Squares Regression Models for  the Detection of Animal By‐Product Meals in Compound Feedingstuffs by Near‐Infrared Spectroscopy. Appl. Spectrosc. 2006,  60, 1432–1437. doi:10.1366/000370206779321427.  16. Geladi,  P.;  Davies,  T.  Book  Reviews:  A  User‐Friendly  Guide  to  Multivariate  Calibration  and  Classification,  An  Academic  Addition to the NIR Bookshelf. NIR News. 2002, 13, 12–13, doi:10.1255/nirn.658.  17. Oliveri, P.; Malegori, C.; Casale, M. Multivariate Classification Techniques. In Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences  and Chemical Engineering; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2018.  18. Wold, S.; Sjöström, M. SIMCA: A Method for Analyzing Chemical Data in Terms of Similarity and Analogy. In Chemometrics:  Theory and Application; ACS Publications: Washington, DC, USA, 1977.  19. Fisher,  R.A.  The  use  of  multiple  measurements  in  taxonomic  problems.  Ann.  Eugen.  1936,  7,  179–188.  doi:10.1111/j.1469‐ 1809.1936.tb02137.x.  20. Liu, L.; Cozzolino, D.; Cynkar, W.U.; Gishen, M.; Colby, C.B. Geographic Classification of Spanish and Australian Tempranillo  Red Wines by Visible and Near‐Infrared Spectroscopy Combined with Multivariate Analysis. J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 6754– 6759. doi:10.1021/jf061528b.  21. Naes, T.; Isaksson, T.; Fearn, T.; Davies, T. A User‐Friendly Guide to Multivariate Calibration and Classification; NIR Publications:  Chichester, UK, 2002.  22. Murray, J.M.; Delahunty, C.M.; Baxter, I.A. Descriptive sensory analysis: Past, present and future. Food Res. Int. 2001, 34, 461– 471.  23. Barbin, D.F.; de Felicio, A.L.S.M.; Sun, D.‐W.; Nixdorf, S.L.; Hirooka, E.Y. Application of infrared spectral techniques on quality  and compositional attributes of coffee: An overview. Food Res. Int. 2014, 61, 23–32. doi:10.1016/j.foodres.2014.01.005.  24. Contador, R.; Ortiz, A.; Ramírez, M. del R.; García‐Torres, S.; López‐Parra, M.M.; Tejerina, D. Physico‐chemical and sensory  qualities of Iberian sliced dry‐cured loins from various commercial categories and the effects of the type of packaging and  refrigeration time. LWT 2021, 141, 110876, doi:10.1016/j.lwt.2021.110876.  25. Ramírez,  R.;  Contador,  R.;  Ortiz,  A.;  García‐Torres,  S.;  López‐Parra,  M.M.;  Tejerina,  D.  Effect  of  Breed  Purity  and  Rearing  Systems on the Stability of Sliced Iberian Dry‐Cured Ham Stored in Modified Atmosphere and Vacuum Packaging. Foods 2021,  10, 730. doi:10.3390/foods10040730.  26. Fernández‐Cabanás, V.M.; Polvillo, O.; Rodríguez‐Acuña, R.; Botella, B.; Horcada, A. Rapid determination of the fatty acid  profile in pork dry‐cured sausages by NIR spectroscopy. Food Chem. 2011, 124, 373–378. doi:10.1016/j.foodchem.2010.06.031.  27. Pérez‐Marín, D.; Fearn, T.; Riccioli, C.; De Pedro, E.; Garrido, A. Probabilistic classification models for the in situ authentication  of iberian pig carcasses using near infrared spectroscopy. Talanta 2021, 222, 121511, doi:10.1016/j.talanta.2020.121511.  28. Cáceres‐Nevado,  J.M.;  Garrido‐Varo,  A.;  De  Pedro‐Sanz,  E.;  Tejerina‐Barrado,  D.;  Pérez‐Marín,  D.C.  Non‐destructive  Near  Infrared Spectroscopy for the labelling of frozen Iberian pork loins. Meat Sci. 2021, 175, 108440, doi:10.1016/j.meatsci.2021.108440.  29. Pieszczek,  L.;  Czarnik‐Matusewicz,  H.;  Daszykowski,  M.  Identification  of  ground  meat  species  using  near‐infrared  spectroscopy and class modeling techniques—Aspects of optimization and validation using a one‐class classification model.  Meat Sci. 2018, 139, 15–24. doi:10.1016/j.meatsci.2018.01.009.  30. Agudo, B.; Delgado, J.V.; López, M.M.; Rodríguez, P.L. Comparación de herramientas quimiométricas de clasificación para la  identificación de grasa perirrenal en corderos. Arch. Zootec. 2020, 69, 6–12. doi:10.21071/az.v69i265.5033.  31. Piotrowski, C.; Garcia, R.; Garrido‐Varo, A.; Pérez‐Marín, D.; Riccioli, C.; Fearn, T. Short Communication: The potential of  portable near infrared spectroscopy for assuring quality and authenticity in the food chain, using Iberian hams as an example.  Animal 2019, 13, 3018–3021. doi:10.1017/S1751731119002003. 

Journal

Applied Sciences – Multidisciplinary Digital Publishing Institute

Published: Dec 1, 2021

Keywords: PLS-DA; SIMCA; LDA; unopened package; modified atmosphere packaging

There are no references for this article.