Impiego di tecniche rapide (e non distruttive) di analisi nella filiera maidicola

Paolo Berzaghi.Università di Padova

AGRIPOLIS, Viale dell’Università, 16 (PD) Legnaro 3 5020.

labnirs.scienzeanimali@unipd.it

Impieghi del mais

NIR = Near Infrared

or

Terminologia

NIR = Near Infrared Reflectance

NIT = Near Infrared Transmittance

Spettroscopia nell’infrarosso vicino

Riflettanza (NIR) Trasmittanza (NIT)

NIR MIR FIR

Gamma X-rays UV Visibile Infrared Microvave Rad io

Regione Caratteristiche lunghezza d’onda

Lo spettroElettromagnetico

Range (nm)

Near Infrared (NIR) Frequenze armoniche 700-2500

Middle Infrared (MIR) Vibrationi Fondamentali 2500-5x 104

Far Infrared (FIR) Rotazioni 5x10 4-106

NIT NIR

700 1100 2500

Esempio dell’acqua

XRF: X Ray Fluorescence

Fluorescenza a Raggi X

Determinazione dei minerali• Metodi per la determinazione dei minerali

– Spettroscopia di assorbimento atomico (AA)– Spettroscopia al plasma ad accoppiamento induttivo

(ICP)

– XRF (fluorescenza ai raggi X)• Veloce• Non distruttiva• Multi elementare

XRF come funziona

XRF: Principio di funzionamento

Campo di impiego• Gestione ambientale: metalli pesanti nei suoli,acqua • Geologia e mineralogia: analisi quantitativa e qualitativa

minerali, rocce• Metallurgia e industria chimica: controllo materie prime,

processi produttivi e prodotti finiti• Industrie colori: analisi vernici• Industrie colori: analisi vernici• Gioielli: misurazione metalli preziosi• Industria carburanti: agenti inquinanti nei carburanti• Archeologia: datazione • Arte e scienze: studio dipinti, sculture,

per perizie• Alimentare: det. metalli pesanti

Tecniche Rapide e non distruttive NIR XRF

Frazione analizzata Organica Minerale

Accurate

Rapide 20-30 ms – 60 sec 1-15min

Semplici da utilizzare Deve essere pre calibrato Deve essere pre calibrato

Multiparametro

Economiche Elevato investimento inizialeBasso costo di impiego

Elevato investimento inizialeBasso costo di impiego

La filiera maidicola

• La filiera inizia in campo!

• Assicurarci che via sia una adeguata fertilità una adeguata fertilità (analisi dei terreni)

• Ed emendare con i fertilizzanti più opportuni

Analisi Terreni: Metodo NIR vs metodi tradizionali

(valore medio depurato dai dati anomali )

Pioneer Hi-Bred, 2011

Analisi del suolo

• Scheletro (particelle di suolo>2mm)

• USDA Tessitura• pH• Carbonio Organico• Carbonio Organico• Azoto Totale• Calcare Totale• Ca++ e Mg ++ scambiabili

• Fosforo Assimilabile• Potassio Scambiabile

Predizioni NIR

Metodi tradizionali

Pioneer Hi-Bred, 2011

Analisi dei fertilizzanti

• La disponibilità del P è stimata in circa 50 anni. Il prezzo mondiale ha subito variazioni spaventose. L’XRF è una tecnica idonea a monitorare i concimitecnica idonea a monitorare i concimi

Analisi fogliare

• L’analisi fogliare può dare informazioni accurato sullo stato nutrizionale della pianta di mais:– NIRS – determinazione della concentrazione – NIRS – determinazione della concentrazione

di N– XRF – Determinazione della concentrazione

di elementi minerali P, K, S, Cu, Mg, Mn,….

Analisi fogliareIntervalli di variazione normale per foglie di mais in fioritura

Analisi della granella

GraiNit– Rx Grains

Analisi in campo

• Tecnica NIT (trasmissione)• Cella a flusso continuo brevettata• 7 letture al secondo• Analisi georeferenziata (GPS)• Analisi georeferenziata (GPS)

Analisi della granella• Dipende molto dall’impiego:

– Zootecnico : SS, PG, EE, NDF, Amido (NIR)

– Bioetanolo: screening all’ingresso per il – Bioetanolo: screening all’ingresso per il potenziale di produzione di etanolo

Analisi della granella• Vitrosità delle granelle – produzione grits

Rsq=0.90

Ngonyamo-Majee e coll, 2008

NIR e MicotossineFumonisine

(Berardo e coll. 2005)

NIR e MicotossineFumonisine

Predizione NIT della Fumonisina (ppm)

R2 = 0.6994

20

25

30

-5

0

5

10

15

20

0 10 20 30

NIT

LAB

NIR e MicotossineAflatossine

(Fernandez-Ibanez e coll. 2008)

NIR e MicotossineAflatossine

NIR e micotossine

• E’ veramente possibile quantificare micotossine a livello di ppb?

• Se una sostanza pura assorbe 2 ABS U (NIR)• 100 ppb di quella sostanza avrebbero un picco

di assorbanza di: 0.000000002 ABS Udi assorbanza di: 0.000000002 ABS U• Non esiste strumentazione NIR commerciale

che arriva a tale sensibilità

NIR e micotossine

• Le relazione NIR/NIT-micotossine è di tipo indiretto non per l’assorbanza della molecola.

• Cariossidi infette sono:• Cariossidi infette sono:• Con minor peso specifico• Più leggere• Variazioni del colore

Distribuzione micotossine

• L’infezoine funginea e la contaminazione è puntiforme, non omogenea……

Analisi per singola cariosside?

Pearson e Wiklow, 2006

Analisi per singola cariosside

Fumonisina, ppm

Scarto Riduzione %

Iniziale Finale Eliminate Abbattimento

Pearson e Wiklow, 2006

Basso 5.8 1.7 0.4 24 78.6

Alto 12.7 7.3 1.3 48 75.8

Analisi per singola cariosside

Aflalatossina, ppb

Scarto Riduzione %

Iniziale Finale Eliminate Abbattimento

Pearson e Wiklow, 2006

Basso 5.8 1301 330 17669 75.6

Alto 12.7 1235 155 8607 87.6

Selezionatrici….?

Conclusioni

• Metodi rapidi di analisi sono funzionali ad una moderna maiscoltura.

• Le tecnologie (e.g.NIR/NIT e XRF) sono disponibili sul mercato, ma non sempre disponibili sul mercato, ma non sempre accessibili dal singolo

• Nuovi strumenti come le selezionatrici potranno migliorare sensibilmente la capacità di immettere sul mercato prodotti sempre più sani.