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