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Title
Herkunfts- und Qualitätsanalysen von Agrarprodukten im Raum Nord- und Südtirol mit Hilfe neuer Nah-Infrarot spektroskopischer Methoden, multivariater Datenauswertung und statistischer Versuchsplanung / von Lorenzo De Benedictis
Additional Titles
Herkunftsanalysen und Qualitätsanalysen von Agrarprodukten im Raum Nordtirol und Südtirol mit Hilfe neuer Nah-Infrarot spektroskopischer Methoden, multivariater Datenauswertung und statistischer Versuchsplanung
Origin and Quality Control of Agricultural Products in North- and South-Tyrol using Near-Infrared Spectroscopy, Multivariate Data Analysis and Design of Experiments
AuthorDe Benedictis, Lorenzo
Thesis advisorHuck, Christian W.
Published2015
DescriptionXXIII, 217 S. : zahlr. Ill., graph. Darst., Kt.
Institutional NoteInnsbruck, Univ., Diss., 2015
Date of SubmissionOctober 2015
LanguageGerman
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Herkunftskontrolle / Qualitätskontrolle / Nah-Infrarot Spektroskopie (NIR) / Analytische Chemie / Statistische Versuchsplanung / Multivariate Datenanalyse / Milch
Keywords (EN)Origin control / Quality control / Near-Infrared Spectroscopy (NIR) / Analytical Chemistry / Design of Experiments / Multivariate Data Analysis / Milk
Keywords (GND)Nordtirol / Südtirol / Milch / Qualitative Analyse / Quantitative Analyse / NIR
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Abstract (German)

Diese Dissertation wurde im Rahmen des EU-Projektes OriginAlp, finanziert durch das Interreg IV Italien-Österreich Förderprogramm, durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist es, effiziente und schnelle analytische Methoden zur Qualitäts- und Herkunftsbestimmung von regionalen, alpinen und landwirtschaftlichen Lebensmitteln zu entwickeln. Hierbei kamen verschiedenste analytische Methoden Nah- und Mittel-Infrarot Spektroskopie (NIR bzw. MIR), Stabile Isotopenmethode (IRMS) und Gaschromatographie (GC) zum Einsatz, um einen weitreichenden Überblick hinsichtlich der Qualität, Typizität und Regionalität von Lebensmitteln zu erhalten.

Der Autor befasste sich in diesem länderübergreifenden Projekt mit der Methode der Nah-Infrarot Spektroskopie. Qualitative als auch quantitative Untersuchungen, insbesondere von Kuhmilch, wurden anhand dieser nicht-invasiven, schnellen, ökonomischen und leistungsstarken Analysetechnik ausgeführt.

Die Optimierung spektroskopischer Messparameter des nahen Infrarots erfolgte mittels statistischer Versuchsplanung. Mit diesem neuen Ansatz kann Objektivität in die bislang subjektive Vorgehensweise integriert werden. Dieses Hilfsmittel könnte bei der Applikation NIR spektroskopischer Methoden in industriellen Anwendungen, als auch in der Miniaturisierung von Spektrometern künftig eine bedeutende Rolle spielen.

Die qualitative Analyse der Milch zeigte einen starken Zusammenhang umweltbedingter Faktoren sowie der Fütterung der Rinder bezüglich der Veränderung der Milchinhaltsstoffe. Dies konnte mit Hilfe der Nah-Infrarot Spektroskopie durch den Nachweis der veränderten Fettsäuren in Milch veranschaulicht werden.

Des Weiteren erfolgte im Rahmen dieser Arbeit anhand einer Machbarkeitsstudie die Anreicherung von Caseinen auf Trägermaterialien zur Eliminierung der breiten Absorptionsbanden des Wassers in der NIR Spektroskopie. Hierbei kam Titandioxid zum Einsatz. Dadurch konnte eine höhere Genauigkeit in der Quantifizierung von Caseinen erreicht werden. Abseits der Quantifizierung wurden Experimente mit einzelnen Casein-Fraktionen durchgeführt. Diese lieferten vielversprechende Ergebnisse und bieten zukünftig großes Potential.

In Bezug auf die Herkunftsbestimmung von Milch konnten mittels NIR Spektroskopie keine zufriedenstellenden Resultate erzielt werden. Durch die Entwicklung eines multimethodalen Ansatzes mit Hilfe der Methoden aller Projektpartner konnte jedoch eine Klassifizierung der Herkunft mit einer Abweichung von unter 5 % erreicht und infolgedessen die Limitierungen jeder Analysetechnik per se kompensiert werden.

Abstract (English)

This thesis was part of the european project OriginAlp funded by the Interreg IV Italy-Austria program. The project targets to establish efficient fast analytical methods for quality and geographical origin control of regional alpine food products. Therefore, different analytical techniques including near- and middle-infrared spectroscopy (NIR and MIR, respectively), isotope-ratio mass spectrometry (IRMS) and gaschromatography (GC), were applied to achieve a broad overview concerning the quality, typicality and regionality of alpine foods.

In this cross-border project the author focused on the near-infrared spectroscopy technique. This non-invasive, fast, economical and powerful analytical method was used to accomplish qualitative and quantitative measurements, in particular for bovine milk.

The optimization of near-infrared spectroscopic parameters was realized via design of experiments. With this new approach objectivity can be integrated into conventional, rather subjective approaches. Regarding NIR spectroscopic applications in industry and miniaturization of spectrometers this tool could play an important role in future.

Qualitative analysis of milk indicated a strong correlation of environmental factors, as well as the feeding of cattle with respect to the change in milk composition. This was illustrated with the aid of near-infrared spectroscopy by detection of altered fatty acids in milk.

Furthermore, a feasibility study to enrich caseins with support materials to eliminate the broad absorption bands of water in NIR spectroscopy was carried out. For this purpose, titanium dioxide was deployed. This way a higher accuracy in quantification of caseins was achieved. Moreover, experiments were performed with single casein fractions. These provided promising results and offer great potential in future.

Considering solely NIR spectroscopy, no satisfactory results could be obtained concerning the determination of the geographical origin of alpine milk. By developing a multi-method approach using the methods of all project partners, a classification of origin was achieved with a deviation less than 5 %. Consequently, the limitations of each analytical technique per se were compensated.

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