Method development for the detection of molecules-markers to preserve “Greek” yogurt quality

Abstract

The popularity of Greek-style yogurt has grown significantly in recent years thanks to its high protein content, nutritional value, and unique creamy texture, making it vulnerable to illegal practices, such as adulteration. Authenticity studies of yogurt are essential for preserving its quality and ensuring market integrity. This thesis presents an integrated approach to Greek yogurt authentication by proteomic and elemental fingerprinting with advanced chemometric analysis. In the proteomics section, a fast and reliable matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) -based methodology was developed for the detection of yogurt adulteration with cow milk powder, exploiting the intact protein profile. Simultaneously, markers for yogurt classification based on their animal origin (cow, ewe, or goat), type (traditional or strained), and thermal treatment of milk were revealed for the first time. Statistical analysis using chemometric tools, were implemented for the discrimination/classification of the yogurt samples. Complementary elemental analysis using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was conducted to characterize the mineral and trace element composition of milk and yogurt. Species-specific elemental patterns were identified, while heavy metal detection provided data into environmental contamination and milk safety. The influence of milk fermentation and processing into yogurt, as well as the production method (traditional or strained) was studied. Chemometric modeling using PLS-DA and Random Forest (RF) enabled robust classification of milk and yogurt samples by animal origin and geographic provenance. Key elemental markers contributing to these classifications were identified, reinforcing the potential of elemental fingerprinting in authenticity and “Greek” yogurt Protected Geographical Indication (PGI) designation verification. Overall, this study delivers a comprehensive dataset and methodology for the authentication of Greek yogurt, combining proteomic and elemental profiling with multivariate statistical analysis. The findings significantly contribute to efforts toward recognizing Greek yogurt as a PGI product.

Η δημοτικότητα του γιαουρτιού “ελληνικού” τύπου έχει αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, χάρη στην υψηλή περιεκτικότητά του σε πρωτεΐνη και τη διατροφική του αξία, καθιστώντας το ευάλωτο σε παράνομες πρακτικές, όπως η νοθεία. Οι μελέτες αυθεντικότητας του γιαουρτιού είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ποιότητάς του. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει μία ολοκληρωμένη προσέγγιση για την ταυτοποίηση της αυθεντικότητας του ελληνικού γιαουρτιού, μέσω της εφαρμογής πρωτεωμικού και στοιχειακού αποτυπώματος, υποστηριζόμενων από προηγμένη χημειομετρική ανάλυση. Στο πρωτεωμικό σκέλος της μελέτης, αναπτύχθηκε μία ταχεία και αξιόπιστη μεθοδολογία, βασισμένη στην τεχνική MALDI-TOF MS, για την ανίχνευση νοθείας γιαουρτιού με σκόνη αγελαδινού γάλακτος, αξιοποιώντας το πρωτεϊνικό προφίλ των δειγμάτων. Παράλληλα, αναδείχθηκαν, για πρώτη φορά, δείκτες που επιτρέπουν την ταξινόμηση γιαουρτιών βάσει της ζωικής προέλευσης (αγελάδα, πρόβατο ή κατσίκα), του είδους (παραδοσιακό ή στραγγιστό) και της θερμικής επεξεργασίας του γάλακτος. Για τη διάκριση και ταξινόμηση των δειγμάτων γιαουρτιού πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση και χρήση χημειομετρικών εργαλείων. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε συμπληρωματική στοιχειακή ανάλυση με ICP-MS, με στόχο τη χαρακτηριστική αποτύπωση των κύριων και ίχνο- στοιχείων του γάλακτος και του γιαουρτιού. Τα στοιχεία εκείνα που διαφοροποιούν τη σύσταση ανά είδος ζώου ταυτοποιήθηκαν, ενώ η ανίχνευση βαρέων μετάλλων παρείχε δεδομένα για πιθανή περιβαλλοντική επιμόλυνση και την ασφάλεια του γάλακτος. Μέσω χημειομετρικών τεχνικών επιτεύχθηκε αξιόπιστη ταξινόμηση των δειγμάτων κατά ζωική και γεωγραφική προέλευση. Επιπλέον, εντοπίστηκαν οι στοιχειακοί δείκτες που συνέβαλαν στην ταξινόμηση, ενισχύοντας τη δυνατότητα χρήσης του στοιχειακού αποτυπώματος στην αναγνώριση του ελληνικού γιαουρτιού ως προϊόντος Προστατευόμενης Γεωγραφικής Ένδειξης (ΠΓΕ). Συνολικά, η παρούσα εργασία προσφέρει ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων για την ταυτοποίηση της αυθεντικότητας του ελληνικού γιαουρτιού, Τα ευρήματα συμβάλλουν ουσιαστικά στις προσπάθειες αναγνώρισης του ελληνικού γιαουρτιού ως προϊόντος ΠΓΕ.