Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: Nitrogen composition of grape must is highly variable and impacts on the health of the fermenting yeast population as well as the formation of aroma and flavour compounds in wine. Insufficient yeast assimilable nitrogen (YAN), mostly consisting of amino acids and ammonium, can lead to stuck or sluggish fermentations as well as the formation of undesirable compounds such as H2S. Furthermore, it is well established that the total concentration of YAN and the specific amino acid composition have a significant impact on the final aroma and flavour of wines. However, the impact of individual amino acids and of specific amino acid compositions on fermentation kinetics and on the production of aroma and flavour impact compounds under winemaking conditions is not well understood. The first goal of this study was to evaluate the effect of single amino acids on growth kinetics and major volatile production of two industrial wine yeast strains under conditions resembling wine fermentations. To facilitate these fermentation conditions while also allowing for easy reproducibility and manipulation of the initial components, a synthetic grape media was utilized. Biomass formation, exponential growth rate, lag phase, and fermentation duration were utilized to evaluate the efficiency of single amino acids. The data show that previously observed trends in laboratory strains mostly apply to these conditions and strains. In general, the efficiency of amino acids to be used as nitrogen sources and the production of major volatiles due to their presence followed the same patterns for both industrial yeast strains. However, the production of the secondary metabolites butanol, propanol, acetic acid, and ethyl acetate were found to be produced in different final concentrations dependent upon the yeast strain. The branched-chained and aromatic amino acids (BCAAs) treatments were observed to have the most dramatic effects on major volatile production. Investigating the relationships between the initial concentration of the BCAAs and the final concentrations of major volatile compounds, it was found that the production of fusel alcohols and fusel acids due to the degradation of BCAAs by S. cerevisiae could be predicted from the initial concentration of BCAAs. While under simple nitrogen conditions the production of several other secondary metabolites such as butanol, propionic acid, valeric acid, decanoic acid and 2-phenylethyl acetate were found to be correlated to the initial concentration of BCAAs in the media. Future studies should focus on the validation of these trends in aroma production in real grape musts under various fermentation temperatures for a number of industrial wine yeast strains. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die stikstof samestelling van druiwemos is hoogs veranderlik en impakteer op die kerngesondheid van die fermenterende gis populasie asook die produksie van aroma- en geurverbindings in wyn. Onvoldoende assimileerbare stikstof (ook genoem “yeast assimilable nitrogen” (YAN)), wat meestal bestaan uit aminosure en ammonium, kan aanleiding gee tot steek- of slepende fermentasies, asook die vorming van ongewensde verbindings soos H2S. Dit is alombekend dat die totale konsentrasie van YAN en dan ook die spesifieke aminosuur samestelling ‘n noemenswaardige impak op die finale aroma en smaak van wyn het. Die invloed van individuele am inosure en spesifieke aminosuur samestellings op die fermentasie kinetika, asook die produksie van verbindings met ‘n impak op die wyn aroma en smaak, word egter nie deeglik verstaan nie. Die eerste doelwit van die studie was om twee industriële gisrasse te gebruik om die effek van enkel aminosure op die groei-kinetika en produksie van die vername vlugtige verbindings onder wynmaak toestande te bepaal. Kunsmatige, gedefinieerde druiwermosmedium is gebruik om wynmaak toestande te simuleer en ook herhaalbaarheid en manipulering van die aanvanklike samestelling van die medium te verseker. Die studie het vorige tendense wat opgemerk is in die evaluasie van laboratorium rasse onder soortgelyke toestande bevestig. Die doeltreffendheid waarmee aminosure oor die algemeen gebruik word as stikstofbron, asook die produksie van die vernaamste vlugtige verbindings wat gekoppel is aan hulle teenwoordigheid, het ‘n vergelykbare patroon vir beide rasse gevolg. Die sekondêre metaboliete butanol, propanol, asetaat en etiel-asetaat is egter wel in verskillende eindkonsentrasies geproduseer deur die verskillende gisrasse. Die vertakte-ketting en aromatiese aminosuur (“branched-chained and aromatic amino acids” (BCAAs)) behandelings het die mees dramatiese effek op die produksie van die vernaamste vlugtige komponente gehad. Ondersoek na die verwantskap tussen die aanvanklike konsentraies van die BCAAs en die finale konsentrasies van dié verbindings het aangedui dat die produksie van hoër alkohole en sure, as gevolg van die afbraak van BCAAs deur S. cerevisiae, met behulp van die aanvanklike konsentrasie van die BCAAs voorspel kon word. Terselfdertyd is gevind dat onder eenvoudige stikstoftoestande, verskeie ander sekondêre metaboliete soos butanol, propionaat, valeriaat, dekanoësuur en 2-fenieletielasetaat, gekorreleer kan word met die aanvanklike BCAAs in die media. Verdere studies moet poog om hierdie tendense ten opsigte van aromaproduksie te bevestig en wel deur gebruik te maak van ware druiwemos, verskeie fermentasietemperature, asook ’n verskeidenheid van wyngisrasse.

Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI) βασίζεται στο φυσικό φαινόμενο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Ενώ το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό από το 1950, η πρώτη μαγνητική τομογραφία σε άνθρωπο διενεργήθηκε μόλις το 1977. Η δεκαετία του '80 ήταν η δεκαετία που τα συστήματα MRI άρχισαν να εξελίσσονται ταχύτατα και η εξέλιξη αυτή συνεχίζεται ακόμη και σήμερα. Στις μέρες μας, τα σύγχρονα συστήματα MRI κάνουν πολύ περισσότερα από απλή απεικόνιση, με τη μαγνητική τομογραφία διάχυσης, τη φασματοσκοπία και τη λειτουργική μαγνητική τομογραφία να αποτελούν νέες και πολλά υποσχόμενες εφαρμογές. Τα συστήματα MRI δεν χρησιμοποιούν ιοντίζουσα ακτινοβολία, αλλά μαγνητικά πεδία και ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων. Αυτός είναι πιθανώς ο λόγος για τον οποίο τα συστήματα MRI δεν είχαν τύχει τόσης προσοχής όπως τα συστήματα υπολογιστικής τομογραφίας, όσον αφορά τους κανονισμούς που διέπουν την ασφάλεια της χρήσης τους για χρήση σε εξετάσεις ασθενών. Ωστόσο, δεδομένου ότι η απεικόνιση χρησιμοποιείται για τη διάγνωση και μια λανθασμένη διάγνωση μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένη θεραπεία ή την απουσία θεραπείας, τα οποία με τη σειρά τους μπορεί να οδηγήσουν σε μη αναστρέψιμη βλάβη για την υγεία των ασθενών ή ακόμα και στο θάνατο, η Αμερικανική Ένωση Φυσικών Ιατρικής (AAPM) είχε προτείνει μεθόδους για τον έλεγχο της ποιότητας εικόνας από τις αρχές της δεκαετίας του 1990. Το Αμερικανικό Κολλέγιο Ακτινολογίας (ACR), είχε επίσης συμβάλει στην προσπάθεια αυτή από την αρχή της νέας χιλιετίας, προτείνοντας μεθόδους ελέγχου της ποιότητας εικόνας για τη δημιουργία ενός προγράμματος πιστοποίησης για τις εγκαταστάσεις MRI. Το 2010 η AAPM δημοσίευσε μια έκθεση (AAPM report No. 100) με τίτλο «Έλεγχοι αποδοχής και διαδικασίες διασφάλισης ποιότητας για εγκαταστάσεις απεικόνισης μαγνητικής τομογραφίας», το οποίο περιγράφει τις διαδικασίες για τον έλεγχο της απόδοσης των μαγνητικών τομογράφων, αλλά και τις διαδικασίες που αφορούν άλλα ζητήματα ασφάλειας για τους ασθενείς και το προσωπικό. Στην Ελλάδα μέχρι πρόσφατα, οι εγκαταστάσεις MRI - σε αντίθεση με τους υπολογιστικούς τομογράφους και όλα τα άλλα ακτινολογικά συστήματα - ήταν εκτός της εποπτείας της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (Ε.Ε.Α.Ε.) και της Ένωσης Φυσικών Ιατρικής Ελλάδος (Ε.Φ.Ι.Ε.). Ωστόσο, από τις αρχές του 2013, η E.E.A.E. έχει προτείνει ένα πρόγραμμα διαπίστευσης (με βάση την έκθεση AAPM Νο. 100) που πρέπει να εφαρμόζεται σε όλες τις καινούριες εγκαταστάσεις MRI. Αυτό το πρόγραμμα πιστοποίησης σταδιακά θα εφαρμοστεί και σε παλαιότερες εγκαταστάσεις. Ο στόχος είναι μέσα σε 5 χρόνια το πολύ, όλες οι εγκαταστάσεις MRI να είναι διαπιστευμένες όπως ισχύει εδώ και πολλά χρόνια για τις εγκαταστάσεις υπολογιστικής τομογραφίας. Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να συνοψίσει το βασικό θεωρητικό υπόβαθρο πάνω στο οποίο στηρίζεται η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, για να βοηθήσει τους Φυσικούς Ιατρικής οι οποίοι δεν έχουν εξειδικευτεί στα συστήματα αυτά, να κατανοήσουν τις αρχές της λειτουργίας τους, ιδίως εκείνες που σχετίζονται με τον τρόπο δημιουργίας των διαγνωστικών εικόνων. Στο επόμενο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η AAPM report No. 100 (μεταφρασμένη στα Ελληνικά), προκειμένου να θέσει τις βάσεις για την κατανόηση των διαδικασιών που χρησιμοποιούνται για τους ποιοτικούς ελέγχους (QC), αλλά και άλλα θέματα που αφορούν στην ασφάλεια λειτουργίας των συστημάτων MRI. Στο τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η εφαρμογή αυτών των διαδικασιών σε μια υπάρχουσα εγκατάσταση MRI, ως ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο εκτελούνται οι διαδικασίες QC και του τρόπου με τον οποίο οι εικόνες που προκύπτουν αξιολογούνται προκειμένου να εξαχθούν μετρήσιμες ποσότητες. Αυτές οι ποσότητες χρησιμοποιούνται ως δείκτες απόδοσης και ο Φυσικός Ιατρικής συγκρίνοντάς τις με καθορισμένα όρια, μπορεί να διαπιστώσει εάν το ελεγχόμενο σύστημα MRI πληροί τα καθορισμένα κριτήρια (κάτι που υποδηλώνει μια ικανοποιητική λειτουργία και ποιότητα απεικόνισης) ή εάν υπάρχουν ένα ή περισσότερα προβλήματα που οδηγούν σε μη αποδεκτή ποιότητα απεικόνισης και ως εκ τούτου απαιτούνται διορθωτικές ενέργειες. Στην τελευταία περίπτωση, ο έλεγχος που ανέδειξε το πρόβλημα θα πρέπει να επαναλαμβάνεται μετά από την όποια επισκευή, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν το σύστημα MRI είναι κατάλληλο να χρησιμοποιηθεί για διάγνωση. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is based on the physical phenomenon of Nuclear Magnetic Resonance (NMR). While this phenomenon has been known since the 1950s, the first MRI scan was performed on a human being just in 1977. The 80’s was the decade that MRI systems started to evolve rapidly and this evolution still goes on. Nowadays, modern MRI systems do so much more than simple imaging, with diffusion MRI, MRI spectroscopy and functional MRI being the new promising applications. MRI scanners do not use ionizing radiation but magnetic fields and electromagnetic waves in the range of radiofrequencies. This is probably the reason why the MRI scanners did not attract so mach attention as CT scanners did, in terms of regulations regarding the safety of their use for patient scanning. However, since imaging is used for diagnosis and a wrong diagnosis can result to a wrong therapy or no therapy at all, which in turn may result to irreversible damage in the patient health or even to death, the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) had proposed methods for testing the image quality from the early 1990s , . The American College of Radiology (ACR) has also contributed to this effort in the beginning of the new millennium, proposing image quality control methods to establish an accreditation program for MRI facilities , . In 2010 the AAPM published a report (AAPM REPORT NO. 100) with title “Acceptance Testing and Quality Assurance Procedures for Magnetic Resonance Imaging Facilities”, which describes procedures for testing the performance of MRI scanners, but also procedures concerning other safety issues for the patients and the personnel. In Greece until recently, MRI facilities – in contrast to CT scanners and all the other radiological equipment - were beyond the supervision of the Greek Atomic Energy Commission (Ε.Ε.Α.Ε.) and the Greek Association of Physicist in Medicine (Ε.Φ.Ι.Ε.). However, from the beginning of 2013, E.E.A.E. has proposed an accreditation program (based on the AAPM report No. 100) to be applied in all new MRI facilities. This accreditation program will progressively applied in older MRI facilities as well. The goal is within 5 years at most, all MRI facilities be accredited in the same way that CT scanners are. The purpose of this MSc thesis was to review the basics of MRI theory, to help Medical Physicists which are not experts in MRI, understand the principles of its operation, especially those related to the production of diagnostic images. In the next chapter the AAPM No. 100 report is presented (translated in Greek), in order to set the foundations for understanding the procedures used for quality control (QC) purposes but also other MRI operation safety issues. In the last chapter, an application of these procedures to an existing MRI installation is presented, as an example of the way that QC procedures are performed and the way that the resulting images are evaluated to result to measurable quantities. These quantities are used as performance indices and when compared to established limits, may inform the Medical Physicist whether the tested MRI systems satisfies the established criteria indicating an acceptable performance or whether one or more problems exist that result to suboptimal image quality and therefore corrective actions should be taken. In the latter case the failed test should be repeated after the field service engineers have corrected the problem, in order to ascertain that the MRI system is eligible to be used for medical diagnosis.

published_or_final_version / Industrial and Manufacturing Systems Engineering / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / Real Estate and Construction / Master / Master of Science in Construction Project Management

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration

published_or_final_version / Business Administration / Master / Master of Business Administration