CN101395470A - 确定生物材料、尤其是食品的状态的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无接触且无需提取样品地确定生物材料特别是食品的状态的方法，以及实施该方法的装置。在所述方法中，利用相干辐射在待测物中诱导出发射辐射并直接对其测量，并且将测量值与标准值或边界值对比。为此目的，该装置具有用于发出相干辐射的光源、用于检测诱导的发射辐射的探测器和控制设备，其中所述控制设备含有微计算机单元以对比检测的发射辐射和存储于存储器中的标准值和边界值。

Description

确定生物材料、尤其是食品的状态的方法与设备
本发明涉及一种无接触且不必取样的确定生物材料尤其是食品的状态的方法，以及实施该方法的设备。
已知经过微生物学过程可以导致物质的化学变化，其引起物品的生物变化。这可以导致食品或类似物的变质。
关于食品变质的检测难题已知有多种方法。在CH564775中公开了一种方法，其中将待测的包装在均一热条件下存放于一个储存空间中。其必须在特定的温度条件下进行并且持续数小时到数天之后才能据此给出评价。
AT324.026描述了一种昂贵的方法，其中在热成像相机的帮助下在实验室中进行检测，在该方法中，测得的不是待测物的组成，而只是升高的细菌含量。
AT384.679中描述的方法致力于检测酵母和霉菌，在该方法中，于实验室里使待测物历经一个培养过程，其同样要求大量的时间、材料和人员支出。
EP0311177中利用弹性离散辐射进行检测，其中使用高科技设备检测包裹件或类似物中的不希望的内容物。
从US3973128中也已知用X射线的检测方法。同样，媒体还报道了一种勘查危险细菌的设备，但是其采用折射强度和衍射角进行工作。
直到现在，激光测量技术仅用于勘查特定的物质，例如用于在过境处的监查以勘查违禁和危险物品(毒品或爆炸物以及武器)。这就是说，已知的测量技术(通过测量发射光束，例如激光、原子激光、α光谱测量)涉及仅检测特定明确的已知物品的存在，但并不涉及掌握其生物状态或任选的其生物组成。
现有技术中所有已知的测定生物材料状态的方法都使得经济昂贵的检测方法是必要的。辅以高素质的专业人员、复杂的设备和装备良好的工作场所的条件下，常常许多方法步骤是必要的，而其中的测量结果仅能应用于特定的产品(如奶制品)。
更进一步的，当不是现场而必须在实验室中进行检测时，时间、温度和环境这些因素也不能忽视。
由于上述情况，待测材料在转移到实验室的过程中可能进一步发生生物学的变化，并不再对应于已提取的材料。
由于食用了变质物而不断增长的疾病数量，表明有必要发展一种快速、简单的测试方法，其能使一个外行也有可能进行准确的质量控制。在这种情况下，同样主要也经常涉及到大量的人群，例如在学校、日托所，孩童班或敬老院用餐时。
通过产地证明和类似手段，许多企业努力在购买其商品时向消费者提供一定的安全性；然而，最好的商品由于运输和存放不当也会提前变质。
因此，肯定从企业角度来讲，要在可变质食品的购买时向消费者提供安全服务，其能快速、节省成本地且现场地进行，并且也能够与在收款处的已知读出设备相连。
从DE2728717A1中已知有一种无接触且不必取样的确定过程。在这种已知的设计中，待测试样的表面被例如激光扫描，其中测量反射或辐射，也即，实际上仅仅是试样的表面而非深层被检测了。
根据本发明，上述的缺陷得以避免，方法是在待测物中借助相干辐射诱导出发射辐射并直接检测，并将测得值与标准或边界值比较。由此，甚至表面之下的层也被检测，经此待测物质的整体状态都可被掌握。该过程中，本发明的方法利用了以下的情况，即材料的生物组成或生物结构的任何变化或微生物侵染会引起经诱导的辐射的变化。由于已知的变化和与标准或边界值的比较，故可以简单地确定是否待测材料对应于预定的标准。
有利地，可以将辐射发射的标准值(最优条件)或边界值确定为指导值并储存下来。其最好如下操作，即在实验室中人工模拟出实践中出现的各种状态，例如微生物、病原体、病毒或其他发病因子引起的食品污染或传染。相对于已经测量并存储的标准或边界值出现的偏差被用于评价待测物的状态。测得的数据原则上还可以有益地与时间和日期信息一并存储用以对比测量。
其中，发射辐射的输出功率可以略低于容许的功率极限。
容许的和/或法规允许的激光功率极限用于保证在练习人员使用时，该测量设备附近的其他人员不会受到伤害。另外，在过大功率时要避免，在考虑包装的情况下，受测食品会歪曲所放射的辐射的输出功率。同样的，所放射的辐射的输出功率可以与辐射源与待测物之间的距离相匹配，由此实现更准确的测量。
在进行本发明方法的具有一个用以发射相干辐射的辐射源，用于检测经诱导的发射辐射的探测器和一个控制器的本发明装置中，辐射仪器设备含有一个微计算机单元用于比较测定的发射数据和存储在存储器中的标准值和边界值。
有利的，该装置可以通过扩展(外加芯片，外加卡)而被专门化地也用于鉴别特殊的微生物学过程(例如旅行时)。
特别的，其适合检测细菌、酵母和霉菌，其中可以任选地同时并行检测特征性能，如微生物含量，气体形成，发酵活性，酸形成和类似性质。
某些应用中，可以将特殊的参数存储到存储器中，通过其可以细致的检测特定的细菌，如食品中的沙门氏菌，奶制品中的霉菌，或液体中特定的病原体。该装置还可以调整使得其用于监控果蔬中的喷雾剂和/或肥料和/或可能的违禁防腐剂的掺混。在此过程中，可以调节辐射使得通过调节发出的辐射独立于温度地检测食品(也即冷冻食品)的可食用性。
其中，存储器可以配置另外能够检测组成和/或包装材料的耐用性和/或特定物质的释放的数据。最后，该装置能够在收款处那里与本身已知的读出方法相连，其中结果可以显示在收款单上。在附图中显示了构造示意图，更确切说图1是基本设备的构造，图2是优选实施方式，利用其可以实现待检测材料内容物的精确诊断，和图3是本发明装置的另一实施方案。其中根据图1，由激光器1放射的激光束1a到达待测材料2并诱导出的发射辐射2a，该发射辐射被中央微计算机单元3存储。优选的，该设备中嵌入一个开关W，其在以下简称为选择开关。通过其实现存储在存储器4中的分组4’和4”的转换，其含有在这种情况下涉及的是所希望的上位名词，如奶制品或肉或类似物的特定的边界值的标准值，并且其中涉及有至少两个分组。
在中心的微计算机单元3中进行测量值与储存的标准值的比较，所得结果以模拟或数字形式显示在显示装置5上，且其可以支持声音或光信号，并且其中的结果仅限于正或负的结果，如奶制品是否可食用—是/否，而无内容物的说明。
图2显示本发明设备的另一种优选实施方式的图示构造，其中，如所示的，可以实现对待测材料内容物的精确化的诊断。这可通过在中心的微计算机单元3上将诱导的发射辐射2a与独立存储器存储的标准值和边界值相对比而实现，其中例如将存储器之一用于食品领域而其他的用于药物目的，即如上所述(以下简称为参比存储器4a和4b)，其可以通过功能开关F在至少两个参比存储器4a和4b之间切换。所测得的结果以模拟或数字形式显示在显示装置5上，其可以支持声音和/或光信号。还可以有可能性使用日期和时间信息6和/或借助存储芯片7的存储和/或借助书写装置9经由接口8的打印而补充所述结果。
图3说明了本发明装置的另一种形式的图示构造，其中所述的中央微计算机单元3’补充配备有多重数据存储器用以系列诊断或分析，这一方面补充了诸如沙门氏菌的检测，另一方面也实现了药物分析。其中，将尽可能多的经诱导的发射辐射2a的信息存储作为实值并将其与尽可能多的来自参比存储器4”’的标准值相比较，由此可以补充对特定的细菌、酵母和/或霉菌、沙门氏菌或诸如此类的具体检测的可能性。这里，所测得结果也可以如图2中所述，以模拟或数字形式显示于显示装置5上，并且其可以支持声音和/或光信号。也可以有可能性使用日期和时间信息6和/或借助存储芯片7和/或借助书写装置9经由接口8的打印而补充所述结果。
在图2和3中不再赘述可从附图中看出并且以与前图相同的附图标记表示的相同存在的组件。因为本发明的装置，尤其是可携带的方案涉及的是小型结构的且耗电很小的设备，所以可以毫不费力地借助传统的电池，例如耐用电池进行供电，但是也可以借助电网设备直接供电。为此所需的元件并没有示于图1至3中。
最为简单地，本发明设备的各个结构步骤都可以与本身已知的袖珍计算器相类比，其中也存在着具有基本运算类型的简单而成本低廉的模式，从这种扩展形式直至具有技术功能的高质量的袖珍计算器。在此没有详细描述的其他实施方式对于熟悉本领域的技术人员可以毫无困难地推导出。本发明的特征在于，第一次使诊断方法独立于包装。
在此情况下，待测物不必再从包装中取出，并且包装的类型(塑料、玻璃、金属或混合材料如脂鲤包(Tetra-Pack)或真空包装或诸如此类)也对结果无影响。只是必须注意，如此选择本发明设备所发射的激光辐射的能级，即使得能够诱导发射。为了得到测量结果，必须保证更高的能量级也能被更强地分配。于是，经光辐射诱导的发射率高于光辐射的吸收率；在通过材料时它们不会衰减，而是增强。
为了得到尽可能可靠的值，与待测物的最小和最大距离和发射辐射(从设备中发射出的测量辐射)的强度必须要考虑在内。如上已公知的，激光技术业已应用在医学上，尤其还在眼科检查或治疗的情形下。对于本发明的方法或本发明装置需要注意的是，从本发明设备辐射出的最大输出功率(发射辐射的能量强度)要略低于容许的功率极限。由此就能使得当根据本发明制得的设备操作不慎时，健康危害最小化。但是推荐在设备上使用相应的警示提示，例如警示儿童或类似群体切勿不慎操作。
一个特别经济的该设备的实施方式设计使得本发明的设备能够针对特定的细菌检测待检测物。但是在这种情况下，所述设备必须是经由其特殊的应用能力标识的。根据本发明方法的一个特别有益的实施方式，可以检验细菌、酵母和霉菌，其也可以同时排列确定特征性能如微生物含量、气体的形成、发酵活性、酸的生成和类似现象。这对于鉴别沙门氏菌或真菌毒素是特别有益的，因为在这些情况下，沙门氏菌的症状要8至14小时之后显现，而真菌毒素的症状要长达18小时之后才能显现。
霉菌产生的霉菌毒素隐藏了非常广泛的问题。其可以出现在所有食品中，无臭无味并能造成严重的肝损害。直到现在，霉菌毒素的检测困难又耗时。霉菌毒素的一种已知的分类是黄曲霉毒素，其产生于例如胡榛子中。
采用根据本发明制得的设备，可以以特别简便的方式检测液体的可食用性，例如已知包装中(例如脂鲤包)的奶制品。其中，该设备支持一种检测过程，在该检测中，将封闭的无菌包装在均一的热条件下于+2℃至+60℃、优选约+15℃到+25℃的温度下放置于储存存空间中数小时或数天。如此得到的结果可以存储在设备中作为边界值。
还可以分别根据作用敏感性借助特定的酶通过确定特定的在变质中出现的产物，例如三磷酸腺苷，如次黄嘌呤、肌苷和肌苷酸和/或它们的组合物来进行检测，即
次黄嘌呤-黄嘌呤-氧化酶，
肌苷-核苷磷酸化酶，
肌苷酸-碱性磷酸酶-核苷磷酸化酶和黄嘌呤-氧化酶＝黄嘌呤(C5H4N4O2)。
根据本发明生产的设备能够勘查果蔬上应用的喷雾剂或肥料，和/或勘查甚至也存在和/或搀杂在经加工形式的食品，例如果酱或番茄沙司中的可能的违禁防腐剂。
另外，本发明的方法和本发明的装置提供了独立于温度而检测食品(也即冷冻食品)的可食用性的可能性。一个几乎不被重视的事实是，微生物不会由于冷冻而杀死。有一些酶在-40℃的温度下也可以工作。目前总是广泛出现于货架上的冷冻食品，由于运输的棘手难题(冷冻链断裂的危险)而变得特别脆弱。本发明的装置可以如此构成，使得其通过扩展(外加芯片、外加卡)也能为确定特殊的微生物学过程或检测微生物而专业化。这一点尤其在由于其他的卫生条件或由于高温而会招致食品迅速变质的旅行时是非常有效的。也可以检测包装材料的组成和/或耐用性和/或检测食品中特定物质的释放(例如从有些包装材料中释放出的致癌组成)。为了给顾客提供有关如上所述的包装或未包装的液态、固体、未加工或经加工的食品的尽可能多的信息，也可以将本发明的装置与在收款处本身已知的读出方法相连。对于食用性受到影响的食品，测量结果可以随同着一起打印在收款单上。
另外，使本发明装置或本发明方法用于生物材料状态的测定特别有效地用于研究，其本质上的特征是，直接测量从使用辐射源例如激光照射的待测材料上发射出的经诱导的发射辐射，由此将其与至少一个标准值或边界值比较，经此缩短漫长的检测过程，并可能促进例如疫苗或类似物的发展。因此，利用本发明的方法或本发明的装置可以特别简便地确定和诊断所有生物材料。因为血液和其他来自生物材料的身体物质也会组合，并且在其中会发生微生物变异，所以在这里也采用本发明方法或本发明装置来鉴别这种微生物变异是合乎逻辑的。本发明的另一有益实施方式是，其使得采用单个设备利用控制开关来揭示发生于其他有机物质如血液或类似物中的微生物变异成为可能，因为例如每种病菌都会释放出特定的诱导发射辐射，同时检测又可以现场地且与待测物无物理接触地(也即不必抽取血液或类似物)进行，以及可以为任何没有专业知识的人员在很少劳作下现场操作。因此可以快速而简单地确定炎症或其他的器官变异，如癌症。
以特别简便的方式，可以检验血液中升高的葡萄糖水平，葡萄糖水平会释放出另一种经诱导的发射辐射，所述升高的葡萄糖水平是鉴别血糖类疾病(糖尿病)的最重要的实验化学标志。迄今以来，都是利用检测棒来对患者进行常规的血糖检测。
这种代谢疾病的另一特征是尿中排出葡萄糖。
如此，健康患者的空腹葡萄糖量是
毛细血管血 55-100mg/dl
静脉血 55-110mg/dl
对糖尿病患者，饭后一小时出现如下值：
毛细血管血超过200mg/dl
静脉血超过180mg/dl。
这些已知的值可以用作标准值或实值。同样，对于尿酸的测量值(男性：3.5-7.1mg/dl，女性：2.5-5.9mg/dl)也是已知的。急慢性肝炎患者体内，尿胆素原(通常尿胆素原排泄的上限值为1mg/100ml)会增多，或者检测尿胆素原来鉴别毒性肝损害或肝肿瘤。这里也采用本发明，且本发明的任务也在于实现一种无需抽取待测有机物质的简便且对于患者尽可能无痛的诊断。也可以考虑采用本发明的装置来确定血型。当事故或紧急手术之后需要快速诊断时这一点特别有利。
在本发明的一个优选而简便的实施方案中，能够实现勘查体内，例如血液中的麻醉剂和毒品，也能勘查麻醉剂和毒品的化学制备形式。
还存在一种可能，分别根据生产国的法规，生产该设备与汽车启动器的组合体，用以实现在启动前检测操纵杆的驾驶适宜性并任选地阻止机动车起动。
此外，还可以将本发明的设备与照相机、移动电话、钟表和类似物相结合，这能明显简化可疑情况下的证据保全，同时还能随同存储下时间和日期信息。根据本发明制得的设备可以以能够模拟或数字形式解读的方式产生出测量结果和/或配备以可声学和/或光学感知的信号。

Claims (16)

1.无接触且无需提取样品地确定生物材料特别是食品的状态的方法，其特征在于，利用相干辐射在待测物中诱导出发射辐射并直接对其测量，并且将测量值与标准值或边界值对比。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测得辐射发射的标准值(最佳状态)或边界值作为指导值并随后将其存储。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于还随同存储对比测量的时间信息和日期信息。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所发出的辐射的输出功率略低于容许的功率极限。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在考虑包装、特别是包装材料种类的情况下选择所发出的辐射的输出功率。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所发出的辐射的输出功率要与辐射源和待测物之间的距离相适应。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，待测物是组织、血液或尿，特别是人体的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，现场地且无需提取和物理接触地测定待测物。
9.用于实施如权利要求1至8之一所述的方法的装置，其具有用于发出相干辐射的光源、用于检测诱导的发射辐射的探测器和控制设备，其特征在于，控制设备含有微计算器单元(3)以对比检测到的发射辐射和存储于存储器(4)中的标准值(4’)和边界值(4”)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，通过扩展(外加芯片、外加卡)而专业化地用于鉴别特殊的微生物学过程(例如旅行时)。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，其适于检测细菌、酵母和霉菌，并且任选同时并行地检测特征性能，如微生物含量，气体形成，发酵活性，酸形成和类似性质。
12.如权利要求9至11之一所述的装置，其特征在于，将特殊的参数存储于存储器(4)中，通过其可以细致的检测特定的细菌，如食品中的沙门氏菌，奶制品中的霉菌，或液体中特定的病原体。
13.如权利要求9至12之一所述的装置，其特征在于，其用于监控果蔬中的喷雾剂和/或肥料和/或可能的违禁防腐剂的掺混。
14.如权利要求9至13之一所述的装置，其特征在于，通过调节发出的辐射独立于温度地检测食品，也即冷冻食品的食用性。
15.如权利要求9至14之一所述的装置，其特征在于，存储器(4)中配置另外能够检测组成和/或包装材料的耐用性和/或特定物质的释放的数据。
16.如权利要求9至15之一所述的装置，其特征在于，其在收款处与本身已知的读出过程相连，其中结果可以显示在收款单上。
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