DE10013992A1 - Analysesystem- und Verfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Analysensystem und -verfahren, insbesondere zur Bestimmung des
Gasverbrauchs, der Gasproduktion aber auch der Temperatur, des pH-Wertes von Materie,
insbesondere des Sauerstoffbedarfs und der Kohlenstoffdioxidproduktion von organischer
Materie.
Grundlage dieser Analysensysteme sind optische Bio- und Chemosensoren.
Unter optischen Bio- und Chemosensoren, sog. Optoden, versteht man Meßanordnungen zur
kontinuierlichen Erfassung physiochemischer Parameter von Stoffen durch die Messung von
Änderung der Absorption, Transmission, Reflexion, Fluoreszenz oder Chemolumineszenz. Es
können aber auch Parameter wie z. B. Raman-Streuung, Brechungsindex oder Lichtpolarisation
als Meßgrößen herangezogen werden. Dabei werden zwei Gruppen von Optoden unterschieden.
Zur ersten Gruppe gehören jene, welche die intrinsischen (der Probe eigenen) optischen
Parameter erfassen. Der zweiten Gruppe sind Sensoren zuzuordnen, die ein Signal über eine
extrinsische (vom Analyt hervorgerufene) spektrale Änderung eines immobilisierten (befestigten)
Indikators erzeugen.
Diese Indikatoren können auf verschiedenen Basismaterialien wie Kunststoff-, Alufolien, Glas,
Lichtleitern, Papier, usw. immobilisiert (aufgebracht) werden.
Zu einem optischen Sensorsystem gehören neben dem Basismaterial (Kunststoffolie, Glasfaser,
Glas, Alufolie, Papier) und dem darauf befindlichen Farbstoff die Anregungslichtquelle
(Halogenlampe, Leuchtdiode, Leuchtstofflampe, Tageslicht) und der Detektor (Auge, Photo
detektor, Videokamera) und die Steuer- und Auswerteeinheit.
Durch die Verknüpfung von chemischen, biologischen, optischen und elektronischen Kompo
nenten ist eine schnelle und hochselektive Erfassung auch geringer Stoffkonzentrationen auf
neuartige Weise möglich.
Derartige Analysensysteme können in einem weiten Bereichen eingesetzt werden.
Eine Anwendung ist die Frischeüberwachung von leicht verderblichen Lebensmitteln wie z. B.
Fisch und Fischerei-Erzeugnisse, Muscheln, Pilze, Fleisch- und Wurstwaren, Wild, Geflügel,
Flüssigei, Milch- und Milchprodukte, Obst- und Gemüseerzeugnisse, Fruchtzusätze, Getränke,
Schokolade und Schokoladeerzeugnisse aber auch leicht verderbliche pharmazeutische und
kosmetische Produkte.
Sind Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Schimmelpilze einmal etwa wegen mangelnder
Hygiene im Lebensmittel, gehen sie auch bei minus 18 Grad nur in Dämmerschlaf über und bei
jeder Unterbrechung der Kühlkette beginnt der Verderb der Lebensmittel. Der Verderb der
Lebensmittel äußert sich durch die Veränderung von Geruch, Farbe, Geschmack, Konsistenz,
Textur, durch die Bildung eines Schimmelrasens auf dem Produkt, oder durch bombieren der
Verpackung sowie die Bildung von Toxinen.
Mit einem Überwachungs-System mit optischen Bio- und Chemosensoren zur Frischeüber
wachung können leicht verderbliche Produkte auf Verderb überwacht werden.
Das Überwachungsprinzip beruht darauf, daß Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder
Schimmelpilze bei der Zersetzung von leicht verderblichen Produkten Sauerstoff verbrauchen
oder Kohlendioxid und Toxine bilden. Diese Tatsache kann zur Überwachung von Lebensmitteln
aber auch von Roh- und Zusatzstoffen herangezogen werden um die Produkte zu überwachen.
Hierzu befindet sich ein Sensor z. B. innerhalb der luftdichten Verpackung in Kontakt mit der
umgebenden Atmosphäre des leicht verderblichen Produktes. Wird das Produkt durch Bakterien
zersetzt, veratmen diese den Sauerstoff oder bilden Kohlendioxid oder Toxine. Wird z. B. der
Sauerstoff in der Verpackung verbraucht oder CO2 gebildet ist das ein Zeichen für den
fortschreitenden Verderb des Produktes. Der Verderb der Produkte kann durch speziell
immobilisierte Sensoren die bestimmte Stoffe detektieren überwacht werden. Andere Ausge
staltungen sind möglich.
Ein Meßprinzip der optischen Frischeüberwachung ist die Fluoreszenzlöschung eines Fluoro
phors durch Sauerstoff. Die Anwesenheit der löschenden Sauerstoffmoleküle verringert dabei z. B.
die Fluoreszenzintensität sowie deren Abklingzeit. Ein besonders guter Fluorophor ist Tris. Er
läßt sich im blauen Bereich des Spektrums bei 470 nm anregen und besitzt sein Fluoreszenz
maximum bei 590 nm im orangeroten Bereich. Andere Mittel sind möglich.
Wird dieser Fluorophor durch bestimmte Techniken (mechanischer Einschluß, elektrostatische
Immobilisierung, kovalente Bindung) auf einem Basismeterial immobilisiert und eingebettet, so
stellt dieses einen leistungsfähigen Sensor (Optode) für Sauerstoff dar. Er arbeitet sowohl in der
Gasphase als auch in wäßrigen Medien. Das Optodensignal (z. B. Fluoreszenz) kann durch die
Wandung der Verpackung ausgelesen werden. Dieses ist eine unabdingbare Voraussetzung beim
Einsatz in der Lebensmittelüberwachung, da die Verpackung bei der Messung nicht geöffnet oder
beschädigt werden darf.
Ein derartiges System zur Frischeüberwachung besteht z. B. aus der luftdichten Verpackung, dem
Sensor, der Anregungslichtquelle, dem Detektor und der Steuer- und Auswerteeinheit.
Als Verpackungen finden z. B. Container, Fässer, Kanister, Flaschen, Gläser, Becher, Dosen,
Folienverpackungen, Verbundverpackungen, Vakuumverpackungen, Beutel, Taschen usw.
Verwendung.
Die Sensoren können in verschiedenen Formen ausgebildet werden: z. B. als Flächensensor, als
Etikett mit integriertem Sensor, als Mehrparametersensor (O2, CO2, Temperatur, pH, Enzyme,
Glucose, Penicillin, Harnstoff). Der Sensor kann auch direkt an der Innenseite auf das Verpac
kungsmaterial immobilisiert (aufgebracht) sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den
Sensor in eine Halterung einzusetzen, die in die Wandung des Behälters wie Container, Kanister,
Fässer montiert wird. Die Form der dreidimansionalen Sensorausführungen bietet die Möglichkeit,
daß die Verpackungsfolie von Vakuumverpackungen in Sensornähe nicht direkt am Produkt
aufliegt und eine Atmosphäre um den Sensor entstehen kann. Diese dreidimensionale Ausführung
kann auch durch Falten oder Pressen von Flächensensoren erfolgen. Verschlüsse von Bechern
werden oftmals als Alufolie ausgeführt. Um hier den Sensor anzubringen, ist es möglich, einen
Flächensensor über einer Öffung im Aludeckel mit dem Deckel zu verschweissen.
Als Anregungslichtquelle dienen z. B. Tageslicht, Halogenlampen, Leuchtstofflampen oder blaue
Leuchtdioden (LED) zur Anregung des Indikators. Da die Entwicklung von blauen Leuchtdioden
erst vor wenigen Jahren begonnen hat, ist die Quantenausbeute mit nur 14 mcd im Vergleich zu
den sonst üblichen roten oder grünen LED mit ca. 250-3000 mcd noch relativ gering. Aus diesem
Grund kann die Fluoreszenz nur mit bestimmten Detektoren erfaßt werden.
Als Detektor kann z. B. das menschliche Auge dienen, aber auch technische Komponenten wie
Photodetektoren, Photomultiplier und Videokameras.
Anregungslichtquelle, Detektor, Steuer- und Auswerteeinheit des Frischeüberwachungssystems
können getrennt oder in einer Einheit zusammengefaßt sein, tranportabel oder stationär
ausgebildet sein, in Form eines Scanners, kombiniert mit Scannern oder als Leuchtstift ausgeführt
werden und an EDV-Systeme angebunden werden.
Die Auswertung der Meßsignale kann in verschiedenen Varianten erfolgen: Durch Ja/Nein-
Entscheidung (frisch/verdorben), in Stufen (z. B. 1-10) oder kontinuierlich als Überwachungs
kurve über einen bestimmten Zeitraum. Die Daten können über sog. Datenlogger elektronisch
erfaßt, gespeichert und in EDV-Systeme übertragen werden.
Diese Daten können über interne Netze sowie externe Netze wie Internet, Datex-P usw. erfolgen,
so daß ein Datenaustausch zwischen allen an der Lebensmittelkette (Kühlkette) Beteiligten wie
Nahrungsmittelhersteller, Frächter, Spedition, Großhandel, Einzelhandel, Gastronomie bis zum
Verbraucher erfolgen kann.
Denkbar ist auch, daß Daten von Instituten, der Lebensmittelüberwachung, und dgl. weltweit
abgerufen werden können und das ganze System in Logistikkonzepte eingebunden wird.
Fig. 1 zeigt ein Analysensystem 11 bestehend aus der luftdichten Verpackung 10 in der das
Produkt 6 sowie der Sensor 5 eingeschlossen ist. Beide Teile sind von der gleichen Atmosphäre 9
(Luft, Vakuum, Sauerstoff, Kohlendioxid, Mikroorganismen) umgeben. Durch bestrahlen des
Sensors 5 durch das Anregungslicht 4, das in der Anregungslichtquelle 3 erzeugt wird, wird der
Sensor 5 zur Fluoreszenz angeregt. Das Fluoreszenzlicht 8 das zurückgestrahlt wird und vom
Detektor 7 empfangen wird ist ein Maß für den zu messenden Analyten wie z. B. Sauerstoff,
Kohlendioxid usw. Die Steuerung und die Auswertung des Detektorsignals erfolgt in der Steuer-
und Auswerteeinheit 1 und wird auf der Anzeige 2 zur Anzeige gebracht.
Claims (2)
1. Indikator zum Bestimmen des Frischegehaltes von Lebensmitteln dadurch gekennzeichnet,
daß der Frischegehalt durch einen Gasdetektor bestimmt der über den O2 oder CO2-Gehalt
gesteuert wird.
2. Indikator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator organische und/oder
anorganische Farbindikatoren umfaßt.
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- 2000-03-22 DE DE10013992A patent/DE10013992A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |