DE202020000185U1 - Compact, mobile device for characterizing honey - Google Patents

Abstract

Claim for protection Mobile device for characterizing honey, characterized in that the device consists of a housing with one or more CCD cameras, LED spotlights, electrodes, electronics for recording and evaluating the digital data, a power supply and a data output, and that Device an exchangeable sample insert with an area for receiving the honey sample with electrodes that are in contact with both the honey sample and the electrodes of the housing when inserting the insert.

Description

There is a high demand for high quality, high quality honey products. Bees can produce honey from an area of around 6 - 7 km. A basic distinction is made between pollen honey (which is obtained from the nectar of the flower) and so-called dew honey, which is produced from the surface of leaves. There is a multitude of differences between the two species with regard to the flower or the plant. Different types of honey can be produced in a colony of bees throughout the year. The types of honey can fluctuate greatly between peoples.

There is therefore a high level of interest in precisely describing the composition and origin of the honey. For this purpose, the honey is usually sent to a laboratory and a corresponding analysis is carried out there. The analysis is based on the determination of the organoleptic, physico-chemical and microscopic characteristics.

In organic cultivation in particular, the analysis of honey plays an increasingly important role, since there are fewer monocultures, but an ever greater variety of sources (hedges, forests, fruits, fruits, meadows). The color spectrum of honey begins with an almost pure white and ends with a very dark brown.

• • Für cremige Blütenhonige sind helle Farbnuancen typisch. Die feinen Kristalle führen zu einer veränderten Lichtbrechung, die generell eine Aufhellung der Farbe hervorruft (z. B. Robinienhonig wasserklar bis blassgelb, Rapshonig weiß, Ahornhonig bemsteinfarbig). Der Honig besitzt eine mikroskopisch erkennbare Pollenstruktur.
• • Honigtauhonige sind auf Grund der Reaktion von Mehrfachzucker mit organischen Säuren und Aminosäuren dunkler gefärbt. Farbtöne wie braun, grünlichbraun oder rotbraun sind typisch; es gibt hier keine Pollen im Honig.

Typical characteristics are:

• • Light color nuances are typical for creamy blossom honey. The fine crystals lead to a change in the refraction of light, which generally lightens the color (e.g. robinia honey, water-clear to pale yellow, rapeseed white, maple honey amber-colored). The honey has a microscopic pollen structure.
• • Honeydew honey is darker in color due to the reaction of multiple sugars with organic acids and amino acids. Color shades such as brown, greenish brown or reddish brown are typical; there is no pollen in the honey here.

• • Nektarsorte (Pollen)
• • Zuckerzusammensetzung des Nektars (z. B. hoher Glucose- Anteil führt zu einer weißen Verfärbung bei Kristallisierung)
• • Pollenart (durch Farbstoffe im Öl des Pollenkit)
• • Färbung durch Umwandlungsprozesse: vor allem bei Honigtau (erst fast wasserklar, wenn viel Melezitose enthalten ist, wird Honig beim Kristallisieren weiß), oder durch enzymatische Reaktionen Braunfärbung (noch in Waben) durch Reaktion der Zucker mit Säuren (insbesondere Aminosäuren) des Honigs.
• • Färbung durch Honigbearbeitung: jeder Honig ist im kristallinen Zustand heller als im flüssigen → auskristallisierte Glucose färbt Honig weiß; Honige die erwärmt werden, werden durch die chemische Reaktion dunkler.

The following parameters influence the color scheme:

• • type of nectar (pollen)
• • Sugar composition of the nectar (eg high glucose content leads to a white discoloration upon crystallization)
• • type of pollen (due to dyes in the oil of the pollen kit)
• • Coloring through conversion processes: especially with honeydew (only almost water-clear, if there is a lot of melezitosis, honey turns white when crystallized), or through enzymatic reactions brown coloring (still in honeycomb) through reaction of the sugars with acids (especially amino acids) of the honey.
• • Coloring by honey processing: every honey is lighter in the crystalline state than in the liquid → crystallized glucose colors honey white; Honeys that are heated become darker due to the chemical reaction.

1. 1. Nektar, hier entsteht der Honig komplett aus Blüten (Honig ist relativ fest; beinhaltet Pollen)
2. 2. Honigtau (Honig ist flüssig, keine Pollen vorhanden)

In addition, there is a basic distinction between two types of honey:

1. 1. Nectar, here the honey is made entirely of flowers (honey is relatively firm; contains pollen)
2. 2. Honeydew (honey is liquid, no pollen)

• • Herkunft und Zusammensetzung des Nektars/ Pollen
• • Eintragungszeit (Frühjahr/Sommer)/Zeitpunkt der Ernte (unterschiedliches Zuckerspektrum)
• • Art und Zeitverlauf der Zucker-Kristallisation
• • Art der Verarbeitung (Rühren (keine großen Kristalle), Erwärmen für cremige oder flüssige Konsistenz)
• • Nektar und Honigtau verschiedener Pflanzenarten unterscheiden sich u. a. bzgl. Aromastoffen, Farbstoffen, Mineralstoffgehalt, Zuckerzusammensetzung, wasserunlöslichen Bestandteilen, wie z. B. Pollen
• • Aroma, Farbe, Konsistenz (bedingt durch das Zuckerspektrum), elektrische Leitfähigkeit (Mineralstoffgehalt), Zucker- und Pollenspektrum sind jeweils sortentypisch.
• • Pollen verschiedener Pflanzenfamilien, -gattungen und z. T. auch -arten lassen sich mikroskopisch unterscheiden. Honig trägt aufgrund der vorhandenen Pollen ein „Identifikationsmuster“ in sich, anhand dessen die regionale und botanische Herkunft des Honigs abgelesen werden kann.

The following parameters also affect the structure:

• • Origin and composition of the nectar / pollen
• • Registration time (spring / summer) / time of harvest (different sugar spectrum)
• • Type and time course of sugar crystallization
• • Type of processing (stirring (no large crystals), heating for creamy or liquid consistency)
• • Nectar and honeydew of different types of plants differ among other things with regard to flavoring agents, coloring agents, mineral content, sugar composition, water-insoluble components, such as. B. Pollen
• • Aroma, color, consistency (due to the sugar spectrum), electrical conductivity (mineral content), sugar and pollen spectrum are typical for each variety.
• • Pollen from different plant families, genera and z. T. types can also be distinguished microscopically. Due to the existing pollen, honey has an “identification pattern” in it, which can be used to determine the regional and botanical origin of honey.

It is possible to have the honey analyzed in a central laboratory.

• • Transmission/Reflektionsspektrum des Honigs im UV-, VIS- und NIR- Bereich mit einer Auflösung von etwa 2 nm und einer Genauigkeit von 0,5 % (detaillierte Farbbestimmung)
• • Die Darstellung der Mikrostruktur des Honigs (Bestimmung Pollengröße im Bereich 5...100µm) im Rahmen einer spektralempfindlichen Transmissions-Untersuchung mit Hilfe einer digitalen Kamera
• • Die Bestimmung der spektralabhängigen Oberflächenreflexion ebenfalls im UV-, VIS- und NIR-Bereich
• • Bestimmung des sogenannten Oberflächenglanzes mit Hilfe einer optischen Messung
• • Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit
• • Bestimmung des pH- Wertes
• • Darstellung des Zusammenhanges der „Messparameter“ und des Honigs. Hier liegt die besondere Innovation: aus den gemessenen Parametern „Spektrum“, „Pollengröße/-form“, „Leitfähigkeit“, pH-Wert soll mit 95%iger Sicherheit die Art des Honigs automatisch bestimmt werden.

Since the beekeeper has a high need for corresponding analyzes due to the possibilities described above, since different sources are possible both at the same time and at different times, there is great interest in a quick analysis on site. The same applies to imported honey, which must be analyzed as quickly and flexibly as possible. Therefore, the use of a compact device is great Need to determine the following parameters on site:

• • Transmission / reflection spectrum of the honey in the UV, VIS and NIR range with a resolution of about 2 nm and an accuracy of 0.5% (detailed color determination)
• • The representation of the microstructure of the honey (determination of pollen size in the range 5 ... 100µm) in the context of a spectrally sensitive transmission examination with the help of a digital camera
• • The determination of the spectral-dependent surface reflection also in the UV, VIS and NIR range
• • Determination of the so-called surface gloss using an optical measurement
• • Determination of the electrical conductivity
• • Determination of the pH
• • Presentation of the relationship between the "measurement parameters" and honey. This is where the special innovation lies: from the measured parameters "spectrum", "pollen size / shape", "conductivity", pH value, the type of honey should be determined automatically with 95% certainty.

• Die Anordnung besteht aus einem Gehäuse mit einem Probeneinschub bzw. Probenschacht. In diesen Probenschacht wird eine Küvette mit der entsprechenden Honigprobe eingeführt und die Messung durchgeführt Danach wird die Küvette wieder herausgeführt, gereinigt und kann für eine neue Honigprobe verwendet werden. Das Gehäuse besitzt eine oder mehrere digitale CCD-Kamera, die sowohl Transmissionsals auch Reflektionsmessungen an der Honigprobe durchführen kann. Weiterhin werden LED-Strahler angebracht, die mit einer definierten Wellenlänge die Honigprobe sowohl in Transmission durchleuchten als auch in Reflektion bestrahlen. Dadurch kann die CCD-Kamera das Reflektions- und das Transmissionsspektrum aufnehmen. Die CCD-Kamera kann mit Filtern oder einem Minispektrometer gekoppelt werden, sodass eine spektralempfindliche digitale Darstellung der Reflektions- und Transmissionsdaten möglich ist.

Weiterhin ist möglich, dass die LED-Strahler mit Filtern oder einem Minispektrometer gekoppelt sind, sodass eine spektraldefinierte Bestrahlung im Reflektion- und im Transmissionsmodus erfolgt. Dadurch kann mit dieser digitalen Anordnung die Farbe in Transmission und Reflektion sowie das Spektrum zur Auswertung von bestimmten Inhaltsstoffen als auch der Größe von Teilchen im Honig bspw. Den Pollen oder ähnliches gemessen werden.
Des Weiteren kann die geometrische Form und die Verteilung sowie die Farbe der Pollen digital ermittelt werden. Die gesamten digitalen Daten werden über die Elektronik ausgewertet und an eine Schnittstelle gegeben. Die Schnittstelle kann die Daten drahtlos nach außen führen oder über ein Medium können diese ausgelesen werden. Es ist ebenfalls möglich, dass die Daten sofort über ein Display angezeigt bzw. die Auswertung der Daten in komprimierter Form dargestellt wird. Die Küvette besteht aus einem transparenten Material, welches für die Wellenlängen nutzbar ist. Die Küvette beinhaltet im Inneren den zu untersuchenden Honig. Beim Einführen der Küvette in das Gerät wird der Honig durchstrahlt bzw. in Reflektionsmessungen charakterisiert. Der Wellenlängenbereich kann im sichtbaren und/oder ultravioletten und/oder nahem Infrarotbereich liegen.
Des Weiteren können am Gehäuse sowie an der Küvette Elektroden angebracht werden, dass die Elektroden des Probeneinschubs beim Einschieben mit den Elektroden des Gehäuses in Kontakt stehen. Die Elektroden stehen auch mit dem Honig in Kontakt, sodass mit Hilfe dieser Elektroden und einer entsprechenden Ansteuerung der pH-Wert bzw. die Leitfähigkeit ermittelt werden kann.
Mit Hilfe des Gerätes können somit nach dem Einschieben der Honigprobe über die Elektroden der pH-Wert, die Leitfähigkeit und über die CCD-Kamera und die LED-Strahler die Farbe des Honigs, die spektrale Zusammensetzung und die geometrische Form von Inhaltsstoffen, z. B. Pollen sowie deren Farbe, digital dargestellt werden. Die Daten werden über einen Algorithmus ausgewertet, wodurch eine Schnellcharakterisierung des Honigs möglich ist. Die Auswertung erfolgt über einen Algorithmus, der auf standardisierten Labormessungen basiert und ständig auf der Basis neuster Erkenntnisse als auch neuer Honigarten erneuert werden kann.The task is solved by building a compact mobile arrangement as follows:

• The arrangement consists of a housing with a sample insert or sample shaft. A cuvette with the corresponding honey sample is inserted into this sample shaft and the measurement is carried out. The cuvette is then removed, cleaned and can be used for a new honey sample. The housing has one or more digital CCD cameras, which can carry out both transmission and reflection measurements on the honey sample. Furthermore, LED spotlights are attached, which shine through the honey sample with a defined wavelength both in transmission and irradiate in reflection. This enables the CCD camera to record the reflection and transmission spectrum. The CCD camera can be coupled with filters or a mini spectrometer, so that a spectrally sensitive digital representation of the reflection and transmission data is possible.

It is also possible for the LED spotlights to be coupled with filters or a mini spectrometer, so that spectrally defined irradiation takes place in the reflection and transmission modes. With this digital arrangement, the color in transmission and reflection as well as the spectrum for evaluating certain ingredients as well as the size of particles in honey can be measured, for example. The pollen or the like.
Furthermore, the geometric shape and the distribution as well as the color of the pollen can be determined digitally. The entire digital data is evaluated via the electronics and sent to an interface. The interface can lead the data to the outside wirelessly or it can be read out via a medium. It is also possible that the data is immediately shown on a display or the evaluation of the data is shown in a compressed form. The cuvette is made of a transparent material that can be used for the wavelengths. The inside of the cuvette contains the honey to be examined. When the cuvette is inserted into the device, the honey is irradiated or characterized in reflection measurements. The wavelength range can be in the visible and / or ultraviolet and / or near infrared range.
Furthermore, electrodes can be attached to the housing and to the cuvette so that the electrodes of the sample insert are in contact with the electrodes of the housing when inserted. The electrodes are also in contact with the honey, so that with the help of these electrodes and a corresponding control the pH value or the conductivity can be determined.
With the help of the device, after inserting the honey sample over the electrodes, the pH value, the conductivity and over the CCD camera and the LED spotlights the color of the honey, the spectral composition and the geometrical shape of ingredients, e.g. B. pollen and their color can be represented digitally. The data is evaluated using an algorithm, which enables rapid characterization of the honey. The evaluation is carried out using an algorithm that is based on standardized laboratory measurements and can be constantly updated based on the latest findings and new types of honey.

This shows the connection to the essential parameters of honey (organoleptic, physicochemical and microscopic characteristics). This is done by using a classic method (laboratory method) to characterize different honeys, thus recognizing and representing their sources of origin and then measuring the digital parameters achieved with the device. A comparison between the calibrated measurement and the recorded digital device data shows a relationship between the parameters of the honey or its origin and the digital data. This algorithm is implemented in the device and is used to evaluate the digital data obtained from the unknown type of honey.
The utility model is shown in drawing 1.

Reference list

1 -

device

2 -

electronics

3 -

electricity

4 -

CCD camera

5 -

LED spotlight for transmission measurements

6 -

honey

7 -

Cuvette

8th -

electrode

9 -

LED spotlight for reflection measurements

10 -

filter

Claims (11)

Claim for protection Mobile device for characterizing honey, characterized in that the device consists of a housing with one or more CCD cameras, LED spotlights, electrodes, electronics for recording and evaluating the digital data, a power supply and a data output, and that The device has an exchangeable sample insert with an area for receiving the honey sample with electrodes which are in contact with both the honey sample and the electrodes of the housing when the insert is inserted. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to point 1, characterized in that the material of the insert is transparent to the optical radiation. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 and 2, characterized in that the electrodes serve to measure the pH value and the conductivity. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 3, characterized in that the LED emitters are arranged on the underside and / or on the top of the sample insert, so that they serve the transmission or reflection measurement. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 4, characterized in that the CCD camera measures spectrally sensitive and carries out the transmission and the reflection measurement on the honey. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 5, characterized in that the LED spotlights are provided with filters or a mini spectrometer. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 6, characterized in that the CCD camera is coupled to a mini spectrometer. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 7, characterized in that the digital data are transmitted to a display and / or to a digital interface. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 8, characterized in that the measurement data is digitized and evaluated using a measurement algorithm. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 9, characterized in that the arrangement represents the parameters of the honey after the digital evaluation. Claim for protection Mobile device for characterizing honey according to items 1 to 10, characterized in that the parameters for the representation of the honey are organoleptic, physico-chemical and microscopic.

Images