DE3040855A1 - Examining biological effects on foodstuffs of seeds - by measuring intensity of ultra-weak photon radiation in vitro - Google Patents

Examining biological effects on foodstuffs of seeds - by measuring intensity of ultra-weak photon radiation in vitro

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Abstract

A measurement of the spontaneous or stimulated emission of ultra-weak photon radiation is used as an in vitro parameter of a cell lot. The parameter is used to detect possible cell-damaging or regenerating effects or to act as a quality control. The measured quantity is either the photon intensity or a photon statistic e.g. the distribution of numbers of photons emitted in a measuring interval. The ultra-weak radiation is typically in the infra red band and has an energy very much less than that of thermal radiation. Typically the radiation is 10 power (-10) less than thermal radiation. The radiation is detected by a photo multiplier with a gain of over 10 power 6. The method may be used to determine whether a cell lot is in a healthy state. Alternatively it can be used to determine the effect of an agent on the cells. The method is partic. suitable for quality control in foodstuffs.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Qualitäts- Process and device for quality

kontrolle von Lebensmitteln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Zellen bzw. Zellkollektive enthaltenden Lebensmitteln, die eine eigene oder stimulierbare ultraschwache Photonenstrahlung abgeben, insbesondere für haltbar gemachte biologische Lebensmittel am Beginn und während der Lagerungszeit. Außerdem wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Control of Food The invention relates to a method for quality control of food containing cells or cell groups, which emit their own or stimulable ultra-weak photon radiation, in particular for preserved biological Food at the beginning and during the storage time. In addition, a device for carrying out the method specified.

Eine Vielzahl von Nahrungsmitteln, welche Zellen szw. Zellkollektive enthalten, weist eine ultrascnwache Photonenemission als Bigenstrahlung auf, die sich mit Hilfe bekannter Nachweismethoden (vgl. F.A. Popp, G. Becker, E.L. König, W. Peschka: Elektromagnetic, Bio- Information, Urban & schwarzenberg, München- Baltimore, 1979) messen läßt.A variety of foods that cells Cell collectives contain ultra-weak photon emission as self-radiation, which with the help of known detection methods (see F.A. Popp, G. Becker, E.L. König, W. Peschka: Elektromagnetic, Bio- Information, Urban & Schwarzenberg, Munich- Baltimore, 1979).

Eine vorbekannte Methode der Nahrungsmittelprüfung beruht darauf, Nahrungsmittel mit blauem bzw.A previously known method of food testing is based on Food with blue resp.

ultraviolettem. Licht zu bestrahlen und das reflektierte Streulicht hinsichtlich seines Farbcharakters zu beurteilen. Diese als Wood'sches Verfahren bekannte Untersuchung liefert im allgemeinen keine zahlenmäßig vergleichbaren Ergebnisse.ultraviolet. Irradiate light and the reflected scattered light judged in terms of its color character. This as Wood's method known investigation generally does not provide any numerically comparable results.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Lebensmitteln der eingangs genannten Art anzugeben, welches innerhalb kurzer Zeit mit relativ geringem meßtechnischem Aufwand durchführbar ist und eine einwandfreie Bestimmung von Qualitätsmerkmalen ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabensteilung besteht darin, daß als Qualitätsmaßstab die Intensität der ultraschwachen Photonenemission und/ oder deren Photonenstatistik gemessen wird.The invention is based on the object of providing a method for Specify the quality control of foods of the type mentioned above, which can be carried out within a short time with relatively little technical effort and enables a flawless determination of quality features. The solution to this The division of tasks consists in the fact that the intensity of the ultra-weak as a measure of quality Photon emission and / or their photon statistics is measured.

Das Grunaprinzip der Methode beruht darauf, daß Zellen bzw. Zellkollektive in Abhängigkeit von ihrem biologischen Zustand (z.B. gesund oder sterbend) eine ultraschwache Photonenstrahlung aussenden, die von der Zellart9 vom Lebensalter der Zellen und verschiedenen Umgebungseinflüssen abhängt.The basic principle of the method is based on the fact that cells or cell collectives depending on their biological condition (e.g. healthy or dying) one Emit ultra-weak photon radiation from the cell type9 from age of the cells and various environmental influences.

Durch eine solche Messung der Photonenenission lassen sich verschiedene biologische Qualitätsmerkmale, wie Geschmack, biologische Verfügbarkeit von Inhaltsstoffen, Abbaugrad und dgl. leicht und zuverlässig bestimmen. Wegen der einfachen Durchführung der Messung kann von Stichproben auf eine Einzelmessung übergegangen werden. Als ultraschwache Photonenstrahlung soll im Zusammenhang dieser Beschreibung eine Strahlung zwischen 10.000 nm und 200 nm Wellenlänge mit einer Intensität von einigen wenigen bis etwa 1.000 Photonen pro sec und cm2 verstanden werden.By measuring the photon emission in this way, various biological quality features such as taste, biological availability of ingredients, Determine the degree of degradation and the like easily and reliably. Because of the ease of implementation the measurement can be switched from random samples to a single measurement. as In the context of this description, ultra-weak photon radiation is intended to mean radiation between 10,000 nm and 200 nm wavelength with an intensity of a few up to about 1,000 photons per sec and cm2 can be understood.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Ermittlung bestimmter Qualitätsmerkmale kann so durchgeführt werden, daß die Intensität der ultraschwachen Photonenmission ursd/oder die Photonenstatistik in Zuordnung zu bekannten Qualitätsmerkmalen auf grund chemischer, physikalischer und/oder sensorischer Prüfung bestimmt wird, daß die Intensität der ultraschwachen Photonenstrahlung und/oder deren Photonenstastik für die untersuchende Lebensmittelprobe bestimmt wird, und daß das Qualitätsmerkmal nach den somit bekannten Vergleichswerten festgelegt wird.A useful method for determining certain quality characteristics can be carried out so that the intensity of the ultra-weak photon emission ursd / or the photon statistics in association with known quality features on the basis of chemical, physical and / or sensory testing it is determined that the intensity of the ultra-weak photon radiation and / or its photon statics is determined for the food sample to be examined, and that the quality feature is determined according to the known comparison values.

Hier kann beispielsweise die Qualität von biologischen Säften nach dem Alterungszustand beurteilt werden, wenn die entsprechenden Vergleichswerte zuvor, beispielsweise durch geschmackliche Prüfung und chemische Analyse aus einer im wesentlichen gleichartig zusair:iiengesetzten Probe bestimmt würden. Besonders der frische Zustand von Nahrungsmitteln, der im wesentlichen auf gesunden Zellkollektiven beruht, kann durch Beurteilung der Elgenstrahlung meßtechnisch verfolgt werden. Außerdem läßt sich der Gehalt von biologisch schädlichen Fremdstoffen, beispielsweise Gifte, wie Spritzmittel, bei Fleisch und Pflanzen nachweisen.Here, for example, the quality of organic juices can be checked the state of aging can be assessed if the corresponding comparative values beforehand, for example by taste testing and chemical analysis from an essentially similarly combined sample would be determined. Especially the fresh condition of food, which is essentially based on healthy cell collectives can be monitored by measuring the Elgen radiation. Besides, lets the content of biologically harmful foreign substances, such as poisons, such as Detect pesticides on meat and plants.

Bei Lebensmitteln ohne ausgeprägte Eigenstrahlung kann es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig sein, daß die Lebensmittelprobe vor und/oder während de-r Messung zur Photonenemission durch ein magnetisches und/oder elektrisches Feld stimuliert wird. Eine solche zweckmäßige Stimulation läßt sich gegebenenfalls auch durch eine Lichtstrahlung von definierter Wellenlänge, beispielsweise von 5.000 nm, herbeiführen.In the case of foods without pronounced self-radiation, it can further Embodiment of the invention be appropriate that the food sample before and / or during the measurement for photon emission by a magnetic and / or electric field is stimulated. Such an appropriate stimulation can possibly also by a light radiation of a defined wavelength, for example of 5,000 nm.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Stimulation einer keine hinreichende Eigenstrahlung aufweisenden Lebensmittelprobe kann mit der definierten Anregung mit Hilfe chemischer Zusatzstoffe, z.B.mit Zellgiften,erreicht werden. Als möglicher Zusatzstoff erscheint beispielsweise Äthanol günstig.Another beneficial way of stimulating a non-sufficient one Food sample exhibiting its own radiation can with the defined excitation can be achieved with the help of chemical additives, e.g. with cell poisons. As possible Ethanol, for example, appears to be a cheap additive.

Die stimulierte Eigenstrahlung zeigt, wie die natürliche Eigenstrahlung, ebenfalls eine von der Qualität der Lebensmittelprobe abhängige Intensität und/oder Photonenstatistik.The stimulated natural radiation shows how the natural natural radiation, also an intensity dependent on the quality of the food sample and / or Photon statistics.

Das neue Meßverfahren liefert Diagramme, in denen gegebenenfalls vorteilhaft der spektral unterteilte zeitliche Intensitätsverlauf der emittierten Strahlung sowie charakteristische Parameter der Photonenstatistik, wie z.B.The new measurement method provides diagrams in which, if necessary, advantageous the spectrally subdivided intensity curve of the emitted radiation over time as well as characteristic parameters of photon statistics, e.g.

faktorielle Momente, Kumulanten etc., in Abhängig- keit von dem zu überwachenden Qualitätsmerkmal dargestellt werden. Die so erhaltenen Diagramme lassen sich nach Intensität und nach den verschiedenen möglichen Kohärenzmaßen der Photonenstastistik $(vgl. R.J. Glauber, Quantum Optics, Academic Press N.Y., London 1969) auswerten.factorial moments, cumulants, etc., depending on speed are represented by the quality feature to be monitored. The so obtained Diagrams can be sorted according to intensity and according to the various possible measures of coherence of photon statistics $ (see R.J. Glauber, Quantum Optics, Academic Press N.Y., London 1969).

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann so aufgebaut sein, daß in definierter Anordnung gegenüber einer Probe, d.h.An advantageous device for performing the method can be constructed so that in a defined arrangement with respect to a sample, i.e.

in bestimmtem Abstand von der Probe, die gegebenenfalls in einer für die Photonenstrahlung durchlässigen Küvette untergebracht sel kann, ein Photonendetektor für ultraschwache Photonenstrahlung vorgesehen ist, welcher eine wesentliche Nachweisempfindlichkeit in d zu untersuchenden Wellenlängenbereich zwischen 10.000 min und 200 mm aufweist. Die Ausgangsgröße des Detektors wird durch einen Meßverstärker verstaut, der mit einem schreibenden und/oder anzeigenden Meßgerät in Verbindung steht. Im Einzelnen haben sich Detektoren mit Photokathoden aus Alkalimetallen und aus mehreren Elementen zusammengesetzte Stoffe, wie Na, X, Cs, Sb als geeignete Substanzen erwiesen.at a certain distance from the sample, possibly in a for the photon radiation permeable cuvette housed sel can, a photon detector is intended for ultra-weak photon radiation, which has a significant detection sensitivity in d to be examined wavelength range between 10,000 min and 200 mm. The output of the detector is stored in a measuring amplifier, which with is connected to a writing and / or display measuring device. In detail have detectors with photocathodes made from alkali metals and from several elements Compound substances such as Na, X, Cs, Sb proved to be suitable substances.

Bei dem Meßverstärker wird zweckmäßig eine an sich bekannte Ausführung in Form eines Photomultipliers mit einem Verstärkungsfaktor V> 106 verwendet.In the case of the measuring amplifier, a design known per se is expediently used used in the form of a photomultiplier with a gain factor V> 106.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätskontrolle soll nunmehr unter Bezug auf die Zeichnung erläutert werden.An embodiment of the method according to the invention for quality control will now be explained with reference to the drawing.

In der Zeichnung sind zwei Proben von Rübensäften verschiedener Qualität dargestellt. Die Proben wurden unter vergleichbaren Bedingungen durch Kaltpressen hergestellt und bis zur Messung etwa zwei Wochen gelagert. In the drawing are two samples of beet juice of different quality shown. The samples were cold-pressed under comparable conditions and stored for about two weeks until the measurement.

Als Ordinate ist die Wahrscheinlichkeit p (n, tt), n Photonen im Meß zeit intervall A t zu registrieren, aufgetragen. Der Messung liegen jeweils 300 Meßwerte mit eimen #t # 500 ms zugrunde. als Abszisse ist das Verhältnis- - gewählt, mit ñ als Mittelwert der Photonenzahl im Meßintervall at. Damit ist gewährleistet, daß verschiedene Meßkurven mit verschiedenen Mittelwerten unmittelbar vergleichbar sind.The ordinate is the probability p (n, tt), n photons in the measurement time interval A t to register plotted. The measurement is 300 each Measured values based on a #t # 500 ms. the ratio - - is chosen as the abscissa, with ñ as the mean value of the number of photons in the measuring interval at. that different measurement curves with different mean values can be directly compared are.

Aus dem unterschiedlichen Kurvenverlauf kann durch vorangehende chemische bzw. sensorische Prüfungen festgestellt werden, daß die Probe 1, welche die geringere Streubreite der Verteilungskurve aufweist, eine gegenüber der Probe 2 bessere biologische Qualität, d.h. in diesem Falle einen natürlicheren Geschmack aufweist.From the different curve progression can be made by preceding chemical or sensory tests are found that sample 1, which is the lower Has spread of the distribution curve, a compared to the sample 2 better biological Quality, i.e. in this case has a more natural taste.

Die Wahrscheinlichkeit p (n, #t) wird als Photonenstastistik bezeichnet una gist an, mit welcher Häufigkeit n Photonen (n = 1, 2, 3 ...) in einem vorgegebenen Meßzeitintervall at emittiert werden.The probability p (n, #t) is called photon statistics Inaccurate is the frequency with which n photons (n = 1, 2, 3 ...) in a given Measurement time interval at are emitted.

Zur Gewinnung weiterer Qualitätsmerkmale können gegebenenfalls zusätzliche Meßwerte der beiden Proben herangezogen werden. Diese sind aus der nachstehenden Tabelle entnehmbar.To obtain further quality features, additional Measured values of the two samples are used. These are from the following Table can be found.

Mittel- Streuung faktorielles En.tartungswert m commat; Moment Parameter 1. Ordnung @² - m m Probe 1 40.86 counts 10.56 counts 0.04 counts 1.73 Probe 2 29.59 counts 10.83 counts 0.10 counts 2.96 Kontrolle21.92 counts 9.53 counts 0.14 counts 3.14 Hier zeigt sich ebenfalls ein gravierender Unterschied der ultraschwachen Photonenstrahlung zwischen beiden Lebensmittelproben. Der Mittelwert der besseren Probe 1 liegt unter Berücksichtigung des Kontrollwertes, welcher der leeren Küvette als Probenaufnahmegefäß entspricht, etwa doppelt so hoch wie bei der schlechteren Probe 2. Ebenso läßt sich erkennen, daß sich die faktoriellen Momente 1. Ordnung und der Entartungsparameter in beiden Proben signifikant unterscheiden. Mean scatter factorial degeneration value m commat; Moment parameter 1st order @ ² - m m sample 1 40.86 counts 10.56 counts 0.04 counts 1.73 sample 2 29.59 counts 10.83 counts 0.10 counts 2.96 control 21.92 counts 9.53 counts 0.14 counts 3.14 Here, too, there is a serious difference between the ultra-weak ones Photon radiation between the two food samples. The mean of the better Sample 1 is, taking into account the control value, which of the empty cuvette as a sample receptacle, about twice as high as the poorer one Sample 2. Likewise it can be seen that the factorial moments 1st order and the degeneracy parameter differ significantly in both samples.

Claims (9)

Patentansprüche Verfahren zur Qualitätskontrolle von Zellen bzw. Zellkollektive enthaltenden, eine eigene oder stimulierbare ultraschwache Photonenstrahlung abgebenen Lebensmitteln, insbesondere für haltbar gemachte biologische Lebensmittel an Beginn und während der lagerungszeit, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t daß als Qualitätsmaßstab die Intensität der ultraschwachen Photonenmission und/oder deren Photonenstatistik gemessen wird. Claims method for quality control of cells or Cell collectives containing their own or stimulable ultra-weak photon radiation donated foods, especially for preserved organic foods at the beginning and during the storage period e t that as a quality measure the intensity of the ultra-weak photon mission and / or whose photon statistics are measured. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Intensität der ultraschwachen Photonenemission und/oder die Photonenstatistik in Zuordnung zu bekannten Qualitätsmerkmalen aufgrund chemischer, physikalischer und/oder sensorischer $Lebensmittelprobe daß die Intensität der ultraschwachen Photonenemission und/oder deren Photonenstatistik für die zu untersuchenden Lebensmittelprobe bestimmt wird, und daß die Qualitätsmerkmale nach den bekannten Vergleichswerten festgelegt werden.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the intensity of the ultra-weak photon emission and / or the photon statistics in assignment to known quality features based on chemical, physical and / or sensory food sample that the intensity of the ultra-weak photon emission and / or their photon statistics for the food sample to be examined certainly and that the quality characteristics are determined according to the known comparison values will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Intensität der ultraschwachen Photonenemission und/oder deren Photonenstatistik in verschiedenen Spektralbereichen gemessen wird.3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h characterized, that the intensity of the ultra-weak photon emission and / or its photon statistics is measured in different spectral ranges. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Lebensmittelprobe vor und/oder während der Messung zur Photonenemission durch einmagnetisches und/oder elektrisches Feld stimuliert wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h characterized, that the food sample before and / or during the measurement for photon emission is stimulated by a magnetic and / or electric field. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Stimulierung der Photonenemission durch eine Lichtstrahlung von definierter Zellen länge erfolgt.5. The method according to claim 4, d a d u r c h characterized in that the Stimulation of photon emission by light radiation from defined cells length takes place. 6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -durch gekennzeichnet, daß die Lebensmittelprobe vor und/oder während der Messung durch chemische Zusatzstoffe zur Photonenemission stimuliert wird.6. The method according to claim 1, 2 or 3, d a -characterized, that the food sample before and / or during the measurement chemical additives for photon emission is stimulated. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zur Stimulierung Äthanol verwendet wird.7. The method according to claim 6, d a d u r c h characterized in that for Stimulating ethanol is used. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h gekennzeichnet, da3 in definierter Anordnung gegenüber einer Probe ein Photonendetektor für ultraschwache Photonenstrahlung vorgesehen ist, welcher eine wesentliche STachweisempfindlichkeit in dem zu untersuchenden Wellenlängenbereich zwischen 10.000 nm und 200 nm aufweist, und daß die Ausgangsgröße des Detektors durch einen Meßverstärker verstärkt wird, der mit einem schreibenden und/oder anzeigenden Meßgerät in Verbindung steht.8. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 7, d a d u r c h marked, da3 in a defined arrangement opposite a Sample a photon detector for ultra-weak photon radiation is provided, which a significant S detection sensitivity in the wavelength range to be examined between 10,000 nm and 200 nm, and that the output of the detector is amplified by a measuring amplifier with a writing and / or indicating Meter is in communication. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß als Detektor eine Photokathode verwendet wird.9. Apparatus according to claim 3, d a d u r c h characterized in that a photocathode is used as a detector.
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