Verbesserung der Effizienz der Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen wie Schimmelpilzen und Bakterien
Mikroorganismen werden für die Herstellung von Lebensmitteln und Arzneimitteln verwendet. Das liegt daran, dass fermentierte Lebensmittel und Medikamente mit Mikroorganismen für den menschlichen Körper von Vorteil sind. Gleichzeitig kann die Entwicklung unerwünschter Mikroorganismen zu Fäulnis oder Verunreinigungen führen, die die Produktqualität oder die Gesundheit der Verbraucher beeinträchtigen.
In diesem Abschnitt werden grundlegende Kenntnisse über Schimmelpilze (Fadenpilze) und Bakterien vermittelt. Außerdem werden die neuesten Beispiele für die Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen mit unserem Digitalmikroskop vorgestellt, das die Ausgereiftheit und Effizienz der Lebensmittel- und pharmazeutischen Qualitätskontrolle, Qualitätssicherung, Forschung und Entwicklung verbessert.
- Repräsentative Arten von Mikroorganismen
- Größen von Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilze, und Probleme bei der Betrachtung und Analyse
- Anwendungsbeispiele für unser Digitalmikroskop zur Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen
- Ein Digitalmikroskop, das die Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen ausgereifter und effizienter macht
Repräsentative Arten von Mikroorganismen
Im Folgenden werden die repräsentativen Arten von Mikroorganismen erläutert, die bei der Herstellung von Lebensmitteln und Arzneimitteln wirksam eingesetzt werden oder die Qualität beeinträchtigen können.
Bakterien
Bakterien sind einzellige Organismen, die jeweils aus einer einzigen biologischen Zelle bestehen. Sie sind Prokaryoten, bei denen die Chromosomen (DNA) in einer Zelle nicht von einer Kernhülle umschlossen sind. Bakterien vermehren sich, indem sie sich selbst replizieren, solange sie eine Nährstoffquelle haben. Dies wird Fähigkeit zur Selbstreplikation genannt. Typische Bakterien sind etwa 1 μm groß und können mit Mikroskopen betrachtet werden.
Zu den für den Menschen nützlichen Bakterien gehören Milchsäurebakterien, Bacillus subtilis natto und Essigsäurebakterien. Typische Bakterien, die beim Menschen Krankheiten hervorrufen können, sind Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Mycobacterium tuberculosis. Medikamente, die diese Bakterien nach der Infektion abtöten, sind Bakterizide wie Antibiotika. Bei der Qualitätskontrolle werden Lebensmittel und andere ähnliche Produkte daraufhin überprüft, ob sie Bakterien enthalten, die Krankheiten verursachen können, und wie diese Bakterien mit der Zeit wachsen.
Pilze
Pilze, zu denen Schimmelpilze, Hefen und Pilze gehören, sind Eukaryonten, deren Chromosomen (DNA) von einer Kernhülle umschlossen sind. Schimmelpilze werden manchmal auch als Pilze bezeichnet. Pilze sind etwa 5 μm groß und liegen damit in der Mitte zwischen einer menschlichen Zelle und einem Bakterium.
Fadenpilze
Fadenpilze, bestimmte Pilzarten, entstehen durch das Zusammenwachsen von Hyphen, wie zum Beispiel Schimmelpilze und Pilze. Eine Hyphe ist eine lange fadenförmige Struktur, die einen Pilzkörper bildet.
Hefen
Hefen sind eine Art von Fadenpilzen, aber sie haben eine kugelförmige Gestalt, anstatt aus Hyphen zu bestehen. Viele Hefen zersetzen Zucker in Abwesenheit von Sauerstoff in Alkohol und Kohlendioxid, während sie in Gegenwart von Sauerstoff verschiedene Aminosäuren synthetisieren. Dank dieser Fähigkeiten werden Hefen schon seit langer Zeit zum Brauen und zur Herstellung von Miso, Sojasauce, Brot und anderen fermentierten Lebensmitteln verwendet. Zu den in der Praxis verwendeten Hefen gehören Bierhefen, Sakehefen, Weinhefen, Brothefen und medizinische Hefen (Trockenhefen).
Koji-Schimmelpilze
Koji-Schimmelpilze, die ihren Ursprung in Ost- und Südostasien haben, sind Arten von Fadenpilzen, die für die Verwendung als Koji (ein malzähnliches Material) zum Wachstum angeregt werden. Zusammen mit Hefen wird Koji beim Brauen von Sake und bei der Herstellung anderer Lebensmittel und Getränke verwendet. Koji-Schimmelpilze zersetzen Getreide wie Reis, Gerste und Sojabohnen in Zucker und Aminosäuren, die dann von Hefepilzen zersetzt werden. In Japan werden schon seit langer Zeit verschiedene fermentierte Lebensmittel und Getränke – wie Sake, Miso, Sojasauce und Essig – unter Verwendung der Eigenschaften von Koji-Schimmelpilzen hergestellt.
Sporenbildende Bakterien
Sporenbildende Bakterien sind resistent gegen Hitzebehandlung und werden daher auch thermodurische Bakterien genannt. Typische sporenbildende Bakterien, die Lebensmittelvergiftungen verursachen können, sind Bacillus cereus, Clostridium perfringens und Clostridium botulinum. Eine Spore in Bakterien ist in einer harten Hülle eingekapselt. Sporen bilden sich in Umgebungen, die für Schimmelpilze ungünstig sind, wie z. B. trockene Umgebungen und solche mit hohen Temperaturen oder schlechter Ernährung für Schimmelpilze. Sporen, die nach dem Waschen, Kochen oder der Hitzesterilisation noch in Lebensmitteln vorhanden sind, können diese verderben oder Lebensmittelvergiftungen verursachen.
Größen von Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilze, und Probleme bei der Betrachtung und Analyse
Die folgende Abbildung zeigt einen Größenvergleich zwischen Bakterien, Pilzen und menschlichen Zellen. Bakterien, die jeweils einfache Strukturen einer einzelnen Zelle haben, sind nur ein Zehntel so groß wie menschliche Zellen, die komplexe Strukturen haben. Pilze, deren Chromosomen in einer Kernhülle eingekapselt sind, haben eine Größe, die in der Mitte zwischen menschlichen Zellen und Bakterien liegt.
- A
- Bakterien
- B
- Pilze
- C
- Menschliche Zellen
- D
- Viren
Probleme bei der Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen
Bakterien und Pilze sind allesamt sehr kleine Mikroorganismen mit einer Größe von 1 μm bis 5 μm. Um sie zu bewerten, sind genaue und schwierige Operationen erforderlich, wie die vergrößerte Betrachtung der kultivierten Organismen mit Hilfe von Mikroskopen und die Berechnung der Anzahl der Organismen durch genaues Zählen der Anzahl der gebildeten mikroskopischen Kolonien.
Bei diesen Operationen geht es zunächst darum, klare Bilder des Messobjekts bei hohen Vergrößerungen und optimalen Lichtverhältnissen aufzunehmen. Viele Mikroorganismen sind jedoch hochtransparent, so dass ihr Kontrast zum Hintergrund abnimmt. Fadenpilze wachsen in drei Dimensionen, was es schwierig macht, das gesamte Sichtfeld zu fokussieren, um das Messobjekt klar zu betrachten. Die Bestimmung der Bedingungen für die Betrachtung mit hoher Vergrößerung und die genaue quantitative Analyse sind bei kleinen Bakterien noch schwieriger.
Diese Operationen hängen von den Fähigkeiten der Bediener und ihrer Erfahrung in der Betrachtung und Analyse ab. Selbst für erfahrene Bediener ist es sehr zeit- und arbeitsaufwendig, die Bedingungen zu ermitteln und Analyseergebnisse zu erhalten. Daher ist es schwierig, Personalressourcen zu sichern und den Zeitaufwand zu kontrollieren.
Anwendungsbeispiele für unser Digitalmikroskop zur Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen
Bislang war es schwierig, Mikroorganismen mit klaren Bildern zu betrachten und sie ohne Abweichungen zu analysieren.
KEYENCE hat ein Mikroskop entwickelt, das verschiedene Probleme löst und eine anspruchsvolle Betrachtung und Analyse bei einfacher Bedienung ermöglicht.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über ein optisches System, das eine hohe Auflösung mit einer großen Tiefenschärfe, einen 4K-CMOS-Bilderfassungssensor und ein Betrachtungssystem, das verschiedene Funktionen mit einfacher Bedienung bietet, kombiniert.
Lesen Sie weiter, um Beispiele für die Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen, wie Bakterien, Schimmelpilze und Hefen, mit der Modellreihe VHX kennenzulernen.
Betrachtung von Bakterien
Einige Bakterien, wie z. B. Escherichia coli und Staphylococcus aureus, können die Gesundheit beeinträchtigen, wenn sie in den menschlichen Körper gelangen. Die Bakterien haben jeweils nur eine einzige Zelle. Sie sind klein, 1 μm groß und erfordern daher eine starke Vergrößerung und einen hohen Kontrast, um ihre Kolonien in der Kultivierung zu betrachten. Allerdings erschweren transparente Bakterien die Bestimmung der Lichtverhältnisse, so dass ihre Betrachtung ein hohes Maß an Geschicklichkeit und einen erheblichen Zeitaufwand erfordert.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann mit einem einzigen System verschiedene Beleuchtungsbedingungen schaffen. Dieses Mikroskop ist mit der Multi-Lighting-Funktion ausgestattet, die auf Tastendruck automatisch die Daten mehrerer Bilder mit omnidirektionaler Beleuchtung erfasst. Mit der Betrachtung kann sofort begonnen werden, indem Sie einfach ein passendes Bild auswählen. Diese Funktion vereinfacht nicht nur die schwierige Bestimmung der Bedingungen, sondern reduziert auch den Zeitaufwand dafür erheblich.
Für die Betrachtung von Bakterien mit geringem Kontrast zum Hintergrund, die bisher nur schwer zu betrachten waren, stehen verschiedene Beleuchtungsbedingungen zur Verfügung, wie z. B. eine Durchlicht-Polarisationsbeleuchtung und eine koaxiale Teilbeleuchtung.
Darüber hinaus ermöglicht die HDR-Funktion (High Dynamic Range), die mehrere mit unterschiedlichen Belichtungszeiten aufgenommene Bilder zu einem Bild mit hoher Farbabstufung kombiniert, die Betrachtung von Bakterien mit hochauflösenden, kontrastreichen Bildern.
Betrachtung und automatische Analyse von Bakterien
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann nahtlos von der Betrachtung von Bakterien in hoher Vergrößerung mit einem hochauflösenden 4K-Bild zur automatischen Analyse übergehen.
Die Funktion zur automatischen Flächenmessung/Zählung misst und berechnet automatisch detaillierte Werte – wie z. B. die durchschnittliche Fläche, die Standardabweichung, den Maximalwert, den Minimalwert, das Flächenverhältnis und andere Elemente in Bezug auf die Bakterien in der ausgewählten Fläche sowie die genaue Anzahl, die Fläche, den Umfang, den maximalen und den minimalen Durchmesser der Bakterien – und zeigt diese Werte dann in einer Liste an.
Im ausgewählten Bereich können nicht benötigte Messobjekte ausgeschlossen, überlappende Messobjekte getrennt und Messobjekte mit beliebigen Schwellenwerten binarisiert werden, was eine präzise Analyse und quantitative Auswertung auf einfache Weise ermöglicht.
Darüber hinaus kann Excel direkt auf der Modellreihe VHX installiert werden, so dass Bilder und Werte in einer beliebigen Vorlage ausgegeben und ein Bericht automatisch und ohne PC erstellt werden kann.
Diese Funktionen rationalisieren die Vorgänge, die bisher viel Zeit und Mühe erforderten, erheblich.
Betrachtung von Schimmelpilzen einschließlich Sporen und Hyphen
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX unterstützt verschiedene Betrachtungsbedingungen mit einem einzigen System und ermöglicht die Betrachtung mit hochauflösenden 4K-Bildern. Die Multi-Lighting-Funktion ermöglicht die Betrachtung unter verschiedenen Lichtverhältnissen mit einem einfachen Tastendruck. Die hohe Tiefenschärfe ermöglicht es, die Gesamtheit eines dreidimensionalen Messobjekts, wie z. B. Sporen und Hyphen, in den Fokus zu bringen.
Im Folgenden werden Beispiele für die Betrachtung von Schimmelpilzen, ihren Sporen und Hyphen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen und unter Verwendung hochfunktionaler Objektive und des 4K-CMOS-Bilderfassungssensors der Modellreihe VHX vorgestellt.
Automatische Zählung von Hefekolonien
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann klare 4K-Bilder mit hoher Vergrößerung selbst von mikroskopischen Messobjekten wie Hefekolonien aufnehmen.
Die Verwendung der automatischen Flächenmessung/Koloniezählung für ein aufgenommenes hochauflösendes Bild ermöglicht die automatische Koloniezählung und Flächenmessung in einem bestimmten Bereich mit hoher Reproduzierbarkeit. Für die Darstellung der aufgenommenen Bilder stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, z. B. eine geteilte Darstellung, bei der die Kolonien in einem bestimmten Bereich einzeln angezeigt werden, ein Balkendiagramm der Flächenverteilung und eine Binarisierung mit beliebigen Schwellenwerten, was die Effizienz der Analysearbeit erheblich verbessert.
Excel kann direkt auf der Modellreihe VHX installiert werden, so dass die Datenausgabe ohne PC möglich ist. Ein Bericht kann automatisch erstellt werden, indem die anhand der gezählten Kolonien berechnete Anzahl der Bakterien zusammen mit einem entsprechenden Bild an eine im Voraus vorbereitete Vorlage ausgegeben wird.
Die Modellreihe VHX macht diese verschiedenen Funktionen mit einfachen Handgriffen zugänglich und unterstützt schnell eine Reihe von Vorgängen für Hefeauswertungen mit einem einzigen System.
Betrachtung von Mikroorganismen in Flüssigkeiten
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX zeigt seine Leistung und Funktionalität bei Proben unter verschiedenen Bedingungen.
Die unten gezeigten 4K-Bilder sind Beispiele für die Betrachtung von Mikroorganismen in Flüssigkeiten. Sogar Mikroorganismen in Flüssigkeiten können mit der eingebauten Hintergrundbeleuchtung deutlich betrachtet werden, solange sie sich in einem lichtdurchlässigen Behälter wie einer Glasbodenschale befinden. Dank der hohen Fokussierungsfähigkeit des Systems können klare 4K-Bilder von Mikroorganismen aufgenommen werden, selbst wenn diese mit einer geringen Menge an Fremdkörpern in Flüssigkeiten vermischt sind.
Ein Digitalmikroskop, das die Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen ausgereifter und effizienter macht
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX löst die Probleme bei der Betrachtung und Analyse von Mikroorganismen unterschiedlicher Größe und Form. Es ermöglicht eine ausgereifte Betrachtung und quantitative Analyse bei einfacher Bedienung.
Dieses Mikroskop kann die Vorgänge von der Bestimmung der Bedingungen und Fokuseinstellung bei der Betrachtung über die Zählung und Messung bei der Analyse bis hin zur Erstellung von Berichten – die schwierig sind und viel Zeit und Arbeit erfordern – automatisch mit einem einzigen System durchführen, wodurch eine Überspezialisierung vermieden und der erforderliche Zeitaufwand erheblich reduziert wird.
Die hohe Leistung, Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit der Modellreihe VHX kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in der Qualitätskontrolle, Qualitätssicherung, Forschung und Entwicklung, in der Lebensmittel- und Arzneimittelherstellung sowie bei der quantitativen Auswertung von Mikroorganismen.
Die Modellreihe VHX ist mit vielen weiteren Funktionen ausgestattet. Für weitere Informationen oder Anfragen zur Modellreihe VHX klicken Sie bitte auf die folgenden Schaltflächen.
