Verbetering van de efficiëntie van de waarneming en analyse van micro-organismen zoals schimmels en bacteriën
Micro-organismen worden gebruikt bij de productie van voedsel en farmaceutische producten. Gefermenteerde voedingsmiddelen en medicijnen met micro-organismen zijn heilzaam voor het menselijk lichaam. Tegelijkertijd kan de groei van ongewenste micro-organismen leiden tot bederf of besmetting, waardoor de kwaliteit van het product of de gezondheid van de consument achteruitgaat.
In dit gedeelte wordt een inleiding gegeven tot de basiskennis over schimmels (draadvormige fungi) en bacteriën en worden de meest recente voorbeelden gegeven van de waarneming en analyse van micro-organismen met onze 4K digitale microscoop die de verfijning en efficiëntie van kwaliteitscontrole, kwaliteitsborging, onderzoek en ontwikkeling van voedsel en farmaceutische producten verbetert.
- Representatieve soorten micro-organismen
- Grootte van micro-organismen zoals bacteriën en schimmels en problemen bij de waarneming en analyse ervan
- Voorbeelden van het gebruik van onze 4K digitale microscoop bij het waarnemen en analyseren van micro-organismen
- Een 4K digitale microscoop die de verfijning en efficiëntie van de waarneming en analyse van micro-organismen verbetert
Representatieve soorten micro-organismen
De representatieve soorten micro-organismen die worden gebruikt voor de productie van levensmiddelen en farmaceutische producten of die de kwaliteit kunnen aantasten, worden hieronder besproken.
Bacteriën
Bacteriën, eencellige organismen die elk uit één biologische cel bestaan, zijn prokaryoten waarbij de chromosomen (DNA) in een cel niet zijn ingekapseld in een kernmembraan. Bacteriën vermenigvuldigen zich door zichzelf te kopiëren zolang ze maar een voedingsbron hebben. Dit wordt het zichzelf replicerend vermogen genoemd. Bacteriën zijn doorgaans ongeveer 1 μm groot en kunnen alleen met een microscoop worden waargenomen.
Bacteriën die gezond zijn voor de mens, zijn onder meer melkzuurbacteriën, bacillus subtilis natto en azijnzuurbacteriën. Sommige bacteriën zoals escherichia coli, staphylococcus aureus en mycobacterium tuberculosis kunnen mensen ziek maken. De geneesmiddelen om deze bacteriën na de infectie te bestrijden, zijn bactericiden zoals antibiotica. Tijdens de kwaliteitsinspectie worden levensmiddelen en andere soortgelijke producten gecontroleerd om na te gaan of die bacteriën bevatten die ziekten kunnen veroorzaken, en hoe deze bacteriën zich vermenigvuldigen.
Schimmels
Schimmels, waartoe zwammen, gisten en paddenstoelen behoren, zijn eukaryotische organismen waarbij de chromosomen (DNA) liggen ingekapseld in een kernmembraan. De wetenschappelijke naam van schimmels is fungi. Schimmels zijn ongeveer 5 μm groot, qua grootte tussen een menselijke cel en een bacterie.
Draadvormige schimmels
Draadvormige schimmels, een soort fungi, worden gevormd door samenklittende schimmeldraden zoals schimmels en paddenstoelen. Een schimmeldraad is een draadvormige structuur van een schimmel.
Gist
Gist is een soort draadvormige schimmel die bolvormig is en niet wordt gevormd door schimmeldraden. Veel gisten ontbinden suiker in alcohol en kooldioxide als er geen zuurstof is, terwijl die verschillende aminozuren synthetiseren als er zuurstof is. Dankzij deze eigenschappen wordt gist al heel lang gebruikt voor het brouwen en vervaardigen van miso, sojasaus, brood en andere gefermenteerde levensmiddelen. Gist die veel in de praktijk wordt gebruikt, is biergist, sakegist, wijngist, broodgist en medische gist (gedroogde gist).
Koji-schimmels
Koji-schimmels, die afkomstig zijn uit Oost-Azië en Zuidoost-Azië, zijn soorten draadvormige schimmels die worden gekweekt om te worden gebruikt als koji (een moutachtige substantie). Samen met gist wordt koji gebruikt bij het brouwen van sake en bij de productie van andere voedingsmiddelen en dranken. Koji-schimmels breken granen zoals rijst, gerst en sojabonen af tot suiker en aminozuren, die vervolgens door de gist worden afgebroken. Japan produceert al zeer lang diverse gefermenteerde levensmiddelen en dranken zoals sake, miso, sojasaus en azijn, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigenschappen van koji-schimmels.
Sporenvormende bacteriën
Sporenvormende bacteriën zijn bestand tegen hittebehandeling en worden daarom ook thermodurische bacteriën genoemd. Voorbeelden van sporenvormende bacteriën die voedselvergiftiging kunnen veroorzaken, zijn bacillus cereus, clostridium perfringens en clostridium botulinum. Sporen in een bacterie zijn ingekapseld in een hard omhulsel. Sporen worden gevormd in omgevingen die vijandig zijn voor schimmels zoals droge omgevingen en omgevingen met hoge temperaturen of met slechte voeding voor schimmels. Sporen die na het wassen, koken of steriliseren nog in het voedsel aanwezig zijn, kunnen het voedsel bederven of voedselvergiftiging veroorzaken.
Grootte van micro-organismen zoals bacteriën en schimmels en problemen bij de waarneming en analyse ervan
De volgende afbeelding is een afbeelding van de grootte van een bacterie, van een schimmel en van een menselijke cel. Bacteriën, die elk eenvoudige structuren van één enkele cel hebben, zijn een tiende kleiner dan menselijke cellen, die complexe structuren hebben. Schimmels, waarvan de chromosomen zijn ingekapseld in een kernmembraan, zijn kleiner dan menselijke cellen en groter dan bacteriën.
- A
- Bacteriën
- B
- Schimmels
- C
- Menselijke cellen
- D
- Virussen
Problemen bij de waarneming en analyse van micro-organismen
Bacteriën en schimmels zijn zeer kleine micro-organismen, variërend in grootte van 1 μm tot 5 μm. Voor het beoordelen van micro-organismen zijn nauwkeurige en bewerkelijke handelingen nodig, zoals het vergroot waarnemen van gekweekte organismen met behulp van microscopen en het berekenen van het aantal organismen door het aantal microscopisch kleine, gevormde koloniën nauwkeurig te tellen.
Het eerste wat moet worden gedaan, is het maken van duidelijke beelden van het doel bij een sterke vergroting onder optimale verlichtingscondities. Veel micro-organismen zijn echter zeer transparant, waardoor die niet goed te zien zijn tegen de achtergrond. Draadvormige schimmels groeien in drie dimensies, waardoor het moeilijk is het hele zichtveld scherp te stellen om het doel duidelijk waar te nemen. Het bepalen van de voorwaarde voor het zeer vergroot waarnemen en nauwkeurig kwantitatief analyseren is nog moeilijker voor kleine bacteriën.
Het succes daarvan is afhankelijk van de vaardigheden van de gebruikers en hun ervaring met waarnemen en analyseren. Zelfs voor zeer ervaren gebruikers is het tijdrovend en arbeidsintensief moeite om de omstandigheden te bepalen en de resultaten van een analyse te verkrijgen. Daarom is het moeilijk om heel nauwkeurig de mensen ervoor in te zetten en de werkuren te controleren.
Voorbeelden van het gebruik van onze 4K digitale microscoop bij het waarnemen en analyseren van micro-organismen
Tot nu toe was het moeilijk om micro-organismen met behulp van duidelijke beelden waar te nemen en zonder variatie te analyseren.
KEYENCE heeft een microscoop ontwikkeld waarmee diverse problemen worden opgelost en waarmee op eenvoudige manier geavanceerd kan worden waargenomen en geanalyseerd.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks is voorzien van een optisch systeem met een hoge resolutie in combinatie met een grote scherptediepte, een 4K CMOS-beeldsensor en een waarnemingssysteem met diverse functies die heel eenvoudig kunnen worden gebruikt.
Lees verder voor voorbeelden van het met de VHX-reeks waarnemen en analyseren van micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en gist.
Waarneming van bacteriën
Sommige bacteriën, zoals escherichia coli en staphylococcus aureus kunnen gevaarlijk zijn voor de gezondheid wanneer die in het menselijk lichaam terechtkomen. Deze bacteriën zijn ééncellige bacteriën van 1 μm groot, die alleen sterk vergroot en met hoog contrast als koloniën in een kweek zijn waar te nemen. Bij doorschijnende bacteriën is het echter heel lastig om de verlichtingscondities te kunnen bepalen, zodat degene die de bacteriën gaat waarnemen, zeer vaardig en geduldig moet zijn.
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen verschillende verlichtingscondities worden ingesteld. Deze microscoop is voorzien van een multiverlichtingsfunctie, waarmee automatisch met één druk op een knop de gegevens van meerdere beelden onder een omnidirectionele verlichting kunnen worden verkregen. Er kan direct met de waarneming worden begonnen door eenvoudig het meest geschikte beeld voor het doel te kiezen. Deze functie zorgt er niet alleen voor dat het lastig bepalen van de omstandigheden nu een stuk eenvoudiger is, maar ook dat het veel minder tijd hoeft te kosten.
Verschillende verlichtingscondities zoals doorvallende polarisatieverlichting en coaxiale partiële verlichting zijn beschikbaar voor het waarnemen van bacteriën met een laag contrast ten opzichte van de achtergrond, die tot nu toe zeer moeilijk waren waar te nemen.
Met de HDR-functie (High Dynamic Range) waarmee meerdere beelden met verschillende sluitertijden worden vastgelegd die vervolgens kunnen worden samengevoegd tot één beeld met hoge kleurengradatie, kunnen bacteriën met behulp van contrastrijke 4K-beelden met hoge resolutie worden waargenomen.
Waarneming en automatische analyse van bacteriën
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan met behulp van een vastgelegd 4K-beeld met hoge resolutie naadloos worden gewisseld tussen het zeer vergroot waarnemen van bacteriën en het automatisch analyseren ervan.
Met de functie voor het automatisch meten/tellen van gebieden kunnen automatisch gedetailleerde waarden worden gemeten en berekend, zoals het gemiddelde gebied, de standaardafwijking, de maximumwaarde, de minimumwaarde, de gebiedsverhouding en andere items met betrekking tot bacteriën in het geselecteerde gebied, alsmede de nauwkeurige telling, het gebied, de omtrek, de maximumdiameter en de minimumdiameter van de bacteriën, waarna deze waarden in een lijst worden weergegeven.
In het geselecteerde gebied kunnen doelen die niet nodig zijn, worden uitgesloten, kunnen overlappende doelen van elkaar worden gescheiden, en kan binarisatie worden toegepast op doelen met willekeurige drempels, waardoor zeer nauwkeurige analyses en kwantitatieve evaluaties geen probleem meer zijn.
Excel kan bovendien op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd waardoor vastgelegde beelden en waarden kunnen worden uitgevoerd en in een willekeurig sjabloon kunnen worden geplaatst, waarvan automatisch een rapport kan worden gemaakt zonder dat daarvoor nog een computer nodig is.
Deze functies stroomlijnen in hoge mate de reeks handelingen die tot nu toe veel tijd en inspanning vergden.
Waarneming van schimmels waaronder sporen en schimmeldraden
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan er onder verschillende waarnemingsomstandigheden worden gewerkt, waardoor er met 4K-beelden met hoge resolutie kan worden waargenomen. De multiverlichtingsfunctie maakt waarneming onder verschillende verlichtingscondities met één druk op een knop mogelijk. Door de grote scherptediepte kan een driedimensionaal doel zoals sporen of schimmeldraden scherp in beeld worden gebracht.
Hieronder worden voorbeelden gegeven van het waarnemen van schimmels, schimmelsporen en schimmeldraden onder diverse verlichtingscondities en met gebruikmaking van zeer functionele lenzen en de 4K CMOS-beeldsensor van de VHX-reeks.
Automatische telling van gistkoloniën
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen zelfs bij sterke vergrotingen duidelijke 4K-beelden van zelfs microscopisch kleine doelen zoals gistkoloniën worden gemaakt.
Met de functie voor het automatisch meten van gebieden/tellen van koloniën voor een vastgelegd HR-beeld kunnen automatisch koloniën worden geteld en gebieden worden gemeten in een opgegeven gebied waarin koloniën zich zeer snel vermenigvuldigen. Er zijn verschillende methoden beschikbaar om de vastgelegde beelden weer te geven, zoals een gesplitste weergave waarbij koloniën in een bepaald gebied afzonderlijk worden weergegeven, een staafdiagram van de gebiedsverdeling en binarisatie bij willekeurige drempels, waardoor de analyses veel efficiënter worden.
Excel kan op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd, zodat er geen computer meer nodig is om die gegevens te verwerken. Er kan automatisch een rapport worden opgesteld door het aantal bacteriën dat aan de hand van de getelde koloniën is berekend, samen met een bijbehorend beeld naar een van tevoren gemaakte sjabloon te kopiëren.
Met de VHX-reeks kunnen deze verschillende functies met enkele eenvoudige handelingen worden geopend, waardoor met één apparaat de werkzaamheden van het evalueren van gist kunnen worden uitgevoerd.
Waarneming van micro-organismen in vloeistoffen
De mogelijkheden en functionaliteit van de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks komen tot uiting bij het waarnemen en analyseren van monsters onder verschillende omstandigheden.
De volgende 4K-beelden zijn beelden van de voorbeelden van de waarneming van micro-organismen in vloeistoffen. Zelfs micro-organismen in vloeistoffen kunnen duidelijk worden waargenomen met behulp van de ingebouwde achtergrondverlichting, mits die zich in een lichtdoorlatende houder bevinden, zoals op een glazen petrischaaltje. Doordat er met deze microscoop enorm goed kan worden scherpgesteld, kunnen er duidelijke 4K-beelden van ongewassen micro-organismen worden gemaakt, zelfs wanneer deze micro-organismen zijn vermengd met een kleine hoeveelheid vreemde deeltjes in vloeistoffen.
Een 4K digitale microscoop die de verfijning en efficiëntie van de waarneming en analyse van micro-organismen verbetert
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE lost de problemen bij het waarnemen en analyseren van micro-organismen van diverse grootten en vormen op doordat er met deze microscoop heel eenvoudig geavanceerd kan worden waargenomen en kwantitatief kan worden geanalyseerd.
Met deze microscoop kunnen bovendien de handelingen, van het bepalen van de omstandigheid en het scherpstellen tijdens het waarnemen, tellen en meten bij de analyse tot aan het maken van rapporten, die moeilijk zijn en veel tijd en inspanning vergen, automatisch worden uitgevoerd, waardoor overspecialisatie wordt vermeden en het vereiste aantal werkuren sterk worden verminderd.
De hoge prestaties, functionaliteit en bruikbaarheid van de VHX-reeks komen zeer goed van pas bij diverse toepassingen, zoals kwaliteitscontrole, kwaliteitsborging, onderzoek en ontwikkeling bij de productie van levensmiddelen en farmaceutische producten alsmede bij de kwantitatieve evaluatie van micro-organismen.
De VHX-reeks heeft een groot aantal andere functies. Klik op de onderstaande knoppen voor aanvullende informatie of vragen over de VHX-reeks.
