Die Suche nach Überlebenskünstlern

Kamerasystem minimiert Gesundheitsrisiken beim Verzehr von Seafood-Produkten

Ein Viability Test Device ermöglicht in Laboren im Veterinär- und Lebensmittelbereich die schnelle und objektive Überwachung von Meerestieren auf Parasiten.

Meeresfische können Parasiten wie z. B. anisakide Nematoden enthalten. Das Infektionsrisiko für den Menschen hängt vom Vitalitätsgrad der Parasiten ab. Links im Bild: Nematodenlarven (Anisakis spp.) unterschiedlicher Vitalität aus einer Gewebeprobe (Durchlicht (NIR)/Petrischale). © Technet

In der Europäischen Union werden jedes Jahr über sechs Millionen Tonnen Fisch verarbeitet. Sie unterliegen strengen gesetzlichen Kontrollen, um Gesundheitsrisiken für Konsumenten zu minimieren. Meeresfische können Parasiten (z. B. anisakide Nematoden) enthalten, die dem Menschen beim Verzehr von unzureichend zubereiteten Produkten gefährlich werden können. Das Infektionsrisiko hängt dabei vom Vitalitätsgrad der Parasiten ab. Die Technet GmbH aus Stuttgart hat ein System entwickelt, das mit Unterstützung einer USB3 uEye CP Industriekamera von IDS die Konturen und Oberflächenparameter der Parasiten erfasst und daraus die Krümmungsenergien einzelner Larven bestimmt. Über die Krümmungsenergie wird anschließend ein Zusammenhang zum Stoffwechsel und damit zur Vitalität hergestellt.

Durch den Verzehr von unzureichend gekochten Meeresfischen infizieren sich jährlich mehrere tausend Menschen mit Larven der Nematoden Anisakis spp. oder Pseudoterranova spp. mit unterschiedlichen Krankheitsbildern bis hin zu allergischen Reaktionen. In der EU gelten daher strenge Regelungen für die Vorbehandlung von Rohware (z. B. tiefgefrieren bei -20 °C im Kern über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden) und für die Kontrollen von Seafood-Produkten. Sie zielen vor allem darauf ab, die Lebensfähigkeit von Anisakiden in Fischereierzeugnissen zu überprüfen.

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Standardverfahren der Mikrobiologie nicht geeignet

Die Parasiten durchlaufen einen komplexen Lebenszyklus und werden von Fischen über die Nahrung als Zwischenwirt aufgenommen. Durch Fischerei-Aktivitäten können sie in Seafood-Produkte gelangen und auf den Menschen übertragen werden. Im Rahmen der Lebensmittelkontrollen werden aus dem Gewebe von Fischen und Tintenfischen Proben entnommen und im Labor auf den Befall mit Nematodenlarven untersucht. Insbesondere ist der Grad ihrer Vitalität ein Indiz für eine mögliche Gesundheitsgefährdung des Menschen. In der Mikrobiologie wird die Vitalität durch die Reproduktionsrate (Keimzahl) bestimmt. Dieses Standardverfahren lässt sich bei Nematodenlarven jedoch nicht anwenden. Deswegen werden im Seafood-Bereich Gewebeproben durch eine künstliche Verdauung aufgelöst – ohne die darin enthaltenen Larven zu schädigen. In einer anschließenden Untersuchung wird durch visuelle Begutachtung ihres Bewegungszustandes eine grobe Vitalitätseinteilung durch die Zuordnung zu den Zuständen „lebend“ oder „tot“ vorgenommen. Der Bewegungszustand ist jedoch kein sicheres Indiz für die Infektiösität von Nematodenlarven, da sie temporär in einen bewegungslosen Zustand fallen können.

Testsicherheit durch Bildverarbeitung

Das Viability Test Device (VTD) der Technet GmbH ist ein Messsystem, das auf diese Unsicherheiten eingeht. Es führt eine automatisierte, unabhängige optische Prüfung durch. Basis des Systems bildet eine USB 3.0 Kamera der IDS Imaging Development Systems GmbH. Sie wird senkrecht über einer Petrischale positioniert. Innerhalb eines engen Wellenlängenbereichs im Nahinfrarot-Spektrum (NIR) werden Bildserien von den Proben im Durchlicht erzeugt, die durch Infrarot-Temperaturmessungen ergänzt werden. In jedes Einzelbild werden Kamera-, Temperatur-, Beleuchtungs-, Positions- und Zeitdaten geschrieben. Es entsteht ein umfassendes Rohdaten-Untersuchungsprotokoll, das für eine hohe Nachvollziehbarkeit der Testergebnisse sorgt.

Generierung von Durchlichtmustern mit Hilfe der Kamera­ und Berechnung des Vitalitätszustands der Larven. © Technet

Die Kamera des VTD liefert Bildserien von zwei Bildern pro Sekunde, aus denen statische und dynamische Formen abgeleitet werden. Sie dienen als Entscheidungsparameter für die weitere Verarbeitung. In den Aufnahmeserien werden einzelne Larven identifiziert, ihre 2D-Konturen bestimmt und geometrische Daten unter (realistischer) Annahme eines kreisförmigen Querschnitts auf ein 3D-Membranmodell des Meeresparasiten abgebildet. Mit diesem Modell werden unter Berücksichtigung von biologischen Details mechanische Eigenschaften der Larven – insbesondere deren Krümmungsenergien – berechnet. Über die Bilderfassung wird so eine sichere und reproduzierbare Bestimmung der Vitalität, unabhängig von Bewegungen und von visuellen Einschätzungen der begutachtenden Personen, möglich.

Technet setzt im VTD eine Industriekamera vom Modell UI-3370CP-NIR-GL Rev.2 ein. Sie ist mit dem hochempfindlichen, schnellen 4 Megapixel CMOS-Sensor von CMOSIS (CMV4000) ausgestattet. Der Sensor bietet eine Auflösung von 2048 x 2048 Pixeln. Durch die innovative Pixelarchitektur werden Fixed-Pattern-Noise und Rauschen erheblich minimiert. Dank der Pipelining-Funktion kann auch während des Auslesens weiter belichtet werden, was eine schnellere Datenverarbeitung ermöglicht und Bewegungsunschärfen reduziert. Durch das riesige optische Format von 1“ bietet der Sensor große Pixel und ist besonders lichtempfindlich sowie rauscharm. „Der quadratische Kamerachip der UI-3370CP liefert von den kreisförmigen Petrischalen Bilder von hoher Informationsdichte bei minimalem Informationsverlust durch ungenutzte Bildbereiche. Damit stellt uns die Kamera alle benötigten Daten schnell und mit hoher Qualität bereit – ideal für unser Inspektionssystem“, erklärt Michael Kroeger, Physiker bei Technet und Experte für biologische Anwendungen von Membrantechnologien.

Fazit

Die Globalisierung des Seafood-Marktes und die damit verbundenen strenger werdenden Kontrollen und Sicherheitsmechanismen machen automatisierte Prüfsysteme unerlässlich. Mit dem Viability Test Device bietet Technet ein schnelles und objektives Überwachungssystem für Labore im Veterinär- und Lebensmittelbereich. Die Unabhängigkeit von Humanfaktoren und die automatische Protokollierung sind klare Vorteile für den Einsatz im Laboralltag. Im konkreten Fall lässt sich der Durchsatz von Rohfisch-Proben wesentlich erhöhen.

AUTORIN

Sabine Terrasi
IDS Imaging Development Systems GmbH

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