Die Verunreinigung von Lebensmitteln, Medikamenten oder deren Verpackungen mit Fremdpartikeln stellt ein ernsthaftes Risiko dar. Die Identifizierung von Fremdkörpern durch eine schnelle Analyse sowie die Ursachenermittlung und die Vermeidung zukünftiger Vorkommnisse sind aus Sicht der Qualitätssicherung erforderlich.
In diesem Abschnitt werden Analysemethoden zu Fremdpartikeln und Anwendungsbeispiele für das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt, mit dem klassische Herausforderungen im Hinblick auf eine modernere und schnellere Fremdpartikelanalyse gelöst werden.

Methoden der Fremdpartikelanalyse, Betrachtung und Analyse während der Prüfung

Probleme durch Verschmutzung mit Fremdpartikeln und steigende Ansprechzeit

Heutzutage werden Informationen von Verbrauchern sofort über soziale Netzwerke verbreitet. Die Verunreinigung von Lebensmitteln, Medikamenten und ähnlichen Produkten mit Fremdpartikeln wird daher als ernsthaftes Problem angesehen. Infolgedessen ist das Bewusstsein und die Besorgnis der Verbraucher hinsichtlich der Sicherheit von Lebensmittel und Medikamenten gestiegen.

Auch Lebensmittel, die in Schulen, Krankenhäusern und ähnlichen Einrichtungen regelmäßig an viele Menschen ausgegeben werden, stellen besonders hohe Anforderungen an die Sicherheit und Qualitätssicherung. Beim Auftreten eines Problems ist es notwendig, schnell zu klären, an welcher Stelle der Fehler aufgetreten ist, mittels Analyse die Fehlerursache zu untersuchen und Gegenmaßnahmen gegen wiederholtes Vorkommen zu ergreifen.

Die Analyse wird in nicht wenigen Fällen an eine der vielen Prüflabore ausgelagert, jedoch ist die schnelle Analyse besonders wichtig, wenn ein Problem durch Kontamination mit Fremdpartikeln auftritt. Daher gibt es einen zunehmenden Trend zu eigenen Analysegeräten und -systemen in der Lebensmittelindustrie und Medizintechnik.

Methoden der Fremdpartikelanalyse und klassische Probleme

Meist haben verunreinigende Fremdpartikel eine andere Zusammensetzung als das Produkt selbst, daher ist die gängige Methode der Fremdpartikelanalyse die Zusammensetzungsanalyse. Allerdings sollte man auch den Fall betrachten, dass ein Insekt ein proteinhaltiges Produkt kontaminiert. Dieses Insekt kann möglicherweise nicht allein durch die Zusammensetzungsanalyse als Fremdpartikel bestimmt oder identifiziert werden.
Daher ist die Fremdpartikelbetrachtung und -analyse durch eine optische Prüfung mit dem Mikroskop ebenso wichtig wie die Zusammensetzungsanalyse. Mit anderen Worten, um die Genauigkeit der Fremdpartikelanalyse zu gewährleisten, ist nicht nur ein Gerät zur Analyse der Zusammensetzung erforderlich, sondern auch ein optisches Mikroskop, das in der Lage ist, das mikroskopische äußere Erscheinungsbild mit hoher Genauigkeit zu betrachten.

Bei der konventionellen Fremdpartikelbetrachtung und -analyse besteht jedoch die Gefahr, dass Fremdpartikel aufgrund der folgenden Probleme übersehen werden:

  • Das Bild fokussiert nur einen Teil des Messobjekts, da der Fremdkörper und das Produkt dreidimensional sind.
  • Verunreinigungen von glänzenden Metallen oder Verpackungsfolien aus Kunststoff sind aufgrund des reflektierten Lichts schwer zu erkennen.

Anwendungsbeispiele eines Mikroskops mit präziser und schneller Fremdpartikelanalyse

KEYENCE hat seine Digitalmikroskope seit über 30 Jahren immer wieder weiterentwickelt und optimiert, um den Bedürfnissen seiner Kunden gerecht zu werden. Das Ergebnis dieses kontinuierlichen Optimierungs- und Entwicklungsprozesses ist das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX. Die hochauflösenden Objektive, der 4K-CMOS-Sensor, das eigens entwickelte Messsystem und die moderne Bildverarbeitung ermöglichen nicht nur eine einfache Betrachtung von mikroskopischen Formen und hochauflösenden Aufnahmen, sondern auch präzise 2D- und 3D-Messungen. Damit lassen sich verschiedene Probleme lösen und auch anspruchsvollere Analysen und Beurteilungen einfach und schnell durchführen.
In diesem Abschnitt werden Anwendungsbeispiele für die Fremdpartikelanalyse mit der Modellreihe VHX vorgestellt.

Betrachtung von dreidimensionalen Fremdkörpern

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über eine hohe Tiefenschärfe. Mit der Tiefenzusammensetzung können zudem schnell hochauflösende Aufnahmen erstellt werden, die selbst bei dreidimensionalen Objekten komplett tiefenscharf angezeigt werden. Solche Aufnahmen sorgen für eine präzise Betrachtung und verbessern wesentlich die Arbeitseffizienz unabhängig von den Fremdkörperformen.

Betrachtung eines Fremdkörpers mit der Tiefenzusammensetzung des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX
Ohne Tiefenzusammensetzung
Tiefenzusammensetzung

Betrachtung von Verunreinigungen durch Fremdpartikel in einer Mehrschichtfolie

Dieses Beispiel zeigt die Verunreinigung von Mehrschichtfolien durch Fremdkörper, die bei der Verpackung von Lebensmitteln und Medikamenten eingesetzt werden. Bisher war es nicht möglich, die Form eines Fremdkörpers zu bestimmen, da ringförmige Reflexionen an der Stelle auftraten, an der der Fremdkörper eine Beule in der Folie verursacht.
Mit der Funktion zur Optimierung von ringförmigen Reflexionen des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX können diese ringförmigen Reflexe per Knopfdruck beseitigt werden, indem mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen erfasst werden. Dies ermöglicht eine klare Betrachtung von Fremdkörperformen, indem diese Reflexionen an der Folienoberfläche verhindert werden.

Betrachtung eines Fremdkörpers in einer Mehrschichtfolie mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Ohne Optimierung von ringförmigen Reflexionen
Mit Optimierung von ringförmigen Reflexionen

Betrachtung von Insekten

Unter allen Fremdkörpern haben Insekten sehr komplexe dreidimensionale Formen und oft einen geringen Farbkontrast.
Bisher müssen zeitaufwändige Beleuchtungseinstellungen angepasst werden, um das Objekt richtig betrachten zu können.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über eine Multi-Lighting-Funktion, mit der unterschiedliche Beleuchtungsarten einfach per Knopfdruck automatisch erfasst werden. Aus diesen Daten kann dann eine geeignete Aufnahme zur Betrachtung ausgewählt werden. Dadurch müssen die Beleuchtungseinstellungen nicht wiederholt angepasst werden, um eine klare Aufnahme zu erhalten. Die dreidimensionalen Formen von Insekten lassen sich dank dieser hochauflösenden Aufnahmen schnell betrachten und identifizieren.
Die Bilddaten werden automatisch gespeichert und die Beleuchtungsoptionen bleiben auch nach der Aufzeichnung des Bildes erhalten. Dadurch kann die Beleuchtung bei Bedarf jederzeit nachträglich angepasst werden, z. B. bei einer Betrachtung aus einem anderen Winkel. Eine Neuaufnahme des Objekts ist nicht mehr erforderlich. Damit entfällt die erneute Anpassung der Beleuchtungs- und Fokuseinstellungen.

Betrachtung eines Insekts mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Ohne Multi-Lighting
Multi-Lighting

Betrachtung von Fasern mit geringer/hoher Vergrößerung

Die hochauflösenden Objektive und der motorisierte Revolver des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX ermöglichen eine nahtlose Zoomfunktion, die automatisch zwischen den Objektiven wechselt. Damit wird der für Objektivwechsel erforderliche Zeit- und Arbeitsaufwand reduziert und eine Betrachtung mit einer Vergrößerung von 20x bis 6000x bei intuitiver Bedienung ermöglicht.
Das neu entwickelte optische System und der 4K-CMOS-Bilderfassungssensor ermöglichen selbst bei hohen Vergrößerungen eine präzise Betrachtung von Faserstrukturen und Fremdkörpern mit hochauflösenden Aufnahmen.

Betrachtung von Fasern mit geringer/hoher Vergrößerung mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung von Fasern mit geringer Vergrößerung (100x)
Betrachtung von Fasern mit geringer Vergrößerung (100x)
Betrachtung von Fasern mit hoher Vergrößerung (500x)
Betrachtung von Fasern mit hoher Vergrößerung (500x)

Betrachtung der Haarkutikula

Die hochauflösenden Objektive und der motorisierte Revolver des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX ermöglichen eine nahtlose Zoomfunktion, die automatisch die Vergrößerung zwischen 20x und 6000x ohne Objektivwechsel ändert. Dieser Zoom ermöglicht eine nahtlose Betrachtung mit hoher Vergrößerung bei intuitiver Bedienung.
Hochauflösende Aufnahmen können sogar bei hohen Vergrößerungen erzielt werden. Daher ist eine präzise Betrachtung der Kutikulaformen beispielsweise auch bei Haarproben möglich. Durch diese präzise Betrachtung ist es möglich, schnell zu erkennen, ob ein kontaminiertes Haar zu einem Menschen oder einem Tier gehört oder tatsächlich eine Faser aus einem Kleidungsstück ist.

Betrachtung und Identifizierung der Haarkutikula mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung und Identifizierung der Haarkutikula mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Fremdpartikelanalyse von Wattestäbchen

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können Fremdpartikel auch bei Wattestäbchen und anderen Objekten mit dreidimensionalen Strukturen genau betrachtet und analysiert werden.
Häufig ist es aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe nur möglich, jeweils einen Bereich eines dreidimensionalen Objekts zu fokussieren. Aufgrund der unzureichenden Auflösung ist es daher schwierig, mikroskopisch kleine Fremdpartikel zu betrachten.
Mit der Modellreihe VHX können hochauflösende Aufnahmen von der Struktur und den Fremdpartikeln in dreidimensionalen Wattestäbchen bei voller Fokussierung des gesamten Objekts erstellt werden. Diese Aufnahmen ermöglichen eine lückenlose Fremdpartikelanalyse, bei der nichts übersehen wird.

Fremdpartikelanalyse von Wattestäbchen mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Fremdpartikel an Wattestäbchen (200x)
Fremdpartikel an Wattestäbchen (200x)
Fremdpartikel an Wattestäbchen (200x)
Fremdpartikel an Wattestäbchen (200x)

Hochauflösende Betrachtung von Metallfragmenten

Metallfragmente mit unebenen Oberflächen sind schwer zu fokussieren, daher sind Fremdpartikel auf diesen Oberflächen in der Regel schwierig zu betrachten und zu identifizieren.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verwendet einen hochauflösenden und rauscharmen 4K-CMOS-Bilderfassungssensor und hochauflösende Objektive, wodurch eine hohe Tiefenschärfe und tiefenscharfe Aufnahmen erzeugt werden. So lassen sich hochauflösende Aufnahmen erzielen, bei denen die Formen der unebenen Oberfläche für das gesamte Metallfragment scharf abgebildet werden.

Betrachtung eines Metallfragments mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Metallfragment (150x)
Metallfragment (150x)

Betrachtung von Kleininsekten an einer Lebensmitteloberfläche

Das Inverkehrbringen von Lebensmitteln, an denen sich Fremdpartikel festgesetzt haben, ist ein ernstes Problem, das die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Produkts beeinträchtigt.
Selbst bei kleinen Insekten, die an Lebensmitteln mit unebenen Oberflächenformen haften, kann mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX schnell eine präzise Betrachtung mit hochauflösenden Aufnahmen durchgeführt werden, bei denen das gesamte Objekt vollständig fokussiert ist.

Betrachtung eines Fremdkörpers mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung von an gefriergetrocknetem Tofu haftenden Insekten (200x)
Betrachtung von an der Nahrung haftenden Insekten (200x)

Betrachtung von Verunreinigungen durch Fremdpartikel einer transparenten Folie

Oft erschweren Lichtreflexionen die Betrachtung von Fremdpartikeln in Kunststofffolien, die einen hohen Grad an Transparenz aufweisen.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann auch für hochauflösende Betrachtungen und Analysen von Fremdpartikeln verwendet werden, die eine transparente Folie verunreinigen.

Betrachtung von Fremdpartikeln in einer transparenten Folie mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung von Fremdpartikeln in einer transparenten Folie mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Betrachtung von Schimmel an einer gewölbten Oberfläche von Lebensmitteln

Fremdpartikel werden manchmal übersehen, weil nur ein bestimmter Teilbereich des Objekts fokussiert werden kann. Objekte mit gekrümmten Oberflächen sind besonders herausfordernd zu prüfen.
Dank der hohen Tiefenschärfe des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX sind hochauflösende Aufnahmen möglich, bei denen das gesamte Objekt vollständig fokussiert ist, z. B. bei der Betrachtung von mikroskopischem Schimmel, der auf den gekrümmten Oberflächen von Donuts auftritt. Dadurch entfällt nicht nur der Aufwand für die Einstellung der Tiefenschärfe, sondern es werden durch die vollständige Fokussierung des gesamten Objekts auch keine Fremdkörper mehr übersehen.

Betrachtung von Schimmel auf einem Donut mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung von Schimmel auf einem Donut mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Ein multifunktionales Mikroskop für eine modernere und effizientere Fremdpartikelanalyse

Zusätzlich zu den hier vorgestellten Funktionen verfügt das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX über eine Vielzahl weiterer Funktionen. Dazu gehören die Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel mit dem eigens dafür entwickelten Stativ, präzise und einfach durchzuführende 2D- und 3D-Messungen, sowie die automatische Flächenmessung und Zählung von Fremdpartikeln auf Objekten (Kontamination). Darüber hinaus ist es möglich, betrachtete Aufnahmen und Messwerte mithilfe benutzerdefinierter Vorlagen in Berichte zu konvertieren. Mit einem einzigen Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können Sie eine ganze Reihe von Arbeitsvorgängen in deutlich kürzerer Zeit erledigen.

Für weitere Informationen zur Modellreihe VHX klicken Sie bitte auf die unten angezeigte Schaltfläche, um die Broschüre herunterzuladen. Für Anfragen klicken Sie bitte auf die entsprechende Schaltfläche, um KEYENCE zu kontaktieren.