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Untersuchung mit Bildschaffenden Methoden

Bildschaffende Methoden

Wir arbeiten mit der Kupferchloridkristallisation nach Pfeiffer und erzeugen Steigbilder nach WALA. Beide Methoden setzen wir in Projekte ein, entwickeln sie weiter und bieten sie auch als Dienstleistung an.

Bildschaffende Methoden

Metallsalze besitzen die interessante Eigenschaft, in gelöster Form auf organische Substanzen zu regieren: Sie bilden spezifische Strukturen, die ausgewertet werden. Die sogenannten bildschaffenden Methoden – genauer: die Kupferchloridkristallisation nach Pfeiffer und das Steigbild nach WALA – machen sich diese Eigenschaft zu Nutze. Die Metallsalze werden in wässriger Lösung mit dem ebenfalls gelösten zu untersuchenden Probenzusatz in Reaktion gebracht. Das Ergebnis sind probenspezifische Strukturen (und bei den Steigbildern auch Farben), aus denen Eigenschaften der Probe abgelesen werden können.

Kupferchloridkristallisation

Auf einem Träger – in der Kupferchloridkristallisation eine Glasplatte; beim Steigbild ein fließfähiges Papier – werden diese Strukturen sichtbar. Um die Bilder auszuwerten, werden Referenzbilder von Pflanzen und Lebensmitteln und standardisierte visuellen Kriterien genutzt.

Beide Methoden wurden in den zwanziger Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt. Mittlerweile liegt eine große Anzahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen darüber vor.

Die Methoden

Die Kupferchloridkristallisation ist vermutlich die am besten dokumentierte bildschaffende Methode. Einer Empfehlung der Senatsarbeitsgruppe der Bundesforschungsanstalten (2003) folgend wurde sie mittlerweile im Rahmen mehrerer öffentlich geförderter Projekte (z.B. BÖL-Projekt 02OE170) validiert (z.B. Fritz et al. 2018, Huber et al. 2010, Kahl 2007). Die Untersuchungsmethodik der Kupferchloridkristallisation wurde bereits intensiv erforscht und weiterentwickelt.

Hervorzuheben sind aus unserer Sicht folgende Bereiche:

Dokumentation und Charakterisierung der Laborprozesse einschließlich der Kristallisationskabine (Busscher et al. 2010a, Busscher et al. 2010b, Kahl et al. 2013).
Entwicklung einer (computergestützten) Struktur- und Texturanalyse (Andersen 1999, Doesburg & Nierop 2013, Meelursarn 2007).
Validierung der visuellen Bildauswertung auf Grundlage von ISO Normen für Sensorik (Huber et al. 2010).
Standardisierung einer visuellen Gestaltauswertung auf Grundlage von Reife- und Alterungs-prozessen (Doesburg et al. 2015)

Studien

Mehrere Studien belegen das Potenzial der Kupferchloridkristallisation zur Unterscheidung von Produkten aus unterschiedlichen Anbaumethoden (Fritz et al. 2011, 2018). Die Methode eignet sich außerdem zu Bestimmung eines Summenparameters für Reife- und Abbau-Vorgänge (Doesburg et al. 2015). Deshalb wird die Methode regelmäßig von ökologischen Pflanzenzüchtern eingesetzt, um Sorten und Linien zu beurteilen. Durch ihre Fähigkeit, Abbauvorgänge sensibel zu erfassen, erscheint die Kupferchloridkristallisation darüber hinaus besonders als Anzeiger der Intensität von Verarbeitungsschritten geeignet.

Die folgende Literatur empfehlen wir für eine intensivere Auseinandersetzung mit den Bildschaffenden Methoden:

Andersen, J.-O. (2001): Development and application of the biocrystallization method. Ph.D. thesis. Royal Veterinary and Agricultural University, Copenhagen, Denmark
Andersen, J. O.; Henriksen, C. B.; Laursen, J. and Nielsen, A. A. (1999): Computerised image analysis of biocrystallograms originating from agricultural products, Comput. Electron. Agr. 22 : 51-69 DOI: 10.1016/S0168-1699(98)00043-X.
Andersen, J.-O.; Huber, M.; Kahl, J.; Busscher, N. and Meier-Ploeger, A. (2003): A concentration matrix procedure for determining optimal combinations of concentrations in biocrystallization., Elem. Nat. 79 : 97.
Andersen, J.-O.; Karl Viggo, K.; Morten, N.; Kristian, T.-K. and Rodrigo, L. (2001): Comparative study between biocrystallization and chemical analyses of carrots (Daucus carota L.) grown organically using different levels of green manures, Biol. Agric. Hortic. 19 : 29-48.
Andersen, J.-O.; Laursen, J. and Koelster, P. (1998): A Refined Biocrystallization Method applied in a Pictomorphological Investigation of a Polymer, Elem. Nat. 68 : 1-20.
Baumgartner, S.; Doesburg, P.; Scherr, C. and Andersen, J.-O. (2012): Development of a Biocrystallisation Assay for Examining Effects of Homeopathic Preparations Using Cress Seedlings, Evid. Based Complement. Alternat. Med. DOI : 10.1155/2012/125945.
Busscher, N.; Doesburg, P.; Mergardt, G.; Sokol, A.; Kahl, J. and Ploeger, A. (2018): Influence of dewetting on the crystallization behavior of CuCl2 in the presence of BSA during evaporation in a Petri-dish (accepted), Heliyon : forthcoming.
Busscher, N.; Kahl, J.; Andersen, J.-O.; Huber, M.; Mergardt, G.; Doesburg, P.; Paulsen, M. and Ploeger, A. (2010a): Standardization of the biocrystallization method for carrot samples, Biol. Agric. Hortic. 27 : 1-23 DOI: 10.1080/01448765.2010.10510427.
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Fritz, J.; Athmann, M.; Meissner, G.; Kauer, R. and Köpke, U. (2017): Quality characterisation via image forming methods differentiates grape juice produced from integrated, organic or biodynamic vineyards in the first year after conversion, Biol. Agric. Hortic. DOI : 10.1080/01448765.2017.1322003.
Fritz, J., Athmann, M., Andersen, J.O., Doesburg, P., Geier, U. & Gaby Mergardt (2018). Advanced panel training on visual Gestalt evaluation of biocrystallization images: ranking wheat samples from different extract decomposition stages and different production systems, Biological Agriculture & Horticulture, DOI: 10.1080/01448765.2018.1492457.
Gallinet, J. P. and Gauthier-Manuel, B. (1992): Wetting of a glass surface by protein adsorption induces the crystallization of an aqueous cupric chloride solution, J. Colloid Interface Sci. 148 : 155 -1
Guccione, P.; Galati, A.; Pusceddu, E. and Caliandro, R. (2017): Digital Fingerprinting of Coffee Blending by Sensitive Crystallization, Journal of Food Research 6 : 21.
Huber, M.; Andersen, J.-O.; Kahl, J.; Busscher, N.; Doesburg, P.; Mergardt, G.; Kretschmer, S.; Zalecka, A.; Meelursarn, A.; Ploeger, A.; Nierop, D.; van de Vijver, L. and Baars, E. (2010): Standardization and Validation of the Visual Evaluation of Biocrystallizations, Biol. Agric. Hortic. 27 : 25-40 DOI: 10.1080/01448765.2010.10510428.
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Kahl, J.; Andersen, J.-O.; Athmann, M.; Busscher, N.; Doesburg, P.; Fritz, J.; Geier, U. and Mergardt, G. (2015a): Laboratory intercomparison for biocrystallization (crystallization with additives) applied to different wheat varieties, Elem. Nat. 102- 511 .
Kahl, J.; Busscher, N.; Doesburg, P.; Mergardt, G.; Huber, M. and Ploeger, A. (2009): First tests of standardized biocrystallization on milk and milk products, Eur. Food Res. Technol. 229 : 175-178 DOI: 10.1007/s00217-009-1039-7.
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Kahl, J.; Busscher, N.; Hoffmann, W.; Mergardt, G.; Clawin-Raedecker, I.; Kiesner, C. and Ploeger, A. (2014a): Development and performance of crystallization with additives applied on different milk samples, Food Anal. Method 7 : 1373-1380.
Kahl, J.; Busscher, N.; Hoffmann, W.; Mergardt, G.; Clawin-Raedecker, I. and Ploeger, A. (2014b): A novel approach for differentiation of milk fractions and polyvinylpyrrolidone with different molecular weight by patterns derived from cupric chloride crystallization with additives, Anal. Methods 6 : 3173-3176 DOI: 10.1039/C3AY41568F.
Kahl, J.; Busscher, N.; Mergardt, G.; Andersen, J.-O.; Doesburg, P.; Arlai, A. and Ploeger, A. (2015b): Standardization and Performance Test of Crystallization with Additives Applied to Wheat Samples, Food Anal. Method 8 : 2533-2540 DOI: 10.1007/s12161-015-0142-6.
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Shibata, T.; Takakuwa, Y.; Tanaka, A.; Kogure, M.; Iguchi, T.; Obata, H.; Furiya, K.; Shirasaka, R. and Ogawa, T. (1998): Crystal structures of blue and green hydrated cupric chloride grown from aqueous solutions with and without human blood addition: single crystal X-ray diffraction analysis and differential scanning calorimetry(DSC), J. Tokyo Wom. Med. Univ. 68 : 358-369.
Sokol, A. M.; Doesburg, P.; Scherr, C. and Baumgartner, S. (2016): Examination of specific effects of different homeopathic preparations on cress seedlings with a CuCl 2-biocrystallization assay., International Journal of High Dilution Resarch 15.
Szulc, M.; Kahl, J.; Busscher, N.; Mergardt, G.; Doesburg, P. and Ploeger, A. (2010): Discrimination between organically and conventionally grown winter wheat farm pair samples using the copper chloride crystallisation method in combination with computerised image analysis, Comput. Electron. Agr. 74 : 218-222 DOI: 10.1016/j.compag.2010.08.001.
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Zalecka, A. (2006): Entwicklung und Validierung der Steigbildmethode zur Differenzierung von ausgewählten Lebensmitteln aus verschiedenen Anbausystemen und Verarbeitungsprozessen. Diss. Agr. Universität Kassel, Fachgebiet Ökologische Lebensmittelqualität und Ernährungskultur

Steigbild und Kupferchloridkristallisation

Beide Methoden sind aufwändig: Sie werden häufig kombiniert eingesetzt, benötigen Reaktionszeiten von mitunter mehreren Tagen, die Erstellung von Referenzbildern, mehreren Lösungsverhältnissen sowie Wiederholungen – und was die Kupferchloridkristallisation betrifft: eine Klimakammer mit einem entkoppelten Probentisch. Da sie jedoch in der Lage sind, Unterschiede zu erheben, die anderen Laboranalysen – insbesondere Analysen auf Inhaltsstoffe – verschlossen bleiben, sind sie für uns ein unerlässliches Werkzeug.

GESTE

Der Forschungsring arbeitet im Projekt GESTE (GESTalt Evaluation) mit seinem Labor gemeinsam mit Partnerlaboren an der Weiterentwicklung der Kupferchloridkristallisationsmethode, besonders an der visuellen Gestaltauswertung.

Die Untersuchung mit den bildschaffenden Methoden kann bei uns in Auftrag gegeben werden. Dabei werden in der Regel die Methoden Kupferchloridkristallisation nach Pfeiffer und Steigbild nach WALA parallel eingesetzt. Je Probe und Methode werden zwischen vier und zehn Bilder erzeugt. Die Preise für die Untersuchung einer Probe liegen – abhängig vom Probenumfang und Versuchsfrage – zwischen 600 € und 1.400 € (zzgl. USt). Die Untersuchung einzelner Proben empfehlen wir nicht, weil die Einordnung von Ergebnissen in der Regel eine Vergleichsprobe verlangt.

Bitte fragen Sie uns bei Interesse an.