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Doctoral Thesis
2009
Feldstudie zur Eignung der Biophotonenmessung für die Differenzierung von ökologisch und konventionell erzeugten Hühnereiern
Feldstudie zur Eignung der Biophotonenmessung für die Differenzierung von ökologisch und konventionell erzeugten Hühnereiern
Abstract (English)
Consumer demand for organic food is increasing. Conventional quality criteria are based on assay of individual chemical compounds, which depend much more on local conditions, climate and breed than on the production method. So alternatives need to be found to distinguish between organic and conventional food. Complementary approaches look at biological systems as a whole and focus on the inner structure of products. As shown in many studies, holistic criterions reflect differences in food quality, which are caused by the production method.
F.A. POPP has rediscovered ultra weak light emissions that are presumed to originate from electromagnetic fields in living organisms. So-called 'biophotons' can be detected by highly sensitive photomultipliers as 'delayed luminescence' after illumination of the sample. Associated with living processes, the radiation reflects the state of the living tissue.
In 2001 B. KÖHLER showed that egg yolks emit varying biophoton intensities depending on the husbandry system. Using standardized test conditions KÖHLER found that exposition to sunlight or to lighting that was similar to daylight, as well as feeding of green stuff, enhanced biophoton emission of yolks.
The present investigation has been carried out under conditions of commercial egg production to discover whether biophoton emission is a suitable quality criterion for organic eggs. From July 2005 to November 2006, about 900 eggs have been collected in food stores and on farms. The biophoton intensity of each egg was determined and entered into a database according to its way of production (cage, deep litter, free-range, organic or from smallholders). The aim of this examination was to determine the differences in light emission of eggs originating from various production systems without standardized husbandry conditions. As a second project, a long-term observation has been conducted to see whether biophoton values of eggs remain stable over time. During the course of one year (from May 2006), biophoton emission has been measured each month. Samples have been taken from twelve hen houses with different husbandry systems: 2 houses with cage system, 4 with deep litter, 2 houses with free-range system and 4 organic farms ? adding up to more than 2,300 eggs. In addition to the measurement of biophoton emissions, conventional egg quality criteria have also been determined: egg mass, breaking strength of egg shell, albumen height, yolk color, proportion of yolk, fatty acid profile and lipid oxidation. Farmers have been interviewed about the age of their hens, flock size, lighting conditions and feed composition. Climatic conditions have been researched on the internet. It was expected that comparison of all collected data would give information on the origin and meaning of biophoton emission of egg yolks.
In the present studies yolks were exposed to white light for 30 seconds. Delayed luminescence was detected for the duration of 60 seconds. The biophoton parameter used has been defined as the sum of light emission during the last 40 seconds of the measurement.
Egg yolks from different animal husbandry systems differed in biophoton emissions. However, while conventionally produced egg yolks showed only minor differences, organic eggs as well as eggs from smallholders were characterized by clearly higher intensities.
The long-term observation of yolks from 12 selected hen houses revealed great fluctuation of biophoton emissions over the course of the year. Nevertheless, it was remarkable that yolk samples with low contents of saturated fatty acids and high contents of polyunsaturated fatty acids showed the highest biophoton intensities. These samples originated from farms that offer both a green free range and feed including vegetables or dried grass. As KÖHLER had shown, feeding green stuff leads to higher light emissions of yolks and also influences the profile of fatty acids. Further examinations will be necessary to clarify the causality between fatty acid composition of the yolk and its biophoton emission.
Another target of the described projects was to test the suitability of biophoton measurement for verifying the organic origin of eggs. In discriminant analyses egg samples of both studies were assigned to the categories 'organic' or 'conventional' according to their emission values. The hit ratio was about 70 %.
This result is interesting considering the lack of techniques to distinguish between organically and conventionally produced eggs up to now. Optimization of measuring technique and procedure may improve the capability of the method. In any case, biophoton measurement could be used as a screening method. Detection of extremely low values would suggest a check of management conditions at the relevant farm, followed by comparison with standards for the respective animal husbandry system.
Abstract (German)
Ökologische Lebensmittel gewinnen beim Verbraucher zunehmend an Ansehen. Zwar ist die Qualität von Bio-Erzeugnissen gesetzlich geregelt, doch stellt die EG-Öko-Verordnung ausschließlich Anforderungen an die Produktionsweise und nicht an die Produktqualität als solche. Herkömmliche Methoden reichen zum Nachweis der überlegenen Qualität von Bio-Lebensmitteln nicht aus. Ganzheitliche Ansätze, wie die Biophotonenmessung nach F.A. Popp, erweitern den bestehenden quantitativ-analytischen Qualitätsbegriff um Merkmale, die auf dem 'organisierten Miteinander' der Produktkomponenten beruhen und von der Produktionsweise beeinflusst werden. Die Biophotonenmethode beruht auf der Messung ultraschwacher Lichtemissionen (Biophotonen), welche ständig von elektromagnetischen Feldern lebender biologischer Systeme abgegeben werden. Mithilfe hochempfindlicher Photomultiplier wird ? nach kurzer Beleuchtung ? die Biophotonenemission pflanzlicher oder tierischer Proben gemessen, und so deren Lichtspeicherfähigkeit untersucht.
B. KÖHLER zeigte, dass sich Dotter von Hühnereiern aus verschiedenen Haltungsformen in ihrer Biophotonenemission unterscheiden [Der Einfluss von Haltung, Fütterung und Beleuchtung auf die Biophotonenemission (delayed luminescence) sowie herkömmliche Qualitätsparameter von Hühnereiern. Dissertation, Universität Kassel, Verlag KWALIS GmbH, Dipperz, 2001]. Unter standardisierten Versuchsbedingungen wirkten sich Sonnenlicht, tageslichtähnliche Stallbeleuchtung und Grünfutter positiv auf die Biophotonenemission von Dottern aus.
In der vorliegenden Studie wurde auf Praxisebene (d.h. unter nicht-standardisierten Bedingungen) untersucht, ob die Biophotonenemission als Prüfkriterium für Bio-Eier geeignet ist. Von Juli 2005 bis November 2006 wurde eine Datenbank mit handelsüblichen Konsumeiern aus den Produktionsformen Käfig-, Boden-, Freiland- und Bio-Haltung sowie aus kleinbäuerlicher Erzeugung erstellt (ca. 900 Eier). So sollte zunächst geklärt werden, wie groß die Unterschiede der Biophotonenemissionen von Dottern auf Praxisebene sind. Im zweiten Projekt, einer Langzeitbeobachtung, wurde die Stabilität der Biophotonenwerte eines Produktionsbetriebes im jahreszeitlichen Verlauf überprüft. Ab Mai 2006 wurden ein Jahr lang monatlich Eierproben von 12 Legehennenställen mittels Biophotonenmethode untersucht (2 Käfig-, 4 Boden-, 2 Freiland-, 4 Bio-Haltungssysteme, ca. 2300 Eier). Ferner wurden klassische Eiqualitätsmerkmale (wie Eigewicht, Bruchfestigkeit der Schale, Eiklarhöhe, Dotterfarbe und -anteil, Fettsäuremuster und Oxidationsneigung) bestimmt und Informationen zu Tieralter, Herdengröße, Art der Stallbeleuchtung, Futterzusammensetzung und Klimaeinflüssen eingeholt, um weiter Aufschluss über Herkunft und Bedeutung der Biophotonenemission bei Eidottern zu erhalten.
Als Biophotonenparameter wurde die 'Nachleuchtintensität' der Eidotter nach optischer Anregung über 30 Sekunden ausgewertet. Sie berechnet sich aus der Summe der Signale in den letzten 40 Sekunden einer ein-minütigen Messung.
Während sich Dotter aus konventionellen Haltungsformen bezüglich der Nachleuchtintensität nur geringfügig unterschieden, hoben sich die Bio-Dotter wie auch diejenigen aus kleinbäuerlicher Haltung in der Regel sehr deutlich durch höhere Messwerte ab.
Die langfristige Untersuchung von Dottern ausgewählter Produktionsbetriebe ergab im Jahresverlauf beachtliche Schwankungen. In den Wintermonaten verringerte sich der Intensitätsunterschied von Dottern aus biologischer und konventioneller Erzeugung.
Auffällig war, dass Dotterproben, welche hohe Biophotonenwerte lieferten, vergleichsweise geringe Gehalte an gesättigten, und hohe Gehalte an mehrfach ungesättigten Fettsäuren aufwiesen. Entsprechende Proben stammten von Betrieben, in denen bewachsene Ausläufe angeboten und/oder Salat, Gemüse bzw. Grünmehl verfüttert wurde. Die Gabe von Grünfutter führt nach KÖHLER zu einer Steigerung der Biophotonenemission, beeinflusst aber gleichzeitig auch das Fettsäuremuster der Eier. Der mögliche Kausalzusammenhang zwischen Grünfutter und Fettsäurezusammensetzung muss weiter untersucht werden.
Abschließend wurde überprüft, ob sich die Biophotonenmethode zum Nachweis von Bio-Qualität bei Eiern eignet. Mittels Diskriminanzanalyse wurde eine Klassifizierung der Eierstichproben in die Kategorien 'Bio' und 'Konventionell' vorgenommen, wobei sich Trefferquoten von gut 70 % ergaben.
Angesichts dessen, dass zur Differenzierung von Eiern aus biologischer und konventioneller Produktion bislang noch kein Prüfsystem zur Verfügung steht, ist dieses Ergebnis sehr interessant. Zudem dürfte sich die Genauigkeit durch Optimierungen in Technik und Methodik der Messung erhöhen lassen. Vorstellbar wäre ein Einsatz der Biophotonenmethode als Screening-Verfahren auf dem Eiermarkt. Auffallend niedrige Biophotonenwerte könnten Anlass sein, die betrieblichen Voraussetzungen zu kontrollieren und mit den Vorgaben des entsprechenden Haltungssystems zu vergleichen.
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Notes
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Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute for Animal Husbandry and Animal Breeding
Examination date
2009-10-21
Supervisor
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Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
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Standardized keywords (GND)
BibTeX
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url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5292},
author = {Egerer, Ulrike},
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school = {Universität Hohenheim},
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