DE10158115A1

DE10158115A1 - Three dimensional structures, eg logos, are formed in foods by irradiating the surface of the foods with a laser

Info

Publication number: DE10158115A1
Application number: DE10158115A
Authority: DE
Inventors: Gerda Siggelkow; Felix Becker
Original assignee: P A T GES ZUR FOERDERUNG INNOV
Current assignee: SIGGELKOW, GERDA, 24960 GLÜCKSBURG, DE
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-05

Abstract

A process for forming a three dimensional structure in foods, comprises choosing a laser frequency according to the food and the desired taste effect, and then irradiating the surface at specific points, by either moving the laser or the substrate. Two lasers are focussed on a particular point at a specific angle.

Description

In der heutigen Zeit des Massenkonsums der verschiedensten Waren ist es für ein Unternehmen lebensnotwendig einen besonderen Stellenwert im Bewusstsein des Konsumenten zu haben und zu erhalten. In today's era of mass consumption of various goods, it is for one A vitally important company in the awareness of the company To have and to maintain consumers.

Ganz besonders gilt dies für leicht verwechselbare Produkte der Lebensmittelindustrie wie täglich gebrauchte Artikel des Bäckerhandwerks, von Fleischereibetrieben oder von Molkereiprodukten. This particularly applies to easily confusable products from Food industry such as daily bakery items, from Butchers or dairy products.

Deshalb wurden in der Vergangenheit schon einige Verfahren entwickelt Lebensmittel auf besondere Weise zu kennzeichnen und somit für den Verbraucher unverwechselbar zu machen. For this reason, some processes have been developed in the past To label food in a special way and thus for the consumer to make it distinctive.

So ist aus der DE 195 04 709 A1 ein Verfahren bekannt, Wurstscheiben mit einem Farbmuster aus zugelassenen geschmacksneutralen Lebensmittelfarben zu bedrucken. A method is known from DE 195 04 709 A1, sausage slices with a Color samples from approved tasteless food colors print.

Aus der DE 38 36 821 A1 ist es bekannt, das zu behandelnde Lebensmittel einem Laserstrahl auszusetzen, dessen Strahlungseigenschaften derart wählbar und steuerbar sind, dass eine örtliche Erwärmung des zu behandelnden Lebensmittels erreicht wird und die Erwärmung des zu behandelnden Lebensmittels auf die unmittelbare Nachbarschaft des Aufprallflecks begrenzt wird. Die Größe des Aufprallflecks des Laserstrahls beträgt hierbei 1 bis 20 mm. Die eigentliche Kontur der aufzubringenden Kennzeichnung wird hierbei durch das Zwischenlegen von maskenartigen Abdeckungen und der Überlagerung mehrerer großflächiger Aufprallflecken des Laserstrahls erreicht. From DE 38 36 821 A1 it is known to treat the food to be treated Suspend laser beam, the radiation properties of which are selectable and are controllable that local warming of the food to be treated is reached and the heating of the food to be treated on the immediate vicinity of the impact spot is limited. The size of the The impact spot of the laser beam is 1 to 20 mm. The actual contour the label to be affixed is interposed by mask-like covers and the overlay of several large areas Impact spots of the laser beam reached.

Das Verfahren nach der DE 38 36 821 A1 ist zwar fortschrittlicher als das Verfahren nach der DE 195 04 709 A1, aber mit dem dort verwendeten Verfahren lassen sich keine Massengüter im erforderlichen Zeitrahmen kennzeichnen. Eine gewünschte dreidimensionale Ausgestaltung und eine dem jeweiligen zu kennzeichnenden Produkt gerecht werdende Behandlung ist hiermit nicht zu erreichen. The method according to DE 38 36 821 A1 is more advanced than the method according to DE 195 04 709 A1, but with the method used there do not label bulk goods in the required time frame. A desired one three-dimensional design and one to be marked for each Treatment that does justice to the product cannot be achieved with this.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Lebensmittel die in großen Stückzahlen hergestellt werden ein dreidimensionales Firmenlogo oder dergl. einzuprägen unter besonderer Berücksichtigung der jeweiligen Materialeigenschaften. The invention is therefore based on the object of specifying a method with which it is possible to use foods that are produced in large quantities three-dimensional company logo or the like Consideration of the respective material properties.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1. This object is achieved with a method according to claim 1.

Wichtige Randbedingungen für einen optimalen Einsatz eines Lasers sind eine Anpassung der Leistungs- und Energiedichte des Lichts an die thermischen Eigenschaften des Lebensmittels sowie die Benutzung einer Wellenlänge die von dem zu ablatierenden Material absorbiert wird. Important boundary conditions for an optimal use of a laser are one Adaptation of the power and energy density of light to the thermal Properties of the food as well as the use of a wavelength of the material to be ablated is absorbed.

Hierbei ist im Einzelfall zu entscheiden ob die Oberflächenstruktur des zu behandelnden Lebensmittels sowie das erwartete Erscheinungsbild des Firmenlogos es zulassen, dass der Laser Schmelzvorgänge verursacht, wie es z. B. eher bei der Bearbeitung von Käse geschehen kann, oder ob die Oberflächenstruktur eher eine Laser-Ablation erfordert. Unter Laser-Ablation wird herbei die laserinduzierte Abtragung von Substratmaterial verstanden, wobei der Begriff Substrat für alle Materialien dient, die einer Laserbehandlung ausgesetzt werden. It must be decided in individual cases whether the surface structure of the treating food as well as the expected appearance of the company logo allow the laser to cause melting, as e.g. B. rather at the Processing of cheese can happen, or whether the surface structure is more of a Laser ablation is required. Laser ablation is the laser-induced one Removal of substrate material understood, the term substrate for everyone Used materials that are exposed to laser treatment.

Sollte es sich bei dem Substrat um eine brotähnliche Struktur handeln, z. B. ein Brötchen, ist als Voruntersuchung zu klären in welchem Bereich sich die zu erwartende Härte der Brotkruste bewegt und in welchem Bereich die zu erwartende Helligkeit der Oberfläche variiert. Des weiteren wird durch die Dicke der Kruste die Schrifttiefe oder die Tiefe der beabsichtigten Kennzeichnung festgelegt. Denn es ist ersichtlich, dass die Eindringtiefe des Laserstrahls geringer sein muss als die Dicke der Brotkruste, da sonst der Laserstrahl zu weit in den Brotteig eindringt und im Falle einer Kennzeichnung, die von einem geschlossenen Kurvenzug begrenzt wird, sich die Kennzeichnung herauslösen kann. If the substrate is a bread-like structure, e.g. B. a Bun, is to be clarified as a preliminary examination in which area it is expected hardness of the bread crust moves and in which area the expected Surface brightness varies. Furthermore, the thickness of the crust Font depth or the depth of the intended marking. Because it is it can be seen that the penetration depth of the laser beam must be less than the thickness the bread crust, otherwise the laser beam penetrates too far into the bread dough and in case a marking that is delimited by a closed curve can remove the label.

Auch bei dezidiert ablaufenden Backvorgängen, bei denen die Zuteilung sämtlicher Backzutaten rechnergesteuert erfolgt und die Mischung und Ausformung der einzelnen Teigportionen einstellbar automatisch von Rühr- und Knetmaschinen erledigt wird, ergeben sich Unregemäßigkeiten in der Teigzusammensetzung. Hinzu kommen Unregelmäßigkeiten im Backvorgang da auch auf Großblechen und in Industrieöfen keine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet ist. Das bedeutet, dass bei jedem Brötchen mit einer unterschiedlichen Krustendicke zu rechnen ist, die noch dazu über die zu bearbeitende Fläche hin variiert. Even in the case of dedicated baking processes, in which the allocation of all Baking ingredients are computer controlled and the mixing and shaping of the individual dough portions can be set automatically by mixing and kneading machines is done, there are irregularities in the dough composition. in addition there are irregularities in the baking process also on large trays and in No uniform temperature distribution is guaranteed for industrial furnaces. The means that with each bun with a different crust thickness too is to be expected, which also varies over the area to be worked.

Es ist somit angebracht, im Laufe der Kennzeichnung einer größeren Anzahl einzelner Brötchen entweder Stichproben zu machen oder, wenn die Laufgeschwindigkeit der Backstraße diese zulässt, bei jedem Brötchen eine laserinduzierte Messung der Krustendicke vorzunehmen. In diesem Zusammenhang ist der lasertechnische Begriff der "Irradianz" relevant, das bedeutet die vom Laser aufgebrachte Leistung pro Flächeneinheit. Denn das Überschreiten einer bestimmten Leistung pro Fläche führt oftmals zu irreversiblen bzw. unerwünschten Änderungen der Oberflächen - Struktur. Wichtig ist außerdem beim Einsatz von gepulsten Lasern die Unterscheidung zwischen der mittleren Leistung pro Flächeneinheit (W/cm²) und der Pulsleistung pro Flächeneinheit (J/cm²). It is therefore appropriate to either carry out random checks in the course of marking a larger number of individual rolls or, if the running speed of the baking line allows this, to carry out a laser-induced measurement of the crust thickness for each roll. In this context, the laser technology term "Irradianz" is relevant, which means the power applied by the laser per unit area. Because exceeding a certain output per surface often leads to irreversible or undesirable changes in the surface structure. It is also important when using pulsed lasers to differentiate between the average power per unit area (W / cm ² ) and the pulse power per unit area (J / cm ² ).

Experimentell werden die Lochtiefen für die Bestrahlung mit einer bestimmten Irradianz meist dadurch bestimmt, dass die betreffende zu untersuchende Stelle so lange bestrahlt wird, bis sich das Ätzloch durch das untersuchte Material, in diesem Fall die Krustendicke, gebohrt hat. Aus der Anzahl der dafür notwendigen Laser- Pulse wird die Ätzrate pro Puls bestimmt. Alternativ kann nach einer gewissen Anzahl von Laserschüssen die Ätztiefe mittels eines Profilometers oder einer mikroskopischen Aufnahme bestimmt werden. Zur Bestimmung der notwendigen Leistung des verwendeten Lasersystems kann somit aus der Anzahl der für die Durchlöcherung der Brotkruste benötigten Pulse und der Pulsleistung pro Flächeneinheit (J/cm²). auf die benötigte Irradianz geschlossen werden. Hierbei kann sich auch herausstellen, dass die Irradianz des experimentell verwendeten Lasers so groß ist, dass schon ein Puls die Kruste durchbohrt. In diesem Fall ist, falls die Irradianz sich nicht verringern lässt, ein schwächerer Laser zu verwenden. Es versteht sich von selbst, dass dieser ermittelte Grenzwert der Irradianz unterschritten werden muss, um hinsichtlich der erzielten Tiefe der einzuprägenden Kennung auf der sicheren Seite zu sein. The depths of the holes for the irradiation with a certain irradiance are usually determined experimentally by irradiating the site in question until the etching hole has drilled through the material under investigation, in this case the crust thickness. The etching rate per pulse is determined from the number of laser pulses required for this. Alternatively, after a certain number of laser shots, the etching depth can be determined using a profilometer or a microscopic image. To determine the necessary power of the laser system used, the number of pulses required for perforating the bread crust and the pulse power per unit area (J / cm ² ) can be used. the irradiance required. It can also turn out that the irradiance of the experimentally used laser is so great that just one pulse pierces the crust. In this case, if the irradiance cannot be reduced, use a weaker laser. It goes without saying that the irradiancy limit determined must be undercut in order to be on the safe side with regard to the depth of the identifier to be imprinted.

Der nach dem obigen Verfahren ermittelte Grenzwert der Irradianz ist auch der Richtwert für die benötigte Laser-Leistung zur Durchführung der beabsichtigten Kennung. The limit value of the irradiance determined according to the above method is also the Guide value for the laser power required to carry out the intended ID.

Zur Einprägung dreidimensionaler Strukturen kommen zwei Laserstrahlen zur Anwendung. Beide Laserstrahlen stehen in einem bestimmten Winkel zueinander, der sich auch zur Erzielung besonderer Effekte, sogar während des Prägevorgangs ändern kann. In der Regel beträgt dieser Winkel 45 Grad. Two laser beams are used to impress three-dimensional structures Application. Both laser beams are at a certain angle to each other, which can also be used to achieve special effects, even during the embossing process can change. As a rule, this angle is 45 degrees.

Es besteht die Möglichkeit für jeden Strahl einen eigenen Laser zu verwenden oder einen Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufzuspalten, die mittels zweier Mikroskop- Objektive auf einen gemeinsamen Punkt auf einem Substrat fokussiert werden. Bewegt man nun das Substrat dreidimensional bildet sich eine dreidimensionale Struktur entlang der von dem gemeinsamen Fokus gewählten Bahn der einzuprägenden Kennung. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Leistung der beiden Teilstrahlen so gering gehalten wird, dass nur beide Teilstrahlen gemeinsam den Grenzwert der nach dem obigen Verfahren ermittelten Irradianz erreichen. It is possible to use a separate laser for each beam or split a laser beam into two partial beams, which are Lenses are focused on a common point on a substrate. If you move the substrate three-dimensionally, a three-dimensional one is formed Structure along the path chosen by the common focus identifier to be memorized. It is important to ensure that the performance of the two Partial beams is kept so low that only the two partial beams together Reach limit of irradiance determined using the above procedure.

Es versteht sich, dass das zu bearbeitende Substrat, z. B. das Brötchen während der Bearbeitung räumlich fest angeordnet ist, während der Fokus der beiden Laserstrahlen einer räumlichen Kontur folgt. Es ist aber auch möglich den Fokus fest zu lassen und das Substrat sich räumlich bewegen zu lassen. It is understood that the substrate to be processed, e.g. B. the bun during the Editing is spatially fixed while the focus of the two Laser beams follow a spatial contour. But it is also possible to keep the focus fixed to let and the substrate move spatially.

Die Steuerung der betreffenden Kontur erfolgt dann mittels herkömmlicher rechentechnischer Maßnahmen. The contour in question is then controlled by means of a conventional one computational measures.

Für alle diese Vorgänge wird vorausgesetzt, dass die Fläche des Substrats mehr oder weniger eben ist, wie es z. B. auf der Unterseite eines durch das ebene Backblech vorgeformten Brötchens der Fall ist. Es ist aber prinzipiell auch möglich auf eine gleichmäßig gekrümmte Fläche eine Prägung aufzubringen, wie sie z. B. auf der Seitenfläche oder der Oberseite eines Brötchens anzutreffen sind. Zu diesem Zweck müssen die geometrischen Verhältnisse einer solchen gekrümmten Fläche dem Rechenprogramm der Steuerungselektronik vorher bekannt sein. Es lässt sich die Lage und die Geometrie einer solchen gekrümmten Fläche jedoch nur näherungsweise durch einfache optische Abtastung gewinnen. Deshalb sind für diese Fälle, vor allem wegen der zu erwartenden Exemplarstreuung keine so guten Prägungsergebnisse zu erwarten. Jedoch kann dieser Tendenz durch die Beschränkung auf kleinere Flächen entgegen gewirkt werden. For all of these operations, it is assumed that the area of the substrate is more or less flat, as it is e.g. B. on the underside of one through the plane Baking tray preformed bun is the case. In principle, however, it is also possible to apply an embossing to a uniformly curved surface, as z. B. on the side or top of a bun. To this The geometric relationships of such a curved surface must be used be known beforehand to the control electronics computer program. It can be the position and the geometry of such a curved surface, however, only approximately by simple optical scanning. That is why for these cases are not so good, especially because of the expected specimen distribution Stamping results to be expected. However, this tendency can be explained by the Restriction to smaller areas can be counteracted.

Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch bei der Einprägung dreidimensionaler Strukturen in Lebensmittel aus dem Molkerei- oder Fleischerbereich. Hier werden sich jedoch wegen der gänzlich anderen thermischen Leitfähigkeit andere Werte für die benötigte Irradianz ergeben. Similar relationships also arise with the three-dimensional embossing Structures in food from the dairy or butcher sector. Be here However, due to the completely different thermal conductivity, different values for the required irradiance.

Für den oben geschilderten Fall der Kennzeichnung von Brötchen bietet sich die Bearbeitung in einer Laser-Anlage nach dem Verlassen des Backbleches an. Zu diesem Zeitpunkt kann nämlich, noch vor der Verteilung an die einzelnen Firmen bzw. Filialen, eine anwenderspezifische Kennzeichnung erfolgen. Da zu diesem Zeitpunkt die Brötchen noch eine bestimmte Temperatur, das heißt auch eine bestimmte Restfeuchte, aufweisen, sind die Vorversuche zur Ermittlung der Irradianz auch mit Brötchen in diesem Zustand zu machen. Findet die Prägung zu einem späteren Zeitpunkt statt, sind die entsprechenden Messwerte auf diesen späteren Zeitpunkt zu beziehen. In the case of the labeling of rolls described above, the Processing in a laser system after leaving the baking sheet. To at this point in time, even before the distribution to the individual companies branches, a user-specific labeling. Because of this When the rolls are still at a certain temperature, that is also a temperature have certain residual moisture, are the preliminary tests to determine the irradiance to make even with bread rolls in this condition. Find the imprint on one later, the corresponding measured values are based on this later Time to relate.

Es ist auch denkbar, die Prägung zum Zeitpunkt der Auslieferung zu den einzelnen Filialen im LkW vorzunehmen, was jedoch besondere Investitionen im jeweiligen LkW erfordert. It is also conceivable to emboss the individual at the time of delivery To make branches in the truck, which, however, requires special investments in the respective Truck required.

Leichter realisierbar sind dagegen Prägungsanlagen in den jeweiligen Filialen bzw. Firmen, da hier mehr Platz und auch Zeit zur Durchführung der Prägung vorhanden ist. In contrast, embossing systems in the respective branches or Companies, because there is more space and time to carry out the embossing is.

Unabhängig von dem eigentlichen Prägungsvorgang ist zu untersuchen, inwieweit sich die Prägung auf den Geschmack der jeweiligen Lebensmittel auswirkt. In Anbetracht der komplexen Verhältnisse in der Lebensmittelchemie ist es durchaus denkbar, dass die Wahl einer bestimmten Laserfrequenz geschmacklich eine besondere Wirkung entfaltet. Dieser Gedanke liegt insofern nahe, als z. B.. aus der Laser- Medizin bekannt ist, dass das gezielte Beeinflussen von Gewebe dadurch erreicht wird, dass in dieses Gewebe bestimmte Stoffe injiziert werden, die laserinduzierte Photoreaktionen im erwünschten Bereich hervorrufen. Das bedeutet, dass manche chemischen organischen Verbindungen laserinduzierte Photoreaktionen zeigen und andere wiederum nicht. Regardless of the actual stamping process, it must be examined to what extent the embossing affects the taste of the respective food. In Given the complex relationships in food chemistry, it is quite conceivable that the choice of a certain laser frequency tastes a has a special effect. This idea is obvious in that z. B .. from the Laser medicine is known to target tissue in this way What is achieved is that certain substances that are injected into this tissue cause laser-induced photo reactions in the desired range. That means, that some chemical organic compounds were laser-induced Show photo reactions and others do not.

Eine ähnliche Auswirkung auf den Geschmack des jeweiligen Substrats können, anstelle eines kontinuierlichen Laserbetriebs, Laserimpulse haben. Hier können die Pulsdauer als auch die Frequenz des Lasers verändert werden um erwünschte geschmackliche oder dekorative Wirkungen hervorzurufen. A similar effect on the taste of the respective substrate can instead of continuous laser operation, have laser pulses. Here you can Pulse duration as well as the frequency of the laser can be changed to desired produce taste or decorative effects.

Es kann anstelle eines komplizierten Firmenlogos auch eine einfachere, jedoch an einprägsamer Stelle platzierte Struktur in Form bestimmter geometrischer Figuren eine eindrucksvolle Firmenidentifikation hervorrufen. Beispielsweise könnte die punktweise Einprägung eines gleichseitigen Dreiecks an der Oberseite eines Brötchens eine solche Identifikation hervorrufen. Für diesen Zweck würde auch die einfache Anordnung dreier Eckpunkte genügen. Instead of a complicated company logo, it can also be a simpler one, however memorable place placed structure in the form of certain geometric figures evoke an impressive company identification. For example, the punctiform embossing of an equilateral triangle on the top of a Cause such identification. For this purpose, the simple arrangement of three corner points are sufficient.

Claims

1. Method for embossing three-dimensional structures in food, characterized by the following features:

a) the laser frequency suitable for the food in question (or the substrate) and the desired taste effect is selected,

b) the power required for the intended impression per unit area is determined by means of selective laser impacts (Irradianz)

c) either the substrate or the laser system is spatially fixed,

d) the intended structure is embossed by means of two laser beams focused on one point and arranged at a certain angle, in that either the laser beams or the substrate are guided in a spatially computer-controlled manner in accordance with the desired impression

2. The method according to claim 2, characterized in that the power of the two beams in total is that for the intended impression required performance per unit area does not exceed

3. The method according to claim 3, characterized in that that the two laser beams from two different lasers be formed or from two partial beams of a laser be formed.

4. The method according to claim 3, characterized in that it is either with continuously guided laser beams and / or in pulse mode with constant or variable pulse duration he follows.

5. The method according to claim 4, characterized in that when embossed on curved surfaces, the position and the geometric configuration of these surfaces individually or determined across the board and into the computer-controlled control of the two Laser beams are included

6. The method according to claim 5, characterized in that the moisture content and the temperature of the substrate in the Embossing process are taken into account.

7. The method according to claim 6, characterized in that that the process is used in large-scale plants.

8. The method according to claim 7, characterized in that that the process is designed so that it can also be Transport can be done in a truck

9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it can cope with smaller quantities in branches or smaller ones Companies.