DE10246859A1

DE10246859A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten, industriellen Untersuchen und/oder Klassifizieren von Nahrungsmitteln sowie Nahrungsmittel

Info

Publication number: DE10246859A1
Application number: DE10246859A
Authority: DE
Inventors: Hermann Hohenester; Guenter Krueger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten, industriellen Untersuchen und/oder Klassifizieren von Nahrungsmitteln, beispielsweise Fleisch oder anderen Lebensmitteln, wobei die Nahrungsmittel von mindestens einer Fördereinrichtung zu einem Meßabschnitt gefördert werden, in welchem mindestens ein Teil des Reflexionsspektrums der Nahrungsmittel zur anschließenden Auswertung aufgenommen wird. Gleichfalls betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung mit mindestens einer Fördereinrichtung (2; 2a; 2b; 2c), mindestens einem von der Fördereinrichtung mit den Nahrungsmitteln beschickbaren Meßabschnitt (7; 7a; 7b; 7c) sowie mindestens einer im Meßabschnitt angeordneten Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) zum Messen zumindest eines Teils des optischen Reflexionsspektrums der Nahrungsmittel. Letztendlich ist die Erfindung gerichtet auf ein Nahrungsmittel oder einen Nahrungsmittelbestandteil, welches bzw. welcher mittels einem derartigen Verfahren und/oder mittels einer derartigen Vorrichtung erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatisierten, industriellen Untersuchen und/oder Klassifizieren von Nahrungsmitteln, insbesondere Fleisch oder anderen Lebensmitteln. Ebenso betrifft die Erfindung entsprechend hergestellte bzw. erhaltene Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelfraktionen.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise Fleisch manuell in Stücke unterschiedlicher histologischer Konsistenz und damit Qualität zu sortieren. Die sich hierbei zwangsläufig ergebenden Schwankungen in der Qualität innerhalb der einzelnen Fleischqualitätsstufen bedingen, daß zum einen gesetzlich vorgegebene Richtwerte für die Fettgehalte der Produkte nur ungenau vorherbestimmt und eingehalten werden können. Zum anderen kann eine solche manuelle Sortierung nicht sicherstellen, daß unerwünschte oder die Gesundheit der Verbraucher gefährdende Stoffe und Beimengungen (Risikomaterial, Krankheitserreger, bakterielle Verunreinigungen, farbliche Veränderungen) vorab erkannt und ausgesondert werden können. Diese Manipulationen können vielmehr zur Erhöhung des Kontaminationsrisikos beitragen.
Die herkömmlichen Verfahrensweisen weisen zudem den Nachteil auf, daß Untersuchungen der Produkte nur in Form von Stichproben, meist als Proben aus Mischanlagen, kurz vor Beendigung oder am Ende des Herstellungsprozesses durchgeführt werden. Damit ist keine Prävention im Sinne des vorbeugenden Verbraucherschutzes möglich, um die Zugabe ungeeigneter Rohstoffe zu verhindern oder das Risiko von Kontaminationen durch nachfolgende Handhabungen während der Produktion zu reduzieren.
In der WO 97/26533 ist offenbart, das Verhältnis von Mager- zu Fettanteilen bei Fleischstücken mittels Mikrowellenspektrometrie zu bestimmen. In der US 5,428,657 ist beschrieben, mit Hilfe von Rayleigh- und Compton- Streuung von Röntgenstrahlen unerwünschte Materialstücke in beispielsweise knochenfreiem Schweinefleisch nach Art und Ort zu detektieren. Weiterhin ist aus der WO 00/21376 bekannt, Fleischstücke in Würfel zu schneiden, diese mit optischen Aufnahmegeräten zu erfassen und anschließend zu trennen.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß oftmals keine Differenzierung hinsichtlich verschiedenster Bestandteile möglich ist bzw. die Messungen nicht kontinuierlich übergroße Flächen der Nahrungsmittel möglich sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren bzw. die Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß präziser vermessenes Fleisch bzw. Fleischbestandteile und/oder andere Lebensmittel erhalten werden.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 22 gelöst. Ebenso wird die Aufgabe bei Nahrungsmitteln oder Nahrungsmittelbestandteilen durch die Merkmaie des Anspruchs 40 gelöst.
Unter dem Begriff Nahrungsmittel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Nahrungsstoffe bzw. Nährstoffe und Lebensmittel und/oder deren Bestandteile, wie z. B. Bindegewebe und/oder bindegewebehaltige Gemenge, sowie deren Mischungen zu verstehen. Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin unter dem Begriff Nahrungsmittel ein einziges Nahrungsmittel oder mehrere Nahrungsmittel zu verstehen, die im letzteren Fall zusammen verarbeitet werden. Weiterhin beinhaltet der Begriff Nahrungsmittel nicht nur Lebensmittel, sondern auch Futtermittel.
Im Prinzip ist es bekannt, Reflexionsspektren von verschiedensten Materialien aufzunehmen. Bisher ist es jedoch nicht bekannt, Nahrungsmittel mittels eines derartigen Verfahrens während der industriellen Verarbeitung unter maschineller Anförderung zu vermessen. Gemäß der Erfindung werden die Nahrungsmittel anhand von Reflexionsspektren untersucht und klassifiziert. Im Falle von Fleisch können anhand der Spektralcharakteristik beispielsweise verschiedene Bestandteile wie Bindegewebe, Muskel, Knochen, fette und magere Bestandteile, Nervengewebe, Lymphknoten, Speck erkannt werden - auch in verschiedenen Helligkeitsstufen. Durch eine derartige, ungemein vielseitige Erkennung ist es möglich, nachfolgend die Fleischstücke zu zerschneiden und entsprechend ihrer Bestandteile zu separieren und anschließend zu sortieren. Ggf. können die Fleischstücke auch entsprechend der Analyseergebnisse in unterschiedlich große Stücke zerteilt werden, um auf diese Weise eine maximale Trennung der unterschiedlichen Bestandteile zu erreichen. Ebenso ist es möglich, einzelne Fleischstücke - ohne vorherige Zerkleinerung - entsprechend der Klassifizierung auszusondern bzw. zu sortieren.
Als Nahrungsmittel kommen demgemäß insbesondere Fleisch verschiedenster Vorbereitungs- und Zerkleinerungsstufen, aber auch schüttfähige oder fließfähige Nahrungsmittel in Betracht. Hierzu zählen beispielsweise Getreidekörner, Reis, Kaffee, Gemüsefrüchte (z. B. Erbsen) oder Gemenge von beispielsweise Brot, Teigen, Joghurt oder ähnlichen Gemengen unterschiedlicher Nahrungsmittel.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Nahrungsmittel vorzugsweise mit Licht des sichtbaren Spektrums und/oder des ultravioletten Wellenlängenbereichs (UV) - ggf. auch allein oder zusätzlich mit infrarotem Licht (IR) - zu bestrahlen und mittels eines Empfängers mit mindestens einem Farbsensor deren Reflexionsspektrum zu messen. Für eine präzisere Klassifizierung bzw. Untersuchung werden bevorzugt mehrere Farbsensoren mit Empfindlichkeiten in verschiedenen Wellenlängenbereichen eingesetzt, die vorteilhafterweise in einem Meßgehäuse angeordnet sind.
Vorzugsweise wird weißes Licht auf die Nahrungsmittel eingestrahlt. Als Farbsensoren werden mit Vorteil Photodektoren verwendet, denen Filter mit Durchlaßempfindlichkeiten beispielsweise im roten, grünen bzw. blauen Spektralbereich vorgeschaltet sind. Der Meßbereich liegt vorteilhafterweise zwischen 190 nm und 2400 nm und in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 400 nm und 700 nm. Auch kleinere Wellenlängen als 400 nm sind möglich (UV- bzw. naher UV-Bereich). Mittels einer solchen Sensoranordnung, die sich die mit Hilfe der Farbfiltercharakteristik bewerteten Reflexionsspektren zu Nutze macht, lassen sich beispielsweise Gewebetypen oder Gewebezusammensetzungen von Fleischstücken präzise erkennen.
Bei der Auswertung kann das aufgenommene. Gesamtspektrum mit den einzelnen Sensorcharakteristiken korreliert werden, um aus dem gesamten Spektrum für jeden der Farbsensoren ein Teilspektrum zu erhalten. Anhand dieser Teilspektren bzw. Einzelkurvenverläufe können genauere Aussagen zur Differenzierbarkeit der einzelnen Nahrungsmittelbestandteile getroffen werden. Bei einem Einsatz von drei Farbsensoren können somit jeweils drei einzelne Spektralbereiche zur Bestimmung der Bestandteile herangezogen werden.
Vorzugsweise erfaßt jeder Sensor in seinem jeweiligen Spektralbereich die Signalintensität integral, d. h. die Fläche unter der Meßkurve jedes Farbsensors. Die Unterscheidbarkeit der verschiedenen Nahrungsmittel-Bestandteile ist am besten, wenn die Bestandteile in jedem vermessenen Spektralbereich eine eigene spektrale Charakteristik aufweisen. Es kann aber auch die Unterscheidbarkeit in einem einzigen Spektralbereich für eine sichere Bestimmung ausreichen.
Neben den genannten Flächenmessungen lassen sich noch weitere Kriterien für die Bestimmung bestimmter Bestandteile der zu untersuchenden Nahrungsmittel anhand des aufgenommenen Gesamtspektrums aufstellen. Zu diesen gehören insbesondere lokale Minima oder Maxima im Funktionsverlauf, wenn die gemessene Intensität gegen die Wellenlänge aufgetragen wird. Weiterhin kann der Verlauf eines Teils oder der gesamten, normierten Spektrumskurve charakteristisch sein.
Unter Umständen lassen sich genauere Ergebnisse erzielen, wenn sehr schmalbandige Filter in denjenigen Spektralbereichen eingesetzt werden, in denen die zu untersuchenden Bestandteile relativ stark voneinander abweichende Intensitäten zeigen. Auf diese Weise ist es - unter Umständen sogar mit einem einzigen Filter - möglich, ohne größeren Rechenaufwand Bestandteile präzise zu unterscheiden. Es muß also nicht jeweils das gesamte Reflexionsspektrum vermessen werden; es genügt u. U. die Messung eines oder mehrerer kleiner Ausschnitte.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Darstellung bzw. Gesamtoffenbarung von der Messung von Reflexionsspektren die Rede ist, ist hiermit auch jeweils die Messung von lediglich Teilen bzw. Ausschnitten dieser Spektren gemeint und umfaßt.
Bei den Messungen der Reflexionsspektren werden die zu untersuchenden Nahrungsmittel vorzugsweise direkt gegen eine Glasfläche aus Quarz oder einem anderen Material gepreßt, hinter der die Lichtquelle und die Farbsensoren angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise unerwünschte Einflüsse von Lichtbrechung an Umgebungsgasen oder Flüssigkeiten, Absorptionen o. ä. ausschalten.
Die Ortsauflösung bei den Messungen wird zweckmäßigerweise groß gewählt, um z. B. auch kleinere Ansammlungen von Risikomaterial zu erfassen. Es bietet sich hierzu an, die Geschwindigkeit des Nahrungsmittelflusses durch den Meßabschnitt den Meßbedingungen entsprechend anzupassen.
Falls die Nahrungsmittel eine bestimmte Zeit, beispielsweise einige Sekunden, in dem Meßabschnitt verbleiben müssen, können sie auch quasi- kontinuierlich gefördert werden, d. h. mit kurzer Unterbrechung.
Der Meßabschnitt kann entweder offen oder geschlossen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Messungen auf einem Förderband vorgenommen werden oder in einer Meßkammer. Falls eine geschlossene Meßkammer verwendet wird, können die Nahrungsmittel diese vollständig ausfüllen, um die Anwesenheit von Gasen und/oder Flüssigkeiten auszuschließen. Hierzu werden die Nahrungsmittel beispielsweise komprimiert und hierbei insbesondere Gas aus Zwischenräumen nach außen gepreßt, das dann vorzugsweise abgesaugt wird. Die Komprimierung bzw. das Ineinanderschieben der Nahrungsmittel hängt selbstverständlich von deren Konsistenz ab.
Die Bestimmungssicherheit kann durch Kombination mit Messungen und Analysen mit bisher üblichen, aber auch mittels neuer sog. In-Line-Analyse- Verfahren gesteigert werden, wobei diese beispielsweise auf der Verwendung von Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Ultraschall, Magnetresonanz, Elektronen-Magnetresonanz oder sonstiger geeigneter Technik basieren. Auch induktive, konduktive und kapazitive Meßmethoden sind mit Vorteil anwendbar. Alternativ können andere geeignete physikalische, chemische und/oder biochemische Meß- und Analysemethoden eingesetzt werden, welche im erfindungsgemäßen Verfahren zur Analyse und zum In-Line-Scanning und somit insbesondere für die Steuerung und Absonderung unerwünschter Produktanteile verwendet werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Messungen der Reflexionsspektren mit Ultraschall-Messungen oder Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsmessungen kombiniert, um evtl. Ungenauigkeiten des jeweils anderen Meßverfahrens ausgleichen zu können. Konduktive bzw. Leitfähigkeitsmessungen oder auch induktive Messungen sind insbesondere imstande, Aussagen über Feuchtigkeitsgehalt und Feuchtigkeitsverteilung, insbesondere von Wasser, in und um die Nahrungsmittel zu liefern.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Messungen nicht am vollständigen Produktstrom durchgeführt, sondern nur an einem aus diesem Hauptstrom abgezweigten Teil. Diese sog. Bypass- Messungen dienen hierbei weniger einer Sortierung einzelner Nahrungsmittelbestandteile, sondern eher einer näherungsweisen Bestimmung prozentualer Anteile in den Nahrungsmitteln, beispielsweise von Fett und Magerfleisch.
Die mindestens eine Fördereinrichtung übernimmt vorzugsweise sowohl den Transport dieses zweckmäßigerweise relativ kleinen Nahrungsmittelanteils zu dem Meßabschnitt als auch die Förderung des Hauptstroms. Beispielsweise kann ein Schneckenförderer, der vor der zum Meßabschnitt führenden Abzweigung beginnt und an der Abzweigung vorbeiführt, einen Teil der Nahrungsmittel in diesen Seitenarm bis zum Meßabschnitt schieben. Falls es notwendig ist, daß das Meßgut während der Messung eine bestimmte Zeit unbewegt bleiben muß, können ein oder mehrere Ventile vor dem Meßabschnitt angeordnet sein.
Auch ist es möglich, daß die Fördereinrichtung die Nahrungsmittel in einen Mischabschnitt - z. B. eine Mischkammer - fördert, aus welcher der zu vermessende Teilproduktstrom z. B. mittels eines Saugkolbens in einen separaten Meßabschnitt abgezweigt wird. Nach der Messung wird der Teilproduktstrom wieder in den Mischabschnitt oder in einem sich an diesen anschließenden Förderabschnitt eingeleitet und mit dem Hauptproduktstrom vermengt. Dieses Vorgehen stellt ebenfalls eine Bypass-Messung dar.
Mittels eines Saugkolbens oder einer ähnlichen Saugeinrichtung kann auch lediglich ein Teil der Nahrungsmittel aus der Mischkammer (oder auch einer Zerkleinerungskammer) herausgesogen werden, woraufhin anschließend der herausgesogene Anteil vermessen und wieder auf gleichem Weg in die Mischkammer bzw. die Zerkleinerungskammer zurückgepreßt wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Meßeinheit auch direkt an einem Gehäuse einer Mischanlage oder einer Zerkleinerungseinrichtung, beispielsweise einem Cutter, angeordnet sein, um Licht auf die darin befindlichen Nahrungsmittel zu strahlen und deren Reflexionsspektren zu messen. Hierzu weist die Gehäuse- bzw. Behälterwand der Mischanlage oder der Zerkleinerungseinrichtung bevorzugt ein Glasfenster aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material auf, durch das die einfallenden und vorzugsweise auch die reflektierten Lichtstrahlen fallen. Das Glasfenster kann auch im Boden des Behälters angeordnet sein. Der Behälter kann drehbar ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich drehen sich die Misch- oder Schneidwerkzeuge im Behälter.
Für eine Analyse der Meßwerte zum Zwecke der anteilsmäßigen Zuordnung der Nahrungsmittel zu bestimmten Qualitäten oder Kategorien werden die Meßwerte - ggf. nach geeigneter Signal- bzw Datenaufbereitung, insbesondere Analog-zu-Digital-Konvertierung - bevorzugt von einem Computer anhand von geeigneten Algorithmen mit Referenzwerten bzw. Referenzkurven verglichen, die zuvor in einem elektronischen Speicher abgelegt wurden. Hierbei können Reflexions-Meßwerte, die beispielsweise bei Messungen einzelner Fleisch- bzw. Lebensmittelbestandteile mittels UV- Licht und sichtbarem Licht erhalten wurden, mit Sollwerten verglichen werden, welche der Reflexion einer Fleischfraktion mit einem vorgegebenen Anteil einer bestimmten histologischen Komponente (z. B. Nervengewebe) entsprechen. Der Computer kann dann einem Stellglied aufgrund der festgestellten Abweichungen den Befehl geben, beispielsweise kontaminiertes Material im Anschluß an den Meßabschnitt über eine Auswurföffnung auszuwerfen. Normales bzw. unproblematisches Material kann auf dem normalen Förderweg weitergeführt werden. Somit können ungewünschte Produktfraktionen gezielt und sicher mit Hilfe von Aussondereinheiten - wie der genannten Auswurföffnung - ausgesondert werden.
Dementsprechend ist ein Vorteil der Erfindung, daß beispielsweise größere und/oder kleinere Fleischstücke oder Gemenge oder auch Einzelstücke weitestgehend schon vor einer weiteren maschinellen und automatischen Zerkleinerung schnell, genau, kostengünstig und kontinuierlich auf unerwünschte Beimengungen und Risikomaterial untersucht werden können, ohne diese vorab - wie bisher - in kleinere Stücke aufzutrennen. Somit kann die Gefahr von Kontaminationen mit unerwünschten Fleisch- und Lebensmittelbestandteilen vom Beginn der Produktion an bis zum Ende der Aufbereitung der Lebensmittel-Rohstoffe verkleinert bzw. ganz vermieden werden. Die Sicherheit der Produktion und der Lebensmittel ist damit von Anfang an bedeutend besser und einfacher zu gewährleisten als bisher.
Die mindestens eine Fördereinrichtung, welche die Nahrungsmittel vorzugsweise kontinuierlich fördert, ist zweckmäßigerweise den speziellen Anforderungen angepaßt. Es kann hierzu beispielsweise eine Schnecken- Fördereinrichtung eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich wird eine Vakuum-Fördereinrichtung verwendet. Auch kann mit Vorteil eine Pumpenvorrichtung verwendet werden, die beispielsweise als Flügelzellen- Fördereinrichtung ausgebildet ist. Diese kann einzeln oder in Kombination mit mindestens einer anderen geeigneten Fördereinrichtung, beispielsweise einer Vakuum-Fördereinrichtung, eingesetzt werden. Die Aufzählung der genannten Fördereinrichtungen ist nicht abschließend. Auch jede andere geeignete Fördereinrichtung zum zumindest streckenweisen Transport des Produkts in den Meßabschnitt ist anwendbar, beispielsweise eine Saugeinrichtung, eine Rütteleinrichtung oder ein Förderband.
Vorteilhafterweise können demnach Nahrungsmittel lose auf einem Förderband liegend zum Meßabschnitt transportiert und dort vermessen werden. Alternativ können die Nahrungsmittel in Behältern, beispielsweise Kisten, abgelegt werden, um die Behälter zum Meßabschnitt zu transportieren. In einer weiteren Alternative werden die Nahrungsmittel in Röhren befördert und entweder in den Röhren oder in einer speziellen Meßkammer vermessen (im Hauptstrom oder in einem Bypass).
Die Meßeinheit kann derart ausgebildet sein, daß sie über - oder unter - dem Meßgut hin- und herbewegbar ist, beispielsweise in Form eines Portals, um auf diese Weise die dann zweckmäßigerweise ruhenden oder auch bewegten Nahrungsmittel zu scannen bzw. zu vermessen. Alternativ ist die Meßeinheit stationär ausgebildet und die Nahrungsmittel werden kontinuierlich oder diskontinuierlich angefördert.
Bevorzugt werden eine oder mehrere Sortierungen in verschiedenen parallelen und/oder aufeinanderfolgenden Produktionsschritten vorgenommen. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen können hierbei jeweils - ggf. mit geeigneten Modifikationen entsprechend der jeweiligen Größe und/oder Konsistenz und/oder Zusammensetzung der Nahrungsmittel der einzelnen Produktionsstufen - eingesetzt werden. Es werden demnach bevorzugt in verschiedenen Produktionsebenen eine oder mehrere vorbestimmte physikalische, chemische und/oder biochemische Größen gemessen, analysiert und vorteilhafterweise Aussortierungen bzw. Zuordnungen vorgenommen, um die gewünschten Endfraktionen zu erhalten.
Dies kann beispielsweise im Fall von zu verarbeitendem Fleisch dadurch geschehen, daß nach einem Schneiden der größeren Fleischstücke in Scheiben in weiteren Verfahrensstufen beispielsweise die ausgestoßenen und ggf. zerkleinerten Fleischstücke in einem Flow-Freezer konditioniert (d. h. vereinzelt) und einem vertikal verlaufenden Kanal, einer Rinne, einem Transportband oder einer sonstigen Fördereinrichtung zugeführt werden, welche die Fleischstücke nacheinander durchlaufen bzw. von dieser befördert werden. Während dieses Stadiums oder im freien Fall wird vorteilhafterweise mindestens eine Meßgröße der Fleischstücke gemessen und einer Sortiervorrichtung - beispielsweise einer Ausblasdüse - über eine Steuereinheit der Befehl gegeben, bei einem Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts die entsprechenden Fleischstücke aus der Führvorrichtung bzw. Fall-Linie zu entfernen, beispielsweise auszublasen. Die genannten Messungen werden vorteilhafterweise unter dem erfindungsgemäßen Einsatz der Reflexionsspektrenvermessung durchgeführt.
Bevorzugt werden in einer zusätzlichen Verfahrensstufe die in den vorhergehenden, oben beschriebenen Stufen aussortierten Fleischstück- Mischfraktionen - bestehend beispielsweise aus Magerfleisch, Fett und Bindegewebe - weiter aufgearbeitet. Hier findet vorteilhafterweise in einem zusätzlichen Sieb-Press-Verfahrenschritt eine weitere Auftrennung in weitestgehend reingewebliche Magerfleisch-Pellets und Fett-Pellets sowie ggf. kleinere Bindegewebe-Partikel Anwendung. Gleichzeitig werden vorteilhafterweise größere Bindegewebestückchen vor dem nachfolgenden Sortierschritt abgeführt und die verbleibenden Fleischstücke in eine erste Fraktion mit fast ausschließlich Magerfleischpellets und eine zweite Fraktion mit fast ausschließlich Fettpellets sowie ggf. in eine dritte Fraktion mit Risikomaterial sortiert. Auch bei dieser Verfahrensstufe kann vorteilhafterweise ein In-Line- Scanning unter erfindungsgemäßem Einsatz der Reflexionsspektrenmessungen für die Steuerung der Rezepturen über die Sortiervorrichtung nachgeschaltet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein gravimetrisches Meßverfahren, d. h. Schwerkraftsichtungsverfahren, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren kann beispielsweise mit Vorteil eingesetzt werden, wenn Fleisch in Würfel geschnitten wird und diese auf einem Förderband unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermessen und nach vorgegebenen Parametern in eine magere oder fette Fraktion und eine übrige gemischte Fraktion aussortiert werden. Die gemischte Fraktion kann dann in dieser zusätzlichen Verfahrensstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens - wie oben beschrieben - in eine Fraktion mit fast ausschließlich Magerfleischpartikel und eine zweite Fraktion mit fast ausschließlich Fettpartikeln sowie gesondert abgetrennten harten Bindegewebepartikeln und/oder Risikomaterialpartikel weiter aufgetrennt werden.
In einer weiteren zusätzlichen Verfahrensstufe können die in den vorhergehenden Verfahrensstufen aussortierten Fettgewebe- und/oder Bindegewebe- Partikel in eine im wesentlichen aus Proteinen bestehende Fraktion (mit eventuellen Fettanteilen) und eine im wesentlichen aus Fett bestehende Fraktion (mit eventuellen Proteinanteilen) nach bekannter Art aufgetrennt werden.
Die oben beschriebenen Aspekte der Erfindung sowie die zugehörigen speziellen Ausführungsformen lassen sich zu mehreren aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen kombinieren, so daß beispielsweise die erwähnten scheibenartig geschnittenen Produkte nach dem Auftrennen in einem Würfelschneider bzw. die bereits in dem Fleischwolfwürfelartig geschnittenen Partikel optisch gesichtet werden und nachfolgend Mischfraktionen aus dieser Sortierung eine weitere Sortierung erfahren. Dies kann mittels einer Sieb- Press-Vorrichtung und anschließender optischer oder Schwerkraft- Sortierung, sowie einer nachfolgenden Fettabtrennung in einem flüchtigen Lösungsmittel erfolgen.
Teil der Erfindung sind zudem die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Nahrungsmittel bzw. Nahrungsmittelbestandteile, die insbesondere von den zerkleinerten und sortierten Fraktionen gebildet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung hinsichtlich des Verfahrens und der Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein umlaufendes Förderband 2 dargestellt, auf dem Fleischscheiben oder Fleischstücke bzw. -teile N abgelegt sind. Im Falle von Scheiben sind diese vorzugsweise mittels eines vorhergehenden automatischen Schneidprozesses in einem Scheibenschneider geschnitten und - ebenfalls automatisch - auf das Förderband 2 einlagig abgelegt worden. Das Förderband 2 übergreifend ist ein portalähnliches Gerüst 6 angeordnet, welches entweder in Richtung des Doppelpfeiles 16 entlang dem Förderband 2 verfahrbar ausgebildet (beispielsweise auf nicht dargestellten Schienen) oder stationär angeordnet ist.
An der Unterseite des Querbalkens des Gerüsts 6 ist eine Meßeinheit 10 angebracht, die eine Lichtquelle 8 umfaßt, welche auf die relativ zum Gerüst 6 beweglichen Nahrungsmittel N gerichtet ist. Weiterhin umfaßt die Meßeinheit 10, welche die von den Nahrungsmitteln bzw. deren Oberfläche reflektierte Strahlung, d. h. das Reflexionsspektrum, empfängt (eingestrahltes und reflektiertes Licht sind als gestrichelter Pfeil dargestellt). Der Empfänger 9 umfaßt bevorzugt mehrere Farbsensoren mit vorzugsweise vorgeschalteten Farbfiltern. Der Durchlaßbereich der Farbfilter kann variieren. In einer vorteilhaften Variante liegen die Durchlaßbereiche im blauen, grünen bzw. roten Wellenlängenbereich und spannen hierbei beispielsweise jeweils einen Bereich von 20-100 nm auf. In einer anderen Variante sind die Farbfilter wesentlich schmalbandiger und sind vorzugsweise insbesondere im Bereich von relativen Extrema, d. h. Minima und Maxima, des Reflexionsspektrums durchlässig, da dadurch in einigen Fällen die Meßgenauigkeit bzw. die Bestimmungssicherheit gesteigert werden kann.
Die Meßsignale der gemessenen Reflexionsspektren bzw. Abschnitte davon werden zu einem Rechner 11 geleitet und ggf. auf einem optionalen Bildschirm 12 dargestellt (in Fig. 1 angedeutet). Nach Digitalisierung sind die Meßsignale vom Rechner 11 weiterverarbeitbar. Beispielsweise werden die Spektren mit vorher abgespeicherten Referenzkurven oder Teilen davon verglichen, die charakteristisch für verschiedene Gewebe oder Fleischbestandteile - wie Knochen, Nervengewebe, Magerfleisch, Speck, Knorpel, Muskel, Schwarte o. ä. - sind. Dementsprechend können dann nicht weiter dargestellte Sortiereinrichtungen angesteuert werden.
In Fig. 1 ist eine Aussondereinheit dargestellt, die einen vom Rechner 11 ansteuerbaren Motor 14 und eine mit diesem verbundene Schubstange 15 aufweist. Wird ein auszusonderndes Fleischstück N erkannt, wird der Motor 14 angesteuert, der die Schubstange soweit vor bewegt, daß das Fleischstück seitwärts vom Förderband 2 gestoßen wird und z. B. in einen entsprechend aufgestellten, nicht dargestellten Auffangbehälter fällt.
Es sind eine Vielzahl von verschiedenen Aussondereinrichtungen einsetzbar, beispielsweise Greifer, Ausblasdüsen (bei entsprechend kleinen Nahrungsmittelstücken) usw..
Wenn das Gerüst 6 gemäß der Fig. 1 entlang des Förderbandes 2 beweglich ausgebildet ist, wird der Meßabschnitt 7 von dem Verfahrweg des Gerüsts 6 definiert. Wenn das Gerüst 6 hingegen stationär angeordnet ist, wird der Meßabschnitt dementsprechend von der Erfassungsbreite der Meßeinheit 10 vorgegeben.
Anstelle einer losen Auflage der Fleischstücke N oder anderer Nahrungsmittel auf einem Förderband können die Nahrungsmittel auch in Kisten oder anderen Behältern relativ zu der mindestens einen Meßeinheit bewegt werden, beispielsweise ebenfalls mit einem Förderband.
In der Fig. 2 ist eine Mischanlage 30 schematisch dargestellt, die über eine Zuleitung 33 gespeist wird, welche ihrerseits mit Nahrungsmitteln N₁ und N₂ (beispielsweise Fleischstücke oder anderen Nahrungsmitteln) über Zuleitungen 31 bzw. 32 beschickt wird. In der Zuleitung 32 ist ein schematisch angedeuteter Schneckenförderer 2a angeordnet. Weiterhin ist eine Meßeinheit 10a an der Zuleitung 32 vorgesehen, die wiederum eine Lichtquelle 8a und einen Empfänger 9a zur Messung von Reflexionsspektren der Nahrungsmittel N₁ in einem Meßabschnitt 7a umfaßt. Das Licht wird auf die Nahrungsmittel N₁ vorzugsweise durch ein Glasfenster in der Zuleitung (aus beispielsweise Quarz) eingestrahlt und gelangt vorzugsweise durch dasselbe Fenster zum Empfänger 9a.
Eine Fördereinrichtung zur Anförderung der Nahrungsmittel N₂ ist nicht näher dargestellt.
In der Mischanlage 30 werden die Nahrungsmittel N₁, N₂ mit einem Rührer 34 (oder einem Paddel, einer Spirale o. ä.) durchmischt, wobei der Rührer 34 nur schematisch dargestellt ist. Vom Mischraum zweigt eine Nebenleitung 35 zu einem als Meßkammer ausgebildeten Meßabschnitt 7b ab, wobei Nahrungsmittel N aus dem Mischraum mittels eines Saugkolbens 2b (Bewegungsrichtung mit Doppelpfeil angedeutet) zu dieser Meßkammer 7b transportiert bzw. gesaugt und dort vermessen werden. Die Meßkammer 7b kann besaugt sein, um nahrungsmittelfremde Gase und/oder Flüssigkeiten zu entfernen. Nahrungsmittelfremde Gase und/oder Flüssigkeiten können auch schon in der Mischanlage 30 oder in den Zuleitungen 31, 32 bzw. 33 oder vorher entfernt werden.
An der äußeren Gehäusewand der Meßkammer 7b ist eine weitere Meßeinheit 10b mit Lichtquelle 8b und Empfänger 9b zur Messung von Reflexionsspektren der Nahrungsmittel N angeordnet. Aufbau und Funktionsweise können den Meßeinheiten 10 bzw. 10a entsprechen.
Nach Vermessung werden die Nahrungsmittel N wieder dem Hauptproduktstrom (s. Pfeil 38) zugeführt, der mit einem optionalen Stellventil 37 geregelt werden kann. Es ist auch möglich, derartige Ventile vor oder nach der Meßkammer 7b anzuordnen.
Eine weitere Möglichkeit zur Messung von Reflexionsspektren ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mischanlage 30 dargestellt. Hier wird ebenfalls mit einem Saugkolben 2c oder einer anderen Saugeinrichtung ein Teil der Nahrungsmittel N aus dem Mischraum in einen Meßabschnitt 7c gesaugt, dort mittels einer Meßeinheit 10c - wiederum umfassend eine Lichtquelle 8c und einen Empfänger 9c - bezüglich der Reflexionsspektren vermessen.
Rechner 11 und Stelleinheiten 14, 15 (s. Fig. 1) sind in Fig. 2 nicht explizit dargestellt. Aussondereinheiten und/oder Sortiereinrichtungen sind jedoch bevorzugt nachzuschalten, die anhand der jeweiligen Analyseergebnisse ansteuerbar sind.
Die Meßeinheiten 10 sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, so daß auch die Lichtquellen und die Empfänger in diesem Gehäuse angeordnet sind.
Zuleitungen, die zu einer separaten Meßkammer zur Durchführung von Bypass-Messungen führen, können auch von einer Förderstrecke für einen Hauptproduktstrom abzweigen.
Die Meßeinheiten zur Messung der Reflexionsspektren können um weitere Meßeinheiten, die in demselben oder einem anderen Gehäuse angeordnet und in letzterem Fall vorteilhafterweise in deren unmittelbarer Nähe angeordnet sind, ergänzt werden. Beispielsweise können zusätzlich Widerstands- bzw. Leitfähigkeitsmessungen zur Bestimmung des Feuchtegehalts und/oder der Feuchteverteilung, insbesondere von Wasser, in den Nahrungsmitteln vorgenommen werden.

Claims

1. Verfahren zum automatisierten, industriellen Untersuchen und/oder Klassifizieren von Nahrungsmitteln, beispielsweise Fleisch oder anderen Lebensmitteln, wobei die Nahrungsmittel von mindestens einer Fördereinrichtung zu einem Meßabschnitt gefördert werden, in welchem mindestens ein Teil des Reflexionsspektrums der Nahrungsmittel zur anschließenden Auswertung aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen des mindestens einen Reflexionsspektrums mit Hilfe von einem oder mehreren Farbsensoren mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten durchgeführt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen integral und ortsaufgelöst durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechnerische Analyse der aufgenommenen Reflexionsspektren mindestens hinsichtlich Teilabschnitten des Kurvenverlaufs, beispielsweise hinsichtlich relativer Extrema (Minima und/oder Maxima), vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel während der Vermessung in direktem Kontakt mit einer Glasscheibe stehen, hinter der die Optik der Meßeinheit zur Messung der Reflexionsspektren angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Reflexionsspektren-Messungen mit anderen Meßverfahren kombiniert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Messungen nach einer oder mehrerer der folgenden Prinzipien durchgeführt werden: mittels elektromagnetischer Wellen (Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Infrarotlicht, UV-Licht), Magnetresonanz, Elektronen- Magnetresonanz, Ultraschall, optoelektronisch, induktiv, kapazitiv, chemisch, biochemisch.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Nahrungsmittel aus dem Produktstrom abgezweigt und zu dem mindestens einen Meßabschnitt gefördert wird (Bypass-Messungen).

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse automatisch mittels eines Rechners mit in einem elektronischen Speicher hinterlegten Referenzwerten verglichen werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel bei der Messung und Analyse anteilsmäßig entsprechend vorgegebener Kriterien bestimmten Qualitäten zugeordnet werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Nahrungsmittelanteile, die bei der Messung und Analyse zum Aussondern erkannt wurden, von mindestens einer entsprechend angesteuerten Aussondereinheit aus dem übrigen Produktstrom ausgesondert werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung zum und/oder von dem mindestens einen Meßabschnitt mittels einer oder mehrerer der folgenden Fördereinrichtungen durchgeführt wird: Schneckenförderer, im Vakuum fördernde Fördereinrichtung, Pumpen-Fördereinrichtung, Flügelzellen- Fördereinrichtung, Rütteleinrichtung, Saugeinrichtung, Förderband.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel auf einem Förderband liegend gefördert und dort vermessen werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel in Behältern, beispielsweise Kisten, befördert und dort vermessen werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel durch Röhren gefördert und dort vermessen werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel im wesentlichen kontinuierlich zum Meßabschnitt gefördert werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelanteile vor oder nach Passieren des mindestens einen Meßabschnitts in einer oder mehreren Verfahrensebenen mindestens einmalig in kleinere Stücke zerkleinert und/oder konditioniert und/oder sortiert werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahrungsmittel vor und/oder nach Passieren des Meßabschnitts mit anderen Nahrungsmitteln vermischt werden.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fleisch oder Fleischanteile, die durch ein- oder mehrmalige Zerkleinerung erhalten werden, in eine fettreiche Fraktion, eine fettarme Fraktion und/oder eine Mischfraktion sowie in eine bindegewebereiche Fraktion mit möglichen Magerfleisch- und/oder Fettanteilen sortiert werden.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Nahrungsmittel vermessen werden: Fleisch und/oder schütt- und/oder fließfähige Nahrungsmittel (z. B. Reis, Getreidekörner, Kaffeebohnen, Hülsenfrüchte).

22. Vorrichtung zum automatisierten, industriellen Untersuchen und/oder Klassifizieren von Nahrungsmitteln, beispielsweise Fleisch oder Lebensmitteln, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Fördereinrichtung (2; 2a; 2b; 2c), mindestens einem von der Fördereinrichtung mit den Nahrungsmitteln (N) beschickbaren Meßabschnitt (7; 7a; 7b; 7c) sowie mindestens einer im Meßabschnitt angeordneten Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) zum Messen zumindest eines Teils des optischen Reflexionsspektrums der Nahrungsmittel (N).

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) mindestens einer Lichtquelle (8; 8a; 8b; 8c) zum Aussenden von Licht sowie Empfänger (9; 9a; 9b; 9c) mit mindestens einem Farbsensor zur Messung des Reflexionsspektrums der Nahrungsmittel (N) umfaßt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Farbsensoren vorgesehen sind, deren spektrale Empfindlichkeit im wesentlichen im blauen, grünen bzw. roten Wellenlängenbereich liegen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß den Farbsensoren Farbfilter mit schmalbandigem Durchlaßbereich vorgesetzt sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich zwischen 190 nm und 2400 nm liegt.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich zwischen 400 nm und 700 nm liegt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) im Förderweg oder am Ende des Förderwegs der Fördereinrichtung (2; 2a; 2b; 2c) angeordnet ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßabschnitt (7; 7a; 7b; 7c) offen oder geschlossen ausgebildet ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) außerhalb des hauptsächlichen Produktstroms der Nahrungsmittel (N) angeordnet ist und ein Teil der Nahrungsmittel zu der mindestens einen Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) abzweigbar ist (Bypass-Messungen).

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) oder eine zusätzliche Meßeinheit zusätzlich zur Messung nach mindestens einem der folgenden Prinzipien ausgebildet ist: Messung mittels elektromagnetischer Wellen (Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Infrarotlicht, sichtbares Licht, UV- Licht), Magnetresonanz, Elektronen-Magnetresonanz, Ultraschall, optoelektronisch, induktiv, kapazitiv, chemisch, biochemisch.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) mindestens einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger umfaßt.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, gekennzeichnet durch eine Analyseeinheit (11) zur Auswertung der Meßergebnisse, insbesondere zum rechnergestützten Vergleichen der Meßergebnisse mit Referenzwerten.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (2; 2a; 2b; 2c) einen Schneckenförderer (2a), eine im Vakuum fördernde Fördereinrichtung, eine Pumpen- Fördereinrichtung, eine Flügelzellen-Fördereinrichtung, eine Saugeinrichtung, ein Förderband und/oder eine Rütteleinrichtung umfaßt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) relativ zu den Nahrungsmitteln (N) beweglich ausgebildet ist, beispielsweise über die zu vermessenden Nahrungsmittel (N) entlang einer Meßstrecke.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zerkleinerungs- und/oder eine Mischeinrichtung (30) der Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) vor- oder nachgeschaltet ist, oder daß die Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) in den Innenraum einer Zerkleinerungs- und/oder Mischeinrichtung (30) gerichtet ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 36, gekennzeichnet durch mindestens eine Aussondereinheit (14, 15), die der mindestens einen Meßeinheit (10; 10a; 10b; 10c) nachgeordnet ist, zum Aussondern von bei der Messung und Analyse zur Aussonderung erkannten Nahrungsmittelanteilen oder Beimengungen.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch mindestens eine Konditioniereinrichtung für die zerkleinerten Stücke sowie mindestens eine Sortiereinrichtung zur Sortierung der zerkleinerten Stücke.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortiereinrichtung anhand der Analyseergebnisse ansteuerbar ausgebildet ist.

40. Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelbestandteil, dadurch gekennzeichnet, daß es mittels einem Verfahren und/oder mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten wird.