DE202023000435U1 - Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on frozen meat with a color sensor - Google Patents

Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on frozen meat with a color sensor Download PDF

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Abstract

Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor (2) bestehend aus einer Weißlichtquelle, faseroptischen Übertragungsleitungen (3), einer faseroptischen Messsonde (7) mit einem Messkopf (1) der Einrichtungen zum Aussenden und Empfangen von Licht umfasst sowie einem Farbsensor (2) zur Lichtdetektion und einem Computer (4) zur Auswertung der Messdaten und Bestimmung der Farbdaten der Fleischprobe (6) dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (1) wenigstens eine Beleuchtungsfaser (3.1.1) zur Beleuchtung der tiefgefrorenen Fleischprobe (6) und wenigstens eine Detektionsfaser (3.2.1) zur Detektion der Probenremission enthält, wobei die der Probenoberfläche zugewandten Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern in der Endfläche (1.2) des Messkopfes (1) voneinander derart beabstandet angeordnet sind, dass bei einem definierten Messabstand (1.1) zwischen Messkopf (1) und Probe (6), der von dem Aperturwinkel der Beleuchtungs- und Detektionsfasern sowie von Abstand zwischen den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern in der Endfläche (1.2) des Masskopfes abhängt, kein von der Probenoberfläche diffus oder gerichtet reflektiertes Licht sondern nur im Probenvolumen mehrfach gestreutes Licht (5) durch die Detektionsfasern zum Farbsensor (2) geleitet wird, wobei der definierte Messabstand (1.1) durch einen mechanischen Abstandshalter (1.3) fixiert oder durch eine Vorrichtung zur Abstandsmessung kontrolliert wird und eine Messung des von der Probe remittieren Lichtes nur dann ausgelöst wird, wenn der definierte Messabstand eingehalten wird.

Figure DE202023000435U1_0000
Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat with a color sensor (2) consisting of a white light source, fiber optic transmission lines (3), a fiber optic measuring probe (7) with a measuring head (1) and the devices for emitting and receiving light and a color sensor (2) for light detection and a computer (4) for evaluating the measurement data and determining the color data of the meat sample (6), characterized in that the measuring head (1) has at least one lighting fiber (3.1.1) for illuminating the deep-frozen meat sample (6) and contains at least one detection fiber (3.2.1) for detecting the sample remission, the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers facing the sample surface being arranged at a distance from one another in the end surface (1.2) of the measuring head (1) in such a way that at a defined measuring distance (1.1) between measuring head (1) and sample (6), which depends on the aperture angle of the illumination and detection fibers and on the distance between the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers in the end face (1.2) of the measuring head , no light reflected diffusely or directed from the sample surface but only light (5) scattered several times in the sample volume is conducted through the detection fibers to the color sensor (2), with the defined measuring distance (1.1) being fixed by a mechanical spacer (1.3) or by a device is checked for distance measurement and a measurement of the light remitted by the sample is only triggered if the defined measurement distance is maintained.
Figure DE202023000435U1_0000

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Messtechnik und betrifft eine Anordnung bestehend aus einer faseroptischen Messsonde und einem Farbsensor zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit Hilfe von sichtbarem weißen Licht, wobei das von der Probe zurückgestreute Licht mit dem Farbsensor analysiert wird und die faseroptische Sonde sowohl das Beleuchtungslicht als auch das von der Probe zurückgestreute Licht leitet. Die Erfindung soll insbesondere bei Verarbeitern von tiefgefrorenem Fleisch (Gastronomie, Fleischereien) aber auch bei Lieferanten, Transportdienstleistern und Lebensmittelhändlern Verwendung finden.The invention is in the field of optical measurement technology and relates to an arrangement consisting of a fiber-optic measuring probe and a color sensor for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat using visible white light, with the light scattered back from the sample being analyzed using the color sensor and the fiber optic probe guides both the illuminating light and the light scattered back from the sample. The invention is to be used in particular by processors of deep-frozen meat (catering, butcher shops) but also by suppliers, transport service providers and food retailers.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Der Pro-Kopf-Verbrauch von Tiefkühlkost bei deutschen Konsumenten lag im Jahr 2021 bei insgesamt 46,1 Kilogramm [Statista GmbH, https://de.statista.com /statistik/daten/studie/37571 /umfrage/pro-kopf-verbrauch-von-tiefkuehlkost]. Alle Tiefkühlprodukte, die dem Verbraucher angeboten werden, haben eine Temperaturgeschichte entsprechend der durchlaufenen Tiefkühlkette. Die maßgeblichen Rechtsvorschriften schreiben verschiedene Maßnahmen zur Einhaltung der Produktqualität von Tiefkühlprodukten vor. Zum Nachweis der Einhaltung der Kühlkette sind die Lebensmittelunternehmen verschiedenen Nachweis- und Dokumentationspflichten unterworfen. Dennoch kommt es besonders bei Fleisch häufig zum Problem des so genannten Gefrierbrandes. Hierbei handelt es sich um eine Denaturierung von Muskelzellen bzw. Proteinen, die aus einer irreversiblen Dehydratisierung des Gewebes resultiert. Der Prozess tritt an tiefgefrorenen Produkten auf, bei denen das im Gewebe vorhandene Wasser aufgrund von kurzfristigen Temperaturerhöhungen und defekten, nicht luftdichten Verpackungen sublimiert. Damit wird ein Kältetrocknungsprozess ausgelöst. Besonders häufig sind randnahe, oberflächliche Gewebeschichten davon betroffen, die im aufgetauten Zustand eine harte, trockene Struktur annehmen und Farbveränderungen zeigen. Auch das typische Fleischaroma verliert sich. Solche Veränderungen können nicht rückgängig gemacht werden und wandern bei fortschreiten der Schädigung mehrere Millimeter in die Tiefe.The per capita consumption of frozen food among German consumers in 2021 was 46.1 kilograms [Statista GmbH, https://de.statista.com /statista/statistics/studie/37571/umfrage/per-kopf-verbrauch -from-frozen food]. All frozen products offered to the consumer have a temperature history corresponding to the frozen chain it has passed through. The relevant legislation prescribes various measures to maintain the product quality of frozen products. To prove compliance with the cold chain, food companies are subject to various verification and documentation requirements. Nevertheless, the problem of so-called freezer burn often occurs, especially with meat. This is a denaturation of muscle cells or proteins resulting from irreversible dehydration of the tissue. The process occurs on frozen products where the water present in the tissue sublimes due to short-term increases in temperature and defective packaging that is not airtight. This triggers a cold drying process. Surface layers of tissue close to the edge are particularly frequently affected, as they take on a hard, dry structure and show color changes when thawed. The typical meat flavor is also lost. Such changes cannot be reversed and migrate several millimeters in depth as the damage progresses.

Grundsätzlich ist frisches tiefgefrorenes Fleisch eher satt rot-rosa gefärbt. Je mehr das Fleisch von Gefrierbrand betroffen ist, desto großflächiger und gräulicher wird seine Verfärbung. Kaess & Weidemann zeigten durch histologische Untersuchungen, dass sich in gefrierbrandgeschädigtem Fleisch durch Sublimation von Eiskristallen Hohlräume gebildet hatten [G. Kaess, F.J. Weidemann, Freezer Burn of Animal Tissue. 7. Temperature Influence on Development of Freezer Burn in Liver and Muscle Tissue. J Food Science (1969), 34, 394-397]. Das ist für die optische Gefrierbranddetektion von Interesse, da die Hohlräume einfallendes Licht diffus streuen und das Fleisch heller erscheinen lassen als intaktes, ungeschädigtes Fleisch. Allerdings ist nicht jede Farbveränderung gleichbedeutend mit dem Vorliegen von Gefrierbrand, weil auch andere Effekte, etwa die Fleischalterung oder Fetteinlagerungen, Farbänderungen hervorrufen können.In general, fresh, deep-frozen meat tends to have a rich red-pink colour. The more the meat is affected by freezer burn, the more extensive and grayer its discoloration becomes. Kaess & Weidemann showed through histological investigations that in meat damaged by freezer burn cavities had formed as a result of sublimation of ice crystals [G. Kaess, F.J. Weidemann, Freezer Burn of Animal Tissue. 7. Temperature Influence on Development of Freezer Burn in Liver and Muscle Tissue. J Food Science (1969), 34 , 394-397]. This is of interest for optical freezer burn detection, since the cavities diffusely scatter incident light and make the meat appear lighter than intact, undamaged meat. However, not every color change is synonymous with the presence of freezer burn, because other effects, such as meat aging or fat deposits, can also cause color changes.

Gefrierbrand gehört zu den am häufigsten zu beobachtenden Mängeln bei tiefgefrorenem Geflügel und ist als potenzielle Gefahr für die Lebensmittelsicherheit anzusehen. Luftsauerstoff und der kurzzeitige Auftaueffekt können bewirken, dass sich im Fleisch vorhandene Keime exponentiell vermehren. Für Verarbeiter von Tiefkühlfleisch aber auch für Lieferanten, Transportdienstleiter und Lebensmittelhändler ist es zur Sicherstellung der vorgeschriebenen Produktqualität sowie aus Gewährleistungs- und Haftungsgründen von großer Bedeutung, dass gelieferte, tiefgefrorene Ware in einwandfreiem Zustand, mithin frei von Gefrierbrand ist. Die Qualitätssicherung erfolgt in der Praxis derzeit fast ausschließlich durch ungenaue, stichprobenartige Sichtprüfungen. Wegen der zunehmenden wirtschaftlichen Bedeutung der Qualität und der Lebensmittelsicherheit besteht daher bei Fleischereien, Lebensmittelhändlern, Transportdienstleistern sowie in der Gastronomie Bedarf an einem objektiven, sicheren und schnellen Detektionsverfahren für Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch.Freezer burn is one of the most common defects seen in frozen poultry and is considered a potential food safety hazard. Atmospheric oxygen and the brief thawing effect can cause germs in the meat to multiply exponentially. For processors of frozen meat, but also for suppliers, transport service providers and food retailers, it is of great importance to ensure the prescribed product quality and for warranty and liability reasons that the deep-frozen goods delivered are in perfect condition, i.e. free of freezer burn. In practice, quality assurance is currently carried out almost exclusively by imprecise, random visual inspections. Due to the increasing economic importance of quality and food safety, there is a need for an objective, safe and fast detection method for freezer burn on deep-frozen meat in butcher shops, food retailers, transport service providers and in the catering trade.

Stand der TechnikState of the art

Derzeit ist Gefrierbrand ausschließlich im aufgetauten Zustand mit der erforderlichen Sicherheit nachweisbar. Die Fleischqualität im tiefgefrorenen Zustand kann nicht mit hinreichender Genauigkeit beurteilt werden. Es sind bisher keine Messtechniken oder sonstige Anordnungen bekannt, die Gefrierbrand an gefrorenem Fleisch detektieren. Aus dem Stand der Technik sind Nachweismethoden zur Bestimmung der Fleischfrische bekannt, die sich jedoch ausschließlich auf den aufgetauten Zustand beziehen. Die Frische und Qualität von Schlachtfleisch wird durch eine Vielzahl von Parametern determiniert. Dabei spielt nicht nur die Herkunft und Lebendverfassung der Tiere eine Rolle, sondern auch die Heterogenität der Muskelfaserstruktur (Quer- und Längsstreifung) und die Nähe von Muskelfleisch zu Knorpel und Knochen. Die postmortem einsetzenden autolytischen und proteolytischen Prozesse stehen unmittelbar in Zusammenhang mit den Lagerungsbedingungen. Weiterhin können mikrobiologische Degradationsprozesse eine Bestimmung des Schlachtzeitpunktes und damit der Frische erschweren. Der komplexe Aufbau von Muskelgewebe setzt eine sichere Kenntnis der Anatomie voraus, um eine korrekte Probenbewertung durchführen zu können. Eine Recherche zu zum Teil seit Jahrzehnten etablierten Methoden offenbart eine breite Basis von grundlegenden veterinärmedizinischen und lebensmittelhygienischen Untersuchungsverfahren zur Einschätzung der Qualität von Schlachtfleisch- und Fleischerzeugnissen. Die Qualitätsprüfung betrifft zunächst subjektive Parameter wie Zartheit, Saftigkeit, Aroma bzw. Geschmack. Der Fachmann bezeichnet diese als sensorische Parameter. Die Durchführung erfordert eine entsprechende langjährige Schulung. Alternativ wird seit Langem versucht, mit Hilfe von physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Parametern die sensorische Qualitätsprüfung zu objektivieren.At present, freezer burn can only be detected with the required level of certainty when it has been thawed. The meat quality in the deep-frozen state cannot be assessed with sufficient accuracy. So far, no measuring techniques or other arrangements are known that detect freezer burn on frozen meat. Detection methods for determining the freshness of meat are known from the prior art, but these relate exclusively to the thawed state. The freshness and quality of slaughtered meat is determined by a large number of parameters. Not only the origin and living condition of the animals play a role, but also the heterogeneity of the muscle fiber structure (transverse and longitudinal striations) and the proximity of muscle meat to cartilage and bone. The postmortem autolytic and proteolytic processes are directly related to the storage conditions. Furthermore, microbiological degradation processes can be a determination the time of slaughter and thus the freshness more difficult. The complex structure of muscle tissue requires a good knowledge of the anatomy in order to be able to carry out a correct sample evaluation. A search for methods, some of which have been established for decades, reveals a broad basis of basic veterinary medical and food hygiene test methods for assessing the quality of slaughtered meat and meat products. The quality check initially concerns subjective parameters such as tenderness, juiciness, aroma and taste. Those skilled in the art refer to these as sensory parameters. The implementation requires a corresponding long-term training. Alternatively, attempts have long been made to objectify sensory quality testing with the help of physical, chemical and microbiological parameters.

Die physikalisch-chemischen Parameter umfassen u.a. die elektrische Leitfähigkeit, die dielektrische Impedanz und den pH-Wert. Für einzelnen Parameter wurden Geräte entwickelt, die sich speziell für lokale Einstichmessungen in Fleischstücken eignen. So beschreibt DE 3814634A1 eine Vorrichtung zur Messung des pH-Wertes im Fleisch und DE 3925331A1 eine Leitfähigkeitsmesssonde für die Qualitätsprüfung. Diese Verfahren sind aber für tiefgekühltes Fleisch (TK-Fleisch) nicht anwendbar. Zudem können die genannten Parameter nur Ausschnitte des komplexen Verderbnisprozesses abbilden. Die Korrelation zwischen der subjektiv eingeschätzten Qualität und den verschiedenen biochemisch-physikalischen Parametern ist mäßig.The physico-chemical parameters include the electrical conductivity, the dielectric impedance and the pH value. Devices have been developed for individual parameters that are particularly suitable for local puncture measurements in pieces of meat. So describes DE 3814634A1 a device for measuring the pH value in meat and DE 3925331A1 a conductivity probe for quality testing. However, these methods cannot be used for deep-frozen meat (frozen meat). In addition, the parameters mentioned can only depict excerpts of the complex spoilage process. The correlation between the subjectively assessed quality and the various biochemical-physical parameters is moderate.

Seit mehr als zehn Jahren wird versucht optisch spektroskopische Methoden (insbesondere Raman-, UV-VIS-, IR- und Fluoreszenzspektroskopie) zu miniaturisieren und zur Qualitätskontrolle von Fleisch einzusetzen [J.-L. Damez, S. Clerjon, Meat quality assessment using biophysical methods related to meat structure. Meat Science (2008), 80 (1), 132-149]. Die Ergebnisse sind vielversprechend, aber bis heute konnte sich kein entsprechendes System am Markt etablieren.For more than ten years, attempts have been made to miniaturize optical spectroscopic methods (especially Raman, UV-VIS, IR and fluorescence spectroscopy) and to use them for quality control of meat [J.-L. Damez, S. Clerjon, Meat quality assessment using biophysical methods related to meat structure. Meat Science (2008), 80(1), 132-149]. The results are promising, but no corresponding system has been able to establish itself on the market to date.

Weiter ist bekannt, dass im Rahmen der Qualitätsbeurteilung von nicht gefrorenem Fleisch die Farbe seit langem als ein Kriterium herangezogen wird [J. C. Wagner, Messung der Farbe als Qualitätsparameter bei Rindfleisch im Hinblick auf die Festlegung von Richtwerten in der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift Lebensmittelhygiene, Dissertation zur Erlangung der tiermedizinischen Doktorwürde der Tierärztlichen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München, 2006]. Die Fleischfarbe wird dabei im Wesentlichen von der Konzentration und vom Zustand des Myoglobins in der Muskulatur bestimmt. Außerdem spielt die Struktur der Muskeloberfläche eine wichtige Rolle bei der Remission von Licht und damit bei der Farbentstehung. Mängel in der Fleischreifung, die zu Fehlfarben führen, sind beispielsweise PSE-Eigenschaften (pale, soft, exsudative), welche sich in extrem heller und blasser Farbe der Muskulatur äußern und vor allem beim Schwein auftreten sowie DFD-Eigenschaften (dry, firm, dark), die zu einer sehr dunklen Farbe der Muskulatur führen und vielfach beim Rind vorkommen.It is also known that color has long been used as a criterion in assessing the quality of non-frozen meat [J. C. Wagner, Measurement of the color as a quality parameter in beef with regard to the determination of reference values in the general administrative regulation for food hygiene, dissertation for obtaining a doctorate in veterinary medicine from the veterinary faculty of the Ludwig-Maximilians-University in Munich, 2006]. The meat color is essentially determined by the concentration and condition of the myoglobin in the muscles. In addition, the structure of the muscle surface plays an important role in the remission of light and thus in color development. Defects in meat maturation that lead to off-colors are, for example, PSE characteristics (pale, soft, exudative), which are expressed in the extremely light and pale color of the muscles and occur primarily in pigs, and DFD characteristics (dry, firm, dark ), which lead to a very dark color of the muscles and often occur in cattle.

Mit Farbmaßzahlen für Farbton und Helligkeit lassen sich Farben in Zahlenwerten ausdrücken und objektiv beschreiben. Bei der Farbmessung ist heute der L*a*b* Farbraum weltweiter Standard. Das L*a*b* Modell, das auch als CIE Lab Modell bezeichnet wird, beschreibt alle wahrnehmbaren Farben, indem es einen dreidimensionalen Farbenraum, bei dem der Helligkeitswert L* senkrecht auf der Farbebene (a*, b*) steht, verwendet. Die Farbachse a* (Rot-Grün-Achse) wird unterteilt in einen grünen (-a*) und einen roten (+a*) Bereich. Die b*-Farbachse (Blau-Gelb-Achse) teilt sich entsprechend in einen blauen (-b*) und einen gelben (+b*) Bereich auf. Durch die Angabe eines Wertetripels (L*, a*, b*) ist es möglich eine Farbe exakt zu beschreiben.Colors can be expressed in numerical values and described objectively with color values for hue and lightness. The L*a*b* color space is now the global standard for color measurement. The L*a*b* model, also known as the CIE Lab model, describes all perceivable colors using a three-dimensional color space in which the lightness value L* is perpendicular to the color plane (a*, b*). The color axis a* (red-green axis) is divided into a green (-a*) and a red (+a*) area. The b* color axis (blue-yellow axis) is divided accordingly into a blue (-b*) and a yellow (+b*) area. By specifying a value triple (L*, a*, b*), it is possible to describe a color exactly.

Technisch werden bei der Farbmessung zwei Verfahren unterschieden: Dreibereichs- und Spektralverfahren. Beim Dreibereichsverfahren werden die Farbmaßzahlen ermittelt, indem Strahlungsempfängern (z.B. Photodioden) Farbfilter (rot, grün, blau) vorgeschaltet werden, durch die ihre spektrale Empfindlichkeit einem standardisierten Beobachter angepasst wird. Beim Spektralverfahren werden die Farbwerte aus der spektralen Remission bestimmt, die im gesamten sichtbaren Spektralbereich mit einem Spektrometer ermittelt wird.Technically, there are two different methods for color measurement: tristimulus and spectral methods. In the three-area method, the color values are determined by placing color filters (red, green, blue) in front of radiation receivers (e.g. photodiodes), through which their spectral sensitivity is adapted to a standardized observer. With the spectral method, the color values are determined from the spectral remission, which is determined with a spectrometer in the entire visible spectral range.

Die Ergebnisse der Farbmessung hängen von der Messgeometrie ab. Unter Messgeometrie versteht man die Winkel, unter denen eine Probe beleuchtet und beobachtet wird. Im Bereich der Farbmessung von intransparenten Lebensmitteln wie Fleisch sind drei entsprechend DIN 5033 genormte Messgeometrien gebräuchlich. Bei der 45°/0° Geometrie erfolgt die Beleuchtung der Probe unter einem Winkel von 45° und der Beobachtungswinkel beträgt 0°, d.h. es wird senkrecht zur Probe gemessen. d/8° bzw. d/0° bezeichnet Anordnungen bei denen die Beleuchtung diffus über eine Ulbricht-Kugel stattfindet und die Detektion des von der Probe zurückgeworfenen Lichtes unter 8° bzw. unter 0° erfolgt. Um Glanzspiegelungen von der Proben-Oberfläche auszuschalten, ist bei Instrumenten mit einer d/8° Geometrie zumeist eine Glanzfalle in die Ulbricht-Kugel eingebaut. Bei geöffneter Glanzfalle, die unter -8° zur Messöffnung angeordnet ist, wird das gerichtet reflektierte Licht eliminiert. In der Praxis können Beleuchtungsrichtung und Betrachtungsrichtung ausgetauscht werden, ohne dass dies einen Einfluss auf das Messergebnis nimmt. So sind d/8° und 8°/d oder 45°/0° und 0°/45° Geometrien gleichwertig.The results of the color measurement depend on the measurement geometry. Measurement geometry is the angle at which a sample is illuminated and observed. In the field of color measurement of non-transparent foods such as meat, three measurement geometries standardized according to DIN 5033 are common. With the 45°/0° geometry, the sample is illuminated at an angle of 45° and the observation angle is 0°, ie the measurement is perpendicular to the sample. d/8° or d/0° designates arrangements in which the illumination takes place diffusely via an integrating sphere and the light reflected from the sample is detected at 8° or under 0°. In order to eliminate specular reflections from the sample surface, instruments with a d/8° geometry usually have a specular trap built into the integrating sphere. When the gloss trap is open and positioned at -8° to the measurement aperture, the directed reflected light is eliminated. In practice, the direction of illumination and the direction of observation can be interchanged without this has an influence on the measurement result. Thus d/8° and 8°/d or 45°/0° and 0°/45° geometries are equivalent.

Außerdem besitzt die Beleuchtung einen wichtigen Einfluss auf die Fleischfarbe. Damit Farbmessungen vergleichbar und wiederholbar sind, muss die Farbmessung mit einer eindeutig definierten Lichtart erfolgen. Durch die CIE sind Lichtarten mit definierter spektraler Verteilung, so genannte Normlichtarten, standardisiert worden. Für die meisten Farbmessungen wird heute die Verwendung der Normlichtart D65 empfohlen. Als Normlichtart D65 (Daylight) ist eine dem mittleren natürlichen Tageslicht entsprechende Lichtart mit einer Farbtemperatur von ca. 6500 K definiert.Lighting also has an important influence on meat color. In order for color measurements to be comparable and repeatable, the color measurement must be carried out with a clearly defined type of light. Light types with a defined spectral distribution, so-called standard light types, have been standardized by the CIE. Today, the use of standard illuminant D65 is recommended for most color measurements. A type of light corresponding to average natural daylight with a color temperature of approx. 6500 K is defined as standard light type D65 (daylight).

In neueren wissenschaftlichen Publikationen, in denen die Fleischfarbe von Bedeutung ist, wird sehr häufig das Minolta Chroma-Meter, Typ CR-100 bis CR-400, verwendet [B. Hulsegge, B. Engel, W. Buist, G. S. M. Merkus, R. E. Klont, Instrumental colour classification of veal carcasses. Meat Science (2002), 57(2), 191-195]. Das Minolta Chroma-Meter ist ein Dreibereichsmessgerät mit einer d/0° Messgeometrie und einer Xenon-Blitzlampe zur Erzeugung der Lichtart D65.In recent scientific publications where meat color is important, the Minolta chroma meter, type CR-100 to CR-400, is used very often [B. Hulsegge, B. Engel, W. Buist, GM Merkus, RE Klont, Instrumental color classification of veal carcasses. Meat Science (2002), 57(2), 191-195]. The Minolta Chroma-Meter is a three-range measuring device with a d/0° measuring geometry and a xenon flash lamp to generate the light type D65.

Eine weitere Möglichkeit zur objektiven Farbmessung ist die Verwendung einer Kamera mit angeschlossenem Computer. Die Kamera nimmt ein Bild der Probe auf und der Computer errechnet die Farbmaßzahlen. Hierbei kann eine größere Fläche erfasst werden und Inhomogenitäten können im Vergleich zu dem Minolta Chroma-Meter besser erkannt werden.Another way to measure color objectively is to use a camera connected to a computer. The camera takes a picture of the sample and the computer calculates the color values. Here, a larger area can be recorded and inhomogeneities can be recognized better compared to the Minolta chroma meter.

Die beschriebenen Messgeräte und Messgeometrien nach dem Stand der Technik sind jedoch ungeeignet um Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit Hilfe einer Farbmessung zu erkennen und hinsichtlich seines Ausmaßes zu bewerten. Das liegt zum einen daran, dass sich auf der Oberfläche der tiefgefrorenen Fleischproben häufig einzelne Eiskristalle, eine Eisschicht, transparente Verpackungsfolie und eventuell eine dünne Wasserschicht befinden. Die Oberfläche von gefrierbrandgeschädigtem Fleisch kann zudem durch Kontakt mit Umgebungsluft und infolge dessen einsetzenden Oxidationsreaktionen atypisch aufgehellt oder verfärbt sein. Dies erschwert und verfälscht die Vermessung von Gefrierbrandschäden mit Hilfe von Farbmessgeräten nach dem Stand der Technik erheblich, da die direkt von der Oberfläche zurückgeworfenen diffusen und gerichteten Reflexe viel leistungsstärker sein können als die eigentlich interessierende Remission aus tieferen Gewebeschichten. Zum anderen geht ein Gefrierbrandschaden bei Fleisch besonders beim Fortschreiten der Schädigung, d.h. der Austrocknung, bis zu mehrere Millimeter unter die Oberfläche. Gefrierbrand ist also kein rein oberflächlicher Effekt. Farbmessgeräte für Lebensmittel nach dem Stand der Technik detektieren jedoch immer diffuse Reflexionen von der Oberfläche mit oder ohne Glanzeinschluss. Zwar werden die Remissionen aus tieferen Gewebeschichten, die den Gefrierbrand und sein Ausmaß charakterisieren, auch gemessen, sie werden aber von den stärkeren gerichteten und diffusen Reflexionen von der Oberfläche überdeckt und sind von diesen nicht mehr trennbar.However, the measuring devices and measuring geometries described according to the prior art are unsuitable for detecting freezer burn on deep-frozen meat using a color measurement and for assessing its extent. On the one hand, this is due to the fact that there are often individual ice crystals, a layer of ice, transparent packaging film and possibly a thin layer of water on the surface of the deep-frozen meat samples. The surface of meat damaged by freezer burn can also be atypically lightened or discolored as a result of contact with ambient air and the resulting oxidation reactions. This considerably complicates and falsifies the measurement of freezer burn damage using color measuring devices according to the prior art, since the diffuse and directed reflections reflected directly from the surface can be much more powerful than the remission from deeper tissue layers that is actually of interest. On the other hand, freezer burn damage to meat goes up to several millimeters below the surface, especially as the damage progresses, i.e. the dehydration. So freezer burn is not just a superficial effect. State-of-the-art color measuring devices for food, however, always detect diffuse reflections from the surface with or without specular inclusions. Although the remissions from deeper tissue layers, which characterize the freezer burn and its extent, are also measured, they are covered by the stronger directional and diffuse reflections from the surface and can no longer be separated from them.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, die bei der Farbmessung an tiefgefrorenem Fleisch sowohl die diffusen als auch die gerichteten Reflexe (Glanz) der Oberfläche unterdrückt, so dass nur die Remissionen aus tieferen Schichten der Probe gemessen werden.The object of the invention is therefore to provide an arrangement that suppresses both the diffuse and the directed reflections (gloss) of the surface when measuring the color of deep-frozen meat, so that only the remissions from deeper layers of the sample are measured.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine faseroptische Messsonde mit einer speziellen Anordnung von Beleuchtungs- und Detektionsfasern im Messkopfe der Sonde benutzt. Die Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern liegen in der Endfläche des Messkopfes der Messsonde. Für die Beleuchtung der Probe wird eine Weißlichtquelle (z.B. Halogenlampe, Blitzlampe oder LED) eingesetzt. Die Beleuchtungsfasern der faseroptischen Messsonde sind mit der Weißlichtquelle, die auch im Farbsensor integriert sein kann, verbunden. Über eine Schnittstelle sind die Detektionsfasern der Messsonde mit einem kommerziell erhältlichen Farbsensor verbunden, der L*a*b* Farbwerte an einen Computer ausgibt.A fiber-optic measuring probe with a special arrangement of illumination and detection fibers in the measuring head of the probe is used to solve this task. The light entry and exit surfaces of the illumination and detection fibers are in the end surface of the measuring head of the measuring probe. A white light source (e.g. halogen lamp, flash lamp or LED) is used to illuminate the sample. The illumination fibers of the fiber optic measuring probe are connected to the white light source, which can also be integrated in the color sensor. The detection fibers of the measuring probe are connected to a commercially available color sensor via an interface, which outputs L*a*b* color values to a computer.

Während einer Messung wird die Endfläche des Messkopfes der faseroptischen Messsonde der Probenoberfläche zugewandt, so dass die Beleuchtungsfasern die Probe beleuchten. Der Abstand zwischen den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern in der Endfläche des Messkopfes wird so gewählt, dass unterhalb eines definierten Maximalabstandes MA zwischen Messkopf und Fleischprobe diffuse und gerichtete Reflexe von der Oberfläche der Probe nicht mehr innerhalb des Aperturwinkels der Detektionsfasern liegen und damit nicht mehr in die Detektionsfasern gelangen können. Auf diese Weise detektiert man nur Licht, das in die Probe eindringt und in ihrem Volumen mehrfach gestreut wird. Das detektierte Licht durchläuft dabei infolge der Mehrfachstreuungen eine gekrümmte Bahn in der Probe.During a measurement, the end face of the measuring head of the fiber optic measuring probe faces the sample surface so that the illuminating fibers illuminate the sample. The distance between the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers in the end face of the measuring head is selected in such a way that below a defined maximum distance MA between the measuring head and the meat sample, diffuse and directional reflections from the surface of the sample are no longer within the aperture angle of the detection fibers and so that they can no longer get into the detection fibers. In this way, only light that penetrates the sample and is scattered multiple times in its volume is detected. The detected light follows a curved path in the sample due to multiple scattering.

Der Maximalabstand zwischen Probe und Messkopf kann aus dem Aperturwinkel der Beleuchtungs- und Detektionsfasern sowie dem Abstand zwischen den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasen in der Endfläche des Messkopfes gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: MA = a / ( 2 * ( tan ( α / 2 ) )

Figure DE202023000435U1_0001

MA
Maximalabstand zwischen Probe und Messkopf
a
Abstand zwischen Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasen in der Endfläche des Messkopfes (Rand zu Rand)
α
Voller Aperturwinkel der Beleuchtungs- und Detektionsfasen
The maximum distance between the sample and the measuring head can be determined from the aperture angle of the illumination and detection fibers and the distance between the light entry and light exit surfaces of the Illumination and detection phases in the end face of the measuring head can be calculated according to the following equation: MA = a / ( 2 * ( tan ( a / 2 ) )
Figure DE202023000435U1_0001
MA
Maximum distance between sample and measuring head
a
Distance between the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers in the end face of the measuring head (edge to edge)
a
Full aperture angle of the illumination and detection phases

Bei Messabständen zwischen Probe und Messkopf die kleiner sind als MA überlappen die durch die Aperturwinkel der Beleuchtungs- und Detektionsfasern gebildeten Kegel an der Oberfläche der Fleischprobe nicht mehr.With measurement distances between the sample and the measuring head that are smaller than MA, the cones formed by the aperture angles of the illumination and detection fibers no longer overlap on the surface of the meat sample.

Zur Sicherstellung eines korrekten Messabstandes zwischen Messkopf und Probe wird ein mechanischer Abstandshalter verwendet oder der Abstand wird durch andere Methoden wie z.B. eine Abstandsmessung kontrolliert. Dabei wird der Messabstand vorzugsweise so eingestellt, dass auch Unebenheiten der Probe toleriert werden.To ensure a correct measuring distance between measuring head and sample, a mechanical spacer is used or the distance is controlled by other methods such as a distance measurement. The measuring distance is preferably set in such a way that unevenness in the sample is also tolerated.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung aus faseroptischer Messsonde, Farbsensor und Auswertecomputer können Farbwerte gemessen werden, die geeignet sind einen Gefrierbrandschaden zu erkennen und sein Ausmaß zu bewerten. Kennzeichnend für Gefrierbrand ist ein Wasserentzug des Fleisches in oberflächennahen Schichten. Wasser besitzt im blauen Wellenlängenbereich ein absolutes Absorptionsminimum. Im Roten ist seine Absorption jedoch um bis zu zwei Größenordnungen höher als im Blauen. Das bedeutet, dass Wasser blaues Licht praktisch gar nicht absorbiert aber sehr gut remittiert. Rotes Licht wird hingegen vom Wasser gut absorbiert und kaum remittiert. Fleischproben mit Gefrierbrand zeigen daher bei Vermessung mit der erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu intakten Proben ohne Schaden höhere Werte der Farbmaßzahlen a* und b*. D.h. das remittierte Licht enthält infolge des fehlenden Wassers mehr Rot- und weniger Blauanteile. Mit zunehmender Schädigung verschiebt sich die mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemessene Farbe mehr und mehr in Richtung +a* und +b*.With the arrangement according to the invention of fiber-optic measuring probe, color sensor and evaluation computer, color values can be measured which are suitable for recognizing damage from freezer burn and for assessing its extent. Dehydration of the meat in near-surface layers is characteristic of freezer burn. Water has an absolute absorption minimum in the blue wavelength range. In the red, however, its absorption is up to two orders of magnitude higher than in the blue. This means that water practically does not absorb blue light at all, but remits it very well. Red light, on the other hand, is well absorbed by water and is hardly remitted. Meat samples with freezer burn therefore show higher values of the color values a* and b* when measured with the arrangement according to the invention compared to intact samples without damage. This means that the reflected light contains more red and less blue components due to the lack of water. As the damage increases, the color measured with the arrangement according to the invention shifts more and more in the +a* and +b* direction.

Zudem nimmt bei einem Gefrierbrandschaden die mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemessene Helligkeit L* im Vergleich zu ungeschädigten Probe zu, da durch die Sublimation von Eiskristallen Hohlräume entstanden sind, die vermehrt Licht diffus zurückstreuen.In addition, in the case of freezer burn damage, the brightness L* measured with the arrangement according to the invention increases in comparison to an undamaged sample, since the sublimation of ice crystals has created cavities which diffusely backscatter more light.

Um reproduzierbare Messergebnisse bei der Farbmessung zu erzielen und um eine gute Vergleichbarkeit von Messsystem zu Messsystem gewährleisten zu können, ist vor den Messungen eine Kalibrierung des Farbmessgerätes inklusive faseroptischer Messsonde bzw. eine Überprüfung der vorhandenen Kalibrierung zwingend erforderlich. Hierzu werden Referenzfarbtafeln mit bekannten Farbwerten vermessen. Eine Differenz zwischen Soll- und Istwerten führt zu Korrekturtermen, die in der Datenauswertung berücksichtigt werden.In order to achieve reproducible measurement results in color measurement and to be able to ensure good comparability from measurement system to measurement system, the color measurement device including the fiber optic measurement probe must be calibrated before the measurements or the existing calibration must be checked. For this purpose, reference color charts with known color values are measured. A difference between target and actual values leads to correction terms that are taken into account in the data evaluation.

Bevor Fleischproben auf Gefrierbrand untersucht werden können, ist zunächst eine repräsentative Menge an tiefgefrorenen Referenzproben mit und ohne Gefrierbrand mit der erfindungsgemäßen Anordnung zu vermessen. Die Referenzproben sind nach der Messung aufzutauen und hinsichtlich Gefrierbrand zu untersuchen, weil eine sichere Erkennung des Gefrierbrandes bisher nur im aufgetauten Zustand möglich ist. Anschließend werden die gemessenen Farbreferenzwerte in Gruppen wie z. B. „Gefrierbrand, stark ausgeprägt“, „Gefrierbrand, schwach ausgeprägt“ und „in Ordnung“ eingeteilt. Dies kann durch eine grafische Auswertung oder durch rechnergestützte Verfahren wie die Clusteranalyse erfolgen. Die aufgenommenen Farbreferenzwerte verschiedener Fleischsorten bilden eine Farbdatenbibliothek.Before meat samples can be examined for freezer burn, a representative quantity of deep-frozen reference samples with and without freezer burn must first be measured using the arrangement according to the invention. After the measurement, the reference samples are to be thawed and checked for freezer burn, because up to now it has only been possible to reliably detect freezer burn when they have been thawed. The measured color reference values are then divided into groups such as e.g. B. "freezer burn, severe", "freezer burn, mild" and "okay". This can be done with a graphical evaluation or with computer-aided methods such as cluster analysis. The recorded color reference values of different types of meat form a color data library.

Das Vorgehen bei der Untersuchung von Fleischproben auf Gefrierbrand mit der Erfindung ist nun wie folgt: Auf jeder Probe werden mindestens drei Messpunkte ausgewählt und mit der erfindungsgemäßen Anordnung punktuell vermessen. Dabei werden vorzugsweise randnahe Messpunkte, die besonders häufig von einer Austrocknung durch Gefrierbrand betroffen sind, sowie Punkte die eine mit dem Auge sichtbare Farbabweichung vom Rest der Probe zeigen, ausgewählt. Nach der Vermessung einer hinsichtlich Gefrierbrand zu beurteilenden Probe durch den Endanwender erfolgt dann PC-gestützt, auf Basis der bestimmten Farbwerte und der Farbreferenzwerte der Farbdatenbibliothek, eine automatische Klassifizierung des Gefrierguts. Hierbei wird durch Vergleich der gemessenen Farbwerte mit denen der Farbdatenbibliothek eine sichere Unterscheidung zwischen Proben mit Gefrierbrand und einwandfreien Proben möglich und der Grad der Schädigung kann bewertet werden.The procedure for examining meat samples for freezer burn using the invention is as follows: At least three measurement points are selected on each sample and measured at points using the arrangement according to the invention. Measurement points close to the edge, which are particularly frequently affected by drying out due to freeze burn, and points which show a color deviation from the rest of the sample that is visible to the eye, are preferably selected. After the end user has measured a sample to be assessed for freezer burn, the frozen goods are automatically classified with the aid of a PC, based on the determined color values and the color reference values from the color data library. By comparing the measured color values with those of the color data library, it is possible to reliably differentiate between samples with freeze burn and samples that are in perfect condition, and the degree of damage can be evaluated.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Detektion von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch ist durch die nachfolgend genannten Vorteile gekennzeichnet.The arrangement according to the invention for detecting freezer burn on deep-frozen meat is characterized by the advantages mentioned below.

Die Erfindung ermöglicht es erstmals, tiefgefrorenes Fleisch objektiv auf Gefrierbrand zu untersuchen, ohne es aufzutauen. Dies ist besonders Vorteilhaft, da eine Inspektion nach dem Auftauen bei größeren Lieferchargen sehr lange dauert, der Auftauprozess die Frage nach der rechtlichen Haftung bei eingeschränkter Produktqualität erschwert (Lieferant oder Kunde) und die Ware oft tiefgefroren weiterverkauft werden soll, so dass ein zusätzlicher Auftauprozess die Fleischqualität mindern würde. Das erfindungsgemäße Sensorsystem arbeitet zerstörungsfrei, d.h. die Probe wird durch die Messung nicht verändert. Außerdem ermöglicht es Gefrierbrand bis zu einer Tiefe von einigen mm unter der Oberfläche zu erkennen und Aussagen über den Grad der Gefrierbrandschädigung („stark“, „schwach“, keine Schädigung, in Ordnung”) zu liefern. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ihre einfache und sichere Bedienbarkeit, so dass sie ohne aufwändige Schulung oder Expertenwissen sofort eingesetzt werden kann, ohne dass der Bediener oder andere Personen dabei gefährdet werden. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Sensorsystem so zuverlässig, dass mindestens 90 % der von Gefrierbrand betroffenen Proben mit ihm richtig als solche erkannt werden. Schließlich arbeitet die Erfindung schnell und benötigt pro Probe weniger als eine Minute Zeitaufwand.The invention makes it possible for the first time to examine deep-frozen meat objectively for freezer burn without thawing it. This is particularly advantageous since an inspection after thawing is larger delivery batches take a long time, the thawing process complicates the question of legal liability in the case of limited product quality (supplier or customer) and the goods are often to be sold on frozen, so that an additional thawing process would reduce the meat quality. The sensor system according to the invention works non-destructively, ie the sample is not changed by the measurement. In addition, it makes it possible to detect freezer burn down to a depth of a few mm below the surface and to provide information about the degree of freezer burn damage (“strong”, “weak”, no damage, okay”). Another advantage of the invention is that it is easy and safe to use, so that it can be used immediately without extensive training or expert knowledge, without endangering the operator or other people. Furthermore, the sensor system according to the invention is so reliable that at least 90% of the samples affected by freezer burn are correctly identified as such. Finally, the invention works quickly, requiring less than a minute of time per sample.

Ausführungsbeispiel der Erfindungembodiment of the invention

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand der folgenden schematischen Abbildungen näher erläutert:

  • 1 Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor
  • 2 Faseroptische Messsonde der Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch
  • 3 Abstandshalter der faseroptischen Messsonde
The invention is explained in more detail as an exemplary embodiment using the following schematic figures:
  • 1 Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on frozen meat with a color sensor
  • 2 Fiber optic measuring probe arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat
  • 3 Fiber optic probe spacer

1 zeigt eine Prinzipskizze der faseroptischen Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor. Die Anordnung wird gebildet aus dem Farbsensor 2, der daran angeschlossenen faseroptischen Messsonde 7 mit einem Faserbündel 3 sowie dem Messkopf 1 und einem Computer 4 zur Ermittlung und Auswertung der Farbwerte. Das Faserbündel 3 enthält Detektions- und Beleuchtungsfaserbündel 3.1, 3.2 bestehend aus Beleuchtungs- und Detektionsfasern 3.1.1, 3.2.1 aus Quarzglas. Der Farbsensor beinhaltet eine LED-Weißlichtquelle, die über die Schnittstelle 2.1 mit dem Beleuchtungsfaserbündel 3.1 verbunden ist. Des Detektionsfaserbündel 3.2 ist an die Detektionseinheit des Farbsensors angeschlossen. In der Endfläche 1.2 des Messkopfes 1 sind die Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungsfasern 3.1.1 in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig angeordnet. Im Zentrum des Ringes mit einem Durchmesser von vier Millimetern befinden sich die Lichteintrittsflächen mehrerer Detektionsfasern 3.2.1. Der Abstand 3.4 zwischen den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern 3.1.1, 3.2.1 in der Endfläche 1.2 des Messkopfes 1 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1,5 mm. Bei einem festen Abstandes 1.1 von weniger als 3,4 mm zwischen Messkopf 1 und Fleischprobe 6 liegen die diffusen und gerichteten Reflexionen der Oberfläche der Probe nicht mehr innerhalb des Aperturwinkels der Detektionsfasern 3.2.1 und können damit nicht mehr in den Detektionsfasern weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird nur solches Licht 5 detektiert, das in der Probe 6 mehrfach gestreut wurde. Zur Sicherstellung eines korrekten Messabstandes 1.1 wird ein mechanischer Abstandshalter 1.3 verwendet. Dabei ist der Messabstand so fixiert, dass auch Unebenheiten der Probe 6 toleriert werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird mit einem Messabstand 1.1 von 1 mm gearbeitet. Um bei der Messung eventuell störendes Umgebungslicht auszublenden, kann der Abstandshalter 1.3 so ausgebildet sein, dass er die Endfläche 1.2 des Messkopfes 1 vom Umgebungslicht abschirmt. Der Farbsensor 2 ist zur Auswertung der Farbmessung und zur Steuerung des Messvorganges mit einem Computer 4 verbunden. Die Steuersoftware, die auf dem Computer 4 läuft, führt den Benutzer durch den Messvorgang. Hierbei wird zunächst die zu prüfende Fleischsorte (z.B. Hähnchenbrust, Rindersteak) abgefragt. Der Benutzer wählt dann die Messpunkte auf der Probe aus, setzt den Messkopf 1 mit Abstandshalter 1.3 auf die Probe auf und startet die Messungen. Danach vergleich der Computer 4 die gemessenen Farbwerte mit den Farbwerten in einer Farbdatenbibliothek, nimmt eine automatische Klassifizierung des Gefrierguts vor und zeigt das Ergebnis an. 1 shows a schematic diagram of the fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat with a color sensor. The arrangement is formed from the color sensor 2, the fiber-optic measuring probe 7 connected to it with a fiber bundle 3 and the measuring head 1 and a computer 4 for determining and evaluating the color values. The fiber bundle 3 contains detection and illumination fiber bundles 3.1, 3.2 consisting of illumination and detection fibers 3.1.1, 3.2.1 made of quartz glass. The color sensor contains an LED white light source, which is connected to the lighting fiber bundle 3.1 via the interface 2.1. The detection fiber bundle 3.2 is connected to the detection unit of the color sensor. In the end surface 1.2 of the measuring head 1, the light exit surfaces of the illumination fibers 3.1.1 are arranged in a ring in this exemplary embodiment. The light entry surfaces of several detection fibers 3.2.1 are located in the center of the ring with a diameter of four millimeters. The distance 3.4 between the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers 3.1.1, 3.2.1 in the end surface 1.2 of the measuring head 1 is 1.5 mm in this exemplary embodiment. With a fixed distance 1.1 of less than 3.4 mm between measuring head 1 and meat sample 6, the diffuse and directed reflections of the surface of the sample are no longer within the aperture angle of the detection fibers 3.2.1 and can therefore no longer be forwarded in the detection fibers. In this way, only light 5 that has been scattered multiple times in sample 6 is detected. A mechanical spacer 1.3 is used to ensure a correct measuring distance 1.1. The measurement distance is fixed in such a way that unevenness in the sample 6 is also tolerated. In this exemplary embodiment, a measuring distance 1.1 of 1 mm is used. In order to block out any ambient light that may interfere with the measurement, the spacer 1.3 can be designed in such a way that it shields the end surface 1.2 of the measuring head 1 from the ambient light. The color sensor 2 is connected to a computer 4 for evaluating the color measurement and for controlling the measurement process. The control software running on the computer 4 guides the user through the measurement process. First, the type of meat to be tested (eg chicken breast, beef steak) is queried. The user then selects the measuring points on the sample, places the measuring head 1 with the spacer 1.3 on the sample and starts the measurements. The computer 4 then compares the measured color values with the color values in a color data library, automatically classifies the frozen goods and displays the result.

BezugszeichenlisteReference List

11
Messkopf der faseroptischen MesssondeMeasuring head of the fiber optic measuring probe
1.11.1
Abstand zwischen Messkopf und ProbeDistance between measuring head and sample
1.21.2
Endfläche des Messkopfes der faseroptischen MesssondeEnd face of the measuring head of the fiber optic probe
1.31.3
Abstandshalter am Messkopf der faseroptischen MesssondeSpacer on the measuring head of the fiber optic measuring probe
22
Farbsensorcolor sensor
2.12.1
Schnittstelle zur Weißlichtquelle des Farbsensors (Faseranschluss für Beleuchtung)Interface to the white light source of the color sensor (fiber connection for lighting)
2.22.2
Schnittstelle zur Detektionseinheit des Farbsensors (Faseranschluss für Detektion)Interface to the detection unit of the color sensor (fiber connection for detection)
2.32.3
Verbindung zwischen Farbsensor und Computer zur AuswertungConnection between color sensor and computer for evaluation
33
Faserbündelfiber bundles
3.13.1
Beleuchtungsfaserbündellighting fiber bundle
3.1.13.1.1
Beleuchtungsfasern in der Endfläche des MesskopfesIllumination fibers in the end face of the measuring head
3.1.23.1.2
Aperturwinkel einer BeleuchtungsfaserAperture angle of an illumination fiber
3.23.2
Detektionsfaserbündeldetection fiber bundle
3.2.13.2.1
Detektionsfasern in der Endfläche des MesskopfesDetection fibers in the end face of the measuring head
3.2.23.2.2
Aperturwinkel einer DetektionsfaserAperture angle of a detection fiber
3.33.3
Faserhülse mit FaserbündelverzweigungFiber sleeve with fiber bundle branching
3.43.4
Abstand zwischen Beleuchtungs- und DetektionsfasernDistance between illumination and detection fibers
44
Computer (PC, Tablet, Smartphone)Computers (PCs, tablets, smartphones)
55
Mehrfachstreuung von Beleuchtungslicht in der ProbeMultiple scattering of illuminating light in the sample
66
Probesample
77
Faseroptische MesssondeFiber optic probe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 3814634 A1 [0006]DE 3814634 A1 [0006]
  • DE 3925331 A1 [0006]DE 3925331 A1 [0006]

Claims (4)

Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor (2) bestehend aus einer Weißlichtquelle, faseroptischen Übertragungsleitungen (3), einer faseroptischen Messsonde (7) mit einem Messkopf (1) der Einrichtungen zum Aussenden und Empfangen von Licht umfasst sowie einem Farbsensor (2) zur Lichtdetektion und einem Computer (4) zur Auswertung der Messdaten und Bestimmung der Farbdaten der Fleischprobe (6) dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (1) wenigstens eine Beleuchtungsfaser (3.1.1) zur Beleuchtung der tiefgefrorenen Fleischprobe (6) und wenigstens eine Detektionsfaser (3.2.1) zur Detektion der Probenremission enthält, wobei die der Probenoberfläche zugewandten Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern in der Endfläche (1.2) des Messkopfes (1) voneinander derart beabstandet angeordnet sind, dass bei einem definierten Messabstand (1.1) zwischen Messkopf (1) und Probe (6), der von dem Aperturwinkel der Beleuchtungs- und Detektionsfasern sowie von Abstand zwischen den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen der Beleuchtungs- und Detektionsfasern in der Endfläche (1.2) des Masskopfes abhängt, kein von der Probenoberfläche diffus oder gerichtet reflektiertes Licht sondern nur im Probenvolumen mehrfach gestreutes Licht (5) durch die Detektionsfasern zum Farbsensor (2) geleitet wird, wobei der definierte Messabstand (1.1) durch einen mechanischen Abstandshalter (1.3) fixiert oder durch eine Vorrichtung zur Abstandsmessung kontrolliert wird und eine Messung des von der Probe remittieren Lichtes nur dann ausgelöst wird, wenn der definierte Messabstand eingehalten wird.Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat with a color sensor (2) consisting of a white light source, fiber optic transmission lines (3), a fiber optic measuring probe (7) with a measuring head (1) and the devices for emitting and receiving light and a color sensor (2) for light detection and a computer (4) for evaluating the measurement data and determining the color data of the meat sample (6), characterized in that the measuring head (1) has at least one lighting fiber (3.1.1) for illuminating the deep-frozen meat sample (6) and contains at least one detection fiber (3.2.1) for detecting the sample remission, the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers facing the sample surface being arranged at a distance from one another in the end surface (1.2) of the measuring head (1) in such a way that at a defined measuring distance (1.1) between measuring head (1) and sample (6), which depends on the aperture angle of the illumination and detection fibers and on the distance between the light entry and light exit surfaces of the illumination and detection fibers in the end face (1.2) of the measuring head , no light reflected diffusely or directed from the sample surface but only light (5) scattered several times in the sample volume is conducted through the detection fibers to the color sensor (2), with the defined measuring distance (1.1) being fixed by a mechanical spacer (1.3) or by a device is checked for distance measurement and a measurement of the light remitted by the sample is only triggered if the defined measurement distance is maintained. Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsfasern (3.1.1) des Beleuchtungsfaserbündels (3.1) in der Endfläche (1.2) des Messkopfes (1) ringförmig angeordnet sind wobei sich die Detektionsfasern (3.1.2) des Detektionsfaserbündels (3.2) im Zentrum des Ringes befinden.Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on frozen meat with a color sensor claim 1 , characterized in that the illumination fibers (3.1.1) of the illumination fiber bundle (3.1) are arranged in a ring in the end face (1.2) of the measuring head (1), with the detection fibers (3.1.2) of the detection fiber bundle (3.2) being located in the center of the ring . Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des von den Beleuchtungsfasern (3.1.1) des Beleuchtungsfaserbündels (3.1) in der Endfläche (1.2) des Messkopfes (1) gebildete Ring im Bereich von 1 mm bis 1 cm liegt und vorzugsweise 4 bis 5 mm beträgt.Fiber optic arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on frozen meat with a color sensor claim 2 , characterized in that the diameter of the ring formed by the illumination fibers (3.1.1) of the illumination fiber bundle (3.1) in the end face (1.2) of the measuring head (1) is in the range from 1 mm to 1 cm and is preferably 4 to 5 mm . Faseroptische Anordnung zur Detektion und Bestimmung des Ausmaßes von Gefrierbrand an tiefgefrorenem Fleisch mit einem Farbsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (1.3) opak ist und die Endfläche (1.2) des Messkopfes (1) vom Umgebungslicht abschirmt.Fibre-optical arrangement for detecting and determining the extent of freezer burn on deep-frozen meat with a color sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer (1.3) is opaque and shields the end surface (1.2) of the measuring head (1) from ambient light.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3814634A1 (en) 1988-04-29 1989-11-09 Rudolf Matthaeus Device for measuring the pH value in the meat of slaughtered animals
DE3925331A1 (en) 1989-07-31 1991-02-07 Gerhard Thien MEAT CLASSIFICATION DEVICE

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