„Farbmetrik - unentbehrlich bei Textilien und zunehmend wichtig bei Lebensmitteln“

Michael Petz und Dieter Riegel

Textilien

Für den Verbraucher erscheint es beim Kleidungskauf selbstverständlich, dass die von einer bestimmten Firma stammenden Artikel farblich zueinander passen. Wenn Hose, Bluse, Schal und Blazer dazu gedacht sind, als Set getragen zu werden, dann müssen die verwendeten Farbtöne und -nuancen der einzelnen Kleidungsstücke exakt zusammenpassen, so wie in einer Schaufensterdekoration des Sommers 2009, bei der sich identische Grün- und Brauntöne in den einzelnen Kleidungstücken finden:

Abbildung 1

Nur wenigen ist bewusst, dass dies zuverlässig nur über eine Reihe farbmetrischer Messungen in der textilen Produktionskette gelingt. Für Textilien werden ganz unterschiedliche Materialien verwendet: Wolle, Baumwolle, Leder, Leinen, Seide und Kunststofffasern. Alle benötigen zur Einfärbung unterschiedliche Farben und Färbetechniken. Dennoch ist es oft das Ziel, dass sich bei den verschiedenen Materialien ein identischer Farbeindruck ergibt, z.B. Lederbesatz und Blazer.

Wenn man z.B. den Herstellungsgang eines Herrenanzugs aus Baumwolle verfolgt, dann beginnt der Einsatz der instrumentellen Farbmessung (Farbmetrik) mit der Untersuchung des ungefärbten Baumwoll-Rohgewebes auf seinen Weißgrad bzw. Gelbindex. Weitere farbmetrische Messungen erfolgen nach jedem weiteren Prozessschritt (Entschlichten, Waschen, Bleichen, Färben), da die farbmetrischen Daten entscheidende Hinweise für die nachfolgende optimale Prozessführung liefern. Für die Erzielung eines bestimmten Farbtones und der gewünschten Farbtiefe bei einem vorgegebenen Material müssen zwei Informationen zusammenkommen:

  1. Es muss über farbmetrische Kalibrierreihen bekannt sein wie sich das betreffende Material (Substrat) beim Färben verhält. Das heißt: welche Farbwerte ergeben sich für den Stoff bei Einsatz eines bestimmten Farbstoffes und der erforderlichen Färbetechnik. Diese Daten werden in ein Computerprogramm eingespeist.
  2. Wurde dann mit der farbmetrischen Messung das zu färbende Ausgangsmaterial (Farbvorlage) charakterisiert, lässt sich über diese farbmetrischen Daten mittels des Computerprogramms genau berechnen, welche Farbstoffe in Art und Menge einzusetzen sind, um den gewünschten Farbton bei den zu färbenden Kleidungsstücken zu erzielen.
Prinzipien der Farbmetrik

Wie lässt sich aber nun eine Farbe oder auch ein Grauton eindeutig charakterisieren? Das menschliche Auge ist in der Lage 10 Millionen verschiedene Farbtöne zu erfassen. Dazu sind lediglich 3 verschiedene Faktoren erforderlich, die in der Abbildung veranschaulicht sind:

Abbildung 2

Jede Farbe wird über das Ausmaß jedes dieser 3 Faktoren eindeutig beschrieben. Da drei Werte eine einzige Farbe bestimmen, lässt sich ein dreidimensionales Farbdarstellungssystem ableiten. Man bekommt damit die Möglichkeit, Farben durch Zahlen zu definieren. Damit lassen sich Farben nach objektiven Kriterien klassifizieren, quantifizieren und eindeutig kommunizieren.

Die heute gebräuchlichste Darstellung des Farbenraumes ist das von der Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) definierte CIE L*a*b*-System:

Abbildung 3

L*, a* und b* sind dabei rechtwinklig zueinander aufgetragene Koordinaten. In diesem dreidimensionalen System sind:

Jede Farbe wird durch ihren L*-, a* und b*-Wert eindeutig beschrieben. So besitzt die in der Grafik dargestellte Farbe violett einen vom Zahlenwert gleich großen positiven a* -Wert und negativen b* -Wert. Die Größe des Zahlenwertes steigt mit zunehmender Sättigung und die Helligkeit mit zunehmendem L* -Wert.

Wenn man für zwei Proben die L*a*b*-Werte misst und die jeweilige Differenz (die Δ-Werte) errechnet, dann lässt sich daraus sofort eine Aussage ableiten, wie sich die Farbe der beiden Proben unterscheidet. Ergeben sich als Differenzen für Probe B gegenüber Probe A folgende Werte: ΔL*= 0,3; Δa*= -1,3 und Δb*= 3,8, dann bedeutet dass: Probe B erscheint etwas heller, grüner und deutlich gelber.

Sehr anschauliche Videos und Präsentationen (englischsprachig) zu den Prinzipien der Farbmessung und ihrem Einsatz bei Textilien und Lebensmitteln finden sich über die Internetseiten der Fa. HunterLab (s. Literaturhinweis 1), die für diese Applikationen zu einem der Marktführer bei farbmetrischen Messgeräten zählt.

Lebensmittel

In zunehmendem Maße werden Lebensmittel bei den Herstellern über ihre Farbe charakterisiert. Schließlich wird die Kaufentscheidung eines Verbrauchers maßgeblich durch das Aussehen eines Lebensmittels beeinflusst und die Farbe spielt dabei eine wesentliche Rolle. Anders als beim visuellen Eindruck bleiben bei einer elektronischen Messung der Farbe einmal festgelegte Qualitätsparameter immer wieder abrufbar und vergleichbar. Ermittelt wurde beispielsweise die Korrelation zwischen Verbraucherpräferenz und farbmetrischen Daten von Tomatenketchup, Rotwein, getrockneten Aprikosen oder Gewürzpaprika. Wissenschaftliche Fragestellungen an Lebensmitteln lassen sich ebenfalls über die Messung von Farbe und Farbveränderungen bearbeiten. So ist von großer Bedeutung, wie sich Herstellungs-, Verarbeitungs- und Lagerbedingungen auf die Farbe auswirken; z.B. die Zeit einer Tiefkühllagerung auf die Farbe von Forellenfilets oder der Einfluss des Futters auf die Farbe von Zuchtlachs. Besonders intensiv wurde bisher das Gebiet der Fleischfarbe untersucht, die einer Vielzahl von Einflüssen unterliegt. Die unterschiedliche Konzentration des Muskelfarbstoffes Myoglobin in Rind-, Schweine- und Geflügelfleisch ist dabei ein besonders wichtiger Faktor:

Typische Myoglobingehalte
Rindfleisch 5-20 g pro kg
Schweinefleisch 0,6-0,9 g pro kg
Geflügelfleisch 0,01-0,1 g pro kg

Ein von einem Schweizer Autorenteam 2007 verfasster Übersichtsbericht gibt eine exzellenten Einblick über die Möglichkeiten, Bedeutung und Vorgehensweise der Farbmessung an Fleisch und Fleischerzeugnissen (s. Literaturhinweis 2).

Gewürzpaprika

Bei Gewürzpaprika reicht die Bedeutung der Farbe weit über das Kaufverhalten des Verbrauchers hinaus. Auf dem Weltmarkt ist die Farbintensität des Produktes das vorherrschende Kriterium für den Preis. Dies setzt sich bis zur Quelle der Erzeugung fort. So werden z.B. in Peru, als einem der wichtigsten Anbauländer für Gewürzpaprika, die Paprikabauern bei der Anlieferung ihrer Ernte ebenfalls über den Farbgehalt ihrer Produkte bezahlt. Grundlage der Bezahlung sind die Werte, die über die Farbbestimmungsmethode ASTA 20.1 der American Spice Trade Association (ASTA) ermittelt werden. Dazu werden etwa 0,2 g Paprikapulver für 16 Stunden im Dunkeln mit 250 ml Aceton extrahiert und die Farbintensität über eine photometrische Messung bei 460 nm bestimmt. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig, verbraucht große Mengen organisches Lösungsmittel und erfordert eine Laborumgebung. Eine farbmetrische Messung als Alternative benötigt dagegen bis zum Ergebnis nur wenige Minuten, ist umweltfreundlicher und kann ggf. mit einem batteriebetriebenen Handmessgerät sogar außerhalb des Labors, direkt vor Ort, vorgenommen werden. Für die Messung muss die Oberfläche möglichst glatt sein, deshalb wird mittels einer Pulverpresse ein Pressling hergestellt, der zur Messung in ein CIE L*a*b*-Farbmessgerät eingesetzt wird:

Abbildung 5

Das Gerät wird so programmiert, dass es aus zuvor bestimmten L*-, a*- und b*- Koordinaten des CIELab-Farbraums einen Index (PACI: paprika color index) errechnet, für den sich bei Paprikaproben eine möglichst optimale Korrelation zwischen diesem, aus den CIELab-Daten berechneten Index und dem ASTA 20.1-Wert ergibt. Über die weit schnellere und preiswertere Farbmetrik lässt sich somit der für den Preis entscheidende ASTA 20.1-Wert recht genau abschätzen, wie die Korrelationsdarstellung für eine Vielzahl spanischer und peruanischer Gewürzpaprikaproben zeigt:

Abbildung 6

Aus der nachfolgenden Abbildung ist erkennbar, dass die Farbmetrik prinzipiell sogar die geignetere Technik ist, wenn man den vom Handel und Verbraucher bevorzugten Farbton des Paprikapulvers feststellen und charakterisieren möchte:

Abbildung 7

Die beiden Pfeile markieren die Presslinge von zwei Paprikaproben und die zugehörigen Acetonextrakte nach der ASTA-Methode. Visuell und mittels Farbmetrik unterscheiden sich diese Proben sehr stark und nur eine davon wird vom Verbraucher präferiert werden. Beim Extrakt ergibt sich dagegen kaum eine visuelle oder photometrische Unterschiedlichkeit.

Fazit

"Das Auge isst mit": Die Farbmetrik von Lebensmitteln wird zunehmend eine wichtige Rolle dabei spielen, dass der Verbraucher das von ihm gewünschte Produkt erhält.

Schlauer Fuchs

Unser Schlauer Fuchs diese Woche ist Bettina B. aus Geesthacht. Zur Frage:

Welcher Farbstoff ist besonders wichtig für die Fleischfarbe?

Schickte sie uns die erste richtige Antwort.
Bitte sehen Sie bis zur Veröffentlichung des nächsten Beitrags mit einer neuen Frage von einer E-Mail-Antwort an schlauerfuchs@gdch.de ab.


Kontakt

Prof. Dr. Michael Petz
Bergische Universität Wuppertal
Fachbereich C - Lebensmittelchemie
Gaußstraße 20
42097 Wuppertal
Tel.: +49 (0)202 439-2783
Fax: +49 (0)202 439-3785
E-Mail: petz@uni-wuppertal.de

Literaturhinweise

[1] http://www.hunterlab.com/ColorEducation/ColorTheory
[2] http://www.db-alp.admin.ch/de/publikationen/pub_detail.php?id=16494
[3] Nieto-Sandoval JM, Fernández-López JA, Almela L, Munoz JA (1998) Color Research & Application 24:93-97
[4] Thiele R, Riegel D, Müller-Seitz E, Danzeglocke L, Ruschke D, Petz M (2007) Lebensmittelchemie 61:85
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Dieter Riegel
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