laboratorium przemysłowe | reologia smarów/ocena barwy produktów spożywczych
Jacek Rożnowski
Akademia Rolnicza im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Katedra Analizy i Oceny Jakości Żywności
Ocena barwy
produktów spożywczych
kontrola podczas przygotowania potrawy
Streszczenie Summary
W publikacji przedstawiono zasady po- In this paper a principles of a color vision,
oraz wrażenia sensoryczne towarzyszące
strzegania barwy oraz sposoby wyzna- color measurements in food analysis are
konsumpcji są nieodłącznie związane ze
czania barwy w ocenie produktów żyw- discussed.
zmysłem wzroku.
nościowych.
Wrażenie barwne
SÅ‚owa kluczowe Key words
Opis barwy
wyznaczanie barwy, pomiar barwy, kolo- color prediction, color measurement,
Barwa nie jest wielkością fizyczną, lecz wraże-
rymetria, analiza żywności colorimetry, food analysis
niem. Jest ona zwiÄ…zana z promieniowaniem
docierajÄ…cym do oka ludzkiego, jednak barwa
Spośród pięciu zmysłów: wzroku, słuchu, Poznawanie świata odbywa się przez rozpo- nie charakteryzuje tego promieniowania.
dotyku, zapachu i smaku, to zmysł wzroku znawanie ruchu oraz barw. Rodzaj odebra- Promieniowanie, docierając do oka, pobudza
odgrywa najważniejszą rolę. Jest on tak nej informacji wzrokowej i jej interpretacja jego receptory, ale wrażenie barwne powstaje
powszechny w naszym życiu, że traktuje się przez człowieka (poziom akceptacji lub w mózgu jako efekt współoddziaływania
go jak coś oczywistego i nie poświęca się mu odrzucenie) decydują o podjęciu takiego sygnałów elektrochemicznych.
większej uwagi. Dopiero jego brak zmusza do a nie innego postępowania. Podobnie Psychofizycznemu opisowi barwy służą
wyspecjalizowania innych zmysłów. jest z żywnością: ocena przed zakupem, pojęcia:
Laboratorium | 5/2006
36
ocena barwy produktów spożywczych | laboratorium przemysłowe
 odcień (ang. hue  kolor, ton )  zależy od
składu promieniowania padającego do
oka, np. żółty (żółcień), zielony (zieleń);
 jasność (ang. lightness)  wrażenie, że
powierzchnia odbija mniej lub więcej
światła;
 nasycenie (ang. saturation)  jest zwiÄ…zane
z wrażeniem ilości barwy w mieszaninie
barwy czystej i białej (barwa  soczysta
czy  blada ); porównania nasycenia do-
konuje się tylko przy takiej samej jasności
próbek.
Jeżeli barwa posiada odcień, jest barwą
chromatycznÄ…. W przeciwnym przypadku
mówi się o barwach achromatycznych: bieli
i szarościach. Barwą szarą charakteryzują
się ciała, które, oświetlone białym światłem,
pochłaniają promieniowanie w jednakowym
stopniu w całym zakresie widmowym. Jeżeli
barwa ma małe nasycenie, nazywa się ją barwą
pastelowÄ…. Do barw nienasyconych o bardzo
małej jasności zaliczamy: odcienie brunat-
nego, oliwki oraz granaty (powierzchnie
pokryte czerniÄ… i barwÄ… chromatycznÄ…).
Wrażenie barwy produktu żywnościowego
jest wynikiem nałożenia się trzech skład-
Rys. 1. Podział promieniowania elektromagnetycznego.
ników:
 emisji promieniowania przez z
ródło;  iluminanty D50 D55 D75  wybrane fazy  iluminant G  żarówki próżniowe o tem-
 procesów selektywnej absorpcji i odbicia światła dziennego dla różnych stref kli- peraturze rozkładu 2361 K;
światła na powierzchni produktu; matyczno-geograficznych o odpowied-  iluminant P  światło lamp naftowych
 przemian elektrochemicznych zachodzą- niej najbliższej temperaturze barwowej; i świec o temperaturze rozkładu 1901 K;
cych w oku i mózgu człowieka.  iluminant E  promieniowanie o jednako-  iluminant X  światło lampy ksenonowej.
e
Zagadnieniami opisu barwy (w tym norma- wej gęstości w całym zakresie widzialnym Każde ze z
ródeł światła charakteryzuje się
lizacją pomiarów) zajmuje się CIE (Commi- (równoenergetyczne); własnym spektralnym rozkładem promie-
sion Internationale de l Éclairage).  iluminanty F  wyÅ‚adowcze z
ródła światła niowania (rys. 2). Niektóre z nich, o dużej
(świetlówki), np. F11  tzw. światło białe intensywności fal długich (A, P, G), sprawiają
y
ródło promieniowania zimne (CW); wrażenie  ciepłych , choć można też spotkać
Światło widzialne  odpowiadające za powsta-
wanie wrażeń barwnych  jest wąskim wycin-
kiem (360-780 nm) z zakresu promieniowania
elektromagnetycznego (rys. 1).
W życiu codziennym można spotkać się
z różnymi z
ródłami promieniowania. Aby
je usystematyzować, CIE zdefiniowała szereg
emiterów promieniowania:
 iluminant A  światło żarówki ze skrętki
wolframowej o temperaturze rozkładu
2854 K;
 iluminant B  bezpośrednie światło
słoneczne o temperaturze barwowej
4874 K;
 iluminant C  rozproszone światło sło-
neczne (tzw. światło nieba północnego
bez UV) o temperaturze 6774 K;
 iluminant D65  faza uśrednionego światła
dziennego z UV o temperaturze najbliż-
Rys. 2. Spektralny rozkład promieniowania wybranych z
ródeł promieniowania.
szej 6504 K;
Laboratorium | 5/2006
37
37
laboratorium przemysłowe | ocena barwy produktów spożywczych
się z  zimnymi (D75, F11). Najważniejszymi nom: odbiciu, rozproszeniu, absorpcji i prze- i jako obraz odwrócony zostają skupione na
iluminantami stosowanymi do oceny barwy puszczeniu. Z uwagi na strukturę powierzch- wewnętrznej warstwie oka (rys. 4).
są: A, D65 oraz F11. niową produkty spożywcze można podzielić Siatkówka jest wewnętrzną ścianą oka o gru-
Ze względu na brak sztucznego z
ródła światła na trzy podstawowe grupy (rys. 3): bości ok. 0,1 mm, zawierającą dwa rodzaje
do praktycznej realizacji iluminantu D65  Produkty nieprzezroczyste, odbijające receptorów światła. Każdy rodzaj receptora
w urządzeniach pomiarowych stosowana promieniowanie, które mogą częściowo charakteryzuje się innym przedziałem czuło-
jest lampa ksenonowa w odmianie wysoko- pochłaniać, przez co produkt sprawia ści na światło widzialne (rys. 5):
ciśnieniowej. Iluminant C nie jest zalecany wrażenie barwnego. Zależnie od faktury  Pręciki (125-130 milionów) są wrażliwe na
do pomiarów (np. w naturalnie oświetlonym powierzchni światło docierające do oka światło o małej intensywności i znajdują
pokoju północnym), ponieważ rozkład pro- może być odbłyskiem (odbiciem zwier- się poza plamką żółtą.
mieniowania zależy od pory dnia, zachmurze- ciadlanym) od  gładkiej , połyskliwej  Czopki (6,5-7 milionów) znajdują się
nia i położenia geograficznego. Jako sztuczne powierzchni (np. jabłek, nektarynek głównie w dołku środkowym i plamce
iluminanty B i C wykorzystuje się żarówki czy śliwek, polew bądz
metalicznych żółtej. Według teorii widzenia trójchro-
wolframowe (z
ródło A) z odpowiednio spre- zdobień) lub światłem rozproszonym matycznego odpowiadają one za rozróż-
parowanymi filtrami cieczowymi. od powierzchni matowych i  włoskowa- nianie barw:
tych (np. bułek, brzoskwini czy mąki). " czopki pierwszego rodzaju (P)  tzw. czer-
Promieniowanie padające Zazwyczaj osoba oceniająca kolor wone (czopki fal długich);
na powierzchnię przedmiotu pomija odbłysk powierzchni, niemniej " czopki drugiego rodzaju (D)  tzw. zie-
Promieniowanie padające na powierzchnię jego obecność wpływa na odczucia lone (czopki fal średnich);
przedmiotu może ulegać rozmaitym przemia- patrzącego. " czopki trzeciego rodzaju (T)  tzw. nie-
 Produkty przepuszczalne (np. soki i na- bieskie (czopki fal krótkich).
poje klarowne, herbaty), których barwa Za widzenie po zmroku odpowiadają
wynika z selektywnego pochłaniania pręciki (widzenie skotopowe), natomiast
promieniowania. Są one oceniane przede w świetle dziennym aktywne są czopki
wszystkim w świetle przepuszczonym. (widzenie fototopowe). Obszar pogranicz-
 Produkty częściowo przepuszczalne ny aktywności czopków i pręcików nazywa
(np. soki przecierowe, dżemy, produkty się widzeniem mezotopowym (widzenie
mleczne), których barwa jest wynikiem zmierzchowe). Ponieważ krzywa względnej
połączenia procesów absorpcji, odbicia/ czułości fototopowej (sumarycznej czułości
/rozproszenia i przepuszczania pro- czopków) jest przesunięta w stronę fal
mieniowania. Są one trudne do analizy długich w porównaniu do krzywej czułości
z uwagi na różny udział odbicia i prze- skotopowej, barwy czerwone w widzeniu
puszczania promieniowania w materiałach nocnym sprawiają wrażenie czarnych.
o różnym stopniu rozdrobnienia. Zjawisko to nazywane jest prawem Pur-
kiniego.
Percepcja światła
Wrażenie barwne powstaje w mózgu po
przetworzeniu sygnałów przesłanych z ko-
mórek oka. Promienie świetlne przechodzą-
ce przez oko ulegają załamaniu na soczewce
Rys. 5. Pasma absorpcyjne i maksima absorp-
cji: a) pręcików; b) czopków pierwszego (P),
drugiego (D) i trzeciego (T) rodzaju.
Rys. 4. Schemat budowy oka:
Rys. 3. Rodzaje oddziaływania promieniowa- 1. rogówka, 2. płyn wodnisty, 3. soczewka,
nia widzialnego z substancjami o strukturze: 4. ciało szkliste, 5. wizualna oś oka,
a) nieprzezroczystej, 6. siatkówka, 7. twardówka, 8. dołek środkowy,
b) przepuszczalnej, 9. plamka ślepa, 10. plamka żółta,
c) półprzepuszczalnej. 11. ujście nerwu wzrokowego. Rys. 6. Funkcje kolorymetryczne CIE 1931.
Laboratorium | 5/2006
38
ocena barwy produktów spożywczych | laboratorium przemysłowe
Percepcja wrażenia barwy wynika z następujących współzależności:
 Promieniowanie o danej długości fali jest różnie absorbowane przez
poszczególne receptory, dlatego barwa jest wynikiem połączenia
sygnałów ze wszystkich receptorów.
 Promieniowanie o różnych długościach fali jest różnie absorbowane
przez dany receptor.
 Czopki w siatkówce występują w niejednakowych ilościach P, D,
T (32:16:1), zatem wrażliwość na kolory jest różna.
 Czopki i pręciki są nierównomiernie rozmieszczone w siatkówce,
zatem sposób patrzenia na przedmiot (kąt i odległość) wpływa na
odczucie barwy.
 Czopki są wrażliwe na silne bodz
ce świetlne, dlatego wrażenia
barwne podczas widzenia zmierzchowego są odmienne niż podczas
widzenia dziennego.
 Wrażliwość receptorów na bodz
ce świetlne jest cechą osobni-
czą ludzi, zatem percepcja barwy u różnych osób może być
inna.
Aby opracować i ujednolicić sposób opisu barwy, w 1931 r. CIE
zaleciÅ‚a okreÅ›lanie barwy przy kÄ…cie widzenia 2°, nazywajÄ…c taki
sposób patrzenia obserwatorem normalnym. Odpowiada to ob-
serwacji z odległości 30 cm obszaru o średnicy 1 cm. Tak przyjęty
kąt patrzenia sprawia, że obraz pada na centrum środkowego dołka
plamki żółtej, które jest całkowicie pozbawione pręcików. Ponieważ
bardzo często obserwuje się większe powierzchnie, w 1964 r. CIE
wprowadziła pojęcie obserwatora dodatkowego, którego kąt widze-
nia wynosi 10°, co odpowiada obserwacji obszaru o Å›rednicy 5 cm
z odległości 30 cm. Obraz barwnej powierzchni dalej mieści się
na plamce żółtej, lecz w obszarze, w którym znajdują się również
pręciki, a wzajemne proporcje czopków są przesunięte w kierunku
zwiększenia ilości czopków niebieskich.
Impulsy powstałe w czopkach docierają do trzech rodzajów ko-
mórek zwojowych, które reagują na kolory: niebieski lub żółty,
czerwony lub zielony oraz biały. Dlatego barwa nie może być
równocześnie i niebieska, i żółta. Nie może również być i czerwona,
i zielona. Jest to antagonistyczna teoria postrzegania barw.
Model matematyczny
W 1931 r. CIE ustaliła międzynarodowy system kolorymetryczny
z trzema współrzędnymi barwy, w którym jako barwy podstawowe
przyjęto: czerwoną (R  700 nm), zieloną (G  546,1 nm) i niebieską
(B  435,8 nm). Zakładając stałość jednej ze współrzędnych (np.
jasności), barwę można przedstawić na trójkącie barw systemu CIE
1931 (spectrum locus). Do obliczeń służą funkcje kolorymetryczne
x(), y(), z(), które przedstawiają wrażliwość oka na promieniowanie
w jego poszczególnych zakresach (rys. 6).
Dzięki odpowiedniej konstrukcji układ taki ma następujące właści-
wości:
1. Każdej barwie odpowiada tylko jeden punkt przestrzeni barw.
2. Zmiana jasności barwy sprawia, że odpowiedni punkt przestrzeni
barw przesuwa się wzdłuż prostej przechodzącej przez początek
układu współrzędnych.
3. Obwiednia trójkąta obejmuje wszystkie barwy widmowe oraz
purpury.
4. Składowa trójchromatyczna Y odpowiada czułości oka na lumi-
nancjÄ™.
5. Współrzędne barwy i funkcje kolorymetryczne przyjmują wartości
nieujemne.
Laboratorium | 5/2006
39
39
laboratorium przemysłowe | ocena barwy produktów spożywczych
Aby obliczyć współrzędne xyY, oblicza się prowadzono prace mające na celu usunięcie stopnia są zastępowane przez funkcje liniowe
składowe trójchromatyczne XYZ według ich podstawowej wady: nierównomierności typu:
wzorów: percepcyjnej. W przypadku dwóch punktów
przestrzeni barw odległość między nimi
nie jest zwiÄ…zana wprost proporcjonalnie
z odczuciem różnicy barwy. W zakresie
barw zielonych oko jest znacznie mniej
czułe na różnice między współrzędnymi niż
w przypadku barw fioletowych. Przedstawia
gdzie: siÄ™ to w postaci elips McAdama, w obrÄ™bie OdmianÄ… ukÅ‚adu L*a*b* jest ukÅ‚ad L*C*h°.
S()  widmowy rozkład iluminanta, których człowiek nie dostrzega różnic Jest on zbudowany na przestrzeni CIE LAB,
Ć()  widmowy rozkład bodz
ca barwowego w odczuciu barwy (rys. 7). w której współrzędne a* i b* są przedstawia-
docierającego do detektora. W 1976 roku CIE zaproponowała nowy ne za pomocą chromy C* i kąta odcienia
Widmowy rozkład bodz
ca barwowego jest ukÅ‚ad kolorymetryczny (L*a*b*), w którym h° (rys. 8):
złożeniem widma iluminanta i oddziaływania zmienna odpowiadająca za jasność barwy na-
próbki z promieniowaniem: transmitancji zwana jest L*, natomiast kolor przedstawiają
dla próbek przezroczystych (T()), a odbicia współrzędne a* (proporcje czerwieni i zieleni)
(R()) dla substancji stałych: i b* (proporcje żółci i błękitu) (rys. 8). Taki sposób jest łatwiejszy do interpretacji,
Współrzędne oblicza się na podstawie skła- ponieważ odpowiada fizjologicznemu odczu-
dowych trójchromatycznych próbki (X, Y, Z) ciu nasycenia i koloru.
oraz punktu bieli (X , Y , Z ): Dzięki dużej jednorodności percepcyjnej
n n n
Współrzędne chromatyczne oblicza się, układów CIE LAB obliczone matematycz-
stosując następujące wzory: nie: różnica barw ("E*) i różnica odcieni
("H*) pozwalają ocenić reakcję ludzkiego
wzroku:
Mimo wielu zalet, zwiÄ…zanych z matema-
tycznym przedstawianiem barwy w układach Dla próbek o małym nasyceniu barwy i ja-
CIE 1931 i wprowadzonym póz
niej ukła- sności zbliżonej do punktu bieli (X/X , Y/Y , Mniej rozpowszechnionymi  choć nowszymi
n n
dem obserwatora dodatkowego CIE 1964, Z/Zn < 0,008856) funkcje pierwiastka trzeciego i dokładniejszymi  metodami obliczania różnic
barwy sÄ…: CMC(l;c), "E*94, oraz "E*2000.
Pierwszym szerzej rozpropagowanym ukła-
dem, opartym na antagonistycznej teorii
postrzegania barwy i opracowanym z zało-
żeniem uzyskania zgodności percepcyjnej,
był Hunter LAB:
Obserwacja
wizualna barwy
Wizualna obserwacja powierzchni przed-
miotu, jednorodności i jakości jego barwy
jest najstarszÄ… technikÄ… kontrolnÄ…. Z uwagi
na mnogość możliwych zakłóceń (m.in.
fizjologicznych) aby móc mówić o meto-
dzie analitycznej, konieczne są dość duże
obostrzenia co do sposobu prowadzenia
Rys. 7. Trójkąt barw w systemie CIE 1931 z zaznaczonymi elipsami McAdama w dziesięciokrotnym
pomiarów. Polskie normy zezwalają na
powiększeniu.
prowadzenie oceny sensorycznej produk-
Laboratorium | 5/2006
40
ocena barwy produktów spożywczych | laboratorium przemysłowe
tów spożywczych. Może ona przebiegać i ciekłych (np. piwa  według PN-A-79093-
w dwóch formach: opisu słownego i po- -5:2000). Porównania barwy prowadzone są
równania ze wzorcami. Pierwsza z nich w świetle naturalnym (PN-67/A-79083) lub
polega na obserwacji  na przykład próbki sztucznym: żarowym (PN-ISO-15305:2001)
wody w przezroczystym pojemniku  a na- czy też fluorescencyjnym (PN-93/A-
stępnie na słownym scharakteryzowaniu -74855.14). W celu poprawy powtarzalności
odcienia (żółty, słomkowy itp.) i intensyw- wyników do niektórych analiz stosuje się
ności barwy (blada, ciemna itp.) zgodnie komparatory. Są one wyposażone we własne
z przedstawionym opisem (PN-EN ISO z
ródła światła, odpowiedni układ optycz-
7887:2002). W przypadku próbek stałych ny i zestawy filtrów do poszczególnych
są one umieszczane na białym podłożu, grup substancji (np. tintometry Lovibond
a ich barwę określa się przez porównanie  PN-ISO 15305:2001, komparatory ECB
z tłem (PN-A-74702-1:1998). W związku  według PN-A-79093-5:2000 i PN-67-A-
z próbą jakościowego i ilościowego opisu -79083:1998).
barwy, osoby prowadzÄ…ce analizy w tych Klasycznym sposobem wykorzystania wzor-
przypadkach powinny być przeszkolone ców jest przypisanie próbce badanej sub-
w zakresie intensywności cech w prze- stancji barwy najbardziej zbliżonego wzorca
działach scharakteryzowanych opisami lub jednostek umownych, wyliczonych od-
słownymi. Ponadto należy zwrócić uwagę powiednio na podstawie wzorca (np. ECB),
na unormowanie grubości obserwowanej choć stosowano również rozcieńczanie wzor-
warstwy oraz sposobu oświetlenia. Ponie- ca (lub próbki) w celu zrównania barwy np.
waż ocena taka jest w znacznym stopniu w kolorymetrach Lintnera i Luersa podczas
uzależniona od stanu fizjologicznego osoby oznaczania siły barwiącej słodu karmelowego
badającej, do pomiarów półilościowych i barwionego (PN-67/A-79083), a podczas
Rys. 8. Model ukÅ‚adu CIE L*a*b* i CIE L*C*h°.
bardziej celowe wydaje się wykorzystanie dozowania roztworu jodu do wody  aż do
wzorców barwnych. zrównania barwy mieszaniny i piwa (PN-
Porównanie próbki ze wzorcami pozwala -74/A-79093). Geometrie pomiarowe
uniknąć potrzeby  pamiętania intensyw- Jak zaznaczono wcześniej, zaobserwowany
ności poszczególnych  poziomów barwy. Instrumentalny kolor zależy od warunków iluminacji oraz
W analityce żywności stosowanie wzorców pomiar barwy obserwacji (kątów oświetlenia i obserwacji).
barwy jest bardzo utrudnione. Z kolei Zastosowanie elektronicznych urządzeń Kąt, pod jakim wiązka światła pada podczas
w poligrafii osoba oceniająca barwę jest pomiarowych pozwala uniknąć subiektyw- pomiarów na próbkę, a następnie jest kie-
wyposażona w próbnik barw. Jest to rodzaj ności w ocenie barwy, a wyrażanie barwy za rowana do detektora, nazywa się geometrią
atlasu odcieni barwy, rozróżnianych przez pomocą liczb (współrzędnych barwy) umoż- pomiarową.
ludzkie oko i ułożonych według określo- liwia porównywanie ze sobą barw różnych Spośród wielu możliwych geometrii po-
nego klucza. Bardzo różnorodna faktura substancji. Oprócz zalecanych przez CIE miarowych największe znaczenie mają dwie
produktów żywnościowych w większości przestrzeni barw xyY i L*a*b* w przemyśle techniki: światła jednokierunkowego oraz
przypadków uniemożliwia tego rodzaju spożywczym stosowane są specjalne skale bar- światła rozproszonego z kulą całkującą
postępowanie. Dlatego wzorce barwy znaj- wy, dostosowane do specyfiki konkretnych Ulbrichta. W pierwszym przypadku światło
dują zastosowanie w przypadku produktów produktów (tabela 1). pada na próbkę tylko z jednego kierunku.
o jednorodnej fakturze (kryształy i ciecze). Skale barwne są tworzone w taki sposób, Pomiar próbek ciekłych jest wykonywany
Wzorce barwne stosowane w analizie żywno- aby móc szybko, prosto i tanio dostarczyć klasyczną techniką spektrofotometryczną
ści wykorzystują substancje ciekłe oraz stałe. informacji niezbędnych do kontroli produk- o geometrii 0/0. W przypadku geometrii
Wzorce ciekłe są przygotowywane zgodnie cji. Dlatego spośród całego widma wybie- 45/0 powierzchnia jest oświetlana pod kątem
z normami do oznaczania barwy produktów rane sÄ… tylko te fragmenty, które najlepiej 45Ä…2°, a do detektora dociera promienio-
chemicznych (PN-81-C-04534). OpierajÄ… przedstawiajÄ… kluczowe dla barwy skÅ‚adniki. wanie pod kÄ…tem 0Ä…10°. W przypadku
się one na skalach: platynowo-kobaltowej W przypadku olejów i tłuszczów o barwie geometrii 0/45 powierzchnia jest oświetlana
Hazena, jodowej, dwuchromianowej, decyduje wzajemna zawartość karotenoidów pod kÄ…tem 0Ä…10°, a sygnaÅ‚ jest zbierany pod
miedziowo-żelazowo-kobaltowo-dwuchro- (A422) i chlorofili (A668). kÄ…tem 45Ä…2° (rys. 9).
mianowej i Gardnera. Wykorzystuje siÄ™ je
Substancja Barwa próbki  b [j.um.] y
ródło
głównie do analizy substancji o podobnym
piwo b ~ A430 PN-A-79093-5:2000
odcieniu, czyli tłuszczów i olejów roślin-
woda b1 ~ A436, b2 ~ A525, b3 ~ A620 PN-EN ISO 7887:2000
nych oraz zwierzęcych (PN-87-C-04288.24,
oleje i tłuszcze b ~ A442 + A668 PN-A-86934
PN-72-A-85902, PN-93-A-79528.14), a także
cukier (roztwór) b ~ A420 PN-A-74855-7:1998
wody (PN-EN-ISO 7887:2002). Wzorce stałe
wyroby cukiernicze b ~ R640+R660+R680+R700 BN-76-8090-02
są stosowane zarówno do substancji stałych przetwory skrobiowe b ~ R465/R660 PN-84/A-74706
(np. cukru  według PN-93-A-74855.14), jak Tabela 1. Przykładowe skale barwne stosowane w analizie produktów żywnościowych.
Laboratorium | 5/2006
41
41
laboratorium przemysłowe | ocena barwy produktów spożywczych
Rys. 9. Najważniejsze geometrie pomiarowe
światła jednokierunkowego.
Założeniem kuli całkującej, zapropono-
wanej przez Ulbrichta, jest ujednolicenie
i uśrednienie światła padającego z różnych Rys. 10. Najważniejsze geometrie pomiarowe światła rozproszonego.
kierunków. Sposób taki pozwala na bar-
dziej reprezentatywną ocenę próbek, które Technika SCI uwzględnia wpływ faktury odpowiadającej złożeniu rozkładu wid-
mają fakturę powierzchniową, oraz próbek powierzchni na wrażenie barwne u człowieka. mowego wybranego iluminanta (S())
ciekłych opalizujących. Kula całkująca jest Z kolei gdy ważne jest wyłącznie porównanie i jednej z funkcji kolorymetrycznych
jednolicie pokryta we wnętrzu białą substan- barwy, ale z pominięciem wpływu struktury ( ). Ponieważ trudno jest
cją (np. BaSO4), która jednolicie rozprasza powierzchniowej, do pomiarów należy zasto- otrzymać filtr zgodny z funkcją x() (rys. 6)
światło, przez co ulega ona wielokrotnemu sować wariant SCE. w całym jej zakresie, dla uzyskania pełnego
wewnętrznemu odbiciu, zanim trafi do zakresu widmowego często używa się dwóch
detektora. Próbka jest częściowo osłonięta Detekcja promieniowania filtrów (F , F ). Światło odbite od próbki
x1 x2
przesłoną, aby zapewnić wielokrotne od- Przyrządy służące do pomiarów współczyn- i docierające przez dany filtr do detektora
bicie światła wewnątrz kuli. W przypadku ników przepuszczania (T  transmitancji) jest rejestrowane jako składowa trójchroma-
geometrii d/0 i 0/d oś wiązki padającej oraz lub odbicia (R  remisji) należą do dwóch tyczna  odpowiednio X, Y, Z.
oś optyczna detektora są prostopadłe wzglę- zasadniczych grup: Spektrokolorymetry i spektrofotometry są
dem siebie. Częściej jednak jedna z wiązek 1. trójbodz
cowe kolorymetry filtrowe i fo- przyrzÄ…dami rejestrujÄ…cymi widmo widzial-
jest dodatkowo odchylona o 8° (rys. 10). tokolorymetry, ne w ustalonych odstÄ™pach dÅ‚ugoÅ›ci fal.
Takie wzajemne umieszczenie detektora 2. spektrokolorymetry i spektrofotometry. Pozwala to póz
niej w sposób matematyczny
i z
ródła światła umożliwia kontrolę wpływu Ponieważ wynik pomiaru podczas obliczeń opracować charakterystykę barwy dla dowol-
promienia odbitego na barwę próbki. Doko- odnoszony jest do wyników sygnału wyjścio- nych iluminantów i rodzajów obserwatora.
nuje się tego przez prowadzenie pomiarów wego, przed rozpoczęciem analizy urządzenia Spektrokolorymetry wykorzystują filtry
w dwóch wariantach: SCI (Specular Com- są kalibrowane na próbce przejrzystej przy interferencyjne i linijki diodowe, natomiast
ponent Included) z uwzględnioną składową pomiarach transmitancji lub na białej płytce w spektrofotometrach monochromatorami
odbiciowÄ… oraz SCE (Specular Component w przypadku remisji. sÄ… pryzmaty i siatki dyfrakcyjne.
Excluded), w którym odbicie zwierciadlane Fotokolorymetry są wyposażone w układ Jak wspomniano wcześniej, na wrażenie
jest wytłumiane w pułapce świetlnej. trzech filtrów (F , F , F ) o charakterystyce barwy wpływa rozkład widmowy ilumi-
x y z
Laboratorium | 5/2006
42
ocena barwy produktów spożywczych | laboratorium przemysłowe
nanta, a sama barwa nie charakteryzuje widma. Może się zatem
zdarzyć, że dwie substancje oglądane w świetle dziennym wydają
się identyczne, natomiast przy innym rodzaju oświetlenia obserwuje
się różnice w barwie. Zjawisko to nosi nazwę metameryzmu. Jest to
wynikiem pewnej  ułomności oka. Oko nie rejestruje widma z taką
dokładnością jak na przykład ucho, które rozróżnia poszczególne
instrumenty w grającej orkiestrze. Nie potrafi rozróżnić żółcieni
linii emisyjnej sodu od żółcieni cytryny  pomimo zupełnie inne-
go widma. Jednak taka  ułomność umożliwiła rozwój przemysłu
wytwarzającego barwniki. Jeżeli zachodzi potrzeba porównania
barwy substancji przy różnych rodzajach iluminanta, do pomiarów
należy użyć spektrokolorymetru lub spektrofotometru. W przy-
padku fotokolorymetru należałoby wymienić głowicę pomiarową
z układem filtrów na taką, która jest skonstruowana dla konkretnego
iluminanta i obserwatora.
Przygotowanie próbki
Przygotowanie próbki jest podstawowym problemem pomiaru
barwy. Najodpowiedniejszym obiektem do pomiaru sÄ… przejrzyste
substancje ciekłe, choć niewiele trudniejsze do przygotowania są
galaretki owocowe. Pomiar polega na umieszczeniu substancji
w celi o stałej długości (np. w kuwecie spektrofotometrycznej)
i zebraniu widma transmisyjnego. Długość ścieżki optycznej
należy dobrać do intensywności próbek: te o delikatnym zabar-
wieniu (np. białego wina) powinny mieć grubszą warstwę niż
próbki ciemne. W przypadku próbek stałych podczas analizy
należy pamiętać, że:
 próbka powinna być płaska, aby rozproszenie światła było jed-
nolite;
 na rozproszenie wpływa również struktura warstw podpo-
wierzchniowych, mogąca ulegać przemianie podczas procesów
technologicznych niezależnie od zmian barwy (uszkodzenia
podczas krojenia, przyłożony punktowo nacisk, niektóre z reakcji
Maillarda);
 zapylenie próbki zmienia sposób rozpraszania;
 struktura barwników zależy od temperatury;
 powierzchnia produktów spożywczych zazwyczaj ma niejednolitą
barwę, przez co pomiar należy kilkakrotnie powtarzać w różnych
miejscach;
 optyka przyrządu musi być dopasowana do rozmiaru próbki;
 obróbka mechaniczna (transport, rozdrabnianie) zmienia fakturę
powierzchni, choć z drugiej strony homogenizacja próbki pozwala
ją ujednolicić (np. w formie pastylki) na potrzeby kontroli różnych
partii surowców;
 z
ródła światła w urządzeniach pomiarowych są bardzo inten-
sywne, dlatego na wynik pomiaru próbki (zdawałoby się  nie-
przezroczystej) ma wpływ rodzaj podłoża, na którym jest ona
umieszczona.
Sortowanie barwne
Dobry produkt żywnościowy zazwyczaj różni się od złego barwą.
Ludzka zdolność rozróżniania barw stanowi bardzo efektywny środek
kontrolny, dlatego niejednokrotnie jest ona ostatecznym sprawdzianem
jakości surowców i gotowych produktów.
Wzrost kosztów zatrudnienia zmusza producentów do automatyzacji
procesów sortowania. Wprowadza się je przede wszystkim tam, gdzie
materiał jest drobny i regularny (ryż, orzechy laskowe, kawa, groch,
Laboratorium | 5/2006
43
43
laboratorium medyczne | ocena barwy produktów spożywczych/badania laboratoryjne...
ziarna zbóż). Współczesny system sortowania na podstawie barwy
składa się z czterech elementów:
1. Układu podającego, którego zadaniem jest odpowiednie rozdrob-
nienie materiału i dozowanie go z odpowiednią szybkością.
2. Układu optycznego, który rejestruje obraz pojawiający się przed
kamerą. Zazwyczaj są to dwie lub trzy kamery ustawione z różnych
stron, które powinny być zamontowane w taki sposób, aby nie
miały kontaktu z surowcem.
3. Układu usuwania odrzutów, zdolnego do selektywnego usuwania
pojedynczych drobin materiału. Ze względów higienicznych i wy-
dajnościowych jest to zazwyczaj układ pneumatyczny.
4. Układu przetwarzania obrazu, służącego do klasyfikowania elemen-
tów obrazu jako  dopuszczone lub  odrzucone .
Klasyfikacji drobin dokonuje się na podstawie sygnału spek-
trofotometrycznego. Z uwagi na oczekiwaną wydajność i koszt
urzÄ…dzenia sÄ… to proste fotokolorymetry. Przygotowanie urzÄ…-
dzenia polega na wykonaniu serii pomiarów testowych drobin
w spektrofotometrze, aby przyjąć dopuszczalne zakresy wartości
remisji dla poszczególnych klas surowca przy wybranych dłu-
gościach fal. Następnie dane te są wprowadzane do maszyny
sortującej. Sortowanie może być prowadzone tylko na podstawie
jednej długości fali  (sortowanie monochromatyczne) lub dwu:
1 oraz 2, a wtedy kryterium wyprowadza siÄ™ z odpowiednich
proporcji R(1) i R(2) (sortowanie dwuchromatyczne). Podwójne
sortowanie monochromatyczne również wykorzystuje dwa osobne
detektory, ale wskazania każdego z nich są niezależnymi kryteriami
klasyfikującymi, na przykład pierwszy odrzuca zanieczyszczenia
mechaniczne (kamienie) na podstawie sygnału IR, a drugi klasyfi-
kuje właściwy surowiec. Do oświetlania stosuje się głównie lampy
luminescencyjne z odpowiednio dobranymi luminoforami, aby
niektóre pasma absorpcyjne wytłumić, a inne wyodrębnić, np.
pasma fluorescencyjne niektórych bakterii. By kontrolować wpływ
rozmiaru cząstki na jej jasność, czasem stosowane są dodatkowe
lampy emitujące promieniowanie tła.
Perspektywy
Ocena barwy zajmuje coraz mocniejszą pozycję wśród metod
kontroli jakości żywności. Duże wymagania w zakresie wyglądu
produktów żywnościowych, stawiane producentom przez klientów,
kierują uwagę naukowców na coraz to nowe obszary wiedzy, m.in.
dotyczące cyfrowej analizy obrazu. Dostępne już dziś na rynku
rozwiązania technologiczne umożliwiają bieżącą kontrolę jakości
podczas produkcji. Programy komputerowe  dzięki odpowiednio
opracowanym algorytmom rozpoznawania obrazu  odnajdujÄ…
uszkodzony surowiec i kontrolujÄ… produkt. DokonujÄ… tego przez
analizę barwy elementów znajdujących się na zdjęciach pracują-
cych linii technologicznych. SÄ… to m.in.: sucharki, banany oraz
pomarańcze.
Mogłoby się zatem wydawać, że zagadnienia związane z barwą są
nowością, która dopiero co zawitała do laboratoriów analitycznych.
Nic bardziej mylnego. Każde miareczkowanie z wykorzystaniem
wskaz
ników, większość tzw. szybkich testów paskowych  to pytania
o barwę. Również rolnicy odchodzą od wyszukanych metod chemicz-
nych i znów za miernik dojrzałości owoców przyjmują barwę. Tyle, że
zmierzonÄ… spektrofotometrycznie...
Piśmiennictwo dostępne w redakcji.
Laboratorium | 5/2006
44