Małgorzata Pyra Grupa VB	Temat: Procesy technologiczne a barwa produktów spożywczych.

Uwagi prowadzącego:

Data wykonania ćwiczenia 10.04.2013r.	Data oddania sprawozdania 18.04.2013r.	Podpis i ocena

1. Wstęp:

Barwa jest to wrażenie wzrokowe wywoływane przez widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, określana jest 3 atrybutami: kolorem, jakością barwy i nasyceniem. Zakres światła widzialnego obejmuje długość fali elektromagnetycznej od 380 nm do 700 nm.

Barwy przedmiotów są wynikiem selektywnego pochłaniania określonych długości światła białego. Te długości, które nie zostają pochłonięte ulegają odbiciu i dają widoczne dla nas zabarwienie. Światło białe to mieszanina różnych fal, jeśli ciało pochłania wszystkie długości fal światła białego to otrzymujemy kolor czarny.

Analiza barwy i wykorzystanie jej w przemyśle.

Do analizy barwy najczęściej wykorzystywany jest model CIE L*a*b*. L* jest wartością opisującą jasność (wartości od 0 (czerń) do 100 (biel)), a* określa dla wartości ujemnych zieleń, a dla dodatnich czerwień (wartości od 120 do -120) i b* które określa dla wartości ujemnych kolor niebieski, a dla dodatnich żółć (wartości od 120 do -120). Analizę widmowego współczynnika odbicia wykorzystuje się do sortowania w celu oddzielenia produktów niepożądanych o nieodpowiedniej barwie, lub kształcie.

Barwniki stosuje się aby:

-przywrócić barwę produktom utraconą w procesach przetwórczych;

-nadać barwę pożądaną przez klientów (podnosi to jakość);

-nadanie intensywnego koloru

Barwniki mogą być naturalne, pozyskiwane z np. roślin bogatych w dany barwnik. Do naturalnych barwników zaliczamy: chlorofile, antocyjany, mioglobinę, karotenoidy i betalainy.

Barwniki identyczne z naturalnymi to pozyskane droga laboratoryjna lub w wyniku procesów chemicznych, ale o budowie identycznej z naturalnie występującymi w przyrodzie.

Barwniki syntetyczne, mogą być organiczne i nieorganiczne. Organiczne barwniki syntetyczne są odporne na wysokie temperatury.

1. Ćwiczenie 1.

Analiza barwy oraz zawartości antocyjanów i indeksu ich degradacji w sokach z czarnej porzeczki przechowywanych w różnych warunkach.

Wykonanie:

Z otrzymanych soków z czarnej porzeczki przechowywanych w różnych warunkach tj.

• -lodówka

• -temp.40C

• -temp. pokojowa z dostępem światła

• -temp. pokojowa z dostępem tlenu

• -temp. pokojowa bez dostępu tlenu i światła

Pobrano po 5cm i przeniesiono do kolbek o pojemności 50 cm³. Połowę z próbek soku dopełniono buforem o pH 1, a drugą połowę buforem o pH 4,5. Po rozcieńczeniu próbek soku odpowiednimi buforami odstawiono je na 20 min do ciemnej szafki. Po upływie tego czasu zmierzono absorbancję prób wobec wody destylowanej przy dwóch długościach fali: 510 nm i 700 nm.

Wyniki pomiarów:

Tabela.1

Warunki przechowywania	A pH 1.0 (λ=510nm)	A pH 4,5 (λ=510nm)	A pH 1.0 (λ=700nm)	A pH 4,5 (λ=700nm)
1.Lodówka(wyjściowa)	0,846	0,232	0,005	0,010
2. 40 ̊ C	0,341	0,255	0,040	0,020
3. Światło	0,607	0,231	0,021	0,024
4.Tlen	0,880	0,264	0,017	0,019
5.Temp.pokojowa	0,719	0,230	0,010	0,018

Na podstawie wykonanych pomiarów obliczono indeks degradacji antocyjanów w poszczególnych próbkach soku przy długości fali 510nm:

Obliczenia:

Indeks degradacji DI= A_pH1,0/(A_pH1,0 – A_pH4,5)

1. Próba kontrolna(sok z lodówki)

ID=$\ \frac{0,846A}{(0,846A - 0,232A)} = 1,37$

1. Sok przechowywany w temp.40

ID=$\ \frac{0,341A}{(0,341A - 0,255A)} = 1,96$

1. Sok przechowywany z dostępem do tlenu

ID=$\ \frac{0,880A}{(0,880A - 0,264A)} = 1,38$

1. Sok przechowywany w temp. pokojowej

ID=$\ \frac{0,719A}{(0,719A - 0,230A)} = 1,47$

1. Sok przechowywany z dostępem do światła

ID=$\ \frac{0,607A}{(0,607A - 0,231A)} = 1,61$

Obliczenie zawartości antocyjanów w badanych próbówkach soku:

CA=$\ \frac{A\ x\ MW\ x\ DF\ x\ 1000}{(\varepsilon\ x\ 1)}$

A= (A₅₁₀ – A ₇₀₀)_pH1.0 – (A₅₁₀ – A ₇₀₀)_pH4.5

MW=449,2 g/mol cyjano-3-glukozydu

DF=10 współczynnik rozcieńczenia

ε = 26900l/mol/cm³dla cyjanidyno -3-glukozydu (molowy współczynnik ekstynkcji)

1 – długość drogi optycznej

Wyniki:

1.Próba kontrolna

A= (0,846-0,005) - (0,232-0,010) = 0,619

CA=$\ \frac{0,619*449,2*10*1000}{(26900*1)} = 103,36$

2.Temp.40

A= (0,341-0,040) - (0,255-0,020) = 0,066

CA=$\ \frac{0,066*449,2*10*1000}{(26900*1)} = 11,02$

3. Dostęp do światła

A= (0,607-0,021) - (0,231-0,024) = 0,379

CA=$\ \frac{0,379*449,2*10*1000}{(26900*1)} = 63,28$

4. Dostęp do tlenu

A= (0,880-0,017) - (0,264-0,019) = 0,618

CA=$\ \frac{0,618*449,2*10*1000}{(26900*1)} = 103,19$

5. Temperatura pokojowa

A= (0,719-0,010) - (0,230-0,018) = 0,497

CA=$\ \frac{0,497*449,2*10*1000}{(26900*1)} = 82,99$

Obliczenie różnicy barwy w stosunku do próby kontrolnej:

Temperatura 40 ̊ C:

ΔL* = 70,27-53,98= 16,29

Δa*= 12,05-27,18= -15,13

Δb*= 4,63-(-1,29)= 5,92

ΔE=$\sqrt{{(16,29)}^{2}{+ ( - 15,13)}^{2}{+ (5,92)}^{2}}$=23,00

Światło :

ΔL* = 63,59-53,98= 9,61

Δa*= 31,97-27,18= 4,79

Δb*= -1,21-(-1,29)= 0,08

ΔE=$\sqrt{{(9,61)}^{2}{+ (4,79)}^{2}{+ (0,08)}^{2}}$= 10,73

Tlen:

ΔL* =67,28-53,98= 13,3

Δa*= 30,40-27,18= 3,22

Δb*= -9,04-(-1,29)= -7,75

ΔE=$\sqrt{{(13,3)}^{2}{+ (3,22)}^{2}{+ ( - 7,75)}^{2}}$=15,72

Temp. pokojowa:

ΔL*= 62,71-53,98= 8,73

Δa*= 24,64-27,18= -2,54

Δb*= -2,63-(-1,29)= -1,34

ΔE=$\sqrt{{(8,73)}^{2}{+ ( - 2,54)}^{2}{+ ( - 1,34)}^{2}}$= 9,19

Tabela 2.

Warunki przechowywania	Zawartość antocyjanów	ID	L*	a*	b*	ΔE
Próba kontrolna	103,36	1,37	53,98	27,18	-1,29	0
Temp. 40 ̊ C	11,02	1,96	70,27	12,05	4,63	23,00
Światło	63,28	1,61	63,59	31,97	-1,21	10,73
Tlen	103,19	1,38	67,28	30,40	-9,04	15,72
Temp. pokojowa	82,99	1,47	62,71	24,64	-2,63	9,190

Wnioski:

Na podstawie indeksu degradacji możemy stwierdzić, że antocyjany okazały się najbardziej wrażliwe na wysoką temperaturę (40 ̊ C), a najmniej na przechowywanie w lodówce.

Jak widać na załączonej tabeli największą zmianę barwy zanotowano przy dostępie światła i pod wpływem wysokiej temperatury. Największy spadek zawartości antocyjanów również zanotowano dla próbki soku przechowywanej w temp.40  oraz pod wpływem światła.

Analizując różnicę barw względem wzorca (4 ̊ C) największą różnicę zauważamy w sokach przechowywanych w 40 ̊ C oraz z dostępem tlenu (w obliczeniach lub przy przepisywaniu wyników musiał nastąpić błąd, ponieważ wiadomo, że barwniki te są także mało odporne na obecność światła).

Biorąc pod uwagę wszystkie wyniki pomiarów barwy można śmiało stwierdzić, że warunki w jakich przechowywany był sok (40, dostęp światła, tlenu oraz temp. pokojowa)znacznie wpłynęły na zmianę jego zabarwienia oraz zawartość antocyjanów w stosunku do próbki wzorcowej.

1. Ćwiczenie 2

Analiza zawartości sztucznych barwników w napojach i słodyczach.

Wykonanie:

Do analizy wykorzystano napój energetyczny „OSHEE”. Na etykiecie umieszczonej na napoju odczytano, jaki barwnik został do niego dodany, a następnie odszukano w tabelach przy jakiej długości fali się go oznacza. Na spektrofotometrze ustawiono wymaganą długość fali, wyzerowano aparat na wodzie destylowanej i względem niej zmierzono absorbancję roztworu.

Dane odczytane z tabeli:

barwnik : E104 – żółcień chinolinowa (odczytane z etykiety napoju)

barwa : żółta

masa molowa : 477,3 g/mol

ADI : 10 [mg/kg masy ciała]

λ = 411 nm

K = 1,79 E + 0,4

maksymalna dawka : 100 [mg/kg]

Żółcień chinolinowa:

C= A/K (mol/dm³)

C= 1,340/ (1,79E + 0,4) = 0,00007486 mol/dm³

C=A x (M/K) (mg/dm³)

C=1,340 x (477,38/1,79E+0,4)=0,035 mg/dm³

Obliczenie ilości poszczególnego napoju wyczerpującego ADI dla danego barwnika:

ADI:10mg/kg C= 0,035 mg/ dm³ Masa ciała człowieka: 65kg

65kg - x mg 0,035mg -1dm³

1kg - 10 mg 650mg - xdm³

x= 650mg x=18571,428 dm³

Aby konsument przekroczył maksymalną dawkę ADI dla danego barwnika musi wypić ponad 18571,428 dm³napoju energetycznego „OSHEE”.

Wnioski:

Na podstawie obliczeń stwierdzono jakie jest stężenie barwnika w napoju energetycznym „OSHEE”. Stężenie żółcieni chinolinowej występującej w napoju jest niewielkie jednak jak się okazuje wystarczające, aby go zabarwić. Napój wyczerpuje ADI przy dość dużych ilościach, dla napoju energetycznego „OSHEE wartość ta wynosi 18571,428 dm³. Podane wartości ADI są ważne dla konsumentów, gdyż wskazują jaką ilość np. napoju można spożyć, aby nie przekroczyć dziennego zalecanego spożycia danego barwnika.

1. Ćwiczenie 3

Wpływ wybranych procesów na barwę soku z buraka ćwikłowego

Wykonanie:

Buraki ćwikłowe umyto, obrano, pokrojono w kostkę i za pomocą sokowirówki wyciśnięto z nich sok. Uzyskany sok podzielono na cztery części. Pierwszą część pozostawiono jako próbę kontrolną. Drugą zakwaszono 50% roztworem kwasu cytrynowego do pH 3,5, a trzecią do pH 5,0.Czwartą próbkę pozostawiono niezakwaszoną. Próby od 2 do 4 gotowano i utrzymywano w stanie wrzenia przez 3 minuty. Następnie surowiec szybko schłodzono w naczyniu z zimną wodą i zmierzono jego barwę za pomocą kolorymetru.

Wyniki pomiarów:

Tabela 3.

Próbki soku	L*	a*	b*	ΔE
1.Kontrolna	44,08	48,79	28,85	0
2.Zakwaszona do pH=3,5	41,31	50,12	16,94	12,29
3.Zakwaszona do pH=5,0	43,00	50,27	33,86	8,21
4.Niezakwaszona podgrzana	33,98	43,77	34,70	14,33

Obliczenia:

pH 3,5

ΔL*= 41,31-44,08= -2,77

Δa*= 50,12-48,79= 1,33

Δb*= 16,94-28,85= -11,91

ΔE=$\sqrt{{( - 2,77)}^{2}{+ (1,33)}^{2}{+ ( - 11,91)}^{2}}$= 12,29

pH 5,0

ΔL*= 43,00-44,08= -1,08

Δa*= 50,27-48,79= 1,48

Δb*= 33,86-25,85= 8,01

ΔE=$\sqrt{{( - 1,08)}^{2}{+ (1,48)}^{2}{+ (8,01)}^{2}}$= 8,21

Niezakwaszona podgrzana:

ΔL*= 33,98-44,08= -10,1

Δa*= 43,77-48,79= -5,02

Δb*= 34,70-25,85= 8,85

ΔE=$\sqrt{{( - 10,1)}^{2}{+ ( - 5,02)}^{2}{+ (8,85)}^{2}}$= 14,33

Wnioski:

Na podstawie analizy ∆E widoczna jest największa różnica barwy w soku z buraka, który nie został zakwaszony, a jedynie podgrzany przez 3 minuty. Świadczy to o wysokiej wrażliwości betalain na wysoką temperaturę. Jak wiadomo barwa betalain ulega zmianom przy różnym pH. W przypadku próbki zakwaszonej do pH 3,5 zanotowano spadek wartości parametru L*- odcień soku był ciemniejszy, parametr a* wzrósł, a więc kolor soku był bardziej czerwony w porównaniu do próbki kontrolnej. Próbka zakwaszona do pH 5,0 również wykazała spadek wartości parametru L* - odcień soku był ciemniejszy, parametr a* uległ zwiększeniu.

We wszystkich próbówkach poddanych powyższym procesom stwierdzono różnice w parametrach barw w stosunku do próbki kontrolnej.

1. Ćwiczenie 4

Wpływ procesów przetwórczych na barwę produktów zawierających chlorofile

Wykonanie:

Zmierzono parametry barwy (L*a*b*) próby szpinaku sterylizowanego i mrożonego(po uprzednim rozmrożeniu). Ponadto połowę szpinaku rozmrożonego ogrzewano przez 30 minut we wrzącej łaźni wodnej, systematycznie mieszając. Po ochłodzeniu próby również zmierzono jej barwę. Obliczono różnice barwy przyjmując za wzorzec warzywo zaraz po rozmrożeniu.

Obliczenia:

1. Szpinak rozmrożony ogrzewany w łaźni:

ΔL* = 61,36-56,86= 4,5

Δa*= -6,95-(-11,59)= 4,64

Δb*= 33,51-35,46= -1,95

ΔE=$\sqrt{{(4,5)}^{2}{+ (4,64)}^{2}{+ ( - 1,95)}^{2}}$= 6,75

1. Szpinak sterylizowany:

ΔL* = 58,55-56,86= 1,69

Δa*= 5,55-(-11,59)= 17,14

Δb*= 43,13-35,46=7,67

ΔE=$\sqrt{{(1,69)}^{2}{+ (17,14)}^{2}{+ (7,67)}^{2}}$= 18,85

Tabela 3.

Próbki	L*	a*	b*	∆E
Szpinak po rozmrożeniu	56,86	-11,59	35,46	0
Szpinak gotowany w łaźni wodnej 20 minut	61,36	-6,95	35,51	6,75
Szpinak sterylizowany	58,55	5,55	43,13	18,85

Wnioski:

Na podstawie obliczeń ΔE można stwierdzić, że oba procesy jakim został poddany szpinak tj. sterylizacja i ogrzewanie wpłynęły na zmianę jego barwy.

W przypadku szpinaku poddanego ogrzewaniu zanotowano następujące zmiany: barwa w nieznacznym stopniu uległa zmianie, stała się jaśniejsza w porównaniu do próbki kontrolnej. Można powiedzieć, że szpinak rozmrożony poddany ogrzewaniu stał się w niewielkim stopniu jaśniejszy w porównaniu do próbki kontrolnej, prawdopodobnie zmiany te trudno byłoby przedstawić bez kolorymetru.

W przypadku szpinaku sterylizowanego zanotowano następujące zmiany: szpinak stał się bardziej ciemny, w porównaniu do próbki kontrolnej. Sterylizacja negatywnie wpłynęła na jego barwę, która przyjęła kolor zielono brunatny. Sterylizacja wpływa negatywnie na jakość szpinaku, spowodowane jest to głównie tworzeniem z chlorofilu pirofeofityny o barwie oliwkowo-brązowej, która znacznie obniża walory jakościowe tego produktu.

1. Ćwiczenie 5

Wyznaczanie krzywej rozcieńczania barwnika

Wykonanie:

Przygotowano wyjściowy roztwór barwnika- annato o stężeniu 5% (0,3g annato). Wykonano serię jego rozcieńczeń: pobrano połowę objętości (3 cm³⁾ roztworu wyjściowego do zlewki, dopełniono taką samą objętością wody destylowanej i dokładnie wymieszano. Z powstałego roztworu ponownie pobrano połowę. Rozcieńczanie powtarzano do otrzymania 10 roztworów. Zmierzono barwę prób za pomocą kolorymetru.

Wyniki:

Tabela 4.

Próba	L*	a*	b*	∆E	Stężenie barwnika(%)
1.	74,25	39,19	79,63	0	5
2.	77,57	42,98	71,42	9,63	2,5
3.	79,46	22,18	66,35	22,20	1,25
4.	87,30	15,70	50,19	39,85	0,625
5.	88,59	12,72	35,68	53,27	0,313
6.	89,50	6,65	24,65	65,68	0,156
7.	90,31	4,47	15,31	74,83	0,078
8.	92,37	1,31	9,55	81,69	0,039
9.	93,18	0,86	6,24	84,93	0,019
10.	93,18	0,86	6,24	84,93	0,001

Obliczenia:

1. ∆L*= 77,57-74,25= 3,32

∆a*= 42,98-39,19= 3,79

∆b*= 71,42-79,63= -8,21

ΔE=$\sqrt{{(3,32)}^{2}{+ (3,79)}^{2}{+ ( - 8,21)}^{2}}$ = 9,63

1. ∆L*= 79,46-74,25= 5,21

∆a*= 22,18-39,19= -17,01

∆b*=66,35-79,63= -13,28

ΔE=$\sqrt{{(5,21)}^{2}{+ ( - 17,01)}^{2}{+ ( - 13,28)}^{2}}$= 22,20

1. ∆L*= 87,30-74,25= 13,05

∆a*= 15,70-39,19= -23,49

∆b*=50,19-79,63= -29,44

ΔE=$\sqrt{{(13,05)}^{2}{+ ( - 23,49)}^{2}{+ ( - 29,44)}^{2}}$= 39,85

1. ∆L*= 88,59-74,25= 14,34

∆a*= 12,72-39,19= -26,47

∆b*= 35,68-79,63= -43,95

ΔE=$\sqrt{{(14,34)}^{2}{+ ( - 26,47)}^{2}{+ ( - 43,95)}^{2}}$= 53,27

1. ∆L*= 89,50-74,25= 15,25

∆a*= 6,65-39,19= -32,54

∆b*=24,65-79,63= -54,98

ΔE=$\sqrt{{(15,25)}^{2}{+ ( - 32,54)}^{2}{+ ( - 54,98)}^{2}}$= 65,68

1. ∆L*= 90,31-74,25= 16,06

∆a*= 4,47-39,19= -34,72

∆b*=15,31-79,63= -64,32

ΔE=$\sqrt{{(16,06)}^{2}{+ ( - 34,72)}^{2}{+ ( - 64,32)}^{2}}$= 74,83

1. ∆L*= 92,37-74,25= 18,12

∆a*= 1,31-39,19= -37,88

∆b*=9,55-79,63= -70,08

ΔE=$\sqrt{{(18,12)}^{2}{+ ( - 37,88)}^{2}{+ ( - 70,08)}^{2}}$= 81,69

1. ∆L*= 93,18-74,25= 18,93

∆a*= 0,86-39,19= -38,33

∆b*= 6,24-79,63= -73,39

ΔE=$\sqrt{{(18,93)}^{2}{+ ( - 38,33)}^{2}{+ ( - 73,39)}^{2}}$= 84,93

1. ∆L*= 93,18-74,25= 18,93

∆a*= 0,86-39,19= -38,33

∆b*= 6,24-79,63= -73,39

ΔE=$\sqrt{{(18,93)}^{2}{+ ( - 38,33)}^{2}{+ ( - 73,39)}^{2}}$= 84,93

Wykres:

Zależność L*, a*, b* oraz ∆E od stężenia barwnika

Wnioski:

Na podstawie sporządzonego wykresu stwierdzamy, że największe zmiany w parametrach barwy zanotowano od stężenia 1,25%:

L* - wzrasta jasność

a* - w znacznym stopniu zmniejsza się czerwone zabarwienie

b* - w znacznym stopniu zmniejsza się żółte zabarwienie

ΔE- rośnie różnica barwy w stosunku do próbki kontrolnej

Zmiana barwy jest liniowo proporcjonalna do zmiany stężenia od stężenia od 1,25%.