Spośród pięciu zmysłów: wzroku, słuchu,
dotyku, zapachu i smaku, to zmysł wzroku
odgrywa najważniejszą rolę. Jest on tak
powszechny w naszym życiu, że traktuje się
go jak coś oczywistego i nie poświęca się mu
większej uwagi. Dopiero jego brak zmusza do
wyspecjalizowania innych zmysłów.

Ocena barwy
produktów spożywczych

Jacek Rożnowski

Akademia Rolnicza im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Katedra Analizy i Oceny Jakości Żywności

Streszczenie
W publikacji przedstawiono zasady po-
strzegania barwy oraz sposoby wyzna-
czania barwy w ocenie produktów żyw-
nościowych.

Summary
In this paper a principles of a color vision,
color measurements in food analysis are
discussed.

Słowa kluczowe
wyznaczanie barwy, pomiar barwy, kolo-
rymetria, analiza żywności

Key words
color prediction, color measurement,
colorimetry, food analysis

Poznawanie świata odbywa się przez rozpo-
znawanie ruchu oraz barw. Rodzaj odebra-
nej informacji wzrokowej i jej interpretacja
przez człowieka (poziom akceptacji lub
odrzucenie) decydują o podjęciu takiego
a nie innego postępowania. Podobnie
jest z żywnością: ocena przed zakupem,

kontrola podczas przygotowania potrawy
oraz wrażenia sensoryczne towarzyszące
konsumpcji są nieodłącznie związane ze
zmysłem wzroku.

Wrażenie barwne

Opis barwy

Barwa nie jest wielkością fizyczną, lecz wraże-
niem. Jest ona związana z promieniowaniem
docierającym do oka ludzkiego, jednak barwa
nie charakteryzuje tego promieniowania.
Promieniowanie, docierając do oka, pobudza
jego receptory, ale wrażenie barwne powstaje
w mózgu jako efekt współoddziaływania
sygnałów elektrochemicznych.
Psychofizycznemu opisowi barwy służą
pojęcia:

‰

Laboratorium |

5

/2006

36

laboratorium przemysłowe |

reologia smarów/ocena barwy produktów spożywczych

–

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 związane
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
chromatyczną. 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
pastelową. Do barw nienasyconych o bardzo
małej jasności zaliczamy: odcienie brunat-
nego, oliwki oraz granaty (powierzchnie
pokryte czernią i barwą chromatyczną).
Wrażenie barwy produktu żywnościowego
jest wynikiem nałożenia się trzech skład-
ników:

–

emisji promieniowania przez źródło;

–

procesów selektywnej absorpcji i odbicia
światła na powierzchni produktu;

–

przemian elektrochemicznych zachodzą-
cych w oku i mózgu człowieka.

Zagadnieniami opisu barwy (w tym norma-
lizacją pomiarów) zajmuje się CIE (Commi-
sion Internationale de l’Éclairage).

Źródło promieniowania

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 źródłami 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 D

65

– faza uśrednionego światła

dziennego z UV o temperaturze najbliż-
szej 6504 K;

–

iluminanty D

50

D

55

D

75

– wybrane fazy

światła dziennego dla różnych stref kli-
matyczno-geograficznych o odpowied-
niej najbliższej temperaturze barwowej;

–

iluminant E – promieniowanie o jednako-
wej gęstości w całym zakresie widzialnym
(równoenergetyczne);

–

iluminanty F – wyładowcze źródła światła
(świetlówki), np. F

11

– tzw. światło białe

zimne (CW);

–

iluminant G – żarówki próżniowe o tem-
peraturze rozkładu 2361 K;

–

iluminant P – światło lamp naftowych
i świec o temperaturze rozkładu 1901 K;

–

iluminant X

e

– światło lampy ksenonowej.

Każde ze źródeł światła charakteryzuje się
własnym spektralnym rozkładem promie-
niowania (rys. 2). Niektóre z nich, o dużej
intensywności fal długich (A, P, G), sprawiają
wrażenie „ciepłych”, choć można też spotkać

Rys. 2. Spektralny rozkład promieniowania wybranych źródeł promieniowania.

Rys. 1. Podział promieniowania elektromagnetycznego.

37

ocena barwy produktów spożywczych

| laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

5

/2006

37

się z „zimnymi” (D

75

, F

11

). Najważniejszymi

iluminantami stosowanymi do oceny barwy
są: A, D

65

oraz F

11

.

Ze względu na brak sztucznego źródła światła
do praktycznej realizacji iluminantu D

65

w urządzeniach pomiarowych stosowana
jest lampa ksenonowa w odmianie wysoko-
ciśnieniowej. Iluminant C nie jest zalecany
do pomiarów (np. w naturalnie oświetlonym
pokoju północnym), ponieważ rozkład pro-
mieniowania zależy od pory dnia, zachmurze-
nia i położenia geograficznego. Jako sztuczne
iluminanty B i C wykorzystuje się żarówki
wolframowe (źródło A) z odpowiednio spre-
parowanymi filtrami cieczowymi.

Promieniowanie padające
na powierzchnię przedmiotu

Promieniowanie padające na powierzchnię
przedmiotu może ulegać rozmaitym przemia-

nom: odbiciu, rozproszeniu, absorpcji i prze-
puszczeniu. Z uwagi na strukturę powierzch-
niową produkty spożywcze można podzielić
na trzy podstawowe grupy (rys. 3):
– Produkty nieprzezroczyste, odbijające

promieniowanie, które mogą częściowo
pochłaniać, przez co produkt sprawia
wrażenie barwnego. Zależnie od faktury
powierzchni światło docierające do oka
może być odbłyskiem (odbiciem zwier-
ciadlanym) od „gładkiej”, połyskliwej
powierzchni (np. jabłek, nektarynek
czy śliwek, polew bądź metalicznych
zdobień) lub światłem rozproszonym
od powierzchni matowych i „włoskowa-
tych” (np. bułek, brzoskwini czy mąki).
Zazwyczaj osoba oceniająca kolor
pomija odbłysk powierzchni, niemniej
jego obecność wpływa na odczucia
patrzącego.

– Produkty przepuszczalne (np. soki i na-

poje klarowne, herbaty), których barwa
wynika z selektywnego pochłaniania
promieniowania. Są one oceniane przede
wszystkim w świetle przepuszczonym.

–

Produkty częściowo przepuszczalne
(np. soki przecierowe, dżemy, produkty
mleczne), których barwa jest wynikiem
połączenia procesów absorpcji, odbicia/
/rozproszenia i przepuszczania pro-
mieniowania. Są one trudne do analizy
z uwagi na różny udział odbicia i prze-
puszczania promieniowania w materiałach
o różnym stopniu rozdrobnienia.

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

i jako obraz odwrócony zostają skupione na
wewnętrznej warstwie oka (rys. 4).
Siatkówka jest wewnętrzną ścianą oka o gru-
bości ok. 0,1 mm, zawierającą dwa rodzaje
receptorów światła. Każdy rodzaj receptora
charakteryzuje się innym przedziałem czuło-
ści na światło widzialne (rys. 5):

–

Pręciki (125-130 milionów) są wrażliwe na
światło o małej intensywności i znajdują
się poza plamką żółtą.

–

Czopki (6,5-7 milionów) znajdują się
głównie w dołku środkowym i plamce
żółtej. Według teorii widzenia trójchro-
matycznego odpowiadają one za rozróż-
nianie barw:
• czopki pierwszego rodzaju (P) – tzw. czer-

wone (czopki fal długich);

• czopki drugiego rodzaju (D) – tzw. zie-

lone (czopki fal średnich);

• czopki trzeciego rodzaju (T) – tzw. nie-

bieskie (czopki fal krótkich).

Za widzenie po zmroku odpowiadają
pręciki (widzenie skotopowe), natomiast
w świetle dziennym aktywne są czopki
(widzenie fototopowe). Obszar pogranicz-
ny aktywności czopków i pręcików nazywa
się widzeniem mezotopowym (widzenie
zmierzchowe). Ponieważ krzywa względnej
czułości fototopowej (sumarycznej czułości
czopków) jest przesunięta w stronę fal
długich w porównaniu do krzywej czułości
skotopowej, barwy czerwone w widzeniu
nocnym sprawiają wrażenie czarnych.
Zjawisko to nazywane jest prawem Pur-
kiniego.

Rys. 4. Schemat budowy oka:
1. rogówka, 2. płyn wodnisty, 3. soczewka,
4. ciało szkliste, 5. wizualna oś oka,
6. siatkówka, 7. twardówka, 8. dołek środkowy,
9. plamka ślepa, 10. plamka żółta,
11. ujście nerwu wzrokowego.

Rys. 5. Pasma absorpcyjne i maksima absorp-
cji: a) pręcików; b) czopków pierwszego (P),
drugiego (D) i trzeciego (T) rodzaju.

Rys. 6. Funkcje kolorymetryczne CIE 1931.

Rys. 3. Rodzaje oddziaływania promieniowa-
nia widzialnego z substancjami o strukturze:
a) nieprzezroczystej,
b) przepuszczalnej,
c) półprzepuszczalnej.

laboratorium przemysłowe |

ocena barwy produktów spożywczych

Laboratorium |

5

/2006

38

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 bodźce świetlne, dlatego wrażenia
barwne podczas widzenia zmierzchowego są odmienne niż podczas
widzenia dziennego.

–

Wrażliwość receptorów na bodźce 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
zaleciła określanie barwy przy kącie widzenia 2°, nazywając 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 średnicy 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(λ), y(λ), z(λ), 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-

nancję.

5. Współrzędne barwy i funkcje kolorymetryczne przyjmują wartości

nieujemne.

39

ocena barwy produktów spożywczych

| laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

5

/2006

39

Aby obliczyć współrzędne xyY, oblicza się
składowe trójchromatyczne XYZ według
wzorów:

gdzie:
S(λ) – widmowy rozkład iluminanta,
φ(λ) – widmowy rozkład bodźca barwowego
docierającego do detektora.
Widmowy rozkład bodźca barwowego jest
złożeniem widma iluminanta i oddziaływania
próbki z promieniowaniem: transmitancji
dla próbek przezroczystych (T(λ)), a odbicia
(R(λ)) dla substancji stałych:

Współrzędne chromatyczne oblicza się,
stosując następujące wzory:

Mimo wielu zalet, związanych z matema-
tycznym przedstawianiem barwy w układach
CIE 1931 i wprowadzonym później ukła-
dem obserwatora dodatkowego CIE 1964,

prowadzono prace mające na celu usunięcie
ich podstawowej wady: nierównomierności
percepcyjnej. W przypadku dwóch punktów
przestrzeni barw odległość między nimi
nie jest związana 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
się to w postaci elips McAdama, w obrębie
których człowiek nie dostrzega różnic
w odczuciu barwy (rys. 7).
W 1976 roku CIE zaproponowała nowy
układ kolorymetryczny (L*a*b*), w którym
zmienna odpowiadająca za jasność barwy na-
zwana jest L*, natomiast kolor przedstawiają
współrzędne a* (proporcje czerwieni i zieleni)
i b* (proporcje żółci i błękitu) (rys. 8).
Współrzędne oblicza się na podstawie skła-
dowych trójchromatycznych próbki (X, Y, Z)
oraz punktu bieli (X

n

, Y

n

, Z

n

):

Dla próbek o małym nasyceniu barwy i ja-
sności zbliżonej do punktu bieli (X/X

n

, Y/Y

n

,

Z/Zn < 0,008856) funkcje pierwiastka trzeciego

stopnia są zastępowane przez funkcje liniowe
typu:

Odmianą układu L*a*b* jest układ L*C*h°.
Jest on zbudowany na przestrzeni CIE LAB,
w której współrzędne a* i b* są przedstawia-
ne za pomocą chromy C* i kąta odcienia
h° (rys. 8):

Taki sposób jest łatwiejszy do interpretacji,
ponieważ odpowiada fizjologicznemu odczu-
ciu nasycenia i koloru.
Dzięki dużej jednorodności percepcyjnej
układów CIE LAB obliczone matematycz-
nie: różnica barw (ΔE*) i różnica odcieni
(ΔH*) pozwalają ocenić reakcję ludzkiego
wzroku:

Mniej rozpowszechnionymi – choć nowszymi
i dokładniejszymi – metodami obliczania różnic
barwy są: CMC(l;c), ΔE*94, oraz ΔE*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 najstarszą techniką kontrolną. 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
pomiarów. Polskie normy zezwalają na
prowadzenie oceny sensorycznej produk-

Rys. 7. Trójkąt barw w systemie CIE 1931 z zaznaczonymi elipsami McAdama w dziesięciokrotnym
powiększeniu.

laboratorium przemysłowe |

ocena barwy produktów spożywczych

Laboratorium |

5

/2006

40

tów spożywczych. Może ona przebiegać
w dwóch formach: opisu słownego i po-
równania ze wzorcami. Pierwsza z nich
polega na obserwacji – na przykład próbki
wody w przezroczystym pojemniku – a na-
stępnie na słownym scharakteryzowaniu
odcienia (żółty, słomkowy itp.) i intensyw-
ności barwy (blada, ciemna itp.) zgodnie
z przedstawionym opisem (PN-EN ISO
7887:2002). W przypadku próbek stałych
są one umieszczane na białym podłożu,
a ich barwę określa się przez porównanie
z tłem (PN-A-74702-1:1998). W związku
z próbą jakościowego i ilościowego opisu
barwy, osoby prowadzące analizy w tych
przypadkach powinny być przeszkolone
w zakresie intensywności cech w prze-
działach scharakteryzowanych opisami
słownymi. Ponadto należy zwrócić uwagę
na unormowanie grubości obserwowanej
warstwy oraz sposobu oświetlenia. Ponie-
waż ocena taka jest w znacznym stopniu
uzależniona od stanu fizjologicznego osoby
badającej, do pomiarów półilościowych
bardziej celowe wydaje się wykorzystanie
wzorców barwnych.
Porównanie próbki ze wzorcami pozwala
uniknąć potrzeby „pamiętania” intensyw-
ności poszczególnych „poziomów” barwy.
W analityce żywności stosowanie wzorców
barwy jest bardzo utrudnione. Z kolei
w poligrafii osoba oceniająca barwę jest
wyposażona w próbnik barw. Jest to rodzaj
atlasu odcieni barwy, rozróżnianych przez
ludzkie oko i ułożonych według określo-
nego klucza. Bardzo różnorodna faktura
produktów żywnościowych w większości
przypadków uniemożliwia tego rodzaju
postępowanie. Dlatego wzorce barwy znaj-
dują zastosowanie w przypadku produktów
o jednorodnej fakturze (kryształy i ciecze).
Wzorce barwne stosowane w analizie żywno-
ści wykorzystują substancje ciekłe oraz stałe.
Wzorce ciekłe są przygotowywane zgodnie
z normami do oznaczania barwy produktów
chemicznych (PN-81-C-04534). Opierają
się one na skalach: platynowo-kobaltowej
Hazena, jodowej, dwuchromianowej,
miedziowo-żelazowo-kobaltowo-dwuchro-
mianowej i Gardnera. Wykorzystuje się je
głównie do analizy substancji o podobnym
odcieniu, czyli tłuszczów i olejów roślin-
nych oraz zwierzęcych (PN-87-C-04288.24,
PN-72-A-85902, PN-93-A-79528.14), a także
wody (PN-EN-ISO 7887:2002). Wzorce stałe
są stosowane zarówno do substancji stałych
(np. cukru – według PN-93-A-74855.14), jak

i ciekłych (np. piwa – według PN-A-79093-
-5:2000). Porównania barwy prowadzone są
w świetle naturalnym (PN-67/A-79083) lub
sztucznym: żarowym (PN-ISO-15305:2001)
czy też f luorescencyjnym (PN-93/A-
-74855.14). W celu poprawy powtarzalności
wyników do niektórych analiz stosuje się
komparatory. Są one wyposażone we własne
źródła światła, odpowiedni układ optycz-
ny i zestawy filtrów do poszczególnych
grup substancji (np. tintometry Lovibond
– PN-ISO 15305:2001, komparatory ECB
– według PN-A-79093-5:2000 i PN-67-A-
-79083:1998).
Klasycznym sposobem wykorzystania wzor-
ców jest przypisanie próbce badanej sub-
stancji barwy najbardziej zbliżonego wzorca
lub jednostek umownych, wyliczonych od-
powiednio na podstawie wzorca (np. ECB),
choć stosowano również rozcieńczanie wzor-
ca (lub próbki) w celu zrównania barwy np.
w kolorymetrach Lintnera i Luersa podczas
oznaczania siły barwiącej słodu karmelowego
i barwionego (PN-67/A-79083), a podczas
dozowania roztworu jodu do wody – aż do
zrównania barwy mieszaniny i piwa (PN-
-74/A-79093).

Instrumentalny
pomiar barwy

Zastosowanie elektronicznych urządzeń
pomiarowych pozwala uniknąć subiektyw-
ności w ocenie barwy, a wyrażanie barwy za
pomocą liczb (współrzędnych barwy) umoż-
liwia porównywanie ze sobą barw różnych
substancji. Oprócz zalecanych przez CIE
przestrzeni barw xyY i L*a*b* w przemyśle
spożywczym stosowane są specjalne skale bar-
wy, dostosowane do specyfiki konkretnych
produktów (tabela 1).
Skale barwne są tworzone w taki sposób,
aby móc szybko, prosto i tanio dostarczyć
informacji niezbędnych do kontroli produk-
cji. Dlatego spośród całego widma wybie-
rane są tylko te fragmenty, które najlepiej
przedstawiają kluczowe dla barwy składniki.
W przypadku olejów i tłuszczów o barwie
decyduje wzajemna zawartość karotenoidów
(A

422

) i chlorofili (A

668

).

Geometrie pomiarowe

Jak zaznaczono wcześniej, zaobserwowany
kolor zależy od warunków iluminacji oraz
obserwacji (kątów oświetlenia i obserwacji).
Kąt, pod jakim wiązka światła pada podczas
pomiarów na próbkę, a następnie jest kie-
rowana do detektora, nazywa się geometrią
pomiarową.
Spośród wielu możliwych geometrii po-
miarowych największe znaczenie mają dwie
techniki: światła jednokierunkowego oraz
światła rozproszonego z kulą całkującą
Ulbrichta. W pierwszym przypadku światło
pada na próbkę tylko z jednego kierunku.
Pomiar próbek ciekłych jest wykonywany
klasyczną techniką spektrofotometryczną
o geometrii 0/0. W przypadku geometrii
45/0 powierzchnia jest oświetlana pod kątem
45±2°, a do detektora dociera promienio-
wanie pod kątem 0±10°. W przypadku
geometrii 0/45 powierzchnia jest oświetlana
pod kątem 0±10°, a sygnał jest zbierany pod
kątem 45±2° (rys. 9).

Rys. 8. Model układu CIE L*a*b* i CIE L*C*h°.

Substancja

Barwa próbki – b [j.um.]

Źródło

piwo

b ~ A

430

PN-A-79093-5:2000

woda

b

1

~ A

436

, b

2

~

A

525

, b

3

~ A

620

PN-EN

ISO

7887:2000

oleje i tłuszcze

b ~ A

442

+ A

668

PN-A-86934

cukier (roztwór)

b ~ A

420

PN-A-74855-7:1998

wyroby cukiernicze

b ~ R

640

+R

660

+R

680

+R

700

BN-76-8090-02

przetwory skrobiowe

b ~ R

465

/R

660

PN-84/A-74706

Tabela 1. Przykładowe skale barwne stosowane w analizie produktów żywnościowych.

41

ocena barwy produktów spożywczych

| laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

5

/2006

41

Założeniem kuli całkującej, zapropono-
wanej przez Ulbrichta, jest ujednolicenie
i uśrednienie światła padającego z różnych
kierunków. Sposób taki pozwala na bar-
dziej reprezentatywną ocenę próbek, które
mają fakturę powierzchniową, oraz próbek
ciekłych opalizujących. Kula całkująca jest
jednolicie pokryta we wnętrzu białą substan-
cją (np. BaSO

4

), która jednolicie rozprasza

światło, przez co ulega ona wielokrotnemu
wewnętrznemu odbiciu, zanim trafi do
detektora. Próbka jest częściowo osłonięta
przesłoną, aby zapewnić wielokrotne od-
bicie światła wewnątrz kuli. W przypadku
geometrii d/0 i 0/d oś wiązki padającej oraz
oś optyczna detektora są prostopadłe wzglę-
dem siebie. Częściej jednak jedna z wiązek
jest dodatkowo odchylona o 8° (rys. 10).
Takie wzajemne umieszczenie detektora
i źródła światła umożliwia kontrolę wpływu
promienia odbitego na barwę próbki. Doko-
nuje się tego przez prowadzenie pomiarów
w dwóch wariantach: SCI (Specular Com-
ponent Included) z uwzględnioną składową
odbiciową oraz SCE (Specular Component
Excluded), w którym odbicie zwierciadlane
jest wytłumiane w pułapce świetlnej.

Technika SCI uwzględnia wpływ faktury
powierzchni na wrażenie barwne u człowieka.
Z kolei gdy ważne jest wyłącznie porównanie
barwy, ale z pominięciem wpływu struktury
powierzchniowej, do pomiarów należy zasto-
sować wariant SCE.

Detekcja promieniowania

Przyrządy służące do pomiarów współczyn-
ników przepuszczania (T – transmitancji)
lub odbicia (R – remisji) należą do dwóch
zasadniczych grup:
1. trójbodźcowe kolorymetry filtrowe i fo-

tokolorymetry,

2. spektrokolorymetry i spektrofotometry.
Ponieważ wynik pomiaru podczas obliczeń
odnoszony jest do wyników sygnału wyjścio-
wego, przed rozpoczęciem analizy urządzenia
są kalibrowane na próbce przejrzystej przy
pomiarach transmitancji lub na białej płytce
w przypadku remisji.
Fotokolorymetry są wyposażone w układ
trzech filtrów (F

x

, F

y

, F

z

) o charakterystyce

odpowiadającej złożeniu rozkładu wid-
mowego wybranego iluminanta (S(λ))
i jednej z funkcji kolorymetrycznych
(

). Ponieważ trudno jest

otrzymać filtr zgodny z funkcją x(λ) (rys. 6)
w całym jej zakresie, dla uzyskania pełnego
zakresu widmowego często używa się dwóch
filtrów (F

x1

, F

x2

). Światło odbite od próbki

i docierające przez dany filtr do detektora
jest rejestrowane jako składowa trójchroma-
tyczna – odpowiednio X, Y, Z.
Spektrokolorymetry i spektrofotometry są
przyrządami rejestrującymi widmo widzial-
ne w ustalonych odstępach długości fal.
Pozwala to później w sposób matematyczny
opracować charakterystykę barwy dla dowol-
nych iluminantów i rodzajów obserwatora.
Spektrokolorymetry wykorzystują filtry
interferencyjne i linijki diodowe, natomiast
w spektrofotometrach monochromatorami
są pryzmaty i siatki dyfrakcyjne.
Jak wspomniano wcześniej, na wrażenie
barwy wpływa rozkład widmowy ilumi-

Rys. 9. Najważniejsze geometrie pomiarowe
światła jednokierunkowego.

Rys. 10. Najważniejsze geometrie pomiarowe światła rozproszonego.

laboratorium przemysłowe |

ocena barwy produktów spożywczych

Laboratorium |

5

/2006

42

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 są 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;

– źródła 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,

43

ocena barwy produktów spożywczych

| laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

5

/2006

43

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
urządzenia są to proste fotokolorymetry. Przygotowanie urzą-
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 λ (sortowanie monochromatyczne) lub dwu:
λ

1

oraz λ

2

,

a wtedy kryterium wyprowadza się z odpowiednich

proporcji R(λ

1

) i R(λ

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 – odnajdują
uszkodzony surowiec i kontrolują produkt. Dokonują tego przez
analizę barwy elementów znajdujących się na zdjęciach pracują-
cych linii technologicznych. Są 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
wskaźników, 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
zmierzoną spektrofotometrycznie...

‰

Piśmiennictwo dostępne w redakcji.

Laboratorium |

5

/2006

44

laboratorium medyczne |

ocena barwy produktów spożywczych

/badania laboratoryjne...