第六章第六章 食品的食品的色彩色彩与与光学光学性质性质第一节第一节 食品与色泽食品与色泽第二节第二节 颜色光学基础颜色光学基础第三节第三节 食品的光物食品的光物性及其品质性及其品质第一节第一节 食品与色泽食品与色泽u食品都有比较固定的颜色，颜色是食品的主要表观特征之一。食品都有比较固定的颜色，颜色是食品的主要表观特征之一。u食食品品颜颜色色给给人人的的第第一一印印象象是是视视觉觉上上的的，然然后后通通过过颜颜色色对对大大脑脑的的刺刺激激，激激发发以以前前对对这这种种颜颜色色的的记记忆忆，如如食食品品种种类类、品品质质优优劣劣、新鲜与否的联想，最终形成对某种新鲜与否的联想，最终形成对某种食品的综合评价食品的综合评价。u色泽虽是外观，但也反映了其味道，给人以滋味的感觉。色泽虽是外观，但也反映了其味道，给人以滋味的感觉。u在食品的感官品质中，以在食品的感官品质中，以“色色”为先。为先。一、食品的颜色与感觉一、食品的颜色与感觉颜色颜色感官印象感官印象颜色颜色感官印象感官印象颜色颜色感官印象感官印象白色白色营养、清爽、卫生、营养、清爽、卫生、柔和柔和深褐色深褐色难吃、硬难吃、硬暗黄暗黄不新鲜、难吃不新鲜、难吃灰色灰色难吃、脏难吃、脏橙色橙色甜、滋养、味浓、甜、滋养、味浓、美味美味淡绿色淡绿色清爽、清凉清爽、清凉粉红色粉红色甜、柔和甜、柔和暗橙色暗橙色陈旧、硬陈旧、硬黄绿黄绿清爽、新鲜清爽、新鲜红色红色甜、滋养、新鲜、味甜、滋养、新鲜、味浓浓奶油色奶油色甜、滋养、爽口、甜、滋养、爽口、美味美味暗黄绿暗黄绿不洁不洁紫红紫红浓烈、甜、暧浓烈、甜、暧黄色黄色滋养、美味滋养、美味绿绿新鲜新鲜（一）食物颜色与感觉（一）食物颜色与感觉颜色颜色色彩的联想色彩的联想象征的意义象征的意义运用的效果运用的效果红红果实、热烈、鲜花、甘美、成熟等果实、热烈、鲜花、甘美、成熟等胜利、血、火胜利、血、火兴奋、刺激兴奋、刺激橙橙甜美、愉悦、活跃、芳香、健康等甜美、愉悦、活跃、芳香、健康等美食、火、太阳美食、火、太阳欢快、朝气蓬勃欢快、朝气蓬勃黄黄光明、希望、活跃、欢快、丰收等光明、希望、活跃、欢快、丰收等阳光、黄金、收获阳光、黄金、收获华丽、富丽堂皇华丽、富丽堂皇绿绿安全、舒适、青春、新鲜、宁静等安全、舒适、青春、新鲜、宁静等和平、春天、健康和平、春天、健康友善、舒适友善、舒适蓝蓝智慧、开朗、深邃、清爽、伤感等智慧、开朗、深邃、清爽、伤感等信念、海洋、天空信念、海洋、天空冷静、智慧、深邃冷静、智慧、深邃紫紫温柔、高贵、豪华、悲哀、神秘等温柔、高贵、豪华、悲哀、神秘等忏悔、阴柔忏悔、阴柔神秘、纤弱神秘、纤弱白白纯洁、洁净、冰雪、清晰、透明等纯洁、洁净、冰雪、清晰、透明等贞洁、光明贞洁、光明纯洁、清爽纯洁、清爽黑黑成熟、安宁、庄重、压抑、悲感等成熟、安宁、庄重、压抑、悲感等夜、高雅、稳重夜、高雅、稳重高贵典雅、深沉高贵典雅、深沉（二）色彩对人思维的作用（二）色彩对人思维的作用（三）食物颜色与心理（三）食物颜色与心理日本咖啡店老板的实验：红、咖啡、黄、蓝四种颜色的杯子，品尝同一种咖啡：结果发现：用红杯的人，90感到咖啡味太浓；用咖啡色杯的人70感到太浓；用黄色杯的60感到浓淡刚好；用蓝杯的100都觉得味道太淡。 从此从此,这个咖啡厅老板将店里的杯子全部改用红色杯这个咖啡厅老板将店里的杯子全部改用红色杯Hall冰淇淋实验：六种香精配不同色泽冰淇淋，进行评价（四）食物颜色与滋味感觉（四）食物颜色与滋味感觉配色对食品的滋味有很大的衬托作用配色对食品的滋味有很大的衬托作用橙黄色液体橙黄色液体 桔子汁桔子汁红色透明液体红色透明液体酸梅汁酸梅汁 “感觉转移感觉转移”（五）感觉转移现象（五）感觉转移现象 美国的Birren做过食欲与色泽的调查：最能引起食欲的颜色为从红色到橙色；黄色与橙色之间有一个低谷，然而过了黄色的黄绿色却是倒胃口的颜色。淡绿色，青绿色又使食欲增加，紫色食品一般难以接受。（六）食品的色泽与食欲（六）食品的色泽与食欲食物的颜色与食欲的关系食物的颜色与食欲的关系Bruner 实验实验l用一张橙色的纸，剪成两种食品的形状，用一张橙色的纸，剪成两种食品的形状，观察结果观察结果l 番茄形：有红色的感觉番茄形：有红色的感觉l 柠檬形：黄色柠檬形：黄色三、食品色彩的偏见与误区三、食品色彩的偏见与误区人们观察到食品的色彩，不仅仅是物理学的颜色，它还与心理学、生理学等多方面的因素有密切关系。色泽是食品加工厂家提高商品品位的重要指标。原因分析原因分析光光源源：阳阳光光、日日光光灯灯、钨钨丝丝灯灯等等，每每一一种种照照明明都都使使同同一一个个苹苹果果看看起起来来不一样。不一样。观观察察者者：每每个个人人的的眼眼睛睛灵灵敏敏度度总总是是稍稍有有差差别别的的，甚甚至至认认为为色色视视觉觉正正常常的的人人，对对红红或或蓝蓝仍仍可可能能有有所所偏偏倚倚。还还有有一一个个人人的的视视力力通通常常随随年年龄龄的的增增大而改变。大而改变。尺尺寸寸：有有人人在在查查看看了了墙墙纸纸的的小小块块样样片片后后选选择择了了他他认认为为很很好好的的一一种种，但但当当墙墙纸纸贴贴到到墙墙上上去去之之后后却却有有觉觉得得太太亮亮了了一一点点。覆覆盖盖在在大大面面积积上上的的颜颜色色比比在在小小面面积积上上的的看看起起来来更更明明亮亮和和更更鲜鲜艳艳，这就是这就是面积效应面积效应。背背景景：放放在在明明亮亮背背景景之之前前的的苹苹果果看看起起来来要要比比放放在在暗暗背背景景之之前前的暗淡，这就是的暗淡，这就是对比效应对比效应。方向：方向：当观察颜色时，必须保持条件一致。当观察颜色时，必须保持条件一致。u对对食食品品色色光光性性质质测测定定的的最最大大优优点点就就是是可可以以实实现现对对食食品品快快速速、无无破破坏坏、无无损损伤伤检测检测。u其其他他优优点点：可可全全部部逐逐个个检检查查；测测定定时时间间短短，便便于于现现场检测。场检测。 四、食品的色光性质与品质测定四、食品的色光性质与品质测定无损检测技术的分类与学科基础无损检测技术的分类与学科基础第二节第二节 颜色光学基础颜色光学基础 颜颜色色光光学学: 是是以以物物理理学学、光光学学为为主主体体，结结合合心心理理学学、生生理理学学、生物物理学的边缘科学。生物物理学的边缘科学。 包包括括生生理理光光学学(physiologicaloptics)、光光度度学学(photometry)、色色度度学学(colorimetry)、心心理理颜颜色色(adaptation and contrast)、色色差差与与颜颜色色立立体体(chromatism and color solid)、颜颜色色视视觉觉(color vision)等方面内容。等方面内容。（一）电磁波谱的有关参数（一）电磁波谱的有关参数一、视觉生理与光度一、视觉生理与光度780380人眼的可视范围为人眼的可视范围为380 nm780 nm。长波一端向短波一段的顺序长波一端向短波一段的顺序:可见光谱可见光谱v单色光单色光：具有单一波长的光。：具有单一波长的光。v颜色颜色：在可见光区域，：在可见光区域，不同波长的单色光不同波长的单色光通过人的通过人的视觉器官反映视觉器官反映。v紫外光和红外光由于不在人眼觉察范围内，无颜色可言。紫外光和红外光由于不在人眼觉察范围内，无颜色可言。v眼睛对光线的敏感度敏感度包括:(1)对两个不同发光点的分辨能力称视敏度；(2)对各种光波刺激的感受敏锐程度。v光度光度眼睛对光线感受的程度，既受光线的强弱影响，又与视神经对眼睛对光线感受的程度，既受光线的强弱影响，又与视神经对这一波段光线的刺激敏感程度有关。这一波段光线的刺激敏感程度有关。（二）光度的概念及其基本物理量（二）光度的概念及其基本物理量人眼对同样功率辐射的可见光的人眼对同样功率辐射的可见光的敏感程度敏感程度不同；不同；在特别情况下在特别情况下(能量加大能量加大)，人眼的，人眼的感受范围可大感受范围可大到近红外线到近红外线(1150nm)和紫外线部分和紫外线部分(312.5nm)。（三）光度学基本物理量（三）光度学基本物理量1、光度学、光度学:在光学中研究光的发射、传播、吸收和散射等过程中在光学中研究光的发射、传播、吸收和散射等过程中光的光的计量问题计量问题的学科，也即对可见光的学科，也即对可见光能量计量能量计量的学科。的学科。2 2、光度学基本物理量、光度学基本物理量 （1）光度与光通量：）光度与光通量：在光学在光学 用光通量表示光度；或光通量是光源在单用光通量表示光度；或光通量是光源在单位时间内所发出的可见光的辐射能量（即位时间内所发出的可见光的辐射能量（即 =W/t），单位为流明），单位为流明(lm, lumen) ，这是功率单位。通常范围范围内光度大小与辐照度成正比，这是功率单位。通常范围范围内光度大小与辐照度成正比，并适合加法定律（即多色光源的光通量为各单位光光通量之和），因并适合加法定律（即多色光源的光通量为各单位光光通量之和），因此可借用计算辐照度的方法计算光度。此可借用计算辐照度的方法计算光度。 设在波长设在波长与与d之间光的辐射照度为之间光的辐射照度为 E d，则光通量的定，则光通量的定义式为：义式为： =V E d 对于波长为对于波长为1 2的连续光谱：的连续光谱： =k V E d21 式中：K，常数，表示光敏度、如感光度人眼对于彩色的感知能力K=683.002lm/W；，表示光通量;V，表示波长为光的相对光谱光效率；E，表示波长为的光源的辐射功率（单位为W）。（2）照度：）照度：表示某一受光点单位面积的光通量。单位表示某一受光点单位面积的光通量。单位lm.m-2，用，用E表示。表示。E =ddA2式中，A2表示受光面积，单位为m2；E表示照度，单位为lm/m2，也为勒克斯（lux）。即1lux=llm/m2（3）光出射度：）光出射度：从一发光表面的单位面积上发出的光通量称为该表面从一发光表面的单位面积上发出的光通量称为该表面的光出射度，单位为的光出射度，单位为lm.m-2，以，以M表示。发光表面可以是本身发光的，表示。发光表面可以是本身发光的，也可以是受外来照射后透射或反射发光的。也可以是受外来照射后透射或反射发光的。M=ddA1式中，A1表示发光面积，单位为m2；M表示发光光通量，单位为lm/m2。（4）发光强度，）发光强度，简称光强，指光源在指定方向的单位立体角内发出的简称光强，指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量，单位是光通量，单位是candela（坎德拉）简写（坎德拉）简写cd。光源辐射均匀时，光强为。光源辐射均匀时，光强为I= / ，为立体角，单位为球面度（为立体角，单位为球面度（sr）, 为光通量，单位是流明。为光通量，单位是流明。 I（发光强度）单位为（发光强度）单位为lm/sr。 设点光源在一立体角设点光源在一立体角d内发出的光通量为内发出的光通量为d，则其发光强度为，则其发光强度为 立体角立体角 ，因此，整个空间，因此，整个空间 当光源在各个方向上发光强度相同时，总光通量为当光源在各个方向上发光强度相同时，总光通量为 （5）亮度（光亮度），）亮度（光亮度），表示发光体单位面积在指定方向的明亮程度，表示发光体单位面积在指定方向的明亮程度，或发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面或发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是积之比，单位是cd /m2。L= dIdA cos式中，A表示发光体表面积，单位m2；表示发光体表面法线与观测方向夹角。（四）眼睛的构造与视觉的传递（四）眼睛的构造与视觉的传递 眼睛观察物体时，进人眼睛的并非是各种颜色，而是各种波长不同的电磁波（光线）。 光线经角膜、前房水、瞳孔、水晶体、玻璃体聚焦到达视网膜，刺激感光视杆细胞和锥体(圆锥)细胞，引起光化学作用后，在视网膜上产生了电位变化，并引起电冲动，经视网膜第二层、第三层神经元组织，第三层神经元汇合成束的视神经将电冲动传入大脑皮层枕叶视觉中枢的神经细胞。光线的明暗光线的明暗，即明光视觉与弱光视觉，由人眼的两种感光细胞完成，即明光视觉与弱光视觉，由人眼的两种感光细胞完成:锥体细胞锥体细胞 ：明视器官，有辨色能力，对光的敏感度高；：明视器官，有辨色能力，对光的敏感度高；视杆细胞：视杆细胞： 暗视器官暗视器官 不能感受颜色不能感受颜色 对弱光反应灵敏对弱光反应灵敏。（一）颜色感觉与混色（一）颜色感觉与混色 自然界中的光，有各种各样的颜色。这些颜色一自然界中的光，有各种各样的颜色。这些颜色一般不是一种单色光，而是由许多单色光组合而成。般不是一种单色光，而是由许多单色光组合而成。人眼的光谱分析本领差，而混合本领却很好，存人眼的光谱分析本领差，而混合本领却很好，存在混色现象。在混色现象。二、颜色的本质与色光匹配二、颜色的本质与色光匹配混色效果发现：牛顿混色效果发现：牛顿 三棱镜分解白光为三棱镜分解白光为7色色混色现象（混色现象（color mixing）：）：u假同色假同色(metameric color): 光谱组成光谱组成不同，但在某种照明下，看起来为不同，但在某种照明下，看起来为完全一样的颜色，或称为异谱同色。完全一样的颜色，或称为异谱同色。u真同色真同色(nonmetamericcolor): 光谱光谱组成相同的颜色组成相同的颜色 。（二）牛顿色盘（二）牛顿色盘1、两种单色光能混合成白光、两种单色光能混合成白光2、多种单色也能混合成白光、多种单色也能混合成白光 如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合，可以成为白光，这两种单色光就叫做互补色光如绿光和紫光互补，蓝光和黄 光互补等。1、物体的颜色，除发光体外，都是对照射光反射的结果颜色的本质。纯白是理想的全反射物体，光谱反射率=1。现实生活中并没有纯白和纯黑的物体，一般：光谱反射率()0.8时视为白色物体；光谱反射率()0.04时视为黑色物体。2、决定物体颜色的两个因素：光源的光线（光谱组成）；物体对各色光的反射率。(物体对各波长光反射率不同，反射的各色光按比例混合而成我们看到的物体的颜色)。3、白光是观察物体的最普遍的光源条件。（二）物体的颜色（二）物体的颜色（三）色彩三要素（三）色彩三要素 色彩的三要素是色彩的三要素是明度、色相（即色调）明度、色相（即色调） 、饱和度、饱和度，是评价食品颜色，是评价食品颜色的主要依据。的主要依据。色调与饱和度合称为色度色调与饱和度合称为色度（Chromaticity），它既说明彩），它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。色度再加上亮度，就能对颜色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。色度再加上亮度，就能对颜色作完整的说明。色作完整的说明。1、明度：、明度：或亮度，是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，是指或亮度，是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，是指色彩明暗深浅的程度，也可称为色阶。每一种颜色在不同强弱的照明色彩明暗深浅的程度，也可称为色阶。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别。同一物体由于照射在它表面的光的能量不光线下都会产生明暗差别。同一物体由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就产生了同一颜色的物体在不同能同，反射出的能量也不相同，因此就产生了同一颜色的物体在不同能量光线的照射下呈现出明暗的差别量光线的照射下呈现出明暗的差别 。 2、色色相相：也称色色调调，指不同颜色之间质的差别，是不同波长的电磁波在视觉上的特有标志。从从表表面面现现象象来来讲讲，例如一束平行的白光透过一个三棱镜时，这束白光因折射而被分散成一条彩色的光带，形成这条光带的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，就是不同的色调。从从物物理理光光学学角角度度讲讲，各种色调是由射入人眼中光线的光谱成分所决定的，色相的形成取决于该光谱成分的波长。物物体体的的色色调调由照射光源的光谱和物体本身反射特性或者透射特性决定。如蓝布在日光照射下，只反射蓝光而吸收其它成分。如果分别在红光，黄光或绿光的照射下，会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以是红色。光源的色调光源的色调取决于辐射的光谱组成和光谱能量分布。3、饱饱和和度度：指构成颜色的纯度，即彩色的纯洁性，色调深浅的程度。表示颜色中所含某颜色成分的比例。某彩色比例越大，该色彩的饱和度越高，反之则饱和度越低。饱饱和和度度还还和和亮亮度度有有关关，同一色调越亮或越暗，越不纯。强光下比阴暗的光线下饱和度高。同一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大。可可见见光光谱谱的各种单色光是最饱和的彩色。当单色光掺入白光成份时，其彩色变浅，或者说饱和度下降。当掺入的白光成份多到一定限度时，在眼睛看来，它就不再是一种彩色光而成为白光了，或者说饱和度接近于零，白光的饱和度等于零。物物体体色色调调的的饱饱和和度度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性程度，如物体对光谱某一较窄波段的反射率很高，而对其它波长的反射率很低或不反射，表明它有很高的光谱选择性，物体这一颜色的饱和度就高。不不同同的的色色别别在在视视觉觉上上也有不同的饱和度，红色的饱和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。（四）白光与标准光源（四）白光与标准光源 1、白光：太阳光是白光、白炽灯光是白光，需要对白光标准化。CIE（国际照明委员会，International Commission on illumination，CommissionInternationaledelEclairage，法语简称为CIE）1931年对白光的最初规定：以辐射能作纵坐标，波长作横坐标，则它的光谱曲线是一条平行于横轴的曲线等能量光谱的光(理论上成立，自然界难找到)。v还需规定能在现实中找到的接近白光的光源。v在颜色的测定和管理中，使数据标准化，需要有一个严格的可以复制的光源作为标准白光。2、标准光源，、标准光源，CIE规定了几种标准光源规定了几种标准光源标准光源名称定义白炽光正午的阳光阴天的日光65平均的白天日光 1965年年CIE建议使用建议使用D65作为标准光源，相当于色温作为标准光源，相当于色温6500K的白昼光，的白昼光，由于由于6500K与太阳表面色温接近，所以它的相对光谱能量分布与地球与太阳表面色温接近，所以它的相对光谱能量分布与地球表面受天空和太阳光同时照射的相对光谱能量分布非常一致。表面受天空和太阳光同时照射的相对光谱能量分布非常一致。3、色温、色温v黑体辐射定律（普朗克，1900年所创）v当温度在1000K左右，辐射的电磁波中可见光波极少，大部分为红外线，随着温度增高，可见光的能量逐渐增加，光的颜色由暗红红橙黄白变化。v即使不同温度辐射发出的光，也可以由温度与颜色的关系来形容。用温度来表示色光颜色称为“色温”。色温是表示光源光谱成分的一种概念，所表示的是光线的颜色，而不是光的冷暖温度。v光线越红，色温越低；光线越蓝，色温越高。白光的色温约5500K，若光源含红光成分多，其色温就低于5500K，而光源含蓝光成分多，其色温就高于5500K。v由于各种色温给人以不同的冷暖视觉，因此有时也用冷色、暖色。三、颜色的物理表示三、颜色的物理表示19世纪初ThomasYoung提出了三色学说，人的眼睛色觉是由红、绿、蓝三种感觉组合形成的，通过红、绿、蓝这三种光，经过适当配比，就可以得到一切彩色。眼睛的三种感色细胞分别为赤锥体、绿锥体、蓝锥体细胞。（一）颜色的三色学说（一）颜色的三色学说同色实验同色实验 （1）下半圆的任一种颜色，都可以由上半圆通过调节三原色光相对量的配比得到；（2）由三原色混合成的同色的亮度等于各三原色亮度之和，即符合加法定律(Abneyslaw)；（3）三原色的亮度按原比例同时增加或减少时，得到的混合色不变，而亮度按三原色增加或减少变化。即符合乘法法则(Grassmanslaw)。对于视觉来说，三原色实际上就是三种单色光波能量对视觉细胞的刺激。因此，也把三原色的能量强度称为三刺激值。三刺激值相当于眼睛三种感光细胞，即称赤锥体、绿锥体、蓝锥体细胞，对各种等能量单色波长光的感度。自然界中的每种颜色都可以用选定的、能刺激人眼中三种受体细胞的红、绿、蓝三原色，按适当比例混合而成。独立的三种光刺激值，通过改变它们的相对量配比和亮度，可以配出任何一种颜色和亮度的光颜色数值表示的原理。CIE选取的标准红、绿、蓝三种光的波长分别为：红光，R，700nm；绿光，G，546.1nm；蓝光，B，435.8nm。（二）颜色的物理表达（二）颜色的物理表达颜色数值表示的原理：由于独立的三种光刺激值，通过改变它们的相对量配比和亮度，可配出任何一种颜色和亮度的光。那么，任何一种颜色就可以用三刺激值作为变量表示，这就是将颜色“量化”的思想。C=R（R）+G（G）+B（B） 式中C表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“=”表示视觉上相等，即颜色匹配。颜色方程颜色方程: 把这些色匹配函数组合起来，描绘成曲线，就叫做CIE色度标准观察者的光谱三刺激值曲线。 因因为为是是采采用用同同色色实实验验测测得得的的，因因此此，称称之之为为同同色色函函数数或等色函数。或等色函数。三刺激值分别以X、Y、Z表示。通过对众多具有正常色觉的人体(称为标准观察者，即标准眼)进行广泛的颜色比较试验，测定了每一种可见波长(380780nm)的光引起每种锥体刺激的相对数量的色匹配函数，这些色匹配函数分别用X()、Y()、Z()来表示。红红蓝蓝绿绿用R、G、B三原色的单位向量可以定义一个三维颜色空间，一个颜色刺激（C）就可以表示为这个三维空间中一个以原点为起点的向量；把该三维向量空间称为（R、G、B）三刺激空间，该空间落在第一象限，该空间中的向量的方向由三刺激的值确定，因而向量的方向代表颜色。如果将R、G、B看成三个变量，就形成一个三维彩色空间，可以用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色。1、CIERGB表色系表色系RGB表色系是取三原色(Red：700nm；Green：546.1nm；Blue：435.8nm)为色品三角三个顶点，对等能量单色光谱用标准观察者求出它们的同色光三刺激值曲线。RGB不足：同色函数出现负值，颜色分布不合理，使用不方便2、XYZ表色系表色系统统唯一通用国际标准制表色系统，特点：所有实际颜色的色度坐标都是正值；某一原原色的刺激值正好代表混合色的亮度而另外两种原色对混合色的亮度沒有贡献；XYZ等量时，混合光仍代表标准(等能)白光这样的系统在以实际的光谱色为三原色时是找不到的，于是就出现了以假想色为三原色的XYZ表色系统。亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：由此，得到由此，得到RGB系统和系统和XYZ系统三刺激值的转换关系为：系统三刺激值的转换关系为：X=2.7689 R+1.7517 G+1.1302 BY=1.0000 R+4.9507 G+0.0601 BZ=0.0000 R+0.0565 G+5.5943 B视觉三变数性质视觉三变数性质u三参考色学说-不仅三原色可以匹配成各种色光，只要是三个独立的色光变量（如Y为白光，X、Z亦非单色光），通过这三个色光变量。就可以匹配任何颜色。u独立的色光变量：其中的一种都不能用其它两种匹配得到。3、色品图、色品图ux+y+z=1同样在XYZ表色系统中彩色光的色品可以用二维空间x、y表示。u某一颜色的表达为：xyY，x、y表示色品（色度），Y表示亮度。 对于对于XYZ表色系，某色光的坐标位置为表色系，某色光的坐标位置为X、Y、Z时，各参考时，各参考色比例用色比例用x、y、z表示：表示：（三）颜色的感觉和心理（三）颜色的感觉和心理1、波长和纯度分辨率波长分辨率，不同波长单色光分辨率图6-20说明，人眼对红、绿、蓝紫的分辨能力差，黄、蓝绿的分辨能力强。纯度分辨率，指对白光上加上某单色光后，眼睛对其分辨能力。2、色品分辨率为椭圆形，说明方向不同，辨别能力不同椭圆大小不同，辨别能力也不同（三）国际匀色坐标（三）国际匀色坐标2、CIE1976UCS-CIELUVLuv-L*u*v表色系统，换算：1、CIE1960UCS，xyYLuv，色品辨别阈大小趋于一致，但依然为椭圆形。CIE 1931 2色度图色度图CIE 1960 UCS CIE 1960 UCS 色度图色度图CIE 1976 UCS CIE 1976 UCS 色度图色度图（四）（四）颜色的分类与色彩图颜色的分类与色彩图 为了把心理颜色用色度学的方法准确定义，人们按照色度学中视觉三变数的思路，即色调、纯度和亮度可以构成颜色三要素，那么也可以把心理颜色表示的名称大体分为三类：u表示色调的概念词：即色调、色光、色彩等表示颜色的词。u表示对颜色明暗感觉的概念：明度、亮度、主观亮度、深浅度、光值、光度、明暗度、层次等。u表示人们感觉颜色和中性色(非彩色)差别程度的概念：饱和度、鲜度、纯度、彩度、主观纯度、色正不正或标准色等。上述分类称为心理颜色三属性。1915年由美国画家Munsell所设计的颜色分类方法，MunSell系统给定每一种颜色一个确定其三个数值，也就是由（色调、饱和度和亮度）所组成的参考数字，以垂直的（亮度）和水平的（饱和度）确立座标。u色调（Hue）：色彩本身所展现的主要波长，如黄色、蓝色等。u饱和度（Chroma）：表示出一种颜色的纯度，当颜色中混有的白色、灰色或黑色越多时，饱合度就较相对降低，反之特别鲜艳的色彩是高度饱和。u亮度（Value）：则是表示这个颜色反射之入射光有多少，整组系统也可以表示为一套3D的立体色彩座标图。1、MunSell 色彩标准色彩标准 v明度：明度：光值光值0-10 ，V2=100Y。 v彩度：彩度：饱和度，饱和度，10个等级，个等级，2、4、6、8表示表示 v色色调调：10种种基基本本色色，5种种主主要要色色调调红红(R) 黄黄(Y) 绿绿(G) 蓝蓝(B) 紫紫(P)和和5种种中中间间色色调调 黄黄红红(YR) 绿绿黄黄(GY) 蓝蓝绿绿(BG) 紫紫蓝蓝(PB) 红红紫紫(RP)。每每种种色色调调又又可可分分成成10个个等等级级，每每种种再再细细分分为为10等等份份（110），色色圆有圆有100的色调。的色调。u标准色的表示任何颜色都可以用颜色立体模型上的色调明度值和彩度这3项坐标加以标定。标定方法是先写出色调H，然后写出明度值V，在斜线后写彩度，即：色调明度/彩度，如:红色“5R4/14”。色彩图的优点：一目了然，简单直观，知道标号就可想像出颜色2、 LAB表色系统表色系统亦称均匀色立体表色系统或L*a*b*表色系，以色度学为基础建立，却吸收了孟塞尔颜色表色系统的直观的优点。uL*明度指数，表示三维坐标物体的明度坐标，L为0时表示物体为对光完全吸收；L为100时表示物体对光完全反射。ua*为红绿色度指数坐标，+a时表示红的程度，-a时表示绿的程度。ub*为黄蓝色度指数坐标，+b时表示黄的程度，-b时表示蓝的程度。 a*，b*值决定色调,表示颜色的彩度；表示颜色的彩度；为色调角为色调角优点：精确地表示各种色调，方便两优点：精确地表示各种色调，方便两种色调间色差的表示，表色系两点间种色调间色差的表示，表色系两点间的距离就可以表示两对应颜色的差。的距离就可以表示两对应颜色的差。L+ 表示偏白表示偏白L- 表示偏黑表示偏黑 a+ 表示偏红表示偏红a- 表示偏绿表示偏绿 b+ 表示偏黄表示偏黄b- 表示偏蓝表示偏蓝 与XYZ存在的转换关系：四、食品颜色的测定方法四、食品颜色的测定方法（一）测定食品颜色时的注意事项（一）测定食品颜色时的注意事项凡液体食品或有透明感的食品，用光照射时，不仅有反射光，还有凡液体食品或有透明感的食品，用光照射时，不仅有反射光，还有一部分为透射光。因此，仪器的测定值往往与眼睛的判断产生差异。一部分为透射光。因此，仪器的测定值往往与眼睛的判断产生差异。在测定固体食品时，往往颜色并不均匀，眼睛的观察往往是总体印在测定固体食品时，往往颜色并不均匀，眼睛的观察往往是总体印象。用仪器测定时，往往只限于被测点的较小面积，所以要注意到象。用仪器测定时，往往只限于被测点的较小面积，所以要注意到仪器测值与目测颜色印象的差异。仪器测值与目测颜色印象的差异。测定颜色的方法不同，或使用仪器不同，都可能造成颜色值的不同。测定颜色的方法不同，或使用仪器不同，都可能造成颜色值的不同。（二）试样的制作（处理）（二）试样的制作（处理）固体食品固体食品-表面平整。在可能条件下，最好把表面压平。表面平整。在可能条件下，最好把表面压平。对于糊状食品对于糊状食品-最好最好-混合均匀或均质。混合均匀或均质。颗粒食品颗粒食品-颗粒大小一致颗粒大小一致-过筛；粉末食品过筛；粉末食品-表面压平。表面压平。透明液体透明液体-试样面积大于光照射面积。试样面积大于光照射面积。测定透过色光，尽量将过滤或离心分离的除去悬浮颗粒。测定透过色光，尽量将过滤或离心分离的除去悬浮颗粒。颜色不均匀的平面或混有颜色不同颗粒的食品颜色不均匀的平面或混有颜色不同颗粒的食品-使试样在测定时使试样在测定时旋转，以达到混色效果。旋转，以达到混色效果。（三）颜色的目测方法（三）颜色的目测方法 指用眼观察比较溶液颜色深浅来确定物质含量或溶液浓度的方法。指用眼观察比较溶液颜色深浅来确定物质含量或溶液浓度的方法。1、标准色卡（色板）对照法、标准色卡（色板）对照法标准色卡对照法：国际上使用的一般都是根据色彩图指定的标准色卡，用标准色卡与试样比较颜色时，光线非常重要，一般要采用CIE指定的标准光源，光线的照射角度也要求为45度。比较时，色卡与试样的观察面积不同也影响判断的正确性，要求对试样进行一定的遮挡。目测法在食品上常用的有谷物、淀粉、水果、蔬菜等规格等级的鉴定。2、标准液比较法、标准液比较法 主要用来比较液体食品的颜色，其中标准液多用化学药品溶剂制成。除目测法外，在比较标准溶液时也可以使比色计来测定，例如，对食用油就可以采用威桑比色计来进行颜色测定。这种简单比色计可大大提高比较的准确性。其他类型的比色计如如杜博斯科比色计、鲁滨邦德比色计和罗维朋比色计等。（四）颜色的仪器测定方法（四）颜色的仪器测定方法1、光电管比色计，实际上是以光电管代替目测，以减少误差的一种仪器测定方法。主要用来测定液体试样色的浓度，常以无色标准液为基准。2、分光光度计，主要用来测定各种波长光线的透过率。测得的光谱吸收曲线可以取得以下信息：了解液体中吸收特定波长的化合物成分；测定液体浓度；作为颜色的一种尺度，测定某种呈色物质的含量，如叶绿素含量。 3、光电反射光度计，亦称色彩色差计，可以用光电测定的方法，迅速、准确、方便地测出各种试样被测位置的颜色，并且通过计算机直接换算成数值，对颜色进行数值化表示。还能自动记忆和处理测定数值，得到两点间颜色的差别等。色彩色差计使颜色的量化简便易行，利用色彩色差计，可以立刻得到以各种色空间表示的测量结果。第四节第四节 食品的光物性与品质食品的光物性与品质一、光物性基本概念一、光物性基本概念1、光透过度（、光透过度（transmittance） 当光波通过介质时，光的强度下降，主要原因是有介质材料对光的吸收、反射、散射等。光透过度或透光率：TI2/I1内部光透过度T1的负对数值成为吸光度或吸光率（absorbance）：AlgT1=lg(I/I1)2 、光密度（、光密度（optical density）：）：为透光率倒数的对数，为透光率倒数的对数，Dlg(1/T) 3 、光反射率（、光反射率（reflectance，R）: 光反射率为从物体反射出来的辐照光反射率为从物体反射出来的辐照能与向物体表面入射能之比。能与向物体表面入射能之比。4、 荧光现象：荧光现象：是当一种波长的光能照射物体时，可激发被照射物发是当一种波长的光能照射物体时，可激发被照射物发出不同于照射波波长的其他波长的光能。出不同于照射波波长的其他波长的光能。5、延迟发光现象（、延迟发光现象（Delayed light emission）：）：当用一种光波照射物体，当用一种光波照射物体，在照射停止后，所激发的光仍能继续放射一段时间在照射停止后，所激发的光仍能继续放射一段时间 的现象的现象。如：。如：植物被光照一段时间后放到暗处，能继续发出微弱的红光。植物被光照一段时间后放到暗处，能继续发出微弱的红光。 延时发光是一种荧光发光现象，与农产品的诸多生命活动密切相关，延时发光是一种荧光发光现象，与农产品的诸多生命活动密切相关，如氧化代谢、细胞分裂、细胞凋亡、生长调节、光合作用等。如氧化代谢、细胞分裂、细胞凋亡、生长调节、光合作用等。6、食品的光扩散现象，大多数食品既非透明物质，又非全反射的镜面物体，而是半透明体，当光线照射到食品上时，一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分被扩散。扩散现象不仅对透光性有影响，而且对反射特性也有影响。光不仅发生能量变化，而且光能传播的方向也发生复杂的变化。二、食品光学测定原理二、食品光学测定原理光波透过一定厚度的介质材料后，其光波透过一定厚度的介质材料后，其光强减弱程度与光在介质中光强减弱程度与光在介质中经历的路程和介质的特性有关经历的路程和介质的特性有关，即光，即光强的减少量与光强及介强的减少量与光强及介质厚度成正比质厚度成正比，比例系数称为，比例系数称为吸光系数吸光系数。朗伯定律朗伯定律：当光波被透明溶液中溶解的物质吸收时，吸光系数与：当光波被透明溶液中溶解的物质吸收时，吸光系数与溶液浓度成正比。溶液浓度成正比。比尔定律比尔定律：被吸收的光能与光路中吸光的分子数成正比，即可以：被吸收的光能与光路中吸光的分子数成正比，即可以通过测定吸光系数求出透明液体的浓度。通过测定吸光系数求出透明液体的浓度。 要使比尔定律成立，需要光路中吸收光的每个分子对光的吸取不要使比尔定律成立，需要光路中吸收光的每个分子对光的吸取不受周围分子影响。即当溶液浓度达到足以使分子间的相互作用影响受周围分子影响。即当溶液浓度达到足以使分子间的相互作用影响对光能的吸收时，比尔定律所表现出的关系就会出现误差。对光能的吸收时，比尔定律所表现出的关系就会出现误差。 全波长扫描全波长扫描：使用仪器的有效波长范围（如：使用仪器的有效波长范围（如190nm-1100nm），），按照一定的波长间隔来对样品进行全波长扫描。按照一定的波长间隔来对样品进行全波长扫描。 光光谱谱曲曲线线：扫扫描描出出来来的的吸吸光光度度值值（或或者者透透光光率率）和和波波长长的的关关系系曲曲线。线。实际测定时，常使用光密度（实际测定时，常使用光密度（D）作为测定指标。）作为测定指标。根据比尔定律，溶液的某特定波长的光密度正比于吸光物质浓度根据比尔定律，溶液的某特定波长的光密度正比于吸光物质浓度和它在该波长时的吸收系数。和它在该波长时的吸收系数。对食品品质测定时，用对食品品质测定时，用D值不方便，应用较多的是用两个波长的光值不方便，应用较多的是用两个波长的光密度差密度差D（或（或A）来确定食品的光透过特性。）来确定食品的光透过特性。-分光光度计是分光光度计是以光透过度为测量基础。以光透过度为测量基础。反射光特性测定与透射光测定类似，利用反射光密度差进行测定。反射光特性测定与透射光测定类似，利用反射光密度差进行测定。（一）光透过性质的测定方法和应用（一）光透过性质的测定方法和应用 差分仪差分仪用来测定用来测定D的仪器，主要的仪器，主要构造包括光源、光谱分离器、光波检测器构造包括光源、光谱分离器、光波检测器示波记录仪等。示波记录仪等。 透光测定法是食品无损检测的一种常用方法，典型应用有果蔬成熟透光测定法是食品无损检测的一种常用方法，典型应用有果蔬成熟度的检测、谷类水分含量测定、玉米霉变损伤检测、碎米程度、食品度的检测、谷类水分含量测定、玉米霉变损伤检测、碎米程度、食品颜色、鸡蛋内血丝混入检测等。颜色、鸡蛋内血丝混入检测等。 测试原理测试原理：食品中与光透过有关的物质或色素，必须和食品的品：食品中与光透过有关的物质或色素，必须和食品的品质项目有好的相关关系。如测定果实的成熟度，是利用果实中叶绿素质项目有好的相关关系。如测定果实的成熟度，是利用果实中叶绿素含量与成熟度明显相关的规律。类似的物质还有花青素、胡萝卜素等。含量与成熟度明显相关的规律。类似的物质还有花青素、胡萝卜素等。三、食品光学性质的应用三、食品光学性质的应用对花生熟度的测定：随着花生的成熟，光密度减少；成熟花生油的对花生熟度的测定：随着花生的成熟，光密度减少；成熟花生油的透光性比生花生油好。透光性比生花生油好。对食品水分的测定，主要水吸收光谱的特征吸收带。对食品水分的测定，主要水吸收光谱的特征吸收带。果实内部的空洞、褐变、病变等也可以通过透光法测定。果实内部的空洞、褐变、病变等也可以通过透光法测定。根据透光检测，开发出了自动选果机。根据透光检测，开发出了自动选果机。 （二）反射光特性的测定（二）反射光特性的测定 用于对水果表皮的颜色、成熟度或伤疤的检测。用于对水果表皮的颜色、成熟度或伤疤的检测。 （三）延迟发光现象的利用（三）延迟发光现象的利用 常用于含叶绿素的果蔬类食品检测。常用于含叶绿素的果蔬类食品检测。 （四）食品近红外线测定的原理和应用（四）食品近红外线测定的原理和应用近红外线的范围为可见光到红外线，通常波长为近红外线的范围为可见光到红外线，通常波长为0.75m-2.5m（中红（中红外外2.5m-25m、远红外、远红外25m-1000m）。）。近红外光谱主要是反映近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息，当近等化学键的信息，当近红外线光波频率与分子构造中原子结合振动频率相同或呈倍数关系时，红外线光波频率与分子构造中原子结合振动频率相同或呈倍数关系时，该波长的波就被吸收，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混该波长的波就被吸收，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。合物。食品大多由多种成分组成，因此吸收光谱是一个叠加而成的总和，需食品大多由多种成分组成，因此吸收光谱是一个叠加而成的总和，需要根据标准物质确定吸收比例之后，再根据多元回归分析得到结构或含要根据标准物质确定吸收比例之后，再根据多元回归分析得到结构或含量。量。1、近红外法的原理和定量方法、近红外法的原理和定量方法物质对红外线的吸收，除极少数例外，都是由结合键连结的两个原物质对红外线的吸收，除极少数例外，都是由结合键连结的两个原子间简正伸缩振动的谐波或结合振动的吸收引起的。当光波频率与分子子间简正伸缩振动的谐波或结合振动的吸收引起的。当光波频率与分子构造中原子结合振动频率相同或是倍数关系时，该波长的波就被吸收构造中原子结合振动频率相同或是倍数关系时，该波长的波就被吸收。 吸收光谱受到各种成分含量比例的影吸收光谱受到各种成分含量比例的影响，是一个叠加而成的曲线。响，是一个叠加而成的曲线。 大豆的近红外吸收光谱如图所示。其大豆的近红外吸收光谱如图所示。其中水的吸收波长为中水的吸收波长为1.94m。水以外还有蛋。水以外还有蛋白质、脂质、淀粉等成分对吸收光谱的影白质、脂质、淀粉等成分对吸收光谱的影响。因此，必须用多元回归分析的方法对响。因此，必须用多元回归分析的方法对曲线进行解析。曲线进行解析。吸吸光光度度式中，D W水吸收带的光密度差；D L脂质吸收带的光密度差；D P蛋白质吸收带的光密度差。脂质含量WL和蛋白含量WP也可用类似式表示。 例如，大豆中水的吸收光谱受脂质和蛋白质影响时，水分含量Ww(%)可由下式求出:以上三式中K 值称为待定系数，可以用己知成分的数据校正试样的方法求出。2、光谱的特殊处理、光谱的特殊处理（1）平均化处理 由光电传感器接受到的吸收光谱往往受杂波的干扰。杂波来自光由光电传感器接受到的吸收光谱往往受杂波的干扰。杂波来自光源和传感元件的不稳定性，以及温度等环境因素。增幅器的电杂波干源和传感元件的不稳定性，以及温度等环境因素。增幅器的电杂波干扰也难以避免。扰也难以避免。 所谓平均化处理是根据移动平均的方法，在移动平均时，所取平所谓平均化处理是根据移动平均的方法，在移动平均时，所取平均数据的点数，由杂波的性质、吸收光谱特性确定。均数据的点数，由杂波的性质、吸收光谱特性确定。 宽频带吸收，即使平均点数多一点也没有问题。但吸收带很狭窄宽频带吸收，即使平均点数多一点也没有问题。但吸收带很狭窄时时(例如脂质例如脂质)增加点数会使吸收峰消失。增加点数会使吸收峰消失。 在确定适当点数时，可以选择当平均点数增加时，原来光谱吸收在确定适当点数时，可以选择当平均点数增加时，原来光谱吸收带的值开始发生变化之处。带的值开始发生变化之处。（2）微分光谱(derivative): 作为无损伤测定，食品成分的近红外吸收光谱由于受多种成分影响，作为无损伤测定，食品成分的近红外吸收光谱由于受多种成分影响，吸收带较宽，互相重叠。为了区别各成分的吸收光谱情况，常采用微吸收带较宽，互相重叠。为了区别各成分的吸收光谱情况，常采用微分处理的方法。分处理的方法。 微分光谱具有以下特点微分光谱具有以下特点: a. 2个或个或2个以上光谱，即使吸收带波长差很小而重叠，也可容易个以上光谱，即使吸收带波长差很小而重叠，也可容易地区分地区分; b. 光谱里对于明显上升的波长中遮蔽的弱吸收带也能辨认光谱里对于明显上升的波长中遮蔽的弱吸收带也能辨认; c. 可以确认宽频带吸收光谱的单一极大吸收位置可以确认宽频带吸收光谱的单一极大吸收位置; d. 由于微分值与浓度由于微分值与浓度之问存在直线关系，在背景信号存在时，可容易地进行定量分析。之问存在直线关系，在背景信号存在时，可容易地进行定量分析。3、近红外测定的应用、近红外测定的应用 近红外测定在食品成分分析中应用较多。近红外测定在食品成分分析中应用较多。 对于谷类的近红外成分测定最早是由测定水分含量开始的。经过对于谷类的近红外成分测定最早是由测定水分含量开始的。经过近近20年的开发，随着电子技术和计算机技术的进步，目前己能对谷类年的开发，随着电子技术和计算机技术的进步，目前己能对谷类所含蛋白质、脂质和糖等进行分析测定。所含蛋白质、脂质和糖等进行分析测定。 （1）小小麦麦粉粉的的近近红红外外光光吸吸收收光光谱谱及及其其微微分分光光谱谱如如图图所所示示，从从小小麦麦的的吸收光谱和微分光谱，就可找出各种小麦蛋白的光谱吸收特性和归属。吸收光谱和微分光谱，就可找出各种小麦蛋白的光谱吸收特性和归属。 关关于于小小麦麦、大大豆豆中中蛋蛋白白质质含含量量，以以及及大大豆豆中中脂脂质质含含量量的的近近红红外外测测定定仪仪，目目前前己己达达到到相相当当精精确确的的测测定定水水平平。比比较较试试验验表表明明近近红红外外测测定定法法己己可可以以代代替替化化学学分分析析法法对对蛋蛋白白质质、脂脂质质等等成成分分进进行行精精确确的的定定量分析测定。量分析测定。 （2）乳乳粉粉的的反反射射吸吸收收光光谱谱与与二二次次微微分分光光谱谱分分别别如如图图所所示示，三三个个试试样样的的水水分分分分别别为为2.37%、2.88%、4.57%，水水的的光光谱谱吸吸收收峰峰值值为为1928nm和和1434nm, 本本来来水水对对光光谱谱的的吸吸光光度度值值应应与与水水分分含含量量成成正正比比，但但图图中中却却表表现现不明显，这是因为乳粉粒径等因素影响所致。不明显，这是因为乳粉粒径等因素影响所致。将将曲曲线线二二次次微微分分，并并局局部部放放大大，可可以以减减少少其其他他物物理理因因素素影影响响，使使得得水水分分含含量量与与吸吸光光度度呈呈显显著著正正相相关关关关系系，即即1与与2,2与与3之之间间的的距距离离关关系系与与水水分分差差异异成成比比例例。水水分分精精度度达达0.05%。