颜色分析与标准化：应用分光光度法测定颜色液体样品的质量管理

（一）概述

色、香、味、形是食品可接受性的四大要素，在这四要素中，色可以说是非常重要的品质特性。色是对食品（特别是肉类、水果和蔬菜）品质评价的第一印象，它直接影响人们对食品品质优劣、新鲜与否的判断，因而是增加食欲、满足人们心理需要的重要条件。随着生活水平的提高，人们对食品色彩的要求也越来越高。加之视觉生理、色度学、颜色心理学、色光测试技术，以及计算机图像处理技术等科技的进步，也促进了食品色彩学的飞速发展。食品的色泽是食品的一种物理特性——光学特性，是给人感觉的一种信息。然而，对这种信息的处理和判断却要受许多方面，特别是心理方面的影响。例如，Bruner曾做过一个实验：用同一张橙色的纸，分别剪成柠檬和番茄的形状，让人们观察。结果发现，番茄形状的橙色纸总有一种发红的印象，而柠檬形状纸显得发黄。可见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。

食品的颜色影响到食品的品质，因此，有关食品的着色、保色、发色、褪色等研究也成为食品科学的重要课题。啤酒的琥珀色、蛋白饮料的乳白色、火腿香肠的肉红色等都是食品加工厂家提高商品品质的重要指标。为了追求利润也使一些厂商对食品色彩的追求走入误区。例如，对面粉进行不适当的漂白处理，对一些食品使用过量的色素进行染色等，并已经成为食品安全关注的问题。

（二）颜色的侧定

随着各种更加科学、合理、方便的表色系统建立，对颜色的品质管理和测定也变得更加方便和准确。然而在测定时需要掌握正确的方法。

1.测定颜色时的注意事项

（1）液体样品或有透明感的样品，当光照射时，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。

（2）固体样品的颜色往往并不均匀，而眼睛的观察往往是总体印象。在用仪器测定时，总是局限于被测点的较小面积，所以必须注意仪器测定值与目测颜色印象的差异。

（3）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差异。

2.试样的制作

（1）测定固体样品时，表面应尽量平整。

（2）对于糊状样品，测定时尽量使样品中各成分混合均匀。这样眼睛观察值和仪器测定值就比较一致。例如，对果蔬酱、汤汁、调味汁之类的样品，可在不使其变质的前提下进行适当均质处理。

（3）颗粒样品可通过破碎或过筛的方法处理，使颗粒大小一致。这样可减少测定值的偏差。测定粉末样品时，须把测定表面压平。

（4）测定相当透明的果汁类液体颜色时，应使试样面积大于光照射面积，否则光会散射出去。

（5）当测定透过色光时，可用过滤或离心分离的方法，将试样中的悬浮颗粒除去。

（6）对颜色不均匀的平面或混有颜色不同颗粒的样品，测定时可通过试样旋转，达到混色的效果。

3.颜色的目测方法

是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。常用的是标准系列法，有标准色卡对照法和标准液比较法等。测定时要注意观察的位置和光源、试样的摆放位置。图4-13为一部分测定图例。

图4-13　颜色的目测方法

1.灯；2.试样；3.标准样；4.光电管

（1）标准色卡对照法。国际上出版的标准色卡一般都是根据色彩图制定的。常见的有孟塞尔色圈、522匀色空间色卡、麦里与鲍尔色典和日本的标准色卡等。

用标准色卡与试样比较颜色时，光线非常重要。一般要求采用国际照明协会所规定的标准光源，光线的照射角度应为45°。在比较时，若色卡与试样的观察面积不同，将影响判断的正确性，所以要求对试样进行适当的遮挡。

如果没有合适的标准光源，可以在晴天10：00～14：00时，利用北窗射进的自然光线作为光源。总之要避免在阳光直接照射下进行比较。即使如此，有光泽的食品表面或凹凸不平的食品（如果酱、辣酱之类），比较起来也是相当困难的。

目测法常用于谷物、淀粉、水果、蔬菜等食品规格等级的检验。

（2）标准液测定法。标准液测定法主要用来比较液体样品的颜色。标准液多用化学药品溶液制成，如测定橘子汁颜色是采用重铬酸钾溶液作标准色液。酱油、果汁等液体样品颜色也要求标准化质量管理。除目测法外，在比较标准液时，也可以使用称为比色计的仪器。这种简单的比色计可以大大提高比较的准确性。对于食用油就可以采用威桑比色计（Wesson tintometer）进行颜色测定。

测定液体样品的颜色常使用杜博斯科比色计，其原理是根据朗伯光学定律[式（4-51）]，通过改变标准液的光程使之与试样液颜色一致，从而求出试样的浓度。

式中，h为标准溶液的厚度；c为标准溶液的浓度；h′为试样的厚度；c′为试样的浓度。

鲁滨邦德比色计是使标准白光源发出的光通过一组滤光片变成不同色光，同试样相比。当改变滤光片组合，使得到的色光与试样颜色一致时，则用这一组滤光片的名称来表示其所代表的颜色。也有用透明颜色胶片做成标准色卡的比较方法。

4.颜色的仪器测定方法

（1）光电管比色法。光电管比色法是采用光电比色计用光电管代替目测，以减少误差的一种仪器测定方法。这种仪器是由彩色滤光片、透过光接受光电管和与光电管连接的电流计组成，主要用来测定液体试样色的浓度，所以常以无色标准液为基准。

（2）分光光度法。分光光度法主要用来测定各种波长光线的透过率。其原理是由棱镜或衍射光栅将白光滤成一定波长的单色光，然后测定这种单色光透过液体试样时被吸收的情况。测得的光谱吸收曲线可以获得以下信息：a.了解液体中吸收特定波长的化学物成分；b.测定液体浓度；c.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。(www.xing528.com)

（3）光电反射光度计。光电反射光度计也称色彩色差计。这种仪器是通过光电测定的方法，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L*a*b*值或xyz值，对颜色进行数值化表示。它还能自动记忆和进行数值处理，得到两点间颜色的差别，如ΔE*ab等。

色彩色差计目前种类较多，有测定大面积的，也有测定小面积的；有测定带光泽表面的，也有测透明液体颜色的。但从结构原理上讲，主要有两种类型：直接刺激值测定法和分光测定法。直接刺激值测定法是利用人眼睛对颜色判断的三变数原理，即眼睛中三种感光细胞对色光的三刺激值决定了人对颜色的印象。该仪器的光接收部分也装有三种感光元件[X（λ）、Y（λ）、Z（λ）三种光电传感器]。这三种感光元件对等能量光波所引起的相对感度（分光感度）与人眼的等色函数X（λ）、Y（λ）、Z（λ）相同。这三种传感器对色光的接收反应如图4-14所示。

图4-14　三刺激值法测定色彩的原理

图4-14中，以白光源照射红苹果为例，反射的光波分布线如图4-14所示的曲线A。当A光波进入眼中或仪器的三种传感器中，每个传感器（相当于眼中感光细胞）对A光波产生的感应分别为C-1、C-2、C-3，即形成了x、y、z三刺激值（与斜线部分积分面积成比例）。经过对这三刺激值的运算就可以求出代表待测物苹果颜色的三个参数：x=21.21，y=13.37，z=9.32。在其基础上可换算出其他表色系统的值，如L*、a*、b*值。

分光测定法与刺激值测定法的区别是采用了更多的光电传感器。目前，一般作为测光元件有4个传感器。这样，就可以将从试样反射的色光进行更精细的分光处理。通过测定每个波长反射及对这些更精细的光信号进行数据记录和积分演算处理，并得到三刺激值x、y、z。

直接刺激值测定法色彩计开发比较早，具有结构简单、体积小、价格低的优点，多用于生产部门和品质检查部门，尤其在测定色差方面非常有用。分光测定色彩计精度高，可以对各种光波绝对值进行测定，主要用于科研上。色彩色差计的性能还体现在内置的光源上。直接刺激值测定式色彩计内置光源一般只有D65和C两种光源。而分光测色式内置光源除了D65和C外还有7种。这对于条件等色情况的测定比较有利。条件等色是分光反射率不同的颜色在特定光源下显示相同颜色的现象。要解决这一问题，需要分别用两种以上差异较大光源测定。分光测色计另一大特征就是用分光曲线表示功能，可把各种不同颜色用光谱曲线清楚地表示出来。

5.植物油色泽的测定

色泽是植物油脂的重要质量指标之一。植物油脂具有各种不同的颜色，主要是由于油料籽粒中所含的类胡萝卜素、黄酮类色素、叶绿素、棉酚等多种色素物质在制油过程中溶于油脂。油脂的色泽除了与油料籽粒的粒色有关以外，还与加工工艺以及精炼程度有关。此外，油脂品质变劣和油脂酸败也会导致油色变深。所以，测定油脂的色泽可以了解油脂的纯净程度、加工工艺和精炼程度，也可判断是否变质。

在我国植物油国家标准中，常采用罗维朋比色计法测定色泽和进行产品分级，并制定了相应的指标。

（1）原理。通过调节罗维朋比色计的红、黄、蓝标准颜色色阶玻璃片，用目视比色法与油样的色泽进行比较，直至二者的色泽相当，记录标准颜色色阶玻璃片的数字，作为油脂的色值或罗维朋色值。

（2）仪器。罗维朋比色计主要由比色槽、比色槽托架、碳酸镁反光片、乳白灯泡、观察管和四组红、黄、蓝、灰色的标准颜色色阶玻璃片组成，如图4-15所示。其中，红、黄、蓝三色玻璃片各分为三组，红、黄色号码由0.1～70组成，蓝色号码由0.1～40组成，灰色玻璃片分为两组，号码由0.1～3组成。

图4-15　罗维朋比色计示意图

1.比色箱；2.观察管；3.透明样品架；4.有色玻璃架；5.灯泡；6.计时数字钟；7.比色槽；8.开关；9.固体样品架；10.标准白板；11.粉末样品盘；12.胶体样品盘

（3）实验步骤。从仪器配件匣中取出观察管插入仪器槽中，将两个碳酸镁反光片分别放入仪器的两个孔上，接通电源，交替按下“ON/OFF”按钮，检查光源是否完好。取澄清（或过滤）的试样注入比色皿（等级植物油选用25.4mm比色皿，高级烹调油选用133.4mm比色皿），至上口约5mm处，将比色皿置于托架上并固定位置后，放入罗维朋比色计中。打开光源，移动红色玻璃片调色，

直到视野中玻璃片色与油样色完全相同为止。如果油样有青绿色，则须配入蓝色玻璃片，这时移动红色玻璃片，使配入蓝色玻璃片的号码达到最小值为止，记下黄、红或黄、红、蓝秘璃片的号码的各自总值，即为被测油样的色值。结果注明不深于黄多少号和红、蓝多少号，同时注明比色皿厚度。

两次实验结果允许差不超过0.2，以实验结果高的作为测定结果。

（4）注意事项。

①用作光源的两只乳白灯泡，在使用100h后，应同时更换，以保证光源的光强度。

②分析固体样品或胶体样品时，将样品分别放在粉末样品盘或胶体样品盘内，操作步骤同上。

6.红曲色素色价的测定

色素色价是任何一种食用色素的重要理化指标之一。不同品种的色素因其颜色不同，故最大吸收波长也不同。红曲色素是由一种红曲霉菌接种在大米上固体发酵培养或以大米、大豆为主料的液体发酵培养制得的一种红色素，在食品工业中用作着色剂。

（1）原理。调节分光光度计的波长，选择在该色素的最大吸收峰波长下，以1%浓度用1cm比色杯测定其吸光度，作为该色素的色价值。

（2）仪器。分光光度计。

（3）实验步骤。称取红曲样品0.1g（准确至0.001g），醇溶样品用70%乙醇溶解（水溶样品用水溶解），定容至1000mL，摇匀。取此液置于1cm比色杯中，用分光光度计于505nm波长处，以70%乙醇（水溶样品则用水）为空白对照，测定其吸光度。

（4）结果计算。

A——实测样品的吸光度；

G——样品的质量，g；

V——稀释倍数。