基本介紹
- 中文名：食品的光學性質
- 作用：成分測定、外觀色澤研究
簡介,食品色澤的影響,食品的色澤與感官評價,食品的色澤與食慾,光學性質的套用,食品的成分測定,食品外觀與色澤的研究,常見的食品光學性質測定儀器,光電管比色計,分光光度計,光電反射光度計,紅外光譜分析技術,紫外光譜技術,
簡介
食品的光學性質是指食品對光波吸收和反射的性質。在對食品品質進行評價時，色澤往往是第一印象，它直接影響人們對食品品質優劣、新鮮與否的判斷，也是增加食慾、滿足人們美食心理需要的重要條件。隨著生活水平的提高，人們對食品色彩的要求也越來越高。近年來在食品物性的研究中，關於對食品色彩的認識、評價和測量成為一個很重要的學科領域。另外，視覺生理、色度學、顏色心理學、色光測試技術以及計算機圖像處理等技術的進步，也促進了食品色彩科學的飛速發展。
從某種意義上說，色澤雖是外觀，但一定程度上也反映了味道，給人以滋味的感覺。當我們看到橙黃色的液體，會聯想到橘子汁的味道；看到紅色透亮的液體，會感到酸梅汁的清爽。這些在心理學中稱為“感覺轉移”現象。人的心理和食感具有非常微妙和複雜的關係，即使味道很好的食品，如果色澤不正，也會使人覺得索然無味。因此，在所有食品品質的感官評價中，色澤都是很重要的評價項目。
食品色澤的影響
食品的色澤與感官評價
食品顏色給人的第一印象是視覺上的，然後通過顏色對大腦的刺激，激發以前對這種顏色的記憶，最終形成對某種食品的綜合評價。日本學者冢田等人對各種食品顏色與感覺作了調查，其結果見表。可見食品顏色對人們感覺的影響是深層次的多方位的。
顏色 | 感官印象 | 顏色 | 感官印象 | 顏色 | 感官印象 |
白色 | 有營養、清爽、衛生、柔和 | 深褐色 | 難吃、硬、暖 | 暗黃 | 不新鮮、難吃 |
灰色 | 難吃、髒 | 橙色 | 甜、滋養、味濃、美味 | 淡黃綠 | 清爽、清涼 |
粉紅色 | 甜、柔和 | 暗橙色 | 陳舊、硬、暖 | 黃綠 | 清爽、新鮮 |
紅色 | 甜、滋養、新鮮、味濃 | 奶油色 | 甜、滋養、爽口、美味 | 暗黃綠 | 不潔 |
紫色 | 濃烈、甜、暖 | 黃色 | 滋養、美味 | 黃綠 | 新鮮 |
食品的色澤與食慾
人的心理和食感具有非常微妙和複雜的關係，即使味道很好的食品，如果色澤不正，往往可以使人索然無味或難以下咽。美國的Birren作過食慾與色澤的調查，調查顯示最能引起食慾的顏色為從紅色到橙色。黃色與橙色之間有一個低谷，然而，過了黃色的黃綠色卻是倒胃口的顏色。淡綠色、青綠色又使食慾增加，紫色食品一般難以接受。這些，實際都是感覺轉移所造成的心理判斷。
刺激食慾的顏色與喜好食品往往聯繫在一起。紅蘋果、橙蜜橘、粉紅的桃、黃色的蛋糕、嫩綠的蔬菜等，給人以好食感的色澤。同時一些腐敗變質的食色也使人產生厭惡。即使同一種顏色，如果表現在不同的食品上，也會給人不同的感覺。將中國傳統的食品麵條和米飯調配成不同的顏色就會引起不同的心理反應和食慾。
光學性質的套用
食品光學性質研究和套用的領域也是與以上內容緊密相連的，主要有以下兩個方面：
食品的成分測定
此外，隨著各種更加科學、合理、方便的表色系統建立，對顏色的品質管理和測定也變得更加方便和準確。但是，在測定食品顏色時需要掌握正確的方法。
測定食品顏色時的注意事項
(1)凡液體食品或有透明感的食品，在用光照射時，不僅有反射光，還有一部分為透射光。因此，使用儀器的測定值往往與眼睛的判斷產生差異。
(2)在測定固體食品時，往往顏色並不均勻，眼睛的觀察往往是總體印象。用儀器測定時，往往只限於被測點的較小面積，所以要注意到儀器測定值與目測顏色印象的差異。
(3)測定顏色的方法不同或使用儀器不同，色值也會不同。
食品外觀與色澤的研究
食品的外觀、色澤也是反映食品品質的重要物理性質。尤其是對於生鮮食品，色澤往往成為判斷其新鮮程度、成熟度和品質的最重要指標。然而食品的色澤往往不能由一般的物理量來表達，它是人的視覺反映。所以，在這一研究領域除了一般的光學性質外，還涉及色光理論、色光感覺及色光生理方面的內容。由於一些已開發國家已對食品的色澤品質規定了客觀測定的標準，以往用語言表達食品色澤的方法，將被食品測定的指標所代替。所以，這方面的知識和研究，成為食品物性學中不可缺少的新內容。
計算機視覺技術是利用食品的色光性質及形狀不同，通過一個高清晰度攝像頭獲取物體的圖像，將圖像轉換成數字圖像，再利用計算機的判別準則去理解和識別圖像，通過圖像分析作出相應結論的實用技術。計算機視覺技術一般包含二維圖像獲取、處理和分析等過程。圖像處理和圖像分析是計算機視覺技術的核心。目前，計算機視覺技術已經成功地用於水果、蔬菜、肉、魚、比薩餅、乳酪和麵包等農畜產品、水產品等食品的質量檢測和質量評價中，可概括為以下幾個方面。
1)在尺寸和形狀檢測中的套用
食品原料和產品的外形尺寸是產品分級的重要依據。用圖像分析技術可以評價膨化麵包的橫斷面，計算周長、面積、窩眼的方位和孔積率等結構參數，揭示唯一確定麵包種類的信息。此外，產品形狀也是外形尺寸檢測的重要方面，特別是水果，其形狀優劣是分級的重要指標。用基於計算機視覺的檢測技術可以測量蘋果、蘑菇和馬鈴薯的尺寸、顏色和形狀，以及辣椒的形狀。在國外，根據雞蛋、蘋果等的外形特徵，相應的開發計算機圖像處理系統，提高了這些產品分級機械的速度和精度。
2)在顏色檢測中的套用
顏色是食品質量評價的首選特徵之一，利用計算機視覺系統對產品色澤作出評價，可以克服人眼的疲勞和差異，同時還可以利用產品各部分顏色的不同作出相應判斷。一個全真圖像處理系統可比帶有顏色濾波器的灰度圖像系統提供更多的顏色信息，有助於對被評價的對象進行更精確的描述。在實際套用中，有許多不同的技術可用來提取和分析顏色信息，使用顏色圖像系統可以識別鮮桃的缺陷。用顏色特徵作為大豆質量檢測指標之一，可區分霉變大豆。焙烤食品的質量控制是加工過程的關鍵環節，以前只能靠人工定性判斷，現在可以利用計算機視覺技術檢測麵包或其他焙烤食品的顏色來控制食品的質量，一些食品技術人員也嘗試利用計算機視覺技術檢測比薩餅的顏色以達到品質控制的目的。
3)在產品表面缺陷和損傷檢測中的套用
產品表面缺陷或損傷的自動檢測一直是產品分級的難題。使用基於神經網路分類器的立體顏色直方圖可以分析雞胴體全身缺陷。利用計算機視覺技術檢測雞蛋裂紋時通常都是採用靜止雞蛋的圖像，為了克服這種方法只能對一個方向進行檢測的缺點，採用對連續旋轉雞蛋進行裂紋檢測的方法，正確率可達到94%。爆腰率是大米品質的重要指標，國內檢測爆腰大米粒的計算機視覺系統也獲得了成功。
4)在食品成分檢測中套用
計算機視覺技術在食品成分檢測方面的套用也很多，如根據比薩餅底部的數位化圖像的顏色特徵來判斷賴氨酸含量；運用數位化圖像技術分析麵包橫截面氣孔面積及與整體面積的比例、大小均勻性、壁厚度和麵包心亮度，判斷乳化劑在麵包烘焙中的作用。
5)在食品口感質量評價中的套用
用圖像處理技術可以獲得膨化食品斷面的彩色圖像，並對圖像進行紋理分析。從而對膨化食品質量進行評價。牛肉紋理特徵與嫩度之間存在較強的相關關係，用紋理分析方法也可以評價牛肉的品質，並可以準確地測定牛肉的嫩度。
6)線上質量控制
用於馬鈴薯和蘋果顏色檢測的計算機視覺系統已經研製成功，主要用於區別好馬鈴薯與發芽馬鈴薯及黃色的蘋果和綠色的蘋果，研究發現HSI彩色系統用於顏色評價和圖像處理是非常有效的，利用色調直方圖表示顏色特徵，採用多變數識別技術可使該系統在檢測馬鈴薯和蘋果顏色時達到90%以上的正確率。
常見的食品光學性質測定儀器
光電管比色計
光電管比色計實際上是以光電管代替目測，以減少誤差的一種儀器測定方法。這種儀器由彩色濾光片、透過光接受光電管和與光電管連線的電流計組成。該儀器主要用來測定液體試樣顏色的濃度，所以常以無色標準液為基準。
分光光度計
這種儀器主要用來測定各種波長光線的透過率，其原理是由稜鏡或衍射光柵把白光濾成一定波長的單色光，然後測定這種單色光透過液體試樣時被吸收的情況。從測得的光譜吸收曲線可以取得以下信息：①了解液體中吸收特定波長化合物的成分；②測定液體濃度；③作為顏色的一種尺度，測定某種呈色物質的含量，如葉綠素含量。分光光度計的光源如果使用紫外線或紅外線，還可作為了解物質化學構造的手段。
光電反射光度計
光電反射光度計亦稱色彩色差計。這種色彩色差計可以用光電測定的方法，迅速、準確、方便地測出各種試樣被測位置的顏色，還能自動記憶和處理測定數值，得到兩點間顏色的差別。
紅外光譜分析技術
在食品的光學特性領域，近紅外光譜分析技術是近年來發展較快的一支。該技術越來越多地受到國內外分析專家的注目。食品的外觀、色彩、內部狀態檢測在可見光範圍可通過反射、透過、延遲發光等光學特性測定來完成。近年來，採用近紅外線、微波甚至核磁共振等方法對食品中水分、蛋白質、碳水化合物、脂質等一般成分進行評價受到越來越多的重視。尤其是近紅外線技術，在食品的非破壞檢測方面取得較大進步。許多食品可套用紅外光譜分析進行成分的測定，但在這方面使用的紅外線波長多為大於3.0um的光波，從非破壞、無損傷測定的要求來看，由於大多數食品屬於含水的複合體，水分的影響及其吸光特性的複雜性，使得在這一波長範圍的測定變得非常困難。
紫外光譜技術
柑橘的收穫、運輸和分選過程中，因發生柑橘與容器間表面摩擦、果柄刺傷果實等情況，常使柑橘表面受損。受損後果皮中的精油細胞遭到破壞而析出表面。柑橘一旦受損，不但影響品質而且很快就會腐爛，並傳染給周圍柑橘，幾天之內整箱柑橘就會爛掉。在暗室中，當受損的柑橘受到紫外光源照射時，分子內基態被激發到激發態，分子從激發態回到基態時，損傷部位就會通過發出螢光的形式放出輻射能，而螢光屬可見光，此時顯得格外明亮。與之相反，正常部位理論上無可見光。這樣，在正常部位與損傷部位之間就形成了明顯的明暗反差。損傷果的檢測正是利用了柑橘正常部位和損傷部位在紫外光源照射下的反射差異，通過攝像、計算機圖像處理後進行檢測的。為了更有效地增強光源強度，將光源罩製成半圓筒形，內表面塗成白色，增加反射效果，其圓心為柑橘的攝像位置。在光源罩上開一圓孔，留出攝像通路。當柑橘進入暗室到達攝像機下時，攝像機開始攝像，然後由計算機進行圖像處理和判斷。試驗結果顯示，常規照片中很難看出有受損現象，但在紫外線光源的照射下，柑橘受損的部位就發出螢光，而柑橘的正常部位幾乎無可見光出現，計算機處理後就可以判定受損面積。計算白色面積的大小，即可得出損傷面積的大小並作出判斷。另外，利用紫外光照相技術還可檢測蔬菜的新鮮程度。
