食品色彩科学与光学性质

1、,第六章 食品的色彩与光学性质,第一节 食品与色泽,第二节 颜色光学基础,第三节 食品的光物性及其品质,第一节 食品与色泽,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。 食品颜色给人的第一印象是视觉上的，然后通过颜色对大脑的刺激，激发以前对这种颜色的记忆，如食品种类、品质优劣、新鲜与否的联想，最终形成对某种食品的综合评价。 色泽虽是外观，但也反映了其味道，给人以滋味的感觉。 在食品的感官品质中，以“色”为先。,一、食品的颜色与感觉,（一）食物颜色与感觉,（二）色彩对人思维的作用,（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,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,配色对食品的滋味有很大的衬托作用,橙黄色液体 桔子汁 红色透明液体酸梅汁,（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

2、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,食物的颜色与食欲的关系,Bruner 实验 用一张橙色的纸，剪成两种食品的形状，观察结果 番茄形：有红色的感觉 柠檬形：黄色,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,光源：阳光、日光灯、钨丝灯等，每一种照明都使同一个苹果看起来不一样。 观察者：每个人的眼睛灵敏度总是稍有差别的，甚至认为色视觉正常的人，对红或蓝仍可能有所偏倚。还有一个人的视力通常随年龄的增大而改变。,尺寸：有人在查看了墙纸的小块样片后选择了他认为很好的一种，但当墙纸贴到墙上去之后却有觉得太亮了一点。覆盖在大面积上的颜色比在小面积上的看起来更明亮和更鲜艳，这就是面积效应。 背景：放在明亮背景之前的苹果看起来要比放在暗背景之前的暗淡，这就是对比效应。 方向：当观察颜色时，必须保持条件一致。,对食品色光性质测定的最大优点就是可以实现对食品快

3、速、无破坏、无损伤检测。 其他优点：可全部逐个检查；测定时间短，便于现场检测。,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,第二节 颜色光学基础,颜色光学: 是以物理学、光学为主体，结合心理学、生理学、生物物理学的边缘科学。 包括生理光学(physiologicaloptics)、光度学(photometry)、色度学(colorimetry)、心理颜色(adaptation and contrast)、色差与颜色立体(chromatism and color solid)、颜色视觉(color vision)等方面内容。,（一）电磁波谱的有关参数,一、视觉生理与光度,人眼的可视范围为380 nm780 nm。 长波一端向短波一段的顺序:,可见光谱,单色光：具有单一波长的光。 颜色：在可见光区域，不同波长的单色光通过人的视觉器官反映。 紫外光和红外光由于不在人眼觉察范围内，无颜色可言。 眼睛对光线的敏感度包括:(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。 光度眼睛对光线感受的程度，既受光线的强弱影响，又与视神经对这一波段光线的刺激敏感程

4、度有关。,（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敏感程度不同； 在特别情况下(能量加大)，人眼的感受范围可大到近红外线(1150nm)和紫外线部分(312.5nm)。,（三）光度学基本物理量,1、光度学:在光学中研究光的发射、传播、吸收和散射等过程中光的计量问题的学科，也即对可见光能量计量的学科。,2、光度学基本物理量,（1）光度与光通量：在光学 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 =W/t），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，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。,设在波长与d之间光的辐射照度为 E d，则光通量的定义式为： =V E d 对于波长为1 2的连续光谱： =k V E d,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 = 683.002 lm/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：表示某一受光点单位面积的光

5、通量。单位lm.m-2，用E表示。,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 1 lux = l lm/m2,（3）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的光出射度，单位为lm.m-2，以M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。,M=,d dA1,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，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candela（坎德拉）简写cd。光源辐射均匀时，光强为I= / ，为立体角，单位为球面度（sr）, 为光通量，单位是流明。 I（发光强度）单位为lm/sr。 设点光源在一立体角d内发出的光通量为d，则其发光强度为,立体角 ，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,（5）亮度（光亮度），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积之比，单位是cd /m2。,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

6、夹角。,（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，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 ：明视器官，有辨色能力，对光的敏感度高； 视杆细胞： 暗视器官 不能感受颜色 对弱光反应灵敏。,（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，存在混色现象。,二、颜色的本质与色光匹配,混色效果发现：牛顿 三棱镜分解白光为7色,混色现象（color mixing）： 假同色(metameric color): 光谱组成不同，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。 真同色(nonmetamericcolor): 光谱组成相同的颜色

7、。,（二）牛顿色盘,1、两种单色光能混合成白光,2、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,（三）色彩三要素,色彩的三要素是明度、色相（即色调） 、饱和度，是评价食品颜色的主要依据。色调与饱和度合称为色度（Chromaticity），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，就能对颜色作完整的说明。,1、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

8、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量光线的照射下呈现出明暗的差别 。,2、色相：也称色调，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。 从表面现象来讲，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。 从物理光学角度讲，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。 物体的色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。 光源的色调取决于辐射的光谱组成和光谱能量分布。,3、饱和度：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。 饱和度还和亮度有关，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

9、体比表面粗糙的物体饱和度大。 可见光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。,物体色调的饱和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。 不同的色别在视觉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,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， Commission Internationale de lEclairage，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)。 还需规定能在现实中找到的接近白光的光源。 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，CIE规定了几种标准光源,1965年CIE建议使用D65作为标准光源，相当于色温6500K的白昼光，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,黑体辐射定律（普朗克，1900年所创） 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。 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。 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

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