Barevné a transparentní obaly potravin, barevnost potravin Zadání: Charakterizujete barevnost vybraných vzorků obalů a potravin. 1. Změřte remisní křivky a určete barevnost v souřadnicích L*a*b* pro přinesené nebo předložené vzorky neprůsvitných obalů. 2. Změřte transmisní spektrum předložených fólií a polystyrenové Petriho misky 3. Změřte remisní křivky a určete barevnost různých vzorků potravin tak, že využijete metody měření s Petriho miskou.
Úvod Barva je vlastnost látky, která vzniká souhrou fyzikálních vlastností předmětu, osvětlení a pozorovatele. Na předmět dopadá světlo, interaguje s ním, část světla se absorbuje, část odráží a rozptyluje se. Pokud je předmět průhledný, světlo zčásti prochází, část se absorbuje (a část se odráží od povrchu předmětu), pokud je předmět průsvitný, kombinuje se absorpce a rozptyl a jeví se tak jako opacitní. A toto, ve vztahu k původnímu dopadajícímu osvětlení pozměněné, světlo pak vidí pozorovatel. Oblast vlnových délek maximální absorpce světla (nm)
Barva absorbovaného světla
Barva látky
400–435
fialová
žlutozelená
435–480
modrá
žlutá
480–490
zelenomodrá
oranžová
490–500
modrozelená
červená
500–560
zelená
purpurová
560–580
žlutozelená
fialová
580–595
žlutá
modrá
595–605
oranžová
zelenomodrá
605–670
červená
modrozelená
Obrázek 1 Souvislost barvy a absorbce jednotlivých složek bílého světla, resp. polohy minima v transmisním nebo reflektančním spektru
Barva je tedy vlastnost materiálu, kterou subjektivně vnímá lidské oko. Barva je podložena fyzikálními vlastnostmi materiálu 1 , ale vzniká, až když ji vnímá pozorovatel při určitém osvětlení, barva materiálu se tedy v závislosti na osvětlení může měnit. Optický vjem je u konzumenta a zákazníka zásadní pro rozhodování o koupi zboží v maloobchodě. Barva je výrazným prvkem atraktivity obalu. Ve spojitosti s potravinami je pochopitelně důležitá i chuť a vůně, přesto však u balených potravin, i nebalených a pouze vystavených, je zrak tím smyslem zákazníka, který lze nejsnáze atakovat. Významná je i Zde myšleno materiálová vlastnost, konstantní. Existují i jiné zdroje barevného vjemu – např. rozptýlené světlo vnímané malou vstupní aperturou z velké vzdálenosti (modř oblohy), interference na tenkých vrstvách (na motýlích křídlech, duhové barvy bubliny), emise světla, atd…. 1
spojitost barvy a kvality potraviny, ať již skutečná, kdy zkažená potravina má jiné zbarvení, nebo i jen symbolická, kdy se od určité potraviny očekává určitá barva, i když je to očekávání iracionální. Výsledný dojem z prodávaných potravin v supermarketech je pak dán rafinovanou souhrou obalu a osvětlení a dalších prvků prezentace zboží zákazníkovi jako součásti marketingového mixu. Mnoho zboží se prodává v obalech, které jednak skryjí zboží před zrakem zákazníka a zároveň zboží chrání před působením světla. Aby se dobře prodávalo, musí být obal atraktivní. V úloze zjistíte, jaká je vlastně barva obalů na čokoládu, které si přinesete. Dalším trikem je zbarvení potravin, které lze zákazníkovi ukázat v průhledném obalu. Změříte si spektrální propustnost různých vzorků polymerních fólií, abyste viděli, zda je materiál čirý a bezbarvý, popřípadě, zda je tónovaný a podobně, a pak vyzkoušíte, jak se přes tento obal jeví různé barevné potraviny. Pro inspiraci: Je mouka bílá? Jakou barvu mají mít těstoviny, proč i bezvaječné jsou někdy žluté? Jakou barvu má tavený sýr, jakou játrový salám nebo paštika? Barevnost Barva je záležitostí vnímání a subjektivního výkladu. I když se lidé dívají ve stejném okamžiku na stejný předmět (např. na jablko), vycházejí ze svých zkušeností a rozdílných poznatků a poté popíší tutéž barvu velmi rozdílnými slovy. Protože se lidé velmi liší v tom, jak se o barvách vyjadřují, je velmi obtížné přesně popsat konkrétní barvu někomu jinému. Pokud se někomu popíše barva jablka jako „zářivě červená“, může se očekávat, že bude schopen tuto barvu přesně reprodukovat? Slovní vyjádření barvy je velmi obtížné. Přestože lidské oko nedokáže barvu přesně kvantifikovat, ale dokáže ji na druhou stranu velice citlivě rozlišovat. Pokud by byla k dispozici standardní metoda, pomocí níž by bylo možné barvu přesně popsat tak, aby tomu každý porozuměl, bylo by dorozumívání o barvě mnohem přímější, jednodušší a přesnější. Proto byly vyvinuty metody, přístroje a normy, které oproti subjektivnímu (slovnímu) popisu barvy člověkem umožní vyjádřit barvu číselně, a to podle mezinárodních standardů. Tyto přístroje se nazývají kolorimetry, a jsou to v podstatě spektrofotometry, které využívají k měření integrační kouli, tak aby zachytily nejenom světlo odražené, ale i rozptýlené.2 Číselné vyjádření umožní každému lépe pochopit, o jakou barvu se jedná. Na lidské hodnocení barvy má vliv pozadí nebo druh světla dopadajícího na vzorek. Kolorimetry mají rozsah citlivosti odpovídající citlivosti lidského oka, protože však provádějí měření vždy se stejným světelným zdrojem a za stejných podmínek osvětlení, výsledky měření jsou nezávislé na tom, zda je den nebo noc či zda měříme v místnosti nebo venku. S použitím definovaných barevných prostorů (souřadnic) se potom zjišťují numerické hodnoty pro různé měřené objekty. Existuje celá řada barevných prostorů, např. barevný prostor Yxy s trichromatickými souřadnicemi XYZ, barevný prostor L*a*b*, L*C*h*, a jiné.
2
Difúzně reflektanční technika dokáže poskytovat informace o vzorcích práškových materiálů, které nelze dostatečně přesně, nebo vůbec, získat pomocí transmisních technik, neboť u disperzí práškových materiálů bývá převažujícím mechanismem podílejícím se na pohlcení světla vzorkem rozptyl světla (popř. odraz u velkých částic). Pozorovaná reflektanční spektra bývají transformována na závislost do jisté míry obdobnou absorbanci, neboť také lineárně závisí na koncentraci za předpokladu konstantního rozptylu pomocí Kubelka-Munkovy funkce F(R ) = K/S rovnicí:
kde R je difúzní reflektance z polonekonečné vrstvy, kterou ovšem v praxi neměříme absolutně, ale relativně vůči bílému standardu.
Trichromatické souřadnice X, Y, Z a jim odpovídající barevný prostor Yxz Trichromatické souřadnice X, Y, Z a s nimi spojený barevný prostor Yxz tvoří základ současného barevného prostoru podle komise CIE. Trichromatické souřadnice X, Y, Z jsou založeny na trichromatické teorii barevného vidění. Tato teorie vychází z faktu, že v oku jsou tři druhy čípků, které jsou citlivé na tři primární barvy (červenou, zelenou a modrou) a lidské oko všechny barvy vnímá jako směs těchto tří primárních barev. CIE v roce 1931 definovala tzv. standardního pozorovatele pomocí barevných funkcí x(λ), y(λ) a z(λ) - viz Obr. 1.
Obrázek 2 Spektrální citlivost odpovídající citlivosti lidského oka.
Obrázek 3 Barevný diagram x, y; 1931.
Hodnoty X, Y, Z jsou počítány s použitím těchto funkcí. Trichromatické hodnoty X, Y, Z jsou užitečné pro definici barvy, výsledek však není jednoduše znázornitelný. Proto CIE v roce 1931 definovala barevný prostor Yxy pro znázornění barvy ve dvou dimenzích nezávisle na jasu. CIE diagram chromatičnosti x, y tohoto barevného prostoru je znázorněn na Obr. 2. Achromatické barvy se nacházejí u středu tohoto grafu, a když sytost barvy stoupá, pohybuje se bod směrem k okraji grafu. Barevný prostor L*a*b* Barevný prostor L*a*b* (označovaný též jako prostor CIELAB) je jedním z uniformních barevných prostorů definovaných CIE v roce 1976. Hodnoty L*, a*, b* jsou vypočteny podle následujících vztahů: Jasová hodnota L*: (1) Odstínové souřadnice a* a b*:
(2) (3), kde X, Y, Z jsou trichromatické hodnoty daného vzorku pro 2° pozorovatele (X10, Y10, Z10 pro 10° doplňkového standardního pozorovatele); Xn, Yn, Zn jsou trichromatické hodnoty X, Y, Z pro dokonale odrážející povrch (bílý standard) pro 2° pozorovatele (nebo X10, Y10, Z10 pro 10° doplňkového standardního pozorovatele). Jestliže je hodnota X/Xn, Y/Yn a Z/Zn menší než 0,008856, mění se výše uvedené vztahy následovně:
(4), stejný vztah platí i pro další dvě pořadnice Y a Z.
Obrázek 4 Znázornění tělesa barevného prostoru L*a*b*.
Barevná diference ΔE*ab v barevném prostoru L*a*b*, jež udává velikost diference, ale ne její směr, je definována následujícím vztahem:
(5), kde: ΔL*, Δa* a Δb* jsou rozdíly těchto hodnot mezi předlohou a srovnávaným vzorkem. Přístroje a pomůcky: Laboratorní sklo, běžné laboratorní pomůcky (pinzeta, nůžky apod.), kolorimetr (spektrofotometr) Lovibond se softwarovým příslušenstvím, vzorky obalů, vzorky potravin. Pracovní postup: 1. Příprava vzorku. Vezměte neprůsvitné obaly, zbavte je možných nečistot (smítka, nitky, zbytky potravin). Připravte měřící plochu vzorku tak, aby na ní bylo co nejméně nerovností (ohyby, škrábance apod.). Vzorek pro měření remisních spekter by neměl být průhledný, aby nedošlo ke změření materiálu držáku vzorku. 2. Měření remisních spekter neprůsvitných obalů. Před měřením vám bude práce s přístrojem demonstrována vyučujícím. Po spuštění PC, přístroje a po inicializaci přístroje je nutné nejdříve kolorimetr nakalibrovat. Kalibrace proveďte bílým a černým kalibračním standardem. Poté změřte standart (u přístroje je zelený standart), ke kterému budete srovnávat barevnost obalů. Je nutné dbát na to, aby vzorek vyplnil celou štěrbinu od integrační koule, pokud je vzorek malý, použijte patřičnou štěrbinu. Změřte remisní spektra neprůhledných obalů a naměřená data si uložte. Zaznamenejte si subjektivní pozorování barev. Určete barevnost daných vzorků. 3. Měření transmisních spekter průhledných obalů. Vzorky připravte stejně jako v bodu 1. Dále změřte průhledné obaly v transmisním módu. Data si zaznamenejte a uložte. Obaly vyhodnoťte i subjektivně. 4. Měření remisních křivek vzorků potravin. Připravte si vzorky potravin pomocí Petriho misek tak, aby nedošlo ke znečištění integrační koule přístroje. Změřte remisní spektra vzorků potravin. Z barevných (tónovaných) folií si jednu vyberte a přes ni zopakujte měření vzorků potravin v Petriho miskách. Data si uložte, vyhodnoťte barevnost, vzorky vyhodnoťte také subjektivně pomocí svého zraku. Výsledky porovnejte. 5. Zpracování protokolu. Vypracujte protokol o měření barevnosti obalů a potravin. Vyhodnoťte barvu jednotlivých vzorků a porovnejte se subjektivním pozorováním. Do protokolu uveďte remisní a transmisní křivky z měření a uveďte barevné souřadnice. Doplňující otázky: 1. Vysvětlete, proč se v luxusních obchodech často využívá halogenové bodové osvětlení? 2. Vysvětlete, proč nevidíte svůj obraz na zdi, ale v zrcadle ano, když oba povrchy jsou bílé? Literatura 1. Optical Society of America - Bass, Michael, Editor (1995). Handbook of Optics, Volume I - Fundamentals, Techniques and Design (2nd Edition).. McGraw-Hill. 2. Michal Vik; Základ měření barevnosti I. TUL, 1995, ISBN 80-7083-162-6.
