生の茶色いステーキを買いますか。青いリンゴはどうですか？グリーンココナッツフレーク？それともグレーオレンジ？おそらくそうではありません。食品の色が「正しく」なければ、消費者はそれを購入しなくなります。
私たちは皆、食品の品質を判断するために色を使用します。しかし、私たちはもっと多くの場合に色を使用しています。農家は色を使用して、収穫の準備ができているかどうかを判断します。また、それを使用して、調理または生産プロセスがどのように進行しているかを判断できます。調理中にピンク色に変わるエビ。
色は明らかに重要ですが、同時に非常に複雑です。何かの色について、他の人と意見の相違があったかもしれません。店で塗料の色を選ぶとき、外に出て日光の下で色を確認したことがあるかもしれません。自分で写真を印刷したことがある場合は、画面上の写真が紙に印刷されたものとは大きく異なる場合があることにも気づいたかもしれません!
色は主観的なものになる可能性があるため、科学者はこれをより客観的にする方法を開発しました。これは明白で単純に聞こえるかもしれませんが、そうではありません!色の測定は想像以上に難しいものです。たとえば、どの光がどのように色に当たるか、表面が光沢があるかつや消しかを考慮する必要があります。科学者は、これらの課題を克服する方法を開発する必要がありました。現在、色を客観的に測定するのに役立ついくつかの技術が利用可能です。それらがどのように機能し、食品の分析にどのように使用できるかを見ていきます.
色の説明
色を測定するときは、赤、ブルゴーニュ、紫、ラベンダーなどの用語から離れる必要があります。それらは説明的すぎます。代わりに、色を定量的に (数値で) 説明する方法があります。これらの調和と標準化されたシステムを使用することで、私たちは皆、同じ「色の言語」を話します。これらのシステムはいくつかあります。たとえば、デジタル カラーを表す 16 進コードをよく知っているかもしれません。たとえば、このウェブサイトの暗いオレンジ色は #f26e3f としても知られ、明るいオレンジ色は #f2a04e としても知られています。
これらの数値に到達するために、色を定義するこの定量的かつ客観的な方法は、色の科学と物理学を深く掘り下げる必要がありました.
色は波長
では、実際に色とは何でしょう？私たちが見ている色は電磁波です。
電磁放射は私たちの周りにあり、大気中を移動する波で構成されています。これらの波の重要な特徴は、その波長です。これらの波は、湖や海の波のように上下に動きます。波長は、このような上下運動の長さを測定します。
一部の電磁波は非常に長い波長を持ち、文字通り何キロメートルにも及ぶことがあります。ラジオはこの波長の波を使用し、長距離をうまく移動します。スペクトルの反対側には非常に短い波があり、これらの長さは 1 ナノメートル未満の場合があります。非常に短い波の例は X 線です。これらの極限の間に入る他の種類の電磁放射は、たとえばマイクロ波と赤外線放射です。
お気づきかもしれませんが、電磁放射には幅広い波動と可能なアプリケーションが含まれます。また、これらの波のほとんどを実際に見ることができないことに気付いたかもしれません!ここでの例外は、「可視スペクトル」内の波です。これらは、約 380 ～ 750 nm の波長の波です。この可視スペクトルには、私たちが見ることができるすべての色が含まれており、すべての色には独自の波長があります。たとえば、波長 610nm の光はオレンジ色、500nm 付近はシアン、540nm は緑色として認識されます。
私たちの目には錐体があります
しかし、波長はまだ色ではありません。私たちが実際に色を見るためには、光が目に届き、目と脳によって内部で処理される必要があります。特定の波長の光が目に入ると、目の中の 3 種類の「錐体」に到達します。これらのコーンは、各コーンがわずかに異なる波長に最適化されている入射光をキャプチャします。これらの錐体が一緒になって脳に信号を送り、脳がその信号を色に処理します!
色を客観的に説明する
色を数値で表現しようとするとき、これらの入ってくる波長を目がどのように処理するかを考慮する必要があります。これらの色をどのように処理するかは、色の認識方法に影響を与えます。一部の色範囲では、他の色範囲よりも微妙な違いを検出できる場合があります。
理論に関しては、ここではあまり詳しく説明しません。代わりに、放射線の科学と私たち人間が色を知覚する方法を組み合わせた科学者たちが何年にもわたって考え出したものを見てみましょう.
CIE と三刺激値
100 年以上前に、CIE という組織が設立され、当時利用できた科学的知識を使用して、色を記述する最初の標準化された方法を定義しました。このシステムである CIE 1931 は、今でもさまざまな業界で使用されており、そこからさまざまなモデルが派生しています。
1931 システムの核心は、いわゆる三刺激値を与えることです。これらの三刺激値は、私たちの目の 3 つの錐体のメカニズムを考慮し、3 つの数値を使用してすべての色を表します。異なる三刺激値システムが存在し、それぞれの数字の意味がわずかに異なりますが、それらの背後にある科学はすべて非常に似ています.
RGB 値
現在も積極的に使用されている三刺激システムの 1 つは RGB システムで、R は赤、G は緑、B は青を表します。このシステムは一般的にコンピューターの画面に使用されているため、このシステムについて聞いたことがあるかもしれません。ただし、食品研究アプリケーションでは一般的に使用されていません.
L*a*b* 値
色を記述するために使用されるもう 1 つの一般的な三刺激システムは、L*a*b* システムです。食品科学の世界では、これらの数字にかなり定期的に遭遇します。 L*の値は明度を表します。完全に白いものは 100 になり、完全に黒いものは 0 になります。a* は緑から赤の値 (赤と緑がどの程度か) の尺度であり、b* は青から黄色を表します。
これらの値から、いくつかの式を使用して、色相 (オレンジなどの色の名前) と色の強度 (または彩度) を導き出すことができます。
食品の色の測定
幸いなことに、すべての測定の背後にある数学と物理学を完全に知らなくても、色を測定できます。ほとんどの測定デバイスには、データをある程度解釈するための独自の指示が付属しており、舞台裏で多くの複雑な計算を行っています。
食品の色を測定したい場合、測色計と分光光度計の 2 つのオプションがあります。どちらにも長所と短所があり、わずかに異なる状況 (および予算) に最適です。
比色計
比色計は分光光度計よりも少し単純なデバイスなので、これから始めます。比色計は、サンプルに光を投影することによって機能します。この光を 3 つのフィルターでフィルタリングして目を模倣し、光がサンプルからどのように反射されるかを分析します。結果として、三刺激値が得られます。これは、たとえば L*a*b* 値などです。
比色計は比較的シンプルなデバイスであり、操作するのに多くの高度なソフトウェア (またはハードウェア) は必要ありません。通常、これらは 2 つのオプションの中で安価なオプションですが、提供されるデータ量もそれほど多くありません。比色計の仕組みにより、常に同じ光源を使用するため、色のすべての違いを検出できない場合があります。
品質管理に最適
ただし、サンプルについてそれほど多くの詳細を知る必要がない場合もあります。あなたが知りたいのは、生産中に色が変わらないかどうかだけです.これらのタイプのアプリケーションでは、比色計が非常にうまく機能します。比色計は高速に動作し、かなり頑丈です。
ただし、自分の色について知っておくべきことをすべて知りたい場合、またはサンプルがやや複雑な場合、比色計では必要なすべてのデータが得られない場合があります。
「古い」比色計と「新しい」比色計
L*a*b* 値ではなく、1 つの数値のみを示す比色計について言及している比色計に関する記事がたくさんあります。これらのシステムでは、色の 1 つの波長を選択し、この波長でさまざまなサンプルを比較します。これは、有色溶液の濃度を計算する一般的な方法です (Lambert-Beer を使用)。しかし今日では、比色計ははるかに高度になり、この単一の値を提供するだけではありません。これらの「古い」比色計に関する記事がまだ多く見られる理由は、それらが多くの国で高校のカリキュラムの一部になっているためと思われます.
分光光度計
色についてもう少し情報が必要な場合は、分光光度計が必要になる場合があります。分光光度計は比色計と同じ原理に従って動作します。サンプルに光を当てて、その反射を分析します。ただし、分光光度計は、いくつかの微妙な変更により、サンプルのより高度な分析を行うことができます。
まず第一に、1 つだけではなく、さまざまな光源で動作します。これは、ある光源の下では同じように見えても、別の光源の下では異なるサンプルにとって重要な場合があります。
また、比色計が使用する 3 つの光フィルターも使用しません。代わりに、光のスペクトルを完全に分析し、サンプルから反射された波長を正確に示します。
最後に、いくつかのタイプのもう 1 つの便利な特性は、いくつかの異なる角度で製品に光を当てることができることです。これは、非常に不均一なサンプルの色を分析しようとしている場合に特に重要です。
一般的に言えば、食品の調査を行って色の違いを理解したい場合は、分光光度計を使用します。これらのデバイスは以前は大きくてかさばっていましたが、最近ではサイズが縮小され (そしてコストも!)、よりアクセスしやすくなりました。
テクニックの決定
では、どちらを使用するかをどのように決定しますか?また、サンプルの色を測定する方法と測定するかどうかをどのように決定しますか?いくつかの考慮事項を見てみましょう。
測定の目標
あらゆる分析と同様に、常に明確な目標を念頭に置く必要があります。たくさんのデータを集めて、それで何ができるかを考えようとしても役に立ちません。検討できるいくつかの質問は次のとおりです。
- サンプル A はサンプル B と同じですか?または、同様に、私の製品はすべて同じ色の工場で製造されていますか?
- この質問を検討する理由は、商品の外観が常に同じであることを確認するためかもしれません。または、製品に加えた特定の変更が色に影響を与えているかどうかを確認する場合もあります。
- 私のサンプルには、特定の事前定義されたスペクトルの色がありますか?
- たとえば、ブランドのアイデンティティのために非常に特定の色が必要な製品を作成している場合は、その正確な色を確実に使用する必要があります。
- 時間の経過とともに色はどのように変化しますか?
- 製品の色が保存期間にわたって安定していない場合は、何が変化しているかを正確に調査することをお勧めします。これは、これらの変化の原因を特定するのに役立ちます。
運用上の考慮事項
他の分析手法と同様に、最も優れたデバイスが必要になる場合もありますが、ワークフローに収まらない場合は意味がありません。測定を行う場所と、測定を完了する必要がある速度を検討してください。よく訓練された分析担当者がいますか、それともほぼ誰でも実行できるはずです。これは、機器自体と、それを実行するために必要な費用の両方について、予算を検討する良い機会でもあります.
あなたのサンプル
最後になりましたが、サンプルを確認する必要があります。装置がどれほど凝っていても、食品を適切に測定するのはかなり複雑です。
同種の色と異種の色
サンプルの色は非常に均一ですか、それともより不均一ですか?サンプルが均質である場合、色は非常に簡単に測定できます。ただし、製品にさまざまな色が含まれている場合 (正直なところ、多くの食品に当てはまります)、色の測定は非常に複雑になります。
熟しているリンゴを考えてみてください。黄色といくつかの緑色の領域があるかもしれません。どの領域を測定することにしますか?黄色いのも緑のも全部？このような分析から得られる情報は何を教えてくれますか?
反射率と透過率
考慮すべきもう 1 つの側面は、食品が光を通すかどうかです。食品が光を通す場合、これはたとえば着色されたビタミン水である可能性があり、これを使用する技術を使用する必要があります.透過率テストを使用できます。このような測定中、サンプルを通して光が照射されます。次に、サンプルを通過する光を分析します。すべての比色計がこの種の測定を行えるわけではないため、注意が必要です。
また、光が透過できない場合 (オレンジやパンの切れ端など) は、反射法を使用する必要があります。この場合、光がサンプルに反射し、デバイスは食べ物や飲み物によって反射されたものを測定します。
サンプルをよく見て目的を調整したら、最も適切な色測定技術を選択するのにはるかに適した場所にいます!
参考文献
CIE、国際照明委員会、リンク
Tim Mouw、比色計と分光光度計、2019 年 10 月 7 日、リンク
Ken Phillips、分光光度計と比色計:違いは何ですか?、2020 年 8 月 6 日、リンク
Christine H. Scaman、第 43 章分光法の基礎、食品科学技術ハンドブック、リンク
