Колориметрическая идентификация апельсиновой соковой продукции

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

ТЕМА НОМЕРА

УдК 663.8:535.6

Колориметрическая идентификация апельсиновой соковой продукции

Ю. Т. Платов,

д-р техн. наук, профессор; Р. А. Платова, канд. тех. наук, доцент; Г. А. Бобожонова,

канд. тех. наук Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова

ВТР ТС 023/2011 «Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей» для идентификации соковой продукции не предусмотрен экспресс-метод, позволяющий быстро и точно определить ее ассортиментную принадлежность к одному из следующих видов: соку, нектару или сокосодержащему напитку. Одним из показателей, который позволит осуществить эту операцию, может выступать цвет соковой продукции.

Проведены исследования [1], чтобы стандартизировать спецификацию цвета сока, использованы различные спек-троколориметры и цветовые системы. На наш взгляд, для определения цвета апельсинового сока наиболее приемлема цветовая система CIEL*a*b* 1976 г.

Оценка цвета апельсиновой соковой продукции — неотъемлемая часть процесса определения ее качества. В Европейском Союзе цвет апельсинового сока не нормируется стандартами, и считается, что цвет соков характерен для фруктов, из которых они получены. В США цвету апельсинового сока придается большое значение, и индекс цвета используется в качестве критерия для коммерческой классификации апельсинового сока. В соответствии с данной классификацией [2] для цвета выделено до 40 баллов из возможных 100 баллов при определении категории качества апельсинового сока: «Категория А» — образец, набравший от 36 до 40 баллов, «Категория В» — от 32 до 35 баллов.

Инструментальное измерение цвета этих напитков особенно сложно, потому что они полупрозрачны. Цвет прозрачных напитков может быть установлен с помощью измерений спектра пропускания, непрозрачных — измерений

спектра отражения, поведение света при инструментальном измерении полупрозрачного напитка более сложное [1, 3]. Мутность апельсинового сока определяет его внешний вид и служит важным фактором, который необходимо учитывать при спецификации цвета [4]. Роль частиц в этом отношении двойная: они определяют мутность и содержат пигменты, придающие цвет соковой продукции.

Цель работы — использование спек-троколориметрического метода для спецификации цвета и идентификации вида апельсиновой соковой продукции.

В качестве объектов выбраны образцы апельсиновой соковой продукции (восстановленные соки, нектары, сокосодержащие напитки). Данные об ассортиментных признаках исследованных образцов получены из маркировки.

Спектры пропускания и отражения апельсиновой соковой продукции измеряли на спектроколориметре Color i5 (X-Rite Incorporated, США), снабженном ксеноновой импульсной лампой, воспроизводящей источник света D (ISO 11664-2:2008; CIE S-2/E-2006). Прибор оборудован приставкой «Test Tube Holder», обеспечивающей измерение спектра отражения на черном фоне и определение индекса OJ (Index Orange Juice) или CN (Color Number), регламентирующего качество апельсинового сока согласно данным USD of Agriculture [2]. В приставку помещали колбу диаметром 19 мм с образцом. Расчет индекса OJ проведен с помощью программы «Color iQc» или может быть вычислен, используя значения координат X, Y и Z, по уравнению [5]:

CN = 14,5 (3,15X/Y - Z/Y+4,1/Y) - 2,6.

14 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016

Далее полученному значению индекса OJ присваивали соответствующее количество баллов [4], чтобы определить категорию качества апельсиновой соковой продукции.

Измерения спектров апельсиновой соковой продукции проводили при следующих режимах: пропускания с включением (TTRAN) и исключением (RTRAN) светорассеяния (ASTM Е 1348) и отражения, в диапазоне длин волн 360-750 нм с интервалом 10 нм, с геометрией измерения d/8 (CIE 15.3-2004) при источнике освещения D65 и положении колориметрического наблюдателя CIE, равным 10° (ISO 11664-1:2008; CIE 014-1/E-2006). Образцы помещали в кварцевую кювету с длиной оптического пути 10 мм и устанавливали на белом фоне. Коэффициенты спектров пропускания и отражения преобразовали в цветовые координаты CIEL*a*b* (ISO 11664-4:2008, CIE S 014-4/E-2007): L*-светлота, a*-красный (+а*)/зеленый (-a*), b* — желтый (+Ь*)/синий (-b*).

Проанализировано изменение значений цветовых координат апельсиновой соковой продукции в зависимости от режима измерения спектров видимой области. Установлено, что значения цветовых координат сока, нектара и напитка, полученные при измерении в режиме отражения, не различаются в колориметрическом пространстве CIEL*a*b* (рис. 1), а значения их цветовых координат, полученные при измерении в режиме пропускания с включением светорассеяния TTRAN, различаются (рис. 2). При измерении спектров пропускания образцов сока и нектара в режиме RTRAN спектр не определяется. По диапазону координат цветности a*/b* значимо различаются: от 11-24/27-60 (сок) до 2-9/42-71 (нектар) и < 2/35-40 (напиток). При этом точки, соответствующие координатам апельсиновой соковой продукции, не пересекаются в плоскости этих координат, только по координате красноты: а* сока > а* нектара > а* напитка. Следовательно, для колориметрической градации апельсиновой соковой продукции по виду необходимо использовать режим пропускания TTRAN.

Оценка колориметрической градации апельсиновой соковой продукции по виду проведена с использованием метода дискриминантного анализа. Подтверждены статистическая значимость и дискриминирующая способность основных дискриминантных функций (ДФ) с помощью статистики Уилкса и

ИННОВАЦИОННЫЕМЕТОДЫКОНТРОЛЯКАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ

656055" 5045403530-

У DO

о

А

16-

14-

a* 12 -

¡5 10-

от

сн 8-

ра

К 6-

4-

2 -

0-

д ПО дА

àD  Ъ

U%

A

45

50

2 4 6 8 10 12 14 16 18 Краснота a*

А Сок  Нектар О Сокосодержащий напиток

55 65 Желтизна b*

Рис. 1. Расположение значений цветовых координат образцов

апельсиновой соковой продукции в плоскостях колориметрического пространства CIE Ц*а*Ь*, измеренных в режиме отражения

20-

15-

5-

А А.

А ^

А

S ^

90 п

80- О

70. Сг>

60. *

50

40

30

20"

10"

0-

25

35 45 55 Желтизна b*

65

75

45

50

55 65 75 Краснота a*

Д Сок  Нектар О Сокосодержащий напиток

85

Рис. 2. Расположение значений цветовых координат образцов апельсиновой соковой продукции в плоскостях колориметрического пространства С1Е Ц*а*Ь*, измеренных в режиме общего пропускания

F-статистики. По собственным значениям первой и второй ДФ установлено, что основное цветовое различие происходит по первой ДФ и менее значимо — по второй ДФ: наибольшее цветовое различие по первой ДФ осуществляется по красноте, а по второй ДФ — желтизне.

Проведено определение индекса ОЛ образцов апельсиновой соковой продукции. Полученные значения индекса

30

Индекс OJ 34 36

25-2015. 10" 50-

Рис. 3. Зависимость между значениями индекса Ш и координатой красноты а* образцов апельсиновой соковой продукции

OJ позволили произвести градацию образцов на категории качества согласно USD of Agriculture: апельсиновые соки имели значения индекса OJ (от 36,2 до 37,9), соответствующие «Категории А»; апельсиновые нектары (от 31,8 до 35,7) — «Категории В».

Значения индекса OJ образцов апельсиновой соковой продукции были сопоставлены с координатами CIEL*a*b*, полученными в режиме отражения на черном фоне при источнике освещения С, и установлена сильная прямая связь (коэффициент детерминации R = 0,93) между координатой красноты а* и значением индекса OJ данных образцов (рис. 3).

Таким образом, показано, что метод инструментальной спецификации цвета апельсиновой соковой продукции в зави-

симости от режима измерения спектра и стандартных условий расчета цветовых координат имеет ряд преимуществ:

• во-первых — по значениям цветовых

координат апельсиновой соковой про-

S

ш §

0

1 <

§

ш h

0

75

85

25-

10-

0

32

38

40

6 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 15

ИННОВАЦИОННЫЕМЕТОДЫКОНТРОЛЯКАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ'

0

1 <

§

ш h

дукции, полученных при измерении спектра пропускания (режим TTRAN), образцы сока, нектара и напитка различаются в колориметрическом пространстве CIEL*a*b*; • во-вторых — цветовые координаты CIEXYZ, определенные по спектру отражения на черном фоне при стандартном освещении и наблюдателе С/2, использованы для расчета индекса OJ. Произведена градация апельсиновой соковой продукции на категории качества (USD of Agriculture), сопоставлена с градацией по ТР ТС 023/2011 и показано, что апельсиновые соки имеют

значения индекса OJ, соответствующие «категории А», а апельсиновые нектары — «категории В».

Рекомендовано использовать колористические характеристики при идентификации апельсиновой соковой продукции по виду.

ЛИТЕРАТУРА

1. Melendez-Martinez, A. J. Instrumental measurement of orange juice colour: a review/ A. J. Me-lendez-Martinez, I. M. Vicario, F. J. Heredia // J. Sci. Food Agric. — 2005. — V. 85. — Р. 894901.

2. U. S. Department of Agriculture. 1983. United

States standards for grades of orange juice. Effective January 10, 1983.

3. Color and carotenoid profile of Spanish Valencia late ultrafrozen orange juices / A. J. Melendez-Martinez, G. Britton, I. M. Vicario, F. J. Heredia, // J. Food Res. Int. — 2005. — V. 38. — P. 931936.

4. Arena, E. Influence of carotenoids and pulps on the color modification of blood orange juice / E. Arena, B. Fallico, E. Maccarone // J. Food Sci. — 2000. — V. 65. — № 3. — P. 458460.

5. USDA. Official rules affecting the Citrus Industry. Pursuant to Chapter 601, Florida Citrus. Chapter 20-65. 2006. P. 1-3. <S

Колориметрическая идентификация апельсиновой соковой продукции

Ключевые слова

CIEL*a*b*; индекс OJ; нектар; сок; сокосодержащий напиток; цвет. Реферат

Для идентификации соковой продукции не предусмотрен экспресс-метод, позволяющий быстро и точно определить ее ассортиментную принадлежность к одному из следующих видов: соку, нектару или сокосодержащему напитку. Цель работы — использование спектроколориметрического метода для спецификации цвета и колориметрической идентификации апельсиновой соковой продукции по видам. Инструментальная спецификация цвета апельсиновой соковой продукции проведена двумя способами: первый — по спектру отражения на черном фоне с последующим расчетом индекса OJ (Index Orange Juice); второй — по спектрам отражения и пропускания на белом фоне: с включением (TTRAN) и с исключением (RTRAN) светорассеяния, с последующим расчетом цветовых координат в колориметрической системе CIEL*a*b*, где L* — светлота, a* — красный (+а*)/зеленый (-a*), b* — желтый (+b*)/ синий (-b*). Проанализировано изменение значений цветовых координат CIEL*a*b* апельсиновой соковой продукции в зависимости от режима измерения спектров видимой области и показано: значения цветовых координат сока, нектара и напитка, полученные при измерении в режиме отражения на белом фоне, не различаются; при измерении в режиме пропускания с включением светорассеяния TTRAN — различаются; спектры пропускания образцов в режиме RTRAN не определяются. По цветовому тону hab апельсиновая соковая продукция находится в определенном диапазоне: от красно-желтого hab~ 55 до зеленовато-желтого hab ~ 94, но значения образцов не пересекаются по координате «краснота»: a* сока > a* нектара > a* напитка. По значениям индекса OJ произведена градация образцов на категории качества согласно USD of Agriculture: апельсиновые соки имели значения индекса OJ соответствующие «Категории А», апельсиновые нектары — «Категории В». Сопоставлены два метода колориметрической градации апельсиновой соковой продукции по виду: по цветовым координатам CIEL*a*b* рассчитанным по спектру пропускания TTRAN на белом фоне и на категории качества по индексу OJ. Рекомендовано использовать колористические характеристики L*a*b* при идентификации апельсиновой соковой продукции по виду. Принадлежность колористических характеристик L*a*b* образцов к определенному виду апельсиновой соковой продукции рекомендовано определять с помощью классификационных функций методом дискриминантного анализа.

Авторы

Платов Юрий Тихонович, д-р техн. наук, профессор; Платова Раиса Абдулгафаровна, канд. техн. наук, доцент; Бобожонова Галина Александровна, канд. техн. наук Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова 117997, Москва, Стремянный пер., 36, decolor@hotbox.ru, raisa.platova@yandex.ru, batay96@mail.ru

Colorimetric Identification of Orange Juice Products

Key words

CIEL*a*b*; index OJ; nectar; juice; juice drink; color. Abstract

For identification of juice products the rapid method is not provided, this method allows quickly and accurately define its assortment affiliation to one if the following types: juice, nectar or juice drink. The purpose of work was the use of spectrocolorimetric method for color specification and colorimetric identification by the form of orange juice products. The instrumental color specification of orange juice products carried out in two ways: the first by the reflection on a black background with the subsequent calculation of the index OJ (Index Orange Juice); the second by the reflection spectrum and transmission on the white background with inclusion (TTRAN) and with the exception (RTRAN) of the light scattering with the subsequent calculation of the color coordinates in the colorimetric system CIEL*a*b*, where L* — lightness, a* — red (+a*)/ green (-a*), b* — yellow (+b*)/blue (-b*). The change of the values of the color coordinates CIEL*a*b* of orange juice products was analyzed depending on the mode of measuring the spectra of visible region. It shows the value of the color coordinates of juice, nectar and juice drink obtained in the measurement in the reflection mode on a white background have no difference; when measuring in the transmission mode with the inclusion of light scattering TTRAN they vary. The transmission spectra of samples in mode RTRAN do not define. Color tint hab of orange juice products is on a certain range: from red-yellow hab ~ 55 to greenish-yellow hab ~ 94 but the values of the samples do not intersect at the coordinate «redness»: a* juice > a* nectar > a* juice drink. The values of index OJ there were produced a gradation of samples on the categories of quality according to USD of Agriculture: orange juices had the index values OJ corresponding to «Category A» and orange nectars to «Category B». Two colorimetric gradation methods of orange juice products by type were mapped: the color coordinates CIEL*a*b* witch are calculated by the transmission spectrum TTRAN on the white background and on the categories of quality by index OJ. It is recommended to use the color characteristics L*a*b* in the identification orange juice product by type. The affiliation of color characteristics L*a*b* of samples to a specific type of orange juice product is recommended to define using the classification functions by the method of discriminant analysis.

Authors

Platov Yuriy Tikhonovich, Doctor of Technical Science, Professor;

Platova Raisa Abdulgafarovna, Candidate of Technical Sciece, Associate Professor;

Bobozhonova Galina Alexandrovna, Candidate of Technical Science

Economic University named after G. V. Plekhanov,

36 Stremyanny Per., Moscow, 117997, Russia,

decolor@hotbox.ru, raisa.platova@yandex.ru, batay96@mail.ru

16 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016