اندازه‌گیری و کنترل رنگ در صنایع غذایی: روش‌ها، دستگاه‌ها و استانداردها

مقدمه‌ای بر اهمیت رنگ در کنترل کیفیت مواد غذایی

رنگ یکی از اولین ویژگی‌هایی است که مصرف‌کنندگان در ظاهر مواد غذایی به آن توجه می‌کنند و نقش کلیدی در ادراک کیفیت دارد. به بیان دیگر، رنگ ماده غذایی می‌تواند نشان‌دهنده میزان تازگی، رسیدگی یا کیفیت فرایند تولید آن باشد. مواد غذایی با رنگ مطلوب و مطابق انتظار، از دید مصرف‌کننده تازه‌تر و با‌کیفیت‌تر به‌نظر می‌رسند، در حالی‌که هرگونه انحراف رنگ (مثلاً گوشت با رنگ قهوه‌ای به‌جای قرمز روشن یا میوه‌ای با رنگ‌پریدگی) می‌تواند منجر به رد محصول شود. بنابراین، کنترل رنگ در صنایع غذایی نه‌تنها از منظر زیبایی‌شناسی، بلکه به‌عنوان شاخصی از کیفیت حسی، ترکیب شیمیایی و ایمنی محصول حائز اهمیت است. تولیدکنندگان مواد غذایی برای حفظ یکنواختی رنگ بین بچ‌های مختلف و اطمینان از انطباق با انتظارات مصرف‌کننده، به روش‌های سنجش و پایش رنگ تکیه می‌کنند. امروزه با پیشرفت فناوری، اندازه‌گیری رنگ به‌صورت ابزاری و کمّی جایگزین ارزیابی‌های چشمی سنتی شده است تا خطای انسانی کاهش یافته و اعتماد مصرف‌کنندگان به کیفیت محصولات افزایش یابد.

اصول علمی رنگ‌سنجی و درک رنگ در مواد غذایی

رنگ‌سنجی یا کالریمتری (Colorimetry) علم اندازه‌گیری کمّی رنگ بر پایه درک بینایی انسان است. چشم انسان سه نوع سلول مخروطی حساس به نور قرمز، سبز و آبی دارد؛ به همین دلیل هر رنگ قابل ادراک را می‌توان به سه مؤلفه اولیه تجزیه کرد. مدل‌های رنگی مانند RGB (قرمز-سبز-آبی) بر همین اساس بنا شده‌اند که در آن هر رنگ به ترکیبی از سه نور اولیه تعبیر می‌شود. با این حال در علوم رنگ‌سنجی صنعتی و غذایی معمولاً از مدل‌های رنگی استانداردی استفاده می‌شود که مستقل از دستگاه بوده و ادراک رنگ را به‌صورت عددی در فضایی سه‌بعدی تعریف می‌کنند. مهم‌ترین این مدل‌ها که در صنایع غذایی به‌کار می‌روند عبارت‌اند از مدل‌های تعریف‌شده توسط کمیسیون بین‌المللی روشنایی CIE، به‌ویژه فضای رنگی CIELab (L*a*b*). در فضای CIELab هر رنگ با سه مختصه عددی توصیف می‌شود: L* که روشنی/تاریکی را در مقیاس 0 (سیاه) تا 100 (سفید) نشان می‌دهد، a* که طیف سبز تا قرمز را (مقادیر منفی a* سبز و مثبت قرمز) نشان می‌دهد، و b* که طیف آبی تا زرد را (مقادیر منفی b* آبی و مثبت زرد) بازنمایی می‌کند. این سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده است که اختلافات ادراکی رنگ را می‌توان به‌صورت فواصل اعداد (ΔE یا دلتا-ای) محاسبه و تفسیر کرد.

درک رنگ وابسته به شرایط نور و مشاهده‌گر است؛ از این رو برای سنجش علمی رنگ باید شرایط نوری و زاویه دید استاندارد تنظیم شود. استانداردهایی مانند نور D65 (معادل نور روز) به‌عنوان روشنایی مرجع و ناظر استاندارد 10 درجه CIE برای تقریب بینایی انسان به‌کار می‌روند. این استانداردسازی تضمین می‌کند که اندازه‌گیری‌های رنگ در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف با هم قابل مقایسه و تکرارپذیر باشند. در عمل، برای اندازه‌گیری رنگ ماده غذایی معمولاً طیف بازتاب یا عبور نور از آن در ناحیه مرئی (حدود ۴۰۰–۷۰۰ نانومتر) ثبت می‌شود و سپس بر اساس داده‌های طیفی، مختصات رنگی (مثلاً L*a*b*) محاسبه می‌گردد. به این ترتیب، سنجش رنگ کمّی امکان‌پذیر شده و می‌توان حتی تفاوت‌های جزئی رنگی را که با چشم غیرمسلح دشوار است، تشخیص داد. در ادامه، انواع تجهیزات و روش‌های انجام این اندازه‌گیری‌ها در صنعت غذا بررسی می‌شود.

دستگاه‌های مورد استفاده در رنگ‌سنجی صنایع غذایی

برای اندازه‌گیری ابزاری رنگ در صنعت غذا، انواع مختلفی از دستگاه‌ها به‌کار گرفته می‌شوند که هر یک مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند:

اسپکتروفتومتر (Spectrophotometer): پیشرفته‌ترین ابزار اندازه‌گیری رنگ است که طیف کامل نور مرئی بازتاب‌یافته یا عبورشده از نمونه را ثبت می‌کند. اسپکتروفتومترها نور سفید را به طول‌موج‌های تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه کرده و شدت نور را در فواصل کوچک (مثلاً هر 10 یا 5 نانومتر) اندازه می‌گیرند. نتیجه این اندازه‌گیری یک طیف بازتاب/عبور است که می‌توان از آن برای محاسبه دقیق هر فضای رنگی استاندارد (CIELab، XYZ و غیره) استفاده کرد. اسپکتروفتومترها بالاترین دقت و صحت را در سنجش رنگ فراهم می‌کنند و قادرند تفاوت‌های بسیار جزئی رنگ را آشکار سازند. به‌همین دلیل، ابزار منتخب برای تحقیقات رنگ، فرمولاسیون رنگ محصولات و تعیین حدود پذیرش رنگ در کنترل کیفیت هستند. اسپکتروفتومترها در دو نوع اصلی وجود دارند: نوع انعکاسی برای اجسام مات و نوع عبوری برای محلول‌ها یا مواد شفاف. بسیاری از دستگاه‌های مدرن هر دو قابلیت را دارند و حتی به کره‌های انتگرال‌گیر مجهز هستند تا اندازه‌گیری مستقل از بافت سطح (شامل/بدون شامل مؤلفه آیینه‌ای) انجام دهند.

رنگ‌سنج (Colorimeter): رنگ‌سنج یک ابزار قابل‌حمل و ساده‌تر است که به جای اندازه‌گیری طیف کامل، رنگ را از طریق فیلترهای سه‌رنگ (معمولاً فیلترهای قرمز، سبز و آبی مطابق حساسیت چشم انسان) اندازه می‌گیرد. در واقع رنگ‌سنج تلاش می‌کند ادراک رنگی چشم انسان را بازتولید کرده و مختصات رنگ را به‌طور مستقیم (اغلب در فضای رنگی XYZ یا Lab*) گزارش کند. مزیت رنگ‌سنج‌ها سرعت و سهولت استفاده و هزینه پایین‌تر آنهاست؛ این دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری‌های سریع در خط تولید یا آزمایشگاه‌هایی که نیاز به دقت بسیار بالا ندارند مناسب‌اند. با این حال، محدودیت رنگ‌سنج آن است که از آنجا که اطلاعات طیفی کامل را ندارد، ممکن است در مورد رنگ‌های پیچیده (حضور همزمان چند رنگدانه) یا موادی که بافت و کدری در رنگ اثر دارند دقت کافی نداشته باشد. به طور مثال، در موادی که رنگ آنها وابسته به بافت یا شفافیت است، رنگ‌سنج ممکن است قرائت ناپایداری ارائه دهد.

سیستم‌های تصویربرداری و بینایی ماشین: این دستگاه‌ها شامل دوربین‌های دیجیتال یا اسکنرهایی هستند که از محصول تصویربرداری کرده و سپس با تحلیل تصویر، رنگ را ارزیابی می‌کنند. سامانه‌های بینایی رایانه‌ای قادرند علاوه بر میانگین رنگ، توزیع مکانی رنگ در محصول (مثلاً میزان یکنواختی رنگ سطح یک میوه یا لکه‌های رنگی روی نان) را تحلیل کنند. کاربرد این سیستم‌ها در صنایع غذایی رو به گسترش است، زیرا امکان بازرسی خودکار تعداد زیادی محصول را در زمان کوتاه فراهم می‌کنند. برای مثال، یک نوار نقاله مجهز به دوربین می‌تواند تک‌تک میوه‌ها را از نظر رنگ درجه‌بندی و دسته‌بندی کند. هرچند سیستم‌های تصویربرداری نسبت به اسپکتروفتومتر کلاسیک دقت مطلق کمتری در تعیین مختصات رنگ دارند، اما با کالیبراسیون مناسب (استفاده از کارت‌های رنگ مرجع و تنظیم نورپردازی استاندارد) می‌توانند به نتایج قابل اعتمادی برسند. مزیت بزرگ این روش، پایش همزمان چندین نمونه و تشخیص عیوب رنگی موضعی است، اگرچه راه‌اندازی و پردازش داده در آن پیچیده‌تر است.

ابزارهای تخصصی و چشمی: پیش از رواج دستگاه‌های الکترونیکی، صنایع غذایی از ابزارهای چشمی استاندارد برای سنجش رنگ استفاده می‌کردند. به‌عنوان نمونه می‌توان به کارت‌های رنگ مرجع (نظیر نمودار رنگ سیب‌زمینی سرخ‌شده USDA) یا دستگاه لاویباند (Lovibond) اشاره کرد که با مقایسه رنگ نمونه با شیشه‌های رنگی استاندارد عمل می‌کند. امروزه نیز برای برخی کاربردهای خاص یا آموزش نیروهای حسی از این مراجع بصری استفاده می‌شود، اما به دلیل خطای ناشی از ادراک فردی، خستگی چشم و شرایط نور، کمتر به عنوان کنترل کیفیت نهایی اتکا می‌شوند. با این حال، ابزارهای چشمی استانداردشده (مانند رنگ‌سنج Pfund برای عسل یا کارت رنگ Munsell برای سیب‌زمینی) همچنان در برخی استانداردهای صنعتی مرجعیت دارند و معیاری برای کالیبره‌کردن ارزیابی‌های ابزاری محسوب می‌شوند.

روش‌های سنجش رنگ: بازتابی، عبوری، تصویری و دیداری

بسته به ماهیت نمونه غذایی و هدف از اندازه‌گیری، روش‌های مختلفی برای سنجش رنگ به‌کار می‌رود:

روش بازتابی (Reflectance): در این روش، رنگ بر اساس نور بازتاب‌یافته از سطح ماده غذایی اندازه‌گیری می‌شود. بیشتر مواد غذایی جامد و مات (مانند آرد، گوشت، نان، شکلات) با روش بازتابی سنجیده می‌شوند، زیرا آنچه ما از رنگ آن‌ها می‌بینیم نوری است که از سطحشان بازتاب شده است. دستگاه در این حالت نور را به سطح نمونه می‌تاباند و شدت نور بازگشتی را ثبت می‌کند. زاویه تابش و دریافت نور می‌تواند ۰/۴۵ یاDiffuse (انتگرال‌گیر) باشد که بر نتیجه اثرگذار است (هندسه ۰/۴۵ مشابه دید انسان، و هندسه diffuse مستقل از بافت سطح است). برای نمونه‌های غیر یکنواخت، معمولاً چند نقطه مختلف سطح اندازه‌گیری و میانگین گرفته می‌شود تا نماینده رنگ کلی نمونه باشد. روش بازتابی رایج‌ترین شیوه در سنجش رنگ مواد غذایی است، چرا که بسیاری از محصولات (از پودر شیر خشک گرفته تا بیسکویت) ماهیت مات دارند. هرچند باید توجه داشت در مواد نسبتاً نیمه‌شفاف (مثلاً گوشت یا پنیر)، بخشی از نور به داخل نفوذ کرده و پدیده انتقال داخلی رخ می‌دهد که می‌تواند اندازه‌گیری بازتابی را پیچیده کند. در این موارد تنظیم اندازه دهانه نوری و داشتن پس‌زمینه استاندارد (معمولاً کاشی سفید) اهمیت می‌یابد تا خطا کاهش یابد.

روش عبوری (Transmittance): این روش برای موادی استفاده می‌شود که تا حدی شفاف یا نیمه‌شفاف هستند و بخشی از نور از میان آن‌ها عبور می‌کند. در چنین شرایطی رنگ ماده بر اساس نوری که از آن عبور می‌کند سنجیده می‌شود. نمونه‌های مایع شفاف یا محلول‌ها (مانند آبمیوه صاف‌شده، نوشابه، روغن نباتی شفاف، عسل شفاف) با روش عبوری اندازه‌گیری می‌شوند.

برای انجام این کار، نمونه مایع معمولاً در یک کووت یا ظرف شفاف با ضخامت استاندارد (مثلاً ۱ سانتیمتر) قرار می‌گیرد و نور از یک طرف وارد و از طرف دیگر خارج می‌شود. شدت و طیف نور خروجی ثبت شده و بر اساس کاهش شدت در طول‌موج‌های مختلف، رنگ تعیین می‌گردد. روش عبوری به‌ویژه در صنایعی مانند نوشیدنی کاربرد دارد؛ به عنوان مثال در صنعت آبجو مقدار جذب نور در طول موج ۴۳۰ نانومتر اندازه‌گیری شده و با فرمول استاندارد، شاخص رنگ آبجو (مقیاس SRM یا EBC) محاسبه می‌شود. برای دقت در روش عبوری، کنترل کدورت نمونه مهم است؛ هرگونه ذرات معلق می‌تواند نور را پراکنده کرده و رنگ را تحت تأثیر قرار دهد. از این رو گاهی پیش از سنجش عبوری، نمونه‌ها صاف یا فیلتر می‌شوند. همچنین باید طول مسیر نوری ثابت باشد زیرا رنگ ادراک‌شده از مایعات به ضخامت لایه آن‌ها نیز وابسته است (ضخیم‌تر بودن نمونه مایع، رنگ تیره‌تری را نشان می‌دهد).

روش تصویری (دید ماشینی): در این روش که زیرمجموعه‌ای از بازتابی است، به جای سنجش نقطه‌ای یا میانگین یک نمونه، یک تصویر کامل از نمونه گرفته شده و پردازش می‌شود. روش تصویری به‌ویژه برای کنترل یکنواختی رنگ یا تشخیص لکه‌ها و عیوب مفید است. برای مثال، در خط تولید چیپس سیب‌زمینی یا نان، یک دوربین پرسرعت از محصولات عبوری تصویر گرفته و نرم‌افزار مخصوص، رنگ هر محصول را با استاندارد مقایسه می‌کند تا موارد خیلی تیره یا خیلی روشن جدا شوند. در این تکنیک، نورپردازی یکنواخت و کالیبره‌کردن دوربین با صفحات مرجع رنگ (چارت استاندارد) اهمیت زیادی دارد. سامانه‌های بینایی ماشین می‌توانند رنگ را به فضای Lab* یا شاخص‌های اختصاصی تبدیل کنند و حتی سطح توزیع رنگ را کمی‌سازی نمایند. مزیت این روش، علاوه بر سرعت بالا، این است که اطلاعات مکانی فراهم می‌کند؛ مثلاً در تصویری از یک کلوچه می‌توان تشخیص داد مرکز آن تیره‌تر از لبه‌هاست و این ممکن است نشان‌دهنده توزیع نامناسب حرارت در فر باشد. محدودیت این روش آن است که همچنان به کالیبراسیون دقیق نیاز دارد و خطای آن نسبت به دستگاه‌های طیف‌سنج ممکن است بیشتر باشد، اما با بهبود دوربین‌ها و الگوریتم‌ها، کاربردهای گسترده‌ای یافته است.

روش دیداری (Human Visual): ساده‌ترین و سنتی‌ترین روش ارزیابی رنگ، داوری چشمی توسط انسان است. در کنترل کیفیت سنتی، کارشناسان رنگ آموزش‌دیده محصول را زیر نور استاندارد با یک نمونه مرجع یا یک نمودار رنگی مقایسه می‌کردند. این روش هنوز هم در ارزیابی‌های حسی (مثلاً پنل‌های چشایی/دیداری) و همچنین در مواقعی که ابزار در دسترس نیست به‌کار می‌رود. برای مثال، در برخی کارخانه‌های کنسرو ممکن است بازرس با نگاه کردن به محصول در ظرف شیشه‌ای، میزان قهوه‌ای‌شدن آن را بسنجد یا در صنعت چای، داوران رنگ دم‌کرده چای را با استاندارد مقایسه کنند. مزیت روش دیداری این است که در نهایت رنگ باید برای مصرف‌کننده جذاب باشد و انسان خود قاضی نهایی مقبولیت رنگ است؛ همچنین این روش فوری و بدون نیاز به تجهیزات است. اما معایب قابل توجهی دارد: ارزیابی چشمی کاملاً ذهنی و وابسته به فرد است و عواملی چون خستگی چشم، تفاوت دید رنگ بین افراد، نور محیط و پس‌زمینه بر آن اثر می‌گذارد. برای کاهش خطا در روش دیداری، معمولاً از روشنایی کنترل‌شده (مثلاً کابین نور با لامپ استاندارد D65) و مراجع فیزیکی رنگ استفاده می‌شود. با این وجود، به دلیل ماهیت کیفی این روش، صنایع غذایی مدرن ترجیح می‌دهند نتایج حسی را نیز با داده‌های ابزاری پشتیبانی کنند. استاندارد ISO 11037 دستورالعملی برای ارزیابی حسی رنگ ارائه کرده که شامل شرایط نوری و آماده‌سازی نمونه برای ارزیابی دیداری است، اما همچنان توصیه می‌شود برای کنترل کیفی دقیق از دستگاه‌های رنگ‌سنجی استفاده شود.

استانداردهای رنگ‌سنجی در صنایع غذایی

برای تضمین یکسانی و دقت اندازه‌گیری‌های رنگ در سراسر دنیا، استانداردهای بین‌المللی گوناگونی تدوین شده‌اند که روش‌ها و شاخص‌های رنگ‌سنجی را تعریف می‌کنند:

استانداردهای CIE: کمیسیون بین‌المللی روشنایی (Commission Internationale de l’Éclairage) مرجع اصلی مفاهیم علمی رنگ‌سنجی است. CIE در سال‌های 1931 و 1964 منحنی‌های استاندارد مشاهده‌گر (برای ۲° و ۱۰°) و فضای رنگی XYZ را معرفی کرد و در سال 1976 فضای یکنواخت CIELAB و CIELUV را توسعه داد. این استانداردها پایه و اساس تمام اندازه‌گیری‌های رنگ مدرن هستند. به عنوان مثال، استاندارد CIE شماره 15 “Colorimetry” حاوی روش محاسبه مختصات Lab* از داده‌های طیفی است. در صنایع غذایی، تقریبا تمامی دستگاه‌های رنگ‌سنج و اسپکتروفتومتر، رنگ را در چارچوب این سیستم‌ها گزارش می‌کنند. همچنین CIE تعریف‌کننده نورهای استاندارد (مثل A، C، D65) و ناظر استاندارد بوده که در پروتکل‌های اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

رعایت این استانداردها امکان می‌دهد که یک مقدار رنگ گزارش‌شده (مثلاً L*=70, a*=+5, b*=+20 برای یک روغن نباتی) در همه جا یک مفهوم داشته باشد.

استانداردهای ISO و ASTM: سازمان بین‌المللی استانداردها (ISO) و نیز ASTM International تعدادی استاندارد عملی برای اندازه‌گیری رنگ منتشر کرده‌اند که اغلب مبتنی بر مفاهیم CIE هستند. برای مثال، استاندارد ISO 11664 سری (معادل توصیه‌های CIE) به جنبه‌های مختلف اندازه‌گیری رنگ می‌پردازد. ASTM نیز بیش از ۱۵ استاندارد در زمینه اندازه‌گیری رنگ دارد که مواردی چون نحوه کالیبراسیون دستگاه، محاسبه ΔE (تفاوت رنگ) و تعیین شاخص‌های خاص (مانند شاخص زردی ASTM D1925 یا شاخص سفیدی ASTM E313) را شامل می‌شود. این استانداردها جزئیاتی مانند نوع منبع نور، مشاهده‌گر، هندسه دستگاه، آماده‌سازی و ضخامت نمونه و نحوه بیان نتایج را مشخص می‌کنند. به عنوان نمونه، برای سنجش رنگ آرد ممکن است استاندارد ASTM یا ISO مربوطه تعیین کند که نمونه باید بر روی صفحه سیاه ریخته شده و با دستگاه بازتابی Diffuse/8° تحت نور D65 اندازه‌گیری شود. پیروی از چنین دستورالعمل‌هایی، قابلیت ردیابی نتایج به مراجع ملی (مثلاً کاشی‌های کالیبراسیون NIST) را فراهم می‌کند.

استانداردهای بخشی (AOAC, AOCS, …): علاوه بر CIE/ISO/ASTM که استانداردهای عمومی رنگ‌سنجی هستند، در برخی بخش‌های صنایع غذایی دستورالعمل‌های رنگ مخصوصی توسط سازمان‌های تخصصی تدوین شده است. برای مثال، انجمن شیمی روغن آمریکا (AOCS) روش رسمی اندازه‌گیری رنگ روغن‌های خوراکی با دستگاه لاویباند را دارد (معروف به مقیاس رنگ قرمز/زرد روغن). یا AOAC برای محصولات خاص غذایی (مثلاً رب گوجه‌فرنگی یا آب‌میوه) روش‌های استاندارد تعیین رنگ را منتشر کرده است. این روش‌ها ممکن است از ابزار خاص یا شاخص‌های ویژه استفاده کنند؛ مثلاً روش AOAC ممکن است مقدار “قرمزی قابل مشاهده” رب گوجه را با دستگاه HunterLab تعیین کند. چنین استانداردهایی معمولاً در کتاب‌های مرجع صنایع غذایی و استانداردهای ملی کشورها نیز آورده می‌شود.

Codex Alimentarius (کدکس غذایی): Codex مجموعه استانداردهای بین‌المللی غذا (وابسته به FAO/WHO) است که عمدتاً بر ایمنی و کیفیت پایه تمرکز دارد. در بسیاری از استانداردهای محصول Codex، رنگ به‌عنوان یکی از معیارهای کیفیت ذکر شده است. هرچند کدکس معمولاً بازه عددی خاصی تعیین نمی‌کند، اما عباراتی نظیر «رنگ باید مشخصه نوع محصول و مطلوب باشد» رایج است. برای مثال، در استاندارد کدکس برای رب گوجه‌فرنگی آمده است که محصول باید دارای «رنگ قرمز نسبتاً خوب» باشد که نشان‌دهنده الزام به حفظ رنگ طبیعی و چشم‌پسند در محصول نهایی است. در چنین مواردی، صنایع برای اطمینان از تحقق این الزامات کیفی، از دستگاه‌های رنگ‌سنجی بهره می‌گیرند تا مثلاً میزان قرمزی رب را کنترل کنند. علاوه بر این، Codex از طریق استانداردهای افزودنی‌های غذایی مصرف رنگ‌های مصنوعی را در مواد غذایی تنظیم می‌کند. به عنوان نمونه، کدکس در استاندارد عمومی افزودنی‌ها (GSFA) فهرست رنگ‌های مجاز و حدود مصرف آن‌ها در مواد غذایی مختلف را مشخص کرده است. این امر به طور غیرمستقیم بر کنترل کیفیت رنگ تأثیر دارد؛ چون تولیدکننده برای رعایت مقررات باید رنگ محصول را در محدوده‌ای نگه دارد که با میزان رنگ افزوده مجاز به‌دست آید. در مجموع، استانداردهای بین‌المللی با تعریف زبان مشترک برای بیان رنگ و حدود قابل قبول آن، نقش مهمی در تجارت جهانی مواد غذایی و اطمینان مصرف‌کنندگان از ثبات کیفیت دارند.

کاربردهای رنگ‌سنجی در بخش‌های مختلف صنعت غذا

کاربرد تکنیک‌های رنگ‌سنجی در صنایع غذایی بسیار گسترده و متنوع است و تقریباً در تمامی بخش‌ها به‌عنوان ابزاری برای کنترل کیفیت به‌کار گرفته می‌شود. در این بخش به تفکیک حوزه‌های مختلف صنعت غذا، موارد استفاده مهم سنجش رنگ و شاخص‌های رایج آن مرور می‌گردد:

نوشیدنی‌ها (انواع آشامیدنی‌ها)

در صنعت نوشیدنی، رنگ یک ویژگی حسی اساسی است که بر تصور طعم و خلوص محصول اثر می‌گذارد. هر دسته نوشیدنی شاخص‌های رنگی ویژه‌ای دارد:

در آبجو و ماءالشعیر، رنگ بر اساس مقیاس‌های استاندارد مانند SRM (Standard Reference Method) یا EBC تعیین می‌شود که هر دو بر پایه اندازه‌گیری جذب نور در طول موج ۴۳۰ نانومتر توسط اسپکتروفتومتر بنا شده‌اند. آبجوهای کم‌رنگ (مثل Lager) SRM حدود ۲–۴ دارند (زرد کمرنگ) و آبجوهای تیره (مانند استout) ممکن است SRM بالای ۳۰ داشته باشند (قهوه‌ای تیره تا سیاه). پایش این عدد در کارخانه‌های آبجوسازی بسیار مهم است؛ کارخانه‌های بزرگ همواره از اسپکتروفتومتر برای اطمینان از یکنواختی رنگ در بین بچ‌ها استفاده می‌کنند. روش قدیمی‌تر لاویباند (مقایسه چشمی با شیشه‌های رنگی) دیگر کمتر استفاده می‌شود چون خطای ادراکی داشت.

در آب‌میوه‌ها و نوشیدنی‌های میوه‌ای، رنگ نشانگر میزان رسیدگی میوه اولیه و روش فرآوری است. برای مثال، آب پرتقال باید رنگ نارنجی زنده داشته باشد؛ رنگ‌سنجی می‌تواند افت رنگ ناشی از اکسیداسیون (قهوه‌ای‌شدن) را در طول نگهداری اندازه‌گیری کند. شاخص ΔE نسبت به محصول تازه یا اندازه‌گیری نسبت a*/b* (شاخص قرمزی به زردی) می‌تواند جهت پایش تغییر رنگ در ذخیره‌سازی آب‌میوه به‌کار رود. آب سیب شفاف و برخی آب‌میوه‌های دیگر که شفاف‌اند معمولاً با روش عبوری و شاخص‌هایی نظیر درصد شفافیت در طول‌موج مشخص کنترل می‌شوند تا هرگونه کدورت یا تیرگی (که می‌تواند ناشی از پکتین یا قهوه‌ای شدن آنزیمی باشد) رصد شود.

در نوشابه‌ها و نوشیدنی‌های غیرالکلی (مانند انواع کولا، شربت‌ها و ماءالشعیر بدون الکل)، ثبات رنگ برای تشخیص برند و انتظار طعم حیاتی است. کارخانجات نوشابه از رنگ‌سنج‌های عبوری برای کنترل رنگ کارامل در کولا یا رنگ‌های مصنوعی اضافه‌شده در نوشابه‌های طعم‌دار استفاده می‌کنند تا هر بطری همان رنگ استاندارد را داشته باشد. مثلاً رنگ یک نوشابه کولا ممکن است با اندازه‌گیری جذب در ۵۱۰ نانومتر (ناحیه رنگ قهوه‌ای) پایش شود.

در شراب و چای، رنگ دلالت‌های کیفی دارد: شراب سفید با افزایش سن کهربایی‌تر می‌شود و شراب قرمز ممکن است قهوه‌ای‌تر شود؛ تولیدکنندگان شراب از طیف‌سنجی برای محاسبه شاخص‌های رنگی مانند Intensity Color (IC) و Hue (نسبت جذب در ۴۲۰ به ۵۲۰ نانومتر) استفاده می‌کنند که توسط OIV استاندارد شده است. چای نیز دارای شاخص رنگی “Brightness” و “Color Index” در استانداردهای چای است که با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری می‌شود تا درجه دم‌کشیدگی و تخمیر چای ارزیابی شود. به‌طور کلی، در صنعت نوشیدنی رنگ‌سنجی جهت کنترل یکنواختی محصول، تشخیص هر گونه انحراف ناشی از مواد اولیه (مثلاً تغییر رنگ آب‌میوه با واریته میوه) و پایش تغییرات در طی فرآوری و ذخیره‌سازی (مانند قهوه‌ای‌شدن غیرآنزیمی در آب‌میوه غلیظ) به‌کار گرفته می‌شود.

لبنیات

در محصولات لبنی، رنگ معمولاً در طیف سفید تا زرد تعریف می‌شود و شاخصی از ترکیب و شرایط فرآوری است:

شیر ذاتاً سفید کدر است. شدت سفیدی شیر وابسته به پراکنش نور توسط چربی و کازئین است. کاهش چربی (شیر اسکیم) سفیدی را کمی کمتر و متمایل به آبی می‌کند، در حالی‌که وجود کاروتنوئیدها در شیر گاو می‌تواند ته‌رنگ زرد ملایمی بدهد. صنایع لبنی از شاخص‌هایی مانند شاخص سفیدی (Whiteness Index) برای شیر و شیرخشک استفاده می‌کنند تا اطمینان یابند هیچ بrowning defect (عیب قهوه‌ای شدن بر اثر حرارت بیش از حد در خشک‌کن یا اکسیداسیون) رخ نداده است.

کره و روغن حیوانی (گیhee): رنگ زرد کره به محتوای چربی و رنگدانه‌های محلول در چربی (بتاکاروتن) بستگی دارد. در فصول مختلف سال، رنگ کره به‌دلیل تغییر رژیم غذایی دام تغییر می‌کند (مثلاً کره تابستانی زردتر از کره زمستانی است). بسیاری از تولیدکنندگان برای داشتن رنگ ثابت، از افزودنی طبیعی مانند آناتو (Annatto) استفاده می‌کنند و با رنگ‌سنجی شدت زردی کره را در محدوده مطلوب نگه می‌دارند. جالب اینکه رنگ کره حتی بر ادراک بافت آن اثر دارد؛ کره زردتر معمولاً به عنوان چرب‌تر و نرم‌تر قلمداد می‌شود. بنابراین، کنترل رنگ کره هم از نظر انطباق با استاندارد (اغلب استاندارد ملی رنگ کره) و هم برای حفظ مقبولیت مصرف‌کننده اهمیت دارد.

پنیر: رنگ پنیرها متنوع است؛ برخی پنیرهای تازه کاملاً سفیدند (مثل پنیر تازه یا پنیر فتا)، در حالی که پنیرهای رسیده زرد یا نارنجی‌اند (چدار، ادام). در چدار، سنت اضافه کردن آناتو جهت رنگ نارنجی رایج است و کارخانجات با دستگاه رنگ‌سنج میزان رنگ نارنجی را مانیتور می‌کنند تا بچ‌ها همخوان باشند. همچنین در طی رسیدن پنیر، ممکن است تغییر رنگ رخ دهد؛ برای مثال پنیرهای سطح‌شسته (مانند لیمبرگر) به‌واسطه رشد باکتری‌های خاص، پوسته‌شان نارنجی متمایل به قرمز می‌شود. با اندازه‌گیری رنگ سطح پنیر می‌توان درجه رسیدگی را تخمین زد. استانداردهای صنعتی معمولاً مقادیر Lab* خاصی را برای انواع پنیر ممتاز تعریف می‌کنند یا حداقل می‌گویند رنگ باید “طبیعی” باشد. رنگ‌سنجی همچنین در کشف عیوب پنیر کاربرد دارد؛ مثلاً لکه‌های غیرعادی رنگ (نشانگر آلودگی قارچی یا باکتریایی) یا قهوه‌ای شدن غیرطبیعی خمیر پنیر (علامت اکسیداسیون چربی) از طریق پایش رنگ قابل تشخیص‌اند.

محصولات تخمیری و دسرهای لبنی: در ماست‌های طعم‌دار، بستنی و پودینگ‌های شیری، رنگ علاوه بر کیفیت، به هویت محصول نیز مربوط است (مثلاً ماست توت‌فرنگی باید صورتی مشخصی داشته باشد). تولیدکنندگان با هر بچ جدید پوره میوه یا رنگ افزوده، از اسپکتروفتومتر یا رنگ‌سنج استفاده می‌کنند تا رنگ نهایی محصول با فرمولاسیون هدف تطابق داشته باشد.

همچنین فرآیند حرارتی می‌تواند در محصولاتی چون شیرعسلی یا شیر تغلیظ‌شده رنگ را تیره کند؛ اندازه‌گیری شاخص قهوه‌ای شدن (مثلاً جذب در 420 نانومتر یا شاخص Maillard) در کنترل این فرآیندها کاربرد دارد.

تشخیص تقلب و ماندگاری: رنگ‌سنجی حتی به‌عنوان ابزاری برای کشف تقلب در شیر نیز به‌کار رفته است؛ پژوهش‌ها نشان داده‌اند افزودن شیر مصنوعی (حاوی اوره و مواد مختلف) تا حدودی بر رنگ و میزان جذب فرابنفش نمونه اثر دارد و با دستگاه می‌توان حضور مقادیر جزئی شیر تقلبی را تشخیص داد. همچنین در بسته‌بندی‌های هوشمند محصولات لبنی، نشانگرهای تغییر رنگ (مثلاً بر پایه pH یا رشد میکروب) طراحی شده‌اند که با تغییر کیفی محصول، رنگشان عوض می‌شود و مصرف‌کننده یا فروشنده را از فساد محصول آگاه می‌کنند.

گوشت و فرآورده‌های گوشتی

رنگ گوشت تازه از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت و تازگی در صنعت گوشت است، زیرا مستقیماً توسط خریدار ارزیابی می‌شود. گوشت قرمز (مانند گوشت گاو) زمانی که تازه و در معرض هوا است رنگ قرمز روشن دلپذیری (به نام قرمز گیلاسی) دارد که ناشی از اکسی‌میوگلوبین در عضله است. با گذشت زمان یا در شرایط کم‌اکسیژن، پیگمان به مت‌میوگلوبین تبدیل شده و رنگ گوشت به قهوه‌ای مایل به خاکستری تغییر می‌کند. تحقیقات نشان داده‌اند که وقتی حدود ۲۰٪ میوگلوبین سطح گوشت اکسیده شود (درصد مت‌میوگلوبین به 20% برسد)، مصرف‌کنندگان شروع به رد کردن آن به‌عنوان غیرتازه می‌کنند. لذا صنعت گوشت از دستگاه‌های رنگ‌سنج (کروماتومتر) برای اندازه‌گیری مختصات L*a*b* گوشت استفاده می‌کند: مقدار a* (محور سبز-قرمز) شاخص میزان قرمزی یا تازگی است که هرچه بالاتر باشد، گوشت قرمزتر (و مطلوب‌تر) است. همچنین مقدار L* (روشنی) و b* (متمایل به زردی) در حالت اکسید شدن تغییر می‌کنند (گوشت تیره‌تر و زردتر می‌شود). بدین ترتیب، با ثبت Lab* و محاسبه پارامترهایی چون درجه رنگ (Hue) و خلوص رنگ (Chroma) می‌توان وضعیت گوشت را پایش کرد. انجمن علوم گوشت آمریکا (AMSA) راهنمای مفصلی برای اندازه‌گیری رنگ گوشت منتشر کرده که در آن توصیه شده است اندازه‌گیری با دستگاه اسپکتروفتومتر بازتابی، نور D65 و مشاهده‌گر 10° انجام شود و جهت مقایسه نتایج، استانداردسازی دستگاه با کاشی‌های سرامیکی مرجع صورت گیرد.

علاوه بر تازگی، عوامل دیگری نیز در صنعت گوشت با رنگ مرتبط‌اند:

گونه و برش گوشت: گوشت گاو قرمز روشن، گوشت بره قرمز مایل به ارغوانی و گوشت مرغ صورتی روشن است. هر کدام استانداردهای رنگی مرجع خود را دارند. مثلاً سینه مرغ باید ظاهری صورتی کم‌رنگ یکنواخت داشته باشد؛ تغییر به تیرگی یا لکه‌های سفید غیرمعمول، ممکن است نشانه عارضه عضلانی باشد. صنعت طیور از تصویربرداری رنگی برای تشخیص نواحی رنگ‌پریده فیله مرغ (مشکل کیفیت معروف به فیله چوبی یا عضله سفید) بهره می‌گیرد.

فراوری و عمل‌آوری: در فرآورده‌های عمل‌آوری‌شده مثل کالباس و هات‌داگ، استفاده از نیتریت باعث ایجاد رنگ صورتی-قرمز پایدار در گوشت (نیتروسو‌میوگلوبین) می‌شود. اندازه‌گیری رنگ این محصولات جهت اطمینان از مقدار کافی نیتریت و یکنواختی در کل سطح مهم است. اگر رنگ برخی قسمت‌ها کمرنگ‌تر باشد نشان‌دهنده توزیع غیریکنواخت curing است. شاخص a* در اینجا نیز کاربرد دارد (کالباس با a* حدود ۱۵-۲۰ دارای رنگ صورتی دلخواه است). همچنین در ماهی دودی یا گوشت‌های پخته‌شده، میزان قهوه‌ای‌شدن سطح (واکنش میلارد) با شاخص‌هایی مانند L* یا شاخص قهوه‌ای قابل کمی‌سازی است.

عیوب و فساد: در گوشت‌های سردخانه‌ای، سبز شدن سطح بر اثر باکتری‌های هیدروژن سولفیدزا یا تغییر رنگ رنگین‌کمانی بر اثر پراش نور در فیبرهای عضلانی ممکن است رخ دهد. سیستم‌های بینایی ماشین می‌توانند تغییرات غیرعادی رنگی را زودتر از چشم انسان تشخیص دهند و قطعات معیوب را جداسازی کنند. در محصولاتی مثل سوسیس خام تخمیری، پیدایش لکه‌های سفید یا تیره غیرمعمول می‌تواند نشانگر آلودگی کپکی باشد که توسط اسکن رنگی قابل کشف است.

بسته‌بندی: فناوری بسته‌بندی اتمسفر اصلاح‌شده (MAP) تلاش می‌کند رنگ مطلوب گوشت را حفظ کند. برای ارزیابی موفقیت این روش، تولیدکنندگان قبل و بعد از بسته‌بندی رنگ را اندازه‌گیری می‌کنند. مثلاً گوشت بسته‌بندی‌شده در خلأ رنگ ارغوانی تیره دارد (میوگلوبین احیا)، اما هنگام بازشدن شکوفا شده و قرمز روشن می‌گردد. لذا در کنترل کیفی بررسی می‌شود که آیا هنگام عرضه (زیر فیلم شفاف) رنگ مناسبی دیده می‌شود یا نه. برخی بسته‌بندی‌ها دارای سنسورهای تغییر رنگ (اکسیژن‌سنج) هستند که با تغییر رنگ خود نشان می‌دهند اتمسفر داخلی مناسب مانده است یا خیر.

میوه‌ها و سبزیجات

رنگ در میوه‌ها و سبزیجات ارتباط مستقیم با رسیدگی، تازگی و جذابیت ظاهری آن‌ها دارد. از این رو، سنجش رنگ در این بخش هم در مرحله تولید (باغی/مزرعه) و هم در مرحله فرآوری و بسته‌بندی بسیار رایج است:

درجه‌بندی رسیدگی: بسیاری از میوه‌ها هنگام رسیدن تغییر رنگ می‌دهند (مثلاً موز سبز به زرد، گوجه فرنگی سبز به قرمز، فلفل دلمه‌ای سبز به قرمز یا زرد). باغداران و صنایع بسته‌بندی از شاخص‌های رنگی برای تعیین زمان برداشت یا درجه‌بندی پس از برداشت استفاده می‌کنند. برای مثال، شاخص رنگ گوجه‌فرنگی (Tomato Color Index, TCI) تعریف شده که معمولاً بر اساس نسبت (a*^2)/(b*) یا فرمول مشابه محاسبه می‌شود تا درصد رسیدگی را بیان کند. یا شاخص رنگ مرکبات (CCI) توسط USDA توسعه یافته که رنگ پوست پرتقال را بر حسب ترکیب زردی و قرمزی عددی می‌کند. با کمک اسپکتروفتومتر دستی، می‌توان در باغ تعیین کرد آیا پرتقال‌ها به حد رنگی مطلوب برای چیدن رسیده‌اند یا نیاز به زمان بیشتری دارند.

جداسازی و سورتینگ: در خطوط بسته‌بندی میوه تازه، دوربین‌های رنگی سرعت‌بالا نصب شده که هر میوه یا سبزی را حین عبور مشاهده و درجه رنگش را تعیین می‌کنند. سپس بر اساس آن، میوه به دسته‌های کیفی مختلف (مثلاً کاملاً رسیده، نیمه‌رسیده، نارس) هدایت می‌شود. این فناوری به ویژه در محصولاتی نظیر سیب، مرکبات، گوجه فرنگی و انبه به کار گرفته می‌شود. مثلاً دستگاه سورتینگ سیب می‌تواند با سنجش درصد منطقه سرخ روی پوست سیب‌های دورنگ (رقم‌هایی که بخشی سرخ و بخشی سبز دارند) آنها را طبق استاندارد بازار هدف دسته‌بندی کند. یا در خط سورتینگ هویج، دوربین‌ها هویج‌های بسیار کم‌رنگ یا بسیار تیره (که ممکن است مربوط به ارقام متفاوت یا کمبود مواد مغذی باشند) را جدا می‌کنند تا یکنواختی رنگ بسته نهایی حفظ شود.

کنترل کیفیت فرآوری‌شده‌ها: میوه‌ها و سبزیجات پس از فرآوری نیز از نظر رنگ کنترل می‌شوند. کنسرو سبزیجات (نخودفرنگی، لوبیا سبز، ذرت) باید رنگ طبیعی خود را حفظ کرده باشند؛ اگر رنگ زیتونی تیره در نخودفرنگی دیده شود نشان از حرارت‌دهی بیش از حد یا ماده اولیه نامرغوب است. صنایع کنسرو از دستگاه رنگ‌سنج برای سنجش رنگ خالصه صاف‌شده محصول استفاده می‌کنند و نتایج را با استاندارد (یا محصول شاهد) می‌سنجند. چیپس و خلال سیب‌زمینی سرخ‌شده از جمله محصولاتی هستند که رنگشان معیار درجه‌بندی کیفی و پخت است؛ استاندارد USDA یک کارت رنگ برای سیب‌زمینی سرخ‌شده تعریف کرده که درجات ۰۰ تا ۴ را شامل می‌شود (از بسیار روشن تا قهوه‌ای تیره). تولیدکنندگان بزرگ سیب‌زمینی سرخ‌کرده از این استاندارد تبعیت کرده و با دوربین یا رنگ‌سنج، هر سری محصول را بررسی می‌کنند تا اکثر خلال‌ها در محدوده رنگی “طلایی مطلوب” باشند و موارد خیلی تیره (سوخته) یا خیلی روشن (نپخته) خارج شوند. به طور مشابه، در تولید چیپس سیب‌زمینی یا اسنک‌های حجیم‌شده ذرتی، کنترل رنگ جهت جلوگیری از ارائه محصول سوخته یا کم‌پخت اهمیت دارد. شاخص‌هایی مانند درصد مساحت قهوه‌ای‌شده در اسکن تصویر یا میانگین L* نمونه‌های چیپس پس از تولید اندازه‌گیری و ثبت می‌شود.

خشکبار و سبزی خشک: در خشک‌کردن میوه و سبزی، رنگ شاخص مهمی برای کیفیت تغذیه‌ای و حسی است. مثلاً کشمش سبز مرغوب باید رنگ سبز روشنی داشته باشد؛ قهوه‌ای شدن بیش از حد نشانه خشک‌شدن در آفتاب یا انبارداری طولانی است. یا سبزیجات خشک (نعناع، جعفری) هرچه سبزتر بمانند کیفیت بهتری دارند. صنایع خشکبار از سنجش رنگ برای بهینه‌سازی شرایط خشک‌کن (دما، زمان) بهره می‌برند تا حداقل تغییر رنگ رخ دهد. همچنین گوگرد‌زنی برخی میوه‌ها (مثل قیسی) برای حفظ رنگ نارنجی روشن، با اندازه‌گیری رنگ کنترل می‌شود؛ اگر قیسی بدون گوگرد تیره و قهوه‌ای شود، عدد L* کاهش چشمگیری نشان می‌دهد که به سادگی قابل رصد است.

فرآورده‌های گیاهی پخته‌شده: در صنایعی مثل تولید کنسرو سبزیجات یا غذاهای آماده محتوی سبزی، بعد از پخت، ممکن است رنگ سبزیجات کدر شود. استفاده از مواد تثبیت‌کننده رنگ (مانند جوشاندن در آب‌جوش و سپس آب سرد برای سبز نگه داشتن بروکلی) روش معمول است، ولی سنجش رنگ قبل و بعد از فرایند برای کمّی کردن اثر ضروری است. رنگ‌سنجی می‌تواند نشان دهد مثلاً اسفناج کنسروی چه مقدار از سبزی اولیه خود را حفظ کرده (شاخص a* منفی و b* منفی که نشانگر سبزی با ته‌رنگ آبیست) و این داده‌ها برای بهبود فرایند استفاده می‌شوند.

نان و محصولات پخته‌شده

در محصولات نانوایی و شیرینی‌پزی، رنگ پوسته و مغز محصول پخته یکی از معیارهای اساسی کنترل کیفیت پخت و فرمولاسیون است:

نان (نان‌های سنتی و صنعتی): رنگ پوسته نان وابسته به شدت و مدت پخت و میزان قندها و پروتئین‌های خمیر (واکنش میلارد) است. یک نان باگت یا نان تست استاندارد باید پوسته قهوه‌ای طلایی یکنواخت و مغز کرم رنگ نرم داشته باشد. نان کم‌پخت رنگ روشن و طعم خام دارد و نان بیش از حد پخته پوسته تیره و طعم سوختگی پیدا می‌کند. نانوایی‌های صنعتی با دستگاه‌های رنگ‌سنج قابل حمل رنگ پوسته را اندازه می‌گیرند و به صورت عددی ثبت می‌کنند. برای مثال، شرکت پپرریج فارم گزارش کرده که قبلاً کارکنانشان نان را کنار عکس رنگی استاندارد مقایسه می‌کردند اما این روش به‌دلیل اختلاف دید افراد و شرایط نور، مشکلاتی ایجاد می‌کرد. اکنون آن‌ها از دستگاه BC-10 استفاده می‌کنند که واحدهای کنتراست پخت (BCU) تعریف شده را گزارش می‌کند و یک مقیاس عددی استاندارد برای رنگ نان ارائه می‌دهد. هر 0.1 واحد BCU معادل یک اختلاف رنگ محسوس توسط چشم انسان است. این رویکرد امکان برقراری تلرانس رنگ در فرآیند پخت را فراهم کرده است (مثلاً BCU = 7.0 ± 0.3 برای نان تست). همچنین بسیاری از دستگاه‌های رنگ‌سنج قادرند مستقیماً Lab* نان را نیز گزارش کنند که به‌طور عمومی قابل فهم است. استانداردسازی رنگ نان کمک می‌کند حرارت و زمان فر برای هر نوع محصول بهینه شده و محصولی با رنگ ثابت به بازار عرضه شود.

بیسکویت و کوکی: در تولید بیسکویت، رنگ سطح و حتی زیره بیسکویت شاخصی از یکنواختی پخت در فر است. کارخانه‌ها اغلب سیستم بینایی در انتهای خط پخت نصب می‌کنند که هر بیسکویت را اسکن کرده و آن‌هایی که بیش از حد تیره یا خیلی روشن باشند جدا می‌کند. رنگ‌سنجی در کنترل هفتگی کیفیت هم کاربرد دارد؛ میانگین L* و a* و b* بیسکویت‌های یک بچ اندازه‌گیری و با حدود کنترل مقایسه می‌شود. برخی محصولات مانند کراکرها نیاز به رنگ خیلی روشن دارند و کوچک‌ترین تغییر به قهوه‌ای‌شدن نامطلوب است که دستگاه به خوبی آن را تشخیص می‌دهد.

کیک، شیرینی و کراست تارت: در پخت کیک‌های اسفنجی، رنگ طلایی سطح کیک همراه با رنگ کرم داخل نشان‌دهنده پخت کامل است. اگر سطح کیک خیلی تیره شود (L* خیلی پایین بیاید) احتمالاً خشک و سوخته‌مزه خواهد شد. تولید صنعتی کیک با سنجش رنگ هر کیک (یا نمونه‌گیری دوره‌ای) صورت می‌گیرد. همچنین تارت‌ها و پای‌ها که کراست دارند، رنگ کراست (قهوه‌ای روشن) و رنگ فیلینگ (مثلاً زرد روشن برای پای لیمو) باید مطابق استاندارد باشد. حتی روی برخی خطوط، سنسور رنگ تعبیه شده که اگر سطح محصول به تیرگی مشخصی رسید (بازتاب به زیر حد معین افت کرد) آلارم می‌دهد تا اپراتور تنظیمات فر را اصلاح کند.

کلوچه‌ها و محصولات سرخ‌شده (مثل دونات): در مورد دونات که سرخ‌شده است، رنگ نمایانگر درجه سرخ‌شدن و جذب روغن است. دونات ایده‌آل رنگ قهوه‌ای طلایی ملایم دارد. رنگ‌سنجی سریع می‌تواند به سرخ‌کن‌های صنعتی بازخورد دهد که دمای روغن یا زمان غوطه‌وری را چطور تنظیم کنند. هم‌چنین سیب‌زمینی فرنچ فرایز در بخش میوه‌ها و سبزی‌ها اشاره شد که استاندارد رنگ دارند و در رستوران‌های زنجیره‌ای بزرگ نیز برای تضمین تجربه یکنواخت مشتری، از ابزار ساده رنگ‌سنج برای بررسی رنگ سیب‌زمینی استفاده می‌شود.

آرد و غلات: پیش از مرحله پخت نیز رنگ‌سنجی نقش دارد. مثلاً آرد گندم باید سفید یا کرم روشن باشد و وجود سبوس زیاد یا کهنگی می‌تواند رنگ آن را تیره کند. آسیابان‌ها از دستگاه رنگ‌سنج برای درجه‌بندی آرد (استاندارد رنگ آرد بر اساس مقیاس Reflection grade تعریف می‌شود) استفاده می‌کنند. همچنین در غلات صبحانه (برشتوک‌ها) رنگ نشان‌دهنده میزان برشته‌شدن و طعم مرتبط است؛ کنترل رنگ تضمین می‌کند که محصول نه بی‌رنگ و خام مزه و نه سوخته است.

به طور خلاصه، در تمامی این زیربخش‌ها، رنگ‌سنجی ابزاری برای کمی‌سازی درجه فرآوری و یکدستی محصول است. هر زیرصنعت ممکن است شاخص یا معیار رنگ مخصوص به خود را داشته باشد، اما هدف مشترک، افزایش کیفیت دیداری و در نتیجه پذیرش مصرف‌کننده و نیز کنترل دقیق فرآیند (مانند جلوگیری از پخت ناکافی یا بیش از حد) است.

چالش‌ها و ملاحظات در اجرای دقیق رنگ‌سنجی در صنعت غذا

اجرای موفقیت‌آمیز برنامه‌های کنترل رنگ در صنعت غذا مستلزم توجه به چالش‌ها و عوامل متعددی است که می‌توانند بر دقت و تکرارپذیری نتایج اثر بگذارند:

یکنواختی نمونه و نمایندگی آن: بسیاری از مواد غذایی بافت ناهمگن دارند (مثلاً سوپ خشک حاوی ذرات رنگی مختلف یا ادویه‌ای مانند پودر فلفل با لکه‌های تیره دانه). در این حالات، محل اندازه‌گیری و تعداد دفعات نمونه‌برداری اهمیت می‌یابد. ممکن است نیاز باشد چندین نقطه از محصول اندازه‌گیری و میانگین گرفته شود تا مقدار حاصل نماینده رنگ کلی محموله باشد. همچنین شیوه‌ی آماده‌سازی نمونه مهم است؛ برای پودرها بایستی نمونه را کاملاً مخلوط و صاف کرد تا سطحی هموار ایجاد شود.

برای میوه یا گوشت، گاهی لازم است قطعه را آسیاب یا له کرده و خمیر یکنواختی ساخت، البته این کار می‌تواند ساختار را تغییر دهد. در کل، استانداردسازی آماده‌سازی نمونه (ضخامت، میزان پر کردن ظرف، پس‌زمینه و غیره) برای دستیابی به نتایج قابل اعتماد حیاتی است.

اثر هندسه و اندازه دهانه دستگاه: همان‌طور که اشاره شد، نسبت اندازه منطقه روشن‌شده به منطقه مشاهده‌شده توسط دستگاه می‌تواند نتایج را تغییر دهد، خصوصاً در مواد نیمه‌شفاف. اگر دستگاهی ناحیه کوچکی را ببیند در حالی که نور روی ناحیه بزرگی تابیده، ممکن است نور پراکنده‌شده کافی به حسگر نرسد و رنگ تیره‌تر خوانده شود. بنابراین، برای نمونه‌های شفافیت‌دار (مثل گوشت، ژله یا نوشیدنی کدر)، استفاده از دستگاه‌ها یا تنظیماتی که دهانه مشاهده بزرگ‌تر دارند توصیه می‌شود. همچنین برخی استانداردها مشخص می‌کنند هندسه ۰/۴۵ یا diffuse/8° به کار رود تا اثر بافت و براقیت مدیریت شود. برای نمونه، یک شکلات براق در هندسه شامل مؤلفه آیینه‌ای (SCI) رنگ متفاوتی نسبت به حالت SCE (بدون مؤلفه آیینه‌ای) نشان می‌دهد؛ در کنترل کیفیت باید مشخص شود کدام روش ملاک است.

کالیبراسیون و پایداری دستگاه: دستگاه‌های رنگ‌سنج نیاز به کالیبراسیون منظم با استانداردهای مرجع دارند. معمولاً همراه دستگاه‌ها یک کاشی سرامیکی سفید کالیبره‌شده و گاهی کاشی‌های خاکستری و سیاه ارائه می‌شود. قبل از هر سری اندازه‌گیری، دستگاه با استاندارد سفید (و صفر کردن تاریکی) تنظیم می‌شود تا خطای انحراف سنسور تصحیح گردد. رانش (Drift) دستگاه در اثر تغییر دمای محیط یا عمر لامپ می‌تواند رخ دهد، لذا برخی پروتکل‌ها کالیبراسیون چندباره در روز را برای اندازه‌گیری‌های حساس توصیه می‌کنند. همچنین تمیزی اپتیک دستگاه مهم است؛ غبار یا لکه روی لنز می‌تواند جذب نور کرده و نتایج را skew کند. بنابراین باید کاشی‌های مرجع و لنزها را تمیز و دور از نور مستقیم یا رطوبت نگهداری کرد.

شرایط نور محیط و تداخلات نوری: هنگام استفاده از دستگاه‌های دستی یا تصویربرداری، نور محیط باید کنترل شود. نور زیاد محیط می‌تواند به حسگر نفوذ کرده و مقدار بازتاب از نمونه را آلوده کند. به همین دلیل، اکثر رنگ‌سنج‌های پرتابل یک نوار لاستیکی دور لنز دارند که روی نمونه قرار می‌گیرد و آن را از نور محیط ایزوله می‌کند. برای تصویربرداری، معمولاً یک تونل یا محفظه با نورپردازی داخلی یکنواخت ساخته می‌شود. در مواردی که کنترل نور محیط دشوار است (مثلاً در مزرعه زیر نور خورشید)، باید دستگاه‌هایی با تنظیم خودکار نور پس‌زمینه یا فیلترهای مناسب استفاده شوند. همچنین باید از متامریسم اجتناب کرد: ممکن است دو نمونه غذایی تحت یک نور، همرنگ به‌نظر برسند ولی تحت نور دیگر متفاوت باشند. برای کاهش ریسک متامریسم، در استانداردها Illuminant ثانویه نیز چک می‌شود (مثلاً هم تحت D65 و هم A رنگ باید پذیرفتنی باشد). اگر ماده‌ای حاوی رنگدانه‌هایی باشد که پاسخ طیفی خاصی دارند (مثلاً رنگ مصنوعی vs طبیعی)، ممکن است لازم باشد ارزیابی رنگ آن در چند نور مختلف انجام گیرد تا تضمین شود در فروشگاه (نور فلورسنت) یا خانه (نور رشته‌ای) نیز رنگ مناسب دارد.

عوامل مؤثر بر رنگ محصول

رنگ ماده غذایی می‌تواند با عوامل متعددی تغییر کند که باید در تفسیر نتایج در نظر گرفته شود:

دما: برخی محصولات با تغییر دما رنگشان کمی عوض می‌شود (مثلاً روغن نباتی مایع در دمای بالاتر شفاف‌تر و کم‌رنگ‌تر دیده می‌شود). بنابراین اندازه‌گیری رنگ باید در دمای ثابت (یا دمایی که محصول مصرف می‌شود) باشد.

زمان پس از فرآوری: بلافاصله پس از برشته کردن قهوه یا طی ساعت‌های اول بعد از بریان کردن گوشت، واکنش‌های ادامه‌دار ممکن است رنگ را تغییر دهند. لذا تعریفی از زمان سنجش پس از فرآیند لازم است. برای مثال، رنگ سوسیس تخمیری ۳۰ دقیقه پس از برش ارزیابی می‌شود تا در معرض هوا تثبیت شود.

رطوبت و سطح براقیت: نمونه خشک‌شده ممکن است روشن‌تر به‌نظر برسد نسبت به همان نمونه در حالت مرطوب (که تیره‌تر و براق‌تر است). بنابراین در موادی مثل سبزی خشک، قبل از اندازه‌گیری رنگ، باید نمونه به رطوبت تعادل برسد یا حداقل این عامل گزارش شود.

پس‌زمینه اندازه‌گیری: طبق استاندارد، برای مواد پودری یا خرده‌ای که پشتشان نور عبور می‌کند، باید از کاشی سفید یا سیاه استاندارد به‌عنوان پس‌زمینه استفاده کرد و این انتخاب بر نتایج اثر دارد. معمولاً پس‌زمینه تیره برای حصول SCI و سفید برای SCE استفاده می‌شود تا اثر عبور نور کنترل شود.

تحلیل و استفاده از داده‌های رنگ: داشتن داده عددی رنگ هدف نهایی نیست؛ بلکه تعبیر و ارتباط آن با کیفیت اهمیت دارد. صنایع باید تلرانس‌های قابل قبول را بر اساس آزمون‌های مصرف‌کننده تعیین کنند. مثلاً اگر ΔE بیشتر از 2 نسبت به نمونه مرجع توسط اکثریت پنل تفاوت‌دار محسوب می‌شود، این عدد می‌شود حدکنترل.

یا اگر a* گوشت زیر 5 باشد، مصرف‌کنندگان آن را قهوه‌ای و کهنه تلقی می‌کنند، پس آستانه حداقل a* در مشخصات محصول گنجانده می‌شود. این‌گونه تبدیل نتایج ابزاری به معیارهای قابل‌اقدام، چالشی اما ضروری است. گاهی لازم است مدل‌های ریاضی توسعه یابد تا از روی مقادیر رنگی، شاخص‌های کیفیت مرتبط استنتاج شود (مثل رابطه درصد مت‌میوگلوبین با a* و b* در گوشت یا رابطه شاخص قهوه‌ای‌شدن با زمان حرارت‌دهی).

به طور کلی، دقت در رنگ‌سنجی نیازمند یک رویکرد جامع کنترل کیفیت است که تمام از نمونه‌گیری تا کالیبراسیون و تحلیل داده را پوشش دهد. با رعایت این ملاحظات، صنایع غذایی می‌توانند از اندازه‌گیری رنگ به عنوان ابزاری قدرتمند برای بهبود کیفیت و ثبات محصول بهره کامل ببرند.

منابع معتبر علمی و استانداردها

Boruczkowska, H. et al. (2025). Comparison of Colour Measurement Methods in the Food Industry. Processes, 13(5): 1268. DOI:10.3390/pr13051268

Dutta, K. & Nath, R. (2023). Application of Colorimetry in Food Industries. In Advances in Colorimetry (Chapter 5). IntechOpen. DOI:10.5772/intechopen.112099

Thermo Fisher Scientific (Konica Minolta). (2018). Food Industry Color Control – The Color of Quality (Application Note)

Gosselin, C.A. (2025). ASTM Standards for Color Measurement. CoatingsTech (American Coatings Association)

New Food Magazine – Hutchings, J. (2002). Measuring meat colour

Konica Minolta Sensing. (2020). Analyzing the Color of Beer with Spectrophotometry (Blog)

Sensegood Instruments. Color Measurement in Fruits and Vegetables (Web Article)

FoodInfotech. (2021). Instrumental Colour Measurement and its Applications in Dairy Processing – Part 1 & 2

Codex Alimentarius. (1981, rev 2007). Codex Standard for Processed Tomato Concentrates (CXS 57-1981) – Quality Criteria: Colour

USDA AMS. USDA Color Standards for Frozen French Fried Potatoes (Visual Aid)