色空間法葡萄酒顏色分析儀的設計

文/王志剛 王飛

色空間法葡萄酒顏色分析儀的設計

文/王志剛1王飛2

顏色對于葡萄酒感官質量起著重要的作用，如何品鑒葡萄酒的好壞呢？最直觀當屬觀色，單從酒的顏色來講就蘊含著很多重要信息，最重要的一點是我們可以通過顏色對比即可對葡萄酒進行品鑒、分級。在葡萄酒顏色分析儀誕生以前對于葡萄酒的鑒定只是通過人眼觀察，但是在相近色的判斷上，人的主觀差異所導致的誤差也是不容忽視的，“目視+語言描述”的方法有相當大的隨機誤差。為了改變傳統肉眼葡萄酒色度的判定方法，我們根據行業標準CIE 1976（L* a* b*）色空間法，用葡萄酒顏色分析儀來對葡萄酒的顏色進行分析檢測，同時也可以判斷出同一批樣品的葡萄酒色差是否在合格范圍內。

葡萄酒 色度 色空間法 葡萄酒顏色分析儀

1 基于色空間法的葡萄酒顏色分析儀

1.1 色空間法的概述

行業標準CIELAB色空間法是利用L*、a*、b*三個不同的元素作為坐標軸而繪制出的三維立體空間圖，三個值分別表示某一顏色在三維空間中的位置。它是根據一種顏色不能同時既是紅又是綠，既是藍又是黃這種理論而來。用CIELAB空間法表示顏色時，L*表示明度，即黑白，坐標由高到低的變化代表明度由白到黑的變化；a*為正時表示紅色，為負時表示綠色；b*為正時表示黃色，為負時表示藍色。如圖1所示，a*、b*表示顏色的色彩變化，L*表示色彩亮度變化。

圖1：色空間示意圖

1.2 儀器的光學原理

儀器內部采用鎢燈作為照明光源，波長范圍320～2500nm，鎢燈發出的光經過聚光后進入狹縫，光線經過準直鏡準直后變成平行光線射向光柵，光柵將接收到的光線通過衍射作用形成排列均勻且連續的單色光譜。儀器的出射狹縫恰巧在準直鏡的焦面上，所以單色光譜經過準直后成像在出射狹縫上，出射狹縫根據需求將一定帶寬的單色光照向被測樣品，并透射到光電接收裝置，光學原理如圖2所示。

1.3 儀器的工作原理

由于被測液在特定波長或一定波長范圍內對光有明顯的吸收作用，通過這一點，葡萄酒顏色分析儀根據被測液對光的吸收情況進行定性和定量分析。當某波長單色光通過被測溶液時，其能量就會有一部分被吸收，透射過的能量被接收裝置接收。光能量被吸收的多少即溶液吸光度A的大小與被測葡萄酒濃度（葡萄酒顏色深淺）有一定比例關系，符合比爾-朗伯定律。

T=I/Io

logIo/I=KCL

A=KCL

其中：T透射比；Io入射光強；I透射光強度；A吸收度；K吸收系數；L光路長度；C溶液的濃度

上述可見，當K和L不變時，吸光度A根據溶液的濃度而變化的，葡萄酒顏色分析儀便根據以上理論而設計。

圖2：光學原理

2 測量系統

測量系統由照明光源、濾光片、步進電機及驅動、光電接收器、放大電路、V/F變換電路、嵌入式系統控制及處理部分組成。被測光源的光線透過濾光片后照射到光電接收上，光電接收器所輸出信號經過轉換電壓信號輸入嵌入式系統進行處理，如圖3所示。

圖3：測量系統

儀器采用9mm光程比色皿，采集光譜范圍從380nm至780nm，測試樣品時，波長從高到低每隔5nm取值一次，全部測試完畢后，儀器通過相應算法計算出所需L*、a*、b*值，以及C*，h*，△E值，其中明度指數L*（亮度軸），表示黑白，0為黑色，100為白色，0-100之間為灰色。

色品指數a*（紅綠軸），正值為紅色，負值為綠色。色品指數b*（黃藍軸），正值為黃色，負值為藍色。所有顏色都可以用L*a*b*這三個數值表示，試樣與標樣的L*a*b*總色差用ΔE*表示。

3 儀器的重復性

儀器測量樣品的重復性誤差以△E為參照標準，要求△E不超過1.5即認為樣品合格。當△E范圍在0-0.25時表示樣品與標樣色差非常小或者沒有，屬于理想匹配；當△E范圍在0.25-0.5時表示樣品和標樣色差微小屬于可接受范圍；當△E范圍在0.5-1.0時表示色差微小到中等，屬于在應用中可接受范圍；當△E范圍在1.0-1.5時表示色差中等，屬于在特定應用中可接受范圍。

4 結論

經多方實驗論證表明，本文設計的葡萄酒顏色分析儀具有重復誤差小、操作方便、精度高等有點，為后期的葡萄酒顏色分析工作帶來了極大的方便，提高了依靠人眼感官判斷葡萄酒品質的效率以及減小了感官判斷所產生的誤差。

[1]《中華人民共和國出入境檢驗檢疫行業標準》出口葡萄酒顏色的測定CIE 1976（L* a* b*）色空間法.

[2]GB15037-2006葡萄酒[S].北京:中國標準出版社,2006.

[3]湯順青.色度學(第一版）[M].北京:北京大學出版社,1990.

[4]GB 3977-83中國國家標準顏色的表示方法[S].北京:中國標準出版社,1983.

作者單位1.濟南海能儀器股份有限公司 山東省濟南市 250100
2.秦皇島出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心 河北省秦皇島市 066004

河北省科研計劃項目“中國葡萄酒顏色數據庫建立、分級模型研究及測量儀器研發”；項目編號：16275519。