colorimetros y grados de tueste del cafe

http://cafemetilxantin.blogspot.com

Grados de tueste y medición del color

Medición del color

Espectrofotómetro de reflectancia

Colorimetro

Espectrofotómetro de reflectancia• Los espectrofotómetros de reflectancia miden la

cantidad proporcional de luz reflejada por una superficie como una función de las longitudes de onda para producir un espectro de reflectancia. El espectro de reflectancia de una muestra se puede usar, junto con la función del observador estándar CIE y la distribución relativa de energía espectral de un iluminante para calcular los valores triestímulos CIE XYZ para esa muestra bajo ese iluminante.

Funcionamiento espectrofotómetro• El funcionamiento de un espectrofotómetro consiste

básicamente en iluminar la muestra con luz blanca y calcular la cantidad de luz que refleja dicha muestra en una serie de intervalos de longitudes de onda. Lo más usual es que los datos se recojan en 31 intérvalos de longitudes de onda (los cortes van de 400 nm, 410 nm, 420 nm… 700 nm). Esto se consigue haciendo pasar la luz a través de un dispositivo monocromático que fracciona la luz en distintos interválos de longitudes de onda. El instrumento se calibra con una muestra o loseta blanca cuya reflectancia en cada segmento de longitudes de onda se conoce en comparación con una superficie de reflexión difusa perfecta.

Reflectancia• La reflectancia de una muestra se expresa como una

fracción entre 0 y 1, o como un porcentaje entre 0 y 100. Es importante darse cuenta de que los valores de reflectancia obtenidos son valores relativos y, para muestras no fluorescentes, son independientes de la calidad y cantidad de la luz usada para iluminar la muestra. Así, aunque los factores de reflectancia se midan usando una fuente de luz concreta, es perfectamente correcto calcular los valores colorimétricos para cualquier iluminante conocido.

La geometría óptica del instrumento es importante. En algunos instrumentos, se usa una esfera integradora que permite iluminar la muestra de forma difusa, de forma igualada desde todos los ángulos, mientras que la luz reflejada se recoge en un ángulo aproximadamente perpendicular a la superficie de la muestra.• Otros instrumentos, por el contrario, iluminan la muestra desde un

ángulo determinado y recogen la luz reflejada desde otro ángulo. Un caso típico es que la muestra se ilumine desde un ángulo de 45º con respecto a la superficie y que la luz reflejada se mida desde un ángulo 0º. A esto se le llama "geometría 45º/0º. Lo contrario es la geometría 0º/45º. Las geometrías basadas en la esfera antes mencionadas se conocen como D/0 y 0/D. Es extremadamente difícil establecer la correspondencia de medidas tomadas entre instrumentos cuya geometría óptica no sea idéntica. Para la mayoría de las superficies, la reflectancia cambia según los ángulos de iluminación y observación. Las cuatro geometrías estándares establecidas por CIE son:

Cuatro geometrías estándares establecidas por CIE

Las cuatro geometrías estándares establecidas por CIE son:• Iluminación difusa y toma de la luz en la normal (D/0).• Iluminación en la normal y toma de la luz difusa (0/D).• Iluminación a 45º y toma de la luz en la normal (45/0)• Iluminación en la normal y toma de la luz a 45º (0/45).• Los colorímetros miden los valores triestímulos de forma

más directa y funcionan usando tres filtros de amplio espectro. En consecuencia, los colorímetros no pueden proporcionar datos de reflectancia espectral, pero muchas veces son preferibles a los espectrofotómetros debido a su bajo coste de fabricación y facilidad de transporte.

Los colorímetros• Los colorímetros miden valores triestímulos

más directamente que los espectrofotómetros y funcionan basándose en filtros de color. Por eso, los colorímetros no proporcionan datos de reflectancia espectral.

• Sin embargo, muchas veces son preferibles a los espectrofotómetros debido a que son comparativamente más baratos de fabricar y fáciles de transportar.

CIE 1931• En 1931, CIE desarrolló un sistema para especificar los

estímulos cromáticos basándose en valores triestímulos de tres primarios imaginarios. La base de este sistema fue el llamado observador estándar CIE 1931.

• Con el sistema CIE 1931 se introdujeron métodos para caracterizar las fuentes de luz (o iluminantes), las superficies y el funcionamiento del sistema visual humano, cuyo comportamiento se midió mediante funciones de correspondencia de color (algo conocido también como "observador estándar").

Observador estándar CIE • Según la teoría tricromática de la visión en color, un observador

puede igualar un estímulo de color mediante una mezcla aditiva (es decir: añadiendo) de tres primarios. Por tanto, cualquier estímulo cromático se puede especificar mediante la cantidad de primarios que un observador necesitará para igualar o hacer corresponder ese estímulo.

• El observador estándar CIE es el resultado de experimentos en los que se pidió a los sujetos del mismo que establecieran una igualdad entre longitudes de onda monocromáticas con mezclas de los tres primarios aditivos.

• De hecho, el observador estándar es una tabla en la que se indica cuánto de cada primario necesita un observador promedio para igualar cada longitud de onda.

En el gráfico superior se ven las funciones de correspondencia o igualación de colores (colour matching functions: CMF) para los primarios CIE XYZ. Esas son literalmente las cantidades de los tres primarios que un observador promedio

necesitará para igualar una unidad de luz en cada longitud de onda.

Valores triestímulos

• Los valores triestímulos son las cantidades de tres primarios que especifican un estímulo de color. Los valores triestímulos de CIE 1931 se llaman X, Y ,y, Z.

• Las siglas CIE responden al francés “Commission Internationale de l'Eclairage”, es decir: Comisión Internacional de la Luz.

• Es imposible elegir tres primarios reales con los que se pueda, mediante mezclas aditivas, conseguir todos los colores posibles.

• Esta es la razón por la que en un sistema de reproducción del color aditivo real sólo se puede mostrar un gamut (es decir: La gama de colores reproducibles) limitado.

• En 1931, cuando se especificó el sistema CIE, se decidió el uso de tres colores primarios imaginarios (los valores triestímulos X, Y ,y, Z) de modo que siempre fueran posibles todos los estímulos cromáticos del mundo real.

• El concepto de primarios imaginarios es complejo, pero no es estrictamente necesario comprenderlo para entender o usar las especificaciones de colores. De hecho, CIE podía haber usado tres primarios reales como las luces roja, verde y azul, de modo que los valores triestímulos habrían estado representados por R, G y B.

• Hubo varias razones para la adopción de primarios imaginarios. La primera fue que los primarios se eligieron de modo que X, Y ,y, Z fueran siempre valores positivos para todos los estímulos reales posibles . Aunque en la actualidad esto pueda parecer poco importante, la eliminación de valores triestímulos negativos era una precaución bastante ingeniosa en los días previos al uso de ordenadores.

• La segunda razón fue que los primarios se eligieron de modo que el valor triestímulo Y fuera directamente proporcional a la luminancia de la mezcla aditiva.

• La tercera fue que los primarios X=Y=Z se eligieron de modo que hubiera una correspondencia con el estímulo equienergético

Reflectancia especular

Reflectancia especular

• Cuando la luz alcanza una superficie, parte de esa luz penetra en ella. Allí puede que sea absorbida, dispersada o, incluso si la capa es lo bastante delgada, transmitida.

• Sin embargo, debido al cambio entre el índice refractivo del aire y el de la mayoría de las sustancias, parte de la luz incidente se ve reflejada por la superficie. La distribución angular de esta luz depende de la naturaleza de esa superficie, pero la luz que se refleja en un ángulo opuesto al de la luz incidente se llama reflectancia especular (specular reflectance). La luz que sale reflejada por la sustancia en si se llama reflectancia corporal (body reflectance).

• Las expresiones "fuente de luz" o "fuente luminosa" (light source), e "iluminante" (illuminant) tienen significados concretos y distintos.

• Una fuente de luz es un emisor físico de radiación luminosa; por ejemplo: Una vela, una bombilla de tungsteno, etc…

• Un iluminante es la especificación de una fuente de luz potencial. Todas las fuentes de luz se pueden especificar como iluminantes, pero no todos los iluminantes pueden ver su realización física como fuentes de luz.

• Los iluminantes se suelen definir en términos de energía relativa tabulada para cada longitud de onda o franja de longitudes de onda. Existen varios iluminantes de amplio uso en la industria del color. Entre ellos están: A, C, D65 y TL84.

• Los iluminantes A y C fueron definidos por CIE en 1931 para representar las típicas luces de bombillas de tungsteno y de la luz solar, respectivamente. Con el tiempo se vio que el iluminante C era una representación muy pobre de la luz del día, ya que contenía demasiada poca energía en las longitudes de onda más cortas. Por eso fue reemplazada por una serie de iluminantes conocida como "clase D" (D65, etc…).

D65

• La "clase D" de iluminantes especifica unas distribuciones relativas de energía que se corresponden muy estrechamente con la radiación emitida por lo que se llama un "cuerpo negro" (black body).

D65• En un cuerpo negro, cuando se aumenta la temperatura,

hay un cambio en la radiación que se emite hacia longitudes de onda más breve. Un iluminante de tipo D se indica haciendo referencia a la temperatura absoluta, en grados Kelvin, del cuerpo negro al que más se aproxima: Un cuerpo negro a 6.500 grados Kelvin.

• El iluminante D65 también se parece muy estrechamente a la distribución espacial relativa de energía de la luz del día en un cielo septentrional, por lo que es especialmente importante para definir colores en Europa Septentrional. Otros iluminantes, como D55, son importantes en otras partes del mundo.

TL84

• Existen iluminantes que especifican fuentes de luz usadas en sectores industriales determinados y por compañías concretas. Un ejemplo es el iluminante TL84.

Espacio de color CIE 1931

Es un diagrama tridimensional de los valores triestímulos X, Y, y Z de un espacio de color. Lo más usual es que ese diagrama se exprese en términos de coordenadas de cromaticidad en un diagrama de cromaticidad.

Observador de segundo grado

Los datos del llamado observador estándar 1931 se obtuvieron con experimentos de correspondencia de colores realizados de modo que los estímulos activaban una área de la retina con un ángulo visual de dos grados.• La distribución de conos y bastones no es uniforme en

la superficie de la retina. Esto implica que los valores triestímulos obtenidos en 1931 sólo son válidos para observaciones realizadas en condiciones de visión de ángulo visual de dos grados, lo que equivale a observar una moneda al final del propio brazo extendido.

• Obviamente, eso no se corresponde con las situaciones de visión que a menudo se toman en cuenta el la industria del color.

Observador de 10 grados

• El observador estándar de dos grados de 1931 no era realmente adecuado para apreciaciones del color con ángulos visuales amplios. Por eso, CIE definió en 1964 un segundo conjunto de funciones de observador conocidas como los datos suplementarios de observación basados en experimentos de correspondencia del color con un ángulo visual de diez grados.

• Como los datos de dos grados aun se usan, se suele hacer referencia a los datos de diez grados acompañándolos de un subíndice "10". Así se dice: X, Y y Z para los de 1931; y X10, Y10 y Z10 para los de 1964.

Coordenadas de cromaticidad

• A menudo es necesaria una interpretación intuitiva de la especificación de colores en términos de valores triestímulos. Esta es una de las razones por la que a menudo se transforma un espacio de color tridimensional definido por X, Y ,y, Z en un diagrama de cromaticidad donde se pueden posicionar colores dados.

• Las subsiguientes coordenadas de cromaticidad (chromaticity coordinates) x, y y z para ese diagrama se obtienen calculando los componentes fraccionarios de los valores triestímulos. Así: x = X / (X + Y + Z), y = Y / (X + Y + Z), y z = Z / (X + Y + Z).

• Como, por definición, x + y + z siempre es igual a 1, si sabemos dos de las coordenadas de cromaticidad, la tercera es redundante.

• De este modo, todas las combinaciones posibles de valores triestímulos se pueden representar en un mapa bidimensional de sólo dos de las coordenadas de cromaticidad. Es sólo por convención que para ello se suelan usar las coordenadas x e y.

• Al diagrama así obtenido se le suele llamar 'diagrama de cromaticidad' (chromaticity diagram). Con todo, el uso de diagramas de cromaticidad no ha permitido comprimir y transformar datos tridimensionales en datos bidimensionales, por ejemplo: Tomemos dos muestras de color A y B con los valores: A: X=10, Y=20, Z=30 y B: X=20, Y=40, Z=60.

• En este caso, las muestras tendrán coordenadas de cromaticidad idénticas pero provendrán de valores triestímulos distintos. La diferencia entre ambas muestras está en su luminancia y posiblemente B se vea más brillante que A cuando ambas estén juntas.

• Es por esto por lo que una especificación completa mediante coordenadas de cromaticidad necesite de dos coordenadas de cromaticidad y uno de los valores triestímulos.

Espacio de color CIE L*a*b*• Hay dos problemas especialmente obvios en la especificación de colores en

términos de valores triestímulos y espacio cromático.

• Esa especificación de los colores no es fácilmente interpretable en términos de dimensiones psicofísicas de percepción del color; es decir, brillo, tono y coloración.

• El sistema XYZ y los diagramas de cromaticidad asociados no son perceptualmente uniformes.

• El segundo problema dificulta el cálculo de las diferencias entre dos estímulos de color. La necesidad de un espacio de color uniforme condujo a la transformación de una serie de transformaciones no lineales del espacio CIE XYZ 1931 que concluyeron en la especificación concreta de una de estas transformaciones en lo que se conoce como espacio de color CIE 1976 (L*a*b*).

CIE 1976 L*a*b*

• De hecho, en 1976, CIE especificó dos espacios de color. Uno era para colores emitidos (self-luminous) y otro para colores en superficies. Las notas que ves aquí tratan sobre todo de esté último, al que conocemos como espacio de color CIE 1976 (L*a*b*) o CIELAB.

• El espacio CIELAB permite especificar estímulos de color en un espacio tridimensional. El eje *L es el de luminosidad (lightness) y va de 0 (negro) a 100 (blanco). Los otros dos ejes de coordenadas son a* y b*, y representan variación entre rojizo-verdoso, y amarillento-azulado, respectivamente. Aquellos casos en los que a* = b* = 0 son acromáticos; por eso el eje *L representa la escala acromática de grises que va de blanco a negro.

Las proporciones de L*, a* y b* se obtienen de los valores triestímulos de acuerdo con las siguientes transformaciones:

L* = 116(Y/Yn)1/3 -16, Yn)1/3]a* = 500[(X/Xn)1/3 - (Y/ Yn)1/3]b* = 200[(Y/Yn)1/3 - (Z/ Zn)1/3]

Donde Xn, Yn, and Zn son los respectivos valores de X, Y y Z con el iluminante que se haya usado para obtener los valores X, Y y Z de la muestra; y los cocientes de X/Xn, Y/Yn y Z/Zn son todos superiores a 0,008856 (cuando alguno de ellos es menor a esa cifra, se usa un conjunto de ecuaciones levemente distinto).

Colorímetros para el café tostado

39

CONTROL DEL COLOR: COLORIMETROS

Colorí

metro

El café tostado y molido es iluminado con un chorro de luz de una sola longitud de

onda

El café tostado absorbe en el infrarojo

Cuando la luz monocromática incide sobre la superficie del objeto (superficie café), éste refleja determinada cantidad

de luz; la luz reflejada es medida electrónicamente y expresada en una

escala relativa

Colorímetros para café tostado

• Se ilumina una superficie plana de café tostado y molido con un haz de luz monocromática (una sola longitud de onda) y se mide la cantidad de luz reflejada.

• La cantidad de luz guarda una relación con el grado de tueste del café.

• El café tostado absorbe luz en el infrarojo.

Agtron: http://www.agtron.net/ Denominación Escala Gourmet Escala comercial Discos de la SCAACrudo 100 75.4 noExtremadamente claro 95 71.7 # 95Cinnamon roast 90 68.0 noMuy claro 85 64.3 # 85

80 60.6 noClaro 75 56.9 # 75

70 53.1 noMedio claro 65 49.4 # 65

60 45.7 noMedio 55 42.0 # 55

50 38.3 noMedio oscuro 45 34.6 # 45

40 30.8 noOscuro 35 27.1 # 35Italian / French roast 30 23.4 noMuy oscuro 25 19.7 # 25Extremadamente oscuro 20 16.0 no

Materia orgánica reducida a carbón 0 0.0 no

Agtron Roast Color Classification System

#25 # 35 # 45 # 55

# 65# 75# 85# 95

Agtron M-45

• 436nm, • 550nm, • 589nm, • 640nm• US$ 13,800

Agtron M-Basic

US$ 9,500 US$ 15,500

Agtron E-10CP

Probat Colorette

http://www.probat.com/en/roasting-plant-technology/coffee/laboratory-equipment/colour-measuring-unit.html

Neuhaus

En el laboratorioEn la linea de producción

www.neuhaus-neotec.de/kaffee/_files/NN_42_Colortest_E.pdf

http://www.mpechicago.com/coffee/images/uploads/pdfs/ColortestAgtronComparison.pdf

HunterLab: http://www.hunterlab.com/

Portátil

En linea

Laboratorio

Comparación colorímetrosPeso inicial, grs Peso final, grs Rendimiento % Merma COLOR

QUANTIKCOLOR

AGTRON E-10COLOR

NEUHAUS COLOR *L

136.4 118.0 86.5% 13.5% 370.0 82.0 160.0 27.5

136.4 116.5 85.4% 14.6% 315.0 70.0 138.0 24.2

136.5 115.1 84.3% 15.7% 270.0 60.0 119.0 21.3

136.4 113.0 82.8% 17.2% 212.3 47.0 96.0 17.8

136.4 112.9 82.8% 17.2% 202.0 45.0 92.0 17.2

136.4 110.0 80.6% 19.4% 155.0 35.0 73.0 14.4

136.4 107.8 79.0% 21.0% 133.7 30.0 64.0 13.0

Comparación colorímetros

• MUESTRA Café tipo consumo fresco (A-205) • HUMEDAD 0.112 DENSIDAD 630 g/l • FECHA 20-11-00 • División de Estrategia y Proyectos Especiales

de Comercialización - Laboratorio FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA

52

QUANTIK IR 800

http://www.quantik.com.co/Home/Espanol/Productos/Colorimetro/colorimetro.html

53

Tabla de colores Quantik

• El colorímetro Quantik IR 800 está patronado contra el colorímetro Hunter Lab y en la siguiente tabla se pueden apreciar los valores equivalentes para varias marcas de colorímetros.

• Para catación son usuales colores entre 220 y 250 dependiendo del tipo de café.

• Ver: www.quantik.com.co

54

Color Quantik L* Agtron E-10 SCAA Color Tile Denominación Español Denominación Ingles

100 13.00 29.99 Tile # 25 Muy oscuro (cercano al negro) Dark French

101 13.04 30.12 Tile # 35 Café muy oscuro Italian Dark French

138 14.39 34.93 Tile # 35 Café muy oscuro Italian Dark French

139 14.43 35.07 Tile # 35 Café oscuro French espresso

172 15.78 39.91 Tile # 35 Café oscuro French espresso

173 15.83 40.07 Tile # 45 Café moderadamente oscuro Espresso

201 17.17 44.84 Tile # 45 Café moderadamente oscuro Espresso

202 17.22 45.03 Tile # 45 Café medio oscuro Vienesse Full City - Light French Espresso

227 18.60 49.97 Tile # 45 Café medio oscuro Vienesse Full City - Light French Espresso

228 18.66 50.19 Tile # 55 Café medio Medium - Medium High American

268 21.36 59.82 Tile # 55 Café medio Medium - Medium High American

269 21.44 60.09 Tile # 65 Café medio claro Light Medium American

302 26.87 79.47 Tile # 65 Café medio claro Light Medium American

303 26.95 79.77 Tile # 75 Café moderadamente claro Light

330 29.32 88.24 Tile # 75 Café moderadamente claro Light

331 29.42 88.56 Tile # 85 Café claro Cinnamon

349 31.09 94.54 Tile # 85 Café claro Cinnamon

55

Tueste claro (asi se usa para catación

USOS DEL COLORIMETRO

Perfiles de tueste

http://www.bootcoffee.com/roastprofiling.html

253: 14 mayo 2008

0 5 10 15 20 2580 ºC

100 ºC

120 ºC

140 ºC

160 ºC

180 ºC

200 ºC

• Color espresso: 232 ; regular: 178• Cremoso, agradable, amargo medio

minutos

60

Para el mismo color diferente sabor

AR

61

CONTROL COLOR

Control tostiones

Series1

200

220

240

260

280

300

Mínimo Objetivo Color Máximo

Series1

220

225

230

235

240

245

250

255

260

Mínimo Objetivo Color Máximo

Merma vs. color

8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0% 14.0% 15.0%250

300

350

400

450

500

Merma

Colo

r

Café verde

Color 474 (colorimetro Quantik)

crudo (semitostado)

Color 388

muy clarocinnamon

Color 282

medio clarolight medium american

Color 276

medio clarolight medium american

Color 275

medio clarolight medium american

Color 240

mediomedium - medium high american

Color 219

medio oscurovienesse full city - light french espresso

Color 179

moderadamente oscuroespresso

Color 102

muy oscuroitalian dark french

75

MOLIENDA CATACION

• Medio gruesa-media