Brix - Brix

Gradele Brix (simbolul ° Bx) este conținutul de zahăr al unei soluții apoase. Un grad Brix este 1 gram de zaharoză în 100 de grame de soluție și reprezintă puterea soluției ca procentaj în masă . Dacă soluția conține solide dizolvate, altele decât zaharoza pură, atunci ° Bx aproximează doar conținutul de solid dizolvat. De exemplu, atunci când se adaugă cantități egale de sare și zahăr la cantități egale de apă, gradele de refracție (BRIX) ale soluției de sare cresc mai repede decât soluția de zahăr. ° Bx este utilizat în mod tradițional în industria vinului , zahărului , băuturilor carbogazoase , sucului de fructe , produselor proaspete , siropului de arțar și industriei mierii .

Scale comparabile pentru indicarea conținutului de zaharoză sunt gradul Platon (° P), care este utilizat pe scară largă de industria berii , gradul Balling, care este cel mai vechi dintre cele trei sisteme și, prin urmare, se găsește în cea mai mare parte în manualele mai vechi, dar și încă în uz în unele părți ale lumii. Și în cele din urmă gradul Oechsle folosit, printre altele, în industria vinicolă germană și elvețiană.

O soluție de zaharoză cu o greutate specifică aparentă (20 ° / 20 ° C) de 1,040 ar fi 9.99325 ° Bx sau 9.99359 ° P în timp ce organismul reprezentativ al zahărului, Comisia internațională pentru metode uniforme de analiză a zahărului (ICUMSA), care favorizează utilizarea din fracția de masă , ar raporta rezistența soluției la 9,99249%. Deoarece diferențele dintre sisteme au o semnificație practică redusă (diferențele sunt mai mici decât precizia majorității instrumentelor obișnuite) și utilizarea istorică largă a unității Brix, instrumentele moderne calculează fracția de masă folosind formulele oficiale ICUMSA, dar raportează rezultatul ca ° Bx.

fundal

La începutul anilor 1800, Karl Balling, urmat de Adolf Brix și, în cele din urmă, Comisiile Normale sub Fritz Plato , au pregătit soluții de zaharoză pură cu rezistență cunoscută, le-au măsurat greutățile specifice și au pregătit tabele cu procente de zaharoză în masă față de greutatea specifică măsurată. Balling a măsurat greutatea specifică la 3 zecimale, Brix la 5 și Norma-Eichungs Kommission la 6 cu scopul Comisiei de a corecta erorile în a cincea și a șasea zecimală în tabelul Brix.

Echipat cu unul dintre aceste tabele, un fabricant de bere care dorește să știe cât de mult zahăr a fost în mustul său ar putea măsura greutatea sa specifică și poate introduce greutatea specifică în tabelul Platon pentru a obține ° Platon, care este concentrația zaharozei în procente de masă. În mod similar, un viticultor ar putea introduce greutatea specifică a mustului său în tabelul Brix pentru a obține ° Bx, care este concentrația zaharozei în procente de masă. Este important să subliniem că nici mustul, nici mustul nu sunt o soluție de zaharoză pură în apă pură. Mulți alți compuși sunt, de asemenea, dizolvați, dar aceștia sunt fie zaharuri, care se comportă foarte similar cu zaharoza în ceea ce privește greutatea specifică în funcție de concentrație, fie compuși care sunt prezenți în cantități mici (minerale, acizi de hamei în must, taninuri , acizi în trebuie sa). În orice caz, chiar dacă ° Bx nu este reprezentativ pentru cantitatea exactă de zahăr dintr-un must sau suc de fructe, poate fi utilizat pentru compararea conținutului relativ de zahăr.

Măsurare

Gravitație specifică

Deoarece greutatea specifică a stat la baza tabelelor Balling, Brix și Platon, conținutul de zahăr dizolvat a fost inițial estimat prin măsurarea greutății specifice folosind un hidrometru sau picnometru . În timpurile moderne, hidrometrele sunt încă utilizate pe scară largă, dar acolo unde este necesară o precizie mai mare, poate fi utilizat un contor electronic oscilant cu tub U. Indiferent de mijloacele utilizate, analistul intră în tabele cu o greutate specifică și scoate (folosind interpolare dacă este necesar) conținutul de zahăr în procente de masă .

Dacă analistul folosește tabelele Platon (menținute de Societatea Americană a Chimiștilor Brewing ), acestea raportează în ° P. Dacă se utilizează tabelul Brix (a cărui versiune actuală este întreținută de NIST și poate fi găsită pe site-ul lor web), acestea raportează în ° Bx. Dacă se utilizează tabelele ICUMSA, acestea ar raporta în fracție de masă (mf).

De obicei, nu este necesar să se consulte tabele deoarece valoarea tabelată ° Bx sau ° P poate fi imprimată direct pe scara hidrometrului lângă valoarea tabelată a greutății specifice sau stocată în memoria contorului electronic U-tube sau calculată de la potriviri polinomiale la datele tabelate. Atât ICUMSA, cât și ASBC au publicat polinoame adecvate; de fapt, tabelele ICUMSA sunt calculate din polinoame. Opusul este adevărat cu polinomul ASBC .

De asemenea, rețineți că tabelele utilizate astăzi nu sunt cele publicate de Brix sau Platon. Acei lucrători au măsurat referința gravitației specifice la apă la 4 ° C folosind, respectiv, 17,5 ° C și 20 ° C, ca temperatură la care a fost măsurată densitatea unei soluții de zaharoză. Atât NBS, cât și ASBC s-au transformat în greutate specifică aparentă la 20 ° C / 20 ° C. Tabelele ICUMSA se bazează pe măsurători mai recente ale zaharozei, fructozei, glucozei și zahărului inversat și tabelează densitatea reală și greutatea în aer la 20 ° C față de fracția de masă.

Indicele de refracție

Dizolvarea zaharozei și a altor zaharuri în apă schimbă nu numai greutatea sa specifică, ci și proprietățile sale optice, în special indicele de refracție și măsura în care rotește planul luminii polarizate liniar . S- a măsurat indicele de refracție, n _D , pentru soluții de zaharoză cu diferite procente din masă și s-au publicat tabele de n _D vs. ° Bx. Ca și în cazul hidrometrului, este posibil să utilizați aceste tabele pentru a calibra un refractometru, astfel încât acesta să citească direct în ° Bx. Calibrarea se bazează de obicei pe tabelele ICUMSA, dar utilizatorul unui refractometru electronic ar trebui să verifice acest lucru.

Absorbție în infraroșu

Zaharurile au cunoscut și spectre de absorbție în infraroșu și acest lucru a făcut posibilă dezvoltarea de instrumente pentru măsurarea concentrației zahărului utilizând tehnici de infraroșu mediu (MIR), infraroșu nedispersiv (NDIR) și infraroșu transformat Fourier (FT-IR). Sunt disponibile instrumente în linie care permit monitorizarea constantă a conținutului de zahăr în rafinăriile de zahăr, fabricile de băuturi, cramele etc. dar există și alte posibilități cu aceste tehnologii, deoarece acestea au potențialul de a distinge între zaharuri și substanțe care interferează. Instrumentele MIR și NDIR mai noi au până la cinci canale de analiză care permit corectarea interferențelor dintre ingrediente.

Mese

Gravitație specifică

Valorile aproximative ale ° Bx pot fi calculate de la 231,61 × (S - 0,9977), unde S este greutatea specifică aparentă a soluției la 20 ° C / 20 ° C. Sunt disponibile valori mai precise de la:

${\ displaystyle ^ {\ circ} Bx = 182.4601S ^ {3} -775.6821S ^ {2} + 1262.7794S-669.5622}$,

derivat din tabelul NBS cu S ca mai sus. Aceasta nu trebuie utilizată peste S = 1.17874 (40 ° Bx). Dezacordul RMS între polinom și tabelul NBS este de 0,0009 ° Bx. Scala Platon poate fi aproximată prin Lincoln ecuația:

${\ displaystyle ^ {\ circ} P = (463-205S) (S-1)}$

sau valori obținute cu o precizie ridicată în ceea ce privește tabelul ASBC din polinomul ASBC:

${\ displaystyle ^ {\ circ} P = 135.997S ^ {3} -630.272S ^ {2} + 1111.14S-616.868}$

Diferența dintre ° Bx și ° P calculată din polinoamele respective este:

${\ displaystyle ^ {\ circ} P - ^ {\ circ} Bx = 46.4631S ^ {3} -145.4101S ^ {2} + 151.6394S-52.6942}$

Diferența este în general mai mică de ± 0,0005 ° Bx sau ° P, cu excepția pentru soluțiile slabe. Pe măsură ce se apropie 0 ° Bx ° P tind spre 0,002 ° P mai mare decât ° Bx calculat pentru aceeași greutate specifică. Dezacorduri de acest ordin de mărime pot fi de așteptat deoarece NBS și ASBC au folosit valori ușor diferite pentru densitatea aerului și a apei pure în calculele lor pentru convertirea în greutate specifică aparentă. Ar trebui să fie clar din aceste comentarii că Platon și Brix sunt, pentru toate aplicațiile, cu excepția celor mai exigente, aceleași. Notă: toate polinoamele din acest articol sunt într-un format care poate fi lipit direct într-o foaie de calcul.

Polinoamele ICMUSA sunt publicate în general numai sub forma în care fracția de masă este utilizată pentru a obține densitatea. Ca urmare, acestea sunt omise din această secțiune.

Indicele de refracție

Când se folosește un refractometru, valoarea Brix poate fi obținută din potrivirea polinomială la tabelul ICUMSA:

${\ displaystyle ^ {\ circ} Bx = 11758.74n_ {D} ^ {5} -88885.21n_ {D} ^ {4} + 270177.93n_ {D} ^ {3} -413145.80n_ {D} ^ {2} + 318417.95n_ {D} -99127.4536}$,

unde este indicele de refracție măsurat la lungimea de undă a liniei D de sodiu (589,3 nm) la 20 ° C. Temperatura este foarte importantă, deoarece indicele de refracție se schimbă dramatic cu temperatura. Multe refractometre au încorporat „Compensarea automată a temperaturii” (ATC), care se bazează pe cunoașterea modului în care se modifică indicele de refracție al zaharozei. De exemplu, indicele de refracție al unei soluții de zaharoză cu rezistență mai mică de 10 ° Bx este astfel încât o modificare a temperaturii de 1 ° C ar determina deplasarea citirii Brix cu aproximativ 0,06 ° Bx. Din contra, berea prezintă o schimbare cu temperatura de aproximativ trei ori mai mare. Prin urmare, este important ca utilizatorii refractometrelor să se asigure că proba și prisma instrumentului sunt ambele la foarte aproape de 20 ° C sau, dacă acest lucru este dificil de asigurat, citirile trebuie efectuate la 2 temperaturi separate de câteva grade , modificarea pe grad observată și valoarea înregistrată finală au făcut referire la 20 ° C folosind informațiile despre panta Bx vs. Temp. ${\ displaystyle n_ {D}}$

Utilizare

Cele patru scale sunt adesea folosite interschimbabil, deoarece diferențele sunt minore.

• Brix este utilizat în principal în sucurile de fructe, vinificația , industria băuturilor carbogazoase , amidonul și industria zahărului .
• Platonul este utilizat în principal în fabricarea berii .
• Ballingul apare pe zaharimetrele mai vechi și este încă utilizat în industria vinicolă din Africa de Sud și în unele fabrici de bere.
• Oechsle ca citire directă a conținutului de zahăr este utilizat în principal în vinificația din Germania , Elveția și Luxemburg .

Brix este utilizat în industria alimentară pentru măsurarea cantității aproximative de zaharuri în fructe , legume , sucuri, vin , băuturi răcoritoare și în industria de fabricare a amidonului și zahărului. Diferite țări folosesc cântarele în diferite industrii: în fabricarea berii, Marea Britanie folosește greutatea specifică X 1000; Europa folosește grade Platon ; iar SUA folosesc un amestec de greutate specifică, grade Brix, grade Baumé și grade Platon. Pentru sucurile de fructe, 1,0 grade Brix este denumit 1,0% zahăr în masă. Acest lucru se corelează de obicei bine cu dulceața percepută.

Contoarele optice moderne Brix sunt împărțite în două categorii. În primul sunt instrumentele bazate pe Abbe în care o picătură din soluția eșantionului este plasată pe o prismă; rezultatul se observă printr-un ocular. Unghiul critic (unghiul dincolo de care lumina este reflectată total înapoi în eșantion) este o funcție a indicelui de refracție și operatorul detectează acest unghi critic notând unde cade o limită întunecată-strălucitoare pe o scară gravată. Scara poate fi calibrată în Brix sau în index de refracție. Adesea montura prismă conține un termometru care poate fi utilizat pentru a corecta la 20 ° C în situații în care măsurarea nu poate fi făcută exact la acea temperatură. Aceste instrumente sunt disponibile în versiuni de bancă și portabile.

Refractometrele digitale găsesc, de asemenea, unghiul critic, dar calea luminii este complet internă prismei. O picătură de probă este plasată pe suprafața sa, astfel încât fasciculul luminos critic nu pătrunde niciodată în probă. Acest lucru facilitează citirea probelor tulburi. Limita de lumină / întuneric, a cărei poziție este proporțională cu unghiul critic, este sesizată de o matrice CCD . Aceste contoare sunt, de asemenea, disponibile în versiunile de top (de laborator) și portabile (de buzunar). Această abilitate de a măsura cu ușurință Brix pe teren face posibilă determinarea timpilor ideali de recoltare a fructelor și legumelor, astfel încât produsele să ajungă la consumatori într-o stare perfectă sau să fie ideale pentru etapele de prelucrare ulterioare, cum ar fi vinificarea.

Datorită acurateței mai mari și a capacității de a o asocia cu alte tehnici de măsurare (% CO2 și% alcool), majoritatea companiilor de băuturi răcoritoare și fabrici de bere folosesc un densimetru oscilant al tubului U. Refractometrele sunt încă utilizate în mod obișnuit pentru sucurile de fructe.

Brix și conținutul real de solide dizolvate

Când o soluție de zahăr este măsurată cu refractometru sau densimetru, valoarea ° Bx sau ° P obținută prin introducerea în tabelul corespunzător reprezintă doar cantitatea de solide uscate dizolvate în probă dacă solidele uscate sunt exclusiv zaharoză. Acest lucru este rareori cazul. Sucul de struguri ( must ), de exemplu, conține puțină zaharoză, dar conține glucoză, fructoză, acizi și alte substanțe. În astfel de cazuri, valoarea ° Bx în mod clar nu poate fi echivalată cu conținutul de zaharoză, dar poate reprezenta o bună aproximare la conținutul total de zahăr. De exemplu, o soluție de 11,0% în masă de D-glucoză („zahăr din struguri”) a măsurat 10,9 ° Bx folosind un instrument de mână. Din aceste motive, conținutul de zahăr al unei soluții obținute prin utilizarea refractometriei cu tabelul ICUMSA este adesea raportat ca „Substanță uscată refractometrică” (RDS), care ar putea fi considerat un conținut echivalent de zaharoză. Acolo unde este de dorit să se cunoască conținutul real de solide uscate, se pot dezvolta formule de corecție empirică pe baza calibrărilor cu soluții similare celor testate. De exemplu, în rafinarea zahărului, solidele dizolvate pot fi estimate cu precizie din măsurarea indicelui de refracție corectat printr-o măsurare a rotației optice (polarizare).

Alcoolul are un indice de refracție mai mare (1,361) decât apa (1,333). În consecință, o măsurare a refractometrului efectuată pe o soluție de zahăr odată ce fermentația a început va avea ca rezultat o citire substanțial mai mare decât conținutul real de solide. Astfel, un operator trebuie să fie sigur că proba pe care o testează nu a început să fermenteze. Măsurătorile Brix sau Platon bazate pe greutatea specifică sunt, de asemenea, afectate de fermentație, dar în direcția opusă; deoarece etanolul este mai puțin dens decât apa, o soluție de etanol / zahăr / apă oferă o citire Brix sau Platon, care este artificial scăzută.

Referințe

Lecturi suplimentare

• Boulton, Roger; Vernon Singleton; Linda Bisson; Ralph Kunkee (1996). Principii și practici de vinificație . Chapman & Hall. ISBN  0-412-06411-1
• Robert O'Leary BevSense LLC. „Testarea Brix și Acid In-Line pentru industria băuturilor” (PDF) . - O'Leary descrie teoria și practica măsurării brix on-line în băuturi.
• Sunt disponibile sisteme combinate de laborator pentru măsurarea Brix și CO2 în băuturi răcoritoare și Platon, CO2,% alcool, pH și culoare în bere. Ele pot exista atât într-un laborator ca unitate de masă , cât și direct în conductele de producție ca unitate în linie .

linkuri externe

• Tabelul Brix la gravitate specifică
• Conversii Brix, gravitate specifică și zahăr
• Brix, Platon, Balling, Greutate specifică