Брикс - Brix

Градусы Брикса (символ ° Bx) - это содержание сахара в водном растворе. Один градус Брикса составляет 1 грамм сахарозы в 100 граммах раствора и представляет собой концентрацию раствора в процентах по массе . Если раствор содержит растворенные твердые вещества, отличные от чистой сахарозы, то ° Bx только приблизительно соответствует содержанию растворенных твердых веществ. Например, когда к равному количеству воды добавляют равное количество соли и сахара, степень преломления (BRIX) раствора соли повышается быстрее, чем раствора сахара. ° Bx традиционно используется в производстве вина , сахара , газированных напитков , фруктовых соков , свежих продуктов , кленового сиропа и меда .

Сопоставимые шкалы для указания содержания сахарозы - это градус Платона (° P), который широко используется в пивоваренной промышленности , градус Баллинга, который является старейшей из трех систем и поэтому в основном встречается в старых учебниках, но также все еще используется в некоторые части мира. И, наконец, степень, которую Охсле использовал, в частности, в немецкой и швейцарской винодельческой промышленности.

Раствор сахарозы с кажущейся удельной массой (20 ° / 20 ° C) 1,040 будет 9,99325 ° Bx или 9,99359 ° P, в то время как репрезентативный орган по сахару, Международная комиссия по унифицированным методам анализа сахара (ICUMSA), который поддерживает использование от массовой доли , будет сообщать о концентрации раствора , как 9.99249%. Поскольку различия между системами имеют небольшое практическое значение (различия меньше, чем точность большинства обычных инструментов) и широкое историческое использование единицы Brix, современные инструменты рассчитывают массовую долю с использованием официальных формул ICUMSA, но сообщают результат в ° Bx.

Фон

В начале 1800-х годов Карл Баллинг, затем Адольф Брикс и, наконец, Комиссия по нормам под руководством Фрица Плато приготовили растворы чистой сахарозы известной силы, измерили их удельный вес и подготовили таблицы процентного содержания сахарозы по массе в сравнении с измеренным удельным весом. Баллинг измерил удельный вес с точностью до 3 знаков после запятой, по шкале Брикса до 5, а Комиссию по нормальному эйчунгу - с точностью до 6 с целью исправления ошибок в пятом и шестом десятичном разряде в таблице Брикса.

Имея одну из этих таблиц, пивовар, желающий узнать, сколько сахара было в его сусле, мог измерить его удельный вес и ввести этот удельный вес в таблицу Плато, чтобы получить ° Плато, то есть концентрацию сахарозы в процентах по массе. Точно так же винодел может ввести удельный вес своего сусла в таблицу Брикса, чтобы получить ° Bx, то есть концентрацию сахарозы в процентах по массе. Важно отметить, что ни сусло, ни сусло не являются раствором чистой сахарозы в чистой воде. Многие другие соединения также растворяются, но это либо сахара, которые очень похожи на сахарозу в отношении удельного веса в зависимости от концентрации, либо соединения, которые присутствуют в небольших количествах (минералы, кислоты хмеля в сусле, дубильные вещества , кислоты в должен). В любом случае, даже если ° Bx не является репрезентативным для точного количества сахара в сусле или фруктовом соке, его можно использовать для сравнения относительного содержания сахара.

Измерение

Удельный вес

Поскольку удельный вес был основой таблиц Баллинга, Брикса и Плато, содержание растворенного сахара первоначально оценивалось путем измерения удельного веса с помощью ареометра или пикнометра . В наше время ареометры по-прежнему широко используются, но там, где требуется более высокая точность, можно использовать электронный колебательный счетчик с U-образной трубкой . Какое бы средство ни использовалось, аналитик вводит в таблицы удельный вес и выводит (при необходимости, используя интерполяцию) содержание сахара в процентах по массе .

Если аналитик использует таблицы Платона (поддерживаемые Американским обществом химиков-пивоваров ), он сообщает в ° P. При использовании таблицы Brix (текущая версия которой поддерживается NIST и может быть найдена на их веб-сайте) они сообщают в ° Bx. Если использовать таблицы ICUMSA, они будут представлены в массовой доле (mf).

Обычно нет необходимости обращаться к таблицам, поскольку табличное значение ° Bx или ° P может быть напечатано непосредственно на шкале ареометра рядом с табличным значением удельного веса, сохранено в памяти электронного счетчика U-образной трубки или вычислено. от полинома к табличным данным. И ICUMSA, и ASBC опубликовали подходящие полиномы; Фактически, таблицы ICUMSA вычисляются из полиномов. Противоположное верно для полинома ASBC .

Также обратите внимание, что используемые сегодня таблицы не опубликованы Brix или Plato. Эти рабочие измерили истинный относительный удельный вес воды при 4 ° C, используя, соответственно, 17,5 ° C и 20 ° C в качестве температуры, при которой была измерена плотность раствора сахарозы. Оба NBS и ASBC преобразованы в кажущийся удельный вес при 20 ° C / 20 ° C. Таблицы ICUMSA основаны на более поздних измерениях сахарозы, фруктозы, глюкозы и инвертного сахара, и они отображают истинную плотность и вес в воздухе при 20 ° C в зависимости от массовой доли.

Показатель преломления

Растворение сахарозы и других сахаров в воде изменяет не только ее удельный вес, но и ее оптические свойства, в частности, показатель преломления и степень вращения плоскости линейно поляризованного света. Показатель преломления n _D для растворов сахарозы с различным массовым процентным содержанием был измерен, и были опубликованы таблицы зависимости n _D от ° Bx. Как и в случае с ареометром, эти таблицы можно использовать для калибровки рефрактометра, чтобы он считывал непосредственно в ° Bx. Калибровка обычно основана на таблицах ICUMSA, но пользователь электронного рефрактометра должен это проверить.

Инфракрасное поглощение

У сахаров также есть известные инфракрасные спектры поглощения, и это позволило разработать инструменты для измерения концентрации сахара с использованием методов среднего инфракрасного (MIR), недисперсионного инфракрасного (NDIR) и инфракрасного излучения с преобразованием Фурье (FT-IR). Доступны встроенные приборы, которые позволяют постоянно контролировать содержание сахара на сахарных заводах, заводах по производству напитков, винодельнях и т. Д. Как и любые другие приборы, приборы MIR и FT-IR могут быть откалиброваны по растворам чистой сахарозы и, таким образом, отображать данные в ° Bx, но у этих технологий есть и другие возможности, поскольку они могут различать сахара и мешающие вещества. Новые инструменты MIR и NDIR имеют до пяти каналов анализа, которые позволяют корректировать интерференцию между ингредиентами.

Таблицы

Удельный вес

Приблизительные значения ° Bx могут быть рассчитаны из 231,61 × (S - 0,9977), где S - кажущийся удельный вес раствора при 20 ° C / 20 ° C. Более точные значения доступны по адресу:

${\ displaystyle ^ {\ circ} Bx = 182,4601S ^ {3} -775,6821S ^ {2} + 1262.7794S-669.5622}$,

получено из таблицы NBS с S, как указано выше. Его не следует использовать выше S = 1,17874 (40 ° Bx). Расхождение RMS между полиномом и таблицей NBS составляет 0,0009 ° Bx. Масштаб Плато может быть аппроксимирована уравнением Lincoln:

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

или значения, полученные с высокой точностью относительно таблицы ASBC из полинома ASBC:

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

Разница между ° Bx и ° P, вычисленная по соответствующим полиномам, составляет:

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

Разница обычно составляет менее ± 0,0005 ° Bx или ° P, за исключением слабых растворов. По мере приближения к 0 ° Bx ° P стремится на 0,002 ° P выше, чем ° Bx, рассчитанный для того же удельного веса. Разногласия такого порядка величины можно ожидать, поскольку NBS и ASBC использовали несколько разные значения плотности воздуха и чистой воды в своих расчетах для преобразования в кажущийся удельный вес. Из этих комментариев должно быть ясно, что Платон и Брикс для всех приложений, кроме самых требовательных, одинаковы. Примечание: все полиномы в этой статье имеют формат, который можно вставить непосредственно в электронную таблицу.

Полиномы ICMUSA обычно публикуются только в том виде, в котором массовая доля используется для определения плотности. В результате они не включены в этот раздел.

Показатель преломления

При использовании рефрактометра значение Brix можно получить из полиномиального подбора таблицы ICUMSA:

${\ displaystyle ^ {\ circ} Bx = 11758,74n_ {D} ^ {5} -88885.21n_ {D} ^ {4} + 270177.93n_ {D} ^ {3} -413145.80n_ {D} ^ {2} + 318417.95n_ {D} -99127.4536}$,

где - показатель преломления, измеренный на длине волны линии D натрия (589,3 нм) при 20 ° C. Температура очень важна, поскольку показатель преломления резко меняется с температурой. Многие рефрактометры имеют встроенную функцию «Автоматическая температурная компенсация» (ATC), которая основана на знании того, как изменяется показатель преломления сахарозы. Например, показатель преломления раствора сахарозы крепостью менее 10 ° Bx таков, что изменение температуры на 1 ° C приведет к смещению показаний Brix примерно на 0,06 ° Bx. Пиво, наоборот, меняется с температурой примерно в три раза больше. Поэтому важно, чтобы пользователи рефрактометров либо удостоверились, что температура образца и призмы прибора очень близка к 20 ° C, либо, если это трудно обеспечить, показания должны быть сняты при двух температурах, разделенных несколькими градусами. , отмеченное изменение на градус и окончательное записанное значение, относящееся к 20 ° C, с использованием информации наклона Bx в зависимости от температуры. ${\ displaystyle n_ {D}}$

использование

Четыре шкалы часто используются как взаимозаменяемые, поскольку различия незначительны.

• Брикс в основном используется в фруктовых соков, виноделии , газированных напитков промышленности, крахмала и сахарной промышленности.
• Платон в основном используется в пивоварении .
• Balling появляется на более старых сахариметрах и до сих пор используется в винодельческой промышленности Южной Африки и на некоторых пивоварнях.
• Oechsle, как прямое считывание содержания сахара, в основном используется в виноделии в Германии , Швейцарии и Люксембурге .

Брикс используется в пищевой промышленности для измерения приблизительного количества сахаров во фруктах , овощах , соках, вине , безалкогольных напитках, а также при производстве крахмала и сахара. В разных странах весы используются в разных отраслях: в пивоварении Великобритания использует удельный вес X 1000; Европа использует платоновские степени ; а в США используется сочетание удельного веса, градусов Брикса, градусов Боме и градусов Платона. Для фруктовых соков 1,0 градус Брикса обозначается как 1,0% сахара по массе. Обычно это хорошо коррелирует с воспринимаемой сладостью.

Современные оптические измерители Brix делятся на две категории. К первым относятся инструменты на основе Аббе, в которых капля раствора образца помещается на призму; результат наблюдается через окуляр. Критический угол (угол, за которым свет полностью отражается обратно в образец) является функцией показателя преломления, и оператор определяет этот критический угол, отмечая, где темная и яркая граница попадает на гравированную шкалу. Шкала может быть откалибрована по шкале Брикса или по показателю преломления. Часто призматическая опора содержит термометр, который можно использовать для корректировки до 20 ° C в ситуациях, когда измерение не может быть выполнено при точно такой температуре. Эти инструменты доступны в настольной и портативной версиях.

Цифровые рефрактометры также определяют критический угол, но путь света полностью проходит внутри призмы. На его поверхность помещается капля образца, поэтому критический световой луч никогда не проникает в образец. Это облегчает считывание мутных проб. Граница света / темноты, положение которой пропорционально критическому углу, воспринимается матрицей ПЗС . Эти счетчики также доступны в настольном (лабораторном) и переносном (карманном) вариантах. Эта способность легко измерять Brix в поле позволяет определять идеальное время сбора фруктов и овощей, чтобы продукты поступали к потребителю в идеальном состоянии или идеально подходили для последующих этапов обработки, таких как винификация.

Из-за более высокой точности и возможности сочетать ее с другими методами измерения (% CO2 и% алкоголя) большинство производителей безалкогольных напитков и пивоварен используют колеблющиеся U-образные плотномеры. Рефрактометры все еще широко используются для фруктовых соков.

Брикс и фактическое содержание растворенных твердых веществ

Когда раствор сахара измеряется рефрактометром или плотномером, значение ° Bx или ° P, полученное путем ввода в соответствующую таблицу, представляет только количество сухих твердых веществ, растворенных в образце, если сухие твердые вещества представляют собой исключительно сахарозу. Это бывает редко. Например, виноградный сок ( сусло ) содержит мало сахарозы, но содержит глюкозу, фруктозу, кислоты и другие вещества. В таких случаях значение ° Bx явно нельзя приравнивать к содержанию сахарозы, но оно может представлять собой хорошее приближение к общему содержанию сахара. Например, раствор D-глюкозы (11,0% по массе) («виноградный сахар») измерял 10,9 ° Bx с помощью ручного прибора. По этим причинам содержание сахара в растворе, полученном с помощью рефрактометрии с таблицей ICUMSA, часто указывается как «рефрактометрическое сухое вещество» (RDS), которое можно рассматривать как эквивалентное содержание сахарозы. Если желательно знать фактическое содержание сухих веществ, могут быть разработаны эмпирические поправочные формулы на основе калибровок с растворами, аналогичными тестируемым. Например, при рафинировании сахара растворенные твердые вещества можно точно оценить на основе измерения показателя преломления, скорректированного путем измерения оптического вращения (поляризации).

Спирт имеет более высокий показатель преломления (1,361), чем вода (1,333). Как следствие, измерение рефрактометром, проведенное на растворе сахара после начала ферментации, приведет к показанию, значительно превышающему фактическое содержание твердых веществ. Таким образом, оператор должен быть уверен, что тестируемый образец еще не начал брожение. На измерения Брикса или Плато, основанные на удельном весе, также влияет ферментация, но в противоположном направлении; поскольку этанол менее плотен, чем вода, раствор этанол / сахар / вода дает значение Брикса или Плато, которое является искусственно низким.

использованная литература

дальнейшее чтение

• Бултон, Роджер; Вернон Синглтон; Линда Биссон; Ральф Кунки (1996). Принципы и практика виноделия . Чепмен и Холл. ISBN  0-412-06411-1
• Роберт О'Лири BevSense LLC. «Поточные испытания Brix и кислоты для производства напитков» (PDF) . - О'Лири описывает теорию и практику онлайн-измерения Брикса в напитках.
• Доступны комбинированные лабораторные системы для измерения Brix и CO2 в безалкогольных напитках и Plato, CO2,% алкоголя, pH и цвета в пиве. Они могут существовать как в лаборатории в качестве настольного блока , так и непосредственно в производственном трубопроводе в виде встроенного блока .

внешние ссылки

• Таблица удельного веса по шкале Брикса
• Брикс, удельный вес и преобразование сахара
• Брикс, Платон, Баллинг, Удельный вес