Brix - Brix

Градусы Брикса (символ ° Bx) - сахар содержание водного раствора. Один градус Брикса составляет 1 грамм сахароза в 100 граммах раствора и представляет концентрацию раствора как процент по массе. Если раствор содержит растворенные твердые вещества, отличные от чистой сахарозы, то ° Bx только приблизительно соответствует содержанию растворенных твердых веществ. ° Bx традиционно используется в вино, сахар, газированный напиток, фруктовый сок, кленовый сироп и медовый отрасли.

Сопоставимые шкалы для индикации содержания сахарозы: степень Платона (° P), который широко используется пивоваренная промышленность и степень Баллинга, которая является самой старой из трех систем и поэтому в основном встречается в старых учебниках, но также все еще используется в некоторых частях мира.^[1]

Раствор сахарозы с кажущийся удельный вес (20 ° / 20 ° C) от 1,040 будет 9,99325 ° Bx или 9,99359 ° P, в то время как представительный орган по сахару, Международная комиссия по единым методам анализа сахара (ICUMSA), который поддерживает использование массовая доля, сообщит 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, а затем Адольф Брикс, и, наконец, Нормальные комиссии под руководством Фрица Плато приготовили чистые растворы сахарозы известной силы, измерили их удельный вес и подготовили таблицы процентного содержания сахарозы по массе в зависимости от измеренного удельного веса. Баллинг измерил удельный вес с точностью до 3 знаков после запятой, по шкале Брикса до 5, а Нормально-Eichungs Kommission до 6 с целью исправления ошибок в пятом и шестом десятичном разряде в таблице Брикса.

Оборудованный одним из этих столов, пивовар, желающий узнать, сколько сахара в его сусло можно измерить его удельный вес и ввести этот удельный вес в таблицу Платона, чтобы получить ° Плато, который представляет собой концентрацию сахарозы в процентах по массе. Аналогично винодел мог войти в удельный вес его должен в таблицу Брикса, чтобы получить ° Bx, который представляет собой 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 сахарозы в отношении удельного веса в зависимости от концентрации, либо соединения, присутствующие в небольших количествах (минералы, прыгать кислоты в сусле, дубильные вещества, кислоты в сусле). 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 использованием ареометр или же пикнометр. В наше время ареометры все еще широко используются, но там, где требуется более высокая точность, электронные качающаяся U-образная трубка метр может быть использован. Какие бы средства не использовались, аналитик вводит в таблицы удельный вес и извлекает (с помощью интерполяции, если необходимо) содержание сахара в процент по массе. Если аналитик использует таблицы Платона (поддерживаемые Американское общество химиков-пивоваров^[2]) он или она сообщает в ° P. При использовании таблицы Brix (текущая версия которой поддерживается NIST и может быть найдена на их веб-сайте),^[3] он или она сообщает в ° Bx. При использовании таблиц ICUMSA,^[4] он или она будет сообщать в массовой доле (m.f.). 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 рассчитываются на основе полиномов. Обратное верно с ASBC полином. 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. И 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, в которой он вращает плоскость линейно поляризованный свет. Показатель преломления, п_D, для растворов сахарозы с различным массовым процентным содержанием были измерены и таблицы п_D по сравнению с опубликованным ° Bx. Как и в случае с ареометром, эти таблицы можно использовать для калибровки рефрактометр так что он читается прямо в ° Bx. Калибровка обычно основана на таблицах ICUMSA,^[5] но пользователь электронного рефрактометра должен это проверить.

Инфракрасное поглощение

Сахара также знали инфракрасный спектры поглощения, что позволило разработать приборы для измерения концентрации сахара с использованием среднего инфракрасного диапазона (MIR), недисперсионный инфракрасный (NDIR) и Инфракрасное преобразование Фурье (FT-IR) методы. 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.

Столы

Удельный вес

Приблизительные значения ° Bx могут быть вычислены из 231,61 × (S - 0,9977), где S - это 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. В Платонова шкала можно аппроксимировать уравнением Линкольна:

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

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, рассчитанная 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 немного 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.

Показатель преломления

При использовании рефрактометра значение Брикса можно получить из полиномиального соответствия таблице ICUMSA:

${ displaystyle ^ { circ} Bx = 11758,74 (nD) ^ {5} -88885,21 (nD) ^ {4} +270177,93 (nD) ^ {3} -413145.80 (nD) ^ {2} +318417,95 (nD) -99127.4536}$,

куда ${ displaystyle nD}$ - 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 с 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 образец и призма прибора имеют температуру очень близкую 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 от температуры.

использование

Четыре шкалы часто используются как взаимозаменяемые, поскольку различия незначительны.

• Брикс в основном используется во фруктовых соках, виноделие, газированный напиток промышленность, крахмал и сахар промышленность.
• Платон в основном используется в пивоварение.
• Баллинг появляется на более старых сахариметрах и до сих пор используется в Южноафриканский винодельческая промышленность и на некоторых пивоварнях.
• Oechsle поскольку прямое определение содержания сахара в основном используется в виноделии в Германия, Швейцария и Люксембург.

Брикс используется в пищевой промышленности для измерения приблизительного количества сахаров в фрукты, овощи, соки, вино, безалкогольные напитки, а также в производстве крахмала и сахара. В разных странах весы используются в разных отраслях: в пивоварении Великобритания использует удельный вес X 1000; Европа использует Платоновские степени; и США используют смесь удельного веса, градусов Брикса, градусы Боме, и степени 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 на гравированной шкале падает граница между темным и светлым. Шкала может быть откалибрована по шкале Брикса или по показателю преломления. Часто призменное крепление 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 световой путь 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 CCD множество. Эти счетчики также доступны в настольном (лабораторном) и портативном (карманном) вариантах. Эта способность легко измерять Brix в полевых условиях 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 рефрактометр или измеритель плотности, 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. Виноградный сок (должен ), например, 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.^{[нужна цитата ]} По этим причинам содержание сахара в растворе, полученном с помощью рефрактометрии с таблицей ICUMSA, часто указывается как «рефрактометрическое сухое вещество» (RDS).^[6] что 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 с помощью рефрактометра, сделанное для раствора сахара после начала ферментации, приведет к показанию, значительно превышающему фактическое содержание твердых веществ. Таким образом, оператор должен быть уверен, что исследуемый образец еще не начал ферментировать. На измерения Брикса или Платона, 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.

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Бултон, Роджер; Вернон Синглтон; Линда Биссон; Ральф Кунки (1996). Принципы и практика виноделия. Чепмен и Холл. ISBN  0-412-06411-1
• Рене Мартинез ООО «ВиталСенсорные Технологии». «Линейные датчики Brix серии VS1000B для производства напитков» (PDF). - Мартинез описывает теорию и практику онлайн-измерения Брикса для напитков.
• 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 как настольный блок, а также непосредственно в производственном трубопроводе в качестве встроенный блок.

внешняя ссылка

• Таблица Брикса к удельному весу
• Брикс, удельный вес и преобразование сахара
• Брикс, Платон, Баллинг, Удельный вес