Brix - Brix

Gradi Brix (simbolo °Bx) è il contenuto di zucchero di una soluzione acquosa. Un grado Brix è 1 grammo di saccarosio in 100 grammi di soluzione e rappresenta la forza della soluzione come percentuale in massa . Se la soluzione contiene solidi disciolti diversi dal saccarosio puro, il °Bx si avvicina solo al contenuto solido disciolto. Ad esempio, quando si aggiungono uguali quantità di sale e zucchero a uguali quantità di acqua, i gradi di rifrazione (BRIX) della soluzione salina aumentano più velocemente della soluzione zuccherina. Il °Bx è tradizionalmente utilizzato nell'industria del vino , dello zucchero , delle bevande gassate , dei succhi di frutta , dei prodotti freschi , dello sciroppo d'acero e del miele .

Scale comparabili per l'indicazione del contenuto di saccarosio sono il grado Plato (°P), ampiamente utilizzato dall'industria della birra , il grado Balling, che è il più antico dei tre sistemi e quindi più presente nei libri di testo più vecchi, ma ancora in uso in alcune parti del mondo. E infine il grado utilizzato da Oechsle , tra gli altri, nelle industrie vinicole tedesche e svizzere.

Una soluzione di saccarosio con un peso specifico apparente (20°/20 °C) di 1,040 sarebbe 9,99325 °Bx o 9,99359 °P mentre l'organismo rappresentativo dello zucchero, l' International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (ICUMSA), che favorisce l'uso della frazione di massa , riporterebbe la forza della soluzione come 9,99249%. Poiché le differenze tra i sistemi sono di scarso significato pratico (le differenze sono inferiori alla precisione degli strumenti più comuni) e l'ampio uso storico dell'unità Brix, gli strumenti moderni calcolano la frazione di massa utilizzando le formule ufficiali ICUMSA ma riportano il risultato come °Bx.

Sfondo

All'inizio del 1800, Karl Balling, seguito da Adolf Brix e infine dalle Commissioni Normali sotto Fritz Plato , prepararono soluzioni di saccarosio puro di forza nota, misurarono i loro pesi specifici e prepararono tabelle di percentuale di saccarosio in massa rispetto al peso specifico misurato. Balling ha misurato il peso specifico a 3 cifre decimali, Brix a 5 e la Normal-Eichungs Kommission a 6 con l'obiettivo della Commissione di correggere gli errori nella quinta e sesta cifra decimale nella tabella Brix.

Dotato di una di queste tabelle, un birraio che volesse sapere quanto zucchero c'era nel suo mosto poteva misurarne il peso specifico e inserire quel peso specifico nella tabella di Platone per ottenere °Platone, che è la concentrazione di saccarosio in percentuale di massa. Allo stesso modo, un vignaiolo potrebbe inserire il peso specifico del suo mosto nella tabella Brix per ottenere il °Bx, che è la concentrazione di saccarosio per percentuale di massa. È importante sottolineare che né il mosto né il mosto sono una soluzione di saccarosio puro in acqua pura. Vengono disciolti anche molti altri composti ma si tratta o di zuccheri, che si comportano in modo molto simile al saccarosio rispetto al peso specifico in funzione della concentrazione, o di composti presenti in piccole quantità (minerali, acidi del luppolo nel mosto, tannini , acidi nel dovere). In ogni caso, anche se °Bx non è rappresentativo dell'esatta quantità di zucchero in un mosto o succo di frutta, può essere utilizzato per il confronto del contenuto di zucchero relativo.

Misurazione

Peso specifico

Poiché il peso specifico era la base per le tabelle Balling, Brix e Plato, il contenuto di zucchero disciolto era originariamente stimato mediante misurazione del peso specifico utilizzando un densimetro o un picnometro . Nei tempi moderni, gli idrometri sono ancora ampiamente utilizzati, ma dove è richiesta una maggiore precisione, può essere impiegato un misuratore elettronico a tubo a U oscillante . Qualunque sia il mezzo utilizzato, l'analista entra nelle tabelle con peso specifico ed estrae (utilizzando l'interpolazione se necessario) il contenuto di zucchero in percentuale sulla massa .

Se l'analista utilizza le tabelle di Platone (gestite dall'American Society of Brewing Chemists ) riporta in °P. Se si utilizza la tabella Brix (la cui versione attuale è gestita dal NIST e può essere trovata sul loro sito Web), riportano in °Bx. Se si utilizzano le tabelle ICUMSA, riporteranno in frazione di massa (mf).

Tipicamente non è necessario consultare le tabelle in quanto il valore tabulato °Bx o °P può essere stampato direttamente sulla scala dell'idrometro accanto al valore tabulato del peso specifico o memorizzato nella memoria del misuratore elettronico con tubo a U o calcolato dagli accoppiamenti polinomiali ai dati tabulati. Sia ICUMSA che ASBC hanno pubblicato polinomi adatti; infatti, le tabelle ICUMSA sono calcolate dai polinomi. È vero il contrario con il polinomio ASBC .

Si noti inoltre che le tabelle in uso oggi non sono quelle pubblicate da Brix o Platone. Quei lavoratori hanno misurato il vero riferimento del peso specifico all'acqua a 4 ° C utilizzando, rispettivamente, 17,5 ° C e 20 ° C, come temperatura alla quale è stata misurata la densità di una soluzione di saccarosio. Sia NBS che ASBC sono stati convertiti in peso specifico apparente a 20 °C/20 °C. Le tabelle ICUMSA si basano su misurazioni più recenti su saccarosio, fruttosio, glucosio e zucchero invertito e riportano la densità e il peso reali nell'aria a 20 °C rispetto alla frazione di massa.

Indice di rifrazione

La dissoluzione del saccarosio e di altri zuccheri nell'acqua modifica non solo il suo peso specifico, ma anche le sue proprietà ottiche, in particolare il suo indice di rifrazione e la misura in cui ruota il piano della luce polarizzata linearmente . È stato misurato l'indice di rifrazione, n _D , per soluzioni di saccarosio di varia percentuale in massa e sono state pubblicate tabelle di n _D vs. °Bx. Come con l'idrometro, è possibile utilizzare queste tabelle per calibrare un rifrattometro in modo che legga direttamente in °Bx. La calibrazione di solito si basa sulle tabelle ICUMSA, ma l'utente di un rifrattometro elettronico dovrebbe verificarlo.

Assorbimento infrarossi

Anche gli zuccheri hanno conosciuto spettri di assorbimento dell'infrarosso e questo ha permesso di sviluppare strumenti per misurare la concentrazione di zucchero usando tecniche del medio infrarosso (MIR), dell'infrarosso non dispersivo (NDIR) e dell'infrarosso a trasformata di Fourier (FT-IR). Sono disponibili strumenti in linea che consentono il monitoraggio costante del contenuto di zucchero in zuccherifici, impianti di bevande, cantine, ecc. Come con qualsiasi altro strumento, gli strumenti MIR e FT-IR possono essere calibrati contro soluzioni di saccarosio puro e quindi riportare in °Bx, ma ci sono altre possibilità con queste tecnologie, poiché hanno il potenziale per distinguere tra zuccheri e sostanze interferenti. I nuovi strumenti MIR e NDIR hanno fino a cinque canali di analisi che consentono correzioni per l'interferenza tra gli ingredienti.

Tabelle

Peso specifico

I valori approssimativi di °Bx possono essere calcolati da 231,61 × (S - 0,9977), dove S è il peso specifico apparente della soluzione a 20 °C/20 °C. Valori più accurati sono disponibili da:

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

derivato dalla tabella NBS con S come sopra. Questo non dovrebbe essere usato sopra S = 1,17874 (40 °Bx). Il disaccordo RMS tra il polinomio e la tabella NBS è 0,0009 °Bx. La scala di Platone può essere approssimata dall'equazione di Lincoln:

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

oppure valori ottenuti con elevata precisione rispetto alla tabella ASBC dal polinomio ASBC:

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

La differenza tra °Bx e °P calcolata dai rispettivi polinomi è:

${\displaystyle ^{\circ }P-^{\circ }Bx=46,4631S^{3}-145.4101S^{2}+151,6394S-52,6942}$

La differenza è generalmente inferiore a ±0,0005 °Bx o °P con l'eccezione delle soluzioni deboli. Quando ci si avvicina a 0 °Bx, i °P tendono a salire fino a 0,002 °P rispetto ai °Bx calcolati a parità di peso specifico. Ci si possono aspettare disaccordi di questo ordine di grandezza in quanto l'NBS e l'ASBC hanno utilizzato valori leggermente diversi per la densità dell'aria e dell'acqua pura nei loro calcoli per la conversione in peso specifico apparente. Dovrebbe essere chiaro da questi commenti che Platone e Brix sono, per tutte le applicazioni tranne le più esigenti, la stessa cosa. Nota: tutti i polinomi in questo articolo sono in un formato che può essere incollato direttamente in un foglio di calcolo.

I polinomi ICMUSA sono generalmente pubblicati solo nella forma in cui viene utilizzata la frazione di massa per derivare la densità. Di conseguenza, vengono omessi da questa sezione.

Indice di rifrazione

Quando si utilizza un rifrattometro, il valore Brix può essere ottenuto dall'adattamento polinomiale alla tabella ICUMSA:

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

dove è l'indice di rifrazione misurato alla lunghezza d'onda della linea D del sodio (589,3 nm) a 20 °C. La temperatura è molto importante poiché l'indice di rifrazione cambia drasticamente con la temperatura. Molti rifrattometri hanno integrato la "Compensazione automatica della temperatura" (ATC) che si basa sulla conoscenza del modo in cui cambia l'indice di rifrazione del saccarosio. Ad esempio, l'indice di rifrazione di una soluzione di saccarosio di forza inferiore a 10 °Bx è tale che una variazione di temperatura di 1 °C causerebbe uno spostamento della lettura Brix di circa 0,06 °Bx. La birra, al contrario, mostra un cambiamento con la temperatura circa tre volte tanto. È importante, quindi, che gli utilizzatori di rifrattometri si assicurino che il campione e il prisma dello strumento siano entrambi molto vicini a 20 °C o, se ciò è difficile da garantire, le letture dovrebbero essere effettuate a 2 temperature separate da alcuni gradi , la variazione per grado annotata e il valore finale registrato riferito a 20 °C utilizzando le informazioni sulla pendenza Bx vs. Temp. ${\displaystyle n_{D}}$

Utilizzo

Le quattro scale sono spesso usate in modo intercambiabile poiché le differenze sono minori.

• Brix è utilizzato principalmente nei succhi di frutta, nella produzione di vino , nell'industria delle bevande gassate , nell'amido e nell'industria dello zucchero .
• Platone è utilizzato principalmente nella produzione della birra .
• Il balling compare sui saccarimetri più vecchi ed è ancora utilizzato nell'industria vinicola sudafricana e in alcuni birrifici.
• Oechsle come lettura diretta per il contenuto di zucchero è utilizzato principalmente nella produzione di vino in Germania , Svizzera e Lussemburgo .

Brix è utilizzato nell'industria alimentare per misurare la quantità approssimativa di zuccheri in frutta , verdura , succhi, vino , bibite e nell'industria della produzione di amido e zucchero. Diversi paesi utilizzano la bilancia in diversi settori: nella produzione della birra, il Regno Unito utilizza il peso specifico X 1000; L'Europa usa i gradi Platone ; e gli Stati Uniti usano un mix di gravità specifica, gradi Brix, gradi Baumé e gradi Platone. Per i succhi di frutta, 1,0 gradi Brix è indicato come 1,0% di zucchero in massa. Questo di solito si correla bene con la dolcezza percepita.

I moderni Brix meter ottici si dividono in due categorie. Nella prima ci sono gli strumenti a base di Abbe in cui una goccia della soluzione campione è posta su un prisma; il risultato si osserva attraverso un oculare. L'angolo critico (l'angolo oltre il quale la luce viene totalmente riflessa nel campione) è una funzione dell'indice di rifrazione e l'operatore rileva questo angolo critico annotando dove cade un confine scuro-luminoso su una scala incisa. La scala può essere calibrata in Brix o indice di rifrazione. Spesso il supporto del prisma contiene un termometro che può essere utilizzato per correggere a 20 °C in situazioni in cui la misurazione non può essere effettuata esattamente a quella temperatura. Questi strumenti sono disponibili nelle versioni da banco e palmari.

Anche i rifrattometri digitali trovano l'angolo critico, ma il percorso della luce è interamente interno al prisma. Una goccia di campione viene posta sulla sua superficie, in modo che il raggio di luce critico non penetri mai nel campione. Ciò facilita la lettura di campioni torbidi. Il confine chiaro/scuro, la cui posizione è proporzionale all'angolo critico, viene rilevato da un array CCD . Questi misuratori sono disponibili anche nelle versioni da banco (laboratorio) e portatili (tascabili). Questa capacità di misurare facilmente il Brix in campo consente di determinare i tempi ideali di raccolta di frutta e verdura in modo che i prodotti arrivino ai consumatori in uno stato perfetto o siano ideali per le fasi di lavorazione successive come la vinificazione.

A causa della maggiore precisione e della capacità di accoppiarlo con altre tecniche di misurazione (% CO2 e % alcol), la maggior parte delle aziende di bevande analcoliche e dei birrifici utilizza un densimetro con tubo a U oscillante. I rifrattometri sono ancora comunemente usati per i succhi di frutta.

Brix e contenuto effettivo di solidi disciolti

Quando una soluzione zuccherina viene misurata mediante rifrattometro o densimetro, il valore °Bx o °P ottenuto inserendo nell'apposita tabella rappresenta la quantità di solidi secchi disciolti nel campione solo se i solidi secchi sono esclusivamente saccarosio. Questo è raramente il caso. Il succo d'uva ( mosto ), ad esempio, contiene poco saccarosio ma contiene glucosio, fruttosio, acidi e altre sostanze. In tali casi, il valore °Bx chiaramente non può essere equiparato al contenuto di saccarosio, ma può rappresentare una buona approssimazione al contenuto totale di zucchero. Ad esempio, una soluzione di D-glucosio ("zucchero d'uva") all'11,0% in massa ha misurato 10,9 ° Bx utilizzando uno strumento portatile. Per questi motivi, il contenuto zuccherino di una soluzione ottenuta mediante l'utilizzo della rifrattometria con la tabella ICUMSA viene spesso riportato come "Refractometric Dry Substance" (RDS) che potrebbe essere pensato come un contenuto equivalente di saccarosio. Laddove sia desiderabile conoscere l'effettivo contenuto di solidi secchi, possono essere sviluppate formule di correzione empiriche basate su calibrazioni con soluzioni simili a quelle in prova. Ad esempio, nella raffinazione dello zucchero, i solidi disciolti possono essere stimati con precisione dalla misurazione dell'indice di rifrazione corretta da una misurazione della rotazione ottica (polarizzazione).

L'alcol ha un indice di rifrazione più alto (1,361) dell'acqua (1,333). Di conseguenza, una misura rifrattometrica eseguita su una soluzione zuccherina una volta iniziata la fermentazione risulterà in una lettura sostanzialmente superiore all'effettivo contenuto di solidi. Pertanto, un operatore deve essere certo che il campione che sta testando non abbia iniziato a fermentare. Anche le misurazioni Brix o Plato basate sul peso specifico sono influenzate dalla fermentazione, ma in direzione opposta; poiché l'etanolo è meno denso dell'acqua, una soluzione di etanolo/zucchero/acqua fornisce una lettura Brix o Plato che è artificialmente bassa.

Riferimenti

Ulteriori letture

• Boulton, Roger; Vernon Singleton; Linda Bisson; Ralph Kunkee (1996). Principi e pratiche di vinificazione . Chapman & Hall. ISBN  0-412-06411-1
• Robert O'Leary BevSense LLC. "Test Brix e acido in linea per l'industria delle bevande" (PDF) . – O'Leary descrive la teoria e la pratica della misurazione del brix in linea nelle bevande.
• Sono disponibili sistemi di laboratorio combinati per misurare Brix e CO2 nelle bevande analcoliche e Plato, CO2, % di alcol, pH e colore nella birra. Possono esistere sia in laboratorio come unità da banco , sia direttamente nelle tubazioni di produzione come unità in linea .

link esterno

• Brix alla tabella di gravità specifica
• Brix, gravità specifica e conversioni di zucchero
• Brix, Platone, Balling, Peso specifico