Los grados Brix (símbolo °Bx) son una medida de los sólidos disueltos en un líquido y se usan comúnmente para medir el contenido de azúcar disuelto en una solución acuosa. [1] Un grado Brix es 1 gramo de sacarosa en 100 gramos de solución y representa la concentración de la solución como porcentaje en masa . Si la solución contiene sólidos disueltos distintos de la sacarosa pura, entonces el °Bx solo se aproxima al contenido de sólidos disueltos. Por ejemplo, cuando se agregan cantidades iguales de sal y azúcar a cantidades iguales de agua, los grados de refracción (BRIX) de la solución salina aumentan más rápido que la solución de azúcar. El °Bx se utiliza tradicionalmente en las industrias del vino , el azúcar , las bebidas carbonatadas , los zumos de frutas , los productos frescos , el jarabe de arce y la miel . El °Bx también se utiliza para medir la concentración de un fluido de corte mezclado con agua para procesos de trabajo de metales.
Escalas comparables para indicar el contenido de sacarosa son: la escala Platón (°P), que es ampliamente utilizada por la industria cervecera ; la escala Oechsle utilizada en las industrias vitivinícolas alemana y suiza, entre otras; y la escala de Balling, que es el más antiguo de los tres sistemas y, por lo tanto, se encuentra principalmente en libros de texto antiguos, pero todavía se utiliza en algunas partes del mundo. [2]
Una solución de sacarosa con un peso específico aparente (20°/20 °C) de 1,040 sería 9,99325 °Bx o 9,99359 °P, mientras que el organismo representativo del azúcar, la Comisión Internacional de Métodos Uniformes de Análisis del Azúcar (ICUMSA), que favorece el uso de fracción de masa , informaría que la concentración de la solución es 9,99249%. Debido a que las diferencias entre los sistemas tienen poca importancia práctica (las diferencias son menores que la precisión de la mayoría de los instrumentos comunes) y al amplio uso histórico de la unidad Brix, los instrumentos modernos calculan la fracción de masa utilizando fórmulas oficiales de ICUMSA pero informan el resultado como °Bx.
A principios del siglo XIX, Karl Balling, seguido por Adolf Brix y finalmente las Comisiones Normales bajo Fritz Platón , prepararon soluciones de sacarosa pura de concentración conocida, midieron sus gravedades específicas y prepararon tablas de porcentaje de sacarosa en masa versus gravedad específica medida. Balling midió la gravedad específica con 3 decimales, Brix con 5 y la Normal-Eichungs Kommission con 6, con el objetivo de la Comisión de corregir errores en el quinto y sexto decimal en la tabla Brix.
Equipado con una de estas tablas, un cervecero que deseara saber cuánta azúcar había en su mosto podría medir su gravedad específica e ingresar esa gravedad específica en la tabla Platón para obtener °Platón, que es la concentración de sacarosa por porcentaje de masa. De manera similar, un viticultor podría ingresar la gravedad específica de su mosto en la tabla Brix para obtener los °Bx, que es la concentración de sacarosa por porcentaje en masa. Es importante señalar que ni el mosto ni el mosto son una solución de sacarosa pura en agua pura. También se disuelven muchos otros compuestos, pero se trata de azúcares, que se comportan de manera muy similar a la sacarosa con respecto a la gravedad específica en función de la concentración, o compuestos que están presentes en pequeñas cantidades (minerales, ácidos de lúpulo en el mosto , taninos , ácidos en debe). En cualquier caso, incluso si °Bx no es representativo de la cantidad exacta de azúcar en un mosto o jugo de fruta, puede usarse para comparar el contenido relativo de azúcar.
Como la gravedad específica era la base de las tablas de Balling, Brix y Plato, el contenido de azúcar disuelto se estimaba originalmente midiendo la gravedad específica utilizando un hidrómetro o picnómetro . En los tiempos modernos, los hidrómetros todavía se utilizan ampliamente, pero cuando se requiere mayor precisión, se puede emplear un medidor electrónico de tubo en U oscilante . Cualquiera que sea el medio utilizado, el analista ingresa las tablas con gravedad específica y extrae (usando interpolación si es necesario) el contenido de azúcar en porcentaje en masa .
Si el analista utiliza las tablas de Platón (mantenidas por la Sociedad Estadounidense de Químicos Cerveceros [3] ), informa en °P. Si se utiliza la tabla Brix (cuya versión actual es mantenida por NIST y se puede encontrar en su sitio web), [4] informa en °Bx. Si se utilizan las tablas ICUMSA, [5] informarían en fracción de masa (mf).
Por lo general, no es necesario consultar tablas, ya que el valor °Bx o °P tabulado puede imprimirse directamente en la escala del hidrómetro junto al valor tabulado de gravedad específica o almacenarse en la memoria del medidor electrónico de tubo en U o calcularse. desde ajustes polinómicos hasta datos tabulados, de hecho, las tablas ICUMSA se calculan a partir de un polinomio de mejor ajuste.
También tenga en cuenta que las tablas que se utilizan hoy en día no son las publicadas por Brix o Platón. Esos trabajadores midieron la gravedad específica real en referencia al agua a 4 °C utilizando, respectivamente, 17,5 °C y 20 °C, como temperatura a la que se midió la densidad de una solución de sacarosa. Tanto NBS como ASBC se convirtieron a gravedad específica aparente a 20 °C/20 °C. Las tablas ICUMSA se basan en mediciones más recientes de sacarosa, fructosa, glucosa y azúcar invertido, y tabulan la densidad y el peso reales en el aire a 20 °C frente a la fracción de masa.
La disolución de sacarosa y otros azúcares en agua cambia no sólo su gravedad específica sino también sus propiedades ópticas, en particular su índice de refracción y el grado en que gira el plano de la luz linealmente polarizada . Se ha medido el índice de refracción, n D , para soluciones de sacarosa de diversos porcentajes en masa y se han publicado tablas de n D frente a °Bx. Al igual que con el hidrómetro, es posible utilizar estas tablas para calibrar un refractómetro de modo que lea directamente en °Bx. La calibración generalmente se basa en las tablas ICUMSA, [6] pero el usuario de un refractómetro electrónico debe verificar esto.
Los azúcares también tienen espectros de absorción infrarroja conocidos y esto ha hecho posible desarrollar instrumentos para medir la concentración de azúcares utilizando técnicas de infrarrojo medio (MIR), infrarrojo no dispersivo (NDIR) e infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR). Hay disponibles instrumentos en línea que permiten un monitoreo constante del contenido de azúcar en refinerías de azúcar, plantas de bebidas, bodegas, etc. Como ocurre con cualquier otro instrumento, los instrumentos MIR y FT-IR se pueden calibrar con soluciones de sacarosa pura y, por lo tanto, informar en °Bx. pero existen otras posibilidades con estas tecnologías, ya que tienen el potencial de distinguir entre azúcares y sustancias que interfieren. Los instrumentos MIR y NDIR más nuevos tienen hasta cinco canales de análisis que permiten correcciones de interferencias entre ingredientes.
Los valores aproximados de °Bx se pueden calcular a partir de 231,61 × (SG − 0,9977), donde SG es la gravedad específica aparente de la solución a 20 °C/20 °C. Hay valores más precisos disponibles en:
derivado de la tabla NBS con SG como arriba. Esto no debe usarse por encima de SG = 1,17874 (40 °Bx). El desacuerdo RMS entre el polinomio y la tabla NBS es 0,0009 °Bx.
La escala de Platón se puede aproximar con un error medio medio inferior a 0,02°P con la siguiente ecuación: [7]
o con una precisión aún mayor (error promedio inferior a 0,00053°P con respecto a las tablas ASBC) a partir del polinomio de mejor ajuste: [7]
La diferencia entre °Bx y °P calculada a partir de los polinomios respectivos es:
La diferencia es generalmente inferior a ±0,0005 °Bx o °P, con la excepción de soluciones débiles. A medida que se acerca a 0 °Bx, los °P tienden a ser hasta 0,002 °P más altos que los °Bx calculados para la misma gravedad específica. Se pueden esperar desacuerdos de este orden de magnitud, ya que la NBS y la ASBC utilizaron valores ligeramente diferentes para la densidad del aire y del agua pura en sus cálculos para convertir a gravedad específica aparente. De estos comentarios debería quedar claro que Platón y Brix son, excepto en las aplicaciones más exigentes, lo mismo. Nota: todos los polinomios de este artículo están en un formato que se puede pegar directamente en una hoja de cálculo.
Los polinomios de ICUMSA generalmente solo se publican en la forma en que se utiliza la fracción de masa para derivar la densidad. Como resultado, se omiten de esta sección.
Cuando se utiliza un refractómetro, el valor Brix se puede obtener a partir del ajuste polinómico a la tabla ICUMSA:
¿Dónde está el índice de refracción medido en la longitud de onda de la línea D del sodio (589,3 nm) a 20 °C? La temperatura es muy importante ya que el índice de refracción cambia drásticamente con la temperatura. Muchos refractómetros tienen incorporada una "compensación automática de temperatura" (ATC), que se basa en el conocimiento de la forma en que cambia el índice de refracción de la sacarosa. Por ejemplo, el índice de refracción de una solución de sacarosa con una concentración inferior a 10 °Bx es tal que un cambio de temperatura de 1 °C provocaría que la lectura Brix cambiara aproximadamente 0,06 °Bx. La cerveza, por el contrario, experimenta un cambio con la temperatura aproximadamente tres veces mayor. Por lo tanto, es importante que los usuarios de refractómetros se aseguren de que la muestra y el prisma del instrumento estén ambos a muy cerca de 20 °C o, si esto es difícil de asegurar, las lecturas se tomen a 2 temperaturas separadas por unos pocos grados. , el cambio por grado anotado y el valor final registrado referenciado a 20 °C utilizando la información de pendiente Bx vs. Temp.
Como los solutos distintos de la sacarosa pueden afectar el índice de refracción y la gravedad específica de manera diferente, este valor refractivo "Brix" no es intercambiable con el hidrómetro tradicional Brix a menos que se apliquen correcciones. El término formal para dicho valor refractivo es "sustancia seca refractométrica" (RDS). Consulte § Brix y contenido real de sólidos disueltos a continuación.
Las cuatro escalas se utilizan a menudo indistintamente ya que las diferencias son menores.
Brix se utiliza en la industria alimentaria para medir la cantidad aproximada de azúcares en frutas , verduras , jugos, vino , refrescos y en la industria manufacturera de almidón y azúcar. Diferentes países utilizan las básculas en diferentes industrias: en la elaboración de cerveza, el Reino Unido utiliza una gravedad específica X 1000; Europa utiliza los grados de Platón ; y Estados Unidos utiliza una combinación de gravedad específica, grados Brix, grados Baumé y grados Platón. Para los jugos de frutas, 1,0 grado Brix se denota como 1,0% de azúcar en masa. Esto suele correlacionarse bien con la dulzura percibida.
Las mediciones de Brix también se utilizan en la industria láctea para medir la calidad del calostro que se administra a los terneros, cabras y ovejas recién nacidos. [8]
Los medidores Brix ópticos modernos se dividen en dos categorías. En el primero se encuentran los instrumentos basados en Abbe en los que se coloca una gota de la solución de muestra sobre un prisma; el resultado se observa a través de un ocular. El ángulo crítico (el ángulo más allá del cual la luz se refleja totalmente hacia la muestra) es una función del índice de refracción y el operador detecta este ángulo crítico observando dónde cae un límite oscuro-brillante en una escala grabada. La escala se puede calibrar en Brix o índice de refracción. A menudo, el soporte del prisma contiene un termómetro que se puede utilizar para corregir a 20 °C en situaciones en las que no se puede realizar la medición exactamente a esa temperatura. Estos instrumentos están disponibles en versiones de mesa y portátiles.
Los refractómetros digitales también encuentran el ángulo crítico, pero la trayectoria de la luz es completamente interna al prisma. Se coloca una gota de muestra en su superficie, de modo que el haz de luz crítico nunca penetre en la muestra. Esto facilita la lectura de muestras turbias. El límite claro/oscuro, cuya posición es proporcional al ángulo crítico, se detecta mediante una matriz CCD . Estos medidores también están disponibles en versiones de mesa (laboratorio) y portátiles (de bolsillo). Esta capacidad de medir fácilmente Brix en el campo permite determinar los momentos ideales de cosecha de frutas y verduras para que los productos lleguen a los consumidores en perfecto estado o sean ideales para pasos de procesamiento posteriores, como la vinificación.
Debido a su mayor precisión y a la capacidad de combinarlo con otras técnicas de medición (%CO 2 y %alcohol), la mayoría de las empresas de refrescos y cervecerías utilizan un densímetro de tubo en U oscilante. Los refractómetros todavía se utilizan habitualmente para zumos de frutas.
Cuando se mide una solución de azúcar con un refractómetro o un densímetro, el valor °Bx o °P obtenido ingresando en la tabla correspondiente solo representa la cantidad de sólidos secos disueltos en la muestra si los sólidos secos son exclusivamente sacarosa. Este rara vez es el caso. El jugo de uva ( mosto ), por ejemplo, contiene poca sacarosa pero sí glucosa, fructosa, ácidos y otras sustancias. En tales casos, el valor °Bx claramente no puede equipararse con el contenido de sacarosa, pero puede representar una buena aproximación al contenido total de azúcar. Por ejemplo, una solución de D-Glucosa ("azúcar de uva") al 11,0% en masa midió 10,9 °Bx usando un instrumento manual. [ cita necesaria ] Por estas razones, el contenido de azúcar de una solución obtenida mediante el uso de refractometría con la tabla ICUMSA a menudo se informa como "Sustancia seca refractométrica" (RDS) [9] , que podría considerarse como un contenido de sacarosa equivalente. Cuando sea deseable conocer el contenido real de sólidos secos, se pueden desarrollar fórmulas de corrección empírica basadas en calibraciones con soluciones similares a las que se están probando. Por ejemplo, en el refinado de azúcar, los sólidos disueltos se pueden estimar con precisión a partir de la medición del índice de refracción corregido mediante una medición de rotación óptica (polarización). [10]
El alcohol tiene un índice de refracción más alto (1,361) que el agua (1,333). Como consecuencia, una medición refractométrica realizada en una solución de azúcar una vez que ha comenzado la fermentación dará como resultado una lectura sustancialmente mayor que el contenido de sólidos real. Por lo tanto, un operador debe estar seguro de que la muestra que está analizando no ha comenzado a fermentar. (Si la fermentación realmente ha comenzado, se puede hacer una corrección estimando la concentración de alcohol a partir de la lectura original previa a la fermentación, denominada "OG" por los cerveceros caseros). [11] Las mediciones de Brix o Plato basadas en la gravedad específica también se ven afectadas por la fermentación. pero en sentido contrario; Como el etanol es menos denso que el agua, una solución de etanol/azúcar/agua da una lectura Brix o Plato que es artificialmente baja.
