Los grados Brix (símbolo °Bx) son una medida de los sólidos disueltos en un líquido y se utilizan comúnmente para medir el contenido de azúcar disuelto de 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 de sal aumentan más rápido que la solución de azúcar. El °Bx se utiliza tradicionalmente en las industrias del vino , el azúcar , las bebidas carbonatadas , los jugos 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 en agua para procesos de metalurgia.
Las escalas comparables para indicar el contenido de sacarosa son: la escala Platón (°P), que se utiliza ampliamente en la industria cervecera ; la escala Oechsle utilizada en las industrias vitivinícolas alemana y suiza, entre otras; y la escala Balling, que es la más antigua 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 una gravedad específica 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 la fracción de masa , informaría la concentración de la solución como 9,99249%. Debido a que las diferencias entre los sistemas son de poca importancia práctica (las diferencias son menores que la precisión de los instrumentos más comunes) y al amplio uso histórico de la unidad Brix, los instrumentos modernos calculan la fracción de masa utilizando las fórmulas oficiales de ICUMSA, pero informan el resultado como °Bx.
A principios del siglo XIX, Karl Balling, seguido por Adolf Brix y, finalmente, las Normal-Commissions bajo Fritz Plato , prepararon soluciones de sacarosa pura de concentración conocida, midieron sus gravedades específicas y prepararon tablas de porcentaje de sacarosa en masa frente a la gravedad específica medida. Balling midió la gravedad específica hasta 3 decimales, Brix hasta 5 y la Normal-Eichungs Kommission hasta 6 con el objetivo de que la Comisión corrigiera errores en el quinto y sexto decimal en la tabla de Brix.
Equipado con una de estas tablas, un cervecero que desee saber cuánta azúcar hay en su mosto podría medir su gravedad específica e ingresar esa gravedad específica en la tabla Plato para obtener °Plato, que es la concentración de sacarosa en porcentaje de masa. De manera similar, un vinatero podría ingresar la gravedad específica de su mosto en la tabla Brix para obtener el °Bx, que es la concentración de sacarosa en porcentaje de masa. Es importante señalar que ni el mosto ni el mosto son una solución de sacarosa pura en agua pura. Muchos otros compuestos también se disuelven, pero estos son azúcares, que se comportan de manera 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 del lúpulo en el mosto, taninos , ácidos en el mosto). En cualquier caso, incluso si °Bx no es representativo de la cantidad exacta de azúcar en un mosto o jugo de fruta, se puede utilizar 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 estimó originalmente midiendo la gravedad específica con un hidrómetro o picnómetro . En la actualidad, los hidrómetros todavía se utilizan ampliamente, pero cuando se requiere una mayor precisión, se puede emplear un medidor electrónico oscilante de tubo en U. Cualquiera sea el medio utilizado, el analista ingresa las tablas con la gravedad específica y extrae (usando interpolación si es necesario) el contenido de azúcar en porcentaje en masa .
Si el analista utiliza las tablas de Plato (mantenidas por la Sociedad Estadounidense de Químicos Cerveceros [3] ), los datos se expresan en °P. Si utiliza la tabla de Brix (cuya versión actual es mantenida por el NIST y se puede encontrar en su sitio web), [4] los datos se expresan en °Bx. Si utiliza las tablas de ICUMSA, [5] los datos se expresan en fracción de masa (mf).
Por lo general, no es necesario consultar tablas, ya que el valor °Bx o °P tabulado se puede imprimir directamente en la escala del hidrómetro junto al valor tabulado de la gravedad específica o almacenarse en la memoria del medidor electrónico de tubo en U o calcularse a partir de ajustes polinomiales a los datos tabulados; de hecho, las tablas ICUMSA se calculan a partir de un polinomio de mejor ajuste.
También hay que tener 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 de referencia para el agua a 4 °C utilizando, respectivamente, 17,5 °C y 20 °C, como la temperatura a la que se midió la densidad de una solución de sacarosa. Tanto NBS como ASBC 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 la sacarosa y otros azúcares en agua no solo cambia su gravedad específica, sino también sus propiedades ópticas, en particular su índice de refracción y el grado en que rota el plano de la luz polarizada linealmente . Se ha medido el índice de refracción, n D , para soluciones de sacarosa de varios porcentajes en masa y se han publicado tablas de n D vs. °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 se basa generalmente en las tablas ICUMSA, [6] pero el usuario de un refractómetro electrónico debe verificar esto.
Los azúcares también tienen espectros de absorción infrarrojos conocidos y esto ha hecho posible el desarrollo de instrumentos para medir la concentración de azúcar utilizando técnicas de infrarrojo medio (MIR), infrarrojo no dispersivo (NDIR) e infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR). Hay instrumentos en línea disponibles que permiten el monitoreo constante del contenido de azúcar en refinerías de azúcar, plantas de bebidas, bodegas, etc. Al igual que con cualquier otro instrumento, los instrumentos MIR y FT-IR se pueden calibrar contra 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 interferentes. Los instrumentos MIR y NDIR más nuevos tienen hasta cinco canales de análisis que permiten correcciones por interferencia 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. Se pueden obtener valores más precisos en:
Derivado de la tabla NBS con SG como se indica más arriba. No se debe utilizar por encima de SG = 1,17874 (40 °Bx). La discrepancia RMS entre el polinomio y la tabla NBS es 0,0009 °Bx.
La escala de Platón se puede aproximar con un error medio promedio de menos de 0,02°P con la siguiente ecuación: [7]
o con una precisión aún mayor (error promedio menor 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 respectivos polinomios es:
La diferencia es generalmente menor que ±0,0005 °Bx o °P, con la excepción de las 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 el agua pura en sus cálculos para convertir a gravedad específica aparente. Debería quedar claro a partir de estos comentarios que Plato y Brix son, para todas las aplicaciones excepto las 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 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 polinomial a la tabla ICUMSA:
donde es 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 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 1 °C en la temperatura haría que la lectura de Brix se desviara aproximadamente 0,06 °Bx. La cerveza, por el contrario, muestra 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 cerca de los 20 °C o, si eso es difícil de asegurar, se deben tomar lecturas a 2 temperaturas separadas por unos pocos grados, se debe anotar el cambio por grado y el valor registrado final se debe referenciar a 20 °C utilizando la información de la 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 de refracción "Brix" no es intercambiable con el Brix del hidrómetro tradicional a menos que se apliquen correcciones. El término formal para este valor de refracción es "sustancia seca refractométrica" (RDS). Consulte el § Brix y contenido real de sólidos disueltos a continuación.
Las cuatro escalas a menudo se utilizan indistintamente ya que las diferencias son menores.
El grado Brix se utiliza en la industria alimentaria para medir la cantidad aproximada de azúcares en frutas , verduras , zumos, vino , refrescos y en la industria de fabricación de almidón y azúcar. Diferentes países utilizan las escalas en diferentes industrias: en la elaboración de cerveza, el Reino Unido utiliza la gravedad específica X 1000; Europa utiliza grados Plato ; y los EE. UU. utilizan una mezcla de gravedad específica, grados Brix, grados Baumé y grados Plato. Para los zumos 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 administrado a terneros, cabras y ovejas recién nacidos. [8]
Los medidores ópticos modernos de Brix se dividen en dos categorías. En la primera 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 de vuelta a 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 sobremesa y portátiles.
Los refractómetros digitales también detectan el ángulo crítico, pero la trayectoria de la luz es completamente interna al prisma. Se coloca una gota de muestra sobre su superficie, de modo que el haz de luz crítico nunca penetra en la muestra. Esto facilita la lectura de muestras turbias. El límite claro/oscuro, cuya posición es proporcional al ángulo crítico, se detecta mediante un conjunto de CCD . Estos medidores también están disponibles en versiones de sobremesa (laboratorio) y portátiles (bolsillo). Esta capacidad de medir fácilmente los grados Brix en el campo permite determinar los momentos ideales de cosecha de frutas y verduras para que los productos lleguen a los consumidores en un estado perfecto o sean ideales para los pasos de procesamiento posteriores, como la vinificación.
Debido a su mayor precisión y a la posibilidad de combinarlo con otras técnicas de medición (porcentaje de CO2 y porcentaje de alcohol), la mayoría de las empresas de bebidas gaseosas y cervecerías utilizan un densímetro oscilante de tubo en U. Los refractómetros todavía se utilizan comúnmente para los jugos de frutas.
Cuando se mide una solución de azúcar con un refractómetro o un densímetro, el valor °Bx o °P obtenido mediante la entrada en la tabla correspondiente solo representa la cantidad de sólidos secos disueltos en la muestra si los sólidos secos son exclusivamente sacarosa. Esto rara vez sucede. El jugo de uva ( mosto ), por ejemplo, contiene poca sacarosa pero sí contiene glucosa, fructosa, ácidos y otras sustancias. En tales casos, el valor °Bx claramente no se puede equiparar 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 utilizando un instrumento portátil. [ cita requerida ] 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 es 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 la refinación de azúcar, los sólidos disueltos se pueden estimar con precisión a partir de la medición del índice de refracción corregido por 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 con refractómetro realizada en una solución de azúcar una vez que la fermentación ha comenzado da como resultado una lectura sustancialmente más alta que el contenido real de sólidos. Por lo tanto, un operador debe estar seguro de que la muestra que está probando no ha comenzado a fermentar. (Si la fermentación 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 la dirección opuesta; como el etanol es menos denso que el agua, una solución de etanol/azúcar/agua da una lectura de Brix o Plato que es artificialmente baja.
