Brix

Dado que 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 con un hidrómetro o picnómetro . En la actualidad, los hidrómetros siguen siendo muy utilizados, pero cuando se requiere mayor precisión, se puede emplear un medidor electrónico de tubo en U oscilante . Independientemente del método utilizado, el analista introduce la gravedad específica en las tablas y extrae (mediante interpolación si es necesario) el contenido de azúcar en porcentaje en masa .

Si el analista utiliza las tablas Plato (mantenidas por la Sociedad Estadounidense de Químicos Cerveceros ^{[ 3 ]} ), informa en °P. Si utiliza la tabla Brix (cuya versión actual es mantenida por el NIST y se puede encontrar en su sitio web) ^{[ 4 ]} , informa en °Bx. Si utiliza las tablas ICUMSA ^{[ 5 ]} , informaría en fracción de masa (mf).

Normalmente, no es necesario consultar tablas, ya que el valor de °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 polinómicos a los datos tabulados; de hecho, las tablas de ICUMSA se calculan a partir de un polinomio de mejor ajuste.

Cabe señalar también que las tablas que se utilizan actualmente no son las publicadas por Brix ni Plato. Estos investigadores midieron la gravedad específica real con respecto al agua a 4  °C utilizando, respectivamente, 17,5  °C y 20  °C como temperaturas a las que se midió la densidad de una solución de sacarosa. Tanto NBS como ASBC convirtieron la gravedad específica a 20  °C/20  °C. Las tablas de ICUMSA se basan en mediciones más recientes de sacarosa, fructosa, glucosa y azúcar invertido, y tabulan la densidad real y el peso en el aire a 20  °C en función de la fracción másica.

La disolución de sacarosa y otros azúcares en agua modifica no solo su densidad, sino también sus propiedades ópticas, en particular su índice de refracción y la magnitud de la rotación del plano de la luz polarizada linealmente. 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 mida directamente en °Bx. La calibración se basa generalmente en las tablas de la ICUMSA, ^{[ 6 ]} pero el usuario de un refractómetro electrónico debe verificarlo.

Los azúcares también poseen espectros de absorción infrarroja conocidos , lo que ha permitido desarrollar instrumentos para medir su concentración mediante técnicas de infrarrojo medio (MIR), infrarrojo no dispersivo (NDIR) e infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR). Existen instrumentos en línea que permiten el monitoreo constante del contenido de azúcar en refinerías, plantas de bebidas, bodegas, etc. Al igual que otros instrumentos, los de MIR y FT-IR pueden calibrarse con soluciones de sacarosa pura y, por lo tanto, reportar en °Bx. Sin embargo, estas tecnologías ofrecen otras posibilidades, ya que permiten distinguir entre azúcares y sustancias interferentes. Los instrumentos MIR y NDIR más recientes cuentan con hasta cinco canales de análisis que permiten corregir la interferencia entre ingredientes.

Fórmulas derivadas de la tabla NBS ^{[ 4 ]} anterior:

Los valores aproximados (R ² =0,999 98) se pueden calcular a partir de $${\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =263.663-{\frac {263.806}{\mathrm {SG} }},}$$ donde SG es la gravedad específica aparente de la solución a 20  °C/20  °C.

Se pueden obtener valores más precisos (R ² =0,999 999 994) a partir del polinomio.

$${\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =182.46007\,\mathrm {SG} ^{3}-775.68212\,\mathrm {SG} ^{2}+1262.7794\,\mathrm {SG} -669.56218.}$$

La discrepancia cuadrática media entre el polinomio y la tabla NBS es de 0,0009 °Bx.

Otra fórmula más precisa (R ² =0,999 999 97) y sencilla es

$${\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =28.14203\,\mathrm {SG} +202.4427-{\frac {230.5870}{\mathrm {SG} }}.}$$

Las fórmulas anteriores no deben utilizarse fuera del rango de 1,00000 a 1,17874 SG (0 a 40 °Bx).

La escala de Plato se puede aproximar con un error medio promedio de menos de 0,02°P con la siguiente ecuación: ^{[ 7 ]}

$${\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} =260,4-{\frac {260,4}{\mathrm {SG} }}}$$

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 ]}

$${\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} =133.5892\,\mathrm {SG} ^{3}-622.5576\,\mathrm {SG} ^{2}+1102.9079\,\mathrm {SG} -613.9427.}$$

La diferencia entre °Bx y °P calculada a partir de los polinomios respectivos es

$${\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} -\mathrm {^{\circ }Bx} =-48.8709\,\mathrm {SG} ^{3}+133.1245\,\mathrm {SG} ^{2}-159.8715\,\mathrm {SG} +55.6195.}$$

La diferencia suele ser inferior a ±0,0005 °Bx o °P, con la excepción de las soluciones débiles. A medida que se aproxima a 0 °Bx, °P tiende a ser hasta 0,002 °P mayor que el valor de °Bx calculado para la misma gravedad específica.

Cabe esperar discrepancias de esta magnitud, ya que el NBS y el ASBC utilizaron valores ligeramente diferentes para la densidad del aire y del agua pura en sus cálculos de conversión a gravedad específica aparente. De estos comentarios se desprende que, salvo en las aplicaciones más exigentes, Plato y Brix son equivalentes.

Los polinomios de ICUMSA generalmente solo se publican en la forma en que se utiliza la fracción de masa para derivar la densidad. Por lo tanto, se omiten en esta sección.

Cuando se utiliza un refractómetro, el valor Brix se puede obtener a partir del ajuste polinómico a la tabla ICUMSA:

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

dónde${\displaystyle n_{D}}$es el índice de refracción medido a 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 ella. Muchos refractómetros incorporan la función de "Compensación Automática de Temperatura" (ATC), que se basa en el conocimiento de cómo varía 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 provocaría una variación de aproximadamente 0,06 °Bx en la lectura Brix. La cerveza, en cambio, presenta una variación con la temperatura aproximadamente tres veces mayor. Por lo tanto, es importante que los usuarios de refractómetros se aseguren de que tanto la muestra como el prisma del instrumento estén cerca de los 20  °C o, si esto resulta difícil de garantizar, que tomen lecturas a dos temperaturas separadas por unos pocos grados, registren la variación por grado y referencien el valor final registrado a 20  °C utilizando la información de la pendiente Bx frente a la temperatura.

Dado que otros solutos, además de la sacarosa, pueden afectar el índice de refracción y la densidad relativa de forma diferente, este valor de refracción «Brix» no es intercambiable con el Brix tradicional del hidrómetro, a menos que se apliquen correcciones. El término formal para este valor de refracción es «Sustancia Seca Refractométrica» (SSR). Véase la sección  «Brix y contenido real de sólidos disueltos» más adelante.

El grado Brix refractométrico 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 multiplicada por 1000; Europa utiliza los grados Plato ; y Estados Unidos utiliza una combinación de gravedad específica, grados Brix, grados Baumé y grados Plato. Para los zumos de frutas, 1,0 grado Brix equivale al 1,0 % de azúcar en masa. Esto suele correlacionarse bien con la dulzura percibida.

Las mediciones refractométricas de Brix también se utilizan en la industria láctea para medir la calidad del calostro que se les da a los terneros recién nacidos, cabras y ovejas. ^{[ 8 ]}

Los medidores Brix ópticos modernos se dividen en dos categorías. La primera incluye los instrumentos basados ​​en el prisma de Abbe, en los que se coloca una gota de la solución de muestra sobre un prisma y el resultado se observa a través de un ocular. El ángulo crítico (el ángulo a partir del cual la luz se refleja totalmente de vuelta a la muestra) depende del índice de refracción, y el operador lo detecta observando dónde se sitúa el límite entre la zona oscura y la brillante en una escala grabada. Esta escala puede calibrarse en grados Brix o en índice de refracción. A menudo, el soporte del prisma incluye un termómetro que permite corregir  la medición a 20 °C cuando no es posible realizarla exactamente a esa temperatura. Estos instrumentos están disponibles en versiones de sobremesa y portátiles.

Los refractómetros digitales también determinan 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 la penetra. Esto facilita la lectura de muestras turbias. El límite entre la luz y la oscuridad, cuya posición es proporcional al ángulo crítico, es detectado por una matriz CCD . Estos medidores también están disponibles en versiones de sobremesa (laboratorio) y portátiles (de bolsillo). Esta capacidad de medir fácilmente los grados Brix en el campo permite determinar los momentos óptimos de cosecha de frutas y verduras para que los productos lleguen a los consumidores en perfecto estado o sean ideales para los procesos posteriores, como la vinificación.

Debido a su mayor precisión y a la posibilidad 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.