ブリックス
すだちの糖度と酸度を測定する

ブリックス度（記号 °Bx）は、液体中の溶解固形物の比重に基づく尺度であり、溶液中の溶解糖含有量を測定するために一般的に使用されます。 [ 1 ] 1ブリックス度は、100グラムの溶液に1グラムのスクロース溶質が溶解していることを示し、質量パーセントとして溶液の強度を表します。溶液に純粋なスクロース以外の溶解固形物が含まれている場合、°Bxは溶解固形物含有量のおおよその値になります。たとえば、同量の塩と砂糖を同量の水に加えると、塩溶液のブリックス度は砂糖溶液よりも密度が高いため、より速く上昇します。°Bx単位は伝統的に、ワイン、砂糖、炭酸飲料、フルーツジュース、生鮮食品、メープルシロップ、および蜂蜜業界で使用されています。°Bxは、金属加工プロセスで水に混ぜる切削液の濃度を測定するためにも使用されます。溶解固形物は屈折計で °Bx で測定することもできますが、屈折率は比重と正確には一致しないため、特定の溶解物質に合わせて較正する必要があります。

ショ糖含有量を示す類似の尺度としては、醸造業界で広く使用されているプラ​​トン尺度（°P）、ドイツやスイスのワイン製造業界などで使用されているエクスレ尺度、そして3つのシステムの中で最も古いため古い教科書に多く記載されているが、世界の一部の地域では今でも使用されているボーリング尺度がある。[ 2 ]

見かけ比重（20°/20 °C）が1.040のショ糖溶液は、 9.99325 °Bxまたは9.99359 °Pとなります。一方、質量分率の使用を支持する砂糖の代表機関である国際糖類分析法統一委員会（ICUMSA）は、溶液の濃度を9.99249%と報告しています。これらのシステム間の差は実用上ほとんど重要ではなく（差は一般的な機器の精度よりも小さい）、またブリックス単位が歴史的に広く使用されているため、現代の機器では質量分率をICUMSAの公式を用いて計算しますが、結果は°Bxとして報告されます。

背景

1800年代初頭、カール・ボーリング、続いてアドルフ・ブリックス、そして最後にフリッツ・プラトン率いる標準委員会が、濃度既知の純粋なショ糖溶液を調製し、その比重を測定し、ショ糖質量パーセントと比重の測定値との関係を示す表を作成しました。ボーリングは比重を小数点以下3桁まで、ブリックスを小数点以下5桁まで、標準分級委員会は小数点以下6桁まで測定しました。委員会の目標は、ブリックス表の小数点以下5桁と6桁の誤差を修正することでした。

これらの表の 1 つがあれば、醸造業者は麦汁に含まれる糖分量を知りたい場合、その比重を測定し、その比重を Plato 表に入力して °Plato (質量パーセントによるショ糖濃度) を取得できます。同様に、ワイン醸造業者はブドウ果汁の比重をBrix 表に入力して °Bx (質量パーセントによるショ糖濃度) を取得できます。麦汁もブドウ果汁も純水に溶解した純粋なショ糖ではないことを指摘することが重要です。他の多くの化合物も溶解していますが、これらは濃度の関数として比重に関してショ糖と同様に動作する糖か、少量存在する化合物 (ミネラル、麦汁内のホップ酸、タンニン、ブドウ果汁内の酸) です。いずれにしても、°Bx がブドウ果汁またはフルーツ ジュースに含まれる糖分の正確な量を表していなくても、相対的な糖含有量の比較に使用できます。

測定

比重

比重はボーリング糖度表、ブリックス糖度表、プラトン糖度表の基礎であったため、溶解糖含有量は元々 、比重計またはピクノメーターを用いて比重を測定することで推定されていました。現代でも比重計は広く使用されていますが、より高い精度が求められる場合は、電子式振動式U字管糖度計が使用されることがあります。いずれの方法を用いる場合でも、分析者は比重を糖度表に入力し、必要に応じて補間法を用いて質量パーセントで糖度を算出します。

分析者がプラトン表（アメリカ醸造化学協会[ 3 ]が管理）を使用する場合は、°Pで報告します。ブリックス表（最新版はNISTが管理しており、ウェブサイトで入手可能）を使用する場合は、[ 4 ] °Bxで報告します。ICUMSA表[ 5 ]を使用する場合は、質量分率（mf）で報告します。

通常、表の °Bx または °P 値は比重の表の値の横にある比重計の目盛りに直接印刷したり、電子式 U 字管メーターのメモリに保存したり、表のデータに多項式を当てはめて計算したりできるので、実際に表を参照する必要はありません。実際、ICUMSA 表は最適な多項式から計算されます。

また、現在使用されている表は、Brix社やPlato社が公表したものではないことにもご注意ください。これらの研究者は、ショ糖溶液の密度を測定した温度として、それぞれ17.5℃と20℃を使用し、4℃の水を基準として真比重を測定しました。NBS社とASBC社はどちらも、 20℃/20℃における見かけ比重に換算しました。ICUMSAの表は、ショ糖、果糖、ブドウ糖、転化糖に関するより最近の測定値に基づいており、20℃における真密度と空気中の重量を質量分率に対して表にしています。

屈折率

ショ糖などの糖類を水に溶解すると、比重だけでなく光学的特性、特に屈折率と直線偏光面の回転度合いが変化する。様々な質量パーセントのショ糖溶液の屈折率n Dが測定されており、n Dと°Bxの関係を示す表が公開されている。比重計と同様に、これらの表を用いて屈折計を校正し、°Bxを直接読み取ることも可能である。校正は通常、ICUMSA表[ 6 ]に基づいて行われるが、電子屈折計を使用する場合は、この表を検証する必要がある。

赤外線吸収

糖類には赤外線吸収スペクトルが知られており、中赤外線（MIR）、非分散赤外線（NDIR）、フーリエ変換赤外線（FT-IR）といった技術を用いた糖濃度測定装置の開発が可能になりました。製糖工場、飲料工場、ワイナリーなどでは、糖濃度を常時監視できるインライン装置も利用可能です。他の装置と同様に、MIRおよびFT-IR装置は純粋なスクロース溶液に対して校正することで°Bxで報告できますが、これらの技術は糖類と干渉物質を区別する能力を備えているため、他の用途にも活用できます。最新のMIRおよびNDIR装置には、成分間の干渉を補正できる最大5つの分析チャンネルが搭載されています。

テーブル

比重

上記のNBS表[ 4 ]から導き出された式：

おおよその（R 2 =0.999 98）値は 、SGが20°C/20°Cにおける溶液の 見かけ比重である場合に計算できます 。∘B×＝263.663−263.806SG、{\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =263.663-{\frac {263.806}{\mathrm {SG} }},}

より正確な値（R 2 =0.999 999 994）は多項式から得られる。

∘B×＝182.46007SG3−775.68212SG2+1262.7794SG−669.56218。{\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =182.46007\,\mathrm {SG} ^{3}-775.68212\,\mathrm {SG} ^{2}+1262.7794\,\mathrm {SG} -669.56218.}

多項式と NBS テーブル間の RMS 不一致は 0.0009 °Bx です。

もう一つの正確で（R 2 =0.999 999 97）、より簡単な式は

∘B×＝28.14203SG+202.4427−230.5870SG。{\displaystyle \mathrm {^{\circ }Bx} =28.14203\,\mathrm {SG} +202.4427-{\frac {230.5870}{\mathrm {SG} }}.}

上記の式は、1.00000 ～ 1.17874 SG (0 ～ 40 °Bx) の範囲外では使用しないでください。

プラトン尺度は、次の式で平均誤差0.02°P未満で近似できる。[ 7 ]

∘P＝260.4−260.4SG{\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} =260.4-{\frac {260.4}{\mathrm {SG} }}}

あるいは、さらに高い精度（ASBC表に対する平均誤差は0.00053°P未満）で、最も適合する多項式から次のように得られる：[ 7 ]

∘P=133.5892SG3−622.5576SG2+1102.9079SG−613.9427.{\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} =133.5892\,\mathrm {SG} ^{3}-622.5576\,\mathrm {SG} ^{2}+1102.9079\,\mathrm {SG} -613.9427.}

それぞれの多項式から計算された°Bxと°Pの差は

∘P−∘Bx=−48.8709SG3+133.1245SG2−159.8715SG+55.6195.{\displaystyle \mathrm {^{\circ }P} -\mathrm {^{\circ }Bx} =-48.8709\,\mathrm {SG} ^{3}+133.1245\,\mathrm {SG} ^{2}-159.8715\,\mathrm {SG} +55.6195.}

弱溶液を除き、その差は通常±0.0005 °Bxまたは°P未満です。0 °Bxに近づくにつれて、°Pは同じ比重で計算された°Bxよりも最大0.002 °P高くなる傾向があります。

NBSとASBCは、見かけ比重への換算計算において、空気と純水の密度にわずかに異なる値を使用しているため、この程度の差異が生じることは予想されます。これらのコメントから、プラトンとブリックスは、極めて厳密な用途を除き、同じ値であることは明らかです。

ICUMSA多項式は、通常、質量分率を用いて密度を導出する形式でのみ公表されています。そのため、このセクションでは省略されています。

屈折率

屈折計を使用する場合、ブリックス値は ICUMSA テーブルへの多項式近似から取得できます。

∘Bx=11758.74nD5−88885.21nD4+270177.93nD3−413145.80nD2+318417.95nD−99127.4536,{\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,}

ここで、屈折率は20℃におけるナトリウムD線（589.3 nm）の波長で測定されます。屈折率は温度によって劇的に変化するため、温度は重要です。多くの屈折計には「自動温度補正」（ATC）機能が組み込まれており、これはショ糖の屈折率の変化に関する知見に基づいています。例えば、10 °Bx未満のショ糖溶液の屈折率は、温度が1℃変化するとブリックス値が約0.06 °Bx変化します。一方、ビールは温度によってこの約3倍の変化を示します。したがって、屈折計を使用する際は、サンプルと機器のプリズムが両方とも 20 °C に近いことを確認するか、それが難しい場合は、数度離れた 2 つの温度で読み取りを行い、1 度あたりの変化を記録し、Bx 対温度勾配情報を使用して最終的に記録された値を 20 °C に基準とすることが重要です。 nD{\displaystyle n_{D}}

ショ糖以外の溶質は屈折率と比重に異なる影響を与える可能性があるため、この屈折率「ブリックス」値は、補正を加えない限り、従来の比重計のブリックス値と互換性がありません。このような屈折率の正式名称は「屈折率乾燥物質」（RDS）です。下記の「ブリックス値と実溶存固形物含有量」の項をご覧ください。

使用法

4 つのスケールは、違いが小さいため、互換的に使用されることがよくあります。

ブリックスは、食品業界において、果物、野菜、ジュース、ワイン、ソフトドリンク、そして澱粉や砂糖の製造業界における糖分の概算量を測定するために使用されます。国によって、また業種によって使用される糖度は異なります。醸造業界では、英国では比重×1000、ヨーロッパではプラトン度、米国では比重、ブリックス度、ボーメ度、プラトン度を組み合わせて使用​​しています。フルーツジュースの場合、ブリックス1.0度は質量比糖1.0%を表します。これは通常、知覚される甘さとよく相関します。

ブリックス値は乳製品業界でも、新生子牛、ヤギ、羊に与える初乳の品質を測定するために使用されています。 [ 8 ]

現代の光学式ブリックス計は2つのカテゴリーに分けられます。1つ目はアッベ式で、サンプル溶液をプリズムに滴下し、接眼レンズを通して測定結果を確認します。臨界角（光が完全に反射してサンプルに戻る角度）は屈折率に依存し、測定者は刻印された目盛り上の明暗の境界を観察することでこの臨界角を検出します。目盛りはブリックス値または屈折率で校正できます。プリズムマウントには温度計が内蔵されていることが多く、20℃で正確に測定できない場合に、20℃に補正することができます。これらの機器には、ベンチタイプとハンドヘルドタイプがあります。

デジタル屈折計も臨界角を検出しますが、光路はプリズム内部のみを通ります。サンプルをプリズム表面に滴下するため、臨界光線はサンプルを透過しません。そのため、濁ったサンプルでも読み取りが容易になります。明暗の境界は臨界角に比例し、CCDアレイによって検出されます。これらの計器には、ベンチトップ型（実験室用）とポータブル型（ポケット型）の2種類があります。圃場で簡単にブリックス値を測定できるため、果物や野菜の収穫時期を決定し、消費者に完璧な状態で届けたり、醸造などの後続の加工工程に最適な状態にしたりすることが可能になります。

高い精度と他の測定技術（CO2濃度やアルコール度数など）との併用が可能であることから、ほとんどのソフトドリンク会社や醸造所では振動式U字管密度計を使用しています。一方、果汁飲料では屈折計が依然として広く使用されています。

ブリックス値と実際の溶解固形物含有量

糖溶液を屈折計または密度計で測定する場合、適切な表に入力することで得られる°Bxまたは°P値は、試料中に溶解している乾燥固形分がショ糖のみである場合に限り、その量を表す。これは稀なケースである。例えば、ブドウ果汁（マスト）にはショ糖はほとんど含まれていないが、ブドウ糖、果糖、酸、その他の物質が含まれている。このような場合、°Bx値はショ糖含有量と等価ではないことは明らかであるが、総糖含有量の良い近似値となる可能性がある。例えば、質量比11.0%のD-グルコース（「ブドウ糖」）溶液を携帯型機器で測定したところ、°Bxは10.9であった。これらの理由から、ICUMSA表を用いた屈折測定によって得られた溶液の糖含有量は、しばしば「屈折率乾燥物質」（RDS）[ 9 ]として報告され、これはショ糖含有量に相当すると考えられる。実際の乾燥固形分含有量を知ることが望ましい場合は、試験対象溶液に類似した溶液を用いた較正に基づいて、経験的な補正式を作成することができます。例えば、砂糖精製においては、屈折率測定値を旋光度（偏光）測定で補正することで、溶解固形分を正確に推定することができます。[ 10 ]

アルコールの屈折率（1.361）は水（1.333）よりも高い。そのため、発酵が始まった糖溶液の屈折計測定では、実際の固形分濃度よりもかなり高い値を示す。したがって、検査者は検査対象のサンプルが発酵を開始していないことを確実にしなければならない。（発酵が実際に始まっている場合は、自家醸造家が「OG」と呼ぶ、発酵前の測定値からアルコール濃度を推定することで補正できる。）[ 11 ]比重に基づくブリックス値またはプラトー値も発酵の影響を受けるが、その影響は逆である。エタノールは水よりも密度が低いため、エタノール／糖／水の溶液ではブリックス値またはプラトー値が人為的に低くなってしまう。

参考文献

  1. ^ 「ブリックスの定義」。2022年10月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年10月14日閲覧。
  2. ^ Hough, JS, DE Briggs, R. Stevens、TW Young, Malting and Brewing Science, Vol 2 Hopped Wort and Beer , Chapman & Hall, London,1971
  3. ^「ASBC分析法」、ASBC、セントポール 表1：麦汁とビールの抽出物
  4. ^ a bベイツ、フレデリック（1942年5月1日）「旋光測定法、糖度測定法、そして糖類。表114：ブリックス値、見かけ密度、見かけ比重、そして糖溶液100mlあたりのスクロース含有量」国立標準局。632ページ。 2018年10月12日閲覧。
  5. ^「ICUMSA Methods Book」前掲書。仕様および規格 SPS-4 密度および表：ショ糖 – 公式；ブドウ糖、果糖および転化糖 – 公式
  6. ^「ICUMSA Methods Book」、同上；仕様および規格 SPS-3 屈折率測定法および表 – 公式；表AF
  7. ^ a b Buhl, Josh. 「抽出物と相対密度に関する物理方程式」 . OSFプレプリント. オープンサイエンスセンター. 2023年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年10月13日閲覧。
  8. ^ Kessler, EC; Bruckmaier, RM; Gross, JJ (2021年2月). 「短報：ブリックス屈折率測定によるウシ、ヤギ、ヒツジの初乳品質の比較評価」 . Journal of Dairy Science . 104 (2): 2438– 2444. doi : 10.3168/jds.2020-19020 . ISSN 0022-0302 . PMID 33246611 .  
  9. ^「ICUMSAメソッドブック、前掲。メソッドGS4/3/8-13（2009）「糖蜜の屈折率乾燥物質（RDS％）の測定 - 公認および高純度シロップ（液糖）、濃厚ジュース、流出シロップ - 公式」
  10. ^ Sgualdino, G.; Vaccari, G.; Mantovani, G. (1982). 「クエンティン糖蜜（砂糖シロップ）における屈折率測定用乾燥物質の実乾燥物質への変換」 . Journal of the American Society of Sugar Beet Technologists . ISSN 0003-1216 . 2022年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年7月20日閲覧。 
  11. ^ 「自家醸造で最大限の精度を得るための屈折計の正しい使い方 - Brewer's Friend」Brewer's Friend 2013年4月24日. 2022年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年7月20日閲覧。

さらに読む

  • ボルトン、ロジャー、ヴァーノン・シングルトン、リンダ・ビッソン、ラルフ・クンキー (1996). 『ワイン醸造の原則と実践』 チャップマン＆ホール.ISBN 0-412-06411-1
  • Robert O'Leary BevSense LLC. 「飲料業界向けインラインブリックスおよび酸度テスト」(PDF)。– O'Leary は、飲料のブリックスをオンラインで測定する理論と実践について説明します。
  • ソフトドリンクのブリックス値とCO2濃度、そしてビールのプラトー濃度、CO2濃度、アルコール度数、pH、色度を測定するための複合ラボシステムをご用意しています。これらのシステムは、ベンチトップユニットとしてラボに設置することも、インラインユニットとして生産配管に直接設置することもできます。
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