브릭스 당도

3. 측정 방법

어떤 용액의 당도는 당도계로 그 용액의 비중을 측정하거나 굴절계로 그 용액의 굴절률을 측정하여 결정한다.^[3][4][5]

어떤 용액의 온도가 섭씨 20 도일 때 그 용액의 비중을 측정하는데 비중이 결정되면 브릭스는 대략 261.3 x (1 - 1/비중)으로 결정된다.

브릭스계의 측정 원리는 기본적으로 굴절계, 당도계, 비중계와 같다.

;굴절계

굴절계는 빛이 용액을 통과할 때 굴절되는 정도를 측정하여 당도를 측정하는 기기이다. 용액의 굴절률은 당 농도에 따라 달라지며, 이 원리를 이용하여 브릭스 값을 측정한다. 용액의 굴절률(''n''_D) 대 °Bx 테이블이 발행되어 있으며, 이를 바탕으로 굴절계를 보정하여 °Bx 단위로 직접 읽을 수 있다.

브릭스 값은 다음 다항식으로 계산할 수 있다.

:°Bx= 11758.74n_D⁵ -88885.21n_D⁴ + 270177.93n_D³ - 413145.80n_D² + 318417.95n_D -99127.4536

여기서 n_D는 20 °C에서 나트륨 D선(589.3 nm)의 파장에서 측정된 굴절률이다.

온도는 굴절률에 큰 영향을 미치므로, 많은 굴절계에는 자동 온도 보정(ATC) 기능이 내장되어 있다. 예를 들어 10°Bx 미만의 설탕 용액은 1°C 온도 변화에 따라 브릭스 판독값이 약 0.06°Bx만큼 변한다. 맥주는 이보다 약 3배 더 큰 변화를 보인다. 따라서 정확한 측정을 위해서는 시료와 기기의 온도를 20°C에 가깝게 유지하거나, 여러 온도에서 측정하여 보정해야 한다.

휴대용 굴절계, 디지털 굴절계, 아베 굴절계 등 다양한 종류가 있으며, 측정 범위와 정확도에 따라 선택하여 사용한다. 설탕 외 다른 용질은 굴절률과 비중을 다르게 변화시킬 수 있으므로, 굴절 "브릭스" 값은 보정을 적용하지 않는 한 기존의 비중계 브릭스와 상호 교환하여 사용할 수 없다. 이러한 굴절 값에 대한 공식 용어는 "굴절 건조 물질"(RDS)이다.

;당도계

어떤 용액의 당도는 당도계(saccharometer)로 그 용액의 비중을 측정하거나 굴절계 (refractometer)로 그 용액의 굴절률을 측정하여 결정한다.^[3][4][5] 용액의 온도가 섭씨 20 도일 때 그 용액의 비중을 측정하는데 비중이 결정되면 브릭스는 대략 261.3 x (1 - 1/비중)으로 결정된다.

비중계나 피크노미터를 사용하여 특정 비중을 측정하여 추정한다. 오늘날에도 비중계는 널리 사용되지만, 더 높은 정확도가 필요한 경우 전자 진동 U자관 미터를 사용할 수 있다. 어떤 방법을 사용하든, 용해된 설탕 함량은 질량 백분율로 얻는다.

분석가가 Plato 표(미국 양조 화학자 협회에서 관리)를 사용하는 경우 °P로 보고한다.^[3] Brix 표(현재 버전은 NIST에서 관리하며 웹사이트에서 확인할 수 있음)를 사용하는 경우 °Bx로 보고한다.^[4] ICUMSA 표를 사용하는 경우 질량 분율(m.f.)로 보고한다.^[5]

실제로 표를 참조할 필요는 없는데, °Bx 또는 °P 표 값은 표의 비중 값 옆의 비중계 눈금에 직접 인쇄되거나 전자 U자관 미터의 메모리에 저장되거나 표 데이터에 대한 다항식 적합에서 계산될 수 있기 때문이다. ICUMSA 표는 최적 적합 다항식에서 계산된다.

오늘날 사용되는 표는 Brix 또는 Plato가 발행한 표가 아니다. 해당 연구자들은 각각 17.5 °C 및 20 °C를 사용하여 4 °C에서 물을 기준으로 실제 특정 비중을 측정했다. NBS와 ASBC는 모두 20 °C/20 °C에서 겉보기 비중으로 변환했다. ICUMSA 표는 수크로스, 과당, 포도당 및 전위당에 대한 보다 최근의 측정치를 기반으로 하며 질량 분율에 대해 20 °C에서 공기 중의 실제 밀도와 무게를 표로 나타낸다.

브릭스계의 측정 원리는 기본적으로 굴절계, 당도계, 비중계와 같다.

;비중계

비중계는 액체의 비중을 측정하는 도구로, 당도계의 일종이다.^[4] 용액의 비중을 측정한 후, 브릭스 표를 참고하여 브릭스 값을 계산한다. 브릭스 표(현재 버전은 NIST에서 관리)를 사용하는 경우 °Bx로 보고한다.^[4]

섭씨 20도에서 어떤 용액의 비중이 결정되면 브릭스는 대략 다음 식으로 계산된다.^[4]
계산식 (근사값): 브릭스 = 261.3 x (1 - 1/비중)

더 정확한 값은 다항식으로 구할 수 있다.

:°Bx = 182.46007\,SG³-775.68212\,SG²+1262.7794\,SG-669.56218

또 다른 정확한 공식은 다음과 같다.

:°Bx = 28.14203\,SG+202.4427-230.5870/SG

위 공식은 1.00000에서 1.17874 SG (0 ~ 40 °Bx) 범위를 벗어난 값에는 사용하면 안 된다.

플라토 척도는 다음 방정식을 사용하여 근사할 수 있다.^[7]

:° P = 260.4 - 260.4/SG

브릭스계의 측정 원리는 기본적으로 굴절계, 당도계와 같다.

;진동 U자관 밀도계

어떤 용액의 당도는 당도계로 그 용액의 비중을 측정하거나 굴절계로 그 용액의 굴절률을 측정하여 결정한다.^[3][4][5] 더 높은 정확도가 필요한 경우 전자 진동 U자관 미터를 사용할 수 있다. 어떤 방법을 사용하든 분석가는 표에 특정 비중을 입력하고 (필요한 경우 보간을 사용하여) 질량 백분율로 설탕 함량을 얻는다. 실제로 표를 참조할 필요는 없는데, °Bx 또는 °P 표 값은 표의 비중 값 옆의 비중계 눈금에 직접 인쇄되거나 전자 U자관 미터의 메모리에 저장되거나 표 데이터에 대한 다항식 적합에서 계산될 수 있기 때문이다. 실제로 ICUMSA 표는 최적 적합 다항식에서 계산된다.^[3][4][5]

3. 1. 굴절계 (Refractometer)

3. 2. 당도계 (Saccharometer)

3. 3. 비중계 (Hydrometer)

3. 4. 진동 U자관 밀도계

4. 활용 분야

브릭스는 주로 과일 주스, 와인 양조, 탄산 음료 산업, 전분 및 설탕 산업에서 사용된다. 플라토는 주로 양조에 사용된다. 외클레는 설탕 함량의 직접 판독값으로, 독일, 스위스, 룩셈부르크에서 와인 양조에 주로 사용된다.

브릭스는 식품 산업에서 과일, 채소, 주스, 와인, 청량 음료 및 전분 및 설탕 제조 산업에서 당의 대략적인 양을 측정하는 데 사용된다. 각기 다른 국가에서 서로 다른 산업에서 이 척도를 사용한다. 양조의 경우 영국에서는 비중 X 1000을 사용하고, 유럽에서는 플라토 도를 사용하며, 미국에서는 비중, 브릭스 도, 보메 도 및 플라토 도를 혼합하여 사용한다. 과일 주스의 경우 1.0 브릭스 도는 질량 기준으로 1.0%의 설탕으로 표시된다. 이는 일반적으로 인지되는 단맛과 잘 상관관계가 있다.

브릭스 측정은 또한 젖소, 염소 및 양의 신생 송아지에게 제공되는 초유의 품질을 측정하는 데에도 사용된다.^[8]

현대식 광학 브릭스 미터는 두 가지 범주로 나뉜다. 첫 번째는 아베 기반 기기로, 샘플 용액 한 방울을 프리즘에 떨어뜨린다. 결과는 접안 렌즈를 통해 관찰된다. 임계각(빛이 샘플로 완전히 반사되는 각도)은 굴절률의 함수이며, 작업자는 어둡고 밝은 경계가 새겨진 눈금에 떨어지는 지점을 관찰하여 이 임계각을 감지한다. 눈금은 브릭스 또는 굴절률로 보정할 수 있다. 종종 프리즘 마운트에는 정확히 해당 온도에서 측정을 할 수 없는 상황에서 20 °C로 보정하는 데 사용할 수 있는 온도계가 포함되어 있다. 이러한 기기는 벤치형 및 휴대용 버전으로 제공된다.

디지털 굴절계 또한 임계각을 찾지만, 광선 경로는 프리즘 내부에 완전히 있다. 샘플 한 방울이 표면에 놓이므로 임계 광선이 샘플을 관통하지 않는다. 이렇게 하면 혼탁한 샘플을 더 쉽게 읽을 수 있다. 임계각에 비례하는 위치에 있는 밝고 어두운 경계는 CCD 어레이에 의해 감지된다. 이 미터도 벤치탑(실험실) 및 휴대용(포켓) 버전으로 제공된다. 현장에서 브릭스를 쉽게 측정할 수 있는 이러한 기능 덕분에 제품이 완벽한 상태로 소비자에게 도착하거나 와인 양조와 같은 후속 처리 단계에 이상적인 과일 및 채소의 이상적인 수확 시기를 결정할 수 있다.

4. 1. 식품 산업

4. 2. 와인 양조

4. 3. 제당 산업

4. 4. 양조 산업

4. 5. 기타

5. 브릭스와 실제 당 함량

브릭스 값은 용액 내 모든 가용성 고형분의 농도를 나타내므로, 실제 당 함량과는 차이가 있을 수 있다. 포도 주스(머스트)에는 자당이 거의 없지만 포도당, 과당, 산 및 기타 물질이 포함되어 있기 때문이다.^[9] 예를 들어, 질량 기준 11.0%의 D-포도당("포도당") 용액은 휴대용 기기를 사용하여 10.9 °Bx를 나타냈다.

ICUMSA 표를 사용하여 굴절률 측정으로 얻은 용액의 설탕 함량은 "굴절률 건조 물질"(RDS)로 보고되며,^[9] 이는 자당 함량과 유사한 값으로 간주될 수 있다. 실제 건조 고형물 함량을 알고 싶을 경우, 테스트 중인 용액과 유사한 용액으로 보정을 기반으로 경험적 보정 공식을 개발할 수 있다. 설탕 정제에서 용해된 고형물은 광학 회전(편광) 측정을 통해 보정된 굴절률 측정에서 정확하게 추정할 수 있다.^[10]

알코올은 물(1.333)보다 굴절률(1.361)이 더 높다.^[11] 따라서 발효가 시작된 후 설탕 용액에 대해 수행된 굴절계 측정은 실제 고형물 함량보다 상당히 높은 값을 나타낸다. 그러므로 시험하는 시료가 발효를 시작하지 않았는지 확인해야 한다.^[11] 비중을 기반으로 한 브릭스 측정 또한 발효에 영향을 받지만 반대 방향으로 작용한다. 에탄올은 물보다 밀도가 낮기 때문에 에탄올/설탕/물 용액은 인위적으로 낮은 브릭스 값을 제공한다.

6. 다른 당도 단위와의 관계

참조

_[1] 웹사이트 Definition of brix https://www.foodscie[...] 2022-10-14
_[2] 서적 Malting and Brewing Science, Vol 2 Hopped Wort and Beer Chapman & Hall 1971
_[3] 간행물 ASBC Methods of Analysis ASBC; St. Paul
_[4] 웹사이트 Polarimetry, Saccharimetry and the Sugars. Table 114: Brix, apparent density, apparent specific gravity, and grams of sucrose per 100 ml of sugar solutions https://archive.org/[...] National Bureau of Standards 1942-05-01
_[5] 간행물 ICUMSA Methods Book
_[6] 간행물 ICUMSA Methods Book
_[7] 웹사이트 Physical Equations Relating Extract and Relative Density https://osf.io/9wfym[...] Center for Open Science 2023-10-13
_[8] 논문 Short communication: Comparative estimation of colostrum quality by Brix refractometry in bovine, caprine, and ovine colostrum 2021-02
_[9] 간행물 "ICUMSA Methods Book, op. cit. Method GS4/3/8-13 (2009) The Determination of Refractometric Dry Substance (RDS %) of Molasses – Accepted and Very Pure Syrups (Liquid Sugars), Thick Juice and Run-off Syrups – Official"
_[10] 논문 Conversion of refractometric dry substance into real dry substance for quentin molasses [Sugar syrups] https://bsdf-assbt.o[...] 1982
_[11] 웹사이트 Using your Refractometer Correctly for Maximum Accuracy in Home Brewing - Brewer's Friend https://www.brewersf[...] 2013-04-24
_[12] 웹사이트 甘味度と糖度、 Brix http://www.food.haya[...] 林原 2012-10-04
_[13] 웹사이트 ジャム類品質表示基準 http://www.caa.go.jp[...] 消費者庁 2011-09-30
_[14] 웹사이트 お砂糖豆知識［2001年8月］ http://sugar.alic.go[...] 農畜産業振興機構 2010-03-06