今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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甘くても,塩辛くても糖度は高い?~糖度計の仕組み
【今日の料理】 2011/9/19 夕食
 今日は,曇り空で,日差しが強くなく,快適に過ごせました.熊谷の暑さも,いよいよ薄らぐ時期でしょうか.
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★米飯

★野菜煮
 野菜を圧力鍋で煮ました.加圧3分.具は,人参・なす・キャベツ.キャベツに,かなりのエグみがありました.娘の離乳食に使いましたが,娘は問題なく食べていました.しかし妻は,エグいと言って,食べませんでした.なお,大人用には,後から鶏肉を加えました.

★オクラ納豆
 昨晩の残り.

★ゴーヤ炒め煮
 昨晩の残り.

★奈良漬け

★りんご

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【今日の料理工学】 甘くても,塩辛くても糖度は高い?~糖度計の仕組み
 前回まで,果物の「甘さ」について調べてきました.果物の甘さの客観的な指標と言えば,「糖度(brix)」が有名です.今回は,この糖度についての話です.


★「屈折糖度計」とは? 糖度を測定する機器として,「糖度計」があります.ウィキペディアによると,糖度計には,次のような種類があるそうです.
 a)屈折糖度計
 b)旋光糖度計
 c)近赤外光糖度計

 携帯タイプとして,最も普及しているものは,aの「屈折糖度計」のようです.このタイプの糖度計が,なぜか我が家にもありました(図1).パッケージには「Refractometer」と書いてあり,これは「屈折計」の意味です.
<図1>
20110919z1.jpg

 この製品の概要は,以下の通りです(添付説明書より).
 ・製品名:ポケット糖度計(液体濃度計)
 ・形式 :Pocket PAL-1
 ・製造元:株式会社アタゴ[1]
 ・価格 :22500円[1]
[1]アタゴHP;
 http://www.atago.net/japanese/

 使い方は簡単です.
 )サンプルステージ(円形のガラス窓)に測定したい液体を滴下する.
 )STARTキーを押す.
 )ディスプレイに糖度(Brix %)が表示される.

 下図2に,測定の様子を示します.ここでは,ナシ(豊水)をすりおろして,果汁を測定しています.STARTキーを押すと,サンプルステージが発光します.その後,糖度が表示されます.測定値は,10.5Brix%でした.なかなか,糖度の高いナシのようです.
<図2>
20110919z21a.jpg
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★屈折糖度計の構造 屈折糖度計では,溶液に光を照射して,液体の「屈折率」を測定しているそうです[1].液体は,溶質の濃度が濃いほど,屈折率が大きくなる性質があるそうです.下図3は,ショ糖溶液の濃度(溶液100g中に含まれるショ糖の重量[g])と屈折率の関係です.文献[2]の数値データを元に,当方がグラフ化しました.
[2]井上;屈折計の概要,活用例及び校正について,産総研 NMIJ計測クラブ 第3回流体物性クラブ,(2008)
http://www.nmij.jp/~nmijclub/fluidp/docimgs/inoue_20081212.pdf
<図3>
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 図3の通り,溶液中のショ糖濃度が高いほど,屈折率が大きくなることが分かります.

 屈折糖度計は,下図4のような構造をしています[1].ガラス等で作られたサンプルステージの上に,試料である溶液を載せます.そして,サンプルステージの側から,溶液に向けて,光を放ちます.光は,①~③のように,様々な角度から,溶液に入射させます.
<図4>
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 このとき,溶液に角度α[deg]で入った光は,溶液によって屈折して,角度β[deg]で抜けていきます.サンプルステージおよび溶液の絶対屈折率をn1,n2とすると,次式1が成り立ちます.
<式1>
 sinα/sinβ=n2/n1

 屈折糖度計の場合,n1とn2は,概ね以下の値をとります.
 ・n1≒1.5    (ガラスの場合)
 ・n2≒1.3~1.4 (溶液濃度<40%の場合)
 この範囲では,常にn1>n2となります.すなわち,式1から,sinα/sinβ<1です.これは,α<βを意味します.
 α<βですので,溶液への入射角αが大きくなると,図5のように,光が溶液に侵入できなくなります.いわゆる,「全反射」です.
<図5>
20110919z4.jpg
 全反射が起こるしきい値となる入射角αcは,次式2で計算できます.
<式2>
 αc=asin(n2/n1)

 このαcよりも小さい角度で入射する光(例えば②)は,屈折して溶液を通り抜けます.しかし,αcよりも大きい角度で入射する光(例えば③)は,溶液で反射します.つまり,αcで入射する光①を境にして,光は透過したり,反射したりします.
 図5のように,光源と反対側に受光部を置けば,どの範囲までの光が反射されたかを測定できます.この範囲が広いほど,αcが小さいことになります.式2より,αcが小さい=屈折率n2が小さい,ということです.屈折率が小さいことは,すなわち,溶液の濃度が薄いことを示します.下図6は,屈折率n2と角度αcの関係です(n1=1.5の場合).
<図6>
20110919z6.jpg


★屈折糖度計は,何を計っている? 屈折糖度計を用いるときに注意する点は,溶質の種類は問わず,溶質の濃度が高いほど,屈折率が大きくなることです.すなわち,溶質が「食塩」や「クエン酸」などであっても,屈折率は大きくなります.つまり,原理的に,屈折糖度計では,溶質の種類を区別できません.
 試しに,以下の試料で,糖度を測定してみました.
 a)砂糖水  …赤砂糖10wt%の水溶液
 b)レモン水 …レモン100%果汁(市販品)
 c)だし汁  …だしの素10wt%の水溶液

 測定結果を,下図7に示します.
<図7>
20110919z11.jpg
20110919z13a.jpg
20110919z13.jpg
 表示された糖度(Brix %)は,次の通りでした.
 a)砂糖水  : 8.7 Brix%
 b)レモン水 :10.9 Brix%
 c)だし汁  : 9.6 Brix%

 私が味見したところ,当然ですが,次の結果でした.
 a)砂糖水  :甘い
 b)レモン水 :酸っぱい
 c)だし汁  :塩辛い

 つまり,屈折糖度計では,溶液中の「溶質の濃度」を測定しているに過ぎず,「糖の濃度」を測定しているわけではありません.
 文献[3]では,糖以外の色々な成分が,測定される糖度(Brix)値にどのような影響を与えるかが示されています.これによると,濃度10%の食塩やクエン酸も,約10%のBrix値を示すようです.
[3]メカトロニクスHP;糖度と糖分について
http://mechatronics.co.jp/differential.html

 ただ,果物などでは,溶液中の溶質は,ほとんどが糖です.したがって,実用上は,糖度によって甘さを判定することが行われます.ただし,以前に述べたように,同じ濃度でも糖の種類によって「甘味度」(甘さの強さ)が異なる点には,注意が必要です.ショ糖を1としたときの甘味度は,次の通りです[4].
 ・ブドウ糖:0.6~0.7
 ・果糖  :1.2~1.5
 ・ショ糖 :1
[4]農畜産業振興機構;お砂糖豆知識2001年9月
 http://sugar.alic.go.jp/tisiki/ti_0109.htm
 つまり,果糖が主成分のリンゴと,果糖とブドウ糖が半々のブドウを,糖度だけで比べても,数値の大小だけで単純に「甘さ」を比較することはできない,ということになりそうです.糖度の大小による甘みの比較は,同一種類の果物に限るのが,無難かもしれません.


【今回の結論】
 屈折糖度計は,屈折率の変化を利用して,溶液の濃度を測定します.
 屈折糖度計では,糖分以外の溶質に対しても測定値が増大するため,注意が必要です.


「こんにちは,育休おじさん.今日は一段と猫背ですね.」
「はい.砂糖水を飲んだので,屈折率が高くなってしまいました.」
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