El índice de refracción es una característica óptica de las sustancias y las partículas disueltas en ella. Este principio se usa para conseguir características deseadas cuando se fabrican productos de higiene personal, por ejemplo, para producir maquillajes que reflejan la luz y que dan al usuario una apariencia brillante, se escoge materia prima que refracta y refleja la luz, como la mica. Lo opuesto también se aplica al hacer productos que maquillan las líneas de la piel; se usan materiales que absorben la luz y con bajos índices de refracción, como los óxidos de hierro. El índice de refracción también es llevado a las lociones y los productos para el cabello; por ejemplo, al shampoo y los acondicionadores se les agrega compuestos de silicona para aumentar el brillo. Debido a un alto índice de refracción muy cercano al del cabello, el fenil dimeticona es un compuesto de silicona encontrado comúnmente en los acondicionadores. Una nueva tendencia en el mercado de productos de higiene personal son los geles claros, encontrados en desodorantes, geles desinfectantes, shampoo y demás. Para lograr un gel claro, los índices de refracción de los componentes acuosos y no acuosos deben coincidir en la emulsión.

El índice de refracción de una sustancia está fuertemente influenciado por la temperatura y por la longitud de onda de la luz utilizada para medirlo; por lo anterior, deben controlarse o compensarse las diferencias de temperatura y longitud de onda. Típicamente los índices de refracción son reportados compensándolos a una temperatura de referencia de 20°C (nD₂₀) o no compensado (nD). Los valores de n típicos para soluciones acuosas comunes se enlistan en la tabla siguiente.

Aplicación

En la fabricación de artículos para el aseo personal como lociones, cremas, shampoos y jabón líquido corporal, se busca medir el índice de refracción de la materia prima y productos terminados para propósitos de control de calidad y reportes. Un producto típico como el jabón líquido para cuerpo contiene agua, surfactantes o detergentes, compuestos antibacteriales, fragancias, esencias y en ocasiones, ajustadores de pH; aunque la medición de los índices de refracción en materias primas o productos finales no es un indicador de las concentraciones de componentes individuales, es importante para asegurar la consistencia del producto lote a lote. El índice de refracción de un producto final puede indicar que todos los componentes están presentes en las concentraciones correctas, asegurando así que el producto final exhiba las cualidades deseadas.

En refractómetro digital HI96800 para la medición de índice de refracción y % Brix en materiales acuosos es ideal para esta aplicación ya que muestra directamente el índice de refracción en la pantalla. Además, cuenta con la característica de compensación automática de temperatura (AT) y un amplio intervalo de compensación, de 1.3330 a 1.5040 nD₂₀, con una alta exactitud de ±0.005 nD₂₀. El depósito para muestra de acero inoxidable es fácil de limpiar, y la operación mediante tres botones es de fácil uso para personas sin muchos conocimientos técnicos.

A continuación, se muestra una tabla con las especificaciones del refractómetro HI96800.

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En las frutas, la maduración se refleja por los cambios en la morfología, en la fisiología y la bioquímica que desencadena en un fruto que se encuentra apto para que se consuma. Además del cambio en el sabor y en la apariencia física, la composición nutricional de las frutas también sufre un cambio durante el proceso de maduración.

Uno de los aspectos que refleja la madurez es el cómo se comportan los sólidos solubles o % Brix en el néctar de la fruta. Este néctar está compuesto por 80 a 95% de azúcares lo que hace que la medición de sólidos solubles sea un buen parámetro para inferir la madurez de las frutas, ya que se podría afirmar que el % Brix cambia con respecto a la etapa de maduración de las mismas.

Es decir, mientras la fruta pasa por las diferentes etapas de maduración, la composición de azúcares va aumentando, por lo que al término de la maduración se esperan lecturas más altas de % Brix que al inicio.

Este parámetro es muy utilizado en la industria agrícola, ya que ayuda a determinar el momento de cosecha para su posterior comercio, y ofrece información a la industria de alimentos para llevar a cabo procesos como: enlatado de frutos, producción de mermeladas, y otros.

La técnica que se utiliza para la determinación de sólidos solubles es la refractometría, que se basa en medir qué tanto se desvía la luz en una muestra con respecto a un blanco de agua.

Esta técnica se realiza en equipos electroanalíticos como los refractómetros digitales o en equipos más convencionales como los refractómetros manuales. En ambos casos la medición se fundamenta en el índice de refracción de las sustancias. El índice de refracción es una característica óptica de una sustancia y el número de partículas disueltas en esta. Se define como la relación de la velocidad de la luz en un espacio vacío en relación a la velocidad de la luz a través de una sustancia. Un resultado de esta propiedad es que la luz se “desviará”, o cambiará de dirección, cuando viaja a través de una sustancia de diferente índice de refracción.

Gracias a este parámetro y los equipos que miden esta desviación de la luz se puede medir el contenido de azúcar de diferentes matrices alimentarias, entre estas las frutas a lo largo de las diferentes etapas de maduración, por lo que los refractómetros son equipo utilizados en la industria de agricultura para inferir el momento adecuado de la cosecha.

En Hanna instruments ofrecemos una amplia variedad de refractómetros que son útiles para esta aplicación. Como ejemplo se tiene el HI96800, que es un refractómetro digital que proporciona lecturas de índice de refracción y % Brix, lo cual es de gran utilidad para determinar el contenido de azúcar presente en frutas.

Este refractómetro cuenta con las siguientes características.

http://www.scielo.org.co/pdf/agc/v25n1/v25n1a10.pdfhttps://hannainst.com.mx/boletines/la-refractometria-como-metodo-para-determinar-la-concentracion-de-las-soluciones/

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Los colibríes son un grupo de aves popular para su observación en los jardines, son uno de los pájaros más pequeños del mundo, sólo se localizan en América y la mayoría de las especies son nativas de Centro y Sudamérica. A pesar de su pequeño tamaño, los colibríes tienen el metabolismo más rápido que cualquier otro animal del mundo, para comparar, su tasa de metabolismo es 100 veces más rápida que la de los elefantes; debido a esto, los colibríes requieren de alimentación frecuente y comen de 5 a 8 veces por hora. Su alto metabolismo también los obliga a conservar energía cuando sea posible, así que estas aves entran continuamente en un estado de adormecimiento llamado “sopor” cuando no es posible comer, por ejemplo durante la noche o durante días fríos y lluviosos.

La dieta de los colibríes consiste principalmente en néctar de flores y como fuente de proteínas, típicamente insectos pequeños; mosquitos, moscas y escarabajos son los más consumidos porque se pueden tragar enteros. El néctar es un fluido azucarado secretado por las plantas para favorecer la polinización, se compone en su mayoría por sacarosa, fructosa y glucosa, así como pequeñas cantidades de proteína, sodio y sales de potasio. La concentración del néctar de las flores varía según la especie, lo que significa que las aves tienen que alimentarse con diferente frecuencia según sea la concentración del néctar de la flor.

A menudo se usan comederos de aves para atraer a los colibríes a los patios y jardines en los meses más cálidos, el primer comedero para colibríes disponible comercialmente se diseñó a finales de los años 20 a partir de una botella de vidrio modificada. Los comederos están típicamente coloreados de rojo para imitar a las flores, tienen pequeños agujeros de los que las aves toman el néctar sintético. Basados en las tasas y mecanismos de alimentación, se ha determinado que la concentración óptima de sacarosa del néctar para colibríes está entre 35 y 45% de sacarosa.  El néctar está disponible en las tiendas comerciales o puede elaborarse de forma casera usando azúcar común (sacarosa) y agua. El néctar comercial está disponible en varias presentaciones, incluyendo en polvo, líquido concentrado y líquido listo para usarse, a menudo se agregan conservadores como ácido cítrico y benzoato de sodio para incrementar su vida útil.

Aplicación

Un fabricante de alimentos para mascota contactó a Hanna Instruments para consultar cómo medir la concentración de su néctar para colibríes prefabricado, querían asegurar la exactitud de la etiqueta de su producto, la cual establece que el néctar contiene no más del 10% de sacarosa. El cliente quería una manera rápida y exacta de hacerlo con un medidor portátil, y fácil de usar en el piso de producción. Hanna Instruments sugirió el refractómetro digital HI96801 para análisis de Brix; el Brix es una unidad común para la medición de azúcar y se refiere al porcentaje de sacarosa en una solución por peso. La portabilidad del instrumento y el pequeño tamaño de la muestra requerido para una lectura (2 gotas métricas) se ajustan a las necesidades de producción del cliente, quien además apreció la resolución del equipo de 0.1% Brix y su alta exactitud de  ±0.2% Brix. La operación simple y rápida de la muestra, con una respuesta de 1.5 segundos, permitió al cliente realizar réplicas y asegurar así resultados representativos. El cliente valoró positivamente el amplio intervalo de medición del equipo HI9680, que va de 0 a 85% Brix, ya que fabrican néctar en concentraciones que van de 60 a 80% Brix, este equipo permitió incrementar la eficiencia en la producción y verificar la calidad y consistencia de los productos de néctar para colibríes.

Refractómetro digital para análisis de Brix en alimentos

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Refractometría es el método para determinar el índice de refracción de una sustancia  con el propósito de evaluar su composición.

El índice de refracción es dependiente de la temperatura y es característico de cada sustancia en particular. En las mediciones se debe tener cuidado de compensar las diferencias de temperaturas de la muestra. El índice de refracción es usualmente reportado a una temperatura de 20 grados Celsius, lo cual es igual a 68 grados Fahrenheit.

Índice de refracción

Las determinaciones son realizadas por mediciones del índice de refracción de una solución. El índice de refracción es una característica óptica de una sustancia y el número de partículas disueltas en esta.

El índice de refracción se define como la relación de la velocidad de la luz en un espacio vacío en relación a la velocidad de la luz a través de una sustancia.

Un resultado de esta propiedad es que la luz se “desviará”, o cambiará de dirección, cuando viaja a través de una sustancia de diferente índice de refracción. Esto es llamado” REFRACCIÓN”.

Cuando pasa por un material de un alto a bajo índice de refracción, hay un ángulo crítico en el que un haz de luz incidente ya no puede refractar, sino que se reflejará en la interfaz.

El ángulo crítico puede ser usado para calcular fácilmente el índice de refracción con la sig. ecuación:

sen (q)=n₂/n₁

Donde n₂ es el índice refractivo del medio de densidad más bajo; n₁ es el índice de refracción del medio de densidad más alto.

La luz de un led pasa a través de un prisma en contacto con la muestra.

Un sensor de imagen determina el ángulo crítico al cual la luz no se refracta en la muestra. Algoritmos especializados entonces aplican la compensación de temperatura a la medición y convierten el Índice de refracción al parámetro específico.

En HANNA instruments contamos con una amplia variedad de refractómetros, como son:

Refractómetros digitales para análisis de azúcar en vino: HI96811, HI96813, HI96814, HI96816.

Refractómetros digitales para análisis de azúcar en la industria alimenticia: HI96800, HI96801, HI96802, HI96803, HI96804

Refractómetro digital para mediciones de cloruro de sodio en la industria alimenticia: HI96821

Refractómetro Digital para análisis de agua de mar natural o artificial: HI96822

Refractómetro Digital para el análisis de etilenglicol: HI96831

Refractómetro Digital para análisis de propilenglicol: HI96832

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Dentro de las salsas más populares para acompañar los alimentos, la salsa de tomate es una de las más conocidas, ya que es el complemento perfecto para una serie de alimentos. Es un alimento con pocas calorías, es fuente de fibra, sales minerales y carotenoides. Su preparación es sencilla y la receta puede ser muy popular, pero una fabricación en gran escala debe obedecer a normas estrictas y debe tener los parámetros adecuados para que el producto final sea de buena calidad, incluyendo su valor de grados Brix.

El tomate es un alimento con pocas calorías, es fuente de fibras, sales minerales y beta caroteno. Sus derivados se utilizan mucho en la cocina debido a su color porque mejora la apariencia de los platos. La pulpa de tomate se obtiene por procesos de extracción y refinación del tomate que se calienta y se tritura previamente. Algunas veces se le puede complementar con cebolla, sal, aceite, ajo y otros condimentos para proporcionarle mayor sabor. Un problema que existe en cuanto a la calidad de las salsas de tomate es que solo hasta fechas recientes se han definido los parámetros de calidad que son válidos en todo el mundo. Mientras que las principales firmas y compañías de alimentos tienen procedimientos de control de calidad bien establecidos, así como técnicas y métodos desarrollados, no siempre habían sido confiables. Además los métodos de análisis tenían grandes variaciones en cada país, y en algunos países no había siquiera métodos oficiales de análisis. El tomate está formado por la piel, el pericarpio y el contenido locular. Las cavidades están llenas de celdas parenquimales semejantes a un gel que rodea a las semillas. Cerca de la mitad de la materia seca total consiste de azúcares reductores, glucosa y fructosa, así como cerca del 10% de ácidos orgánicos, principalmente el cítrico y el málico, 1% de piel y semillas, minerales, pigmentos, vitaminas y lípidos. Con respecto al grado de la pasta de tomate, algunos organismos internacionales emiten valores de composición y calidad, como la FAO a través del Codex Alimentarius, la USDA, o EL Comité Internacional Permanente de las Conservas (CIPC).

Las pastas y purés de tomate contienen tanto sólidos solubles como insolubles, con cerca del 87.5% del total de sólidos de forma soluble y 12.5% insolubles. Los sólidos solubles se determinan mediante un refractómetro de acuerdo al método oficial de análisis AOAC 970.59. Es muy frecuente reconocer que durante el procesamiento se agregan ciertas cantidades de sal que afectan la lectura del refractómetro, y para efectos de evaluación de la calidad se debe realizar una corrección de tal forma que se cuantifique dicha cantidad de sal agregada.

Algunos de los parámetros medidos en una salsa de tomate son el color, el pH, el contenido de solidos solubles (⁰Brix) y la textura. Los resultados de las mediciones conducidas por el Laboratorio de Tecnología de Alimentos de la Universidad Federal e Sergipe en pulpas, extractos y salsas de tomate se muestran en la siguiente tabla:

Durante el procesamiento industrial para preparación de una salsa de ejemplo se persiguen ciertos valores de los grados Brix en diferentes etapas de la producción: el tomate fresco debe traer 4.5⁰Brix, y después de una etapa de lavado, corte y calentamiento de la pasta, al aumentar la temperatura y hervir por 40 minutos se debe agitar hasta alcanzar un valor de 10-12 ⁰Brix. Después de agregar especias y colocarlo en un despulpador para retirar las semillas y la piel, un cocimiento posterior debe mantener los Brix en 10-12. Se realiza un hervido, se retira el agua del baño de hervido, se agrega lentamente agua fría, y se almacena en condiciones secas evitando la exposición a la luz. Los análisis del Brix deben ser rápidos y puntuales, para aumentar la eficiencia y calidad del proceso de producción. Con las variaciones de temperatura involucradas, el refractómetro usado debe tener de forma deseable un mecanismo para compensar las lecturas por la acción de las diferentes temperaturas.

HANNA® instruments fabrica el medidor de índice de refracción y grados Brix modelo HI96800, que proporciona lecturas rápidas y exactas al compensarlas por temperatura basándose en algoritmos programados para soluciones estándar de sacarosa. Usa una cantidad muy pequeña de la muestra sobre el prisma de medición, y es impermeable para facilitar las operaciones de limpieza entre muestras y calibraciones. Dicha calibración se realiza con agua desionizada, de tal forma que no hay necesidad de adquirir soluciones estándar de calibración por separado. En caso de requerir una calibración más avanzada por razones de validación o calidad, Hanna fabrica el estándar de 50%Brix que se puede solicitar con el código HI4020-11.

Otra alternativa es que el usuario puede preparar su propia solución estándar de % Brix de la siguiente forma:

Colocar un frasco o vial en la balanza analítica, tarar, pesar X gramos de sacarosa de alta pureza (CAS No. 57-50-1), y agregar agua desionizada hasta que el peso total de la solución sea de 100g.

La siguiente tabla es un ejemplo de concentración de 25% Brix con las siguientes proporciones:

Ejemplo con 25% Brix.

El refractómetro de Hanna tiene una escala de 0 a 85 %Brix, un intervalo de índice de refracción de 1.3300 a 1.50080 nD, temperaturas de 0 a 80⁰C y una exactitud de ±0.0005 nD.

Referencias

Avaliação da qualidade de extratos, molhos e polpas de tomates. Universidade Federal e Sergipe

Disponible en: https://www.sovergs.com.br/site/higienistas/trabalhos/10041.pdf

Sauces – chutneys. Food and Agriculture Organization of the United Nations.

Disponible en: https://www.fao.org/3/a-au118e.pdf

Hayes, W., Smith, P., The production and quality of tomato concentrates

Disponible en: https://ucanr.edu/datastoreFiles/608-1129.pdf

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