OZNACZANIE GĘSTOŚCI

OZNACZANIE GĘSTOŚCI

PŁYNNYCH PRODUKTÓW

PŁYNNYCH PRODUKTÓW

SPOŻYWCZYCH

SPOŻYWCZYCH

Gęstość jest jedną z podstawowych cech

Gęstość jest jedną z podstawowych cech

każdej substancji, która ma istotne znaczenie

każdej substancji, która ma istotne znaczenie

w analizie środków spożywczych, zwłaszcza

w analizie środków spożywczych, zwłaszcza

tych, których sucha substancja jest w dużym

tych, których sucha substancja jest w dużym

stopniu reprezentowana przez cukry. Istnieją

stopniu reprezentowana przez cukry. Istnieją

bowiem dość ścisłe zależności między

bowiem dość ścisłe zależności między

wartościami liczbowymi gęstości roztworów

wartościami liczbowymi gęstości roztworów

wodnych a zawartością w nich cukru.

wodnych a zawartością w nich cukru.

Gęstość jest wielkością stałą, zależną od

Gęstość jest wielkością stałą, zależną od

temperatury i ciśnienia. W analizie żywności

temperatury i ciśnienia. W analizie żywności

pomiar gęstości informuje o zawartości tzw.

pomiar gęstości informuje o zawartości tzw.

ekstraktu, tj. sumy substancji

ekstraktu, tj. sumy substancji

rozpuszczalnych w wodzie i nielotnych z parą

rozpuszczalnych w wodzie i nielotnych z parą

wodną.

wodną.

W analizie żywności rozróżniane

W analizie żywności rozróżniane

są dwa rodzaje gęstości:

są dwa rodzaje gęstości:



bezwzględna,

bezwzględna,



względna.

względna.

Gęstość bezwzględna

Gęstość bezwzględna

(d) - jest

(d) - jest

określona jako stosunek masy danego

określona jako stosunek masy danego

ciała (m) do jego objętości (V)

ciała (m) do jego objętości (V)

]

cm

[g

V

m

d

3







Gęstość względna

Gęstość względna

- określona jest

- określona jest

jako stosunek masy pewnej objętości

jako stosunek masy pewnej objętości

roztworu w temperaturze do masy

roztworu w temperaturze do masy

takiej samej objętości wody, w tej

takiej samej objętości wody, w tej

samej temperaturze.

samej temperaturze.

gdzie:

gdzie:

m

m

t

t

x

x

— masa danego ciała w temp. t °C,

— masa danego ciała w temp. t °C,

m

m

t

t

w

w

— masa wody w temp. t °C

— masa wody w temp. t °C

d

d

t

t

t

t

— gęstość ciała w temp. t °C

— gęstość ciała w temp. t °C

t
w

t
x

t
t

m

m

d 

W praktyce gęstość względną danego ciała wyznacza

W praktyce gęstość względną danego ciała wyznacza

się w odniesieniu do gęstości wody równej 1 g/cm

się w odniesieniu do gęstości wody równej 1 g/cm

3

3

, w

, w

temperaturze 4 °C jest gęstością bezwzględną tego

temperaturze 4 °C jest gęstością bezwzględną tego

ciała.

ciała.

gdzie;

gdzie;

m

m

t

t

x

x

— masa danego ciała w temp. t °C,

— masa danego ciała w temp. t °C,

m

m

4

4

w

w

— masa wody w temp. 4 °C,

— masa wody w temp. 4 °C,

d

d

t

t

4

4

— gęstość bezwzględna danego ciała w temp.

— gęstość bezwzględna danego ciała w temp.

4°C.

4°C.

4

w

t
x

t

4

m

m

d 

W celu przeliczenia gęstości

W celu przeliczenia gęstości

względnej na bezwzględną mnoży

względnej na bezwzględną mnoży

się wartość liczbową gęstości

się wartość liczbową gęstości

względnej danego ciała przez

względnej danego ciała przez

gęstość wody w temp. pomiaru t

gęstość wody w temp. pomiaru t

°C:

°C:

t
w

t
t

t

4

d

d

d





gdzie:
d

t

4

— gęstość bezwzględna danego ciała w temp. t ° C

[gcm

-3

],

d

t

t

— gęstość względna ciała w temp. t ° C,

d

t

w

— gęstość wody w temp. t ° C [gcm

-3

].

W analizie produktów

W analizie produktów

spożywczych gęstość cieczy

spożywczych gęstość cieczy

wyznacza się trzema metodami:

wyznacza się trzema metodami:

A) areometrycznie

A) areometrycznie

B) piknometrycznie

B) piknometrycznie

C) hydrostatycznie

C) hydrostatycznie

A. W metodzie areometrycznej

A. W metodzie areometrycznej

używany

używany

jest przyrząd zwany

jest przyrząd zwany

areometrem.

areometrem.

Zbudowany

Zbudowany

jest on ze szklanej bańki o wydłużonym

jest on ze szklanej bańki o wydłużonym

kształcie, obciążonej ołowiem lub rtęcią

kształcie, obciążonej ołowiem lub rtęcią

(zapewniając utrzymanie pozycji pionowej

(zapewniając utrzymanie pozycji pionowej

podczas pomiaru), bańka szklana przechodzi w

podczas pomiaru), bańka szklana przechodzi w

szklany trzpień, wewnątrz którego znajduje się

szklany trzpień, wewnątrz którego znajduje się

skala. Pomiaru dokonuje się zanurzając areometr

skala. Pomiaru dokonuje się zanurzając areometr

w badanej cieczy i odczytując jego wskazania ze

w badanej cieczy i odczytując jego wskazania ze

skali według menisku górnego lub dolnego.

skali według menisku górnego lub dolnego.

Zasada pomiaru opiera się na prawie

Zasada pomiaru opiera się na prawie

Archimedesa i sprowadza się do tego, że

Archimedesa i sprowadza się do tego, że

areometr w stanie równowagi wypiera swoją

areometr w stanie równowagi wypiera swoją

zanurzoną częścią masę cieczy równą jego

zanurzoną częścią masę cieczy równą jego

ciężarowi.

ciężarowi.

Im większa jest gęstość cieczy, tym

Im większa jest gęstość cieczy, tym

mniejsze jest zanurzenie areometru

mniejsze jest zanurzenie areometru

i odwrotnie.

i odwrotnie.

Areometr będzie tym czulszy, im

Areometr będzie tym czulszy, im

większa będzie objętość bańki, im

większa będzie objętość bańki, im

cieńszy i lżejszy będzie trzpień, a

cieńszy i lżejszy będzie trzpień, a

gęstość badanej cieczy będzie

gęstość badanej cieczy będzie

mniejsza.

mniejsza.

W laboratoriach przemysłu

W laboratoriach przemysłu

spożywczego do pomiaru gęstości

spożywczego do pomiaru gęstości

cieczy używane są trzy grupy

cieczy używane są trzy grupy

areometrów:

areometrów:



podające gęstość bezpośrednio w

podające gęstość bezpośrednio w

wartościach liczbowych,

wartościach liczbowych,



wskazujące procentową zawartość

wskazujące procentową zawartość

substancji rozpuszczonej,

substancji rozpuszczonej,



wyskalowane w stopniach umownych.

wyskalowane w stopniach umownych.

Spośród areometrów podających gęstość

Spośród areometrów podających gęstość

bezpośrednio w wartościach liczbowych

bezpośrednio w wartościach liczbowych

wyróżniamy:

wyróżniamy:

a) areometr

a) areometr

Gay-Lussaca

Gay-Lussaca

lub tzw. szkolny, wskazuje

lub tzw. szkolny, wskazuje

gęstość bezpo średnio w g /cm

gęstość bezpo średnio w g /cm

3

3

;

;

b) areometr

b) areometr

Oechslc

Oechslc

(°Oc), w którym ogólna

(°Oc), w którym ogólna

zależność pomiędzy gęstością badanego roztworu

zależność pomiędzy gęstością badanego roztworu

a wskazaniami areometru przedsta wia się

a wskazaniami areometru przedsta wia się

następująco:

następująco:

stad 15

stad 15





Oe=1,015 g

Oe=1,015 g





cm

cm

-3

-3

c)

c)

laktodensymetr

laktodensymetr

(°Ld) — kiedy wskazanie

(°Ld) — kiedy wskazanie

laktodensymetru wynosi np. 31,5°Ld, odpowiada to

laktodensymetru wynosi np. 31,5°Ld, odpowiada to

gęstości mleka d = 1,0315 g /cm

gęstości mleka d = 1,0315 g /cm

3

3

,

1000

O

1

d

e

15
15





Do grupy areometrów wskazujących

Do grupy areometrów wskazujących

procentową zawartość

procentową zawartość

sub

sub

stancji

stancji

rozpuszczonej zaliczamy:

rozpuszczonej zaliczamy:

a)

a)

alkoholomierze:

alkoholomierze:



areometr

areometr

Trallesa

Trallesa

(°Tr) — wskazuje w

(°Tr) — wskazuje w

procentach objętościowych (v/v) zawartość

procentach objętościowych (v/v) zawartość

alkoholu etylowego w roztworach wodnych,

alkoholu etylowego w roztworach wodnych,

stosowany w Polsce.

stosowany w Polsce.



areometr

areometr

Richtera

Richtera

- wskazuje procenty

- wskazuje procenty

wagowe (g/g) alkoholu etylowego w

wagowe (g/g) alkoholu etylowego w

roztworach wodnych, nie stosowany w Polsce.

roztworach wodnych, nie stosowany w Polsce.

b)

b)

cukromierze:

cukromierze:



areometr

areometr

Brixa

Brixa

(°Bx) - określa

(°Bx) - określa

procentową zawartość sacharozy w

procentową zawartość sacharozy w

czystych roztworach wodnych w

czystych roztworach wodnych w

procentach wagowych [g/100 g] i tak

procentach wagowych [g/100 g] i tak

np. 8°Bx odpowiada 8

np. 8°Bx odpowiada 8

g sacharozy

g sacharozy

rozpuszczonej w 100 g roztworu.

rozpuszczonej w 100 g roztworu.



areometr

areometr

Ballinga

Ballinga

(°Blg) — w roztworach cukru

(°Blg) — w roztworach cukru

wskazuje procentową zawartość tego cukru [g/100g],

wskazuje procentową zawartość tego cukru [g/100g],

w temp. normalnej 20 °C; w przypadku pomiaru

w temp. normalnej 20 °C; w przypadku pomiaru

gęstości roztworów wieloskładnikowych

gęstości roztworów wieloskładnikowych

zawierających różne substancje (cukry, kwasy, białka,

zawierających różne substancje (cukry, kwasy, białka,

barwniki, garbniki, itp.) wskazania areometru Ballinga

barwniki, garbniki, itp.) wskazania areometru Ballinga

odpowiadają zawartości tzw. ekstraktu. Należy

odpowiadają zawartości tzw. ekstraktu. Należy

pamiętać, że wymienione składniki wpływają na

pamiętać, że wymienione składniki wpływają na

podwyższenie gęstości roztworów wodnych w

podwyższenie gęstości roztworów wodnych w

stosunku do gęstości wody (d = 1,0 g cm

stosunku do gęstości wody (d = 1,0 g cm

3

3

), podczas

), podczas

gdy występujący w niektórych produktach

gdy występujący w niektórych produktach

spożywczych alkohol etylowy (piwo, wino) obniża

spożywczych alkohol etylowy (piwo, wino) obniża

gęstość badanych cieczy. W takich przypadkach

gęstość badanych cieczy. W takich przypadkach

wskazania powyższego areometru, odpowiadają

wskazania powyższego areometru, odpowiadają

zawartości tzw. ekstraktu pozornego, który w

zawartości tzw. ekstraktu pozornego, który w

odróżnieniu od ekstraktu rzeczywistego oznaczany

odróżnieniu od ekstraktu rzeczywistego oznaczany

jest w produktach jako suma składników

jest w produktach jako suma składników

rozpuszczalnych w wodzie związki lotne, np. alkohole.

rozpuszczalnych w wodzie związki lotne, np. alkohole.

Areometr ze skalą umowną:

Areometr ze skalą umowną:



areometr

areometr

Baumego

Baumego

(°Be) —

(°Be) —

temperatura normalna dla wskazań

temperatura normalna dla wskazań

tego typu areometru wynosi 15 °C, i

tego typu areometru wynosi 15 °C, i

tak np. dla wody areometr ten

tak np. dla wody areometr ten

wskazuje wartość 0°C Be, a dla

wskazuje wartość 0°C Be, a dla

kwasu siarkowego stężenie

kwasu siarkowego stężenie

66 °Be. Wykorzystywany jest on do

66 °Be. Wykorzystywany jest on do

pomiaru gęstości melasy, zasady

pomiaru gęstości melasy, zasady

sodowej, kwasu siarkowego itp.

sodowej, kwasu siarkowego itp.

Należy pamiętać, że pomiar gęstości cieczy

Należy pamiętać, że pomiar gęstości cieczy

przeprowadzany przy użyciu różnych

przeprowadzany przy użyciu różnych

areometrów wykonywany jest w

areometrów wykonywany jest w

temperaturze ich cechowania, podanej

temperaturze ich cechowania, podanej

zwykle obok podziałki na skali areometru

zwykle obok podziałki na skali areometru

(zazwyczaj jest to

(zazwyczaj jest to

temp. 20 °C). Jeżeli temperatura badanego

temp. 20 °C). Jeżeli temperatura badanego

roztworu odbiega o kilka stopni od

roztworu odbiega o kilka stopni od

temperatury wymaganej (tzn. tej, dla której

temperatury wymaganej (tzn. tej, dla której

areometr został wyskalowany), należy po

areometr został wyskalowany), należy po

dokonaniu pomiaru uwzględnić poprawkę

dokonaniu pomiaru uwzględnić poprawkę

temperaturową podaną w specjalnej tablicy

temperaturową podaną w specjalnej tablicy

B. W metodzie piknometrycznej

B. W metodzie piknometrycznej

pomiar gęstości wykonywany jest za

pomiar gęstości wykonywany jest za

pomocą piknometru. Oznaczenie to

pomocą piknometru. Oznaczenie to

polega na porównaniu masy pewnej

polega na porównaniu masy pewnej

objętości roztworu badanego z masą

objętości roztworu badanego z masą

tej samej objętości wody o tej samej

tej samej objętości wody o tej samej

temperaturze.

temperaturze.

Piknometr

Piknometr

- zbudowany jest ze

- zbudowany jest ze

szkła, ma kształt miarowej kolbki

szkła, ma kształt miarowej kolbki

z kapilarną szyjką o pojemności

z kapilarną szyjką o pojemności

25 lub 50 ml. Przy dokładnych

25 lub 50 ml. Przy dokładnych

oznaczeniach mas piknometry

oznaczeniach mas piknometry

pozwalają określić gęstość z

pozwalają określić gęstość z

dokładnością do 5 miejsca

dokładnością do 5 miejsca

dziesiętnego.

dziesiętnego.

Aby obliczyć wartość liczbową gęstości

Aby obliczyć wartość liczbową gęstości

metodą piknometryczną, należy określić

metodą piknometryczną, należy określić

gęstość względną roztworu według wzoru:

gęstość względną roztworu według wzoru:

0

1

0

2

t
t

m

m

m

m

d







gdzie:
m

o

— masa piknometru pustego [g]

m

1

— masa piknometru z wodą [g]

m

2

— masa piknometru z badanym roztworem [g].

Obliczoną wartość gęstości

Obliczoną wartość gęstości

względnej można przeliczyć na

względnej można przeliczyć na

gęstość bezwzględną, mnożąc

gęstość bezwzględną, mnożąc

wartość liczbową gęstości

wartość liczbową gęstości

względnej przez gęstość wody w

względnej przez gęstość wody w

temp. pomiaru t. Najczęściej

temp. pomiaru t. Najczęściej

gęstość roztworów wyraża się

gęstość roztworów wyraża się

jako d

jako d

20

20

4

4

lub d

lub d

I5

I5

4

4

.

.

C. Zasada metody hydrostatycznej

C. Zasada metody hydrostatycznej

pomiaru gęstości opiera się na prawie

pomiaru gęstości opiera się na prawie

Archimedesa, przy czym w przeciwieństwie

Archimedesa, przy czym w przeciwieństwie

do metody areometrycznej - w której

do metody areometrycznej - w której

wielkością stałą była masa areometru, a

wielkością stałą była masa areometru, a

zmienną stopień jego zanurzenia w

zmienną stopień jego zanurzenia w

metodzie hydrostatycznej, stała jest

metodzie hydrostatycznej, stała jest

objętość nurnika, a zmienna masa

objętość nurnika, a zmienna masa

roztworu wypieranego przez zanurzony

roztworu wypieranego przez zanurzony

nurnik. W praktyce do pomiaru gęstości

nurnik. W praktyce do pomiaru gęstości

najczęściej stosowane są wagi Mohra-

najczęściej stosowane są wagi Mohra-

Westphala i Reimanna-Parowa.

Westphala i Reimanna-Parowa.

Obliczenie gęstości badanej cieczy

Obliczenie gęstości badanej cieczy

umożliwia następujący wzór:

umożliwia następujący wzór:

V

g

G

G

d

c

0







gdzie:
V – objętość ciała (nurnik)
G

o

– ciężar ciała w powietrzu

G

c

– ciężar ciała w cieczy

g – przyspieszenie ziemskie