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
[gcm
-3
],
d
t
t
— gęstość względna ciała w temp. t ° C,
d
t
w
— gęstość wody w temp. t ° C [gcm
-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