Qu’est ce qu’un réfractomètre ?

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Introduction :

Utilisé par les confituriers professionnels qu’ils soient industriels ou artisans, mais aussi le milieu médical, le réfractomètre est un instrument de mesure qui permet de contrôler l’indice de réfraction des milieux, comme les liquides par exemple. Cet indice de réfraction a pour but d’identifier une espèce chimique et de contrôler sa pureté. Il permet également de déterminer la composition chimique d’un mélange. Dans la chimie alimentaire, le réfractomètre sert à évaluer la teneur en sucre des fruits, des jus, des sirops, du vin, du miel, des gelées, des boissons… La valeur est utilisée est le degré Brix (voir plus loin). La sécurité et la fiabilité alliées apportent une précision confortable et permettent de rectifier très rapidement la teneur en sucre par une lecture instantanée.

Le réfractomètre du confiturier

Quelques notions  d’optique :

  • La réfraction et l’indice de réfraction :

Ce que l’on appelle la réfraction, c’est le changement de direction que subit un rayon lumineux en passant d’un milieu optique à un autre. Ce changement de direction est provoqué par la modification de la vitesse de propagation de ce rayon lumineux. En arrivant au niveau d’un milieu optique B, qui est le point d’incidence, le rayon lumineux change brusquement de vitesse. On peut comparer ce phénomène à la vitesse d’une balle brusquement ralentie lorsqu’elle est lancée dans de l’eau et brusquement ralentie par le choc. Il s’agit donc d’une absorption partielle de ce rayon lumineux. Une partie de la lumière est réfractée (absorbée) et l’autre réfléchie donc non absorbée.

  • Le modèle ondulatoire de la lumière :

L’optique étudie principalement les phénomènes perçus par l’oeil. L’optique géométrique est fondée sur le modèle du rayon lumineux alors que l’optique physique est fondée sur le modèle de l’onde lumineuse. La lumière est à la fois une onde électromagnétique capable de transmettre une énergie, et mécanique dotée d’une force. Une onde est caractérisée par une fréquence, c’est à dire le nombre de fois où cette onde se propage durant un intervalle de temps T. La lumière peut-être ainsi monochromatique, à savoir qu’elle est composée d’une onde donc d’une fréquence de propagation. A contrario, une lumière polychromatique est composée de plusieurs ondes qui se propagent à des fréquences spécifiques différentes. Une lumière monochromatique est caractérisée par une émission de couleur unique (le rayon laser), tandis que la lumière polychromatique est caractérisée par un mélange de couleurs, comme la lumière blanche par exemple. Mais pourquoi distingue t-on plusieurs couleurs de lumière quand elle traverse un milieu. Il s’agit du phénomène de diffraction de la lumière.

  • La diffraction de la lumière :

Toute onde lumineuse se propage dans un milieu matériel, liquide, solide ou gazeux mais elle peut aussi se propager dans le vide contrairement aux autres ondes électromagnétiques. Quand un rayon lumineux passe d’un milieu A, homogène, transparent et isotrope (de propriétés physiques homogènes) à un milieu B, elle se décompose, c’est à dire qu’elle est absorbée par le milieu ou réfléchie. Une partie de sa propagation est donc entravée.

  • Le réfractomètre et l’optique :

Le réfractomètre est un instrument qui utilise certains principes optiques pour estimer la concentration d’une solution. Il est important de bien savoir s’en servir (des conseils seront donnés à la suite) et être vigilant pour pouvoir en obtenir des informations fiables. Chaque substance dissoute dans de l’eau ou du sirop influence le déplacement de la lumière dans un certain volume de solution. En effet, chaque substance provoque un déplacement du parcours lumineux par rapport au parcours de l’eau pure. Le rapport entre ces deux directions est défini comme l’indice de réfraction de la substance dissoute. Plus la concentration d’une substance est élevée, plus la réfraction de la lumière est importante. Par conséquent, la mesure de l’indice de réfraction peut facilement devenir une mesure indirecte de la concentration de la substance dissoute.

Dans l’industrie acéricole (la culture des érables), on utilise le réfractomètre pour des solutions composites (eau d’érable, concentré, sirop), c’est à dire composées de plusieurs produits en solution. Par exemple, l’eau d’érable contient différents produits dont des sucres (saccharose, glucose, fructose), des acides organiques (malique, fumarique, gluconique, etc…), des minéraux (calcium, potassium, phosphore, etc…) et d’autres composés organiques provenant des micro-organismes ou constituant ceux-ci. Selon sa concentration, chacune de ces substances a sa propre influence sur le parcours lumineux. L’indice de réfraction de l’eau d’érable est, en quelque sorte, la somme de chaque constituant présent dans l’eau d’érable.

  • Comment fonctionne un réfractomètre :

Pour les réfractomètres portables qu’utilisent les confituriers, vignerons et confiseurs, la mesure se fait par transparence, au moyen d’un prisme présentant un indice de réfraction élevé, et peut être lu sur l’échelle graduée équipant l’instrument. La lumière, au passage du dioptre (une surface séparant deux milieux transparents homogènes et isotropes, d’indices de réfraction différents) entre l’échantillon et le prisme, est détournée de sa trajectoire initiale – c’est le phénomène de réfraction sur lequel se base le fonctionnement du réfractomètre .

Si l’échantillon est faiblement concentré, l’angle de réfraction est grand, car la différence d’indice de réfraction entre l’échantillon et le prisme est élevée. Si l’échantillon est très concentré, l’angle de réfraction est petit, car la la différence d’indice de réfraction entre l’échantillon et le prisme est réduit.

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Quelques dates importantes dans l’histoire du réfractomètre :

  • En 1874, Ernst Abbe, qui travaille dans l’entreprise Carl Zeiss, rédige un livre dans lequel il présente son premier réfractomètre.
  • A la fin de la première guerre mondiale Carl Zeiss perd le monopole de la production. De nombreuses entreprises agro-alimentaires développent leur propre instrument.
  • En 1926, un réfractomètre permet à la fois de mesurer l’indice d’un sucre ou d’une huile.
  • En 1976, American Optical introduit sur le marché un réfractomètre à lecture digitale.

 

Les différents réfractomètres :

  • Réfractomètre à angle variable
  • Réfractomètre de Fischer
  • Réfractomètre à immersion
  • Réfractomètre de Pulfrich
  • Réfractomètre différentiel de Brice-Phoenix
  • Réfractomètre automatique
  • Réfractomètre de poche

 

L’échelle de Brix :

L’échelle de Brix permet de mesurer en degrés Brix (°B), la fraction de saccharose dans un liquide, c’est à dire le pourcentage de matière sèche soluble. On parle également d’extrait sec. A ne pas confondre avec le degré Baumé qui s’écrit également °B. L’application principale de ce système de graduation concerne les fruits (la viticulture, l’arboriculture, la confiserie, la production de confitures…). Le nom « Brix » provient de son inventeur, Adolf Wenceslaus Brix, ingénieur et mathématicien allemand.

Quelques valeurs sur l’échelle de Brix :

  • de 0 à 20 brix : jus de fruits non concentrés, vin, sirops légers, betteraves rouges
  • de 20 à 55 brix : sauces
  • de 55 à 90 brix : sirop denses, confitures, coulis, pulpes concentrées en sucre, jus de fruits concentrés.

Le réfractomètre ou les réfractomètres dans notre travail quotidien de confiturier-confiseur :

réfractomètres

Trois réfractomètres

  • Analyse du fruit : le réfractomètre gradué en Brix de 0 à 53 % à, nous permet de déterminer la teneur en sucre du fruit qui nous servira à confectionner notre confiture. Une fois la teneur en sucre mesurée, nous pourrons calculer au mieux le pourcentage de sucre nécessaire à la confection de la préparation.
  • Mesure de la cuisson : plus précis qu’une estimation empirique (le test de la goutte) ou même qu’un thermomètre ou un pèse-sirop, le réfractomètre gradué de 30.0 % à 80.0 % nous permettra de suivre la cuisson jusqu’à son point final.
  • Pour bien l’utiliser, il faut savoir que cet instrument est fragile et qu’il ne faut pas le tremper dans de l’eau pour le laver, mais seulement nettoyer ses surfaces avec un linge légèrement humide, puis le sécher avec un papier absorbant fin.
  • La mesure doit être fait à une température de matière à 20°C. Ceci est la théorie. Il est bien évident que pendant la cuisson le sirop ou la confiture sera au dessus  des 100°C à la fin de la cuisson. Il faut savoir que plus  le produit est chaud, c’est à dire plus liquide (avant l’intensification de la gélification), plus le degré Brix sera bas. Ainsi une confiture cuite jusqu’à 50°B en refroidissant jusqu’à 20°C sera mesurée à 55°B. L’écart de valeur Brix entre le produit en cuisson et celui refroidi est de 5° B. Il est important de garder cela en mémoire afin d’éviter de faire des mesures en attendant à chaque fois le refroidissement jusqu’à 20°C.

A l’Atelier des saveurs nous utilisons trois modèles de réfractomètres de poche de la la marque ATAGO :

  • Le N-3E Brix 58 à 90% pour les pâtes de fruits
  • Le H-80 Brix 30,0 à 80,0% pour les confitures et gelées
  • Le Pal-1  numérique Brix 0 à 53% pour mesurer la teneur en sucre des fruits

 

 

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