糖度計は何を見ているのか — Brixの数字が意味すること | コラム

ラーメンのスープを管理するために、糖度計を使っている。

スープを数滴垂らすと、画面には「8.2」のような数字が表示される。昨日と今日を比べれば、いつもの範囲に入っているかがひと目でわかる、便利な道具だ。

けれど、ここでひとつ疑問が浮かぶ。糖度計は、いったい何を測っているのだろう。

もちろん「スープに糖が8.2%入っている」という意味ではない。多くのデジタル糖度計が直接測っているのは、糖の量ではなく、液体の屈折率である。

糖度計は、糖を直接見ていない

屈折式の糖度計は、液体に光を当てたときの光学的な性質——屈折率——を求めている。

そしてこの屈折率を、

この屈折率は、ショ糖水溶液のおよそ何%に相当するか

という尺度に換算して表示する。これが Brix(°Bx) だ。

対象がショ糖水溶液であれば、Brixはショ糖濃度とそのまま対応する。ところがラーメンスープは、ショ糖水溶液ではない。塩、アミノ酸、有機酸、そのほかさまざまな成分が溶けており、脂質や微粒子も含んでいる。

したがって、ラーメンスープで表示されたBrixの数字を、そのまま「糖分◯%」と読むことはできない。

では、糖以外のものが溶けていると、何が変わっているのだろう。その答えを知るには、まず「なぜ物質によって光の進み方が変わるのか」を考える必要がある。

なぜ水に何かを溶かすと光の進み方が変わるのか

真空中の光速を c、物質中での光の位相速度を v とすると、屈折率 n は

n = c / v

と表される。水の屈折率は可視光の範囲でおよそ1.33だ。

ここで、

水の中では光が分子にぶつかりながら進むから遅くなる

と考えたくなる。しかし、このイメージは正確ではない。

光は電磁波である(光の科学で扱った内容だ)。光の電場が物質に入ると、その電場に対して物質中の電子分布や分子が応答する。電場によって電荷の分布がわずかに変化する分極が生じる。そして、分極した物質自身が電磁場を生み出す。

つまり物質中を伝わる光を考えるときには、

外から入ってきた電磁波
その電磁波に応答して物質が作る電磁場

を切り離して考えることができない。この結果、物質中を伝播する波は、真空中とは異なる位相の進み方をする。私たちが巨視的に「屈折率」と呼んでいる値は、この光と物質の相互作用の結果を表している。

では、なぜ何かを溶かすと屈折率が変わるのか

水に糖を溶かす。すると、液体の組成が変わる。

単位体積の中に存在する分子の種類や数が変わり、その電子構造が光の電場に対する分極応答を変化させる。すると、液体全体としての電磁場への応答が変わる。この結果として、屈折率が変化する。

大まかに書けば、

組成が変わる → 光の電場に対する物質の応答が変わる → 分極・誘電応答が変わる → 光の位相の進み方が変わる → 屈折率が変わる

という流れになる。

だから、屈折率を変えるのは糖だけではない。塩でも、その他の溶質でも、液体の光学的性質は変化する。糖度計という名前では、あたかも糖分子だけを識別して数えているように聞こえるが、そうではない。

糖度計が見ているのは、液体に対する光の応答である。

Brix 8.2とは、何を意味するのか

ここでラーメンに戻る。

ある日のスープを測定したところ、糖度計が 8.2 °Bx を示したとする。

これは、

「このスープには糖が8.2%含まれている」

という意味ではない。屈折式糖度計についてより正確に言えば、

「測定された屈折率が、ショ糖水溶液のBrix 8.2に相当する」

という意味になる。ラーメンスープでは、複数の成分が測定値に影響する。そのため、Brixだけから何がどれだけ入っているかを逆算することはできない。

それでも、Brixはスープの管理には使える。なぜなら、同じ食材・同じ分量・同じ工程で作ったスープを継続的に測定すれば、いつもの状態からどの程度ずれているかを見る指標になるからだ。

大事なのは、数字を出すことではない

糖度計を買えば、数字は出る。けれども、数字が表示されることと、その数字を理解することは同じではない。

例えば昨日は8.2で、今日は8.8だった。ここで必要なのは「0.6上がった」という記録だけではない。なぜ上がったのか。

煮詰まったのか
食材の仕入れ違いなのか
水分量なのか
測定温度なのか
仕込み工程の違いなのか

そして、その変化は味にどう表れるのか。ここまで考えて初めて、その数字が品質管理に使える。

異常を知るには、標準を知る必要がある

私たちは、ラーメンをいつも同じ状態で提供したい。そのためには、異常に気づかなければならない。

しかし異常を知るには、標準を知る必要がある。

そして、標準を知るには、値の意味を知る必要がある。

Brix、塩分濃度、温度、重量、時間。測っているものはいろいろある。けれど、数字が通り過ぎることそのものが目的ではない。

何を測っているのか
なぜその値になるのか
何が変わればその値が変わるのか

これを理解した上で標準を決め、標準からの逸脱を見つけ、原因を調べ、工程を直す。

私たちにとって糖度計は、単に「甘い・薄い」を数字にした道具ではない。**今日のスープが、いつものスープと同じ状態にあるのか。**それを考えるための、ひとつの計測器である。

値の意味を知る

糖度計を使えば、数秒でBrixが表示される。けれども、その一つの数字がたどっている経路は、

屈折率 → 電磁波 → 分極 → 物質の光学応答

へと行き着く。ラーメン一杯を作るために、ここまで知る必要はないのかもしれない。

それでも、私たちは測定値を品質管理に使う。ならば少なくとも、

「この計器が何を見ているのか」

それは知っておきたいと思う。