Гравитация (алкогольный напиток)

Термометр для проверки температуры пива

Гравитация в контексте ферментации алкогольных напитков относится к удельному весу (сокращенно SG) или относительной плотности сусла или сусла по сравнению с водой на различных стадиях ферментации. Концепция используется в пивоваренной и винодельческой отраслях. Удельный вес измеряется ареометром , рефрактометром , пикнометром или электронным счетчиком с осциллирующей U-образной трубкой .

Плотность сусла во многом зависит от содержания сахара в сусле. Во время спиртового брожения дрожжи превращают сахара в углекислый газ и спирт. Отслеживая снижение удельной плотности с течением времени, пивовар получает информацию о состоянии и ходе ферментации и определяет, что она завершена, когда плотность перестает снижаться. Если брожение завершено, удельный вес называется конечным весом (сокращенно FG). Например, для типичного крепкого пива исходная плотность (сокращенно OG) может составлять 1,050, а FG — 1,010.

Для измерения исходной силы тяжести использовалось несколько различных шкал. По историческим причинам пивоваренная промышленность в основном использует шкалу Платона (°P), которая по сути аналогична шкале Брикса , используемой в винодельческой промышленности. Например, OG 1,050 примерно эквивалентен 12  °P.

Принимая во внимание первоначальную плотность, пивовар или винодел получает представление о вероятном конечном содержании алкоголя в своем продукте. OE (оригинальный экстракт) часто называют «размером» пива, а в Европе он часто указывается на этикетке как Stammwürze , а иногда и просто в процентах. В Чешской Республике, например, распространенными описаниями являются «пиво 10 градусов», «пиво 12 градусов», что по Платону относится к плотности сусла перед брожением.

Пиво с низкой и высокой плотностью

Разница между исходной плотностью сусла и конечной плотностью пива является показателем того, сколько сахара превратилось в спирт. Чем больше разница, тем больше присутствует алкоголя и, следовательно, тем крепче пиво. Вот почему крепкое пиво иногда называют пивом с высокой плотностью, а «сессионное» или «малое» пиво называют пивом с низкой плотностью, хотя теоретически конечная плотность крепкого пива может быть ниже, чем у сессионного пива, потому что большего количества присутствующего алкоголя.

Термины, связанные с гравитацией

Удельный вес

Удельный вес – это отношение плотности образца к плотности воды. Соотношение зависит от температуры и давления как образца, так и воды. Давление всегда считается (при пивоварении) равным 1 стандартной атмосфере (1013,25 гПа), а температура обычно составляет 20 °C (68 °F) как для пробы, так и для воды, но в некоторых частях мира могут использоваться разные температуры, и там продаются ли ареометры, откалиброванные, например, на 16 °C (60 °F). При любом преобразовании в °P важно, чтобы для используемой таблицы преобразования или формулы использовалась правильная пара температур. Текущая таблица ASBC (20 °C/20 °C) означает, что плотность измерена при 20 °C (68 °F) и привязана к плотности воды при 20 °C (68 °F) (т. е. 0,998203 г/г). см ³ или 0,0360624 фунт/куб.дюйм). Математически

${\displaystyle {\text{SG}}_{\text{true}}={\rho _{\text{sample}} \over \rho _{\text{water}}}}$

Эта формула дает истинный удельный вес, т.е. на основе плотности. Пивовары не могут (если не использовать измеритель с U-образной трубкой ) непосредственно измерять плотность и поэтому должны использовать ареометр, стержень которого омывается воздухом, или взвешивание в пикнометре, которое также проводится на воздухе. Показания ареометра и соотношение весов пикнометра зависят от воздуха (подробнее см. В статье «Удельный вес ») и называются «кажущимися» показаниями. Истинные показания легко получить из видимых показаний с помощью

${\displaystyle {\text{SG}}_{\text{true}}={\text{SG}}_{\text{apparent}}-{\rho _{\text{air}} \over \rho _{\text{water}}}({\text{SG}}_{\text{apparent}}-1)}$

Однако в таблице ASBC используется кажущийся удельный вес, поэтому многие электронные плотномеры автоматически выдают правильные значения °P.

Исходная гравитация (ОГ); оригинальный экстракт (OE)

Исходная плотность — это удельный вес, измеренный перед ферментацией. На основании этого аналитик может вычислить исходный экстракт, который представляет собой массу (граммы) сахара в 100 граммах (3,5 унции) сусла (°P), используя шкалу Платона . В последующих формулах этот символ будет обозначать OE. ${\displaystyle p}$

Конечная плотность (FG); кажущийся экстракт (AE)

Конечная плотность — это удельный вес, измеренный при завершении ферментации. Кажущаяся выдержка, обозначенная , представляет собой °P, полученную путем вставки FG в формулы или таблицы в статье шкалы Платона . Использование здесь слова «кажущийся» не следует путать с использованием этого термина для описания показаний удельного веса, которые не были скорректированы с учетом воздействия воздуха. ${\displaystyle m}$

Истинный экстракт (TE)

Количество экстракта, который не превратился в дрожжевую биомассу, углекислый газ или этанол, можно оценить, удалив спирт из пива, которое было дегазировано и осветлено фильтрацией или другими способами. Это часто делается в рамках дистилляции, при которой спирт собирается для количественного анализа, но также можно выполнить выпаривание на водяной бане. Если остаток доведен до исходного объема пива, которое подверглось процессу выпаривания, а удельный вес этого восстановленного пива измерен и преобразован в Платон с использованием таблиц и формул в статье Платона , то TE будет

${\displaystyle n=P_{\text{recon}}{{\text{SG}}_{\text{recon}} \over {\text{SG}}_{\text{beer}}}}$

Подробности смотрите в статье Платона . TE обозначается символом . Это количество граммов экстракта, оставшееся в 100 граммах (3,5 унции) пива по завершении брожения. ${\displaystyle n}$

Содержание алкоголя

Зная количество экстракта в 100 граммах (3,5 унции) сусла перед брожением и количество граммов экстракта в 100 граммах (3,5 унции) пива по его завершению, можно определить количество спирта (в граммах), образовавшегося в ходе брожения. . Ниже приведена формула, приписываемая Баллингу ^{[1] : 427.}

${\displaystyle A_{w}={(p-n) \over (2.0665-1.0665p/100)}=f_{pn}(p-n)}$

где указано количество граммов алкоголя на 100 граммов (3,5 унции) пива, т.е. ABW. Заметим, что содержание спирта зависит не только от убавления экстракта , но и от мультипликативного коэффициента , который зависит от ОЕ. Де Клерк ^{[1] : 428} табличных значений Баллингса для , но их можно рассчитать просто из p ${\displaystyle f_{pn}={1 \over (2.0665-1.0665p/100)}}$ ${\displaystyle (p-n)}$ ${\displaystyle f_{pn}}$ ${\displaystyle f_{pn}}$

${\displaystyle f_{pn}={1 \over (2.0665-1.0665p/100)}\approx 0.48394+0.0024688p+0.00001561p^{2}}$

Эта формула подойдет тем, кто хочет потрудиться и вычислить TE (реальная ценность которого заключается в определении сбраживания), что делает лишь небольшая часть пивоваров. Другие хотят более простой и быстрый способ определения крепости алкоголя. Это лежит в Принципе Табари ^{[1] : 428} , который гласит, что снижение удельного веса пива, к которому добавлен этанол, такое же, как снижение удельного веса воды, к которой добавлено равное количество спирта (в массовом соотношении). . Использование принципа Табари позволяет нам рассчитать истинную экстрактивность пива с кажущейся экстрактивностью как ${\displaystyle m}$

${\displaystyle n=P(P^{-1}(m)+1-{\frac {\rho _{\text{EtOH}}(A_{w})}{\rho _{\text{water}}}})}$

где — функция, переводящая SG в °P (см. Платон ) и (см. Платон ) ее обратная функция, а — плотность водно-этанольного раствора по весу при 20 °C. Подставив это в формулу спирта, результат после перегруппировки будет: ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle P^{-1}}$ ${\displaystyle \rho _{\text{EtOH}}(A_{w})}$ ${\displaystyle A_{w}}$

${\displaystyle {\left[p-P\left(P^{-1}(m)+1-{\frac {\rho _{\text{EtOH}}(A_{w})}{\rho _{\text{water}}}}\right)\right] \over (2.0665-1.0665p/100)}-A_{w}=0}$

Это можно решить, хотя и итеративно, как функцию OE и AE. Опять же можно придумать связь вида ${\displaystyle A_{w}}$

${\displaystyle A_{w}=f_{pm}(p-m)\,}$

Де Клерк также приводит в таблице значения для . ${\displaystyle f_{pm}=0.39661+0.001709p+0.000010788p^{2}}$

Большинство пивоваров и потребителей привыкли, что содержание алкоголя указывается по объему (ABV), а не по весу. Взаимное преобразование простое, но необходимо знать удельный вес пива:

${\displaystyle A_{v}=A_{w}{{\text{SG}}_{\text{beer}} \over 0.79661}}$

Это количество кубических сантиметров этанола в 100 куб. См (6 куб. Дюймов) пива.

Поскольку ABV зависит от мультипликативных коэффициентов (один из которых зависит от исходного экстракта, а другой от конечного), а также от разницы между OE и AE, невозможно придумать формулу вида

${\displaystyle A_{v}=k(p-m)\,}$

где – простая константа. Из-за почти линейной зависимости между экстрактом и (SG - 1) (см. удельный вес ), в частности потому, что формула ABV записывается как ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle p\approx 1000({\text{SG}}-1)/4}$

${\displaystyle A_{v}=250f_{pm}({\text{OG}}-{\text{FG}}){{\text{SG}}_{\text{beer}} \over 0.79661}}$

Если приведенное выше значение соответствует OE 12 °P, равному 0,4187, а 1,010 можно принять за типичный FG, то это упрощается до ${\displaystyle f_{pm}}$ 

${\displaystyle A_{v}=132.715({\text{OG}}-{\text{FG}})=({\text{OG}}-{\text{FG}})/0.00753\,}$

При типичных значениях 1,050 и 1,010 для OG и FG соответственно эта упрощенная формула дает крепость 5,31% по сравнению с 5,23% для более точной формулы. Рецептуры спирта, подобные этой последней простой, изобилуют пивоваренной литературой и очень популярны среди домашних пивоваров. Формулы, подобные этой, позволяют маркировать ареометры шкалами «потенциального алкоголя», исходя из предположения, что FG будет близок к 1, что более вероятно в виноделии, чем в пивоварении, и именно для виноделов эти формулы обычно продаются.

Затухание

Падение экстракта во время ферментации, разделенное на OE, представляет собой процент израсходованного сахара. Реальная степень затухания (RDF) основана на TE

${\displaystyle {\text{RDF}}=100{(p-n) \over p}}$

и кажущаяся степень ферментации (ADF) основана на AE.

${\displaystyle {\text{ADF}}=100{(p-m) \over p}\approx 100{({\text{OG}}-{\text{FG}}) \over ({\text{OG}}-1)}}$

Из-за почти линейной зависимости между (SG - 1) и °P удельный вес можно использовать в формуле ADF, как показано.

Очки Брюера

Взаимосвязь между SG и °P можно грубо аппроксимировать с помощью эмпирического уравнения преобразования «очки пивовара, разделенные на четыре», где «точки пивоварения» или «точки гравитации» представляют собой тысячные доли SG выше 1:

${\displaystyle p_{t}:=1000({\text{SG}}-1)\,}$,

Таким образом, количество экстракта в градусах Платона приблизительно определяется баллами, разделенными на 4:

${\displaystyle ^{\circ }P\approx p_{t}/4=1000({\text{SG}}-1)/4=250\cdot SG-250.}$

Например, можно сказать, что сусло SG 1,050 имеет 1000 (1,050 - 1) = 50 баллов и содержит 50/4 = 12,5 °P экстракта. Это просто линейное приближение к истинному соотношению между SG и °P.

Однако приведенное выше приближение имеет все большую ошибку при увеличении значений удельного веса и отклоняется, например, на 0,67°P, когда SG = 1,080. Гораздо более точное (средняя средняя ошибка менее 0,02°P) преобразование можно выполнить по следующей формуле: ^[2]

${\displaystyle ^{\circ }P=260.4-{\frac {260.4}{SG}}}$

где удельный вес следует измерять при температуре Т = 20 °С. Эквивалентное соотношение, дающее удельную плотность при 20 °C для данного °P:

${\displaystyle SG={\frac {260.4}{260.4-^{\circ }P}}}$

Точки можно использовать в формулах ADF и RDF. Таким образом, можно сказать, что пиво с OG 1,050, сброженное до 1,010, имеет сбраживание 100 × (50 − 10)/50 = 80%. Очки также можно использовать в версиях SG формул спирта. Просто нужно умножить на 1000, так как баллы в 1000 раз (СГ-1).

Пивоварам доступны программные инструменты для преобразования различных единиц измерения и корректировки ингредиентов и графиков затора для достижения целевых значений. Полученные данные можно обменивать через BeerXML с другими пивоварами для обеспечения точного воспроизведения.

Смотрите также

• Пивной портал
• Винный портал
• Алкогольный портал

• Платоновская шкала

Рекомендации

1. Де Клерк, Жан (1958). Учебник пивоварения . Том. 2. Перевод Кэтлин Бартон-Райт. Лондон: Чепмен и Холл.
2. Буль, Джош. «Физические уравнения, связывающие экстракт и относительную плотность». Препринты OSF . Центр открытой науки . Проверено 12 октября 2023 г.