Гравитация (алкогольный напиток)

Плотность заваривания

Термометр , используемый для проверки температуры пива.

Гравитация , в контексте ферментации алкогольных напитков , относится к удельному весу (сокращенно SG), или относительной плотности по отношению к воде, сусла или муста на различных стадиях ферментации. Концепция используется в пивоварении и виноделии. 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 преобразуют сахара в углекислый газ и спирт. Отслеживая снижение SG с течением времени, пивовар получает информацию о состоянии и ходе брожения и определяет, что оно завершено, когда плотность перестает снижаться. Если брожение завершено, удельный вес называется конечной плотностью (сокращенно FG). Например, для пива типичной крепости начальная плотность (сокращенно OG) может быть 1,050, а FG может быть 1,010.

Для измерения начальной плотности использовалось несколько различных шкал. По историческим причинам в пивоваренной промышленности в основном используется шкала Платона (°P), которая по сути совпадает со шкалой Брикса , используемой в винодельческой промышленности. Например, OG 1,050 примерно эквивалентно 12  °P.

Рассматривая начальную плотность, пивовар или винодел получает указание на вероятное конечное содержание алкоголя в своем продукте. OE (Original Extract) часто называют «размером» пива, и в Европе его часто печатают на этикетке как Stammwürze или иногда просто в процентах. В Чешской Республике, например, распространенными описаниями являются «пиво 10 градусов», «пиво 12 градусов», что относится к плотности в Платоне сусла перед брожением.

Пиво с низкой и высокой плотностью

Разница между начальной плотностью сусла и конечной плотностью пива является показателем того, сколько сахара было превращено в спирт. Чем больше разница, тем больше количество присутствующего спирта и, следовательно, тем крепче пиво. Вот почему крепкое пиво иногда называют пивом высокой плотности, а «сессионное» или «маленькое» пиво называют пивом низкой плотности, хотя теоретически конечная плотность крепкого пива может быть ниже, чем у сессионного пива из-за большего количества присутствующего спирта.

Термины, связанные с гравитацией

Удельный вес

Удельный вес — это отношение плотности образца (любого вещества) к плотности воды. Отношение зависит от температуры и давления как образца, так и воды. Давление всегда считается (в пивоварении) равным 1 стандартной атмосфере (1013,25 гПа), а температура обычно составляет 20 °C (68 °F) как для образца, так и для воды, но в некоторых частях мира могут использоваться разные температуры, и продаются ареометры, откалиброванные, например, до 16 °C (60 °F). Важно, когда речь идет о каком-либо преобразовании в °P, чтобы для таблицы преобразования или формулы использовалась правильная пара температур. Текущая таблица ASBC — (20 °C/20 °C), что означает, что плотность измеряется при 20 °C (68 °F) и соотносится с плотностью воды при 20 °C (68 °F) (т. е. 0,998203 г/см3 ^или 0,0360624 фунта/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 плотностей. Пивовары не могут (если только не используют U-образный измеритель ) измерить плотность напрямую, поэтому должны использовать ареометр, стержень которого погружен в воздух, или пикнометрические взвешивания, которые также производятся в 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 кажущихся 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 таблица ASBC использует кажущиеся удельные веса, поэтому многие электронные измерители плотности автоматически выдают правильные значения °P.

Первоначальная плотность (OG); первоначальный экстракт (OE)

Первоначальная плотность — это удельный вес, измеренный до ферментации. Из него аналитик может вычислить исходный экстракт, который представляет собой массу (граммы) сахара в 100 граммах (3,5 унции) сусла (°P) с помощью шкалы Платона . Символ будет обозначать OE в формулах, которые приведены ниже. ${\displaystyle p}$

Конечная плотность (FG); кажущийся экстракт (AE)

Конечная плотность — это удельный вес, измеренный по завершении ферментации. Кажущийся экстракт, обозначенный , — это °P, полученный путем подстановки FG в формулы или таблицы в статье о шкале Платона . Использование термина «кажущийся» здесь не следует путать с использованием этого термина для описания показаний удельного веса, которые не были скорректированы с учетом влияния воздуха. ${\displaystyle m}$

Истинный экстракт (TE)

Количество экстракта, которое не было преобразовано в дрожжевую биомассу, углекислый газ или этанол, можно оценить, удалив спирт из пива, которое было дегазировано и очищено фильтрацией или другими способами. Это часто делается как часть дистилляции, в которой спирт собирается для количественного анализа, но также может быть сделано путем испарения в водяной бане. Если остаток снова доводится до исходного объема пива, которое было подвергнуто процессу испарения, удельный вес этого восстановленного пива измеряется и преобразуется в Plato с использованием таблиц и формул в статье Plato , то TE равен

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

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

Содержание алкоголя

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

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

где дает количество граммов алкоголя на 100 граммов (3,5 унции) пива, т.е. ABW. Обратите внимание, что содержание алкоголя зависит не только от уменьшения экстракта , но и от мультипликативного фактора , который зависит от OE. Де Клерк ^{[1] ​​: 428} табличных значений Баллингса для , но их можно просто рассчитать 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 хороша для тех, кто хочет потрудиться, чтобы вычислить TE (чье реальное значение заключается в определении сбраживания), что является лишь небольшой частью пивоваров. Другие хотят более простой, более быстрый способ определения крепости алкоголя. Это основано на принципе Табари ^{[1] : 428} , который гласит, что снижение удельного веса в пиве, к которому добавлен этанол, такое же, как и снижение удельного веса воды, к которой добавлено равное количество алкоголя (на основе aw/w). Использование принципа Табари позволяет нам вычислить истинный экстракт пива с кажущимся экстрактом как ${\displaystyle m}$

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

где — функция, преобразующая SG в °P (см. Платон ) и (см. Платон ) ее обратную, а — плотность водного раствора этанола крепостью по весу при 20 °C. Подставляя это в формулу спирта, получаем результат после перегруппировки: ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle P^{-1}}$ ${\displaystyle \rho _{\text{EtOH}}(A_{w})}$ ${\displaystyle A_{w}}$

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

Которое может быть решено, хотя и итеративно, как функция OE и AE. Снова можно придумать соотношение вида ${\displaystyle A_{w}}$

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

Де Клерк также составляет таблицу значений 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. Взаимопреобразование 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 факторов (один из которых зависит от исходного экстракта, а другой — от конечного), а также от разницы между OE и AE, невозможно вывести 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 значение, указанное выше, соответствует OE 12 °P, что составляет 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 ABV 5,31% в отличие от 5,23% для более точной формулы. Формулы для алкоголя, подобные этой последней простой, изобилуют в литературе по пивоварению и очень популярны среди домашних пивоваров. Такие формулы, как эта, позволяют маркировать ареометры шкалами «потенциального алкоголя», основанными на предположении, что FG будет близок к 1, что более вероятно в виноделии, чем в пивоварении, и именно виноделам они обычно и продаются.

Затухание

Падение экстракта во время ферментации, деленное на OE, представляет собой процент потребленного сахара. Реальная степень сбраживания (RDF) основана на TE

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

и видимая 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 удельные веса можно использовать в формуле ADF, как показано.

Очки Брюэра

Соотношение между SG и °P можно приблизительно оценить с помощью уравнения перевода «точки пивоварения, деленные на четыре», где «точки пивоварения» или «точки плотности» представляют собой тысячные доли SG выше 1:

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

Таким образом, величина извлечения в градусах Платона приблизительно определяется баллами, деленными на 4:

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

Например, сусло с SG 1,050 будет иметь 1000(1,050 − 1) = 50 баллов и содержать 50/4 = 12,5 °P экстракта. Это просто линейное приближение к истинному соотношению между SG и °P.

Однако, указанное выше приближение имеет все большую ошибку для возрастающих значений удельного веса и отклоняется, например, на 0,67°P при SG = 1,080. Гораздо более точное (средняя ошибка менее 0,02°P) преобразование может быть сделано с использованием следующей формулы: ^[2]

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

где удельный вес должен быть измерен при температуре T = 20 °C. Эквивалентное соотношение, дающее SG при 20 °C для заданного °P, имеет вид:

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

Баллы можно использовать в формулах ADF и RDF. Таким образом, пиво с OG 1,050, которое сбраживалось до 1,010, будет считаться сброженным на 100 × (50 − 10)/50 = 80%. Баллы также можно использовать в версиях SG формул алкоголя. Нужно просто умножить на 1000, так как баллы 1000 умножить на (SG − 1).

Пивоварам доступны программные инструменты для конвертации между различными единицами измерения и корректировки ингредиентов и графиков затирания для достижения целевых значений. Полученные данные можно обменивать через BeerXML с другими пивоварами для облегчения точного копирования.

Смотрите также

• Пивной портал
• Винный портал
• Портал алкогольных напитков

• шкала Платона

Ссылки

1. Де Клерк, Жан (1958). Учебник пивоварения . Том 2. Перевод Кэтлин Бартон-Райт. Лондон: Chapman & Hall.
2. Буль, Джош. "Физические уравнения, связывающие извлечение и относительную плотность". Препринты OSF . Центр открытой науки . Получено 12 октября 2023 г.