Гравитация (алкогольный напиток)

Термометр температуры для проверки пива

Гравитация в контексте ферментации алкогольных напитков относится к удельному весу (сокращенно SG) или относительной плотности сусла или сравнению с водой сусла по 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 первоначальной 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 (любого вещества) 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/ см ³ или 0,0360624 фунта на куб. дюйм). Математически

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

Эта формула дает истинный удельный вес, т.е. на основе плотности. Пивовары не могут (если не использовать счетчик с U-образной трубкой ) непосредственно измерять плотность и поэтому должны использовать ареометр, стержень которого окунается в воздух, 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

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

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 . Символ $p$ в последующих формулах будет обозначать OE.

Конечная плотность (FG); кажущийся экстракт (AE)

Конечная плотность — это удельный вес, измеренный при завершении ферментации. Кажущийся экстракт, обозначенный $m$, — это °P, полученное 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.

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 как часть дистилляции, при которой спирт собирается для количественного анализа, но также можно выполнить выпаривание на водяной бане. Если остаток доведен до исходного объема пива, подвергшегося процессу выпаривания, а удельный вес этого восстановленного пива измерен и преобразован в Платон с использованием таблиц и формул в статье Платона , то TE будет

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

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

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.

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

где $f_{pn}={1 \over (2.0665-1.0665p/100)}$ 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. $(p-n)$ но и на мультипликативный коэффициент $f_{pn}$ это зависит от ОЕ. Де Клерк табличные значения Баллингса для $f_{pn}$ но их можно вычислить просто из p

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

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. в котором говорится, что депрессия удельного веса пива, к которому добавлен этанол, такая же, как депрессия воды, к которой добавлено равное количество спирта (в массовом соотношении). Использование принципа Табари позволяет нам рассчитать истинную экстрактивность пива по кажущейся экстрактивности. $m$ как

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

где $P$ — это функция, которая преобразует SG в °P (см. Платон ) и $P^{-1}$ (см. Платон ) его инверсия и $\rho _{\text{EtOH}}(A_{w})$ - плотность водно-этанольного раствора крепостью $A_{w}$по весу при 20°С. Подставив это в формулу спирта, результат после перегруппировки будет:

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

Что можно решить, хотя и итеративно, для $A_{w}$ в зависимости от OE и AE. Опять же можно придумать связь вида

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

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

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:

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

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 вывести формулу вида

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

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

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

Если значение, указанное выше для $f_{pm}$ соответствует OE 12   °P, что составляет 0,4187, а 1,010 можно принять за типичный FG, тогда это упрощается до

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

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 формуле, 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

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

и кажущаяся степень ферментации (ADF) основана на AE.

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

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:

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

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

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

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:

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

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

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

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 алкоголя. Просто необходимо 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. Полученными данными можно обмениваться через BeerXML с другими пивоварами для обеспечения точного воспроизведения.

См. также

• Платоновская шкала