Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Die Vergärung von Zucker zu Alkohol
DerOberfranke
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Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von DerOberfranke »

Hügelwilli-Edit: Das habe ich von einem anderen Thema abgetrennt

Den Alkoholgehalt habe ich mit dem Refraktometer bestimmt. Habe die Startwürze gemessen und bei bekanntem Startgewicht und Volumen der Maische habe ich dann die Zwischenaufzuckerungen genau hochgerechnet (Berücksichtigung Masse/Dichte/Volumen) und kam dann auf 29,5 % Brix Startzuckergehalt (18 % Brix war der eigene Fruchtzucker). Am Ende der Vergärung habe ich dann den scheinbaren Restextrakt mit dem Refraktometer bestimmt (11-12 Brix) aus welchem der Alkoholgehalt abgeleitet werden kann. So bin ich es immer vom Bierbrauen gewohnt. 17 % voll sind es vielleicht nicht ganz aber irgendwo zwischen 16 % und 17 % . Die Maische ist auf jeden Fall nicht mehr süß.
https://www.maischemalzundmehr.de/index ... &fgbrix=11
Vielleicht könnte man diesen einfachen Rechner noch bei uns im Forum integrieren? Bei hohen Alkoholgehalten >12%vol passt meiner Meinung nach die Standartformel besser.
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Hügelwilli
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Re:Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von Hügelwilli »

DerOberfranke hat geschrieben: 8. Okt 2020, 10:41 https://www.maischemalzundmehr.de/index ... &fgbrix=11
Vielleicht könnte man diesen einfachen Rechner noch bei uns im Forum integrieren? Bei hohen Alkoholgehalten >12%vol passt meiner Meinung nach die Standartformel besser.
Du hast natürlich recht, daß das fehlt. Wir haben uns auch viel damit beschäftigt. Die verschiedenen Online-Rechner von Bierbrauseiten geben leider sehr unterschiedliche Werte raus. Es gibt keine von allen akzeptierte Formel. Bei Differenzmessungen mit Spindeln ist das anders. Da ist die Formel überall ziemlich gleich.
Bei den verfügbaren Refraktometerrechnern muss man auch sehen, daß sie für Bier ausgelegt sind. Das bedeutet, die Formeln haben sich deswegen durchgesetzt, weil sie bei biertypischen Akoholstärken realistische Ergebnisse liefern. Wie genau sie bei 17vol% sind, war kein Kriterium.
Wir sind deswegen zu dem Schluß gekommen, keine dieser Formeln zu verwenden, sondern erstmal eigene Messungen von Zucker-Alkohol-Wasser-Mischungen zu machen. Sowohl mit Spindeln (oder Pyknometer und Feinwaage) als auch mit Refraktometern. Dabei sind wir dann vom Hundertsten ins Tausende gekommen. Wir haben ein paar Messungen gemacht und dabei zwar gesehen, daß die Verhältnisse bei Refraktometern sogar viel einfacher sind als bei Spindeln, dann aber sind wir schnell an Grenzen gekommen, da unsere Messgeräte nicht genau genug sind.
Nun haben wir inzwischen bessere Messgeräte, aber andere Rechnerideen hatten sich in der Zwischenzeit vorgedrängelt... Zur Zeit sind pH-Puffer das Thema. Wir machen immer das, woran wir gerade interessiert sind. Nicht unbedingt das, was das Forum am dringendsten benötigen würde. :D
Ein dichtes Datennetz von Zucker-Ethanol-Wasser-Mischungen würde allerdings schon interessante Möglickeiten eröffnen: Man könnte den Zuckergehalt von Wein oder Spirituosen messen. Oder man müsste auch gar nicht mehr vor der Gärung messen. Man könnte direkt nach der Gärung mit sowohl einer Refraktometer- als auch einer Spindelmessung den Alkohol- und Restzuckergehalt messen. Wobei man aber natürlich abhängig von genauen Messinstrumenten ist und -wer weiß- vielleicht vorher noch Hürden auftauchen, der hohe CO²-Gehalt gärender Maischen zum Beispiel. Oder man könnte das genaue Volumen von gezuckerten Spiritosen vorausberechnen, was gar nicht so simpel ist: Wenn man Zucker in eine Alkohollösung rührt, steigt das Volumen deutlich stärker, als man es erwartet.
DerOberfranke
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von DerOberfranke »

Respekt, ihr habt euch bezüglich dieser Messmethode also schon reichlich Gedanken gemacht. Ich bin immer wieder erstaunt über euren hohen wissenschaftlichen Anspruch, da merkt man dass hier schon akademisch gearbeitet wird :+1:
Die Schwierigkeit in den Berechnungen sind wohl auch den Maischeschwankungen geschuldet, man weiß ja nie genau wie viele Fremdkörper bzw. Fruchtkörper-Anteil in der zu untersuchenden Maische sind und wie stark sich das z. B. auf den Brix-Wert auswirkt. Bei Bier z. B. unterscheidet man ja zwischen °Plato und Brix und hier liegt der Unterschied zwischen beiden Werten bei 3 %. Dann ist auch die Frage wie genau möchte man natürlich messen. Meiner Meinung nach wäre eine rel. Messtoleranz von +- 5 % mehr als ausreichend. Oder man geht halt von der chemisch maximal möglichen Alkoholausbeute aus und multipliziert diese mit einem Endvergärungsgrad, allerdings schwankt dieser auch je nach Prozess und verwendeter Hefe. Vielleicht finde ich in der Winterzeit mal Zeit und Lust mir ein paar Gedanken zu machen wie man den Alkoholgehalt sicherer bestimmen kann.
Eine eindeutige Bestimmung sollte ja bei bekanntem Startgewicht und -volumen und dem Volumen am Ende unter Berücksichtigung des Gewichtsanteils unvergärbarer Komponenten möglich sein. Nur wer hat die Möglichkeit das Volumen so genau zu messen...:D
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von geHeimBrenner »

DerOberfranke hat geschrieben: 8. Okt 2020, 10:41 https://www.maischemalzundmehr.de/index ... &fgbrix=11
Vielleicht könnte man diesen einfachen Rechner noch bei uns im Forum integrieren? Bei hohen Alkoholgehalten >12%vol passt meiner Meinung nach die Standartformel besser.
http://www.musther.net/vinocalc.html#monitorferment
Passt meiner Meinung nach bei reinen Refraktometer-Messungen meist besser als der Rechner von MMuM. Wir haben es in der Maische (zumindest wenn es Obst ist) ja eher mit Wein als mit Bier zu tun weshalb der in den Formeln bei MMuM fix vorgegebene Korrekturfaktor nicht so ganz passt.
Die Seite von Musther hat unten auch einen eigenen Abschnitt wo alle nötigen Formeln erklärt und hinterlegt sind. Ist vielleicht für deine weiteren Experimente einen Blick wert.
Es gibt auch einen Abschnitt zur Alkoholbestimmung mit zwei Messwerten (einmal Spindel, einmal Refraktometer) und Ableitung aufgrund der Differenz der Messmethoden. Finde ich persönlich ganz spannend, habe es aber noch nicht ausgiebig genug verifiziert.
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Hügelwilli
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von Hügelwilli »

DerOberfranke hat geschrieben: 8. Okt 2020, 12:22Die Schwierigkeit in den Berechnungen sind wohl auch den Maischeschwankungen geschuldet, man weiß ja nie genau wie viele Fremdkörper bzw. Fruchtkörper-Anteil in der zu untersuchenden Maische sind
Deswegen ist es nicht sicher, daß unser Rechner bei Maischen überhaupt besser wäre als diese einfachen Formeln. Für Berechnungen an Destilaten allerdings schon.
Eine eindeutige Bestimmung sollte ja bei bekanntem Startgewicht und -volumen und dem Volumen am Ende unter Berücksichtigung des Gewichtsanteils unvergärbarer Komponenten möglich sein. Nur wer hat die Möglichkeit das Volumen so genau zu messen...:D Tja, auch daran haben wir gedacht. Aber es passt nicht zusammen. Wir haben ja diesen Rechner Komplette Umwandlung von Zucker in Alkohol. Den wollten wir umwandeln in einen, wo man eben auch nicht-komplette Umwandlungen berechnen kann. Und ich habe ien paar Fälle durchgerechnet und es passt einfach nicht. Es muss irgendwelche Faktoren geben, die da dazukommen. Sauerstoffaufnahme zB? Ich weiß es nicht mehr ganz genau, was der letzte Stand der Dinge war. Müsste das wieder rauskramen. Nur, daß es der CO²-Gehalt nicht sein kann. Dieser würde eine Abweichung in die andere Richtung erklären.
geHeimBrenner hat geschrieben: 8. Okt 2020, 12:44 aber kennst du den hier schon?
http://www.musther.net/vinocalc.html#monitorferment
Danke. Schau ich mir mal an. Ist überhaupt ja eine beeindruckende Anzahl an Berechnungen. Vielleicht finde ich auch was anderes. Die Seite ist jedenfalls sehr offen. Nicht nur die Formeln stehen erklärt da, man kann auch den code sehr leicht entziffern.
Edit: Mit den Werten 29.5 Brix und 11 Brix von DerOberfranke bekomme ich von den drei Rechnern nun: 14.9vol%, 17.5vol% und 16.2vol%. Also wäre schon schön, da gäbe es irgendwann mal was genaues.
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von DerOberfranke »

cooler Rechner-Tipp. Danke. Den werde ich mal ausprobieren.
Hügelwilli hat geschrieben: 8. Okt 2020, 15:06 Edit: Mit den Werten 29.5 Brix und 11 Brix von DerOberfranke bekomme ich von den drei Rechnern nun: 14.9vol%, 17.5vol% und 16.2vol%. Also wäre schon schön, da gäbe es irgendwann mal was genaues.
Der Mittelwert aus allen drei Rechnern liegt bei 16,2 % und das würde meiner persönliche Erfahrung oder eher Bauchgefühl recht Nahe kommen. Vielleicht brauchen wir einfach noch mehr Rechner und beten dann dass der Mittelwert alle Rechenfehler kompensiert :D

Wenn du sagst, dass eventuell Sauerstoff eine Rolle spielt kann es ja sein dass ein Teil des Ethanols mit Sauerstoff zu Essigsäure reagiert...Das hängt natürlich auch von der Dichtigkeit vom Maischefass ab. Ich selbst würde behaupten dass meine Speidelfässer absolut dicht sind, außer natürlich wenn ich öffne um umzurühren :D
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Hügelwilli
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von Hügelwilli »

Jetzt erinnere ich mich. Verdunstung war auch ein Gedanke. Also daß das CO² andere Stoffe mitreißt, die Maische also weniger wird. Aber auch das ging genau in die entgegengesetzte Richtung... Deswegen dachten wir, es muss irgendetwas reinkommen.
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azeotrop
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von azeotrop »

DerOberfranke hat geschrieben: 8. Okt 2020, 15:37 kann es ja sein dass ein Teil des Ethanols mit Sauerstoff zu Essigsäure reagiert
Ich dachte dass Essigsäure durch Essigsäuregärung entsteht. Sauerstoff bringt die Hefe dazu keine alkoholische Gärung mehr durchzuführen und stattdessen Essigsäure zu erzeugen.
Ich wusste nicht dass aus bereits erzeugtem Ethanol durch Reaktion mit Sauerstoff Essigsäure entstehen kann.
Hast du da mehr Infos?
Es grüßt Azeotrop
"Doubt not, therefore, sir, but that distilling is an art, and an art worth your learning."
(Nixon & McCaw)
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von geHeimBrenner »

Hügelwilli hat geschrieben: 8. Okt 2020, 15:53 Jetzt erinnere ich mich. Verdunstung war auch ein Gedanke. Also daß das CO² andere Stoffe mitreißt, die Maische also weniger wird. Aber auch das ging genau in die entgegengesetzte Richtung... Deswegen dachten wir, es muss irgendetwas reinkommen.
Deswegen sagt eine Einzelmessung auch nur wenig aus. Aus diesem Grund versuche ich gerade, die Genauigkeit des Rechners "Alcohol from Hydrometer & Refractometer" zu prüfen. Wenn die selbe Maische mit zwei Messmethoden, die auf unterschiedlichen Prinzipien (einmal Dichte, einmal Lichtbrechung) beruhen beprobt wird kann es schon sein dass man die Ungenauigkeiten vielleicht eliminieren kann. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile und bei jeder Methode spielen auch gewisse Faktoren bei der Ungenauigkeit mit.
Für kleine Proben ist zur Verifizierung dann eventuell auch die "Spirit Indication" eine Option. Beruht ja auf einer sehr vereinfachten Destillation - einfach die Hälfte der Probe verdampfen. Mit passenden Gerätschaften muß der Dampf sich ja nicht ungenutzt im Raum verteilen - man hätte somit gleich zwei Proben die man gegeneinander prüfen kann. Den Kessel-Rückstand und das Destillat.
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von DerOberfranke »

azeotrop hat geschrieben: 8. Okt 2020, 21:16 Ich dachte dass Essigsäure durch Essigsäuregärung entsteht. Sauerstoff bringt die Hefe dazu keine alkoholische Gärung mehr durchzuführen und stattdessen Essigsäure zu erzeugen.
Ich wusste nicht dass aus bereits erzeugtem Ethanol durch Reaktion mit Sauerstoff Essigsäure entstehen kann.
Hast du da mehr Infos?
Es ist wohl eher eine Oxidation von Alkohol zu Essigsäure mithilfe von natürlich vorkommenden Essigsäurebakterien die auch in der Maische vorhanden sind.
https://de.wikipedia.org/wiki/Essigs%C3 ... %C3%A4rung
Wenn man z. B. nen alten Wein trinkt und man im Volksmunde sagt, dass der Wein schon "korkt" dann ist einfach über die lange Zeit Sauerstoff in den Wein gedrungen und hat Essigsäure produziert. Bin aber leider auch kein Profi im Chemiebereich.

Das Hauptproblem ist auch dass wir davon ausgehen, dass am Ende der Gärung nur ne Alkohol-Wasser-Mischung entstanden ist. Wenn das so wäre müssten wir ja keinen Vor- und Nachlaufabtrennen. Je nach Maischeart können da zahlreiche Gärungsnebenprodukte auftreten die wohl keinen optimalen Einfluss auf die Gärung haben. Man müsste halt rausfinden welche Gärungsnebenprodukte dominieren und die Messergebnisse verfälschen.
geHeimBrenner hat geschrieben: 8. Okt 2020, 21:19 Deswegen sagt eine Einzelmessung auch nur wenig aus. Aus diesem Grund versuche ich gerade, die Genauigkeit des Rechners "Alcohol from Hydrometer & Refractometer" zu prüfen. Wenn die selbe Maische mit zwei Messmethoden, die auf unterschiedlichen Prinzipien (einmal Dichte, einmal Lichtbrechung) beruhen beprobt wird kann es schon sein dass man die Ungenauigkeiten vielleicht eliminieren kann. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile und bei jeder Methode spielen auch gewisse Faktoren bei der Ungenauigkeit mit.
Für kleine Proben ist zur Verifizierung dann eventuell auch die "Spirit Indication" eine Option. Beruht ja auf einer sehr vereinfachten Destillation - einfach die Hälfte der Probe verdampfen. Mit passenden Gerätschaften muß der Dampf sich ja nicht ungenutzt im Raum verteilen - man hätte somit gleich zwei Proben die man gegeneinander prüfen kann. Den Kessel-Rückstand und das Destillat.
geiles Verfahren, das kannte ich noch nicht. Da würde sich das erste mal eine kleine 0,5 l Destille in der Praxis nützlich machen :D
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Hügelwilli
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von Hügelwilli »

Wie wurden diese Formen entwickelt?
Korrigiert mich, wenn ich falsch liege.
Zuerst gab es ganz primitive Formeln für Spindeln. Pro SG soundsoviel Alkohol. Hat aber halbwegs funktioniert. Dann wollte man das gleiche fürs Refraktometer. Also hat man Daten gesammelt indem man eine gärende oder ausgegärte Maische sowohl mit einer Spindel als auch einem Refraktometer gemessen hat. Daraus hat man eine Formel gesucht, welche den Refraktometermesswert in einen Spindelmesswert umrechnet. Diese Formel ist keine, welche irgendwelche physikalischen Gesetzmäßigkeiten darstellt, sondern eine, welche die Messwerte irgendwie halbwegs treffen soll.
Man hat also die gegebenen Ungenauigkeiten der Formeln für Spindeln akzeptiert und oben drauf noch die Messungenauigkeiten dieser Vergleichsmessungen gesetzt, welche wahrscheinlich Amateurmessgeräten gemacht wurden. Dann kamen vielleicht noch ungenaue Formeln für die Umrechnung Brix <-> SG dazu. Und zum Schluß wurde eine Kurve gezeichnet und dann eine Formel gesucht, welche dem Verlauf der Kurve in dem wichtigen Bereich für Bier und Wein halbwegs folgt.
Ich habe schon oft aus einzelnen Datenpunkten Kurven gezeichnet. Dafür gibt es inzwischen auch online-Programme. Manchmal klappt es mit denen gut und manchmal nicht. In jedem Fall ist das aber immer eine sehr komplexe Formel, welche ohne Computerunterstützung nicht wirklich verwendbar ist. Also solche primitiven Formeln wie diese Refraktometerformeln sind das nie.

Diese Idee, eine Gärung durchzumessen, hat Vorteile gegenüber Zuckerwasser und Ethanol zu mischen und dann zu messen, aber auch Nachteile. Das beste meiner Meinung nach wäre, erstmal das universelle zu klären, also die Zuckerwasser-Ethanol-Mischungen berechnen zu können und dann zu schauen, inwiefern das bei Gärungen passt oder in welche Richtung es abweicht. Dann nämlich können auch überraschende Erkenntnisse auftauchen.

Ich habe ein Laborrefraktometer von Zeiss, ein 50ml-Pyknometer und eine mechanische Feinwaage von Mettler bis 160g, die auf 0.1mg auflöst. Und jemand, der mir bei den Rechnern hilft, hat auch Geräte ähnlicher Art. Schon der Anfang solcher Messungen ist aber gar nicht so einfach: Man braucht Alkohol, von dem man die vol% auf 0.1vol% genau weiß. Und ganz 100% genau sind die Formeln der Umrechnung der Dichte oder des Brechungsindex in vol% halt vielleicht auch nicht. Dann das Problem, daß bei jeder Messung was verloren geht. Man muss also eigentlich jedesmal von vorne anmischen, kann nicht einfach sagen, jetzt tu ich 5g Zucker dazu und messe nochmal. Und dadurch, daß es ja um drei Variablen geht, also eine dreidimensional Ebene zu zeichnen ist, bräuchte man ein Set von vielleicht so 50 Messungen, um den ganzen Bereich abzudecken, der Sinn macht. Obwohl dieser Bereich gar nicht so groß ist, weil man in Alkohol nur geringe Mengen Zucker lösen kann. Und wir haben auch schon viele Messungen gemacht, haben aber inzwischen bessere Geräte. Dichtemessungen mit dem Pyknometer und einer Feinwaage sind aber gar nicht so einfach, da braucht jede ihre Zeit. Und sie sollten bei genau 20°C stattfinden. Also da muss man mal ganz viel Zeit haben.
DerOberfranke
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von DerOberfranke »

ja dass ganze ist wohl doch schon recht aufwändig wenn man es professionell machen möchte. Bei mir scheitert es da wohl schon am Messequipment. Ich habe leider nur ein 30 € Refraktometer und weiß nicht wie genau es wirklich misst. Vielleicht sollte ich da mal mit meiner Feinwaage paar Zucker-Wasser-Mischungen ansetzen und vergleichen. Wie viel hat dein Pyknometer gekostet? Bei e-bay bekommt man ja etwas für 20 € aber wird wohl auch sehr ungenau gehen. Prinzipiell denke ich dass man wahrscheinlich eher zum Ziel kommt wenn man eine genau dokumentierte Messreihe mit mathematischen Funktionen annähert, gibt ja da zahlreiche Tools dazu wie du schon schreibst. Dann kann man ja schauen inwiefern diese Mischungen von echten Gärungen abweichen und dann noch von Maischen mit hohen Fruchtkörperanteilen... Mal schauen aktuell fehlt es mir dafür allerdings leider an Zeit und da wird sich bis Weihnachten nicht viel verbessern. Vielleicht wäre dass ja mal n Hobbyprojekt fürs neue Jahr.
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Hügelwilli
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Re: Alkoholstärke von Maischen mit dem Refraktometer messen

Beitrag von Hügelwilli »

Über Pyknometer habe ich hier was dazu geschrieben.
Ich denke schon, daß man mit sehr günstigen Pyknometern gut messen kann. Der Knackpunkt ist vor allem die Waage. Und das genaue Treffen der 20°C oder wenigstens genaues Messen der Temperatur ist auch sehr wichtig.