Destillation - Bestemmelse af Ethanolindholdet

Side 1

Bioteknologi

Bioteknologi rapport

Bestemmelse af ethanolindholdet i øl vha. destillering og densitetsbestemmelse

STX 1.g

Side 2

1.c Bioteknologi Tirsdag d. 6. april 2010

2

Formål: At bestemme ethanol indholdet i den hjemmebryggede øl, ved udførelse af destillering og densitetsbestemmelse.

Teori: Ethanol er en væske, de er opløselig i vand, pga. den lille -OH gruppe, der gør ethanol polær.

-OH gruppen bevirker, at O atomet kommer til at virke negativt ladet og H atomet positivt ladet, da atomernes elektroner er forskudt over mod oxygenatomet. Ethanolens anden ende er afledt af ethen CH3CH3. Her erstattes det ene H af OH, der tilhører hydroxidgruppen. Den elektriske tiltrækning der er mellem et H og O, kaldes en hydrogenbindning.

Hydrogenbindinger forekommer ofte i vand og er meget svage, men hvis der er mange bindinger tilstede, vil det give et højt kogepunkt pga. de store molekylære kræfter der kræves, for at adskille molekyler. Dette er grunden til, at ethanol har et højt kogepunkt.

Til fremstilling af øl nedbrydes maltens stivelse til sukkerstoffer. Når sukkeret kommer i forbindelse med gær, vil gærsvampene være i stand til at nedbryde sukkeret og omdanne det til ethanol og kulsyre. Denne gæringsproces ser således ud:

C_{6} H_{12} O_{6} → 2CH CH_{2} OH + 2CO

3 2

Glukose Ethanol Carbondioxid

Da ilt ikke indgår i processen, bliver 95 % af glukosen omdannet til ethanol og carbondioxid.

De resterende 5 % er små organiske mængder, af glycerol og fuselolier, der udskilles fra blandingen.

Ethanol virker giftigt på gærsvampene, når vol % kommer op på ca. 12 %, hvorefter gærsvampene vil dø. For at få en væske med en større vol %, skal væsken destilleres. Destillation er en proces der

bruges til, at adskille to stoffer/væsker med

forskellige kogepunkter fra hinanden. Det foregår ved, at stoffet med det laveste kogepunkt vil fordampe først, og derved blive adskilt fra det andet stof. I dette tilfælde vil ethanol, med et kogepunkt på 78 grader, fordampes først, da vand koger ved

100 grader.

Efter destillationen er der blevet dannet rent ethanol. Dette kan omdannes til carbondioxid og vand, da ethanol er en brandbar væske. Rektionen for dette ser således ud:

CH_{3} CH_{2} OH + 3O_{2} → 2CO + 3H O

2 2

Ethanol ilt carnondioxid vand

Side 3

1.c Bioteknologi Tirsdag d. 6. april 2010

3

Materiel: Termometer, svalerør, kolbe, kogestel, bægerglas, stativ, pimpesten, bunsenbrænder, vægt og en trefod.

Metode:

Man starter med at lave opstillingen til destillationsapparatet, som vist på tegningen. Der hældes ca. 150 ml øl op i et bægerglas, hvorefter øllen hældes frem og tilbage mellem to bægerglas, indtil brussen er forsvundet. Derved skal øllen vejes, samt en 100 ml målekolbe. Øllen hældes over i den tomme målekolbe, som dernæst skal opvarmes for at blive destilleret.

Der tændes for kølervandet, hvorved man holder øje med temperaturen – den skal ikke overstige 98grader. Da ethanol har et lavere kogepunkt end vand, vil ethanolen fordampes først. Når temperaturen er oppe omkring 98 grader, skal kolben fjernes fra opstillingen. Målekolben fyldes op med demineraliseret vand hvorefter det skal stå lidt for sig selv.

Derefter rystes blandingen grundigt, hvorved kolben bliver vejet. Bagefter kan man finde øllens %, ved at aflæse alkohol procenten på standardskurven.

Hypotese: Da den hjemmebryggede øl havde en mørk kulør og en lidt bitter eftersmag, forventer jeg, at øllen må have en alkohol procent på minimum 6 %, hvilket svarer til en mørk pilsners alkoholprocent.

Resultat: Skema over forskellige densiteter:

Ethanolindhold Densitet - Databog

0,0 % 0,99823 g/ml
5,0 % 0,99103 g/ml
10,0 % 0,98478 g/ml
14,8 % 0,97910 g/ml
19,7 % 0,97387 g/ml

Til udregning af øl densiteten, gør man følgende:

150,55 – 51,62 · 100 = 0,9893 g/ml.

Volumen af øl m af tom 100ml m af kolbe med Øl densitet Øllens vol % på målekolbe fortyndet vand standardkurve

100 g 51,62 g 150,55 g 0,9893 6,7 %

Side 4

1.c Bioteknologi Tirsdag d. 6. april 2010

4

Graf: Man kan ud fra grafen, se den grafiske fremstilling af resultaterne. Grafen viser densiteterne af forskellige ethanol procenter. Grafen ser meget fornuftig ud, da grafens linje er lineær, og da resultaterne ligger pænt på linjen.

Fejlkilder: Undervejs i forsøget kan der være opstået nogle små fejlkilder. Det er vigtigt man sørger for, at opstillingen er blevet opsat rigtigt, da der kan ske små fejl under forsøget. Hvis ikke svalerøret er placeret i den rigtige vinkel, vil noget af dampen fortætte sig øverst i kolben og derved glide tilbage. Dette skete for mit forsøg, hvilket resulterede til, at der ikke blev dannet en så stor mængde ethanol. En anden vigtig faktor er, at temperaturen overholdes, så den ikke overstiger 98 grader. Det kan hænde, at temperaturen siger pga. for meget varme, hvilket forudsiger, at blandingen bobler over, og herved vil noget at gæren komme ned i den destillerede ethanol. Baggrundsviden for dette er, at man skal lade læren godkende sin opstillingen inden udførelse af forsøget, så man sikrer sig, at man får nogle glimrende resultater.

Diskussion: Den hjemmebryggede øl har en volumenprocent på 6,7 %. I forhold til en almindelig, dansk øl, med en alkoholprocent på 4,6 %, er den hjemmebryggede øl noget mørkere. Til fremstilling af øl, bruges der forskellige malt kvaliteter, hvilket har en grundlæggende betydning for øllens farve og smag. Malttyper er afhængige af, hvor længe og ved hvilken temperatur malten er. Malt det er tørret, giver lyse øltyper, med en blød og sødelig maltkarakter imens andre malttyper, der tørres og ristes ved en høj temperatur, giver en meget mørk malttype, der har en brændt smag. Man siger, at jo mørkere en farve malten har, desto mørkere vil øllen være

Glukose er en af de vigtigste hovedingredienser til fremstilling af øl, hvilket har en stor betydning for alkoholprocenten. Hvis der ikke er mere glukose tilbage, kan gærcellerne ikke producere mere alkohol, idet der ikke er mere glukose at forgære. Sammenhængen mellem dette er, at jo større en glukose mængde der er, desto større en alkoholprocent, vil øllen have.

y = -808,32x + 806,42
25 R² = 0,9968

0

5

10

15

20

0,97 0,975 0,98 0,985 0,99 0,995 1

Ethanol %

Densitet g/ml

Densiteter

Densitet

Lineær (Densitet)

Side 5

1.c Bioteknologi Tirsdag d. 6. april 2010

5

Konklusion: Jeg kan ud fra forsøget konkludere, at der bliver dannet ren ethanol ved destillation. Min hypotese stemte overens med måleresultatet, da den hjemmebryggede øl fik en densitetsbestemmelse på 6,7 %. Forsøget resulterede i, at jeg fik en klar, gennemsigtig væske, der lugtede kraftigt af ethanol. Dette passer til teori afsnittet, hvilket giver et glimrende resultat.

Perspektivering: Hvis et stof har lave kogepunkter, kan man bruge en metode, der kaldes gaschromatografi, til bestemmelse af alkoholindholdet i øl. Da øl er en stofblanding bestående af forskellige stoffer, herunder vand, ethanol, sukker mm, skal gaschromtatografien adskille ethanolen og måle hvor stor en del af blandingen den udgør.

Som vist på overstående tegning, er kolonnen anbragt i en ovn, der varmes op til en ønsket

temperatur. Igennem denne kolonne strømmer en bærevæske/gas ind, som man vil

undersøge. På denne måde fordamper væsken under opvarmningen og vil blande sig med

den undersøgende blandingsvæske/gas. Stofferne der er i blandingen, vil blive ført med
bærevæsken/gassen gennem kolonnen, alt efter hvor hurtigt de bevæger sig.

Når molekylerne fra blandingen, bevæger sig gennem kolonnen, vil de en gang imellem binde sig til molekylerne i det faste stof, da molekyler klistre sig sammen ved fast form. Hvert enkelt molekyle har en forskellig evne til at binde sig til det faste stof, og vil derfor blive sinket forskellige steder på vej gennem kolonnen. Det molekyle, der har den mindste evne til at binde sig, vil være det molekyle, der først passere detektoren, imens det bedste bindende molekyle, vil komme sidst ud. I dette tilfælde, vil ethanol binde sig godt til de molekyler, der indeholder en O-H gruppe. Foruden har stoffets kogepunkt en stor betydning for hvor hurtigt molekylerne bevæger sig. Når molekylerne er kommet igennem kolonnen, vil detektoren registrere hvor meget af de enkelte stoffer, der er. Dette bliver omsat til et elektrisk signal, der registreres på en computerskærm. Registreringen har samme opbyggelse som en graf i et koordinatsystem med tid ud af den vandrette akse og styrken af det elektriske signal af den lodrette. Således bliver hvert stof i blandingen fremstillet med en top på grafen, og arealet under toppen, viser mængden af det pågældende stof.