Fremstilling af Øl - Rapport i NV

Side 1

1

Fremstilling af øl

Naturvidenskabelig rapport

....................................

Fysik, kemi og biologi

Side 2

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

2

Fremstilling af øl

Formål

Formålet med forsøget er at fremstille 20L Brown Ale ud fra malten og derefter udarbejde en rapport der samler den relevante teori om ølbrygning fra biologi-, fysik- og kemiundervisningen.

Denne rapport er også en afslutning af det naturvidenskabelige grundforløb i 1g.

Teori

Mikroorganismers vækst

For at forstå mikroorganismernes vækst er det vigtig at vide at hastigheden af hvor hurtigt de vokser og formerer sig, som bla. afhænger af pH-værdi, temperatur og næringsstoffer. Når vi kender disse vækstfaktorer og væksten i en cellekultur, vil vi kunne styre væksten.

Derfor vil jeg nu komme ind på de fire faser øl skal i gennem. Faserne nævnes nu i den rigtige rækkefølge; a) nølefasen, b) den eksponentielle vækstfase, c) den stationære fase og d) dødsfasen.

(Biologi til tiden side144-146, Lone Als Egebo, Paul Paludan-Müller, Kresten Cæsar Torp og Steen Ussing, Nucleus, 2 udgave, 1 oplag 2005.)

Jeg har valgt at vise mikroorganismernes vækst med denne figur, da den danner et overblik over hvad jeg nu vil forklare nærmere.

(Figur 198, d. 3/1-08:
http://www.biologitiltiden.dk/bogensfigurer/pdf/198

.pdf)

a) Det hele starter i nølefasen hvor cellerne begynder at tilpasse sig de nye omgivelser, dvs. at gærcellerne danner enzymer som skal bruges til at spalte sukkeret til glukose, som de kan optage og udnytte som en energikilde og respiration, på denne måde får de brugt alt ilten i ballonen. Når der ikke er mere ilt tilbage starter der en gæring i ballonen, ved at mikroorganismerne spalte glukosen til alkohol og kuldioxid for stadigvæk at få energi i form af ATP, men dog mindre kun 2 ATP, hvor der ved respirationsprocessen kom 30 ATP.

b) Efter nølefasen kommer den eksponentielle vækstfase hvor cellerne deler sig i eksponentiel vækst dvs. i en konstant hastighed, hvor en celle bliver til to, to til fire osv. I den eksponentielle vækstfase frigøre kuldioxid ved gæringen, dette kan opleves ved at det bobler i ballonen.

c) Herefter kommer den stationære fase hvor gæringen stilner af, da gæren har brugt meget af sukkeret, men under gæringen dannes der alkohol og derfor vil alkoholprocenten stige. Der er ca.

lige så mange gærceller der dør i den stationære fase som dem der kommer til.

d) I dødsfasen som er den sidste fase dør gærcellerne, da de ikke kan tåle den ”høje” alkoholprocent.

(Biologi til tiden side144-146, Lone Als Egebo, Paul Paludan-Müller, Kresten Cæsar Torp og Steen Ussing, Nucleus, 2 udgave, 1 oplag 2005.)

Side 3

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

3

De fire processer der sker under ølfremstillingen

Ølfremstillingen går på fire processer; 1) maltfremstilling, 2) urtfremstilling, 3) gæring og lagring og til sidst 4) færdiggørelse. Jeg har valgt at skrive den måde ølfremstillingen foregår på, når der er tale om en pilsnerøl, da der er utallige variationer på måden at brygge øl på.

1) Malten findes i spiret korn og det er der gæren får sin energi fra. Til en pilsnerøl bruges der udelukkende byg, som består af stivelse. Stivelsen bliver nedbrudt til mindre stivelseskæder, for det meste glukose og maltose, som gæren kan fordøje og lave til ethanol. Under maltfremstillingen dannes enzymer som der nedbryder stivelsen i urtfremstillingen som er den næste proces.

2) I urtfremstillingen sker en mæskning hvor indholdstofferne i malten går i oplysning og kan derefter nedbrydes. Derefter koges maltopløsningen med humle (man laver en urtkogning), dette gøres for at konservere øllet, men også for at give øllet dens bitterhed. Efter urtkogningen filtreres urten og nedkøles.

3) I processen ”gæring og lagring” sker en hovedgæring og en eftergæring (evt. når øllet er på flasker). Ved gæringen dannes ethanol og kuldioxid, ved at omsætte sukket der fremkom ved stivelses-nedbødningen (mæskningen). Men gæren bruger også noget af sukket til at danne andre biprodukter, hvor nogen bidrager med aroma.

4) Nu er vi nået til den sidste proces der hedder ”færdiggørelse” hvor øllet filtreres og tappes på flasker (hvis dette ikke blev gjort lige før eftergæringen). Hvis der ikke blev anvendt sterilfiltrering under ølfremstillingsprocessen, skal øllet nu pasteuriseres.

(Udleveret papir i biologitimen, findes også som vedhæftet dokument i 1.w`s skema, til biologitimen, 4/11-1008, 1

modul )

Undergær og overgær

Der findes to slags gær en undergær og en overgær. Overgæren (som vi brugte i vores forsøg på at fremstille Brown Ale) lægger sig i overfladen som et tykt skummende lag. Den arbejder bedst mellem 15-25ºC og dens gæringsproces tager kun omkring en uge, dog producerer den mindre ethanol ind undergæren, da den lægger sig i overfladen hvor der er mere ilt.

Undergæren er i dag brugt i de fleste danske øl, bla. stout og pilsnerøl. Undergæren lægger sig i bunden af ballonen og arbejder bedst ved 6-18ºC. Gæringen tager mellem 1-2 uger, men den produceres også mere ethanol ind ved brug af overgær.

(Kilde, den 11 jan 09: http://sotoft.dk/olbrygning/revare/gaer.shtml)

Mængde beregninger

Nu når vi kender øllet kemiske formel, kan jeg ud fra den beregne øllets molærmasse M. hvis man så også kender massen, m, vil man kunne beregne stofmængden, n eller beregne massen, m ved at kende stofmængden, n, ved hjælp af følgende formler:

m = n*M

Hvis vi i stedet kender massen, m og stofmassen, n, kan vi finde molærmassen, M, ved hjælp af denne formel:

(Kemi 2000, C-niveau, side 50, Helge Mygind, P. Haase & Søns Forlag, 1 udgave, 1 oplag 1994, 8 oplag 1999.)

Beregner af øllet, hvor disse formler er brugt ses i afsnittet ”forsøgets beregninger og resultater”.

Side 4

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

4

Opskrift og fremgangsmåde af brygning af øl

Henvises til bilag 1 ”Opskrift til håndbrygning af 20L Brown Ale”.

(Udleveret i biologitimen, findes også som vedhæftet dokument i 1.w`s skema, til biologitimen, 4/11-1008, 1 modul )

Forsøgets beregninger og resultater

Kemisk mængde beregninger af den tilsatte sukkerindhold i øllet:

Jeg tager udgangspunkt i det afstemte reaktionsskema for alkoholgæring

Jeg starter med at finde molærmassen, M for C H O:

12 22 11 m = Masse
M C H O = 12,011*12+1,00794*22+15,9994*11 n = stofmasse

12 22 11

=144,132+22,1747+175,993
=342,3 g/mol

Nu vil jeg regne videre for at stofmasse, n af tilsat sukker for C H O:

12 22 11

m =75g (det tilsatte sukker)

sukker

1 mol sukker er ækvivalent med 4 mol ethanol n n C H O

12 22 11

= 0,219106 mol * 4
=0,8764 mol sukker

Nu vil jeg finde molærmassen, M for ethanol,CH CH OH:

3 2

M CH CH OH = 12,011+1,00794*3+12,011+1,00794*2+15,9994+1,00794

3 2

= 12,011+3,02382+12,011+2,01588+15,19994+1,00794
= 45,265 g/mol

Nu vil jeg finde massen, m af ethanol i CH CH OH:

3 2

m CH CH OH = n CH CH OH * M CH CH OH

3 2 3 2 3 2

= 0,8764 mol* 45,265 g/mol
= 39,670g

Nu vil jeg beregne volumen, V af ethanol i øllet:

Massefylden for ethanol er 0,79 g/mL

V

= 50,21mL

C H O +H O 4CH CH OH+4CO

12 22 11 2 3 2 4

M = Molærmasse

Side 5

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

5

Nu vil jeg beregne volumen i procent for ethanol i øllet:

Vol. i %

=

= 0,251% ethanol

0,26% ethanol

Dette er selvfølgelig ikke et særligt præcist resultat, da det kun er det tilsatte sukker der beregnes på. Vi vil ikke beregne volumen i procent for ethanol i øllet præcist, da vi ikke har reaktionskemaet for malten, men jeg vil gerne vise en udregning hvor vi tager betragter alt malten i øllet som sukker, dette kalder jeg den:

Den teoretiske maksimum sukkermængde i øllet:

Jeg starter med at pluse alle ingrediensernes vægt sammen.

3500g+500g+300g+50g+75g = 4425g sukker

n CH CH OH

3 2

= 12,927257mol *4
= 51,709 mol sukker

Jeg tager nu molærmassen, M for ethanol fra udregningen af tilsat sukker, for at finde massen, m:

M CH CH OH = 51,709*45,265

3 2

= 2340,608g/mol

Nu vi jeg finde rumfanget, V:

V =
= 2962,795mL

Nu vil jeg finde resultatet ved at lave det om til ethanol i procent:

Vol i % = * 100% vol
=14,814% ethanol

15% ethanol

Dette er selvfølgelig heller ikke i overensstemmelse med hvor meget ethanol er i vores øl, da malten ikke kun består af sukker.

Jeg vil nu beskrive vores resultater til beregning densiteten i biologitimen ved brug af et hydrometer:

Side 6

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

6

Ved at hælde 100 mL op i et måleglas og nedskænke et hydrometer, målte vi at de forskellige

sukkerarter i urt/malt havde en densitet på 1,035, ved aflæsning af dokumentet ”Jästabell” (se bilag
2) kunne vi se at en densitet på 1,035g/mL svarer til 97 g sukker pr. L i urt/malt, som svarer til en

alkoholprocent på 3,5 %.

Efter at have tilsat sukose- disakkerid på 75g, målte vi med samme metode densiteten af den

færdige øl til at have en densitet på 1,012g/mL, dvs. 35g sukker pr. L i urt/malt, dvs. en

alkoholprocent på ca. 1 %.

Dette passer selvfølgelig ikke. Jeg vil derfor prøve at svare på hvorfor densiteten stadigvæk er over

1 efter gæring i min diskussion.

Diskussion

JW bad os om at give et bud på hvorfor det potentielle ethanolindhold er højre i vin end i øl.

Jeg tror at det har noget at gøre med at øl har et mindre sukkerindhold end vin, da vin er lavet på druer som indeholder meget sukker i forhold til øl. Den tanke kommer af at man tilsætter en lille mængde sukker til øllet inden det tappes på flasker for at sukkeret kan sætte en eftergæring i gang, som giver kuldioxid og hæver ethanolprocenten en smule. Jeg tror derfor at den ekstra sukkermængde der er i vinen kan give en lidt højre ethanolprocent. Sukkeret har måske også en indflydelse på at vin generelt gærer i længere tid end øl.

JW bad os også om at prøve at svare på følgende spørgsmål: "Hvad kan være årsagen til at densiteten stadig er over 1 efter gæring"? (Øl burde have lavere densitet end vand – da vand flyder ovenpå.

Dette kan forklares ved at en højere densitet er enstydigt med en højre sukkermængde, og når gæren bruger sukkeret, dannes der ethanol der dermed påvirker densiteten den anden vej og jo længere man er henne i processen, desto mere ethanol er der i øllet og jo dårligere bliver hydrometeret til at måle sukkermængden og densiteten.

(Kilde, d. 8 jan 09: http://www.vinometric.dk/pdf/Sukker&Alk.pdf)

Fejl og usikkerhed

Jeg har smagt på øllet, den smager meget syrligt, især i eftersmagen. Da jeg ikke går ud fra at dette er meningen og at det derfor ikke er gærstammens skyld, må det være fordi der er kommet eddikesyrebakterier eller mælkesyrebakterier i øllet, måske fordi vi ikke har været sterile nok og der er kommet mælkesyrebakterier fra vores hænder ned i malten og øllet. En anden grund kan være at ballonen ikke har været tæt nok og øllet derfor er blevet udsat for ilt.

(Kilde, ølfejl - man desværre støder på, Politikens bog om øl, Rolf Nielsen, 2005, 4 udgave) Konklusion

Jeg kan ud fra mine resultater konkludere at mine beregner af ethanolprocenten er meget forskellige, dette er fordi jeg har beregnet ethanolprocenten på tre forskellige måder; 1) som der kun findes tilsat sukker i øllet, hvilket selvfølgeligt ikke passer da malten også indeholder sukker, derfor bliver ethanolprocenten meget lille, kun 0,26 %. 2) som alle ingredienserne er sukker, og derfor får jeg et meget højt resultat, nemlig at ethanolprocenten er 15 %. 3) en måling af densiteten ved hjælp af et hydrometer, hvilket kun gav en ethanolprocent på 1 %, dette er fordi at jo højre

Side 7

Naturvidenskabelig rapport, fysik, kemi og biologi

7 sukkerindholdet, jo højre er densiteten også, men ethanol påvirker densiteten den anden vej, og derfor er densiteten faldet og derved også ethanolprocenten.

Hvis jeg skulle have kunne beregne den potentielle ethanolindhold skulle jeg have fået reaktionskemaet for malten.

Jeg kan også konkludere at øllets syrlige smag nok skyldes eddikesyrerbakterier eller mælkesyrebakterier i øllet, da vi ikke har været sterile nok.