1
Fremstilling af øl
Naturvidenskabelig rapport
....................................
Fysik, kemi og biologi
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.)
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”.
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
12
H
22
O
11
:
M C
12
H
22
O
11
= 12,011*12+1,00794*22+15,9994*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
12
H
22
O
11
:
m
sukker
=75g (det tilsatte sukker)
1 mol sukker er ækvivalent med 4 mol ethanol
n
n C
12
H
22
O
11
= 0,219106 mol * 4
=0,8764 mol sukker
Nu vil jeg finde molærmassen, M for ethanol,CH
3
CH
2
OH:
M CH
3
CH
2
OH = 12,011+1,00794*3+12,011+1,00794*2+15,9994+1,00794
= 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
3
CH
2
OH:
m CH
3
CH
2
OH = n CH
3
CH
2
OH * M CH
3
CH
2
OH
= 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
12
H
22
O
11
+H
2
O 4CH
3
CH
2
OH+4CO
4
M = Molærmasse
m = Masse
n = stofmasse
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
3
CH
2
OH
= 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
3
CH
2
OH = 51,709*45,265
= 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:
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
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.