Рефрактометр

Рефрактометр
Колин Камински
Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!Рассматривая подробно процесс пивоварения можно выделить, что одной из самых сложных вещей является точное измерение начальной плотности сусла. На начальную плотность (OG) оказывает влияние практически всё: помол солода, способ и температуры затирания, pH воды и содержание солей. Одной из основных проблем при измерении плотности гидрометром (ареометром) в процессе кипячения сусла является необходимость быстро охладить относительно большой объём кипящей жидкости. Я погружал литровую флягу с суслом в таз с ледяной водой, пока друг не предложил попробовать рефрактометр. Мне показалось волшебством то, что я могу использовать всего пару капель сусла для измерения плотности. Я быстро узнал что хоть рефрактометры и очень удобны, показания их требуют некоторых математических преобразований чтобы получить точные данные.
Чаще всего рефрактометры используются для быстрого вычисления плотности начального сусла. Однако, приложив немного усилий, вы можете с помощью этого прибора получить информацию и о бродящем пиве, включая уровень алкоголя в готовом пиве! Используемые математические выражения могут показаться сложными, но существуют программы, которые сделают вычисления за вас.
К счастью, я обнаружил, что было множество людей, которые раньше меня выполнили всю подготовительную работу для того, чтобы рефрактометр стал удобным инструментом. Джеффри Донован (Jeffrey Donovan) из Sausalito Brewing Company написал замечательную программу Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! которая включает в себя вычисления для показателей рефрактометра. Я постоянно ей пользуюсь. Кроме этого, Льюис Бонхэм (Louis Bonham) копался в профессиональной литературе и распространил много информации о рефрактометрах среди сообщества домпивоваров.
Что такое рефрактометр?
Рефрактометр — оптический инструмент, предназначеный для измерения концентрации сахаров в водных растворах. Концентрация измеряется посредством измерения степени преломления (рефракции) света в растворе. Рефрактометры, наиболее часто используемые домашними пивоварами, не содержат никаких электронных компонентов.
Рефракция это то, что заставляет выглядеть сломанным карандаш, когда его опускают под углом в стакан с водой. Степень рефракции (индекс рефракции, RI) — это спенень изменения скорости света в образце по сравнению со скоростью света в вакууме. Это равно синусу угла падения, поделённого на синус угла преломления.
RI=sin(I)/sin(r)
Если вы будете опускать карандаш в стаканы, содержащие растворы сахара в разных концентрациях, то вы заметите, что угол преломления карандаша будет тем больше, чем в более концентрированный раствор он опущен. Рефрактометр делает такие измерения простыми, а также преобразует индекс рефракции (RI) в градусы Брикс (Brix), которые равны процентному содержанию сахара в растворе. Рефрактометр направляет падающий на образец свет на шкалу с рисками и цифрами, позволяя нам увидеть угол, под которым пучок света преломился.
Рефрактометр выглядит как маленький телескоп. Вы помещаете каплю раствора на стекло, ждёте полминуты для того, чтобы температура выровнялась (и для того, чтобы капля равномерно растеклась по стеклу), а затем просто считываете показания в градусах Брикс. Градусы Брикс можно очень просто преобразовать в плотность с помощью выражения:
SG = 1 +(0.004 x Brix)
Множество людей просто запомнили правило умножения на 4: возьмите показания рефрактометра, умножте на 4 и получите плотность в «единицах плотности». К примеру, если показания рефрактометра 11 Брикс, то плотность получится 1,044. Вот более точная формула:
SG = 1.000019 + [0.003865613(Brix) + 0.00001296425(Brix) + 0.00000005701128(Brix)]
Если использовать её, то плотность раствора в 11 градусов Брикс будет равна 1,043.
Выбор рефрактометра
Сушествует множество типов рефрактометров. Рефрактометры, используемые домашними пивоварами — это приборы, предназначенные для измерения концентрации сахара во фруктах и ягодах. Обычно шкала такого рефрактометра размечена от 0 до 30 Брикс (1,000 — 1,120 SG) — это наиболее используемый диапазон измерений плотности в домашнем пивоварении. Важно понимать, что нельзя использовать в наших целях рефрактометр, предназначенный для измерения концентрации кислоты в аккумуляторах или рефрактометры, предназначенные для химических лабораторий. С их помощью практически невозможно вычислить концентрацию сахара в растворе.
Рефрактометры бывают с или без автоматической температурной компенсации(ATC). ATC — это приятно, но не необходимо. Вы можете использовать таблицы для температурной компенсации. В простых рефрактометрах ATC выполняется оптически — без всякой электроники. Стоимость рефрактометров колеблется в пределах $75 — $300 Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!. Стоимость зависит от качества выполнения, наличия доолнительных наворотов и страны происхождения. Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!. Я использую наиболее простую модель и доволен результатами. Учтите, что в виду того, что масса капли жидкости на порядки меньше массы самого рефрактометра, то имеет значение только температура самого рефрактометра.
Использование рефрактометра
Использовать рефрактометр очень просто. Сначала его нужно откалибровать: помещаете каплю дистилированной воды на стекло, закрываете крышкой и ждёте 30 секунд. Направляете рефрактометр на источник света и смотрите в окуляр: измерения снимаются с помощью линии раздела синего поля и светлого поля (вы сразу всё поймёте, стоит вам только посмотреть). Эта линия указывает на градус шкалы Брикс, которую вы также видите в окуляре. С помощью калибровочной отвёртки добиваетесь того, чтобы рефкрактометр показывал 0 Брикс на дистилированной воде. После калибровки очищаете стекло, капаете на него суслом и считываете показания.
Температурная компенсация
Если вы используете рефрактометр с ATC, то вы просто используете в дальнейших расчётах считанные показания. Если в вашем рефрактометре нет ATC, то вам придётся использовать таблицы температурной компенсации, которые должны поставлятся с новым рефрактометром. Вы считываете показания рефрактометра, определяете его температуру и по таблице находите, сколько нужно добавить или вычесть их показаний, чтоьы получить верные данные. Не применяйте коррекцию температуры, когда калибруете рефрактометр — большинство рефрактометров калибруются при температуре 20°C.
Чтение показаний
Если измеряется просто раствор сахара в воде, то вы можете использовать непосредственно показания рефрактометра. Если вы измеряете плотность сусла — которое в основном содержит мальтозу — вы должны откорретировать считанные показания. Это я называю калибровкой по суслу Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!.
Калибровка по суслу
Результаты измерений плотности сусла посредством рефрактометра не будут соответствовать плотности, измеренной Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! (гидрометром). Рефрактометр предназначен для измерения процента содержания сахара в растворе. Но сусло — это не просто раствор сахаров в воде, поэтому вам необходимо провести небольшую поправку на то обстоятельство, что в сусле содержится не только сахара, но и другие вещества. Степень коррекции отличается на разных пивоварнях. Также, для очень тёмного пива и для пива с высокой начальной плотностью может потребоваться другая поправка, нежели для более светлых и лёгких сортов. Для вычисления значения вашей поправки, измерьте плотность сусла рефрактометром. Затем охладите сусло и измерьте плотность ареометром. Переведите показания ареометра в градусы Брикс: Brix = (SG-1)/0.004. Затем разделите показания рефрактометра на показания ареометра в градусах Брикс. Вы получите число в пределах 1,02 — 1,06. Если вы проделаете эту операцию, используя разное сусло, то сможете вычислить среднюю поправку, соответствующую именно вашей пивоварне. В программе ProMash эта поправка по умолчанию равно 1,04, и именно это число я использую. И так, у вас есть значение поправки. Теперь, для коррекции показаний рефрактометра, просто делите их на этот поправочный коэффициент. К примеру, мой рефрактометр показывает 14,6 Брикс. Значит, я корректирую эти показания следующим образом: 14,6/1,04=14,04. Затем перевожу градусы Брикс в плотность.
Когда вы откалибруете ваш рефрактометр и вычислите поправочный коэффициент, вы сможете измерять плотность очень быстро, без охлаждения полулитра сусла для ареометра. Вы можете использовать рефрактометр для того, чтобы измерить плотность вашего затора для того, чтобы точно знать, когда остановить промывание. Также, вы в любое время можете определить плотность кипящего сусла, чтобы определить, продолжать ли кипятить ваш будущий бэрливайн или добавить воды в ваш будущий биттер. При условии аккуратного использования точность рефрактометра (0-30 Brix) составляет примерно 0,2-0,3 градуса Брикс. Точность у прецезионного гидрометра немного выше. Но рефрактометр может измерить плотность в любое время, а для гидрометра необходимо охлаждать пусть не большой, но всё же существенный объём сусла.
Вычисление объёмной доли спирта (ABV)
Вот здесь ничинаются сложности. К счастью, Льюис Бонхэм (Louis Bonham) проделал большую работу по разработке метода измерения содержания алкоголя в пиве для домпивоваров. Вам понадобятся показания как рефрактометра, так и ареометра. Для вычисления ABV воспользуйтесь вот этим выражением:
ABV = [277.8851 - 277.4(SG) + 0.9956(Brix) + 0.00523(Brix2) + 0.000013(Brix3)] x (SG/0.79)
Здесь, Brix – показания вашего рефрактометра, SG – показания ареометра.
Если вы будете использовать этот метод, то помните, что для него нужны очень точные измерения. Избавьтесь от газа в пиве (можно для этого использовать блендер) и убедитесь, что на поверхности нет пены. Производите измерения при 20 °C. Если ваш ареометр размечен шкалой в градусах Брикс, воспользуйтесь длинной формулой для перевода Брикс в SG. Если вы будете аккуратны, то это выражение может быть очень точным — минимальная погрешность 0,3%.
Видимый и реальный экстракт
Показания вашего ареометра соответствуют величине видимого экстрактаСсылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! вашего пива. Реальный экстрактСсылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! — это процент остаточных несбраживаемых сахаров. Вы можете его вычислить с помощью рефрактометра, переведя показания в градусах Брикс в коэффициент преломленияСсылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!:
RI = 1.33302 + 0.1427193(Brix) + 0.000005791157(Brix2)
Затем подставьте вычисленное значение RI в это выражение:
RE = 194.5935 + 129.8(SG) + RI[410.8815(RI) — 790.8732]
Я люблю вычислить RE, так как он лучше коррелирует со сладостью пива, чем AE. Если вы хотите узнать плотность бродящего пива и у вас есть значения начальной плотность (OG), то возьмите показания рефрактометра и подставьте эти значения в формулу вычисления плотности пива (SG). Это позволит вам понять, закончилось ли брожение, без необходимости отливать пиво, чтобы искупать там ваш ареометр.
Кроме всего этого, у вас есть возможность вычислить начальную плотность уже сброженного пива. К примеру, у вас есть бутылка IPA производства Samuel Smith, и вы хотите узнать его начальную плотность. Возьмите рефрактометр, снимите показания и подставьте их в другую формулуСсылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!. Я же использую для этого ProMash.
Я рекомендую использовать рефрактометр. Это способ быстро получить значение плотности во время фильтрации и варки сусла, а также способ вычислить содеражание алкоголя в готовом пиве. Приведённые формулы могут испугать, но они на самом деле просты даже для школьника. Кроме этого, вы можете использовать специальное ПО для пивоваров, такое, как ProMash. Или сделайте простую таблицу с формулами в Excel или OO Calc.
Колин Камински недавно стал главным пивоваром в Downtown Joe's Brewpub, в Напе, штат Калифорния.
Источник: статья Колина Камински Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!, опубликованная 31 октября 2003 года