Terug naar overzicht

Refractometers

april 2009
Door: Frits Haen

REFRACTOMETERS

Als je kijkt naar het brouwproces, dan is het moeilijk om steeds het juiste begin soortelijk gewicht te krijgen. Verschillen in de opening van je schrootmolen, de maischtemperatuur, de maischdikte, pH van het water en de samenstelling van het water spelen allemaal een belangrijke rol om het gewenste begin soortelijk gewicht te krijgen. Een probleem bij het meten van het soortelijk gewicht tijdens het spoelen of het filteren is dat je snel een monster moet hebben van voldoende omvang en genoeg gekoeld (tot ongeveer 20 °C) voor je hydrometer. Ik gebruikte altijd een literfles in een bad van ijswater tot een vriend voorstelde om het eens met een refractometer te proberen. Ik dacht dat dit het ei van Columbus was, omdat ik maar een paar druppels wort nodig had om te kunnen meten. Ik ontdekte snel dat refractometers heel handig zijn, al vereisen ze enige wiskundige correctie om nauwkeurig te zijn.

Refractometers worden vaak gebruikt om snel het soortelijk gewicht van onvergiste wort te meten. Met een beetje meer inspanning kun je informatie krijgen over gegiste wort, inclusief het alcoholpercentage van het bier en het begin soortelijk gewicht van een afgewerkt bier! Het gebruik van de wiskunde kan misschien afschrikken, maar er zijn softwareprogramma’s verkrijgbaar zodat het geen probleem hoeft te zijn.

Gelukkig waren er al veel mensen voor mij die hun huiswerk goed hadden gedaan om dit handige instrument te kunnen gebruiken. Jeffrey Donovan van de Sausalito Brewing Company had een mooi programma geschreven, ProMash, dat – samen met een boel andere dingen - een refractometer rekenmachine voor brouwers heeft. Ik gebruik dit programma altijd. Louis Bonham heeft ook veel professionele literatuur onderzocht en veel informatie verspreidt onder amateur brouwers over refractometers.

Wat is een refractometer?

Een Brix refractometer is een optisch instrument dat de sucroseconcentratie in een sucrose- en wateroplossing meet als functie van de brekingsindex van de oplossing. Het soort refractometer dat de meeste brouwers gebruiken bevat geen elektronische componenten.

Refractie of breking is de boog die je ziet als je een potlood in een glas water zet. De brekingsindex is technisch gezien de verhouding van de snelheid van het licht in vacuüm gedeeld door de snelheid van het licht in het te onderzoeken monster. Het is gelijk aan de sinus van de hoek van intrede (de hoek waaronder het licht het water binnengaat) gedeeld door de sinus van de hoek van breking (de mate waarin het licht wordt afgebogen) van een lichtstraal.

De formule is dan: RI = sin(I)/sin(r)

Als je het potlood zou zetten in een rij glazen met steeds meer geconcentreerd suikerwater dan zou je zien dat het potlood schijnbaar meer gebogen zou zijn naarmate de suikerconcentratie hoger was. Een refractormeter maakt deze meting gemakkelijk en zet deze brekingsindex om in Brix, die gelijk is aan procenten sucrose.

In de refractometer wordt het licht in het wortmonster omgebogen en geprojecteerd op een netwerk van lijnen en nummers, waardoor we de hoek kunnen meten waarin het licht werd afgebogen. Een refractometer lijkt op een kleine telescoop. Je tilt een raamwerk op, doet er een druppel vloeistof in en wacht 30 seconden om te zorgen dat de refractometer thermisch stabiel is (ook de vloeistof kan zich dan gelijk over de plaat verdelen) en leest dan het resultaat in Brix. Brix kan ongeveer naar de specifieke zwaartekracht (SG) worden omgerekend met een eenvoudige formule:

SG = 1 + (0.004 x Brix)

De meeste mensen zullen zich herinneren dat je de uitlezing in Brix met vier moet vermenigvuldigen om het soortelijk gewicht te krijgen. Bijvoorbeeld, als je 11 Brix afleest en je vermenigvuldigt het met vier, dan krijg je 44, wat overeenkomt met een soortelijk gewicht van 1.044.

Een enigszins nauwkeuriger formule is:

SG = 1,000019 + [0.003865613(brix) + 0.00001296425(brix) +

0.00000005701128(brix)]

Met deze formule geeft een Brix van 11 een soortelijk gewicht van 1.043.

Kiezen van een refractometer

Er zijn veel soorten refractometers. Het type dat brouwers gebruiken is het type wat fruittelers gebruiken om de suikerconcentratie in het fruit te meten om te kijken of het al rijp is. Het meet meestal van 0 tot 30 Brix (1000 tot 1120 SG) en dat is een bruikbare reeks voor amateur bierbrouwers. Het is belangrijk om er geen te krijgen die batterijzuur of andere chemische oplossingen meet, omdat die een niet beschikbare vergelijking nodig heeft om naar Brix om te zetten en zal waarschijnlijk een verkeerd bereik aan brekingsindexen hebben. Refractometers zijn verkrijgbaar met of zonder automatische temperatuurcompensatie (ATC). ATC is een mooie luxe, maar niet noodzakelijk indien je een temperatuurcompensatiegrafiek gebruikt. In eenvoudige refractometers wordt ATC optisch gedaan en niet elektronisch. Ze kosten overal tussen de 75 en 300 euro, afhankelijk van de kwaliteit en het land van herkomst. Ik heb de minder dure exemplaren gebruikt met prima resultaat. Omdat het monster een hele kleine massa heeft ten opzichte van de refractometer is alleen de temperatuur van de refractometer bepalend voor een juiste aflezing.

Gebruik van de refractometer

Het gebruik van een refractometer is heel eenvoudig. Je kalibreert de refractometer door het raampje te reinigen en er een druppel gedestilleerd water op te doen. Sluit het raampje en let er op dat het glas geen droge plekken of luchtbellen heeft. Wacht 30 seconden. Houd de refractometer met het raam naar een lichtbron en kijk door het ooggat. De meter zal een lijn laten zien tussen blauwe en heldere tonen. Deze lijn zal corresponderen met een schaal aan de kant van het scherm. Daar wordt de aflezing gedaan. Regel dan de kalibratieschroef naar 0 Brix. Als de meter is gekalibreerd, maak dan het raam schoon en breng een of twee druppels van het monster aan op het raam en lees de waarde af door het ooggat.

Temperatuurkalibratie

Als je een model gebruikt met ATC dan kun je de aflezing direct gebruiken. Als je geen ATC hebt dan moet je de grafiek gebruiken die bij de refractometer wordt geleverd. Je kijkt eenvoudig naar de omgevingstemperatuur en bepaalt aan de hand van de grafiek hoeveel je er bij of eraf moet tellen om de juiste waarde te krijgen. Gebruik geen temperatuurcorrectie bij het kalibreren van de meter. De kalibratie moet voor de meeste meters gebeuren bij een temperatuur van 20 °C.

Begrip van de aflezing

Als het monster bestaat uit sucrose en water dan kun je de aflezing direct gebruiken. Als je wort gaat meten, wat meestal maltose is, moet je een correctie doen die ik wortkalibratie noem.

Wortkalibratie

Metingen van het soortelijk gewicht van wort met behulp van een refractometer zijn niet hetzelfde als metingen met een hydrometer. Brix refractometers zijn bedoeld om het suikergehalte van een pure sucroseoplossing te meten. Omdat wort niet alleen bestaat uit suiker en water moet je een kleine correctie maken vanwege de niet-suikercomponenten van het wort. De correctiefactor is verschillend voor verschillende brouwerijen. Bier dat heel donker is of een zeer hoog begin soortelijk gewicht heeft kan ook een andere correctiefactor hebben. Om de correctiewaarde te berekenen meet je het soortelijk gewicht met de refractometer. Koel dan een monster van het wort en meet het soortelijk gewicht met de hydrometer. Zet dan de meting met de hydrometer om in Brix met de formule:

Brix = (SG-1)/0.004.

Deel dan de aflezing van de refractometer door de aflezing van de hydrometer. Je krijgt dan een getal tussen 1,02 en 1,06. Als je dit doet voor een paar soorten wort en daar het gemiddelde van neemt dan krijg je de correctiefactor die je voor jouw brouwerij kunt gebruiken. ProMash gaat uit van 1,04 en dat getal gebruik ik ook altijd. Als je eenmaal die correctiefactor hebt kun je alle metingen met de refractometer delen door dat getal om de juiste aflezing te krijgen. Als je aflezing bijvoorbeeld 14,6 Brix is, dan is je gecorrigeerde aflezing 14,04 Brix (14,6 gedeeld door 1,04 is 14,04). Dan kun je de meting in Brix omzetten naar soortelijk gewicht.

Als je eenmaal je refractometer gekalibreerd hebt en je correctiefactor hebt bepaald, kun je steeds het soortelijk gewicht bepalen zonder dat je genoeg wort hebt laten afkoelen om met de hydrometer te kunnen meten. Je kunt de refractometer gebruiken om het soortelijk gewicht te meten van je wort tijdens het filteren en bepalen wanneer je moet stoppen met spoelen. Je kunt ook snel meten tijdens het koken om te bepalen of je de barleywine nog verder moet laten koken of dat je nog water toe moet voegen om juiste soortelijk gewicht voor je witbier te krijgen. Bij zorgvuldig gebruik is een 0-30 Brix refractometer nauwkeurig tot 0,2-0,3 Brix. Dat is minder nauwkeurig dan een goede hydrometer. Toch kan een snelle meting van het soortelijk gewicht nuttig zijn, als het laten afkoelen van een flink monster voor de hydrometer te veel tijd in beslag neemt.

Meting van het alcoholpercentage (ABV)

Hier begint het ingewikkeld te worden. Gelukkig deed Louis Bonham goed werk door deze methode voor amateur brouwers te onderzoeken. Je gebruikt de aflezing van de refractometer en van de hydrometer en gebruikt de volgende vergelijking:

ABV = [277.8851 - 277.4(SG) + 0.9956(Brix) + 0.00523(Brix2) + 0.000013(Brix3)] x (SG/0.79)

In deze vergelijking is Brix de aflezing van je refractometer en SG de aflezing van je hydrometer. Als je dit probeert is het belangrijk nauwkeurig af te lezen. Ontgas het monster met een mixer of door het tussen twee glazen te gieten tot het niet meer schuimt. Als het mogelijk is moet de aflezing gebeuren op een temperatuur van 20 °C. Als je hydrometer is gekalibreerd in Brix, gebruik dan de langere formule die eerder vermeld staat om te rekenen naar SG. Meting van het alcoholpercentage ABV kan binnen 0,3% als je voorzichtig bent met meten.

Schijnbare en echte extract

Je hydrometer meet het schijnbare extract (AE) van je bier. Het echte extract (RE) is het eigenlijke percentage van de onvergiste suiker. Je kunt dit meten door de aflezing van de refractometer om te zetten naar de brekingsindex met de vergelijking:

RI = 1.33302 + 0.1427193(Brix) + 0.000005791157(Brix2)

Dan moet je de brekingsindex (RI) invullen in de vergelijking:

RE = 194.5935 + 129.8(SG) + RI[410.8815(RI) - 790.8732]

Ik wil het echte extract (RE) weten omdat het beter overeenkomt met de waargenomen zoetheid dan het schijnbare extract (AE). Als je het soortelijk gewicht van het gistende wort wilt weten en je hebt het begin SG gemeten, dan kun je de refractometer nemen met een paar druppels van het gistende bier, de resultaten in de vergelijking zetten en het specifieke soortelijk gewicht uitrekenen. Dit heeft het voordeel dat je kunt bepalen of de vergisting klaar is zonder dat je een flink monster moet nemen voor de hydrometer.

Het is ook mogelijk het begin soortelijk gewicht van een vergist bier te bepalen. Stel je hebt een fles Samuel Smith’s IPA en je wilt het begin soortelijk gewicht weten. Je kunt de aflezing van de refractometer nemen en die waarde invoeren in nog een andere formule (ik gebruik ProMash om deze twee berekeningen te maken). Ik kan een refractometer erg aanbevelen om het soortelijk gewicht van het wort snel te kunnen bepalen tijdens het spoelen en het koken en om het alcoholgehalte te bepalen van je uiteindelijke bier. Hoewel de formules af kunnen schrikken, kunnen ze door iemand met een beetje wiskunde van de middelbare school worden opgelost. Als alternatief kun je brouwsoftware gebruiken als ProMash of een spreadsheet maken om het op te lossen.

Colin Kaminski

Bron: Brew Your Own, november 2003, vertaald en bewerkt door Frits Haen

Terug naar overzicht