Effect wijze beluchten op zuurstofopname

[William]

INTRO
Omdat ik sinds kort ook in het bezit ben van een magneetroerder wilde ik wel eens weten of je ook effectief met een magneetroerder kunt beluchten zonder een bruissteentje te gebruiken. Dat kreng leidt alleen maar tot schuimvorming. Daarnaast zag ik pas dit artikeltje waarin men liet zien dat simpel schudden met het gistingsvat nog het meest effectief is om te beluchten (maar ja, hoe schud je een vat van 20 kg).

Via het werk kon ik dit weekend een zuurstofmeter lenen. Eentje waarbij de zuurstofsensor in de vorm van een stukje sensorfolie met een diameter van 5 mm in het vergistingsvat is geplakt een waarbij je vanaf de buitenzijde met een glasvezelkabel en laser op de sensor kunt stralen die dan afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof een signaal via de glasvezelkabel terugstuurt. Je schijnt zelfs door een plastic vat te kunnen meten. Ik heb het nu in een glazen fles van 2 liter gedaan.


OPZET
Bij de proeven ben ik uitgegaan van uitgekookt water met zo weinig mogelijk opgelost zuurstof omdat dit normaal bij het maken van starters ook gebeurt. De verschillende beluchtingsvarianten heb ik uitgevoerd met water (wel zo gemakkelijk).

Alle proeven zijn gedaan in een 2 liter fles welke met 1 liter water of "wort" is gevuld. Alle vloeistoffen zijn op kamertemperatuur. Om het effect van de verschillende beluchtingsmethodes te bekijken heb ik de volgende
varianten bekeken;

1 - water : beluchten door roeren met magneetvlo (vortex tot net aan de roerder)
2 - water : beluchten met roeren met magneetvlo en luchtinblazen boven de vortex
3 - water : beluchten met bruissteentje in water
4 - water : beluchten door de fles intensief te schudden
5 - "wort": beluchten met bruissteentje

De laatste proef heb ik met een 70 gr/liter moutextractoplossing ("wort") gedaan waarbij ik na het beluchten de gistkoek van mijn vandaag gebotteld bier heb toegevoegd (200 ml) met als doel om te zien hoe snel het ingebrachte zuurstof verbruikt wordt.

RESULTATEN
Manier van beluchten
De volgende grafieken laten de hoeveelheid zuurstof als functie van de tijd zien. Omdat ik de sensorfolie niet geijkt heb moet je de waarden op de Y-as zien als arbitraire eenheden. Deze kan maximaal 25% worden onder de gegeven omstandigheden.



De bovenste grafiek laat zien dat beluchten via alleen roeren met een magneetroerder vrij lang duurt. Na een uur is er nog niet een plateauwaarde bereikt. Als er nog extra lucht wordt ingeblazen lijkt de opnamesnelheid niet veel beter te worden, er wordt op het einde hooguit iets meer zuurstof opgenomen.

Een bruissteentje blijkt al een stuk effectiever te zijn. Binnen 10 minuten is de maximale opname aan zuurstof bereikt. Langer beluchten heeft geen zin. Deze 10 minuten geldt natuurlijk voor wel voor het kleine volume van 1 liter maar de verwachting is dat je voor een vat van 15 liter niet veel langer hoeft te bruisen omdat de weglengte die een luchtbel in het vat aflegt ook veel groter is.

Echter...., shake-it baby, schudden is het veruit het meest effectief. Binnen ongeveer 2.5 minuut is de maximale opname bereikt. Eigenlijk ook wel logisch: door het schudden heb je overall veel meer convectie een daardoor een betere verdeling van de bellen in de vloeistof en de luchtbellen zijn ook nog eens veel kleiner. Wat me trouwens opviel bij de bruissteentjes is dat de bellen erg groot zijn (toch wel rond de 1 mm als ze het steentje verlaten). Uiteindelijk is het aantal bellen dat uiteindelijk het steentje verlaat niet zo groot. Ik heb het gevoel dat een afgestopte slang waar een paar kleine gaatjes in geprikt zijn net zo goed gaat werken (niet getest.....)

Ook opvallend is dat beluchten van een "wort" met een sg van zeg 1045 minder effectief is dan beluchten van water. Het oplossen van zuurstof gaat duidelijk langzamer een ook is de uiteindelijke opgeloste hoeveelheid zuurstof lager in vergelijking met water. Op zich is dat wel logisch: doorgaans wordt gasoplosbaarheid lager als er meer stoffen opgelost zijn - vooral voor een polair gas zoals zuurstof zal dit afhankelijk zijn van wateroplosbare componenten zoals suiker. Daarnaast zal de zuurstofuitwisseling van bellen met de vloeistoffase in een wort langzamer verlopen omdat er allerlei eiwitten aanwezig zijn die op de luchtbel zitten en daardoor een barriere vormen voor gastransport van bel naar vloeistof.

.. en hoe snel is de zuurstof gebruikt door de gisten



De bovenstaande grafiek laat zien wat er gebeurt als er na het beluchten van het "wort" gist wordt toegevoegd. Het eerste gedeelte van de curve is de beluchtingscurve uit de eerste grafiek. Op het moment dat gist wordt toegevoegd zal door verdunning het % zuurstof iets dalen (niet meer dan 2% absoluut).  Na toevoeging van de gist is de beluchting uitgezet. Je kunt zien dat binnen ongeveer 10 minuten alle ingebrachte zuurstof is verbruikt. In dit geval is de verhouding gist/ wort waarschijnlijk aan de hoge kant maar het laat duidelijk zien dat gist in staat is om heel snel de zuurstof te verbruiken en anaerobe omstandigheden te veroorzaken.

Na ongeveer 10 minuten na het uitzetten van de beluchting was het zuurstofgehalte zo laag dat ik de roerder heb aangezet om licht te beluchten. Je ziet dat de er initieel wel zuurstof wordt ingebracht maar dat dit direct wordt verbruikt door de gist - wat wederom laat zien hoe hyperactief een gist kan zijn.

Daarom de beluchting maar weer aangezet in combinatie met roeren. Helaas was de fles te klein zodat het dreigde over te schuimen (ondanks de paar druppels olijfolie). Na ongeveer 5 minuten beluchten (aan/uit) kwam ik toch op een niveau van ongeveer 13 procent maar ook na het uitzetten van de beluchting en roeren was deze hoeveelheid ingebrachte zuurstof ook weer binnen 10 minuten verbruikt.


CONCLUSIES

• Beluchten in de vloeistof is belangrijk voor een snelle een goede beluchting. Waarschijnlijk zal in combinatie met roeren en nog betere zuurstofopname worden verkregen (beluchten en roeren)
• Na het toevoegen van een actieve starter regelmatig gedurende korte tijd met korte tijdintervallen beluchten.
• Opname van zuurstof in een wort lijkt langzamer te verlopen waardoor je waarschijnlijk voor zwaardere worts gedurende langere tijden moet beluchten, ook omdat de zuurstofopname minder lijkt te zijn in vergelijking met water.

[Oscar]

Interessante proef 

[SiriS]

William,

Na heeeeeel veel gezeur over mailtjes op het forum zetten en linken naar ander forums eindelijk weer eens iets zinnigs op dit forum.

Wat een prachtig experiment

Bedankt William!!!

Groet, SiriS

[JWVG]

(Die discussie over prive-mails op het forum vond ik bepaald niet onzinnig, SiriS. Goed dat dat besproken is, jammer dat je het belang daar niet van ziet. Privacy is een groot goed).

William, prachtig experiment  Betekent dit nu dat we allemaal onze magneetroerder kunnen weggooien, en beter een schudtafel kunnen kopen? Daar kun je nog makkelijker meerdere flessen tegelijk op zetten ook!

Ik had nog 1 vraagje: bij het laatste experiment doe je twee dingen tegelijk: je voegt de gist toe, en zet de beluchting uit. Ik zou eigenlijk ook nog wel een 'controle' lijntje willen zien om te zien wat er gebeurd als je de beluchting stopt maar de gist niet toevoegt. Ook dan zal de zuurstofconcentratie waarschijnlijk wel iets dalen - het verschil komt dan door de gist. Zit zo'n controle lijntje er nog in?

Maar nogmaals: prachtig experiment!

  JW.

[Tsjerk]

William, zeer interessante info. 

[oranjeboombiertje]

Leuke proef William.

Wat ik me nu ook nog afvraag is hoe snel de hoeveelheid zuurstof zal dalen als er geen gist aanwezig is. Daalt deze dan ook of blijft die gelijk?

 
Wesley

[oranjeboombiertje]

Ik zie dat JW hetzelfde dacht als ik.

 
Wesley

[Jacques]

Mooi experiment William. De door jou behaalde resultaten komen (gelukkig voor mij) geheel overeen met hetgeen ik gisteren verkondigd heb tijdens mijn presentatie bij Brouwland.

[William]

Dank voor de complimenten.

Betekent dit nu dat we allemaal onze magneetroerder kunnen weggooien

Nee dat denk ik niet. In een heel breed vat met een steentje moet je de bellen toch een beetje in breedte kunnen dispergeren dus ik denk dat een combinatie van bruisen en roeren (of af en toe schudden) de beste zal zijn.

Ik zou eigenlijk ook nog wel een 'controle' lijntje willen zien om te zien wat er gebeurd als je de beluchting stopt maar de gist niet toevoegt.

Wat ik me nu ook nog afvraag is hoe snel de hoeveelheid zuurstof zal dalen als er geen gist aanwezig is. Daalt deze dan ook of blijft die gelijk?

Helemaal terecht. In een voorbereidend proefje heb ik wel gezien dat het % O2 rond de 23% bleef ook na een uur na het stoppen van beluchten dus ik denk dat het wel mee zal vallen met het uit oplossing gaan van het zuurstof; het is tenslotte niet oververzadigd.

Bij mijn volgend brouwsel ga ik deze sensor eens in mijn vergistingsvat van 15 liter plaatsen en een kijken wat er dan gebeurd. De dimensies zijn dan allemaal net wat anders.

De eyeopener voor mij was dat simpel schudden al heel erg effectief kan zijn. Of misschien een bruisspiraal maken

[William]

Mooi experiment William. De door jou behaalde resultaten komen (gelukkig voor mij) geheel overeen met hetgeen ik gisteren verkondigd heb tijdens mijn presentatie bij Brouwland.

Daar was ik helaas niet bij. Moederdag he  . Had je nog nieuwe resultaten?

[Jacques]

Ja, maar daar zal ik op een later tijdstip in een nieuwe draad verslag van doen. Mogelijk voer ik eerst nog een experiment uit voordat ik met de resultaten kom.

[Henielma]

Een heel interressant onderzoek William.

INTRO
 Ik heb het gevoel dat een afgestopte slang waar een paar kleine gaatjes in geprikt zijn net zo goed gaat werken (niet getest.....)

Ik deel je hierboven geciteerde gevoel. Met deze manier van beluchten krijg je ook nog eens veel beweging in de starter of wort waardoor het eventuele extra roeren niet nodig is.

Ik vraag me verder af als schudden zo effectief is dan verwacht ik dat het kletteren van het afgekoelde wort in het gistvat ook prima werkt om voldoende zuurstof in het wort te krijgen. Een experiment waard volgens mij want dan hoef je niets in het wort te brenngen om het te beluchten.

[oranjeboombiertje]

Uit dit experiment blijkt volgens mij ook dat je niet ineens heel sterk wilt beluchten (schudden) maar juist lang minder sterk en wat langer omdat de gist meteen de zuurstof opgebruikt. Dit betekent dus dat als je niet teveel zuurstof in het wort brengt dat de gist het meteen opgebruikt en je de oxidatie geen kans geeft. Dit vind ik dus een goede reden om een bruissteen te gebruiken. Overigens zie ik mezelf nog niet een half uur met een vat schudden in plaats van een pompje een half uur aan te hebben

 
Wesley

[William]

Je zou de beluchtingssnelheid eigenlijk moeten afstemmen op de opnamesnelheid van de gist, dus de gistactiviteit en de hoeveelheid actieve gistcellen. Dat is natuurlijk gemakkelijk in een feedback regeling te bouwen voor de profi's zodat je net een minimale hoeveelheid opgelost zuurstof overhoud.

Zoals Henielma ook al aangeeft lijkt me vooral de homogene verdeling van zuurstof in alle uithoeken van het vat van belang - vooral tijdens het begin van de gisting als er nog niet zoveel beweging in het vat zit.

[Adrie]

Prachtig experiment, William.

Wat betreft de magneetroerder: ik heb gemerkt dat roeren en beluchten tegelijkertijd veel meer gist oplevert dan alleen beluchten. Dat is ook logisch, omdat de zuurstof veel beter verdeeld wordt in het wort. Een en ander hangt natuurlijk wel van de fles of het vat af waarin je belucht, maar met roeren voorkom je dat het wort gedeeltelijk van zuurstof wordt voorzien en gedeeltelijk niet.

[oranjeboombiertje]

Adrie,

Ik denk dat het niet alleen aan de zuurstof ligt die beter verdeeld wordt maar gewoon alle voedingsstoffen + de gist zelf. Normaal heeft gist de neiging om op de bodem te gaan liggen en daar wordt het lastiger om voedingsstoffen op te nemen dan wanneer de gist lekker aan het zwemmen is tussen voedingsstoffen en de hele starter lekker homogeen is.

 
Wesley

[Oscar]

Ja william, je jaagt ons wel weer op kosten... want nu willen we natuurlijk een zuurstofmeter in onze gisttank voor een optimale beluchting en een optimale vergisting...

[oranjeboombiertje]

Vergeet de automatische sturing, als het zuurstofniveau te laag wordt, niet Oscar.

Natuurlijk moet het geheel dan wel geroerd of geschud worden om de zuurstof optimaal te verdelen

 

 
Wesley

[EBC]

Mooi experiment!

Mijn ervaring is dat een bruissteentje in water inderdaad grove bellen geeft, maar in wort zijn de bellen veel fijner. Bij tegelijkertijd  roeren met een magneetroerder blijven de belletjes langduring in de rondte gaan, want ze worden door de vortex steeds weer ondergetrokken.

Ook heb ik gemerkt dat een starter van echte wort (van mout dus) veel minder schuimt dan een starter van moutextract. Ik bewaar daarom nu de laatste afloop van mijn maisch voor de volgende starter. Ik doe het kokend in flessen, zodat het bijna vacuüm bewaart.
Olijfolie blijf ik ver van, want dat hoort niet in bier. Misschien die paar vetzuren, die het bevat, maar de rest van de olie toch niet...

Wyeast heeft jaren geleden ook een dergelijk onderzoek gedaan. En gelukkig zijn hun conclusies nog steeds waar. Schudden is het meest effectief, maar voor brouwers die meer brouwen dan 10 liter, wordt het wel een zware klus. Of een kliederklus als je steeds kleine beetjes schudt. 

Belangrijk is te weten of de gist voldoende heeft aan die enkele verzadiging die je inbrengt. Die is immers in 10 minuten op. Wil de gist daarna nog meer zuurstof? Of willen wij dat de gist nog meer krijgt?

[RobinB]

Mooi experiment! 
Misschien vanavond toch het steentje er maar weer bij hangen

@JW:
Ik neem aan dat het schudden dat William doet gewoon met de hand is? Dit is ook veel rigoreuzer dan ik de gemiddelde schudstoof heb zien doen. Naar mijn ervaring/idee zijn de ritmische bewegingen van een schudstoof vergelijkbaar met een magneetroerder op een niet al te hoge stand?

[basterd-brewer]

Hallo,

Wat een mooi experiment William, compact en helder uitgelegd ook.

De resultaten behalve het schudden komen ook volledig overeen met de theorie en praktijk van mijn vak Bioreactor Design. Schudden met de hand heeft inderdaad een betere zuurstof opname tot gevolg omdat de vloeistof sterker beweegt en de luchtbellen fijner verdeeld raken. Mijns inziens doet een simpele schudtafel zoals ik die ken dat niet, omdat die een veel lagere energie hoeveelheid overbrengt in de vloeistof.
Industriële gistkweek maakt gebruik van extra hoge zuurstof concentratie zodat het ingepompte gasvollume minder is en zeer hoge roer energie met veel langs elkaar draaiende roer mechanismen (roer "baffels" die tegen elkaar indraaien).
Om schuimen te voorkomen kan je prima een lepel olijfolie gebruiken.

Wil je meer weten over deze mechanismen kan je het beste even zoeken naar "Bioreactors" en "Coalescing vs Non-coalescing"

Grtz, Stefan

[Edgar]

Gaaf dat je dit experiment hebt gedaan William!  Ik wacht al jaren op dit soort metingen... 

EBC geeft al aan dat in wort de belletjes van een sterke vortex heel klein kunnen zijn en lang blijven bestaan. Daardoor zullen ze waarschijnlijk een veel betere gasuitwisseling hebben dan in water. Een foto van de vortices en/of schuimlaag die zich in je experiment vormden zou veel kunnen verhelderen.

Dat het gericht inblazen in de vortex niets uitmaakt had ik verwacht, althans niet ten opzichte van een overmaat lucht boven de vortex. Wat erg interessant zou zijn is een continumeting in een actieve starter van gemiddelde waarden (bijvoorbeeld 1 Wyeast propagator in 1 liter wort van SG 1.040), op verschillende manieren belucht, om te zien welke evenwichtswaarden (ppm zuurstof) worden bereikt, en ook wanneer de zuurstofconcentratie weer gaat toenemen door aflopende gistgroei.

Schudden (waarvan Wyeast inderdaad al jaren zegt dat het heel goed werkt) is minder interessant omdat je in het algemeen niet kunt blijven schudden, en wij graag langduriger beluchten in de starter. Het meest interessant lijken mij de verschillen tussen beluchting onder of boven het vloeistofoppervlak; met andere woorden of het schuimprobleem 'straffeloos' te omzeilen is door boven het oppervlak te beluchten (lucht te verversen) in een hard draaiende starter. Ik weet van een professionele brouwer die die methode gebruikt, dat hij sterk de nadruk legde op het bestaan van een vortex die tot de bodem reikt en daar dus continu 'schudt'.

Zoals Adrie zegt heeft de magneetroerder een tweede functie naast het inslaan/verdelen van zuurstof: het actief houden van alle aanwezige gistcellen, zodat de vermenigvuldiging veel sneller gaat. Die zou ik zeker blijven gebruiken.

Voor de volledigheid is het misschien goed te vermelden dat de waarden die je hebt gevonden (neem ik aan) geen % zuurstof zijn, maar ppm of parts per million oftewel (ongeveer) milligrammen per liter. Klopt dat?

[basterd-brewer]

Ik weet van een professionele brouwer die die methode gebruikt, dat hij sterk de nadruk legde op het bestaan van een vortex die tot de bodem reikt en daar dus continu 'schudt'.

Dat is natuurlijk grote onzin, bij zuurstof overdracht gaat het om rakingsoppervlak van het gas met de vloeistof, hoe meer belletjes in de vloeistof hoe beter en hoe kleiner die belletjes zijn hoe groter hun oppervlak ten opzichte van hun inhoud. Dus om veel zuurstof overdracht te hebben moet je veel lucht inbrengen en die zo fijn mogelijk verdelen. Dat doe je door met grof geweld de luchtbellen klein te slaan.

[Edgar]

Grote onzin? Sjonge, of je de lucht nu inslaat door te schudden of door hard met een magneet door een lucht/vloeistofmengsel te razen, wat is het principiële verschil? Het is 'schudden' op een klein gebiedje ter hoogte van de magneet. Dat woord 'schudden' heb ik er bij verzonnen, vul er 'raggen', 'kloppen', 'roefelen', 'draaien' of 'aerificeren' voor in als dat het begrijpelijker maakt.

[RobinB]

Dat doe je door met grof geweld de luchtbellen klein te slaan.

En juist dat zie ik de schudstoven ook niet doen...