B-420.26.009 [2020-10] Kohlendioxid nach Stadler und Zeller – manometrisch
Der Gehalt des Bieres an gelöstem Kohlendioxid ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Eine angemessene Kohlendioxidmenge (untergäriges Bier 0,40–0,60 GG-%, obergäriges Bier 0,40–0,80 GG-%) trägt zur Rezenz des Bieres wesentlich bei.
Die manometrishen Methoden beruhen auf dem Henry-Dalton‘schen Gesetz, wonach bei gegebener Temperatur die Konzentration des in einer Flüssigkeit gelösten idealen Gases dem Partialdruck des Gases in der Gasphase proportional ist, sofern ein Gleichgewichtszustand besteht. Dieser Gleichgewichtszustand wird durch kräftiges Schütteln des karbonisierten Getränks erreicht. Zur Messung des Gesamtdrucks dient ein Manometer.
Bei abgefüllten karbonisierten Getränken ist jedoch neben dem Kohlendioxid immer eine gewisse Menge Luft im Flaschenhals vorhanden, wodurch der Partialdruck des Kohlendioxids verändert wird. Der „Luftgehalt“ Getränks wird bei der Gesamtdruckmessung miterfasst, d. h. die Messwerte sind, bedingt durch das Messprinzip, immer zu hoch. Für präzise Messungen des CO2-Gehalts ist der Partialdruck der Fremdgase (z. B. O2, N2) zu berücksichtigen.
Das Ergebnis wird nach der sogenannten Haffmans-Formel ermittelt:
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p |
= Überdruck in bar (CO2-Partialdruck) |
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T |
= Temperatur in °C |
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1,013 |
= Atmosphärendruck in bar |
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P |
= Absolut-Druck in bar (CO2-Partialdruck) |
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T |
= Temperatur in °C |
Für p = Überdruck in bar und P = Absolut-Druck in bar ist der CO2-Partialdruck einzusetzen.
Die CO2-Formel von Haffmans basiert auf der Löslichkeit von CO2 in Bier mit einem Stammwürzegehalt von 12 GG-% und einem scheinbaren Vergärungsgrad von 80 %.
In Bier ändert sich die Löslichkeit von CO2 um ca. 1 % pro 3 GG-% Stammwürze.
Die Haffmans-Formel mit den darin enthaltenen Konstanten (‑10,73797 und 2617,25) wird unabhängig vom Alkoholgehalt des Getränkes angewendet.
Bei karbonisierten Getränken mit einem Zuckergehalt von mehr als 10 g/l muss die durch den gelösten Zucker bedingte geringere Löslichkeit der Kohlensäure berücksichtigt werden. So sind je 30 g/l Zucker vom gemessenen Druck 0,098 bar abzuziehen.
Aufgabenstellung/Zweck
Bestimmung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid in karbonisierten Getränken in Flaschen und Dosen mittels Druck- und Temperaturmessung
Anwendungsbereich
Geeignet zur Bestimmung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid in karbonisierten Getränken die nicht mit N2 versetzt sind. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs (> 0,5 mg/l) im Getränk ist bei der Berechnung zu berücksichtigen.
Prinzip
Die Kohlendioxidkonzentration wird aus dem nach Anstechen des Gebindes und kräftigem Schütteln sich einstellenden Druck und der Temperatur berechnet [1, 2].
Da die in dem Gebinde vorhandene Luft nicht berücksichtigt wird, erhält man etwas zu hohe Ergebnisse. Bei Bier kann durch Messungen unmittelbar nach der Abfüllung der Einfluss des Kopfraumgases durch sog. Sniften (siehe Durchführung) jedoch vermindert werden. Die Methode hat den Vorteil, dass sie sehr schnell durchzuführen ist.
Für präzise Messungen sind die Partialdrücke der gelösten Fremdgase (O2, N2) gegebenenfalls zu berücksichtigen.
Bei karbonisierten Getränken mit einem Zuckergehalt von mehr als 10 g/l muss die durch den gelösten Zucker bedingte geringere Löslichkeit der Kohlensäure berücksichtigt werden.