DIY CO2 review 2


上一篇著重在酒精抑制酵母菌的部份
這篇則是放在CO2抑制酵母菌分解的速度

經過前幾天的實驗在完全封閉汽水瓶過了兩三天還是沒有爆炸
首先要回憶一下CO2相關的數據:CO2溶解度:1.45g /L  (約0.033 mole/L)

然後再回想一下理化或者物理又或者熱物理學(熱力學)提到的亨利定律
p=kc
p:氣體分壓,k:亨利常數,c:溶劑內體積莫耳濃度
CO2的亨利常數是 29.4 L-atm/mol
簡單的換算一下,CO2溶解度為1.45g時 CO2分壓為0.969
理論上應該是1不過就別苛求了,溶解度、分子量、亨利常數都可能存在一些誤差

因為酵母菌會在酒精濃度14%時停止發酵,而在酵母菌發酵過程中酒精跟CO2的產量相同
酒精14%時的體積莫耳濃度:2.435 mole/L
也就是說CO2濃度也應該是 2.435 mole/L 才能讓酵母菌停止發酵

用亨利定律逆向推這時候CO2的壓力p= 29.4  x  2.435 =71.6 (atm)
讓CO2變成液體的壓力是60~64個大氣壓 (視溫度而定)
也就是說CO2到不了14%的濃度,就被60 atm以上的壓力壓成液體的二氧化碳
但汽水瓶明顯的承受不了60個大氣壓(安全承受值為7 atm,水火箭比賽時有人充到10atm)
實在不可能靠CO2溶解抑制發酵,那為什麼兩三天來一直沒有爆炸?還有兩種可能
1.累積壓力還沒到汽水瓶承受極限
2.CO2溶解的酸鹼值讓酵母菌停止發酵
3.酵母菌會因為壓力太大停止發酵

首先計算 一天下來(24小時發酵) 酵母菌累積的CO2體積 0.113 x 60 x 60 x 24=9.76 (L)
換算成壓力,9.76 / 0.5 (汽水瓶剩下可裝CO2的空間)= 19.52  (atm)
也就是說酵母菌發酵如果沒有被抑制,光一天它就可以累積 將近20個大氣壓
明顯的20 atm 超過汽水瓶的極限,一天就可以讓瓶子炸掉

上面這裡有錯誤
換算成汽水瓶應該壓力應該是約6 atm 然後溶解掉6.86升的CO2 似乎蠻合理的
但結論卻還是沒變『2L汽水瓶承受不了這種情形』
因為即便第一天沒事 壓力累積到第二天瓶子也一定會炸掉 (酵母菌一直在作用而累積的壓力沒有獲得釋放)
實際上我用了近一個禮拜 2L汽水瓶依舊正常服役沒有爆瓶

酸鹼值的話,酵母菌最適合發酵的pH值為4 而碳酸為弱酸
從pH值考量碳酸只能加速發酵不能抑制它

只剩下壓力太大抑制酵母菌這個選項,Google了一下關於酵母菌停止發酵的壓力
卻意外的沒找到太多關於這方面的討論,不過找到一個來自大陸的簡報:
http://www.foodmate.net/lesson/80/2.ppt
裡面提到:
0.8 MPa酵母菌停止生長繁殖、1.4 MPa 酵母菌停止發酵、3 MPa酵母菌死亡
(一個大氣壓約是100 kPa =0.1 MPa)
也就是8 atm可以讓酵母菌停止生長繁殖,但距離簡報號稱可停止發酵的14 atm 還有一段距離
汽水瓶剛好可以提供停止生長繁殖的壓力(再多一點會爆),但還沒停止發酵

壓力太大抑制酵母菌生長是唯一有可能的選項,大陸那篇簡報是不是可信也是值得懷疑的
(因為後來又Google到一篇是0.72 MPa)
還有待長時間使用看看瓶子會不會爆炸
注意:
氣管會被8 atm的壓力 從調節閥給擠出來,請用束帶或鐵絲、銅絲確保管子不脫落

另外8 atm下約可提高CO2溶解度到0.272 mole/L
也就是說2L寶特瓶在8 atm下 多溶解了約8公升的二氧化碳(轉開瓶蓋時會大量釋出請注意)

由於沒有測量氣壓的氣壓表所以轉用一般生活經驗做對比
腳踏車輪胎的氣壓為100 psi (這樣是很硬的輪胎) 跟寶特瓶的壓力相同
也就是說如果寶特瓶氣壓到100 psi 那矽膠氣管的硬度應該跟腳踏車輪胎應該大致相同
如果擔心寶特瓶承受不住壓力可以摸摸矽膠氣管的硬度

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