DIY CO2 Final part

這應該是DIY CO2 系列的最後一篇

本來以為酵母菌在發酵過後就死亡必須重新填裝
但經過幾次實驗發現在酵母菌在發酵快終止時,封閉發酵環境之後酵母菌會呈現休眠狀態

封閉發酵瓶關鍵時間就在酵母菌產生CO2氣泡量明顯降低時,經過一天 酵母菌會沈澱在瓶底
然後逐漸倒出澄清(帶點黃色)的液體,倒到只剩下瓶底的酵母菌
重新添裝糖水在經過幾個小時後 酵母菌就會重新發酵
這樣就不需另外添加酵母粉 也算是節省了一點點成本

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DIY CO2 need to be proofed

DIY CO2 mistakeDIY CO2 review 這兩篇文章
已經證明汽水瓶承受的壓力可以有效抑制酵母菌

但問題是酵母菌在這個壓力下是活著但停止發酵 或者整個就是被壓力壓死?

更多

DIY CO2 mistake

之前以為酒精是很好揮發的東西
今天汽水瓶沒有脹脹的感覺(應該是酒精濃度到了14%)
看來汽水瓶可以承受足以壓抑酵母菌生長的壓力
結果試打了8小時的氣,酒味還是濃(比啤酒淡一點)<-之前以為很容易揮發的說

但是打氣後酵母菌沒有復活的現象
不是酒精揮發不夠就是酒精已經殺死大部分的酵母菌
之後有添加酵母菌進去但依舊沒有太大反應

建議還是算好用量放糖,沒氣後再重新裝填

DIY CO2之有圖有真相

注意到調節閥連接處
兩條黑線是一般用來綁電線的鐵絲捆線 中間那個比較粗的是銅線
(外面包的是熱融膠一方面可以固定鐵絲銅線 另一方面可以防止銅線氧化)
2L寶特瓶用袋子裝起來是怕瓶子裂開發酵液漏出來

dsc03131

另一個角度
https://oranqe.files.wordpress.com/2009/02/dsc03125.jpg

重點:CO2細化器靠近出水口 而不是一般建議的水缸底部
因為水流可以將細化器產生的細泡再打的更細,然後水流就可以帶動這些細泡散佈缸中
放在底部的CO2細化器產生氣泡偏大較難跟著水流移動

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

DIY CO2 review

怎麼直接接review,不是應該有實做篇嗎?
因為裝置太簡單不需要什麼技巧
選好瓶子後糖倒一倒水加一加 酵母菌三小匙沒什麼難度
DC又不在身邊就省了實做篇直接進review

review重點在這種DIY CO2是不是划算(當然有個前提是如果可控制發酵的CO2產量)
編輯:此前提錯誤,下面被槓掉的都是此錯誤前提下的推論 請忽視它
co2react
供酵母菌發酵用的是單醣:C6H12O6
產生的二氧化碳:CO2
DIY CO2添加的是蔗糖C12H22O11
所以明顯的發酵過程中需要水:H2O

蔗糖分子量:342
CO2分子量:44

也就是說我在家樂福買到一包1000g蔗糖 NT$25 約可產生5.85莫耳的單醣
這些單醣約可產生11.7莫耳的CO2(一莫耳的氣體體積22.4公升),約是262公升的CO2

DIY 發酵 CO2 平均每莫耳CO2需要NT$2.1元(NT$25元/11.7莫耳)
某討論區網友:7公升CO2氣瓶灌飽平均每莫耳CO2需要NT$3.65元(NT$150元/41莫耳)
看來是頗划算,不過那位網友大概用水管灌的CO2下去計算的吧?
氣體行灌的CO2是液態的(依重量計費)應該會比水管便宜很多
DIY CO2 如果可自由控制壓力的話,成本應該是介於氣體行、水管所灌的CO2
實際上是不能控制壓力的,材料成本比水管灌的還要貴上許多(因為必須24小時開著)
但由於不用購買昂貴設備,對於想開幾個禮拜加速陰性水草生長那DIY CO2是很好的選擇

從容器容量逆向推什麼時候該曝氣讓酒精揮發掉!
準備容器 600毫升(小瓶汽水)、2000毫升(大瓶汽水)、5800毫升(礦泉水)
本來是應該由反應速率逆向開始推回去 但反應速率變數很大
所以改由每秒1顆CO2(氣泡體積依照管子會有不同這邊假設為0.113毫升)逆向推
酒精濃度約14%會讓酵母菌效率降低或死亡,所以用10%酒精濃度暫定為曝氣的時候
又酒精與CO2被酵母菌分解的產量相同,95%濃度的酒精密度約是0.8 g/cm3
由於600毫升容器不可能裝滿著用,這邊估計是裝到500毫升

500 x 0.1= 50 ml , 50 x 0.8 = 40 g
40 / 46 (酒精分子量) = 0.87 mole

0.87 x 22.4 = 19.5 L( 19500/0.113 )/( 60x60x8 ) = 6 天 (每天開8小時)

如果抓準14%的酒精濃度,600 ml(小瓶汽水) 容器大致上8.4天曝氣一天
那就抓個一個星期曝氣一天吧!

2000毫升容器(大瓶汽水裝到1500毫升),濃度抓10% 則是18天曝氣一天
濃度抓14%  25天曝氣一天,那抓個3個星期曝氣一天
(加上酒精揮發進計泡器、魚缸的因素嘛,2L容器可能可以一個月曝氣一天)

5800毫升容器(大型礦泉水瓶裝到5000毫升),濃度抓10% 則是2個月曝氣一天
濃度抓14%則會一公斤糖的作用完,2.8個月曝氣一天

議採用大瓶裝汽水(2L容器) 3個星期曝氣一天 安全又省麻煩
5.8L礦泉水瓶嘛 確定安全無虞再使用!

注意:
上一篇所說的即便飽和濃度酵母菌一樣可以作用是正確的
但是飽和糖水下酵母菌作用效率低,最好還是調配適當的糖水讓曝氣時剛好糖水用完

600 ml 容器:83 g 糖 / 500 ml 水
2000 ml 容器:250g 糖 / 1500 ml 水
5800 ml 容器:1000g 糖/ 5000 ml 水

如果沒有量重量適當的儀器,可考慮用飽和糖水配製(67.5 g 糖/100 ml 水 by kimo知識+)
600 ml 容器:123 ml 飽和糖水 + 377 ml 水
2000 ml 容器:370 ml 飽和糖水 + 1130 ml 水
礦泉水瓶應該不用算了吧(一公斤整包糖拆開來放入即可)
(飽和糖水也不用這麼精準啦 多一點沒關係,然後曝氣前把瓶蓋打開讓酵母菌反應掉剩下的糖)

DIY CO2 preview

最近由於新年假期 我就開始整理魚缸 (順便想DIY CO2)
把風車拿走、清掉小榕的黑毛藻、從外掛過濾改成底部過濾
之前發現外掛很難過濾到底部(積了很多髒東西)

我改的方式只是在底部加上浪板,浪板內放幾個陶瓷環
用外掛抽浪板的水(不想花錢買沉馬),然後外掛塞滿陶瓷環(不加白棉、生化棉)
整個系統沒有物理過濾都是化學過濾,或者說我靠的是三角莫絲來過濾(把他鋪在浪板上)
改底部過濾雖然有點煩(中間要翻缸),不過一天就搞定了

接下來就是DIY CO2 的部份,DIY CO2的部份就很簡單(雖然花了很多時間)
簡單是因為過程簡單:  糖+酵母菌+水->酒精+CO2
花最多時間的地方是找酵母菌,後來才知道一般人叫他發粉(在超市、大賣場可以找到)
之後進展當然就很快了

DIY CO2 重要的是容器、酵母菌用量

發酵需要裝置:發酵瓶計泡器(兼酒精溶解器),然後接上CO2細化器
這個瓶子嘛 一定要汽水瓶(瓶蓋內有透明橡膠? 可防漏氣),瓶身有設計過可以承受壓力
計泡器只要承受足夠通過細化器的壓力即可,它不用像發酵瓶那樣承受太大壓力
co2
那個紅色小方塊是調節閥可以限制發酵瓶產生的CO2,但是不是有作用還是需要長期觀察
調節閥的位置是在發酵瓶、計泡器中間,不是在計泡器、細化器中間 請注意
這樣可以將壓力限制在發酵瓶內,即便瓶子爆掉了不會影響魚缸

糖、酵母菌的用量
糖跟酵母菌的關係就像瓦斯跟火,瓦斯多少不是關鍵,重點在氣閥開的多大
(也就是說酵母菌要放多少的意思)
事實上酵母菌在極高濃度下依舊會跟糖水作用,發酵瓶內甚至可以有沒溶解的糖存在
所以糖的份量基本上沒有限制

接下來就是酵母菌的用量 這個是DIY CO2最重要的部份
基本上酵母菌用量是固定的依據需要CO2的量溫度來決定
一秒一顆CO2泡 溫度22度C,大概三小匙(料理用放鹽那個)的酵母粉
隨著溫度變高或者酵母菌變多可以倒掉一些發酵水加入清水調整

酒精溶度到14%時酵母菌會停止發酵(或者死亡),CO2產量明顯降低
此時只要用馬達打氣讓這罐發酵水曝氣一天酒精就會揮發光,可以讓酵母菌起死復生
(跟用馬達打氣除自來水的氯一樣的道理)
整個DIY CO2所用到的酵母菌就那三小匙 可一直回收再利用(無限使用下去?)

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DIY CO2 有幾個流言:CO2發酵爆衝、發酵瓶爆掉
> CO2發酵爆衝:發酵中不知道為什麼會有發酵的水衝進魚缸內
這個我認為是酵母菌一次加太多或者水加太滿 產生的情形,不過還要長時間測試來證實
> 發酵瓶爆掉:CO2發酵的壓力太大讓瓶子爆掉
這應該是因為用了不能承受壓力的瓶子做發酵瓶或者瓶子有缺陷的緣故,不過還要長時間測試
為了避免瓶子爆炸的可怕情形,請先用透明不漏水的袋子將發酵瓶包住
即便瓶子爆掉發酵液體不會濺的四處都是!

再來就是比較好奇的部份,發酵瓶內的CO2壓力是不是大到一個境界就可以抑制酵母菌 發酵?
因為酵母菌會一直繁殖下去不能抑制酵母菌生長,以後要定期調整酵母菌濃度可是很麻煩的
目前我是用感覺壓力承力最大的小瓶裝 Coke Cola作為發酵瓶
如果這個瓶子都爆掉那應該沒有其他瓶子可以撐住吧?

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