DE102013102368B4 - Verfahren zum Überwachen einer Gärung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Überwachen einer Gärung eines Gärgutes, bei dem in zeitlichen Abständen mittels eines Refraktometers ein Brechungsindex des Gärgutes gemessen wird und auf Grundlage dieser Messung ein korrigierter aktueller Zuckergehalt des Gärgutes bestimmt wird, wobei unter Berücksichtigung eines Anfangswerts für den Zuckergehalt aus dem korrigierten aktuellen Zuckergehalt ein aktueller Alkoholgehalt bestimmt wird und auf diese Weise eine Gärkurve erstellt wird,
wobei der korrigierte aktuelle Zuckergehalt mit folgender Formel umgerechnet wird: $$\text{ABK}=\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right),$$

wobei SB der Anfangs-Zuckerwert, AB der aktuelle Zuckerwert, ABK der korrigierte aktuelle Zuckerwert und K0_Fak ein Umrechnungsfaktor ist, und
wobei der Umrechnungsfaktor als nicht konstant angenommen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messeinrichtung zum Überwachen einer Gärung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Übertragen von Messwerten vorgestellt.
• Bei der alkoholischen Gärung wird Zucker durch Hefe in Alkohol, Kohlendioxid und Gärnebenprodukte, wie Glyzerin, umgewandelt, und zwar unter Wärmeentwicklung. Bei der Herstellung alkoholhaltiger Flüssigkeiten, z.B. alkoholischer Getränke, wie Wein, Bier und Branntwein, ist die Gärung der wichtigste Schritt im Herstellungsprozess. Im Rahmen der Herstellung ist es unumgänglich, diesen Umwandlungsprozess kontinuierlich zu überwachen. Nur auf diese Weise ist es möglich, Störungen im Gärvorgang, wie bspw. einen Gärstopp, frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig geeignete Maßnahmen ergreifen zu können. Sicherlich bei mindestens 10 % aller Gärungen ergeben sich Störungen.
• Für die Kontrolle der Gärung ist es erforderlich, die Zuckerabnahme - bis zum Restzucker - zu erfassen, möglichst auch die Gärtemperatur - bestenfalls noch die Alkoholzunahme. In einer sogenannten Gärkurve wird über der Zeitachse der Alkoholgehalt und möglichst auch die Gärtemperatur aufgetragen. Anhand des Verlaufs der Gärkurve(n) erkennt der Fachmann, ob der Gärprozess korrekt abläuft.
• Die Umwandlung von Zucker in Alkohol ist mit der Gärgleichung von Gay-Lussac beschrieben. Nach dieser werden 100 g Zucker in 47 g Alkohol und 51 g CO₂ umgewandelt. Somit kann durch Bestimmen des Zuckergehalts in einem Gärgut auf den Alkoholgehalt rückgeschlossen werden. Dabei ist zu beachten, dass in den verschiedenen Industriebereichen und Weinbauregionen unterschiedliche (Ersatz-)Maßeinheiten für den „Zuckergehalt“ verwendet werden, z.B. °Oechsle, °Balling, °Baume, % Brix, °KMW, a.p., °Plato.
• Hierbei wird mit dem Begriff Zuckergehalt der gewichtsmäßige Anteil oder die Konzentration in einer Flüssigkeit bezeichnet. Somit wird angestrebt, die genaue Bestimmung eines Gehalts an Zucker in g/l oder in % anzugeben. Analoges gilt für den Alkoholgehalt.
• Zur Erstellung von Gärkurven werden unterschiedliche Messgeräte eingesetzt:
• Seit einiger Zeit gibt es vollautomatische Messsysteme. Diese messen online indirekt Zucker und Alkohol, z.B. über die Messung des austretenden CO2. Solche Systeme sind sehr teuer. Deshalb werden die Gärkurven meist manuell - wie seither - erstellt, z.B. mittels Aräometers. Weit verbreitet ist der Einsatz von Saccharimetern bei den Brauern und Brennern und sog. Mostwaagen bei Winzern, im deutschsprachigen Raum auch als Oechsle-Waagen bezeichnet. Die verwendeten Aräometer sind Dichtemessgeräte. Mit solchen Aräometern, z.B. mit einer Mostwaage, wird der Zuckergehalt des Gärgutes indirekt bestimmt. Es ist damit keine analytisch genaue Bestimmung möglich, weil in den in Betracht kommenden Flüssigkeiten neben Zucker noch Wasser, Ethanol, Salze, Mineralstoffe und Anderes enthalten ist, und zwar in recht unterschiedlichen und variierenden Konzentrationen. Zucker und Wasser sind aber bei weitem quantitativ die Hauptbestandteile. Zwar sind die so gemessenen Werte nicht ganz genau - und werden mit zunehmendem Alkoholgehalt während einer Gärung prinzipiell immer ungenauer - aber sie geben den Verlauf der Gärkurve genügend genau wieder. Sie zeigen auf jeden Fall auf, wenn die Gärung Störungen aufweist. Dies ist der Hauptzweck der Erstellung einer Gärkurve. Eine Gärstörung muss baldmöglichst erkannt werden damit rechtzeitig entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können. Für eine aräometrische Messung werden 200 - 250 ml Probe benötigt, damit ein entsprechendes Aräometer darin schwimmen kann. Die Flüssigkeit wird in ein Behältnis gefüllt und darin wird das Aräometer eingesenkt. In Abhängigkeit der Dichte sinkt das Aräometer ein. An der Schnittstelle des Aräometerteils, das aus der Flüssigkeit ragt - und in dem eine Skale ist - mit der Flüssigkeitsoberfläche wird der Skalenwert abgelesen. Der Zeitbedarf ist 10 bis 15 Minuten - bei korrekter Durchführung. Dazu müssen mehrere wichtige „Kleinigkeiten“ beachtet werden. Am Schluss muss noch der Messwert temperaturkorrigiert werden, weil ein Aräometer auf eine Messtemperatur von 20 °C justiert ist, dies aber selten gegeben ist. Das Messen mit Aräometern ist also umständlich, zeitintensiv und außerdem umso ungenauer je höher der Alkoholgehalt der gärenden Flüssigkeit ist. Die Erfassung des Alkoholgehalts ist mittels Aräometern in gärenden Flüssigkeiten nicht möglich. Deshalb ist in mit Aräometern erstellten Gärkurven keine Alkoholkurve enthalten. Die mittels Aräometers ermittelten Dichtewerten und die evtl. ergänzend gemessenen Temperaturen werden manuell in ein Diagramm auf Papier eingezeichnet. Aufgrund des Zeitaufwandes wird prinzipiell nur ein Messwert pro Tag erstellt.
• Hier wird nun eine neue Methode zur manuellen Erstellung von Gärkurven vorgestellt, und zwar mittels nicht stationären Refraktometern, also sog. Handrefraktometern. Es gibt Hand-Digitalrefraktometer und herkömmliche. Bei Digitalrefraktometer werden 1 - 2 Tropfen Probe auf ein ca. Centgroßes Glasprisma gegeben, der Startknopf gedrückt; 2 - 3 Sekunden später wird der temperaturkorrigierte Messwert digital angezeigt. Bei herkömmlichen Refraktometern werden 3 - 4 Tropfen Probe auf ein Glasprisma gegeben (ca. 2 x Centgroß). Zum gleichmäßigen Verteilen der Probe auf dem Glasprisma wird eine Klappe darauf gelegt. Das Messergebnis wird dann durch ein Okular (ähnliche Konstruktion wie bei einem Fernglas)im Gerät an einer Skale abgelesen; Zeitbedarf ca. 1,5 Minuten. Die Messung mit Refraktometern können also ungleich schneller als Messungen mit Aräometern durchgeführt werden.
• Seither gelten Refraktometer als nicht geeignet zur Erstellung von Gärkurven. So wird in dem „Praktikerhandbuch Oenologie“ des DLR Rheinpfalz (Neustadt an der Weinstraße), Stand 2008, dargelegt, dass es mit Refraktometern nicht möglich ist, den Restzuckergehalt in gärenden Mosten aus dem abgelesenen Mostgewicht zu ermitteln. Handrefraktometer werden heute vielfach verwendet, um - wie mit Aräometern - indirekt den Zuckergehalt in unvergorenen Flüssigkeiten, wie Traubenmost, zu messen. Man kann Refraktometer mit denselben Skalenmaßen wie Aräometer bekommen.
• In der Refraktometrie wird aus einer Veränderung der Brechzahl auf die Konzentration eines bekannten Probenbestandteils geschlossen. Als Refraktion bzw. Brechung wird jede Änderung der Ausbreitungsrichtung von Wellen beim Übergang aus einem ersten Medium in ein zweites Medium bezeichnet. Die Brechzahl, die auch als Brechungsindex bezeichnet wird, ist eine Materialkonstante für die Ausbreitung des Lichts in einem Medium. Es wird folglich der quantitative Zusammenhang zwischen Brechungsindex und Zucker- bzw. Alkoholgehalt herangezogen.
• Die Gärkurvenerstellung mit Refraktometern hat viele Vorteile im Vergleich zur Verwendung von Aräometern. So ist die Zuckerbestimmung viel einfacher als mit einem Aräometer. Ein Refraktometer, das aus stabilem Metall oder Kunststoff besteht, bricht nie entzwei - im Gegensatz zu den aus dünnstem Glas bestehenden Aräometern. Die Messungen können viel schneller und mit ungleich geringeren Probemengen durchgeführt werden als mit Aräometern. Der größte Vorteil des neuen Verfahrens ist, dass es gelungen ist, den Alkoholeinfluss aus den refraktometrischen Messwerten zu eliminieren und den Alkohol selber zu bestimmen, auch wenn mit der Erstellung einer Gärkurve erst begonnen wird nachdem die Gärung bereits eingesetzt hat. Auch mit dieser Methode können keine analytisch genauen Werte der vielen Bestandteile einer gärenden Flüssigkeit bestimmt werden, aber der sehr wesentliche Ethanolgehalt kann ziemlich genau gemessen werden.
• Die Druckschrift DE 10 2011 114 580 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Gärkontrolle. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass automatisch ein Brechnungsindex des Gärgutes über den Gärvorgang hin wiederholt gemessen wird sowie aufgrund dieses Zuckerkonzentration und Alkoholkonzentration des Gärgutes zur Gärkontrolle bestimmt werden und/oder mittels der Änderung des Brechungsindex die Gärung geführt wird.
• Die Druckschrift WO 2011/058 858 A1 beschreibt ein automatisiertes Weinherstellungssystem und ein Weinherstellungsverfahren, bei dem ein Modell verwendet wird.
• Aus der Druckschrift WO 2004/038 389 A1 ist ein Verfahren zum Messen einer Menge einer Substanz in einer Flüssigkeit bekannt, bei dem mindestens eine Lichtquelle eingesetzt wird.
• Aus der Druckschrift SON, H.S. [et. al. J: A Novel Approach for Estimating Sugar and Alcohol Concentrations in Wines Using Refractometer and Hydrometer. In Journal of Food Science, Vol. 74, 2009, Nr. 2, S. 106 - 111, ist ein Verfahren zum Überwachen einer Gärung eines Gärgutes bekannt. Bei dem beschriebenen Verfahren kommen ein Refraktometer und ein Hydrometer zum Einsatz, wobei ein Alkoholgehalt mit dem Hydrometer gemessen wird und ein wahrer Brixwert mit dem Refraktometer gemessen wird.
• Die Verordnung (EWG) Nr. 2676/90 DER KOMMISSION vom 17. September 1990 zur Festlegung gemeinsamer Analysemethoden für den Weinsektor beschreibt eine Reihe von Messmethoden.
• Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 9 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10 vorgestellt.
• Der aktuelle Zuckergehalt wird mit folgender Formel berechnet: $$\text{ABK}=\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right),$$

  

  wobei SB der Anfangs-Zuckerwert in Brix bei Most in unvergorenem Zustand, AB der aktuelle Zuckerwert in Brix, ABK der korrigierte aktuelle Zuckerwert in Brix und K0_Fak ein Umrechnungsfaktor ist. Anstelle der Brix-Werte können auch nD-Werte (nD: Brechungsindex) verwendet werden.
• Der Umrechnungsfaktor wird als nicht konstant angenommen, wobei dieser mit fortlaufender Gärung zunehmen kann. Dies bedeutet, dass zu Beginn der Gärung der Umrechnungsfaktor geringer als zum Ende der Gärung ist. Als Wert für den Umrechnungsfaktor hat sich etwa 1,30 als geeignet herausgestellt.
• In Ausgestaltung werden die refraktometrischen Messwerte, z.B. manuell per Eintippen in eine Tastatur, an eine Basisstation übermittelt. Diese Basisstation stellt die empfangenen Ergebnisse dar und interpretiert sie. Die Darstellung der Ergebnisse kann alternativ oder ergänzend von dem Refraktometer vorgenommen werden.
• Das vorgestellte Verfahren ermöglicht ein teilautomatisiertes, effizientes Überwachen des Gärvorgangs eines Gärgutes, bspw. eines Mostes bei der Weinherstellung, mittels Gärkurven, die ohne großen zeitlichen Aufwand für den Nutzer erstellt werden können. Durch die auf diese Weise erreichte hohe Sicherheit bei der Gärung können Produkte hoher Qualität hergestellt werden.
• Es ist zu beachten, dass Gärkurven von jeder Gärung erstellt werden sollten, da auf diese Weise Gärstörungen sehr schnell erkannt werden können. Auf diese kann dann auch sehr schnell reagiert werden.
• Durch die Verwendung des Refraktometers reduziert sich der Zeitaufwand für die Messung erheblich, auf etwa 30 Sekunden wobei nur 1 bis 2 Tropfen Probe für jede Messung benötigt werden.
• Aus den Messwerten berechnet die verwendete Software z.B. die annähernd richtigen Oechslewerte und zwar, alkohol- und temperaturkorrigiert, die richtigen Gärkurven in bspw. °KMW oder °Oechsle sowie korrekte Alkohol- und Temperaturkurven auch unter Berücksichtigung einer eventuellen Anreicherung und den ungefähren Restzucker bei der Endvergärung.
• Die Durchführung der Messung nach dem vorgestellten Verfahren stellt sich als sehr einfach und bequem dar. Deshalb kann auch unter Zeitdruck eine Gärkurve bzw. ein Gärdiagramm mit minimalem Aufwand erstellt werden. Die Kurven können laufend und automatisch erstellt und ausgedruckt werden. Alles ist in der Entwicklung an einem Bildschirm sichtbar zu machen. Zur besseren Information können auch Übersichten mit den wichtigsten Daten von laufenden Gärungen erstellt werden.
• Die vorgestellte Messeinrichtung umfasst typischerweise ein Refraktometer, üblicherweise ein Digital-Refraktometer, und ggf. eine Basisstation. Diese können jeweils über eine Schnittstelle für eine drahtlose Kommunikation, üblicherweise eine drahtlose Funkverbindung, verfügen. Zur Überwindung von Übertragungsschwierigkeiten kann ein ebenfalls mit Schnittstellen versehenes Smartphone zur Zwischenspeicherung der Messwerte eingesetzt werden.
• Das vorgestellte Computerprogramm umfasst Programmcodemittel zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art. Hierzu wird das Computerprogramm auf einer Recheneinheit zur Ausführung gebracht. Diese Recheneinheit kann in einem im Rahmen des Verfahrens verwendeten Messeinrichtung vorgesehen sein. Dabei kann eine Recheneinrichtung in dem Refraktometer und/oder eine Recheneinrichtung in der Basisstation zur Anwendung kommen.
• Von Bedeutung ist, dass mit dem Refraktometer der Zucker- und damit der Alkoholgehalt eines Gärgutes schnell bestimmt werden kann. Über eine Kennung, bspw. einen Code, oder Einsatz eines Transponders kann das Ergebnis der Messung mit vormaligen und zukünftigen Messungen desselben Gärgutes in Verbindung gebracht werden. Diese Zuordnung kann auch durch Eingabe eines das Gärgut kennzeichnenden Angabe durch den Nutzer erfolgen.
• In einer Ausführung wird mit dem Refraktometer zunächst ein Code am Tank des Gärgutes eingelesen und anschließend die eigentliche Messung durchgeführt. Auf diese Weise kann die Zuordnung von Messwert zu Gär- bzw. Messgut erfolgen. Das Ergebnis der Messung kann in dem Refraktometer selbst ausgewertet werden oder zu einer Basisstation übertragen werden. Eine sich ergebende Gärkurve kann ebenfalls direkt am Refraktometer und/oder an der Basisstation angezeigt werden. Wird ein problematischer Messwert erkannt, so kann dies am Refraktometer und/oder an der Baisstation angezeigt werden. Geeignete Maßnahmen zur Behebung der Störung können dann ausgelöst durch ein Signal des Refraktometers und/oder der Basisstation an eine zentrale Steuerung ausgesendet werden. Die Basisstation kann Komponente einer übergeordneten Steuerungs- und Regeleinrichtung sein.
• Das mobile Refraktometer und die Basisstation, die auch als Empfangsstation bezeichnet werden kann, können über eine drahtlose Funkverbindung zur Kommunikation bzw. zum Datenaustausch miteinander verbunden sein. Diese stellt eine bidirektionale Verbindung dar.
• Alternativ kann zur automatischen Datenübermittlung ein Smartphone eingesetzt werden. Smartphones werden in großer Anzahl produziert und können deshalb relativ preiswert bezogen werden. Diese verfügen in den meisten Fällen über eine Bluetooth- oder WLAN-Schnittstelle oder über eine anderen entsprechende Schnittstelle zum Empfang und zur Übertragung drahtloser Nachrichten sowie einen Datenspeicher.
• Zudem sind sie beschriftbar. Aus diesen Gründen sind sie für eine automatische Datenübertragung gut geeignet.
• Ein Beispiel für eine mögliche Anwendung wird nachfolgend gegeben. Während der Weinlese wird der Most bzw. die Maische aus den geernteten Trauben zu Wein vergoren. Zur Beobachtung der Gärung werden Gärkurven erstellt. Meist werden dazu Dichtemessgeräte verwendet, bspw. Aräometer, seltener Biegeschwinger. Die gemessenen Werte repräsentieren den vorhandenen vergärbaren Zucker. Die gemessenen Werte werden in ein Achsenkreuz eingezeichnet. Dabei ist auf der X-Achse die Skala für den Zucker, auf der Y-Achse wird das Datum der Messung eingetragen. Vor Gärbeginn ist der Zuckergehalt am höchsten. Dieser nimmt im Verlauf der Zeit ab. Deshalb verlaufen die Gärkurven von oben schräg nach unten.
• Für eine Messung mit einem Aräometer werden ca. zehn Minuten benötigt und 200 bis 250 ml Flüssigkeit. Zur automatischen Übertragung der Messwerte an eine unter Umständen weit entfernte Datenverarbeitungsanlage als Basisstation, bspw. ein PC oder ein Laptop, eventuell in einem anderen Gebäude, benötigt man ein Smartphone, das vorteilhafterweise dieselbe Schnittstelle für drahtlose Übertragung von Daten besitzt wie die Basisstation. Außerdem benötigt man ein Refraktometer anstelle der Dichtemessgeräte, möglichst mit einer Bluetooth- bzw. WLAN-Schnittstelle oder einer vergleichbaren Schnittstelle. Am besten eignet sich ein kleines Mini-Digitalrefraktometer. Dieses Gerät ist handlich und misst zuverlässig, ist batteriebetrieben und hat eine beleuchtete Digitalanzeige, so dass auch bei schlechten Lichtverhältnissen die Messergebnisse gut ablesbar sind.
• Die refraktometrischen Messergebnisse repräsentieren die Zuckerkonzentration. Zweckmäßigerweise wird direkt am Gärtank gemessen, bspw. in °Oechsle, %Brix usw. Eine Messung dauert ca. 20 Sekunden. Man benötigt etwa zwei Tropfen Most oder eine entsprechende Menge Maischeflüssigkeit bzw. -brei. Der Messwert kann in das Zahlenfeld des Smartphones eingetippt werden, ebenso die Tankbezeichnung zur Zuordnung des Messwerts zum zugehörigen Tank. Falls erwünscht, kann auch die Gärtemperatur, die an einem Thermometer am Gärtank angezeigt wird, eingetragen werden. Befindet sich am Gärtank oder in der Nähe ein Barcode, kann dieser zur Identifizierung der Messwerte mit dem Smartphone abgelesen werden. Ist ein Transponder am Tank befestigt, kann dies alternativ verwendet werden, da der Transponder zur Identifizierung der Messwerte die Tankbezeichnung drahtlos an das Smartphone überträgt.
• Sofern das Refraktometer eine entsprechende Funkschnittstelle hat, werden die Messwerte automatisch zum Smartphone übertragen. Das Smartphone kann dabei in der Tasche bleiben. Sofern das Refraktometer keine Schnittstelle besitzt, kann das Messergebnis mittels im Smartphone integrierter Kamera fotografiert und gespeichert werden. Analog gilt dies auch für die Thermometeranzeige der Gärtemperatur. Da im Smartphone eine Uhr und ein Kalender integriert sind, können die Messwerte zeitlich zugeordnet werden.
• Nach der schnellen Messung und Übertragung der Daten von einem Gärtank oder von mehreren an ein Smartphone können die Daten im Smartphone zur datenverarbeitenden Anlage, der Basisstation, per Schnittstelle RS 232 und Kabel oder drahtlos über Funk übertragen werden. Dazu muss der Smartphoneträger in der Nähe der Basisstation sein. Dadurch werden Übertragungsfehler vermieden, die bei direkter Funkübertragung vom Refraktometer am Tank zur Basisstation bei Gärkellern meist auftreten, da viele Einrichtungen aus reflektierendem Edelstahl bestehen und ggf. dicke, für Funkübertragungen undurchdringliche Eisenbetonwände und -decken vorhanden sind. Aus den Daten kann die Basisstation automatisch eine Gärkurve erstellen und weitere Auswertungen vornehmen. Das Smartphone kann über eine APP für die vorzunehmenden Funktionen programmiert werden. Dies gilt auch für Gärungen in Brauereien sowie Brennereien.
• Das vorgestellte Verfahren zur Übertragung von Ergebnissen bzw. Messwerten bei einer Gärüberwachung kann grundsätzlich zum Übertragen von Messwerten eingesetzt werden, bei dem ein Smartphone eingesetzt wird. Daher wird hier ein Verfahren zum Übertragen von Messwerten vorgestellt, bei dem die Messwerte an der Messstelle an das Smartphone übertragen werden, von diesem gespeichert werden und anschließend von dem Smartphone an eine Basisstation, die entfernt von der Messstelle sich befinden kann, übertragen werden. Auf diese Weise ist eine sichere Übertragung der Daten unabhängig von den Umgebungsbedingungen möglich. So ist es möglich, dass der Nutzer zunächst an der Messstelle die Messwerte mit dem Smartphone aufnimmt und anschließend sich zu einer Basisstation bewegt, bei der die Messwerte von dem Smartphone auf die Basisstation übertragen werden.
• Weiterhin ist der Einsatz einer sogenannten Dropbox möglich. Hierbei werden die erfassten Daten der Basisstation entweder per E-Mail als Dateianhang zur Verfügung gestellt oder über einen Dropboxdienst in einen vorgegebenen Ordner des PCs geschrieben. Die komplette Weiterverarbeitung erfolgt dann am PC bzw. an der Basisstation. Auf diese Weise sind die Möglichkeiten gegeben, ohne schwer bedienbare Kabel oder zusätzliche Hardware mit einer breiten Basis von PCs zu synchronisieren. In beiden Fällen ist die Mindestanforderung ein PC und ein Internetanschluss.
• Auch in diesem Fall kann ein Smartphone eingesetzt werden. ES erfolgt dann zunächst die Messwerterfassung, wobei eine Behälternummer mittels Einlesens eines Codes oder einer optionalen manuellen Eingabe eingegeben werden. Bei wiederholter Eingabe innerhalb eines bestimmten Zeitraums kann der zuvor erfasst Messwert überschrieben werden. Auf dem Smartphone kann die Behälternummer sowie der Messwert angezeigt werden. Es kann auch eine Fehlermeldung erfolgen, wenn der bzw. die Messwerte zu stark abweichen. Optional kann die Behältertemperatur bzw. die Temperatur des Gärgutes eingegeben bzw. eingelesen werden. Außerdem können Datum und Uhrzeit erfasst oder eingegeben werden.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
• Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
• 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der beschriebenen Messeinrichtung.
• 2 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens.
• 3 zeigt Kurven.
• 4 zeigt eine Übersicht aller laufenden Gärungen.
• 1 zeigt stark vereinfacht eine Ausführung der vorgestellten Messeinrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Diese Messeinrichtung 10 umfasst ein Refraktometer 12 und eine Basisstation 14, die miteinander kommunizieren. Hierzu verfügt das Refraktometer 14 über eine erste Schnittstelle 16 und die Basisstation 14 über eine zweite Schnittstelle 18. Mittels dieser Schnittstellen 16 und 18 erfolgt eine drahtlose Kommunikation.
• Weiterhin zeigt die Darstellung einen ersten Gärtank 20, einen zweiten Gärtank 22 und einen dritten Gärtank 24. In diesen ist jeweils ein Gärgut enthalten. Mit dem Refraktometer 12 kann nunmehr das Gärgut jedes Gärtanks 20, 22 bzw. 24 untersucht werden. Um eine Zuordnung zu Messergebnissen früherer und zukünftiger Messungen zu vereinfachen, können die Gärtanks 20, 22 und 24 jeweils mit einem Code 26, 28 bzw. 30 gekennzeichnet sein.
• Vor, während oder nach der Messung des Gärgutes eines Gärtanks 20, 22 bzw. 24 wird dann der entsprechende Code 26, 28 bzw. 30, zweckmäßigerweise mit dem Refraktometer 12, eingelesen. Alternativ kann ein Smartphone verwendet werden.
• Die ermittelten Messergebnisse werden über die drahtlose Funkverbindung zu der Basisstation 14 übertragen. Bei dieser kann eine Anzeige 32 zur Darstellung der Ergebnisse, typischerweise der Gärkurven, vorgesehen sein.
• Der Nutzer kann die Gärtanks 20, 22 und 24 grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge untersuchen. Diese kann ihm aber auch vorgegeben werden, bspw. in Abhängigkeit ermittelter Ergebnisse oder auch abgelaufener Zeiträume seit der letzten Messung. Bei außergewöhnlichen Ergebnissen kann der Nutzer auch aufgefordert werden, bestimmte Messungen zu wiederholen, um mögliche Messfehler zu korrigieren.
• 2 zeigt in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführung des Verfahrens, das automatisiert, typischerweise softwaregesteuert, durchgeführt wird.
• In einem ersten Schritt 50 wird das Verfahren gestartet. Es erfolgt in einem nächsten Schritt 52 die Auswahl eines Gärtanks mit enthaltenem Gärgut. Der Nutzer liest in einem darauffolgenden Schritt 54 mit einer Leseeinheit, die dem Refraktometer und/oder der Basisstation zugeordnet ist, einen den betreffenden Gärtank kennzeichnenden Code ein.
• Anschließend erfolgt (Schritt 56) die Entnahme einer erforderlichen Menge des Gärgutes und die Messung des Brechungsindexes mit dem Refraktometer. Auf Grundlage des gemessenen Brechungsindexes wird der Zuckergehalt in einem nächsten Schritt 58 berechnet. Dies führt unter Berücksichtigung eines Anfangswerts des Zuckergehalts zur Berechnung des aktuellen Alkoholgehalts des Gärgutes in einem nächsten Schritt 60.
• Dieser ermittelte Alkoholgehalt wird mittels drahtloser Funkverbindung zu der Basisstation übermittelt (Schritt 62). Diese führt anhand älterer Messergebnisse eine Plausibilisierung des Messwerts durch und stellt diesen, ggf. nach erfolgreicher Plausibilisierung, in einer Gärkurve dar (Schritt 64).
• Für die Berechnung des Zuckergehalts und des Alkoholgehalts können die nachstehend aufgeführten Formeln verwendet werden.
• Für die Zuckerkorrektur wurde folgender Zusammenhang ermittelt: $$\begin{array}{l}\text{ABK}=\text{SB}-\left(\text{SB}-\text{AB}\right)\ast \text{K0\_Fak}\\ =\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right)\end{array}$$

  

  wobei:

SB:

Start-Brixwert

AB:

aktueller Brixwert

ABK:

korrigierter aktueller Brixwert

K0_Fak:

Umrechnungsfaktor, dieser beträgt in etwa 1,30, ist jedoch nicht konstant

• Funktionaler Zusammenhang zwischen Brix und Zuckergehalt: $$\text{Brix}\to \text{Zuckergehalt}\left[\text{g}/\text{l}\right]:\text{Z}=\text{f}\left(\text{B}\right)$$

  
• Die Umkehrfunktion: $$\text{Zuckergehalt}\to \text{Brix}:\text{B}={\text{f}}^1\left(\text{Z}\right)$$

  
• Wenn beim Start des Verfahrens sich bereits Alkohol in der Maische gebildet hat, muss dann entweder der genaue Zuckergehalt oder der genaue Alkoholgehalt durch andere Laborverfahren bestimmt werden.
• Ist der Zuckerwert bekannt (in diesem Fall ABK) so folgt: $$\text{SB}=\left(\text{ABK}-\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}\right)/\left(1-\text{K0\_Fak}\right)$$

  
• Man kann dann die Ausgangformel verwenden.
• Ist dagegen nur die Alkoholkonzentration (SA[Vol%]) bekannt, kann ebenfalls auf den Startzucker zurückgerechnet werden: $$\text{ZZ}\left[\text{g}/\text{l}\right]=\text{SA}\left[\text{Vol\%}\right]\ast \mathrm{16,4391}$$

  

ZZ:

Zuckervergärung zum Bilden des Alkohols

SA:

Startalkohol in [Vol%]

$$\text{f}\left(\text{SB}\right)-\text{f}\left(\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right)\right)=\text{SA}\ast \text{16}\text{,4391}$$

• Dies lässt sich beispielsweise iterativ nach SB auflösen. Auch dann kann wieder die Ausgangsformel verwendet werden.
• Ist der aktuelle korrigierte Zuckergehalt aus der Ausgangsgleichung bekannt, kann der aktuelle Alkoholgehalt folgendermaßen berechnet werden (Gärgleichung von Gay-Lussac): $$\text{Alkohol }\left[\text{Vol\%}\right]=\text{K1\_Fak}+\left(\text{SB}-\text{ABK}\right)$$

  

  wobei K1_Fak: Umrechnungsfaktor = 0,61
• In einer weiteren Ausführung lässt sich dies genauer berechnen: $$\text{Alkohol }\left[\text{Vol\%}\right]=\left(\text{K1\_FAK}-\text{SB}/\text{Max\_Brix}\ast \text{K2\_Fak}\right)\ast \left(\text{SB}-\text{ABK}\right)$$

  

  wobei

K1_Fak:

Umrechnungsfaktor = 0,61+K2_Fak/2 = 0,66

K2_Fak:

Umrechnungsfaktor = 0,1

Max_Brix:

35

• Zu beachten ist: $$\text{Wenn Alkohol }>\text{MAX\_ALKOHOL}\text{,denn Alkohol}=\text{MAX\_ALKOHOL}$$

  
• Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass die natürliche Gärung bei MAX_ALKOHOL stoppt. Außerdem wird berücksichtigt, dass bei hohen Start-Brixwerten die Umwandlung in Alkohol nicht so effizient ist wie bei niedrigen Start-Brixwerten.
• Der Restzucker (ABK <= 7) berechnet sich zu: $$\text{Restzucker }\left[\text{g}/\text{l}\right]=\left(\text{ABK}-2\right)\ast 10$$

  
• In 3 sind in einem Graphen Gärkurven dargestellt, nämlich der Verlauf des Mostgewichts 80, der Verlauf der Tanktemperatur 82 und der Verlauf des Alkoholgehalts 84.
• Mit dem vorgestellten Verfahren können computerunterstützt und für den Anwender erheblich vereinfacht solche Gärkurven erstellt werden. Mit diesen kann dann der Ablauf des Gärprozesses überwacht werden.
• 4 zeigt eine beispielhafte Anzeige 100 von Gärkurven, wie diese bspw. auf dem Smartphone und/oder der Basisstation gegeben werden kann. Die Anzeige umfasst eine Reihe von Feldern 102, die jeweils einem Behälter zugeordnet sein können. So hat der Nutzer eine Übersicht über eine Anzahl von Behältern. Über Bedienfelder 104 kann vorgegeben werden, welche Kurven, bspw. Zuckergehalt, Alkoholgehalt, Temperatur usw., in den Feldern 102 angezeigt werden. In den Feldern wird typischerweise die Behälternummer, der Gärstart, der Startzucker, der aktuelle Stand an Alkohol und Zucker angezeigt. Es können auch separate Felder vorgesehen sein, in denen nach Anwahl eines der Felder 102 diese und weitere Informationen zu dem zugeordneten Behälter angezeigt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Überwachen einer Gärung eines Gärgutes, bei dem in zeitlichen Abständen mittels eines Refraktometers ein Brechungsindex des Gärgutes gemessen wird und auf Grundlage dieser Messung ein korrigierter aktueller Zuckergehalt des Gärgutes bestimmt wird, wobei unter Berücksichtigung eines Anfangswerts für den Zuckergehalt aus dem korrigierten aktuellen Zuckergehalt ein aktueller Alkoholgehalt bestimmt wird und auf diese Weise eine Gärkurve erstellt wird, wobei der korrigierte aktuelle Zuckergehalt mit folgender Formel umgerechnet wird: $$\text{ABK}=\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right),$$

   

   wobei SB der Anfangs-Zuckerwert, AB der aktuelle Zuckerwert, ABK der korrigierte aktuelle Zuckerwert und K0_Fak ein Umrechnungsfaktor ist, und wobei der Umrechnungsfaktor als nicht konstant angenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Anfangswert für den Zuckergehalt der Zuckergehalt des Gärgutes in unvergorenem Zustand herangezogen wird, der durch Messung vor Beginn der Gärung ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Umrechnungsfaktor mit fortlaufender Gärung zunimmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Refraktometer ermittelte Ergebnisse an eine Basisstation übermittelt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Übermittlung von Ergebnissen ein Smartphone eingesetzt wird.
6. Messeinrichtung zum Überwachen einer Gärung eines Gärgutes mit einem Refraktometer zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die dazu ausgebildet ist, in zeitlichen Abständen einen Brechungsindex des Gärgutes mit dem Refraktometer zu messen und auf Grundlage dieser Messung einen korrigierten aktuellen Zuckergehalt des Gärgutes zu bestimmen, unter Berücksichtigung eines Anfangswerts für den Zuckergehalt aus dem korrigierten aktuellen Zuckergehalt einen aktuellen Alkoholgehalt zu bestimmen und auf diese Weise eine Gärkurve zu erstellen, wobei der korrigierte aktuelle Zuckergehalt mit folgender Formel umzurechnen ist: $$\text{ABK}=\text{AB}\ast \text{K0\_Fak}+\text{SB}\ast \left(1-\text{K0\_Fak}\right),$$

   

   wobei SB der Anfangs-Zuckerwert, AB der aktuelle Zuckerwert, ABK der korrigierte aktuelle Zuckerwert und K0_Fak ein Umrechnungsfaktor ist, und wobei der Umrechnungsfaktor nicht konstant ist.
7. Messeinrichtung nach Anspruch 6, bei der das Refraktometer und eine Basisstation jeweils über eine Schnittstelle für eine drahtlose Kommunikation verfügen.
8. Messeinrichtung nach Anspruch 7, die ein Smartphone zur Übermittlung von Ergebnissen umfasst.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wozu das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers in einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ausgeführt wird.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wozu das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers in einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ausgeführt wird.

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