BrewPiLess for Glycol

BrewPi is derived from BrewPi v0.2.x, which is designed for fermentation chambers made by fridges. The latest BrewPi v0.4.x has evolved to be a general temperature control unit. The code is very different from v0.2.x, and porting v0.4.x might not be an easy job. Instead, I implemented two main features that might make glycol possible: fallback sensor and adjustable minimum time.

In addition to using binary for glycol or building with “EnableGlycolSupport” defined, there are setups and settings that must be tweaked.

Setup

  • Don’t use Fridge Sensor. The “fallback” feature will use the reading from Beer Sensor as Fridge reading.
  • (optional) Use second sensor as Room Sensor to monitor glycol temperature.
  • Beer Constant or Beer Profile mode is preferred.

Settings

  • minimum times: including minCoolTimeminCoolIdleTimeminHeatTimeminHeatIdleTime,and deadTime
    All except deadTime are self-explanatory. deadTime defines the minimum idle time between heating and cooling, and the waiting time at power-up. 10 seconds seems to be good for all of the values.
  • idleRangeHidleRangeL
    The values define the temperature range to stay in idle. That is, no action will be performed if the fridge temperature(from Beer Sensor) stays in this range. The default values are 1.0, so it will start cooling when the temperature reaches 21 degree if the set temperature is 20.
  • maxHeatTimeForEst & maxCoolTimeForEst
    After cooling or heating, the algorithm expects the temperature to go lower or higher. Usually the temperature won’t go too far in glycol setup. Therefore, set a smaller value for these two, so that it won’t wait too long for detecting peaks.
  • PID settings. Kp, Ki, Kd
    If all of them are set to zero, the FridgeSet will be equal to BeerSet.
  • (optional) filter settings: fridgeFastFilt, fridgeSlowFilt, fridgeSlopeFilt, beerFastFilt, beerSlowFilt, beerSlopeFilt
    Even the data is from the same sensor, the temperature readings of beer and fridge sometimes differ. It is because that they use different filters. The temperature of fridge is volatile, while the beer temperature changes slowly. If you want them to be strictly the same, the filter parameters should be set to same same.

After setting, you can use “c” (single lower case c) to read back the setting for verification.

My testing

This is my initial test by filling 6 gallons of water in my newly purchased Spike CF10 with coil.

glycol

My test was conducted with a cooler with frozen PET bottles. The room temperature is  the temperature of water in the cooler.

I set all minimum times to 10 seconds, idleRangeH to 0.1. maxCoolTimeForEst to 30 seconds. PID parameters are left untouched. The result seems acceptable except that more PET bottles (or, a glycol chiller) are needed.

釀酒中水的計算

計算水的用量,有一些參數要考慮:(由於我參考的資料都用美制,所以下列都用gallon,採用公制請自行換算)

麥芽吸水率 0.125 gal/lb  或 1.04 L/kg,不同的麥芽會有不同的結果,但這個數字應該是可以通用。比起來,最後有沒有讓麥芽中的水全部滴出來或擠出來,造成的差距可能會比較大。

酒花熱渣等在 20L(5 gal)批次中通常在在0.5L左右,酒花用得多,就更多。

煮沸鍋死角,視器材而定,大部分20L(5 gal)的可能在1L~2L之間。也就是煮完後最後沒辦法進入發酵桶的量。

糖化鍋死角,沒辦法進入煮沸鍋的水量。視器材而定。如果是BIAB,就沒有這個值。

蒸發量可大可小,看火力大小及鍋子的形狀,業界據說是控制在5%,家釀我看到的有人說差不多是1 gallon/hr,實際上也有人只有0.5gallon~0.8gallon,也有到1.5 gallon/hr的。

麥汁冷縮,一般是4%,是水在100度及20度的體積變化,5gal批次約0.8qt。除非你是直使用熱水,這個數值對水量沒有影響,但是在釀造過程中有記錄或調整水的話就需要考慮。

發酵桶的損失:目標5gal的產品,應該要有5.5gal左右進發酵桶,因為發酵過程中會有水的蒸發、酵母或熱渣沈澱、取樣量比重的損失等。

舉例說明:

5.5 gal進發酵桶,10lb的麥芽,”普通”用量的酒花,BIAB,需要的水:

5.5 gal + 麥芽吸水 0.125 gal/lb x 10 lb + 酒花熱渣 0.125 gal(0.5qt) + 器材死角 0.375 gal(1.5qt) + 蒸發量 1 gal = 8.25 gal

從這個例子可以看到,麥芽吸水蒸發量佔很大的損失比例,而且是剛開始使用器材時最難控制的。如果要達到預期的水量,就需要在煮沸前和煮沸的最後完成前調整。

麥芽吸水量在糖化完成後,全部的麥汁進入煮沸鍋就馬上知道了,如果有另外的糖化鍋,也就是多了糖化鍋的死角損失,那麼煮沸前的水量就是全部水量減去麥芽吸水+糖化鍋死角。所以煮沸前量一下水量,就可以知道要這些數值;正確的調整也必考慮比重,在此先不談。要提醒的是,這時候水的體積會比冷卻時大,所以要考慮麥汁冷縮的比例。至於蒸發量要不要算冷縮,其實我也不清楚,總之這些數值都是估算,會和實際有落差。

煮沸完成前(可能是在5到10分鐘前),是最後調整的機會,這時候真的要考慮冷縮的量。這個補水的動作基上只是補水蒸發太多的量。

很多人第一次釀酒,煮完後常常會發現,最後的麥汁比預期的少。比預期多的比較少見,原因是大部份的書都會說滾開時要滾大一點,以利DMS減少,另外,看到大滾比控制在微滾容易直覺得多了。最終麥汁量和預期不符的另一個原因是,初學者第一次釀很多是用配方包,然後配方包也通常有建議用的水量,問題是每個人的器材不同,結果也就相去甚遠。

要注意到的是,需要調整的是比重,不是麥汁的多少;目標是比重達標,不是麥汁的量達標。所以水的計算在開始釀造前估算,調整則是根據比重來調整。幸運的是,糖不會蒸發,所以煮沸前就可以調整好最後的比重,然後,如果蒸發太多,直接調整要算好的目標就行了。

水的調整用點數的概念來算很容易,點數指的是比重的點數,例如1.012=12點。假設煮沸前點數是a、麥汁量是X,目標比重是g,那麼最後的麥汁量是 a/t * X

例: 煮沸前 1.040 5L,目標1.050, 最後麥汁量= 40/50 * 5 = 4 L。如果剛好蒸發1L,比重就會剛好是1.050。如果預計的蒸發量比1L多,那就要加水;如果預計的蒸發量比1L少,那就要兩個選擇:多蒸發一些(加大火力或延長煮沸時間)或加DME提高比重。

如果要煮沸中途或末段加水,要考慮先把添加的水加熱,以免水加入後麥汁溫度降低。

 

糖化效率

Mash Efficiency糖化效率是一個容易讓人誤解的詞,直覺上會認為糖化效率是把麥芽轉變成糖的糖化效率,但是大多數人在講這個詞的時候,其實指的是Brew House Efficiency,也就是使用的麥芽量能得到的最終的麥汁OG值的效率。很不幸的,在舊版John Palmer的How to Brew,台灣圈內視為自釀聖經的書中就是用Mash Efficiency,但指的是Brew House Efficiency;第四版己經不使用這個詞。

效率的用處在於估算需要的麥芽,或者是反過來說,用多少麥芽可以得到多少比重。所以大部分的時候,都是用Brew House Efficiency來計算。

釀酒的流程也就是把麥芽的澱粉轉成糖,放進發酵桶。釀酒流程:糖化過濾/洗糖煮花,入發酵桶。在每個過程中,通常都有糖的損失。

請參考這個網頁的圖,英文還可以的,請直接看原文:https://www.brewersfriend.com/brewing-efficiency-chart/

轉化效率Extract efficiency(萃取效率),就是將澱粉轉成糖的比例,麥芽除了澱粉,還有其他的東西。大部分的基礎麥芽的能轉換成糖的比例在80%上下。目標就是儘可能把這80%能轉換的澱粉轉成糖。家釀的效率理想值在85%以上(80%的85%)。(大部分人-尤其是用美國的PPPG系統的人-在討論時用的數字是指最大可轉換率的比率,例如說85%;少數人-尤其是用plato算的人-有時候說的是得到的糖佔麥芽的比例,也就是80% x 85%= 68%。)

過濾效率Lautering efficiency,把糖和麥芽殼分離的效率;糖化結束後,把糖放進煮沸鍋的效率;包括了第一道麥汁取得多少糖,以及洗糖的效率。

酒花及煮沸鍋的損失,煮完後還是會有一些麥汁-也就是有糖,無法進入發酵桶。煮沸鍋的死角,有些人會收集起來另做它用,而酒花熱渣的損基本無解。那個英文網頁,也有提到有很少量的糖是被熱渣吸收,因為數量很少,所以忽略。

轉化效率決定於糖化的條件,包括pH值、麥芽磨碎的情況、麥芽本身的轉化能力、麥芽和水的比例、糖化時水和麥芽的接觸、時間、溫度等等;Mashout也會提高轉化效率。轉化效率的好壞,量第一道麥汁的比重即可得知。如果不洗糖,基本上轉化效率就決定了最終的效率。Mashout也會提高轉化效率。

過濾效率有兩個部分,就是第一道麥汁的量,以及洗糖的效率。假設糖平均溶在水中,留在麥芽殼的量愈大,殘留的糖愈多。洗糖的效率就是把殘留在麥芽殼上的糖洗出來的效率。批次洗糖batch sparge的效率理論是是推算得出來的,細節可以參考這個網頁。簡單的結論是分洗兩次洗比一次好,兩次水量平均比不平均好。fly sparge的效率則無從推算。

進入數字推算前,簡單地回顧一個重點:想要知道效率不佳的的方法,就是量測:量測第一道麥汁的比重可以知道轉化效率。少了第一道麥汁的比重,只能知道過濾效率x轉化效率。

雖然只有美國人用的gallon、lb的單位很討厭,美國人用的PPPG(potential point per gallon)很方便又容易計算,所以下面的例子會用這個系統。

PPPG的定義是一磅的原料在一加侖的水中會增加多少比重。例如,一磅的糖溶到1gallon的水中,水的比重會是1.046,所以糖的pppg是46.如果是5gallon,就是46/5, 比重就會是1.009

麥芽廠通常提供的數字通常是yeild(收率),也就是可以轉化成糖的重量和原料的重量比例,麥芽除了澱粉,還有其他的東西。大部分的基礎麥芽的yield在80%上下,也就是說,一磅的麥芽,能轉成0.8磅的糖,換算成pppg就是46 x 80% = 37左右。每一家麥芽廠的產品,甚至每一批都有些差異,大致來說都是36~38左右。也就是說,一磅的基礎麥芽如果100%的澱粉都糖化完,在1gallon的水中,麥汁的比重會是1.036~1.038左右。也就是說,80%的轉化效率下,糖化一磅pppg 37的麥芽,得到37×0.8=29.6 = 1.030的麥汁。特殊麥的pppg通常隨著顏色愈深愈低。

例一:

5gallon批次,10磅37pppg的麥芽。100%轉換,100%洗糖,合部糖都進發酵桶:370point。(最高比重是370/5 = 1.074)

如果用3.5gallon的水糖化,得到麥汁是1.056, 則轉換效率是 56 x 3.5/370 = 53%。在進行下去前,也可以知道最高的OG不可能超過 56×3.5/5=1.039.因為即使lautering efficiency是100%,也就只有 56 x 3.5點的糖。

如果得到1.074的麥汁,轉換效率是 74x 3.5/370 = 259/370=70%。麥芽吸水 0.125 gal/lb x 10 lb = 1.25gallon, 取得那麼第一道麥汁的量為3.5 – 1.25= 2. 25 gallon,麥汁中的糖為166.5點。而留在麥芽殼的糖為

259 x 1.25/3.5 = 92.5點。如果第一道麥汁的量比較少,糖留麥芽殼的比例也就更高,整體效率會更差。

假設洗糖水是4加侖,分成兩次2gallon的批次洗糖,每次洗糖都只留下麥芽吸收量的水在麥芽中。

第一次洗糖後,洗出的糖為 92.5 x 2 / (2+1.25) = 57 點。(2gallon/2+1.25gallon)

而留在麥芽殼的糖為 92.5 – 57 = 35.5點。第二次洗糖,洗出的糖為 35.5 * 2/(2+1.25) = 22點。

得到 166.5 + 57 + 22 = 245.5,  2.25gallon+4gallon = 6.25 gallon, 煮沸前比重為1.039;假設蒸發掉1gallon煮沸後的麥汁是5.25, 比重是 1.046;扣掉酒花吸收的死角的量假設是0.5gallon,最終得到4.75比重1.046, 效率為 46×4.75/370= 59%

例二:

如果上面的例子,但不洗糖,用全部水糖化。假設轉換效率一樣是70%,也就是得到259點的糖,全部水是3.5 + 4= 7.5 gallon,259/7.5 = 34.5. 得到 7.5 – 1.25(麥芽吸收) =(一樣是)6.25 gallon的麥汁。蒸發掉1gallon煮沸後的比重是 (34.5 x 6.25)/5 = 43點(比重1.043) 。轉換效率一樣,麥芽吸收量也一樣,不洗糖的比重就是會低一點。

例三:計算省略。如果是高比重的酒,為了維持一樣的水麥比,糖化水會比較多,洗糖水就變少了,結果是洗糖的效率變差。另外,最後被酒花熱渣吸收或死角無法進入發酵桶的部分因為比重高,損失的糖也變多了 。所以一樣的步驟流程,最終的效率也會不同。這個網頁有很詳細的說明和圖表。

結論

當發現效率不佳時,要先分析那一個步驟的效率出問題。要能夠分析,就是要在釀造過程中仔細記錄。

事實上,大部分的新手,問題出在轉換效率的機會很大;主要的原因是麥芽通常不是自己碾的,粗細無法控制,或者是剛開始碾,沒有設定好。

不洗糖的話,提高蒸發量有助於提高效率。

前文提到基礎麥芽的yeild大約在80%;事實上,大部分的麥芽廠會提供兩個數字:粗磨(coarse)和細磨(fine)。你猜那個數字比較高?用來算PPPG的是那個數字?答案在這裡

冷卻器

 冷卻器有兩大類型,一是浸入式(immersion),另一種則是對流式(Counter-flow)。對流式又有兩種,一是板式(plate),另一種則是大管包小管樣式的。這兩種原理和作用一模一樣,差別在形狀,板式體積小,麥汁通過很薄的空間和水接觸,所以通常需要用pump,感覺上也容易阻塞。(也有外包式的,算是特殊的器材,在此不討論。)

根據熱力學的定理,不可能把麥汁降到冷卻用水一樣的溫度。理想的結果是降到比冷卻水高個2~3度。要降低冷卻後麥汁的溫度,一定要降低冷卻水溫度。可行的做法有用冰塊直接降低冷卻水溫,或是用另一個盤管,先冷卻冷卻水。

浸入式優點:

  1. 清潔容易,接觸麥汁的的部分在外面,看得到摸得到。
  2. 冷卻時形成的冷渣會留在鍋內。

浸入式缺點:

  1. 後段麥汁比較低時,降溫速度變很慢。
  2. 批量大時需要比較大的冷卻器。實務上,大於10gal(40L)以上的批次就比較少看到用浸入式的。

個人經驗:

溫差小,降溫慢是物理法則。大部分的地區自來水溫在20度或更高,當麥汁降到40度左右,降溫開始變慢,不幸的是,那正是細菌開始可以大量繁殖的溫度。

另外,麥汁的流動性不佳,在冷卻管旁的麥汁冷了,離冷卻管比較遠的麥汁卻沒冷那麼快;需要輕微的攪動麥汁否則降溫速度更慢。當溫度降到細菌喜歡的溫度,速度開始變慢,人工攪動麥汁時,又很怕汗、水滴進鍋內,所以冷卻時壓力很大。

對流式優點:

  1. 滾燙的麥汁經過冷卻器,可以直接降到目標溫度,直接進入發酵桶。

對流式缺點:

  1. 接觸麥汁的的部分看不到也摸不到。
  2. 通常需要pump。也需要過濾麥汁,以免堵塞。
  3. 麥汁直接進入發酵桶的話,冷渣也會進入發酵桶。

個人觀點:

大部分人是麥汁冷卻後進入發酵桶,所以麥汁幾乎不會停留在中間的溫度,可以降低感染的機會。有些人是把冷卻的麥汁打回鍋內。我認為這樣除了降溫速度會變慢外,也提高感染的風險。

但是麥汁直接進入發酵桶,除了冷渣也會進入發酵桶外,還有另一個問題:酒花萃取。如果不是用酒花簍或酒花沒有從麥汁中移除,在冷卻的過程中,麥汁還是維持在高溫,酒花的異構化還是會持續進行,就變相成為了whirlpool hopping或Hop Stand。

家釀系統3-1-2

這篇的系統指的是”麥汁製作”的系統。麥汁製作是釀酒過程中,釀酒人花最多力氣的部份,也是初入釀酒最先面臨的問題。這篇是我在考慮轉換系統的過程中,所做的研究和比較分析,主要針對各系統的優缺點、特性以及自動化的可能性。對新手採賺器材可能有些幫助。

大部分的系統都可以採用不同的加熱方式;主要是瓦斯或電熱。電熱自動控制比較方便,所以自動化系統比較常見用電熱,瓦斯對大批量有優勢,但自動化比較難一點點,危險性似乎也高了點。電熱以220v/240v為佳,一般的110v/120v用到15A的電流只有接近1800w的電力,用在20升左右的大小算是勉強可用。

糖化時的麥醪(Mash)流動性不佳,所以如果在糖化時要對麥醪加熱,除了攪拌就是需要用pump循環。

3.三桶

HLT(Hot Liquid Tun):熱水桶。可以加熱。

MLT(Mash Lauter Tun):糖化過濾桶。需要假底之類的過濾裝置。

BK(Boil Kettle):煮沸鍋。可以加熱。需要過濾裝置過濾酒花。

三桶系統可大可小,小到20公升,大到100加侖以上都有。可複雜可簡單,可以全手動,也可以接一堆管線用pump,所以很常見。

操作:

1.是先在熱水桶HLT加熱水。

2.水導入糖化過濾桶MLT和麥芽混合做糖化。

3.熱水桶HLT加入洗糖水加熱(也可以在一開始就加入足夠糖化和洗糖的水)。

4.糖化結束後,麥汁入煮沸鍋BK。

5.洗糖,水從熱水桶HLT到糖化過濾桶MLT。

6.最後麥汁全部在煮沸鍋BK煮沸。

水的移動可以靠重力pump,大於20L以上的,靠pump比較多。通常需要兩個pump

糖化控溫,控溫可以分成維持溫度升溫兩個方面。維持溫度最簡單的方法是用保溫桶做MLT糖化過濾桶,或是包棉被。

升溫則需要加入熱水或直接加熱麥汁,還有傳說中的decoction。加熱麥汁又可以分為:RIMS、HERMS、R-HERMS。也是可以直接加熱MLT,但實務上很少人這樣做。

HERMS(Heat Exchange Recirculating Mash System)是將麥汁導入HLT中的盤管做熱交換,藉熱水桶HLT的水間接加熱麥汁。

RIMS(Recirculating Infusion Mash System)是麥汁導入一個加熱管,直接加熱麥汁。

不考慮移動加熱器的情況下,HERMS只需要加熱HLTBK,但RIMS還要多一個加熱管。

三桶式系統大部分的自動化就是自動控溫,液體移動用pump但人工操作居多,要做到自動開始或停止需要能夠偵測水量的裝置,實做上比較複雜。

3a.三桶變型:只用一個加熱桶

熱水桶HLT當成煮沸鍋BK,但需要一個保溫桶來暫存洗糖水。在糖化時煮好洗糖水 ,然後放到保溫桶,接下來HLT變成BK的功能。

[個人意見]

三桶式的系統優點是彈性很高,批次可以做很大,據說有些微型酒廠也是用類似的系統,只是一個批次的量是用桶(barrel=31.5加侖=119.2升)為單位的。缺點是需要三個桶以及移動麥汁的設備。

1.一桶BIAB

基本的設計就是用一個桶或鍋,用一個袋子把麥芽包起來。先煮水,然後加麥芽,糖化後把麥芽取出煮沸。

袋子也不需要是真的袋子,可以是不鏽鋼網袋,也可以是一個下方開洞的桶子。

BIAB可以不洗糖,也有不少人會洗糖,要洗糖就需要用另一個鍋子煮洗糖水

BIAB在糖化過程中如果有加熱,通常會需要讓麥汁流動,除了手動,pump是比較常用的方式,但據說在德國和英國也是不少人用自動攪拌器。

E-BIAB就是用電熱的BIAB,加上自動控溫麥汁循環,就成了Braumeister、 Grainfather。一樣用pump循環麥汁,Braumeister是由下往上沖、 Grainfather則是把麥汁打上去流經麥芽床。

用一般真正的袋子,麥芽無法形成麥芽床,麥汁是靠袋子來過濾。但像Braumeister、 Grainfather的”袋子事實上是一個桶子,底面有假底,有機會形成麥芽床,可以得到麥芽床的效果。但值得注意的是,Grainfather麥汁循環方向會造成堅實的麥芽床,優點是麥汁一直經過麥芽床,缺點是麥芽床會影響麥汁流動的速度,也就造成溫度變化緩慢的問題。Braumeister是把麥芽往上沖,溫度一致性應該會好很多,但是麥芽桶取出時,前段麥汁就不會經過麥芽床。

BIAC:Brew In a Conical,把錐形發酵桶當成BIAB的鍋子,煮完冷卻後不用轉移麥汁。用錐形發酵桶的重點在於接種前可以排渣。

如果把煮沸的鍋子直接蓋上蓋子拿來發酵,叫FIAK(Ferment in A Kettle)。

[個人意見]

BIAB最大的問題是把麥芽取出的這個動作。這動作限制了BIAB的最大批量;用麥芽吸水比率約1.04L/kg來算,以最常見的20公升批次abv 5%用的麥芽約4.5公斤上下,以糖化率80%算,剩下20%圱量,吸水後接近5~6公斤,而一開始袋子內還有大批的麥汁,很容易超過8~9公斤。如果釀40公升,20公斤就接近大部分人可以輕鬆提起來的上限。事實上,比較大的批量會需要一個吊輪,而且要用很堅固的”袋子”。提起袋子的讓麥汁滴回鍋子時,造成了另一個問題:HSA(Hot Side Aeration),就是會造成大量接觸空氣,麥汁氧化。

形成麥芽床對麥汁的清澈度有很大的幫助,但對成品的影響大小倒是有不同的看法。麥芽床對洗糖也有間接的影響,如果沒有辦法形成麥芽床,大概是不能做fly sparge。

2.二桶式 k-RIMS(kettle-RIMS)

在三桶系統中,如果不要洗糖,HLT熱水桶可以直接拿來當BK煮沸鍋,少用一個桶;k-RIMS是更進一步地把麥汁在兩個桶子中循環來做溫控;把一個鍋子(通常是糖化桶)放高一點,只需要一個pump;也很像是BIAB中把”袋子”拿到外面獨立成一個桶。K-RIMS通常不洗糖,簡化了三桶系統外,是解決BIAB中麥汁滴回鍋中,可能造成氧化的問題,也不會BIAB需有要把很重的”袋子”提起來的問題。K-RIMS也使用糖化桶,也會建構麥芽床。

代表性的產品是 Blichmann BrewEasy 及 DIY的Brutus-20.

K-RIMS一定需要pump。只要有Recirculating,就需要pump。

[個人意見]

K-RIMS系統的DIYE-BIAB,相比差異不大,只需要一個pump把麥汁從下鍋打到上鍋。但有一個問題必需解決;pump打麥汁速度比麥汁靠重力及需要經過麥芽床的速度快很多,所以需要個能控制上桶麥汁的水位的機制。實做上有人是用用調整pump流速以達到兩桶水位變化不大,但如果麥芽床流動變慢了,還是需要持續觀察調整。Blichmann BrewEasy是用AutoSparge,一種跟馬桶滿水停止一樣的機關。另一個可能是像GrainFather一樣做一個溢流管,如超過一個水位就直接流回BK/HLT

另一個問題是監控溫度的位置,加熱在BK/HLT,但麥醪在MLT,如果麥汁流動速度變慢了,麥醪升溫速度就會變很慢,持續加熱BK/HLT可能會造成BK/HLT中麥汁溫度過高(Decoction?)。Blichmann BrewEasy的監控點在PUMP入口處,也就是BK/HLT出口處。不過,糖化酵素主要是存在麥汁的部分,所以監控BK的溫度是比較合理的。

附註:需要多大的桶?

HLT熱水桶: 能夠容納Striking water + sparge  water;通常sparge water = 總用水 – Striking water

MLT糖化過濾桶: 死角  + 糖化水 (通常用3L/kg 或 1.25~1.5 qt/lb)+ 麥醪中麥芽增加的體積;要注意的是,據書上說,麥芽床的厚度應該至少要有4英吋才有作用。所以也不是愈大愈好。

BK煮沸鍋: 煮沸前麥汁量 = 最終麥汁量  + 蒸發量  + trub(酒花熱渣等)  + 器材死角 + 麥汁冷縮 ~= 總用水 – 麥芽吸水量;煮沸鍋還需要一些空間,在沸騰的時候麥汁才不會濺出來。

BIAB不洗糖:需要全部水+麥醪中麥芽增加的體積。

幾個需要用的參數(概約值,YMMV):

麥芽吸水率 0.5 qt/lb  或 1.04 L/kg

麥醪中麥芽增加的體積 1lb 10oz  或1kg 325 ml

蒸發量可大可小,看火力大小及鍋子的形狀,業界據說是控制在5%,家釀我看到的有人說差不多是1 gallon/hr,實際上也有人只有0.5gallon~0.8gallon。

酒花熱渣等在 20L(5 gal)批次中通常在在0.5L左右,酒花用得多,就更多。

器材死角,視器材而定,大部分20L(5 gal)的可能在1L~2L之間

麥汁冷縮,一般是4%,5gal批次約0.8qt。

剩下的就是加減乘除就可以得到答案。但糖化桶值得仔細研究;不考慮死角,糖化桶大小要看用多少麥芽,因為糖化用水基本上是和麥芽成比例(例如常用的3:1) ,而要用多少麥芽,除了看想釀的OG多大外,又跟糖化效率有關。

例一:假設是5gal批次,OG 1.080, 效率 60% (以下用美式的ppg算法計算),糖化用水用1.5 qt/lb

80 * 5 /0.6=666.6667 pt   (80pt x 5 gal / 60%)

667/36 = 18.5278 lb   18.5 lb

18.5 * 1.5 + 18.5 * 10/32 = 33.5313 qt = 31.7 L 所以需要32L再加上一些空間,我想35L~38L是一定要的。

例二:台灣常見的27L保溫桶:27L ~ 28.5 qt,不計假底空間

用1.5 qt/lb來算 28.5 / (1.5+10/32) = 15.7241

用1.25qt/lb來算  28.5/(1.25+10/32) = 18.24

上限約在18lb,如果以糖化效率 70%來算,最大OG

18 * 36 * 0.7 /5 = 90.72   =>  1.091

16 * 36 * 0.7 /5 = 80.64   => 1.081

參考資料:

  1. http://www.theelectricbrewery.com 很多人參考的電熱三鍋系統。有詳細的教學。
  2. http://www.homebrewtalk.com/showthread.php?t=131411  K-RIMS系統介紹。

家釀發酵溫控解析

” Brewers make wort,  yeast makes beer. “

提到釀酒,釀酒人可能會想到煮麥汁的過程,但釀酒人的產品其實只是麥汁,酵母發酵才能產生啤酒。控制發酵溫度是發酵過程中很重要的一環,也是投入酵母後釀酒人少數可以控制的變數之一。

溫控基本可以拆解成幾個部分:隔熱、冷/熱源、溫度控制、熱交換質。

  • 熱隔離
    如果我們生活在一個酵母喜歡的溫度環境,那麼根本沒有溫控這個問題;正常的環境通常是太熱、或太冷、或有時太熱有時太冷。所以,把發酵桶和環境溫度有效隔離對溫控來說是很重要的,隔離愈好,也就愈省能源。
    最常見的隔離方式就是一個空間像冰箱、冷房,另一種是包覆發酵器,像是做件衣服給發酵器穿,或是泡在水中。
  • .冷/熱源
    生活中經濟的冷源大約有兩種:壓縮機和電子致冷(peltier)。冰保特瓶基本上也是壓縮機,只是一種間接的方式。電子式的效率不佳,建議避免。
    加熱來源則有:1,吹風機,2.冷血動物用電熱帶,3,電燈炮紅外線電燈炮 4.個人用的小型暖風機。
  • 溫度控制
    酵母有最佳的工作溫度範圍,雖然說是一個範圍,但比起只是控制在”不太熱”或”比較冷”這種模糊未定義的溫度,控制在一個穩定小範圍的溫度應該是比較專業的做法,也是穩定成品的關鍵。所以真正的溫度控制,指的是將溫度控制在一個指定小範圍的設備。另外值得注意的是,理想的溫控應該是控制啤酒的溫度,而不是空氣的溫度,所以用測溫探管來量測啤酒的溫度會是比較理想的做法。另外,雖然對台灣來說,”溫控”都等於”冷卻”,但在其他地方或是想要脫離氣候的限制,”加熱”也是必要的,如果是日夜溫差大的環境,理想的溫控器應該是可以同時控制”冷卻”和”加熱”的二路溫控器。
  • 熱交換
    熱交換過發酵器的外殼,另外是內置盤管。介質也分兩種:空氣和液體(通常是水,有時會加防凍劑)。
    置盤管透過液體來冷卻麥汁可能是效率最高的一種。
    把發酵器泡在水中算是一個很有效的方式(控制外部的水溫是另一個問題),但不是所有的發酵器都能泡在水中。
    熱交換的介需要循環,空氣就用風扇,水就用幫浦。
    熱交換決定了溫控的方式:氣冷就是冰箱或發酵室,水冷就是盤管(內或外,或泡水)。我把熱交換特別提出來的一個原因是想要強調”介質”。大家都習慣冷房或冰箱的概念,但其實”空氣”是熱的不良導體。

常見的溫控器

  • 簡易插座型
    這種是最簡單又便宜的,500台幣左右可以解決,配合冰箱使用也不需要對冰箱對破壞性的變動,只要把冰箱電源插上去,溫度探測器放進冰箱就行了。不過這種簡易插座型比較少看到二路溫控器。
  • STC 1000
    很多都長得很像,STC1000是Homebrewtalk最受歡迎的機型,還有人DIY  firmware,所以以它為代表。這類和插座型類似,只是沒有插座,美國很多人拿這個來DIY,加上插座,變成跟簡易型的一樣,因為ITC 1000是二路型的溫控,可以同時控制加熱和冷卻。要注意的是:並不是長這個樣子就都有二路溫控,買前還是要看清楚。如果沒有要DIY把它塞在冰箱上,也沒有想要有同時控制加熱和冷卻的需求,其實買簡易型的就可以了。它的售價和簡易型差不多,但要加上插座外盒等,就會多貴幾百塊。當然,多花幾百買個保險也不失為一種選擇。
  • DIY(Brewpi)
    這是最有得玩的一種,我只討論Brewpi。Brewpi的成本和STC1000差不多,但可玩性大很多,只是除非買比較貴的成品,不然會需要基礎的接線和操作windows的能力。在所有類型中,我認為這是目前最理想的一種,可以同時控制加熱和冷卻,可以排程溫度,還可以網路監控,它會調整冰箱氣溫把啤酒溫度控制在一個很小的範圍中。雖然說,brewpi可以設定控制冰箱恆溫,比較建議的做法還是採用溫度探針量測啤酒的溫度;不使用網路監控時,它也是一個很棒的溫控器。
    值得一提的是,大多數簡易型和STC1000的溫度控制是採用高低溫;也就是溫度高到一個設定的範圍時啓動,低到一個點就停止的方式,溫差相對較大。Brewpi在設定為啤酒恆溫時是採用PID演算法,如果是冰箱恆溫則是用高低溫方式。

常見發酵溫控:


  • 基本上解決了熱隔離冷源的問題,而交換介質當然就是空氣。冰唯一缺乏的是溫控,因為冰能設定的溫度範圍通常是比較低,但加裝一個溫控器並不是太難的事,所以這是最受歡迎的方法。
    酒櫃算是一種特別的冰箱,因為儲存酒的溫度也適合釀酒,完全不需要改裝。缺點是貴。
    最大的問題是空間。有些人會有冰箱”耗電的疑問,這完全是錯覺。不管你用那一種方式,你都需要某種降溫的方法,除非可以不用電降溫,不然用到的能源 應該是一樣的。
    基本採用氣冷的方式,熱交換效率其實不高,但通常隔熱很不錯,做為發酵的溫控是足夠的。
    有些小冰和酒櫃是用電子致冷晶片而不是壓縮機,電子致冷晶片的效率不好,基本上不建議。
  • 酒櫃
    最貴的方式,但基本上,買了酒櫃,以下都直接略過了。由於大部分的冰箱不能將溫度設定在Ale適合的溫度,溫差也太大,所以都需要另外的溫控,酒櫃就可以。酒櫃外表漂亮使用方便不麻煩,所以有錢的話就上吧。
  • Son Of Fementation
    基本是是一種自製的冰箱,只是拿冰塊(通常是用保特瓶冰)來取代壓縮機。因為還是需要製冰,並不是一個長久之計。只有在以下的情況,我會建議考慮用這個方法:
  • 隔熱材料不用錢或很便宜。
  • .找不到適合大小的冰箱;包括冰箱內可容納發酵器空間及可以放冰箱的空間限制。
  • 內盤管
    在啤酒放一個不鏽鋼盤管,把冷水或熱水打進去做熱交換。基本需的元件有:盤管、管線、pump、控制器。這種系統中,最大的問題是冷源;冷水機很貴,比較簡易的方法是用保溫桶加冰塊或冰保特瓶水。但這樣就變成和Son of Fermentation一樣,只能算半套系統。水族用的冷水機比較便宜,也有人用,但據說能夠降到的最低溫度會高一點。美國很多人用冷氣機改裝,也些人用小冰箱改裝。用小冰箱改裝如果只是在冰箱內放桶水,據說效果不佳,而且需要5加侖以上的水。要搜尋相關的資料,可以用關鍵字: glycol
  • 外盤管(Jacketed)
    外置盤管是一種昂貴的方式,它的效率可能比內置盤管低一些,因為多了一層發酵器壁;但比內置發酵器好的部分是容易清潔(根本不需要?),容易保持衛生。據說大部分的酒廠都是用這種。内置盤管基本上都不銹鋼材質,外置盤管因為不直接接觸麥汁,所以可以用銅管,甚至有人DIY是用塑膠軟管。塑膠的導熱係數比空氣還高。
  • cool zone
    這是一個產品,簡單地說就是用類似保溫袋的東西把發酵器包起來,而這個”衣服中又有水管,可以做溫控。

大部分的時候,溫控的選擇是由發酵器決定的。例如,用美式發酵桶或玻璃桶,可能小冰箱或冰櫃就放得下,所以用小冰箱或冰櫃是很好的選擇;相對地,用錐形發酵器(Conical fermenter),能放得下的冰箱就需要大得多,用盤管熱交換的就比較多。但要注意的是,如果只有一個發酵桶,盤管的方式其實省不了太大的空間,因為冰水機也是需要空間的。如果是兩個以上,又想要不同的溫度,盤管的方式應該可以佔比較小的空間。

我建議提早把發酵溫控列入採購表中,甚至放在麥汁製作器材的前面。有溫控設備,就可以擺脫天氣的因素,對成品的掌握也大幅提升。沒有複雜的麥汁製作器材,還可以用DME或LME來釀酒,但沒有溫控,很難控制結果。

理想的發酵溫控最低溫應該要到4度以下,這樣才能進行Cold Crash,也就是利用低溫讓酵母沈降。

我的釀酒筆記

“如果我不是在釀酒,就是在準備釀酒。”

入釀啤酒這個坑超過兩年了,資歷上只能算是半新不舊的新手。最近整理OneNote,看到了一些筆記埋没在雜亂的資料中,一來這些筆記如果不整理出來,大概就不會再看到了,二來,或許這些資料對一些人多少有幫助,所以就整理出來,讓有緣的人看一看。

由於資歷不算深,這些筆記資料,主要是在建構採買器材時記下的,所以大都跟器材有關。另外有些主題則是初學者很容易會有問題的部分。所以對於想要開始的或許有些幫助。

在自釀圈有個和其他領域(例如,攝影)大異其趣的地方:大部分的前輩都不會建議新手一次”攻頂”,甚至一再強調用最簡單最基礎的器材也可以釀出好酒。這當然是正確的觀念,器材的好壞和成品沒有絕對的關係。但是,就好像開BMW和騎機車都可以到達同一個地點,結果可能一樣,但過程和感受會完全不同。

至於該花多少錢,完全取決於個人的預算和對釀酒的喜好。有錢可以花在自己喜歡的事物上是一件幸福的事。”喜歡又買得起就買”,這是我唯一的建議。

BrewManiacEx 0.3

Disclaimer:

There are more and more functions, but I can’t test all functions because I don’t have all the hardware setup. Neither can they be tested in one single brew. Therefore, please verify before put it into real use.

What’s new

  • Post Boil Hop(HopStand)
  • Customized audio
  • Multi-button in Web interface
  • New setting options
    • button feedback, buzz on button pressed, or not
    • pump priming cycle, on time, off time.
  • Iodine test.
    • There are two options after Iodine Test. Go to Mash Out or Extend the mashing rest.
  • Export/import settings in web interface
  • Dual heater support by compile option. config.h@39
    #define SecondaryHeaterSupport true

Others

  • Sparge heater is no longer  by default supported.
  • revise setting temperature of web interface. Correct setting temperature will be displayed in manual mode.
  • code revision.

Known issues:

  • The sound doesn’t paly on mobile Safari.
  • If the audio file is larger than 120k, it might not work.
  • Sometimes, Chrome don’t play the audio unless reloading the page.

Post Boil Hop(HopStand)

Check this post.


Customized audio

Currently, it works on Safari and Chrome, not tested on other platform. It doesn’t work on mobile Safari of iOS because it doesn’t allow downloading and playing audio without users’ action.

Two files are involve: sounds.json and the audio file. All segments of sound is put in a audio file, preferred to m4a(AAC) format, and specified by the sounds.json file.

sounds.json should be put in the root of the file system of ESP8266. If it is missing or in wrong format, all the sound effect will be replaced by simple buzzing.

The format of sounds.json is like this:

{"src":"sounds.m4a",
"seg":{
"open":{"s":0,"t":2.2,"r":1},
"tr":{"s":2.3,"t":1.5,"r":1},
"addhop":{"s":4,"t":1.2,"r":3},
"addmalt":{"s":5.5,"t":1.4,"r":1},
"boil":{"s":7.1,"t":1.2,"r":1},
"boilend":{"s":8.6,"t":1.2,"r":1},
"bye":{"s":10,"t":2,"r":1},
"chill":{"s":12,"t":1.2,"r":3},
"cool":{"s":13.5,"t":1.2,"r":2},
"iodine":{"s":15,"t":2,"r":3},
"maltin":{"s":17,"t":1.4,"r":3},
"mashout":{"s":18.5,"t":1.4,"r":1},
"nmash":{"s":20,"t":2,"r":1},
"removemalt":{"s":22,"t":1.6,"r":3},
"whirlpool":{"s":24,"t":1.3,"r":2},
"disc":{"s":25.5,"t":1.6,"r":2}}
}

“src” specifies the source of the audio file. It doesn’t have to be on the controller. It can be a HTTP URL, and you can put it anywhere that can be assess by your browser. (If your audio file is larger than 150k, you might need to put it anywhere else instead of the controller.)

“seg” sepcifies the voices:

  • “s”: start of the audio, by seconds
  • “t”: duration of the audio, by seconds. Use 0 if not used.
  • “r”: times of repeat.

The meaning of the tags:

 

tag When Example
open Successfully connecgted BrewManiac, at your service
tr Setting temperature reached. Temperature reached.
addhop reminder of adding hop Time to add hop
addmalt reminder of adding malt Time to add malt
boil Boiling phase starts start boiling
boilend Finish boiling boiling finished
bye brew finished. brew finished. goodbye.
chill reminder of chilling for hopstand start chilling
cool start of cooling stage time to cool
iodine reminder of iodine test Time for iodine test
maltin temperature reaches mash-in temperature ready to doughing-in
mashout start of mashout start mash out
nmash proceed to next mash steop continue to next mash step
removemalt reminder of removing malt Time to remove malt
whirlpool reminder of whirlpool starts time to whirlpool
disc connection disconnected Controller disconnected

 

Guideline/tips of audio files

  • Keep the file as small as possible. It’s not concert recording, so use lowest sampling rate as possible.
  • If your audio file are larger than 150k, putting it on the controller might not work. (This might be issues of ESPAsyncWebServer/ESPAsyncTcp. Keep it as a known issue.)
  • There is a lag of playing audio on Safari. Around 200~250ms silence before(including) and after(not including) the audio segment is necessary to make it work better on Safari. For example, if the audio segment is 1 seconds and will be appended at time 15 seconds, you should insert a silence of 0.2 second before the real audio, and another 0.2 second of silence after the audio segment. Then, mark the segment start at 15 second with 1.2 duration.
  • OSX has text to speech built-in. You can type something like this to create a audio segment.
    >say -v "Samantha" "Hello, I am Siri."

    To output the audio to a file, add “-o” option, like “-o siri”.

  • oceanaudio is very good for creating the audio file. You can use it to
    • merge the audio segments
    • insert/delete silence space between segments
    • re-sample the audio to make it smaller
    • check the start and duration of the audio segment.

Multi-button in Web interface

multibutton

On iOS, you can just press the buttons simultaneously, and release at the same time. (Not tested on Android devices.)

Using mouse to press two or more buttons on laptops or desktops is trickier:

  1. Click (and hold) anywhere on the rectangle area around the buttons, but not on the buttons.
  2. Drag through the buttons. The buttons will be hiligh-lighted.
  3. Release the mouse on one of the button.
  4. Releasing the mouse outside the buttons will have no effect. Moving outside the rectangle area during dragging will also cancel the action.

BrewPiLess v2.1 available

By using the word “available”, I mean that it is not well tested, and I don’t have enough confidence of it.

New Features

The major improvement of this version is about gravity stability and beer profile handling.

  • More flexible, and complicated, beer profile.  Detail@Github
    • New stable gravity condition by checking the gravity differences between current reading and up-to 72 hours ago.
    • Specifying gravity condition by apparent attenuation(%), which makes it easier to reuse beer profile. OG must be provided.
  • Fermentation progress indication
    • It is just a simple indication that the gravity change within last few hours is less than the specified gravity stable threshold.
  • Low pass filtered gravity reading
    • To filter out wrong readings by bumping, a simple low pass filter is applied, and filtered data is used in beer profile algorithm. The filtered data is shown in this version. (check Github for more detail.)
  • (LogViewer) Exporting data to CSV format

Bug Fixes

  • Wrong auxiliary temperature( temperature reading from iSpindel) display
  • beer profile related bugs
  • (Utility) iSpindel Calibration utility showing the same line for both polynomial.

Dual elements and 3-kettle system

Grainfather has a switch labelled as “normal/mash”. When the switch is at “Normal” position, the heating element runs at maximum power. When it is at “Mash” position, smaller power is used. Therefore, that switch is put on “Mash” only when mashing. I have forgotten to switch for serval times, so I have thought of using the additional actuator(relay control) to control it. By supporting dual elements, the controller can be configured to run at lower power when mashing and at maximum by using both elements during heating striking water and boiling stage

The setting should be able to config the usage of elements for

  • Pre-mash (mash-in)
  • Mashing (mash rest through mash out)
  • Boil
  • Post Boil

To provide maximum flexibility, the setting will be Primary, Secondary, and Both.

How about 3-kettle system? BrewManiaxEx is designed for E-BIAB, right? Yes, but after reading the Electric Brewery, I found that by providing this new dual elements support, BrewManaicEx can be used to control a 3-kettle system.

Hardware Setup: (Please check the Electric Brewery for detail)

  • three kettle: HLT/MLT/BK with E-HERMS
  • Two elements in HLT and BK. (Additional mechanical switch is highly recommended.)
  • Two pump: water pump and wort pump.
  • BrewManiacEx setup
    • Three temperature sensors in three kettles
    • Control the two elements of HLT and BK. (Let HLT be primary and BK be secondary)
    • One pump can be controlled by BrewManiacEx, but the other must be controlled by a mechanical switch.

BrewManiacEx settings

  • Sensor setting (the primary sensor is the sensor used in PID algorithm.)
    • Pre-Mash primary sensor: HLT sensor
    • Mashing Primary sensor: HLT (or MLT)
    • Boil primary sensor: BK
    • Post Boil primary sensor: BK
  • Elements Setting
    • Pre-Mash: Primary(HLT):on, Secondary(BK):off
    • Mashing: Primary(HLT):on, Secondary(BK):off
    • Boil: Primary(HLT):off, Secondary(BK):on
    • Post Boil: Primary(HLT):off, Secondary(BK):on
  • Other related Setting
    • PID doughing-in: ON
    • PID remove malt: OFF (Currently this setting is call PID pipe, active or passive
  • Pump setting, if BrewManiacEx controls water pump
    • pre-Mash ON
    • Mashing ON
    • Boil Off
  • Pump setting, if BrewManiacEx controls wort pump
    • pre-Mash OFF
    • Mashing ON
    • Boil Off

The pump can be controlled manually during the whole process, so it’s like a software switch.

Let’s go through the brew step by step:

Step

Electric Brewing

3 – kettle by BrewManiacEx

Note

    1. Fill HLT with water
 Connect water pump input/output to HLT

After filling water and configuring the pump, start automatic process

    1. Heat Strike Water
    1. [Water pump] Recirculate HLT to HLT
    2. Set PID of HLT to 149F

PID runs on Heater of HLT, and the temperature is automatically set to 149F

Set preMash heater to Primary Heater(Heater 1)

    1. Transfer water to MLT

By [Water pump]

When temperature reaches. Controller prompt to Dough IN. Transfer the water.

    1. Doughing-in
    1. HLT PID to 149F
    2. [Water pump] recirculate HLT to HLT
    3. [wort pump] recirculate wort from MLT to HLT(coil) back to MLT
    4. Add malt when temperature is steady at 149F

Setup pump in the same way as described. Start the pumps.

Wait the temperature reaches 149F and put malt in.

Set PID when Dough-In to ON

    1. Mashing

Start timer for mashing time.

Press “OK” for “Add Malt” prompt. The timer starts automatically when temperature reaches 149F.

Set Mashing heater to Primary Heater(Heater 1)

    1. Mash out

Rise PID of HLT to mashout temperature

Mashout temperature will be set when desired rest time expires.

    1. Sparge
    1. [wort pump] transfer wort from MLT to BK
    2. [waer pump] transfer water from HLT to MLT
    3. All PID off.

When mashout time strikes count, controller will prompt “Remove Malt”. Use the pump to transfer wort/water as described.

When it’s time to start heating of BK, press “OK”.(The wort should at least cover heating element in BK.)

 PID removing malt is set to OFF. Elements are off.

    1. Boil

Manual PID (PWM) of BK

In boil mode, the heating power is full on until boil temperature reaches.

Set Boil heater to Secondary Heater(Heater 2)

    1. (Post Boil)

Use heating element in BK if required.

I am not going to say that BrewManiacEx supports 3-kettle system, but it seems applicable.

Adding one more relay control for the pump is not difficult, but it complicated the user interface. Moreover, the user still need to manually control it because there is no sensor to detect the level of water/wort. I don’t see the advantages over mechanical button, except wireless control( which I really don’t recommend).

Any opinions?