Khoa học của bọt bia

Bạn đã bao giờ nghĩ tại sao bia lại có lớp bọt hay tại sao nó lại ở đó lâu như vậy? Về mặt logic, bạn có thể nghĩ là do carbon dioxide bão hòa, và bạn không hoàn toàn sai. Carbon dioxide chắc chắn là một phần quan trọng của phương trình bọt bia. Nhưng không phải hầu hết các loại đồ uống là có ga? Thí dụ như rượu sâm panh cho bọt nhưng không giữ được một lớp bọt trong hơn 10 giây?

Mặc dù câu trả lời chung có thể đơn giản, nhưng vô số điều chỉnh liên quan đến việc tinh chỉnh biến số này trong bia là cực kỳ phức tạp. Mục tiêu của bài viết này là phơi bày những bí ẩn của bọt bia và truyền cảm hứng cho sự trân trọng đối với loại đồ uống vượt thời gian này. Vì thế, bạn hãy giành ít thời gian để đọc bài viết về khoa học của bọt bia nhé!

Bọt là gì?

Không có gì đáng ngạc nhiên khi bọt chỉ là một tập hợp các bong bóng — các hạt khí bị kẹt trong các khối cầu chất lỏng. Mọi người đều biết điều đó, nhưng điều họ không biết là làm thế nào khí này xâm nhập vào đồ uống của chúng ta và tại sao nó chỉ bay ra khi đồ uống bị kích động hay lắc.

Làm thế nào để gas vào bia?

Các nhà sản xuất bia có nhiều cách khác nhau để kết hợp carbon dioxide (CO2) vào đồ uống. Vấn đề là CO2 chỉ hòa tan vừa phải trong nước – chúng không thể đẩy khí vào chất lỏng, vì vậy phải thực hiện một số biện pháp khéo léo.

Có hai chiến lược chính để tạo bọt bia:

  1. Loại đầu tiên được gọi là “tạo ga tự nhiên” hoặc “bottle conditioning”. Nó liên quan đến việc cấy một sinh vật sản xuất CO2 vào một thùng chứa đầy chất lỏng, kín khí và nuôi cấy nó với thực phẩm thích hợp. Cụ thể, nấm men trong môi trường nhiều đường sẽ chuyển hóa đường thành rượu và CO2 (trong số các sản phẩm sinh học khác). CO2 cuối cùng sẽ tích tụ và bão hòa không gian bên trên dung dịch, và khi đạt đến áp suất nhất định, sẽ khuếch tán vào chất nền chất lỏng.
  2. Chiến lược thứ hai, phổ biến hơn nhiều, là bỏ qua quá trình lên men tự nhiên và bơm CO2 được lưu trữ nhân tạo trực tiếp từ bể chứa vào chất lỏng. Việc tạo áp suất liên tục cho một thùng chất lỏng kín bằng CO2, theo thời gian, sẽ buộc CO2 bão hòa. Đây chủ yếu là những gì các nhà sản xuất đồ uống không cồn làm.

Nhiều nhà sản xuất bia truyền thống lâu đời sẽ chỉ cacbonat hóa bằng phương pháp tạo ga tự nhiên. Tuy nhiên, ngành công nghiệp bia thủ công ngày nay thường sử dụng hỗn hợp cả hai. Họ sẽ bắt đầu với việc sản xuất men, tạo ga tự nhiên và thực hiện những điều chỉnh cuối cùng với một bình CO2 bên ngoài.

Để giúp ép CO2 vào dung dịch, nhiều nhà sản xuất bia sử dụng một thiết bị được gọi là carb-stone, hay carbonation stone. Thiết bị này được sử dụng để khuếch tán CO2 vào trong bia và có thiết kế là một ống rỗng với một màn lưới mịn bao quanh nó. Khi CO2 được đưa vào ống rỗng, khí thoát ra qua các lỗ lưới nhỏ vào chất lỏng. Các bọt khí CO2 tạo thành sẽ nhỏ hơn, và do đó, ít gặp khó khăn hơn khi đi vào dung dịch.

Thiết bị carbonation stone. Nguồn: Glacier Tanks

Tại sao có bong bóng?

Như đã trình bày ở trên, CO2 không tan trong chất lỏng. Ngay cả sau khi nó liên kết với các phân tử nước, nó vẫn ở trạng thái mỏng manh. Bất kỳ sự hỗn loạn, dao động nhiệt độ hoặc thay đổi áp suất nào cũng có thể khiến các tương tác này bị phá vỡ và giải phóng CO2 trở lại bầu khí quyển.

Tuy nhiên, lý do mà khí vẫn bị mắc kẹt trong bia là do tính chất kết dính của nước.

Nước là một hợp chất độc đáo và hấp dẫn. Trong mỗi phân tử nước, có sự phân bố không đều của các hạt hạ nguyên tử gọi là electron. Sự vắng mặt của các điện tử gây ra điện tích dương ở một số khu vực của phân tử, trong khi sự hiện diện của các điện tử ở các khu vực khác gây ra điện tích âm. Các khu vực tích điện khác nhau sau đó hút và khóa chặt vào nhau như một nam châm, do đó giữ khí CO2 và ngăn khí CO2 thoát ra.

Sự kết dính của nước có thể được chứng minh khi bạn đổ đầy ly nước đến gần miệng. Bạn sẽ thấy rằng bạn có thể tiếp tục đổ ngay cả khi nước đã đến mép – một chỗ lồi hoặc núi nhỏ sẽ hình thành ở trên cùng. Một minh chứng khác là để một chiếc kẹp giấy nổi. Mặc dù kẹp giấy nên chìm xuống vì nó dày đặc hơn, nhưng sức căng bề mặt mạnh mẽ do các phân tử nước lồng vào nhau tạo ra sẽ giữ chặt nó (miễn là có ít nhiễu động nhất).

Bây giờ chúng ta biết làm thế nào đồ uống trở nên có ga và tại sao khí vẫn bị mắc kẹt trong chất lỏng, nhưng vẫn chưa giải thích được điều gì khiến bia có bọt trở nên đặc biệt. Tại sao bia có một lớp bọt dày trong khi soda chỉ có những bọt nhỏ li ti và tan trong vài giây?

Một từ: protein!

Đồ uống chứa đầy protein

Protein là nền tảng của sự sống. Chúng là những sợi lớn, cồng kềnh có khả năng tạo phức hợp với nhau một cách đáng kinh ngạc. Trong một số trường hợp nhất định, protein cũng hòa tan trong nước.

Bia là một trong số ít đồ uống vừa có ga vừa chứa nhiều protein hòa tan — thực sự không có bất cứ thứ gì giống như vậy tồn tại. Ví dụ, đồ uống có hàm lượng protein cao nổi tiếng nhất là sữa, nhưng ý nghĩ về nó có ga thực sự khá kinh tởm. Đó là kết cấu mịn của sữa làm cho nó trở nên hấp dẫn và việc thêm cacbonat sẽ chỉ giết chết tính năng xác định này.

Vì vậy, bia độc đáo ở chỗ nó mang cả protein và CO2 bão hòa với số lượng đáng kể (hầu hết bia cho vấn đề đó).

Protein và bọt bia

Giả sử bạn là một phân tử CO2 trong bia. Bia đã bị lắc và các liên kết hóa học mỏng manh của bạn với nước sẽ nhanh chóng tan rã. Bạn bắt đầu cuộc hành trình hướng tới không khí bên ngoài, nhưng bạn nhận thấy điều gì đó bất thường: bạn đang di chuyển không nhanh như bạn tưởng và có một lực cản nhẹ bên dưới bạn.

Khi bạn lên đến đỉnh của chiếc ly, lớp nước xung quanh bạn sẽ trở nên dày đặc và mạnh hơn nhiều. Trên thực tế, khi bạn cố gắng vượt qua, một lớp màng nhầy dày bao bọc lấy bạn và ngay lập tức, bạn không thể di chuyển. Chất nhầy này thực sự là một ma trận mạnh mẽ của các chuỗi protein đan xen, và nó khiến bạn bị mắc kẹt. Không có lối thoát!

Không lâu sau, nhiều người bạn CO2 của bạn chất đống xung quanh bạn, cố gắng phá vỡ các sợi nước giàu protein được củng cố. Mặc dù một bong bóng duy nhất có thể không thể xuyên qua tấm chắn này, nhưng hàng ngàn bong bóng cuối cùng sẽ buộc phải thoát ra. Tuy nhiên, đó là tình trạng tắc đường thực sự ở phía trên, về cơ bản là bọt mà bạn nhìn thấy khi rót một cốc bia.

Protein khác nhau về kích thước, và một số sẽ chịu được sự vỡ tốt hơn những loại khác. Điều rút ra chính ở đây là trong khi tương tác giữa các phân tử nước lân cận rất mạnh, thì bản thân các phân tử lại rất nhỏ. Riêng nó — hoặc ngay cả khi có đường — nước thường không thể giữ khí lâu hơn một hoặc hai giây. Việc bổ sung các protein lớn thúc đẩy lực liên phân tử khiến CO2 khó thoát ra khỏi dung dịch hơn.

Nhưng một lần nữa, tại sao Coors Light lại có ít bọt như vậy so với Sierra Nevada? Hay tại sao Budweiser lại có những bong bóng mềm mại như vậy so với Guinness?

Câu trả lời là độ bền bọt (head retention) .

Xem tiếp trang sau…