Rượu là một loại đồ uống có cồn có từ lâu đời. Mỗi quốc gia, mỗi khu vực có cách làm rượu khác nhau. Tuy nhiên chưng cất rượu là một quá trình không thể tránh khỏi. Quá trình này diễn ra như thế nào? Hãy tham dõi bài viết này để hiểu rõ hơn hóa học đằng sau quá trình chưng cất rượu nhé.

Đôi nét

Chưng cất không tạo ra rượu, nó chỉ làm cô đặc nó. Để tạo ra một loại rượu chưng cất, bạn cần bắt đầu với chất lỏng có cồn hay còn gọi là ‘wash‘. Phần lớn rượu vodka và tất cả các loại rượu whisky được chưng cất từ ​​một loại nước wash mà về cơ bản là bia được làm bằng cách lên men các loại ngũ cốc.

Rượu có thể uống được là một chất lỏng được gọi là ethanol. Và vì rượu ethanol sôi ở nhiệt độ thấp hơn nước nên hai chất lỏng có thể được tách ra bằng cách bay hơi. Vì vậy, bằng cách đun nóng nước wash trong một môi trường kín (tĩnh lặng) và thu giữ hơi rượu phát ra, có thể cô đặc rượu bằng cách đun sôi và nước bị bỏ lại vì nó cần nhiều năng lượng hơn trước khi bay hơi.

Quá trình này phức tạp do có nhiều loại rượu và các hợp chất hóa học khác ngoài ethanol, tất cả đều có nhiệt độ sôi khác nhau. Chúng được gọi chung là congeners và những hóa chất này mang lại cho rượu mạnh đặc tính và hương vị. Một số cấu tử được mong muốn với số lượng nhỏ, những cấu tử khác nên được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình chưng cất.

Congeners là gì?

Trong đồ uống có cồn công nghiệp, congeners là những chất, ngoại trừ ethanol, được sản xuất trong quá trình lên men. Những chất này bao gồm một lượng nhỏ hóa chất như methanol và các rượu khác (được gọi là rượu fusel ), axeton, acetaldehyde, este, tannin và andehit (ví dụ như furfural). 

Trong quá trình sản xuất vodka, cần loại bỏ nhiều congeners này hơn là nếu bạn tạo ra một loại rượu kém tinh khiết hơn, đặc trưng hơn như tequila hoặc cachaça, hoặc một loại rượu sẽ trải qua quá trình trưởng thành kéo dài như cognac hoặc whisky, cũng như bay hơi trong quá trình lão hóa. Quá trình này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ một số cấu tử trong khi những chất khác được làm mềm do tương tác với gỗ.

Lý thuyết của quá trình chưng cất

Đơn giản, chưng cất là quá trình chất lỏng được hóa hơi (chuyển thành hơi nước), được cô đặc lại (trở lại thành chất lỏng) và được thu lại trong một bình chứa. Chưng cất là một công nghệ tách rất lâu đời để tách các hỗn hợp lỏng thành các thành phần riêng biệt của chúng bằng cách sử dụng nhiệt. Cơ sở cho sự phân tách thành phần là sự khác biệt về điểm sôi của chúng. 

Hỗn hợp của hai hoặc nhiều hợp chất được tách ra bằng cách đun nóng nó đến một nhiệt độ nhất định và ngưng tụ hơi tạo thành. Hơi ở trên hỗn hợp sôi trở nên giàu thành phần dễ bay hơi hơn. Do đó, hỗn hợp sôi trở nên giàu thành phần ít bay hơi hơn. Điều đó có nghĩa là hỗn hợp ban đầu sẽ chứa nhiều chất ít bay hơi hơn.

Hóa học đằng sau

Rượu ethanol, rượu uống được mà người chưng cất muốn thu nhận có nhiệt độ sôi là 78,2°C. Các congeners khác, kém ngon hơn và thường có hại có nhiệt độ sôi cao hơn hoặc thấp hơn một chút so với ethanol.

Các phân đoạn trong quá trình chưng cất rượu. Nguồn: Acsh.

Trong quá trình chưng cất, hơi đầu tiên bốc ra khỏi nước là rượu dễ bay hơi hơn, rượu có nhiệt độ sôi thấp nhất. Chúng được gọi là ‘rượu ngọn’ hoặc ‘foreshots’ tùy thuộc vào khu vực của bạn đang ở và sản phẩm đang được chưng cất.

Tiếp theo là rượu ethanol mong muốn, thường được mô tả là ‘hearts’ hay trái tim. Bằng cách chuyển hướng dòng chảy của spirits xuất hiện từ bình ngưng, rượu ngọn có thể được loại bỏ và hearts được tách ra và được cứu.

Khi các rượu có điểm sôi thấp hơn đã bay hơi hết, điều này để lại nước, protein, cacbohydrat và các rượu ít bay hơi hơn có điểm sôi cao hơn, còn được gọi là ‘tails’, hoặc ‘faints’. Quá trình vẫn sẽ được chạy để tách các rượu ít bay hơi này ra khỏi nước rửa cho đến khi chất lỏng còn lại trong bình là khoảng 1% cồn theo thể tích. Sẽ không kinh tế nếu bạn tách ít rượu còn lại và ‘bã rượu’ còn lại trong bình sẽ được đưa đi xử lý hoặc đơn giản là rải trên các cánh đồng làm phân bón. Các phần rượu cuối và đôi khi cả phần rượu ngọn sẽ được giữ lại và thêm vào phần wash của quá trình chưng cất tiếp theo để tái chế bất kỳ ethanol nào bị mắc kẹt.

Một trong những kỹ năng quan trọng của người chưng cất là đánh giá đúng thời điểm để “cắt” dòng chảy tĩnh từ rượu ngọn đến hearts và hearts đến rượu cuối. Phần trăm hearts càng nhỏ thì độ tinh khiết của hearts càng lớn nhưng điều này có nghĩa là phải hy sinh nhiều ethanol có giá trị hơn.

Rượu ngọn (The Heads)

Còn được gọi là ‘foreshots’, đây là những rượu dễ bay hơi (điểm sôi thấp) được tạo ra khi bắt đầu chưng cất và bao gồm các chất hóa học sau:

Acetaldehyde (CH3CHO) là một anđêhit do thực vật tạo ra trong quá trình trao đổi chất bình thường của chúng. Nó cũng được tạo ra bởi quá trình oxy hóa ethanol bởi vi khuẩn axit acetic với sự có mặt của oxy. Đó là một trong những lý do tại sao phải tiến hành chưng cất càng sớm càng tốt sau khi quá trình lên men kết thúc. Hàm lượng acetaldehyde không bị ảnh hưởng bởi nhiều loại nguyên liệu; nó bị ảnh hưởng bởi các chủng nấm men, bởi quá trình lên men và cách thức chưng cất. Acetaldehyde có nhiệt độ sôi 20,8˚C và được cho là nguyên nhân chính gây ra tình trạng nôn nao nghiêm trọng. Nó có mùi trái cây hăng gợi nhớ đến táo xanh kim loại.

Axeton ((CH3)2CO) là chất lỏng không màu, dễ cháy, có nhiệt độ sôi 56,2˚C. Nó là dạng đơn giản nhất của một nhóm chất được gọi là xeton. Thật vậy, từ xeton có nguồn gốc từ Aketon, một từ tiếng Đức cổ có nghĩa là axeton. Acetone thường được sử dụng làm dung môi làm sạch và là thành phần hoạt tính trong chất tẩy sơn móng tay và làm chất pha loãng sơn. Vì vậy, khi bạn ngửi thấy mùi nước tẩy sơn móng tay, đó thường là acetone mà bạn đang ngửi.

Este là các hợp chất hóa học tự nhiên tạo ra hương thơm của nhiều loại trái cây, bao gồm táo, lê, chuối, dứa và dâu tây. Este được tạo thành phổ biến nhất bằng cách ngưng tụ axit cacboxylic với rượu và sự hiện diện của chúng trong sản phẩm chưng cất có thể tạo ra hương thơm trái cây. Este có mùi không cao, thường ngọt nên được hầu hết các nhà chưng cất coi là mong muốn.

Este bao gồm etyl axetat (điểm sôi 77,1˚C), etyl butyrat (121˚C), etyl fomat (54˚C) và hexyl axetat (171,5˚C). Mặc dù các este acetate có nhiệt độ sôi thấp, Acetate lơ lửng xung quanh trong trường hợp các phân tử của nó hoạt động như thể chúng cần nhiều chỗ để thoát ra ngoài.

Methanol (CH3OH thường được viết tắt là MeOH), còn được gọi là rượu metylic, rượu gỗ, gỗ naphtha hoặc rượu mạnh gỗ là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi và rất dễ cháy với nhiệt độ sôi 64,7˚C. Methanol thường là các hợp chất tập trung nhiều nhất trong rượu trái cây. Methanol không phải là sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu nhưng được giải phóng rất mạnh trong quá trình này. Nó được tạo ra trong quá trình chế biến và bảo quản hỗn hợp lên men thông qua tác động của các enzym lên pectin trong thành tế bào. Trên thực tế, methanol được hình thành từ quá trình khử methoxyl hóa nhóm methoxy của este trong pectin.

Quá trình hình thành methanol từ pectin. Nguồn: Peter Eck.

Methanol là đặc trưng cho rượu mạnh trái cây, cao hơn đáng kể so với rượu chưng cất ngũ cốc. Sự hiện diện của nó trong rượu mạnh là bằng chứng về nguồn gốc tự nhiên của trái cây vì pectin là thành phần tự nhiên của trái cây.

Methanol và ethanol (rượu uống) giống như anh chị em và các phân tử của chúng bám vào nhau nên mặc dù có điểm sôi khác nhau nhưng chúng nổi tiếng là khó tách ra trong quá trình chưng cất. Tuy nhiên, bắt buộc phải tách và thải bỏ methanol vì nó rất không tốt cho gan và tiêu thụ nhiều dễ dẫn đến mù lòa. Ở một số lượng, methanol có thể nguy hiểm vì nó được chuyển hóa thành fomanđehit và axit fomic, là nguyên nhân chính gây ra hầu hết các tác dụng độc hại của methanol.

Methanol xuất hiện ở nồng độ gần như bằng nhau trong tất cả các phần của quá trình chưng cất do sự hình thành hỗn hợp azeotropic. Thực sự rất khó để tách methanol ra khỏi hỗn hợp ethanol-nước. Khi hỗn hợp rượu thấp (như hỗn hợp rượu lên men trái cây) được chưng cất trong nồi đơn giản, methanol sẽ đi ra ngoài theo độ hòa tan của nó trong nước chứ không phải điểm sôi của nó. Methanol tan nhiều trong nước, do đó, methanol sẽ chưng cất nhiều hơn vào cuối các lần chưng cất, khi đó hơi nước nhiều hơn. 

Khi chưng cất hỗn hợp rượu cao, methanol sẽ bay hơi theo nhiệt độ sôi và sẽ có mặt trong phần đầu tiên của quá trình chưng cất với nồng độ cao hơn. Nó xuất hiện chủ yếu ở phần đầu khi sử dụng cột chưng cất.

Các loại rượu còn chưng cất trong nồi như rượu whisky mạch nha có thể chứa 4 đến 5 phần triệu và ở các mức này sự hiện diện của nó là an toàn. Tuy nhiên, chỉ cần 10ml methanol là có thể gây mù vĩnh viễn do phá hủy thần kinh thị giác và 30ml methanol có thể gây tử vong.

Các quy định của Châu Âu quy định rằng hàm lượng methanol trong rượu vodka “không được vượt quá 10 gam / hectolit của rượu 100% thể tích.”

Xem tiếp trang sau…