Báo cáo tốt nghiệp: Qúa trình sản xuất rượu Whisky

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

996
lượt xem 217
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'báo cáo tốt nghiệp: qúa trình sản xuất rượu whisky', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tốt nghiệp: Qúa trình sản xuất rượu Whisky

TRƯỜNG ………………… KHOA……………………… ----- ----- BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Qúa trình sản xuất rượu Whisky 1
MỤC LỤC 2. Chưng cất liên tục .............................................................. 12 E. Quá trình ủ chín và già hoá................................................ 15 F. Pha trộn và tạo màu ........................................................... 16 G. Loại bỏ và tái sử dụng bã ngũ cốc..................................... 16 V. Các thành phần cảm quan quan trọng của rượu whisky ... 17 A. Nồng độ của các thành phần cảm quan quan trọng........... 17 B. Bản chất hoá học của các thành phần cảm quan quan trọng. ................................................................................................ 18 D. Nguồn gốc của các thành phần cảm quan quan trọng ....... 21 VI. Sản xuất rượu whisky trên toàn thế giới .......................... 24 VII. Lời cảm ơn...................................................................... 26 THAM KHẢO ....................................................................... 26 2
Hèm rượu Whisky thường có trọng lượng riêng trong khoảng từ 1.050-1.080, giá trị pH khoảng 5.0, hàm lượng axit tổng số là 0.1% và góc quay quang cực là +30˚. Sau khi cấy, hàm lượng nấm men là 5-20 triệu tế bào/ml. ở các nhà máy rượu Bắc Mỹ, số lượng vi khuẩn biến đổi theo sự phát triển của khuẩn lactobacillus trong dịch cấy. Ở Scotland và Ireland, số lượng vi khuẩn lại biến đổi theo mức độ vệ sinh của nhà máy và sự nhiễm khuẩn của các nguyên liệu thô. Trong lên men ngũ cốc, do có chứa một lượng lớn chất rắn dạng huyền phù nên tạo ra ít bọt. Tuy nhiên trong quá trình lên men hầu hết các rượu malt whisky Scotch, chỉ có một tỷ lệ nhỏ chẩt rắn dạng huyền phù trong dịch ủ rượu được giữ lại trong thùng lên men. Quá trình lên men này có xu hướng sủi bọt và máy chưng cất dùng để chống hiện tượng sủi bọt. Xà phòng được sử dụng trong một số nhà máy chưng cất (Ross, 1970, McGuire, 1973) để chống sủi bọt và người ta cho rằng silicon cũng có thể được tiến cử là chất kiểm soát sủi bọt trong lên men bia (Evans, 1972; Vernon và Rose, 1976). Thời gian tối ưu của quá trình lên men điển hình ở một nhà máy rượu malt whisky Scotch được miêu tả trong hình 6. Quá trình lên men xảy ra mạnh mẽ trong 30h đầu, trong suốt thời gian lên men này, trọng lượng riêng giảm xuống 1.000 hoặc thấp hơn và góc quay quang cực gần bằng 0. Như trong lên men bia, các đường trong hèm rượu được dùng trong một chuỗi riêng biệt, đường glucoza và fructoza sẽ được lên men trước, sau đó là đường maltoza và maltotriose. Việc loại bỏ đường trong quá trình lên men của hèm rượu whisky ngũ cốc Scotch được thể hiện ở hình 7 (Pyke, 1965). Qua 30h đầu, giá trị pH sau khi giảm xuống khoảng 4.2 lại tăng lên khoảng 4.5. Trong suốt 30h đầu, trọng lượng riêng giảm với tốc độ 0.5˚/h, đồng thời nhiệt tăng rất mạnh. 3
Trong khi nhiều nhà máy rượu qui mô lớn hơn có các thùng lên men lắp các ống xoắn ruột gà được làm mát thì hầu hết các nhà máy rượu malt whisky nha dạng nồi (pot-malt whisky) có nhiệt độ lên men có thể tăng và đạt 35-37˚C khi kết thúc lên men lại không có thiết bị này hoặc nếu có lắp thì cũng không hiệu quả. Máy chưng cất có liên quan đến nhiệt độ tăng trong suốt quá trình lên men vì nó có thể làm cho quá trình lên men bị ngừng lại hoặc bị “tắc”. Nhiệt độ tăng có thể được kiểm soát bằng cách đặt nhiệt độ ban đầu thấp hơn hoặc bằng cách sử dụng những chủng ban đầu có trọng lượng thấp hơn do sự thuỷ phân glucoza của đường là một quá trình sinh nhiệt. Chủng Sacch.cerevisiae rất phù hợp cho sự lên men của các nhà máy rượu malt whisky vì chúng có thể lên men một cách hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ rộng. Quá trình lên men thường tiếp tục diễn ra ít nhất 36 giờ nữa và thường lâu hơn thời gian để hàm lượng ethanol đạt được 9-11% (v/v). Trong các nhà máy rượu có quy mô lớn hơn, đặc biệt là những nhà máy ở Bắc Mỹ, CO2 sinh ra được thu lại, hoá lỏng và bán lẻ. Các nhà máy rượu nhỏ hơn, đặc biệt là những nhà máy rượu malt whisky dạng nồi (pot malt-whisky) ở Scotland thì lại thường không có công đoạn này. Việc xem xét sự khác nhau giữa lên men bia và rượu whisky đã được thực hiện. Vì các hèm rượu ở các nhà máy rượu whisky không được ướp hublông, do đó các thành phần hoa hublông không thể góp phần vào chất lượng cảm quan của sản phẩm cuối cùng. Hai sự khác biệt nữa là quá trình tạo hèm rượu whisky trong các nhà máy rượu so với các nhà máy bia cũng có ảnh hưởng quan trọng đến thành phẩm whisky. 4
Hèm rượu trong các nhà máy rượu whisky không được đun sôi, do đó tại nhiệt độ ủ rượu có thể thấy rõ sự hoạt động của một số enzim và một số vi sinh vật cũng có thể sống sót ở nhiệt độ đó sẽ tiếp tục hoạt động trong suốt quá trình lên men. Enzim giới hạn dextrinase trong hèm rượu không được đun sôi nhờ nấm men sẽ tiếp tục hoạt động làm tăng nồng độ đường trong quá trình lên men. Hopkins và Wiener (1955) đã tính toán rằng, chỉ riêng sự có mặt của amylase, nấm men không thể làm giảm hàm lượng tinh bột cuối xuống tương đương với 12-16%. Một kết quả quan trọng khác của việc sử dụng các điều kiện không vô trùng trong quá trình lên men ở các nhà máy rượu là sự hoạt động của vi khuẩn nhiễm vào trong hèm rượu sẽ được phát huy bởi nhiệt độ tương đối cao làm cho nhiệt độ lên men có thể tăng. Ngoài vi khuẩn axit lactic môi trường (flora) còn có các chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Qui mô của môi trường lên mẹn phụ thuộc vào một số nhân tố bao gồm phạm vi mà vi khuẩn axit lactic phát triển trong quá trình cấy men, kích cỡ của quần thực vật còn dựa vào các nguồn nguyên liệu ngũ cốc, tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy rượu. Tuy nhiên, không nghi ngờ rằng việc kiểm soát hoạt động của quần thể vi khuẩn này, đặc biệt là sự hoạt động của vi khuẩn axit lactic cùng với sự bài tiết của các hợp chất cũng góp phần vào chất lượng cảm quan của thành phẩm rượu whisky. Trong suốt 30 giờ đầu hay trong suốt quá trình lên men rượu malt whisky, quá trình lên men diễn ra mãnh liệt và có lượng lớn vi khuẩn hiếu khí chết. Tuy nhiên, môi trường này lại là lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn hiếm khí hay siêu vi khuẩn hiếm khí, phần lớn vi khuẩn axit lactic (chủ yếu là các chủng Lactobacillus brevis, L.fermenti và Streptococcus lactic) cho nồng độ axit lactic trong rượu cái cuối (final wash) có thể đạt 30mg/l (MacKenzie và Kenny, 1965). Rất ít tài liệu về quần thể vi sinh vật trong lên men rượu whisky được công bố. Tuy nhiên gần đây Bryan-Jones (1976) đã xác định được vi khuẩn Lactobacillus fermentum, L. brevis, L.delbrueckii, L. plantarum, L. casei và một vi khuẩn tương tự L. collinodies từ quá trình lên men của một nhà máy rượu Scotch, đồng thời cũng tìm thấy Leuconostic spp., Streptococcus lactis và Pediococcus cerevisiae. Sự sinh trưởng của vi khuẩn axit lactic có thể được tăng lên do nấm men sản sinh những chất dinh dưỡng nitơ khi kết thúc giai đoạn lên men mãnh liệt. Kulka (1953) đã chứng minh đặc tính lý tưởng của nấm men là sản phẩm tự tiêu đối với sự sinh trưởng của lactobacilli. Hoạt động của vi khuẩn trong hèm rượu lên men cũng dẫn đến làm mất một số axit, sự phát triển tốt của nấm men tạo ra axit citric và axit malic nhưng MacKenzie và Kenny (1965) lại cho rằng nồng độ của các axit này trong hèm rượu nhà máy rượu malt thấp hơn của hèm rượu bia chỉ một phần bị mất là do vi khuẩn. 5
Thông thường, qui mô của quần thể vi khuẩn trong hèm rượu lên men có thể rất lớn và điều này gây nên nhiều vấn đề do việc tận dụng vi khuẩn của đường mà dẫn đến việc giảm tổng thể trong sản lượng rượu. Ngoài ra, vi khuẩn có thể bài tiết ra những chất không mong muốn và cả các ion hiđrô làm cho giá trị pH của hèm rượu bị giảm xuống quá thấp, do đó cung cấp điều kiện dưới điểm cực thuận cho hoạt động của các enzim nhất định. Những ví dụ về các chất độc hại cho sức khoẻ mà có thể được sinh ra bởi vi khuẩn là H2S và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác (Anderson et al., 1972). Lactobacilli cũng có thể chuyển hoá glyxerin được tạo thành từ nấm men trong suốt quá trình lên men thành β-hydroxypropionaldehyt và sau đó β-hydroxypropionaldehyt bị phân cắt trong quá trình trưng cất tạo acrolein (Harrison và Graham, 1970), từ đó tạo ra vị hăng, khê và mùi hạt tiêu trong whisky (Lyons, 1974). Trong một bài báo gần đây, Dolan (1976) đã tập trung vào các vấn đề nảy sinh trong các nhà máy rượu malt whisky khi có một nồng độ vi khuẩn cao vượt mức trong hèm rượu. Bảng 3 Sự thay đổi nồng độ vi khuẩn trong suốt quá trình lên men khi có sự nhiễm khuẩn ít và nhiều trong rượu cái malt whisky Scotch - Nguồn Dolan (1976) Nhiễm khuẩn ít Nhiễm khuẩn nhiều Vi khuẩn/ml Vi khuẩn/ml Thời gian Khuẩn que Khuẩn cầu Khuẩn que Khuẩn cầu Lactobaccili Lactobaccili (h) Gram (-) Gram (-) Gram (+) Gram (+) 0.6 x 106 Lúc đầu 2000 3700 n.d. 52000 60 2.3 x 106 10 150 n.d. n.d. n.d. n.d. 1.53 x 106 18.8 x 106 20 n.d. n.d. n.d. n.d. 10.2 x 106 96 x 106 30 n.d. n.d. n.d. n.d. 10.2 x 106 502 x 106 40 n.d. n.d. n.d. n.d. 50 x 106 1000 x 106 50 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. thể hiện vi khuẩn không bị nhiễm. 6
Bảng 3 biểu diễn sự thay đổi nồng độ vi khuẩn Gram âm và Gram dương và sự phân cắt của vi khuẩn lactobacilli trong suốt quá trình lên men của một lượng tối thiểu tương đối hèm rượu bị nhiễm khuẩn. Trong thời gian lên men tối ưu của hèm rượu nhà máy rượu malt khi so sánh hèm rượu bị nhiễm vi khuẩn không mong muốn (hình 8) với hèm rượu đạt yêu cầu (hình 6,tr.664) thì trong dịch ủ hàm lượng các axit tăng sau 35h và góc quay quang cực thấp hơn sau khoảng 40h. Trong lên men thường có sự khác biệt trong khoảng 4h từ thời điểm mà có thể nhận thấy sự tăng hàm lượng axit đến giá trị pH của quá trình lên men bắt đầu giảm, Dolan (1976) cho rằng đó là do điện dung đệm của rượu cái (wash). Số liệu trong bảng 4 biểu diễn sự nhiễm khuẩn ở những cấp độ khác nhau sau 30h lên men hèm rượu của nhà máy rượu malt về mặt sản lượng, và chúng thể hiện sự thiệt hại về tài chính kết hợp với máy chưng cất. Bảng 4 Ảnh hưởng của các mức độ nhiễm khuẩn đến sự mất mát rượu diễn ra sau quá trình lên men hèm rượu malt-whisky Scotch. Nguồn Dolan (1976) Mất mát tương đối tính theo đồng Vi khuẩn/ml Sản lượng rượu bảng Anh (nghìn) Mức độ nhiễm trong 30h của thất thoát tương khuẩn rượu cái cũ Ở giai đoạn đối (%) Đóng thuế (triệu) đóng chai a 0–1 100 >5 > 85 > 1190 7
Dolan (1976) đưa ra trong hèm rượu tại thời điểm bắt đầu lên men giới hạn có khoảng 1.500 vi khuẩn, 50 Gram dương và 10 axit lactic-tạo vi khuẩn trong 106 tế bào nấm men . Rất ít tài liệu được công bố về ảnh hưởng của các chất rắn tồn tại trong hèm rượu lên men. Tuy nhiên, các nhà vi trùng học biển từ lâu đã biết sự có mặt của các phân tử chất rắn trong một khối chất lỏng trung bình có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn, có thể là do nồng độ chất dinh dưỡng tại mặt phân cách lỏng-rắn (Heukelekian và Heller, 1940; Zobell, 1943). Hơn thế nữa, Crowell và Guymon (1963) đã phát hiện thấy rằng sự tạo thành các rượu bậc cao hơn trong quá trình lên men nước nho ép được kích thích vỏ nho hay các chất rắn trơ. Beech (1972) đã tiến hành các quan sát tương tự trong lên men rượu táo. Merritt (1967) chỉ trong một báo cáo chi tiết về vai trò của chất rắn trong lên men ở các nhà máy rượu whisky, ông đã nhấn mạnh rằng nồng độ chất rắn khô lý tưởng là 50mg/100ml, mặc dù rõ ràng phần lớn sẽ phụ thuộc vào việc thiết kế các chậu và việc sử dụng các thùng ủ men trong các nhà máy rượu tư nhân. Ông cũng đưa ra báo cáo rằng nồng độ của các chất rắn khô thấp khoảng 5mg/100ml sẽ làm tăng sự phát triển của nấm men và các chất rắn huyền phù cũng làm tăng tốc độ bài tiết ethanol và glycerol. Đồng thời cũng có ảnh hưởng đến sự bài tiết các rượu bậc cao bởi nấm men (bảng 5). Ngoài n-propanol, sự bài tiết tất cả các rượu bậc cao đều tăng khi có sự hiện diện của các chất rắn, đặc biệt đáng chú ý là sự ảnh hưởng của isobutanol và 2- methylbutanol. Thật đáng tiếc là nhiều nghiên cứu đã không công bố khía cạnh hấp dẫn này trong lên men ở các nhà máy rượu whisky. Bảng 5 Ảnh hưởng của các chất rắn trong hèm rượu đến sự tạo thành các rượu bậc cao trong suốt quá trình lên men hèm rượu whisky. Nguồn Merritt (1967) Sự tạo thành các rượu bậc cao (mg/100ml) Thành phần Hèm rượu chất rắn 2-Methyl- 3-Methyl- n-Propanol Isobutanol Tổng (mg/100ml) butanol butanol 1 0 1.5 4.2 3.0 8.0 16.7 25 1.5 6.5 4.4 8.8 21.2 2 0 2.8 4.5 2.7 9.5 19.5 35 3.3 6.6 3.7 10.1 23.7 3 0 1.7 4.8 3.1 8.0 17.6 50 1.7 6.8 4.6 9.5 22.6 D. Sự chưng cất Liệu hèm rượu lên men có được chưng cất trong máy chưng cất như trong sản xuất malt Scotch và rượu whisky Ai Len hoặc được chưng cất trong một cái máy chưng cất liên tục 8
dựa trên thiết kế Coffey như trong sản xuất các loại rượu whisky khác hay không? Mục tiêu là loại bỏ có chon lựa các thành phần dễ bay hơi, đặc biệt là những thành phần tạo hương thơm hoặc các chất tương tự từ các thành phần không tạo hương thơm, và nhằm tạo ra thành phần các chất phụ gia mang hương thơm từ các phản ứng hoá học diễn ra trong máy chưng cất. Ngoài ra, để thuận tiện nhất cho việc thảo luận về chưng cất rượu whisky người ta phân chia các phần của máy chưng cất bằng nồi và tiếp tục sự chưng cất. 1. Máy chưng cất dạng Pot (Pot – Still) Máy chưng cất dạng Pot bằng đồng có cấu tạo ít thay đổi, ngoại trừ việc thay đổi kích thước, các kết cấu của máy vượt trội hơn bất kỳ nhà máy malt Scotch hay nhà máy rượu whisky Ai Len nào. Theo truyền thống, các máy chưng cất hình củ hành được đặt ở vị trí thấp và có một cái ống hay lynearm từ các bộ phận máy chưng cất thông qua các bức tường nhà máy hình thành dạng cuộn hoặc đường ren trong thùng chứa nước được cung cấp từ một thiết bị tạo hơi hoặc làm nóng (Hình 9). Các cuộn hơi truyền nhiệt bên trong hiện nay được ưa thích hơn các thiết bị đốt nóng trực tiếp, và điều này làm giảm qui mô nhiệt phân của các bộ phận máy chưng cất và kết quả là tạo ra một nồng độ thấp furfural trong rượu whisky. Những thay đổi trong thiết kế máy chưng cất bao gồm sự mở rộng diện tích bề mặt của các cột thành hình dạng củ hành, các áo nước và các móc nối lại với đoạn đầu của ngưng tụ (Nettleton, 1913) đã đưa ra một tính toán có giá trị về thiết kế máy chưng cất đầu tiên). Trong nhiều nhà máy rượu, các đường ren đã được thay thế bằng các bình ngưng hình ống, thiết bị này được thiết kế để giữ hơi nóng từ các máy chưng cất. Nhưng các máy chưng cất dạng Pot khác được gọi là “các máy tinh chế” gồm có một chậu hình tròn được làm mát bởi nước chảy qua và được đặt giữa cổ của các máy chưng cất và các bình ngưng. Đối với các máy chưng cất dạng Pot Ai len thì cấu trúc của máy tinh chế bao gồm một cái máng lắp vòng quanh các ống lyne arm và thông qua đó nước được chảy tuần hoàn. Các máy chưng cất dạng Pot trong các nhà máy rượu Scotch và Ai len được thiết kế truyền thống là các nồi nấu bằng đồng. Lý do chọn nồi bằng đồng là do cảm tính vì người ta nhận thấy rằng trong suốt quá trình lên men nồi đồng tạo ra các hợp chất có chứa lưu huỳnh dễ bay hơi rất độc cho cơ thể, sự hiện diện của những chất này lại không được mong đợi trong rượu đã được chưng cất (xem tr.563 và Thorne et al., 1971). 9
Những nhà máy chưng cất rượu đầu tiên dù chỉ bằng kinh nghiệm nhưng cũng vẫn có giá trị. Dù mục đích của chưng cất là nhằm tách các thành phần bay hơi ra khỏi hèm rượu lên men nhưng các sản phẩm chưng cất không phải là một khối mà ở dạng một vài phần nhỏ và sự kết hợp ngẫu nhiên của các phần này sẽ tạo ra một sản phẩm dễ chấp nhận hơn. Các máy chưng cất dạng Pot ở Scotland và Ai len khác nhau không chỉ về kích cỡ, các máy chưng cất Scotland (25.000 – 50.000 lít) nhỏ hơn so với máy chưng cất của Ai len (100.000 – 150.000 lít) mà còn khác nhau về cách thu các sản phẩm (fractions). Ở Scotland, dịch rượu cái (wash) thu được phụ thuộc vào 2 công đoạn chưng cất. Giai đoạn đầu được tiến hành ở máy wash still, hèm rượu được đưa đến một nồi đun sôi trong vòng 5-6h, các sản phẩm thu được gọi là các rượu đầu (low wines) có nồng độ gấp 3 lần trong dịch rượu cái (Hình 10) và phần bã vẫn để lại trong wash still gọi là bã pot (pot-ale) có thể được xử lý thành chất thải hoặc chế biến thành thức ăn gia súc (Rae, 1967). Việc chưng cất rượu nồng độ thấp trong các máy chưng cất rượu chọn lọc hơn. Các sản phẩm ban đầu chứa các hợp chất có điểm sôi thấp bị loại bỏ là fore-shots (hình 10). Giai đoạn kiểm soát liên tục hydrometric diễn ra khi trọng lượng riêng của các sản phẩm chưng cất tương ứng độ cồn vượt quá 25-30˚ thì thì dừng để tạo bã fore-shots. Việc dừng này là một trong những cách truyền thống được tiến hành nhờ sự cẩn trọng của các nhà máy chưng cất và giúp cho sản phẩm chưng cất không có màu xanh nhạt khi thêm nước vào. 10
Dịch rượu cái lên men (khoảng 15˚ chuẩn) Máy chưng cất rượu cái Bã Pot Rượu đầu (khoảng 45˚ chuẩn) Bã Spent lees Máy chưng cất rượu mạnh Thải Thải Whisky Fore-shots Feints (khoảng 12-25˚ cồn) Hình 10. Sơ đồ biểu diễn các giai đoạn chưng cất rượu malt whisky Scotch Việc kiểm soát quá trình này được tiến hành trong một thiết bị an toàn, được gắn với một khoá Excise. Việc thu các sản phẩm chưng cất được kết thúc khi trọng lượng riêng giảm đến một giá trị cụ thể, mặc dù quá trình chưng cất feints vẫn tiếp tục đến khi tất cả các rượu được loại bỏ khỏi rượu đầu (low wines). Bã còn lại trong máy chưng cất rượu được gọi là spent lees, và giống như bã rượu pot ale thì bã spent lees cũng có thể được thải đi hoặc sử dụng để sản xuất thức ăn gia súc. Rượu whisky đã chưng cất sẽ có trọng lượng riêng tương ứng độ cồn là 12 - 25˚ (overproof). Ở các nhà máy rượu whisky Ai len có 3 công đoạn tiến hành chưng cất (hình 11). Ở giai đoạn đầu của quá trình chưng cất rượu cái lên men (fermented wash) được đun nóng trong thiết bị wash still và công đoạn đầu của chưng cất gọi là rượu đầu mạnh (strong low wines), các rượu này được thu đến khi đạt trọng lượng riêng đã định trước, các sản phẩm chưng cất này được gọi là các rượu đầu nhẹ (weak low wines) được đưa vào trong bình phân cắt. Các rượu nhẹ này được bơm vào trong máy chưng cất rượu đầu (low wines) và được chưng cất lại để thu được 2 hợp chất gọi là strong feints va weak feints. Strong feints được trộn với rượu đầu mạnh trong máy chưng cất rượu và sản phẩm chưng cất này lại được thu giống như trong sản xuất rượu của Scotch (hình 10 và 11). Rượu whisky thu được tương ứng độ cồn là 60-65˚. 11
Rượu cái lên men (khoảng 15˚ chuẩn) Máy chưng cất rượu cái Rượu đầu mạnh Rượu đầu nhẹ Thải Máy chưng cất rượu đầu Strong feints Weak feints Máy chưng cất rượu mạnh Thải Thải Whisky (khoảng 60-65˚ cồn) Feints Heads Hình 11. Sơ đồ biểu diễn các giai đoạn chưng cất rượu whisky Ai len 2. Chưng cất liên tục Trong thế kỷ qua chưa có sự thay đổi đáng kể nào về việc sáng chế các kiểu dáng thiết kế của máy chưng cất Coffey. Tự động hoá, đặc biệt là các chất dinh dưỡng trong dịch rượu cái ngày nay khá phổ biến và tiếp tục được phân cấp trong từng giai đoạn của quá trình chưng cất. Hơn thế nữa, nhiều nhà máy rượu ngũ cốc Scotch và Ai len tiếp tục sử dụng máy chưng cất giống như máy chưng cất nguyên bản Coffey chỉ có 2 cột - một là cột phân tích và một là cột tinh cất. Mặc dù hầu hết các nhà máy rượu đang hoạt động ở Bắc Mỹ có nhiều cột hơn, có thể lên đến con số 5 nhưng đây vẫn là cách duy nhất để thu được một chất chưng cất tại azeotrope hoặc gần azeotrope và thu được chất tinh khiết theo yêu cầu. Simpson, trong chương 8 (tr.557) đã đưa ra một con sô toàn diện về kiểu dáng và cách sử dụng của các máy chưng cất khác nhau trong sản xuất gin và vodka, và những máy sử dụng trong sản xuất nhiều loại rượu whisky cũng có kiểu dáng và cách hoạt động tương tự. Việc mô tả sự hoạt động của 2 cột chưng cất liên tục trong quy trình sản xuất ở nhà máy whisky ngũ cốc Scotch do Pyke (1965) đưa ra. Để thu được whisky có chất lượng cao từ các máy chưng cất này, rượu tạo thành bắt buộc phải có nồng độ rượu giống rượu đầu chiết ra tại đĩa rượu trong máy tinh cất không nên lớn hơn 94.17% ở 20˚C. Đạt được điều kiện này bằng 12
cách duy trì “nhiệt độ điểm uốn” tại đĩa rượu vào khoảng 48˚C. Các điểm uốn là các ống cong giữa một đĩa máy tinh cất và đĩa bên cạnh, và nhiệt độ ở bất kỳ đĩa nào cũng sẽ phụ thuộc vào lượng rượu cái (wash) được đưa vào máy chưng cất và lượng hơi được tạo ra trong cột phân tích. Nếu nhiệt độ quá cao tại bất kỳ đĩa nào thì nồng độ rượu sẽ tăng, nhưng tỷ lệ các chủng giống sẽ giảm và sẽ không thu được rượu whisky ngon. Và cũng tương tự, nhiệt độ tại một điểm cong xác định sẽ thấp. Hình 12 thể hiện trạng thái điều khiển chính xác sự hoạt động của máy chưng cất có thể ảnh hưởng đến thành phần cấu tạo rượu whisky. Có thể thấy rõ ràng rằng nếu lưu lượng rượu cái (wash) và hơi nước được thay đổi chiều theo hướng vuông góc thì nồng độ chủng giống trong rượu whisky sẽ thay đổi nên sẽ tạo ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm rượu cuối cùng. 13
Hình 12. Sự thay đổi thành phần cấu tạo hơi ở các đĩa khác nhau trong máy tinh cất Coffey được sử dụng trong sản xuất rượu whisky ngũ cốc Scotch. Nguồn Pyke (1965) Một máy chưng cất 5 cột để sản xuất rượu whisky ngô đã được mô tả bởi Packowski (1963) ở hình 13. Rượu cái lên men chứa 7% (v/v) rượu được bơm vào cột phân tách whisky ở khoảng giữa đĩa lọc xuyên thứ 13 và 19. Bã rượu thừa được tháo ra tại đáy và được bơm đến thùng tận thu để tái sử dụng. Sau đó sản phẩm chưng cất được đi qua một cột chưng cất chọn lọc, cột sản phẩm cô đặc và một cột aldehit cô đặc và cuối cùng là cột dầu rượu tạp cô đặc. Cũng có nhiều thay đổi về sự thiết kế cơ bản này trong các máy chưng cất ở Scotland và ở Bắc Mỹ. Hình 13. Sơ đồ máy chưng cất 5 cột được sử dụng trong sản xuất rượu whisky ngô. 14
a. cột phân tách whisky, b. thiết bị trao đổi nhiệt, c. dephlegmator, d. lỗ thông bình ngưng, e. thiết bị làm mát, f. cột chưng cất lựa chọn, g. cột cô đặc sản phẩm, h. cột aldehit cô đặc, i. bình đựng dầu rượu tạp. Nguồn Packowski (1963). E. Quá trình ủ chín và già hoá Một vài loại rượu whisky mới chưng cất rất khác với rượu mạnh (spirit) whisky được bán lẻ trên thị trường, có thể là từng loại rượu một hoặc rượu pha. Sở dĩ có sự khác biệt này là do tàng trữ rượu whisky trong các thùng gỗ sồi trong một thời gian dài theo các kinh nghiệm truyền thống và các qui định của luật pháp. Trong số liệu bảng 1 (trang 649) đã liệt kê các qui định này. Nhìn chung, các rượu whisky đều được ủ chín lâu hơn so với qui định của pháp luật. rươu thô (raw spirit) được bơm từ máy chưng cất sang thiết bị đựng rượu và được pha loãng với nước đến nồng độ yêu cầu, sau đó được trữ trong các thùng dung tích khác nhau. Quá trình chín và già hoá trong các thùng diễn ra cùng với sự hao hụt chất lỏng do bay hơi và lượng hao hụt tương đối của nước và ethanol cho biết liệu rượu whisky được ủ chín có nồng độ cao hơn hay thấp hơn so với lúc đầu (at filling). Ở Scotland các thùng đựng whisky được bảo quản trong điều kiện mát, không được sưởi ấm, nhưng kho chứa lại ẩm ướt nên nồng độ rượu giảm (theo Valaer, 1940). Trong khi đó, Valaer và Frazier (1936) lại cho rằng ở Mỹ điều kiện tàng trữ gây ra sự tăng nồng độ rượu. Quá trình ủ chín trong các thùng cũng làm thay đổi các thành phần hoá học của rượu whisky do sự có mặt của các thành phần trong gỗ của thùng đựng. Sự ôxi hoá các thành phần trong rượu nguyên chất whisky cũng như các thành phần trong gỗ, và các phản ứng giữa các thành phần trong rượu whisky xảy ra trong thùng chứa. Một vài nhà nghiên cứu mới đây đã công bố sự thay đổi trong thành phần các nhóm chính của các hợp chất cảm quan quan trọng mà dễ nhận biết trong quá trình ủ chín và già hoá trong thùng chứa. Do đó, Schidrowitz và Kaye (1905) đã nhận thấy sự tăng nồng độ của các axit dễ bay hơi trong các rượu whisky được tàng trữ lâu, kết quả này cũng được đề cập trong báo cáo của Hội đồng hoàng gia về rượu whisky và các rượu xách tay khác (Royal Commission on Whisky and Other Potable Spirits) (1909). Một vài báo cáo sau đó, ví dụ như Liebmann và Scherl cũng chỉ ra sự tăng nồng độ của axit, furfural, tannin và các chất màu khi tàng trữ trong thùng. Việc đưa ra sắc phổ lỏng-khí như đã đề cập trong nghiên cứu nhanh về vấn đề này, và những thay đổi về số liệu hoá học gần đây xảy ra trong suốt quá trình ủ chín và già hoá của rượu whisky được mô tả trong phần V.D. (trang 683) của chương này. Quá trình ủ chín rượu whisky trong các thùng rất tốn kém nên việc xem xét để tìm ra phương pháp đẩy nhanh quá trình này là hiển nhiên. Jacobs (1947) đã mô tả một vài phương pháp bao gồm việc tiến hành xử lý rượu cái (wash) trước với cacbon hoạt động, xử lý hoá học rượu 15
whisky để chuyển aldehit thành este, và việc dùng phương pháp oxi hóa. Những kỹ thuật này hiếm khi được sử dụng trong ngành công nghiệp, chủ yếu là vì đặc tính truyền thống của quá trình sản xuất rượu whisky. F. Pha trộn và tạo màu Các nhà sản xuất rượu whisky có niềm tin mãnh liệt vào chất lượng của rượu nguyên chất và rượu whisky pha trộn của họ, và mục đích của họ là duy trì chất lượng của một sản phẩm đặc biệt trong nhiều năm. Việc pha trộn được tiến hành bởi những chuyên gia lão luyện, họ thường đưa ra những lời khuyên đối với các nhà sản xuất về việc hoà lẫn và pha trộn một thể tích lớn rượu whisky sau những lần nếm thử thích hợp trong các thí nghiệm pha trộn rượu. Rượu whisky sau khi được pha loãng với nước hoặc không thường được đựng trong các thùng gỗ sồi đã sử dụngcó thể được tàng trữ trong thời gian hơn sáu tháng hoặc 1 năm. Quá trình này được coi như là “sự giao ước” (marrying). Nước sử dụng cho pha loãng là nước mềm hoặc được khử khoáng vì trong nước có chứa một hàm lượng muối đáng kể có thể gây ra các vẩn đục trong rượu whisky (Warricker, 1960). Sau khi “giao ước” (marrying) và pha loãng nếu cần thiết, màu của rượu whisky được điều chỉnh để đạt được giá trị mong muốn bằng cách thêm caramen. Một số chất màu nâu nâu được tiết ra từ thùng gỗ sồi đựng rượu, nhưng nó chưa bao giờ đủ để đạt được màu sắc rượu mong muốn. Cuối cùng, rượu whisky được lọc để đóng chai bằng máy lọc thông qua các tấm amiăng hoặc xenluloza, thỉnh thoảng có thể được xử lý trước với than chì (Simpson, 1968). Việc lọc mát cũng thường được áp dụng vì nó loại được tanin từ rượu whisky và ngăn chặn sự xuất hiện của các vẩn đục. G. Loại bỏ và tái sử dụng bã ngũ cốc Theo truyền thống các bã thải của các nhà máy rượu whisky được loại bỏ theo cách thuận tiện nhất; bã ngũ cốc được bán lẻ, thường khá rẻ cho nông dân địa phương để làm thức ăn cho gia súc, trong khi đó bã pot ale và cặn bã (spent lees) thường được tháo ra cống rãnh, sông, suối địa phương. Sở dĩ có sự thải các cặn bã này chủ yếu là do nhận thức của các nhà máy rượu về giá trị dinh dưỡng (chủ yếu là thành phần protein) của những bã thải này, và nhận thức của người dân về những vấn đề phát sinh từ việc không kiểm soát sự thải các chất thải này vào trong nguồn nước. Simpson (trang 564) đã mô tả sự tạo thành các “ngũ cốc đen của nhà máy rượu” từ các bã thải tạo ra trong quá trình sản xuất rượu gin và rượu vodka, và quy trình này đã được sử dụng rộng khắp để xử lý các chất thải từ các nhà máy rượu whisky, 16
đặc biệt là tại các nhà máy có phương pháp xử lý chất thải truyền thống bị cấm hoặc không có hiệu quả kinh tế. V. Các thành phần cảm quan quan trọng của rượu whisky Những năm gần đây đã chứng kiến một cuộc công kích mạnh mẽ trong nghiên cứu về các thành phần có vai trò đối với đặc tính cảm quan (organolephic) của rượu whisky. Tuy nhiên, những báo cáo đầu tiên về bản chất của thành phần những chất tạo hương trong rượu whisky được đưa ra vào trước kỷ nguyên của sắc phổ lỏng-khí gần nửa thế kỷ. Hai xuất bản của Schidrowitz (1902) và Schidrowitz và Kaye (1905) chỉ xử lý riêng với rượu whisky Scotch, báo cáo về rượu tạp, axit và những thành phần khác của 50 nhãn hiệu rượu whisky khác nhau. Họ đã đưa ra những phân tích về một vài loại rượu malt whisky ở thị trấn Campbeltown của Scotland đã sớm có mặt trên thị trường. Một báo cáo của Mann (1911) được công bố vài năm sau đó cũng chỉ ra giá trị của các axit và lượng furfural, andehit, rượu trong rượu whisky Scotch được nhập khẩu vào Úc. A. Nồng độ của các thành phần cảm quan quan trọng Từ khi sắc phổ lỏng-khí được giới thiệu trong các phòng thí nghiệm của các nhà máy rượu, một số tạp chí đã công bố về các thành phần tạo hương chính trong rượu whisky - rượu tạp, este, thành phần cacbonyl, các axit hữu cơ, các thành phần chất thơm và đặc trưng riêng của các thành phần đóng góp tạo nên các phân tử này (fractions)(xem Suomalainen và Nykanen, 1970a,1972 và Suomalainen và Lehtonen,1976, với các vấn đề xem xét). Rượu tạp vẫn được xác định bằng những thay đổi về các phản ứng màu của Komarowsky (1903) là định lượng quan trọng nhất. Rượu malt whisky Scotch và rượu whisky ngô có chứa nhiều rượu tạp nhất, với thành phần thường nhiều hơn 2g/l, các rượu whisky Canada, Nhật, Úc có hương thơm nhẹ hơn chứa khoảng ¼ nồng độ này. Các axit béo tự do tương đối dễ bay hơi và đóng góp một lượng lớn vào chất lượng cảm quan rượu whisky. Với một số loại rượu malt whisky Scotch, nồng độ các axit trong rượu whisky có thể chứa rượu nguyên chất 0,4 – 1.0g/l. Rượu whisky ngô cũng chứa các thành phần tương tự nhưng ít axit hơn trong rượu whisky ngũ cốc và lúa mạch đen (Schoeneman và Dyer, 1968). Nồng độ so sánh xấp xỉ của các este được tìm thấy trong rượu whisky, mặc dù về tổng quan thì các sản phẩm đồ uống được sản xuất với máy chưng cất dạng pot đều có nồng độ cao hơn so với các máy chưng cất liên tục.Các nồng độ của rượu whisky trong các nhà máy chưng cất dạng pot Scotch và Ailen được báo cáo trong khoảng 0.27-0.87g/l rượu nguyên chất (Valaer, 1940), trong khi đó rượu ngô được báo 17
cáo có nồng độ este trong khoảng 0,14-0,36g/l rượu nguyên chất (Schoeneman và Dyer, 1968). Các rượu whisky nhẹ hơn có chứa nồng độ các thành phần cacbonyl thấp hơn mặc dù nồng độ này thay đổi với nhãn hiệu. Whisky ngũ cốc có thể chứa rất ít aldehit khoảng 20mg/l, trong khi đó ở các nhà máy rượu malt whisky hoàn thiện thì nồng độ có thể lên đến 80mg/l (Duncan và Philp, 1966). B. Bản chất hoá học của các thành phần cảm quan quan trọng. Việc xem xét lại phương pháp sắc phổ và các phương pháp khác sử dụng để tách rất nhiều các thành phần cảm quan quan trọng từ các rượu whisky được đưa ra bởi Duncan và Philp (1966). Vấn đề chính trong phân tích rượu whisky bằng sắc phổ lỏng – khí là sự lấn át của ethanol và nước. Chỉ có một thành phần dễ bay hơi có tên là rượu isopentenyl có khả năng nhận biết ở nồng độ vượt quá 0,1%, trong khi đó hầu hết các thành phần khác hiếm khi nhận biết được ở nồng độ vượt quá 50 ppm. Các phép phân tích hầu hết đều thuận tiện để tiến hành tách các thành phần nhỏ của các loại chất khác nhau. Khi trực tiếp phân tích rượu whisky thì chỉ có một số lượng giới hạn các thành phần được xác định (Morrison, 1962; Bober và Haddaway, 1963; Singer và Stiles, 1965). Có một số quan điểm về sự đa dạng của các thành phần tìm thấy trong rượu whisky được lấy từ tài liệu biên soạn năm 1963 của Kahn gồm cả nguồn chưa xuất bản và đã xuất bản. Trong danh sách 200 thành phần thì có 25 thành phần là các rượu tạp, 32 axit, 69 este và 22 hợp chất phenol. Rõ ràng là hiện nay danh sách này có thể dài hơn nhiều. Trong các rượu tạp, có rượu isoamyl và rượu amyl hoạt hoá quang học là chiếm ưu thế, sau đó là rượu isobutanol và n-propanol có nồng độ thấp hơn. Thường chỉ có các rượu n-butanol và rượu bậc 2 butanol đặc trưng ở nồng độ thấp. Các axit hữu cơ chính trong rượu whisky là axit axetic có thể chiếm từ 50 đến 90% tổng thành phần các axit dễ bay hơi được xác định bởi chuẩn độ. Trong các axit còn lại thì axit caprylic, axit capric và axit lauric là các axit quan trọng nhất (Suomalainen và Nykanen, 1970a). Một số đặc trưng về hương thơm và mùi vị của rượu whisky ngô và rượu whisky Ai len có thể là do thành phần của nó có chứa nồng độ cao hơn của axit thơm butyric. So sánh với các loại whisky khác thì whisky Scotch đặc trưng bởi chứa nhiều axit palmitoleic (và thành phần ethyl este) hơn axit palmictic. Suomalainen (1971) đã cho rằng cái mùi giống như stearin điển hình của rượu malt Scotch có thể là do nó có chứa các este ethyl của axit béo mạch dài. Không có gì ngạc nhiên khi ethyl acetate là este chính của rượu whisky do axit acetic trong loại đồ uống chứa cồn này khá nhiều. Nồng độ 85mg/l 18
được xác định trong rượu whisky pha Scotch, 98 mg/l trong rượu whisky Canada và nhiều nhất là trong rượu whisky ngô đã được ủ 8 năm với nồng độ là 380mg/l (de Becze et al., 1967). Các este khác như là ethyl caprate được tìm thấy ở những nồng độ thấp hơn nhiều, khoảng 2 – 10mg/l. Trong các hợp chất carbonyl, acetaldehyde là thành phần chủ yếu cùng với một loạt các aldehyde mạch ngắn khác. Furfural có hương thơm tương tự như trong ngũ cốc, cũng xuất hiện với nồng độ từ 20 – 30mg/l trong các rượu whisky mạch nha Scotch (Valaer, 1940). Acrolein, một thành phần hăng cay cũng có trong whisky và người ta cho rằng nó có thể góp phần vào vị “chua cay” của whisky. Tuy nhiên quan điểm này đã bị Kahn và các cộng sự (1969) bác bỏ, họ đã chỉ ra rằng acrolein phản ứng với ethanol để tạo thành 1,1- diethoxy-2-propene và do đó 1,1,3-triethoxypropane bị loại bỏ. Sự đa dạng của các thành phần cảm quan quan trọng cũng được tìm thấy ở các rượu whisky khác nhau, trong đó có rất nhiều thành phần đã được tìm thấy như là kết quả của quá trình ủ chín whisky trong các thùng than gỗ sồi. Scopoletin và các aldehyt thơm khác bao gồm vanillin được Baldwin và cộng sự (1967) tìm thấy trong whisky ngô, các thành phần được tìm thấy trước đó trong quá trình chiết tách ethanol đơn giản và đốt gỗ sồi trắng của Mỹ bởi Black et al. (1953). Lactone được gán cho cái tên “whisky lactone” cũng xuất hiện trong whisky trong quá trình tàng trữ trong các thùng gỗ sồi. Thành phần β-methyl-γ-octalactone lần đầu tiên được Suomalainen và Nykanen (1970b) tách ra từ rượu whisky Scotch và có báo cáo chỉ ra rằng có cả hai thành phần diastereomers dạng cis và trans đều xuất hiện trong rượu whisky (Nishimura và Masuda,1971). Các thành phần khác được tìm thấy trong rượu whisky bao gồm các phenol (Salo et al.,1976), glycerol và erythritol (Black và Andreasen, 1974), pyridine, α-picoline và rất nhiều pyrazine khác (Wobben et al.,1971). C . Sự đóng góp của các thành phần vào các tính chất cảm quan Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu về sự đóng góp của các chất trong bia vào hương vị của đồ uống đó (xem chương 2, trang 113), các đồ uống có cồn khác có phần nhận được ít sự quan tâm hơn về vấn đề này. Những thông tin đã công bố về những thành phần có vai trò đối với chất lượng cảm quan của rượu whisky còn khá ít và một số lượng khá lớn các báo cáo vẫn chưa được công bố bởi Suomalainen và cộng sự từ bản độc quyền rượu từ bia Helsinki, Phần Lan. Để đánh giá vai trò của các thành phần trong rượu whisky với hương thơm của các rượu này, Salo et al. (1972) đã pha chế một rượu whisky tổng hợp với những thành phần mà phân tích sắc phổ đã tìm ra trong một loại rượu whisky hương thơm nhẹ Scotch. Rượu tổng hợp này được pha bởi 576g hỗn hợp rượu tạp, 90mg axit, 129 mg este và 17.4mg hợp chất carbonyl trong rượu ngũ cốc tinh cất khá kỹ, sau đó sẽ được pha loãng đến 34% ethanol dùng 19
nước được trao đổi ion và xử lý với than hoạt tính. Rượu whisky giả này có chứa 13 loại rượu cộng thêm với ethanol, 21 axit, 24 este và 9 hợp chất carbonyl. Màu caramel được sử dụng để tạo màu như trong quá trình chưng cất và ủ chín whisky. Ngưỡng thơm của các thành phần riêng rẽ, và các nhóm thành phần được xác định như Salo (1970) đã trình bày. Một hội đồng cảm quan có kinh nghiệm sẽ dễ dàng có khả năng phân biệt rượu giả whisky với một loại rượu pha whisky Scotch nhưng khi sự pha chế được trộn lẫn 50% rượu whisky Scotch thì chỉ có 6% các chuyên gia cảm quan nhận biết được đúng với những đánh giá về nồng độ và sự tương tác giữa các thành phần trong rượu tổng hợp whisky không khác nhiều so với rượu whisky tổng hợp có được pha thêm với rượu whisky Scotch. Việc xác định các ngưỡng thơm của các thành phần riêng biệt trong rượu whisky tổng hợp cho thấy rằng vai trò của hỗn hợp rượu và axit chỉ đóng góp 10% tổng cường độ thơm, mặc dù bản thân các rượu chiếm tới 70% tổng nồng độ các thành phần cảm quan quan trọng trong rượu pha chế. Este và các thành phần carbonyl có ảnh hưởng lớn hơn, đặc biệt là butylaldehyde, isobutylaldehyde, isovaleraldehyde, diacetyl và este ethyl của axit acetic, caproic, caprylic, capric và axit lauric. Vì chỉ ba trong số các thành phần carbonyl quan trọng nhất có thể thay thế cho toàn bộ các carbonyl, có thể xem xét tính thống nhất với vai trò của các thành phần tạo mùi thơm này. Điều thú vị là sự đóng góp tương đối bởi các nhóm thành phần khác nhau lại không khác nhiều so với sự đóng góp mà Harrison (1970) đã báo cáo rằng chúng liên quan đến vị của bia. Bảng 6 Các ngưỡng pha loãng đối với 9 loại rượu whisky khác nhau. Nguồn Salo (1975) Ngưỡng pha loãng (x 10-4) Chuẩn mức chênh lệch (x 104) Whisky Scotch malt 0.56 0.2 – 1.3 Scotch, old blend 0.87 0.5 – 1.5 Scotch, blend 1.20 0.3 – 4.2 Irish 1.30 0.4 – 2.0 Bourbon 2.40 0.6 – 11.5 Irish 4.50 2.7 – 7.5 Canadian 10.40 3.0 – 37.0 Các ngưỡng giá trị này có thể được đánh giá không chỉ cho các thành phần riêng biệt trong rượu whisky mà còn cho tổng các chất thơm có trong đồ uống. Salo (1975) đã làm như sau: pha loãng các rượu whisky khác nhau với nước cho đến khi các tính chất thơm của rượu whisky chỉ có thể vừa đủ để nhận thấy. Giá trị tại ngưỡng pha của một vài loại rượu whisky 20