Về cơ bản có hai phương pháp chưng cất rượu whisky khác nhau. Phương pháp đầu tiên là chưng cất trong Pot still và phương pháp thứ hai là sản xuất trong Column still -đây là quy trình chưng cất cột. Rượu whisky thường được chưng cất hai hoặc ba lần. Rượu low-wine có nồng độ cồn khoảng 20% được sản xuất trong lần chưng cất đầu tiên và high-wine có nồng độ cồn từ 60 đến 70% được sản xuất trong các lần chưng cất tiếp theo.
Nguyên lý chưng cất đã được người Ai Cập biết đến. Các chất có thể được tách ra khỏi nhau bằng cách đun nóng chúng đến các nhiệt độ bay hơi khác nhau. Các chất bay hơi đầu tiên ở nhiệt độ thấp có thể được thu thập và do đó tách ra khỏi phần còn lại. Tuy nhiên, người Ai Cập chỉ biết chưng cất để sản xuất nước hoa. Mãi đến thời Trung cổ, các nhà sư Celtic mới phát hiện ra việc sản xuất rượu whisky.
Quá trình lên men tạo ra wash (beer) với hàm lượng cồn khoảng 8-10%, tùy thuộc vào loại men và thời gian lên men. Khi wash được đun nóng, các chất sôi trước nước, như cồn (ethanol), sẽ bốc hơi. Hỗn hợp cồn-nước ở mức này có nhiệt độ sôi khoảng 93°C. Tiếp tục đun sẽ làm hỗn hợp sôi, trong đó cồn bay hơi nhanh hơn nước, dẫn đến hàm lượng cồn trong hơi cao hơn, trong khi lượng cồn trong phần còn lại giảm dần.
1. Chưng cất trong Pot still
Wash still
Nhiệm vụ của wash still được sử dụng để chưng cất lần đầu hỗn hợp chất lỏng lên men, được gọi là "wash hoặc beer" - thường có nồng độ cồn khoảng 6-8%. Dung tích của wash still thường nằm trong khoảng 15.000 đến 30.000 lít, phù hợp với dung lượng của các bể lên men (wash back). Wash still được làm nóng bằng hơi nước, được dẫn vào các xi lanh gia nhiệt đặt bên trong nồi. Hơi nước làm nóng dung dịch wash, tạo ra dòng chảy đối lưu tự nhiên, nước wash nóng dâng lên tại các điểm nóng của xi lanh gia nhiệt và chìm xuống trở lại tại các điểm lạnh hơn.
Sau khoảng nửa giờ, chất lỏng bắt đầu sôi phía trên các xi lanh gia nhiệt và các chất nhẹ (đặc biệt là este mang hương vị ) bốc hơi lên phía trên mức chất lỏng. Hơi nước liên tục được bơm vào, tạo ra áp suất hơi trong nồi chưng cất. Tuy nhiên, thành nồi lạnh hơn ở phần cổ sẽ làm hơi ngưng tụ thành các giọt nhỏ, sau đó tích tụ thành giọt lớn hơn và chảy ngược xuống nồi nhờ trọng lực. Quá trình này lặp đi lặp lại, đảm bảo hơi chứa nhiều cồn hơn được tách ra, trong khi các chất không mong muốn bị loại bỏ.
Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, toàn bộ wash still đạt đến điểm sôi – khoảng 78°C, nhiệt độ bay hơi của ethanol. Wash still bắt đầu sôi sùng sục, tạo ra bọt khí lớn. Nếu không kiểm soát, bọt và chất lỏng có thể tràn qua cánh tay Lyne, nguy cơ gây tắc nghẽn hệ thống ngưng tụ, đặc biệt khi các phần rắn từ lúa mạch bị cuốn theo. Để ngăn chặn hiện tượng này, soap được thêm vào wash. Chất này giúp giảm sức căng bề mặt, hạn chế sự sôi trào nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, vì soap hóa lỏng ở 50-60°C và sôi ở nhiệt độ trên 100°C.
Quá trình chưng cất trong wash still kéo dài khoảng 4-7 giờ, tùy thuộc vào thiết kế nồi và yêu cầu sản xuất. Nhiệt độ duy trì ở mức 78°C, lý tưởng để tách ethanol một cách hiệu quả. Wash still thường được trang bị cửa sổ kính quan sát ở phần cổ, giúp người chưng cất theo dõi quá trình sôi, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong sản xuất.
Low wine
Kết thúc quá trình chưng cất đầu tiên trong wash still, phần lớn ethanol và các hợp chất dễ bay hơi đã được bốc hơi và ngưng tụ, tạo thành một chất lỏng được gọi là low wine. Low wine không chỉ chứa ethanol mà còn bao gồm nhiều hợp chất khác, như những chất có điểm sôi thấp hơn ethanol. Ngoài ra, các chất có điểm sôi cao hơn một chút cũng đã bị tách ra khỏi liên kết phân tử bởi chất lỏng có điểm sôi cao và được đưa vào low wine bằng các phân tử rượu nhẹ. Các phân tử này cũng chứa rất nhiều nước, tạo thành hỗn hợp azeotrope với rượu. Sau lần chưng cất đầu tiên, rượu low wine có hàm lượng cồn từ 20 đến 25% ABV.
Pot Ale
Vào cuối quá trình chưng cất, Pot Ale - còn được gọi là wash đã qua sử dụng - vẫn còn trong wash still với hàm lượng cồn khoảng 1%. Tuy nhiên, ngoài cồn, pot ale còn chứa các protein và khoáng chất trong gũ cốc, làm cho nó trở thành một nguyên liệu hữu ích để tái sử dụng. Đây là lý do tại sao pot ale được làm đặc lại sau khi ráo nước và được bán như thức ăn chăn nuôi chất lượng cao.
Pot ale sau khi chưng cất vẫn giữ nhiệt độ cao khoảng 70°C, và để tránh lãng phí năng lượng, nó thường được dẫn qua một bộ trao đổi nhiệt trước khi vận chuyển bằng tàu chở dầu. Bộ trao đổi nhiệt này giúp thu hồi năng lượng nhiệt, đưa nó trở lại hỗ trợ cho quá trình chưng cất tiếp theo, giúp tối ưu hóa hiệu quả năng lượng trong nhà máy.
* Chưng cất lần đầu
Cân bằng chưng cất của phương pháp wash still; được tóm tắt trong bảng sau.
Wash Low wine Spent wash
Tổng cộng tính bằng lít 30.000 11.252 18.748
Hàm lượng cồn (ABV) 10% 25% 1%
Rượu tính bằng lít 3.000 2.813 187
Các số liệu trong cân bằng chưng cất cho thấy lượng nước giảm từ quá trình wash đến low-wine. Có thể nói rằng quá trình chưng cất đầu tiên chỉ có tác dụng giảm lượng chất lỏng xuống còn 1/3 và giữ lại các thành phần rắn của ngũ cốc vẫn còn trong quá trình wash.
Theo quy định, quá trình chưng cất đầu tiên này chỉ mất bốn giờ. Do đó, ảnh hưởng đến hương vị của rượu whisky thành phẩm là rất nhỏ. Do quá trình wash được đun nóng cực độ và quá trình đun sôi mạnh của chất lỏng, ngoài cồn và một lượng lớn nước, nhiều loại dầu fusel nặng cũng đi vào low wine.
* Quá trình chưng cất thứ cấp
Spirit Still
Quá trình chưng cất thứ cấp được thực hiện trong các pot still nhỏ hơn và chậm hơn so với lần chưng cất đầu tiên, thường kéo dài khoảng 8 giờ, gần gấp đôi thời gian chưng cất ban đầu. Kết quả từ hai lần chưng cất wash được thu thập và lưu trữ trong nồi chứa low wine, sau đó được đưa vào spirit still để chưng cất tiếp. Spirit still đóng vai trò quan trọng hơn trong việc định hình hương vị của rượu whisky, với quy trình chưng cất nhẹ nhàng và tinh tế hơn nhằm tách cồn và các hợp chất hương liệu khỏi nước một cách hiệu quả. Vì sự kiểm soát chính xác này, spirit still không cần cửa sổ quan sát như wash still.
Quá trình chưng cất trong nồi chưng cất rượu diễn ra với quy trình tương tự như ở wash still, nhưng với sự chính xác và kiểm soát cao hơn. Nguyên liệu được gia nhiệt từ từ, và trước khi đạt đến nhiệt độ bay hơi của ethanol (78°C), các hợp chất nhẹ dễ bay hơi – gọi là foreshots – bắt đầu bốc lên bề mặt.
Foreshots chứa các chất như ethyl acetate và các este dễ bay hơi, thường mang hương vị cay nồng hoặc không mong muốn. Những hợp chất này được tách ra sớm trong quá trình chưng cất, đảm bảo chỉ những phần tinh chất tốt nhất được giữ lại cho rượu whisky thành phẩm.
Spirit Safe
Trong Spirit Safe , rượu whisky được chia thành ba phần:
- Foreshot - Middle Cut - Faints hoặc còn gọi là Head - Heart - Tail
- Chỉ sử dụng phần heart
Mùi hăng nồng không mong muốn có trong rượu whisky thô và do đó không được dẫn vào bình chứa bằng cách chuyển luồng chưng cất trong Spirit Safe.
Foreshot
Foreshot không bị loại bỏ mà được dẫn trở lại nồi chứa low wine để tái sử dụng trong lần chưng cất tiếp theo. Tuy nhiên, lượng foreshots không tăng lên. Thay vào đó, những phản ứng hóa học đặc biệt diễn ra trong quá trình chưng cất giúp chuyển đổi các hợp chất mạnh và gắt này thành các chất thơm dễ chịu, mang lại đặc trưng riêng cho rượu whisky. Đây là quá trình liên tục, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của các thành phần trong low wine.
Sau khi phần foreshot được dẫn ngược trở lại nồi chứa low wine để tái sử dụng trong lần chưng cất tiếp theo, người chưng cất sẽ chuyển dòng rượu chính từ nồi chưng cất rượu và hướng phần heart - phần tinh túy nhất của rượu - vào nồi chưng cất. Nó thực chất là bể lưu trữ rượu thô trước khi được chiết rót vào thùng gỗ để ủ. Việc rót rượu từ nồi chưng cất này vào thùng yêu cầu sự phê duyệt của viên chức hải quan, vì thế, cơ sở lưu trữ trung gian này đóng vai trò quan trọng trong quy trình. Nồi chưng cất rượu có thể có nhiều kiểu dáng và chất liệu khác nhau, từ kim loại đến gỗ, với hình dạng đôi khi tròn, đôi khi vuông, tùy thuộc vào thiết kế.
Thời điểm chuyển dòng chưng cất rất quan trọng. Nếu chuyển quá sớm, rượu whisky có thể trở nên quá nồng và mất đi sự cân bằng hương vị.
Middle Cut
Quá trình chưng cất phần hearts được thực hiện chậm rãi và cẩn thận. Nếu nhiệt độ trong nồi chưng cất bị đun quá cao, các chất ngưng tụ có nhiệt độ sôi cao hơn trên thành nồi có thể không được kiểm soát đúng cách. Điều này dẫn đến việc các hợp chất không mong muốn, như dầu fusel, có thể chảy vào vessel, ảnh hưởng đến chất lượng rượu thành phẩm. Dầu fusel là hỗn hợp có thể chứa các loại rượu trung bình và cao hơn, este của axit béo và các chất khác như terpen, aldehyde và axit cacboxylic. Nó được tạo ra trong quá trình lên men rượu như một sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa nấm men từ các axit amin và đóng vai trò là chất mang hương vị và mùi thơm trong đồ uống có cồn. Tuy nhiên, dầu fusel cũng bị nghi ngờ là một phần nguyên nhân gây ra 'tình trạng nôn nao' dưới dạng đau đầu do uống rượu. Trong quá trình thu thập phần hearts, được gọi là phần middle cut, trong thời gian chưng cất khoảng ba giờ, hàm lượng cồn giảm từ 75 xuống 60% ABV.
Faints
Sau khi chuyển đổi ở mức 60% ABV, quá trình chưng cất tiếp tục để xử lý các hợp chất nặng hơn như dầu fusel (faints). Những hợp chất này được dẫn trở lại nồi chứa low wine, nơi chúng trải qua các phản ứng xúc tác với đồng trong lần chưng cất tiếp theo, giúp chuyển đổi thành các hợp chất có hương thơm dễ chịu và giảm thiểu tạp chất không mong muốn.
Quá trình xử lý dầu fusel thường kéo dài và chỉ kết thúc khi nồng độ cồn còn lại trong bình chưng cất giảm xuống 1% ABV. Điều này đảm bảo rằng không có lượng cồn chất lượng nào bị lãng phí, trong khi phần chất lỏng còn lại trong bình chưng cất - thường được gọi là cặn đã qua sử dụng (spent lees) được loại bỏ một cách hiệu quả. Quy trình này tối ưu hóa việc tận dụng nguyên liệu, đồng thời đảm bảo chất lượng cao nhất cho rượu whisky thành phẩm.
2. Chưng cất trong Column still
Phương pháp chưng cất rượu whisky bằng Column Still được phát minh tại Scotland vào năm 1826 bởi Robert Stein và sau đó được Aeneas Coffey cải tiến, mang đến một bước tiến vượt bậc trong sản xuất rượu. Phương pháp này cho phép chưng cất hiệu quả các loại unmalted grain trong cột chưng cất, giúp việc sản xuất liên tục với sản lượng lớn.
Hiện nay, Column Still chủ yếu được sử dụng để chưng cất ngũ cốc và sản xuất các loại Blended Whisky, trong khi các loại Single Malt Whisky truyền thống vẫn được chưng cất bằng Pot Still (nồi chưng cất). Quá trình trong cột chưng cất dựa trên nguyên lý chưng cất phân đoạn, giúp tối ưu hóa việc tách các thành phần trong wash.
Trong cột chưng cất, wash được đưa vào từ phía trên và chảy xuống qua các tầng bên trong, trong khi hơi nước nóng được bơm từ dưới lên. Dòng hơi nước ngược chiều này làm cho rượu bốc hơi dễ dàng hơn, tách khỏi các tạp chất và di chuyển lên phía trên cột chưng cất. Kết quả là các hợp chất nhẹ hơn, như rượu ethanol, tập trung ở phần trên cột, trong khi nước và cặn nặng hơn lắng lại ở đáy.
Hầu hết các nhà máy chưng cất hiện đại đều sử dụng nhiều cột chưng cất nhằm tăng hiệu quả, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao nhất. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn giúp đáp ứng nhu cầu lớn trên thị trường rượu whisky toàn cầu.
Nguồn: whisky. com
