Khi còn là một đứa trẻ, tất cả chúng ta đều đã từng lè lưỡi khi thử nếm ngụm bia đầu tiên trong đời. Chúng ta tự hỏi "Tại sao người lớn lại có thể uống một thứ nước đắng mà chẳng có gì hấp dẫn đến vậy?".
Nhưng cũng vẫn những đứa trẻ ấy khi trưởng thành lại vô tình thích bia từ lúc nào không hay. Vị đắng của thứ thức uống này sẽ dịu lại khi một số thụ thể vị giác giảm độ nhạy trong quá trình chúng ta lớn lên. (Như một đặc điểm tiến hoá quan trọng, trẻ em cảm nhận vị đắng và vị ngọt mạnh hơn người lớn, thứ giúp chúng phân biệt thực phẩm nào có độc không ăn được và thực phẩm nào nhiều đường, giàu năng lượng).
Khi vị đắng của bia dịu lại, nó bắt đầu nhường chỗ cho vị thơm của hoa bia, vị ngọt của mạch nha, hương thoảng của mùi cồn và cảm giác mát lạnh tê tái từ những bọt khí chạm vào đầu lưỡi. Hương vị của một cốc bia là sự tổng hoà của khoảng hơn 800 hợp chất có trong đó, những hợp chất đã trải qua nhiều công đoạn và phản ứng hoá học cầu kỳ mới có thể hình thành.
Một nghiên cứu mới trên tạp chí Frontiers in Chemistry đã khảo sát hơn 400 loại bia thương mại từ 40 quốc gia trên thế giới để xác định được 7.700 công thức hóa học khác nhau của chúng và hàng chục nghìn phân tử độc đáo có trong các loại bia này.
"Bia là một ví dụ điển hình cho một [thức uống] có sự phức tạp khổng lồ về mặt hóa học", Philippe Schmitt-Kopplin, đồng tác giả nghiên cứu đến từ Đại học Kỹ thuật Munich cho biết.
Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu từng hương vị của bia đến từ đâu, tại sao thứ thức uống này lại được mệnh danh là sinh tố lúa mạch, và có đúng là bia được nấu tại mỗi vùng miền hay một quốc gia lại có hương vị đặc trưng riêng, dù chúng cùng được làm ra từ cùng một công thức hay không?
Hãy nói đến thành phần đầu tiên: Nước
Thành phần đầu tiên trong bất kỳ loại bia nào là nước. Nước thường chiếm 90–96% trong bia, phần còn lại chủ yếu là cồn và các hợp chất tạo nên hương vị. Thế nhưng tin hay không tùy bạn, chính nước - một thứ chất lỏng vô vị tưởng chừng chỉ làm nền lại có tác động lớn đến hương vị của bia. Đó là lý do tại sao cùng một công thức, bia nấu ở vùng này lại có vị khác với bia ở vùng khác, do thứ nước họ sử dụng khác nhau.
Những vùng nào có nước cứng, nghĩa là nước chứa có độ pH cao do chứa một lượng lớn bicacbonat và canxi, bia làm ra thường có vị gắt. Để tránh điều đó, các nhà sản xuất sẽ thêm vào các enzym có pH thấp trong khoảng 5,1–5,5 để làm mềm bớt nước cứng. Điều này cũng đòi hỏi mạch nha phải được rang - để nâng thêm độ axit trong bia. Chính nước cứng đã tạo ra loại bia đen ở Ireland (chẳng hạn như Guinness) khi chúng được phát triển ở đó.
Mặt khác, các vùng như Pilsen ở Cộng hòa Séc lại có nước rất mềm. Điều này có nghĩa là độ pH của nó tương đối thấp. Nước mềm rất thích hợp để nấu bia có nồng độ cồn thấp, và nó cho ra các loại bia nhạt như hoppy hay pilsner.
Nước chính là thành phần khác biệt tạo ra nhiều loại bia đặc trưng ở nhiều vùng miền trên thế giới.
Tuy nhiên, một nhà máy bia hiện đại bây giờ thường đã trang bị các máy lọc nước, có thể cho ra nước tinh khiết không lẫn kiềm hay axit. Để có thể tạo ra các loại bia nhạt hay gắt tùy ý, họ sẽ bổ sung thêm muối chẳng hạn như canxi sunfat và clorua canxi, trở lại hỗn hợp để có được độ pH lý tưởng trong quá trình sản xuất bia.
Vị ngọt của bia đến từ: Mạch nha
Sau khi nước đã được lọc, nó cần được đun tới một nhiệt độ thích hợp cho bước tiếp theo của quy trình: nghiền. Về cơ bản, hỗn hợp này là hỗn hợp của nước nóng và mạch nha nghiền nát ra như cháo chảy.
Mục đích của việc nghiền là biến đổi các chuỗi carbohydrate (tinh bột) dài thành đường có thể lên men bằng cách sử dụng các enzym tự nhiên. Nhà sản xuất bia cần phải tính đến cả thành phần hóa học của nước và số lượng enzym trong mỗi loại mạch nha để tạo ra một công thức bia ngon.
Nhiệt độ của hỗn hợp mạch nha nghiền và nước này làm cho các enzym cụ thể được kích hoạt. Hai enzym - β-amylase và α-amylase - là phổ biến nhất, chịu trách nhiệm phá vỡ các phân tử tinh bột lớn thành các đoạn đường nhỏ hơn. Mỗi enzyme chiết xuất một loại carbohydrate cụ thể.
β-amylase tạo ra đường có thể lên men (chẳng hạn như maltose), sau đó được biến thành rượu và CO2 trong quá trình lên men. α-amylase tạo ra đường không thể lên men (chẳng hạn như maltodextrins), ở trong bia, nó làm tăng thêm thể tích, thêm cảm giác no và mang lại hương vị ngọt ngào của mạch nha cho bia.
Bởi β-amylase được hoạt hóa ở khoảng 62–67ºC còn α-amylase ở khoảng 71–72ºC, bằng cách kiểm soát cẩn thận nhiệt độ của quá trình nghiền, nhà sản xuất bia có thể xác định tỷ lệ giữa hai loại đường, từ đó quyết định hàm lượng cồn và hương vị mạch nha cuối cùng còn lại trong bia.
Mạch nha được nghiền trong nước nóng để tạo ra đường, từ đó lên men thành bia.
Hoa bia: Sự cân bằng giữa hương thơm và vị đắng
Quá trình nghiền thường mất khoảng một giờ để chuyển đổi hoàn toàn tinh bột trong mạch nha thành đường. Lúc này, người ta bắt đầu đun nước ủ. Lí do nước ủ cần phải được đun sôi là để làm cho bia trong lại và có hương vị.
Quá trình nghiền không chỉ tạo ra đường mà còn tạo ra các mảnh protein. Các nhà sản xuất bia muốn loại bỏ những protein này vì nó làm cho bia của họ bị vẩn đục. Bằng cách đun sôi nước ủ trong khoảng một giờ, các protein sẽ bị chia cắt thành các phần nhỏ hơn, không hòa tan trong bia. Công việc sau đó của nhà sản xuất chỉ là lọc bỏ chúng.
Trong quá trình đun nước ủ, người ta sẽ thêm vào bia một thành phần không thể thiếu, đó là hoa bia. Hoa bia được sử dụng trong sản xuất bia là hoa của cây Humulus lupulus. Chúng phát triển trên những dây leo dài, có chiều dài lên đến vài mét. Hoa bia chỉ mọc ở những nơi có đất ẩm, không khí khô và một điều kiện khí hậu thích hợp.
Thứ nguyên liệu này chứa một loạt các hợp chất hóa học khác nhau, ảnh hưởng đến hương vị của bia mà quan trọng nhất là axit alpha và beta. Axit alpha hoạt động như một chất kháng khuẩn nhẹ và tạo thêm vị đắng cho bia trong quá trình đun sôi. Axit beta là tinh dầu, đóng vai trò như các hợp chất tạo mùi thơm đặc trưng cho bia vì chúng dễ bay hơi.
Bởi vì các loại hoa bia khác nhau có tỷ lệ axit alpha và beta khác nhau, người trồng hoa bia phải gửi mẫu phẩm của họ tới phòng thí nghiệm phân tích trước khi bán ra cho nhà sản xuất bia. Với các thông số axit alpha và beta mà họ được cung cấp, nhà sản xuất lúc này sẽ biết loại hoa bia này sẽ ảnh hưởng thế nào tới vị bia của mình.
Hoa bia được sử dụng trong sản xuất bia là hoa của cây Humulus lupulus.
Để tạo ra một loại bia có sự kết hợp tối ưu giữa vị đắng, hương vị và hương thơm, người nấu bia phải tính đến tỷ lệ giữa hai loại axit alpha và beta. Một cách hiệu quả để làm điều đó là đưa hoa bia có vị đắng dễ chịu chứa nhiều axit alpha vào nước ủ trước, đun sôi trong khoảng 1 giờ đồng hồ, rồi mới thêm vào hoa bia chứa axit beta dễ bay hơi để tạo vị thơm.
Nước ủ sau đó được làm lạnh xuống khoảng 20ºC. Nó sẽ được sục oxy rồi bơm vào một bình chứa để chuẩn bị cho bước quyết định: lên men.
Khi đường biến thành rượu
Khi hoa bia đã được thêm vào nước ủ và làm nguội, hỗn hợp này đã sẵn sàng để chuyển hóa từ một chất lỏng có đường ngọt ngào thành thứ thức uống có cồn và thơm ngon. Nó cần nấm men để tạo ra được sự chuyển hoá đó.
Men được coi là trái tim của quá trình nấu bia, nó chịu trách nhiệm chuyển đổi đường thành rượu và CO2. Có tới hơn 1.000 loại nấm men khác nhau trong tự nhiên, nhưng dùng để làm bia thì chỉ có hai loại: Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces pastorianus, đặt theo tên nhà bác học người Pháp Louis Pasteur. Chúng thường được gọi chung là men bia.
Vai trò của men bia là chuyển hóa đường thành thành rượu và CO2. Quá trình lên men bia thường trải qua ba bước: lên men chính, lên men phụ và điều hòa. Quá trình lên men chính bao gồm giai đoạn hiếu khí (có oxy) và giai đoạn kỵ khí (không có oxy).
Trong giai đoạn hiếu khí, các tế bào nấm men ăn oxy trong nước ủ và nhân lên, tạo ra một loạt các hợp chất hương vị, chẳng hạn như este (hương trái cây), phenol (cỏ ba lá), diacetyl (bơ) và các hợp chất chứa lưu huỳnh.
Các điều kiện chính xác của quá trình lên men quyết định những hợp chất nào được tạo ra trong quá trình này. Một nhà sản xuất bia có thể kiểm soát các thông số như nhiệt độ, hàm lượng oxy, hàm lượng nấm men để tạo ra loại hương vị phù hợp.
Men bia Saccharomyces cereviciae, ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử.
Khi oxy đã được tiêu thụ, nấm men chuyển sang quá trình lên men kỵ khí, trong đó chúng ăn đường và tạo ra rượu và CO2. Các chủng nấm men khác nhau lên men tối ưu ở các nhiệt độ khác nhau, với nấm men Saccharomyces cerevisiae là nhiệt độ từ 17–24ºC, và Saccharomyces pastorianus ở nhiệt độ từ 8–14ºC.
Tiếp theo, bia được chuyển vào một thiết bị lên men khác để lên men phụ, trong đó các hạt men bắt đầu rơi ra khỏi đám huyền phù, và một số hương vị kém mong muốn hơn được làm dịu đi.
Cuối cùng, bia được làm lạnh ở nhiệt độ khoảng 0ºC, cho phép phần lớn nấm men thoát ra ngoài, làm sạch bia và ổn định hương vị tạo ra trong quá trình lên men.
Công thức cho những bọt khí
Sau khi lên men, bia cuối cùng đã sẵn sàng để đóng gói và tiêu thụ. Nhưng vẫn còn một thành phần nữa không thể thiếu: những bọt khí. Chúng ta biết trong quá trình lên men bia tạo ra CO2, nhưng đó không hẳn là CO2 tạo ra bọt bia mà bạn đang uống.
Trong quá trình lên men, CO2 cần phải được giải phóng bởi nếu không, nó sẽ tạo ra áp suất và làm nổ bình lên men. Để giúp cho bia có gas, hay khí, nhà sản xuất sau đó sẽ thêm nó vào trong quá trình đóng chai, bằng hai cách: Một là sục khí trực tiếp hai là bỏ thêm một chút đường vào chai để lượng men nhỏ còn sót lại trong bia tiếp tục lên men đường và tạo ra CO2 cũng như rượu.
Cách thứ hai đòi hỏi nhà sản xuất phải đợi khoảng vài tuần lễ, nên nhiều hãng bia công nghiệp sẽ chọn cách thứ nhất. Họ dùng một thiết bị gọi là carb-stone là một ống rỗng bọc quanh bằng màng lưới để sục CO2 vào bia trước khi đóng chai chúng.
Quá trình lên men giải phóng CO2 trong các bể chứa bia khổng lồ tại nhà máy
Bây giờ, bật nắp chai bia ra và bạn có thể thấy một luồng khí CO2 và bọt trào ra mang theo mùi thơm từ tinh dầu và các este có trong men và hoa bia. Đổ nó vào cốc thủy tinh, bạn có thể thấy ngay bia có mùi và màu của mạch nha.
Khi nếm nó, bạn sẽ trải nghiệm được một bản giao hưởng mùi vị mà nhà sản xuất đã chắt lọc từ mọi công đoạn của họ, từ nguồn nước được chọn, lúc mạch nha được nghiền, ủ rồi lên men.
Iso-humulone, tinh dầu và este kích hoạt các thụ thể vị giác trên lưỡi của bạn, trong khi CO2 mang các hợp chất hương vị vào mũi kích hoạt vô số tín hiệu hương vị trong não của bạn. Trong một phần mười của một giây, bạn xử lý tất cả những tín hiệu vị giác và khứu giác ấn tượng này trước khi ngụm bia được nuốt xuống bụng.
Bia rõ ràng là một thức uống tinh vi, đòi hỏi nhà sản xuất phải có những kiến thức sâu sắc về hóa học, sinh học, thậm chí một chút vật lý. Nó cho phép họ trong vài tuần có thể biến đổi bốn thành phần cơ bản - nước, mạch nha, hoa bia và men – thành những mẻ bia tươi ngon. Vì vậy, bây giờ hãy cùng nâng cốc vì họ và vì bản giao hưởng hóa học tuyệt vời mà chúng ta đang thưởng thức.
Tham khảo Compoundchem, Lateralmag, Frontiersin
Lấy link