Химический состав древесины дубовой бочки

Химический состав древесины дуба, применяемого в виноделии

Химический состав древесины дуба, применяемого в виноделии и коньячном производстве, сильно колеблется. Это видно из таблицы.

Таблица Химический состав древесины дуба

Основные компоненты древесины дуба

Содержание в древесине дуба компонентов, % к массе абсолютно сухой древесины

1

2

3

4

5

Дубильные вещества

Смолистые вещества

Целлюлоза

Гемицеллюлоза

Лигнин

2,0...10,0

0,3...0,6

23,0...50,0

17,0...30,0

17,0...30,0

Дубовая тара широко применяется в виноделии и коньячном производстве, главным образом, потому, что в ней относительно небольшое содержание смолистых веществ (0,3...0,6 %) по сравнению с тарой, изготовленной из дерева других пород, например, в сосне 3...8 %. Следует также отметить, что древесина дуба имеет повышенную плотность и прочность.

В зависимости от времени заготовки, места выращивания дуба и его вида, химический состав, а также физические свойства дерева, изменяются, что отражается на качестве коньячных спиртов, выдерживаемых в бочках из разной клепки. Согласно этим показателям характеристики дуба изменяется и цена при его заготовке. В бочках из дуба, имеющих наибольшее количество лигнина и меньше всего танидов, коньячный спирт имеет более высокие качественные показатели, чем при выдержке в бочках, изготовленных из дуба, содержащего меньше лигнина и больше танидов. Также в бочках, изготовленных из дуба с высоким содержанием лигнина и танидов и высоким общим объемом пор, после четырех лет выдержки получали спирт значительно высшего качества, чем в бочках с низким содержанием лигнина, танидов и общим объемом пор.

Следует отметить, что валовое содержание того или другого компонента в дереве дуба еще не определяет его способность экстрагироваться коньячным спиртом. Все компоненты дерева дуба делятся на легко добываемые фракции (легко гидролизируемые) и трудно добываемые (трудно гидролизируемые).

Химический состав и важнейшие свойства компонентов древесины дуба, имеющие определенное значение при выдержке коньячных спиртов, рассмотрим ниже.

Лигнин. Лигнин состоит, главным образом, из ароматических соединений, соединенных между собой, а также с углеводами. При нагревании со спиртом в присутствии каталитического количества НCl дает смесь продуктов этанолиза – кетонов. Лигнин дерева дуба представляет собой разветвленный полимер с молекулярной массой около 7000...10000. Основными цепями ароматической части лигнина дуба являются β-оксиконифриловый и 4-окси 3, 5-диметоксикоричный (сирингиловый) спирт.

Лигнин имеет ряд характерных цветных реакций – это появление красно-фиолетовой окраски с флюроглюцином в концентрированной соляной кислоте. Лигнин может давать синий цвет со смесью хлорного железа и железосинеродистого калия, а с ортофосфорной кислотой – оранжевый.

В лигнине находится сравнительно высокое содержание углерода (58...65 %), водорода содержится 4,5...6,5 %. Количество метоксильных групп колеблется от 13 до 22 %.

Из разных химических свойств лигнина следует выделить его легкую, по сравнению с целлюлозой, окисляемость (некоторые фракции лигнина окисляются перманганатом калия). При окислении лигнина дуба нитробензолом в щелочной среде был выделен ванилин и сиреневый альдегид.

Одним из методов выделения лигнина из дуба является метод получения растворимого естественного лигнина, характеризуемого очень тонким помолом дерева в вибрационной мельнице со следующей экстракцией диоксаном. Очень мягким методом выделения лигнина является экстракция опилок дерева дуба этиловым спиртом при комнатной температуре (выход лигнина при этом методе очень низкий – до 3 %). Интенсификация выделения лигнина в спиртовой среде усиливается при добавлении небольших количеств кислот со следующим подогревом. Еще одним способом выделения лигнина выступает нагревание с диоксаном опилок дуба, содержащих небольшие количества кислоты. При этом образуется диоксан-лигнин.

Чистый лигнин может быть выделен при повышении температуры тонкого помола древесины дуба с фенолами, некоторыми кислотами, разными спиртами, щелочными реактивами, бисульфитом, гидротропными растворителями, мягким гидрированием и другими методами.

Распространенным методом химического определения лигнина является метод, основанный на гидролизе всех углеводных компонентов концентрированной серной кислотой (72 %), а также сверхконцентрированной соляной кислотой(42 %).

Дубильные вещества (таниды). Они находятся в клетках древесинной паренхимы и паренхимных клетках сердцевинных лучей, а также в межклеточных ходах, из которых таниды легче всего вымываются. Количество легкоизвлекаемых дубильных веществ с возрастом дуба увеличивается, а трудноизвлекаемых – снижается. Значительная часть танидов может быть выделена из дерева дуба при его обработке горячей водой. Их добывание интенсифицируется при подкислении и, особенно, при добавлении щелочи. Максимальное количество танидов дуба добывают водно-спиртовые растворы при содержании спирта 45...55 % об.

По данным Скурихина И. М., элементарный состав танидов дуба следующий: углерод – 41,43; водород – 4,08; кислород – 54,49 при 0,5%-ном содержании метоксильных групп.

Таниды дуба содержат около 25 % пирогаловых гидроксильных групп и не содержат пирокатехиновых и флорглюциновых гидроксильных групп. В целом дубильные вещества дуба характеризуются кислыми свойствами – 1 %-ий экстракт дерева дуба имеет рН 3,36. Таниды дуба являются довольно кислыми соединениями. Они по силе близки к уксусной кислоте. Эквивалентная масса танидов дуба равняется 250...300. На нейтрализацию 1 г танидов дуба тратится 40...45 мл 0,1 н NaОН.

По результатам многоразовых исследований учеными-виноделами было установлено, что таниды дуба представляют собой ароматический полимер, содержащий гидроксильные и карбоксильные группы. Этот полимер включает в себя трудновыделяемые примеси лигнина и сахаров.

Таниды дуба имеют такие красящие реакции: с FeCl3 они дают синюю окраску; с ортофосфорной кислотой образуют интенсивно синий цвет; с сульфаниловой кислотой – желтую. Таниды восстанавливают феллинговую жидкость, и потому их осаждают при определении сахаров в коньячных спиртах. Они легко окисляются кислородом воздуха и другими окислительными агентами. При этом следует отметить, что скорость окисления кислородом воздуха сильно возрастает с увеличением рН (особенно после рН 4). При окислении танидов растворы темнеют. Легко окисляет таниды дуба перманганат, аммиачный оксид серебра и бихромат.

Дубильные вещества дуба хорошо растворяются в ацетоне, этиловом спирте и воде. С солями металлов образуют танаты, которые могут быть нерастворимыми (свинца, ртути, цинка и кальция), растворимыми (калия и натрия) и частично растворимыми (железа и меди). Почернение выдержанных коньячных спиртов объясняется образованием танатов железа.

Таниды дуба довольно активно вступают во взаимосвязь с белками, осаждаются на кожаном порошке и желатином. При взаимодействии с желатином осаждаемость танидов зависит от их молекулярной массы. Сначала осаждаются более высокомолекулярные таниды, а потом дубильные вещества с меньшей молекулярной массой.

Самыми распространенными методами определения танидов дуба являются определение с кожаным порошком и определение путем окисления перманганатом. Таниды дуба, как и другие полифенолы, имеют горький вкус, исчезающий при окислении, а также Р-витаминное действие.

Гемицеллюлозы. Это углеводный комплекс дерева, в состав которого входят пентозаны, гексозаны и полиурониды. Гемицеллюлозы в дереве дуба представлены, главным образом, пентозанами (до 23 % от массы дерева). Основную массу пентозанов составляет ксилан – цепочка остатков α-ксилопиронозы, связанной β-связью между 1 и 4 углеводными атомами.

Из пентозанов в дубе найден арабан - 0,4...2 % от массы дерева, представляющий собой цепь L-арабофуранозы, соединенной α-гликозидной связью между 1-3 и 1-5 углеводами. Из гексозанов в дубе найден галактан в количестве 0,3...1,3 % от массы дерева. Глюкан, находящийся в дереве дуба (до 10 %), при гидролизе переходит в глюкозу. Вся эта фракция углеводов относится к легкогидролизируемой части целлюлозы. Количество крахмала в дереве дуба не превышает 1,3 % от его массы.

До 5 % в дереве дуба составляют полиураниды, представленные глюкуроновой кислотой. Пентозаны в дереве дуба связаны с урановой кислотой, на одну молекулу которой приходится от 4 до 6 молекул ксилозы.

Молекулярная масса гемицеллюлоз колеблется от 1500 до 2300 и больше.

Очень важным свойством гемицеллюлоз, отличающим их от других веществ углеводного характера, например целлюлозы, является способность легко гидролизироваться под действием разных кислот и щелочей. В этом направлении гемицеллюлозы делятся на две фракции: легкогидролизируемые, способные выделяться под действием слабых (0,5...2,5 %) минеральных кислот, и трудногидролизируемые, которые выделяются концентрированными (до 80 %) минеральными кислотами. Обе эти фракции в древесине представлены приблизительно равными количествами.

Сравнительно легко протекает гидролиз гемицеллюлоз в присутствии таких слабых кислот как уксусная. Доказано, что и при водном гидролизе дерева дуба без применения дополнительных катализаторов происходит заметный гидролиз гемицеллюлоз. При этом сначала гидролизируемые полисахариды растворяются и переходят в декстрины, и только потом декстрины гидролизируются до моносахаридов.

Целлюлоза. В дереве дуба целлюлоза представлена длинными цепями молекул, образованными двумя β-D-глюкозидными остатками, связанными между 1 и 4 углеродом. Молекулярная масса целлюлозы колеблется от 75000 до 6000000. Молекулы целлюлозы соединяются между собой сложноэфирными и водородными или глюкозидными связями.

Из всех различных компонентов дерева дуба целлюлоза является наиболее инертной. Для того чтобы расщепить ее до глюкозы, необходимо применить сильные минеральные кислоты и высокие температуры.

Зольные, смолистые и другие вещества дуба. В состав смолистых веществ входят жирные алифатические кислоты (как насыщенные, так и ненасыщенные), терпены и жиры (смоляных кислоты не найдено). Смолистые вещества связаны с дубильными веществами по месту их локализации, так как при разных приемах, связанных с удалением дубильных веществ (кислотой, содой, паром, водой) наблюдается резкое снижение количества и смолистых веществ. Как в виноделии, так и в коньячном производстве смолистые вещества нежелательны.

В дереве дуба найдено 2...3 % уксусной кислоты, которая легко выделяется, и заметные количества молочной кислоты, а в дубовых экстрактах – полифенолы типа галловой кислоты (до 10 % от количества дубильных веществ).

В дереве дуба содержится небольшое количество (до 1,3 %, учитывая азот) азотистых веществ (белки и аминокислоты), входящих в состав клеточного сока и протоплазмы. В серединном слое дуба найдены небольшие количества пектина и крахмала.

Зола составляет от 0,3 до 1 % от массы абсолютно сухого дерева. Состав золы включает в себя К2О, Na2О, MgО, СаО, Р2О5, SО3, SiО2

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить