Установление оптимальных режимов комбинированной обработки древесины дуба ультразвуком и теплом для ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарной выдержке Коновалова Наталья Николаевна

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. 1. Обзор литературы

1.1. Дуб и его использование в виноделии 7

1.2. Влияние условий произрастания на структуру, физико-механические свойства и химический состав древесины дуба 8

1.2.1. Влияние условий произрастания на анатомическую структуру и физико-механические свойства древесины дуба 9

1.2.2. Влияние условий произрастания на химический состав древесины 19

1.3. Роль древесины дуба при созревании коньячных спиртов 22

1.4. Существующие способы ускоренного созревания коньячных спиртов 26

ГЛАВА II. Экспериментальная часть

2.1. Объекты и методы исследования 38

2.1.1. Объекты исследования 38

2.1.2. Методы исследования 41

2.2. Анатомическая характеристика и химический состав образцов древесины дуба, используемых в работе 49

2.2.1. Анатомическая характеристика исследуемых образцов древесины дуба 49

2.2.2. Химический состав исследуемых образцов древесины дуба 56

2.3. Влияние ультразвука на анатомическую структуру и химический состав древесины выдержанного дуба черешчатого 59

2.3.1. Влияние ультразвука на анатомическую структуру древесины дуба 61

2.3.2. Влияние ультразвука на химический состав древесины дуба 67

2.4. Влияние обработки теплом на анатомическую структуру и химический состав древесины выдержанного дуба черешчатого 72

2.4.1. Влияние обработки теплом на анатомическую структуру древесины 72

2.4.2. Влияние обработки теплом на химический состав древесины .75

2.5. Влияние обработки теплом на анатомическую структуру и химический состав древесины свежесрубленного дуба черешчатого 79

2.5.1. Влияние обработки теплом на анатомическую структуру древесины 80

2.5.2. Влияние обработки теплом на химический состав древесины 85

2.6. Влияние ультразвука и тепла на анатомическую структуру и химический состав древесины выдержанного дуба черешчатого 90

2.7. Химический состав водно-спиртовых (65 % об.) и водных экстрактов древесины выдержанного дуба черешчатого после различных видов обработки 96

2.7.1. Влияние ультразвука на интенсивность экстракции компонентов древесины выдержанного дуба черешчатого 96

2.7.2. Влияние тепловой обработки на интенсивность экстракции компонентов древесины выдержанного дуба черешчатого 98

2.7.3. Сравнение режимов тепловой обработки древесины выдержанного дуба черешчатого, используемых в работе 101

2.7.4. Влияние ультразвука и тепла на интенсивность экстракции ком понентов древесины выдержанного дуба черешчатого 102

2.8. Технологическая схема ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарной выдержке 111

2.9. Обсуждение результатов 115

3.0. Выводы 12?

3.1. Список литературы

• Влияние условий произрастания на структуру, физико-механические свойства и химический состав древесины дуба
• Влияние условий произрастания на химический состав древесины
• Анатомическая характеристика и химический состав образцов древесины дуба, используемых в работе
• Химический состав водно-спиртовых (65 % об.) и водных экстрактов древесины выдержанного дуба черешчатого после различных видов обработки

Введение к работе

Современный рынок в России представлен широким ассортиментом винодельческой продукции, в ней особое место занимают крепкие спиртные напитки (коньяк, бренди и др.), спрос на которые в последнее время существенно увеличился. Высокая потребность на коньяки и напитки коньячного типа не может обеспечиваться одной классической технологией. Поэтому рост объема коньячного производства в России требует наряду с развитием классической технологии, дальнейшего совершенствования существующих и разработку новых технологий, основанных на использовании резервуарного метода выдержки коньячных спиртов.

Важным условием, обеспечивающим качество при резервуарном способе, является предварительная обработка древесины и подготовка ее к дальнейшему взаимодействию с коньячным спиртом. Древесина дуба, как известно, является ценным и дорогостоящим материалом. Запасы дуба скального, наиболее широко используемого в виноделии, как в России, так и зарубежом, последние годы существенно сокращаются. Поэтому поиск и изучение других видов дуба, произрастающих на территории России, является актуальным вопросом на сегодняшний день.

Немаловажной задачей также является разработка новых эффективных способов обработки древесины, которые позволили бы многократно ее использовать в технологическом процессе. Было предложено большое количество таких способов обработки древесины дуба (Скурихин И.М., Мнждоян Е.А., Джанполадян Е.Л., Личев В.И., Оганесянц А.Л. и др.), среди них значительный интерес представляют физические методы - тепловая, ультразвуковая обработки и др.

Одно время ультразвук активно использовали в виноделии для ускорения седиментации винного камня для более эффективного осветления сусла и ви-номатериалов (Белоконь B.C. и др., 1974; Гасюк Г.Н. и соавт., 1962). Ультразвук также использовали для обработки полусладких вин с целью повышения

их стойкости к микробиологическим помутнениям (Чхаидзе Р.Т. и др., 1971). Полученные результаты показали, что непродолжительная обработка ультразвуком существенно снижает содержание микроорганизмов в вине, а при определенных экспозициях вина становятся стерильными.

Отдельные исследования проводились по обработке ультразвуком коньячных спиртов или системы коньячный спирт-древесина (Чамбер и Смит, 1937; Личев В.И., 1956, 1980). Авторами экспериментально было показано, что ультразвук способен оказывать положительное влияние на формирование органо-лептических качеств коньячных спиртов и способствовать ускорению их созревания.

Основная часть проводившихся работ касалась обработки ультразвуком жидкой фазы (коньячного спирта). Влиянию обработки на структуру и свойства древесины дуба уделялось мало внимания. Озвучивание непосредственно коньячного спирта оказывает сравнительно грубое воздействие на его химический состав, поскольку ультразвук обладает значительным окислительным действием. Влияние, оказываемое на коньячный спирт, через древесину дуба, предварительно обработанную ультразвуком, существенно смягчается и изменяется характер процессов созревания коньячного спирта при выдержке на такой древесине.

Известно, что ультразвуковая обработка растительного сырья приводит к существенному повышению интенсивности экстракции ряда соединений (Молчанов Г.И., 1981). Несомненно, что изучение механизма воздействия ультразвуковых колебаний на анатомическую структуру и химический состав древесины дуба очень важно для понимания сущности происходящих при этом процессов. Изучение и контролирование этих процессов позволит разработать на их основе новые методы предварительной обработки древесины дуба.

Поиск эффективных методов такой обработки остается и сейчас актуальной задачей.

7 1. Обзор литературы

1. Щуб и его использование в виноделии.

Дуб (Quercus sp.) издавна широко используется во всем мире для приготовления винодельческих емкостей. Такое его применение определяется уникальностью физико-механических свойств и богатым химическим составом его древесины.

Хотя по систематике дуба насчитывается более 450 видов (Саришвили Н.Г., 1998), для изготовления бочек в виноделии традиционно используется древесина двух видов дуба: дуба черешчатого или летнего (Q. Robur L.) и дуба скального или зимнего (Q. Petraea L. Ex Liebl.).

Ареал распространения дуба довольно широк как в нашей стране, так и за рубежом.

Основной сырьевой базой для изготовления бочек в нашей стране до настоящего времени являлся Краснодарский край и республика Адыгеи (Северный Кавказ). Этот регион характеризуется наиболее благоприятными условиями для произрастания дуба скального, который также преобладает в древостоях Франции. Другим конкурентоспособным источником для производства тары является дуб черешчатый, произрастающий в Воронежской и Тульской областях. О возможности его использования в качестве сырья для производства высококачественных бочек говорили многие ученые (Оганесянц Л.А. и др., 1994). Дуб черешчатый более пластичен по отношению к требуемым условиям среды в отличие от дуба скального, произрастающего в основном в горной части Краснодарского края. Он выдерживает засуху и засоление почв. Хорошая адаптация к условиям произрастания позволила ему расширить ареал своего распространения (В.В. Коровин, 2002).

Чистые древостой дуба черешчатого, занимающие достаточно обширные территории, сохранились до нашего времени только в нескольких хорошо известных лесных массивах, таких как Шипов лес, Теллермановская дача (Воронежская обл.) и Тульские засеки (Тульская обл.). До недавнего времени в Ши-

8 повом лесу еще существовал выдел дуба без примесей других пород с высотой стволов около 30 м, эти деревья характеризовались ровной колонновидной формой стволов, бессучковая зона которых составляла порядка 18 - 22 м. Дуб с такими характеристиками удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к дубовой древесине, как к сырью для изготовления бочек (Коровин В.В., 2002).

1.2. Влияние условий произрастания дуба черешчатого на структуру, физико-механические свойства и химический состав его древесины.

Для производства высококачественных бочек необходимо учитывать химический состав, физико-механические свойства древесины, которые являются следствием условий произрастания (Оганесянц Л.А., 1994).

Естественный максимальный выход рабочей древесины возможен при благоприятных для роста дерева условиях. В этом случае наблюдается наибольшая скорость роста в высоту и по диаметру.

Большое внимание исследованию древесины дуба, произрастающего в Воронежской области (Теллермановское лесничество) уделяли Вихров В.Е. (1949), Никитин Н.И. (1950), Баженов В.А. (1952) и др. Они изучали влияние условий произрастания на строение, физико-механические свойства древесины дуба. Объектом этих исследований являлись географические культуры дуба Шипового лесничества (Воронежская область), заложенных в 1929 году. Это лесничество, также как и Теллермановское, является частью Шипова леса, расположенного в южной полосе дубовых лесов в районе степных дубрав. Шипов лес - самый крупный лесной массив юго-востока европейской части бывшего СССР (Енькова Е.И., 1950).

Изучением влияния условий произрастания на строение, химический состав и физико-механические свойства древесины занимались многие ученые. Знание перечисленных характеристик для разных пород позволяет проводить

9 предварительную качественную оценку древесины "на корне", и правильно оценивать ее целевое назначение.

Для повышения производительности дубрав важную роль играет наличие форм, отличающихся быстротой роста, легкой адаптацией к климатическим условиям зоны произрастания. В связи с широким ареалом распространения дуба (на востоке граница его распространения доходит до Урала, его северная граница проходит севернее Санкт-Петербурга, он также встречается в Крыму и на Кавказе) проведение идентификации климатических экотипов дуба являлось важной задачей. Данный вопрос достаточно хорошо был изучен для хвойных древесных пород. Относительно дуба имелись очень скудные данные и те были противоречивыми (Енькова Е.И., 1950). Подробное исследование экотипов дуба проводила Енькова Е.И. (1950), занимаясь изучением различных форм дуба в условиях Шипова леса, она подтвердила наличие рано и поздно распускающихся форм дуба и установила, что для условий Шипова леса (с богатыми почвами) следует применять поздно распускающуюся форму дуба. Преимущество этой формы перед рано распускающейся состоит в том, что она выходит из полосы поздних весенних заморозков, характерных для данного региона, имеет более правильную форму ствола и обладает лучшими физико-механическими свойствами.

1.2.1. Влияние условий произрастания на анатомическую структуру и физико-механические свойств древесины дуба. К важным количественным анатомическим характеристикам древесины лиственных пород, в том числе древесины дуба, относятся поверхностная пористость (в %), ширина годичного слоя, процентное соотношение (объем) различных тканей и характер их распределения в пределах годичного кольца, размеры анатомических элементов, густота, высота и ширина сердцевинных лучей и др. (Ванин СИ., 1949).

10 Для производства дубовых клепок следует отбирать деревья, достигшие 80-летнего возраста, поскольку именно с этого периода прекращается интенсивность роста стволов в высоту и прирост в основном осуществляется за счет увеличения диаметра (Оганесяна Л.А., 1998).

У дуба, относящегося к кольцесосудистым породам, прирост ствола осуществляется за счет поздней древесины годичного слоя. Влияние условий произрастания сказывается на ширине формирующихся годичных колец древесины и величине удельного объема поздней древесины.

Как известно, древесина представляет собой совокупность множества отдельных анатомических элементов и, следовательно, является анизотропным материалом, имеющим сложное строение. Чтобы лучше разобраться в том, какое влияние оказывают внешние факторы на свойства древесины необходимо изучить взаимосвязь ее анатомического строения и физико-механических свойств. В 40 - начале 50-х годов на эту тему было проведено большое количество работ. Основным объектом исследования являлись хвойные породы, в основном лиственница, (Перелыгин Л.М., 1939; Пахомов И.Д., 1938; Вихров В.Е., 1949).

Лиственным породам было посвящено значительно меньшее количество работ. Так древесиной березы занимались Штауффер (1982), Савина А.В. и Перелыгин Л.М. (1936), аналогичные исследования на древесине дуба проводил Вихров В.Е. (1950, 1953). Он был одним из первых, кто стал рассматривать строение древесины дуба в тесной связи с его физико-механическими свойствами. Вихров проводил свои исследования на дубе Теллермановского лесничества, произрастающего в различных климатических условиях: в нагорной дубраве, в пойме реки Хапер и в солонцовом дубняке. Условия произрастания нагорного дуба характеризуются благоприятными почвенными условиями (тем-носерые, лесные почвы), водным и световым режимами. Пойменный дуб растет на аллювиальных почвах с достаточным влагообеспечением, в период разлива реки деревья испытывают даже избыточное увлажнение. Солонцовый дуб

произрастает в обедненных почвенных условиях, а также неблагоприятных условиях водного и теплового режима. Вместе эти условия приводят к замедлению роста и развития деревьев (Вихров, 1949).

В зависимости от изменений условий роста автор наблюдал некоторые различия в ширине формирующихся годичных слоев и процентном содержании в них поздней древесины. Так, например, у нагорного дуба ширина годичного слоя колебалась по высоте ствола от 1.88 % (в нижней части ствола) до 2. 47 мм, а процентное содержание поздней древесины соответственно составляло от 67 % до 77.6 % соответственно. У пойменного дуба ширина годичных слоев и поздней древесины у основания ствола несколько больше чем у нагорного; по высоте ствола - одинаковая. Процент поздней древесины у пойменного дуба в среднем на 8-12 % выше, чем у нагорного и солонцового. Что касается древесины солонцового дуба, то по высоте и по радиусу ствола ширина годичных слоев у него в отличие от нагорного и пойменного дуба не увеличивается, а уменьшается. Это объясняется неблагоприятными условиями развития деревьев.

Существует мнение, что чем более широкими годичными кольцами характеризуется древесина, тем более высокой прочностью она обладает (Са-ришвили Н.Г., 1996). Однако это не всегда соблюдается. Вихров В.И.(1950), исследуя образцы дуба произраставшего в разных типах леса (нагорном, пойменном и солонцовом), обнаружил, что древесина нагорного дуба в среднем имеет более широкие годичные кольца по сравнению с пойменным и солонцовым; однако самый высокий процент поздней древесины был найден у пойменного дуба (79.7 %), у нагорного меньше - (67.0 %) и самый низкий у солонцового (60.0 %).

Несмотря на это образцы древесины пойменного дуба, обладающего наиболее высоким процентом поздней части годичного слоя, характеризовались более низким показателем прочности по сравнению с дубом из нагорной дубравы. Автор объясняет это тем, что в связи с условиями роста при избыточ-

12 ном содержании влаги соотношение элементов макроструктуры поздней древесины пойменного дуба изменилось в сторону увеличения густоты сосудов поздней древесины, т.е. образования 'пористой' древесины и соответственно снижения содержания либриформа.

Следовательно, не всегда ширина годичного кольца может являться критерием оценки прочности древесины, нужно учитывать условия произрастания, видовые особенности древесины и др.

В результате проведенной работы Вихров В.Е. (1950) пришел к выводу, что на строение и физико-механические свойства древесины наиболее значительное влияние оказывают добротность и водный режим почвы, температура и определенные взаимоотношения между растениями фитоценоза.

Ширина годичного кольца помимо прочности характеризует долговечность дубовой тары, используемой в виноделии, и пригодность использования для выдержки вин и коньячных спиртов по химическому составу.

Различия в ширине годичных колец обуславливают соответствующие изменения анатомического строения древесины. В древесине с узкими годичными слоями больше проводящих элементов и меньше механических элементов и древесной паренхимы. Такая древесина содержит меньше экстрактивных веществ, находящихся в основном в паренхимных клетках (таннинов) и в то же время экстракция их происходит быстрее из-за большой пористости (Саришви-ли Н.Г., 1996). Из этого вытекает, что вследствие более интенсивного перехода экстрактивных веществ в напитки, выдерживаемые в бочках, срок эксплуатации их будет меньшим. Однако такой вывод расходится с мнением, существующим в виноделии, согласно которому для изготовления бочек для выдержки вин и винных дистиллятов наиболее предпочтительной является мелкослой-ная древесина дуба (с узкими годичными кольцами), выросшая на тощих почвах (Герасимов М.А., (1952), Рудницкий А.Л. и др. (1959)).

При исследовании дуба черешчатого было установлено, что поздняя древесина дуба черешчатого из нагорной дубравы, обладающего более широ-

13 кими годичными кольцами, отличается незначительным содержанием сосудов. Основной объем занимают волокна либриформа с более утолщенными клеточными стенками по сравнению с другими видами дуба, что должно увеличивать прочность поздней древесины.

Этот момент очень важно учитывать, так как именно в клетках либриформа накапливается основной запас лигнина, являющегося источником ароматических альдегидов, кислот в коньячных спиртах и других крепких напитках, выдерживаемых в бочках (Саришвили Н.Г., 1996).

Изучение ширины годичных колец проводилось на древесине дуба, произрастающего в разных климатических зонах мира. Так, например, Саришвили Н.Г. и др. (1996) изучали особенности анатомической структуры древесины дуба из различных регионов мира (Краснодарского края; республики Адыгея; провинции Лимузен, Франция; Австрии) в зависимости от условий произрастания. Было установлено, что в строении древесины исследуемых образцов дуба имеют место признаки географической изменчивости, вероятнее всего, обусловленной климатическими факторами. Наиболее широкими годичными кольцами отличается древесина из Испании и Франции, так как эти страны характеризуются благоприятным теплым и влажным климатом. Значительно меньшими годичными кольцами отличается древесина Кавказа, Турции Болгарии, поскольку климат этих стран боле континентальный, а дуб, произрастающий в Австрии, например, по этому признаку приближается к испанскому и французскому дубам.

Наряду с шириной годичных колец и удельным объемом, занимаемым в них поздней древесиной, при выборе древесины для изготовления бочек важное значение имеют ширина заболони и ядра.

При обработке древесины часто приходится учитывать технические особенности древесины ядра и заболони (при пропитке, изготовлении тары, гнутье, сушке и др.). При жизни дерева роль ядра и заболони также различны. Поэтому изучение ширины заболони и ядра и их процентное соотношение в за-

14 висимости от возраста и условий произрастания представляют как научный, так и практический интерес. Ширина заболони по высоте ствола изменяется незначительно. Нижняя часть ствола характеризуется узкой заболонью по высоте ствола отмечается тенденция к некоторому увеличению ее толщины.

Изучение динамики соотношения ядра и заболони проводилось на древесине дуба черешчатого из Теллермановского лесничества. При сравнении ширины заболони у древесины дуба, произрастающего в различных климатических условиях, оказалось, что у дуба из пойменной дубравы ширина заболони самая узкая, состоящая всего из 5-7 годичных слоев, наиболее широкой заболонью отличается солонцовый дуб (10-12 слоев). Дуб из нагорной дубравы занимает промежуточное положение. Следовательно, ранее всего отмирание древесины и образование ядра происходит у пойменного дуба, потом у нагорного и позднее всех у солонцового (Вихров, 1949).

Механические свойства являются важным критерием оценки древесины дуба как сырья для производства клепок.

Ряд работ по изучению влияния условий произрастания на физико-химические свойства древесины дуба были опубликованы Перелыгиным Л.М. (1934). Исследуя различия физико-механических свойств древесины дуба, произрастающего в Шиповом лесу (Воронежская область) и в Казанском регионе, автор установил, что в условиях Шипова леса древесина деревьев отличается мелкослойностью, большим объемным весом при пониженном сопротивлении сжатию и ударному изгибу. Наряду с этим древесина дуба этого региона обладала рядом положительных признаков сравнительно с древесиной казанского дуба, а именно более высоким значением сопротивления статическому изгибу, а также меньшей усушкой и твердостью, что характеризует эту древесину как сырье, подходящее для производства бочковой тары.

Говоря о климатических условиях произрастания и их влиянии на параметры древесины, автор подразумевал водный, тепловой, световой режимы роста деревьев, но рядом исследователей (Перелыгин Л.М., 1934; Вихров В.Е. и

15 др., 1953) было установлено, что влияние перечисленных условий тесно связано с почвенными условиями роста деревьев, и часто влияние почв оказывается наиболее существенным.

В работе С.А.Богословского (1915), опубликованной еще в 1915 году, приведены данные о существенном влиянии типов почв на физико-механические свойства древесины дуба.

По мере повышения питательности почв улучшаются физико-химические свойства древесины дуба (Перелыгин, 1934). Изучив почвенные условия Шипова леса и Казанского региона, автор подразделил исследованную древесину на три категории: 1. На наиболее богатых почвах, к которым относятся темно-серые и серые суглинки Средневолжского края, а также деградированный чернозем и перегнойно-карбонатные почвы Шипова леса удается тяжелая древесина с высокими механическими свойствами. 2. Серые лесные почвы Тульских засек, аллювиальные почвы и солонцеватые суглинки Шипова леса дают сравнительно легкую древесину. Древесина с остальных исследованных почв по своим физико-механическим свойствам стоит посередине между первыми двумя категориями.

Изучение физико-механических свойств древесины дуба занимался Вихров В.Е. (1953). Для подробного изучения свойств древесины дуба автор определил физико- механические свойства ранней и поздней зон годичного кольца. Им было установлено, что на свойства древесины существенное влияние оказывает макро- и микроструктура древесины. Каждый годичный слой древесины дуба состоит из зон ранней и поздней древесины, которые различаются между собой размерами анатомических элементов, характером их расположения, а главным образом, объемным содержанием сосудов и древесных волокон. Все это обуславливает различные физико-механические свойства этих зон (Вихров В.Е., 1953).

В работе Вихрова В.Е. (1953) было показано, что объемный вес поздней древесины дуба в абсолютно сухом состоянии в 1.5 раза больше, чем ранней.

Также было установлено, что ранняя и поздняя древесина различаются объемным разбуханием и усушкой. Поздняя древесина по объему усыхает в 1.5 раза больше ранней, но менее равномерно. Установлено, что в целом древесина дуба усыхает сильно, но сравнительно более равномерно. Этой особенностью древесины дуба объясняется отсутствие на ней трещин по окружности годичных слоев, часто встречающихся в досках из лиственницы.

Другим показателем, которым различаются ранняя и поздняя древесина, является показатель прочности древесины при статическом изгибе. Его величина у поздней древесины в зависимости от влажности может увеличиваться в 2-2.5 раза. Известно, что поздняя древесина вдвое прочнее ранней древесины (Вихров В.Е., 1953). Это различие вызвано в основном особенностями анатомического строения каждой зоны годичного слоя. От процента поздней древесины зависят объемный вес древесины, размеры и неравномерность ее усушки и прочность. Хотя во многих случаях свойство древесины определяется особенностями ранней древесины.

В результате анализа большого количества образцов дуба из разных регионов Европейской части СССР, проведенного автором, было показано, что дуб Теллермановского лесничества обладает высокими физико-механическими свойствами и имеет древесину сравнительно высокой прочности при небольшом объемном весе (Вихров В.Е., 1950).

Перелыгин Л.М. (1946), изучив ряд работ, привел сравнительные данные физико-химических свойств древесины летнего дуба европейской части СССР и дуба Воронежской области, которые оказались очень близкими с данными, полученными для этих показателей другими исследователями: Ваниным СИ. (1940), Леонтьевым И.Л. (1940).

Эти данные свидетельствуют о высокой прочности древесины дуба че-решчатого из Воронежской области. В результате сравнения физико-механических свойств древесины дубов Теллермановского лесничества, выяснилось, что древесина нагорного дуба обладает наибольшим объемным весом и

17 прочностью. Между техническими свойствами пойменного и солонцового дуба различий практически не наблюдалось. По классификации, созданной проф. Перелыгиным, учитывающей объемный вес, прочность и коэффициент качества древесины, древесину нагорного дуба относят к третьей группе, имеющей самые высокие перечисленные параметры, а древесину пойменного и солонцового - ко второй.

Древесину более высокого качества, как по прочности, так и по незначительному поражению различными пороками, дают нагорные дубравы. Древесина этого дуба обладает прочностью, превышающей прочность древесины дуба пойменного и солонцового на 10 - 20 %.

Результаты, приведенные в работе Вакина А.Т. (1946), подтверждают данные о том, что дуб черешчатый нагорной дубравы Теллермановского лесничества отличается высокими технологическими показателями, одним из которых является подверженность древесины различным грибковым заболеваниям и порокам, ему соответствует минимальный процент заболеваний (23.1 %). Максимальный процент заболеваний был отмечен для пойменного дуба (70.9 %), автор связывает это с соответствующими условиями произрастания, а именно с высоким содержанием влажности, как в почве, так и в воздухе, поскольку насаждения этого дуба расположены в пойме реки Хапер, с возможными повреждениями деревьев в период разлива реки и др. (Вакин А.Т., 1950).

Приведенные ранее данные свидетельствуют о повышенном интересе исследователей к дубу черешчатому, произрастающему в Воронежской области и как следствие о детальном его изучении. Однако, данный вид дуба является не единственным объектом исследования ученых. Ряд работ был посвящен изучению дуба Кавказского региона и одной из них является работа Лашхи А.Д., касающаяся изучения строения и физических свойств различных видов дуба, произрастающих на территории Грузии, с точки зрения пригодности их для коньячного производства, занимался Лашхи А.Д.(1962).

Автор исследовал 4 основные вида дуба: Q. macrantera, произрастающий в высокогорных районах; Q.iberica - распространенный в нижнем поясе Ала-занской долины ;Q. longipes - наиболее благоприятно растущий в низменных районах Восточной Грузии и Q. imeretina - распространенной во влажных районах Грузии. В результате проведенной работы было установлено, что дуб вида Q. iberica дает лучшие результаты по пористости. При изучении вопроса усушки древесины выяснилось, что она сильнее протекает в тангенциальном направлении (от 6 до 13 %). В работе также было показано, что древесина Q. iberica обладает наименьшим коэффициентом усушки и минимальным процентом разбухания по сравнению с другими исследуемыми видами, что характеризует этот вид дуба с положительной стороны, поскольку высокий коэффициент усушки вызывает растрескивание клепки и этим оказывает отрицательное влияние на ее качество.

Изучение строения различных видов дуба показало, что древесина иберийского дуба отличается минимальным содержанием крупных сосудов, и, следовательно, является наиболее пригодной для коньячного производства. Высокий процент крупных сосудов нежелателен, т.к. он дает сравнительно низкую удельную поверхность и увеличивает потери, вызванные усушкой спирта (Лашхи, 1962). Автор считает, что древесина дуба, произрастающего в Грузии, подходит по своим механическим характеристикам для изготовления бочек для коньячного производства.

Механические и технологические свойства дубовой бочки во многом определяются удельным объемом сосудов в древесине (в годичном кольце) и степенью их затиллованности, поскольку наличие тилл имеет и практическое значение, поскольку способствует уменьшению ее водо- и воздухопроницаемости. Проводимость растворов по крупным сосудам определяет "протекаемость" клепки по вертикали или интенсивность испарения спирта, то затилловывание сосудов является важным технологическим показателем, учитываемым в вино-

19 делии при выборе древесины для изготовления бочковой клепки (Саришвили Н.Г., 1996).

В связи с этим многие виноделы считают, что древесина американского красного дуба не пригодна для изготовления бочек, так как в ее сосудах тиллы практически не образуются (Оганесянц Л.А., 1994, 1998).

Тиллы представляют собой выросты паренхимных клеток, соприкасающихся с сосудами, проникающие в членики сосудов через поры. Это происходит в тот момент, когда сосуды утрачивают свою основную функцию. Образующаяся внутри сосуда пленка имеет рыхлую структуру и содержит полисахариды и пектины (Оганесянц Л.А., 1994). Благодаря своему химическому составу тиллы вполне могут участвовать в формировании напитков, следовательно, степень затилловыванности сосудов древесины дуба является важной характеристикой для виноделия.

1.2.2. Влияние условий произрастания на химический состав древесины дуба.

Изучению химического состава древесины различных пород, влиянию условий произрастания на этот показатель были посвящены работы многих авторов. Данная область исследования очень обширна, поэтому работы одних ученых были посвящены изучению химического состава древесины различных пород, других больше интересовало, есть ли существенные различия в химическом составе в различных тканях одного и того же дерева (сердцевина и заболонь), химический состав весенней и летней древесины, древесины различного возраста и т.д.

Наиболее подробно химический состав древесины дуба, произрастающего в различных географических областях и в различных типах леса, изложена в работе Никитина Н.И.и др. (1950). Исследованию подвергались образцы дуба, взятого из Теллермановского лесничества (солонцовый, пойменный и нагорный дубняк), Московской области и Северо-Западного Кавказа (Майкопский лес-

20 хоз). Проанализировав полученные данные, авторы пришли к выводу, что древесина, взятая из различных типов леса, не отличается существенным образом по химическому составу. Разница в содержании лигнина, целлюлозы, пентоза-нов, дубильных веществ и водорастворимых соединений составила не более 2 %. Более существенные различия химического состава были отмечены у отдельных деревьев одного и того же типа - крайние пределы колебаний перечисленных компонентов составляли 3 - 4 %.

При сравнении химического состава древесины дуба, произрастающего в различных географических зонах, были обнаружены некоторые колебания в содержании отдельных компонентов. Анализ образцов дуба, взятого из Воронежской, Московской областей и с Северо-Западного Кавказа, показал, что дуб Московской области наиболее богат целлюлозой (37.0 %) и пентозанами (22.6 %), а самой обедненной в отношении этих компонентов оказалась древесина дуба с Северо-Западного Кавказа (33.9 % и 18.6 % соответственно). Однако образцы майкопского дуба отличались повышенным содержанием лигнина (23.5 %), в то время как древесина дуба из Воронежской области содержала меньше всего лигнина (21.5 % соответственно). Эти расхождения химического состава были определены и среди отдельных деревьев одного и того региона произрастания.

Более существенные различия химического состава были обнаружены при исследовании приведенных выше образцов древесины, используемых в работе, не разделяя их по типам леса и регионам произрастания. Для целлюлозы предел колебаний составлял - 6.5 %, для пентозанов - 6.8 %, для лигнина - 4.9 %. Колебания в содержании дубильных веществ, растворимых в щелочи, - 5-6 %. Автор объясняет это влиянием индивидуальных условий роста (свет, сомкнутость, развитие кроны и т.д.).

Место взятия образца по длине ствола также влияет на содержание лигнина, уроновых кислот и дубильных веществ. Так по высоте ствола содержание

21 лигнина увеличивалось с 21.6 % до 23.1 %, уроновых кислот с 4.4 % до 5.5 %, а дубильных веществ снижалось с 9.6 % до 8.8 %.

Заболонь и ядровая часть древесины дуба также характеризуются неоднородностью химического состава. Различия состоят, главным образом, в содержании дубильных веществ: в заболони их значительно меньше, чем в ядре (колебания составляют 2 % вместо 6 %). Заболонь также характеризуется меньшим содержанием целлюлозы (31.5 % вместо 32.9 % -) и пентозанов (19.4 % в отличие от 24.4 % в ядре). Однако большее лигнина было обнаружено в заболони и (22.3 % вместо 21.0 %).

В результате проведенной работы было установлено, что различия хими-ческого состава древесины дубов, произрастающих в лесах различных типов и различных географических зон меньше, чем различие химического состава древесины отдельно взятых деревьев, выросших в одном и том же лесу.

Известно, что для производства бочек для выдержки коньячных спиртов предпочтительно использовать древесину дуба, выдержанную не менее 3-х лет в естественных условиях (Оганесянц Л.А., 1994). В процессе сушки в древесине происходят изменения химического состава, которые в последствии оказывают определенное влияние на формирование будущего напитка. Поэтому изучение динамики компонентов древесины дуба, имеющих наиболее важное значение для коньячного производства, необходимо.

Гаджиев Д.М.(1954), изучая изменения химического состава Карабахских, Ленкоранских, Казанских и Белорусских дубов, прошедших сушку на воздухе в течение 1 -6 лет, обнаружил в процессе сушки снижение процентного содержания таннинов и увеличение содержания лигнина. Причем в древесине Казанских и Карабахских дубов было обнаружено более высокое содержание лигнина и сниженное количество таннина, в связи с этим коньячные спирты, выдержанные в бочках, изготовленных из соответствующих видов дуба, отличаются более высоким качеством.

Определенные изменения в составе древесины дуба происходят под влиянием физических воздействий, таких как нагревание, естественная сушка и замораживание (Никитин Н.И., 1951). Обработка сопровождается уменьшением содержания пентоз и увеличением лигнина.

В литературе имеют данные по изменению содержания целлюлозы, лигнина пентозанов, метиловых групп и дубильных веществ в лубе, листьях, корнях и коре грузинских дубов в зависимости то возраста и от периода вегетации (Лашхи А.Д., 1962). Автор установил, что содержание целлюлозы и лигнина с ранней весны до лета увеличивается, а затем начинает уменьшаться. В связи с возрастом содержание лигнина в коре растет в отличие от луба, где лигнин уменьшается или остается без изменения. Динамика целлюлозы в коре и лубе дерева в зависимости от возраста абсолютно противоположная. Содержание пентоз особых изменений не претерпевало.

В зависимости от возраста и вегетации в коре не происходит существенных изменений дубильных веществ, в лубе их содержание колеблется от 1 до 4 %. Наиболее богата общим количеством дубильных веществ многолетняя древесина Q. iberica - 15.5 %, за ней следует Q. marcanthera - 10.6 %, два других вида Q. longipes и Q. imeretina характеризуются практически одинаковым содержание дубильных веществ - 10.0 % и 9.9 % соответственно. Аналогичная закономерность была отмечена и по отношению к таннину, растворимому в щелочи.

Изменение содержания этих компонентов древесины Лашхи определял при изучении химического состава дубов Грузии, срубленных в зимний период (Лашхи А.Д., 1962). Было показано, что многолетняя древесина содержит больший процент лигнина и целлюлозы чем молодая древесина. Проведя сравнительный анализ данных по химическому составу различных видов дуба, произрастающих на территории бывшего СССР (использовались данные Хачидзе по химическому составу дубов Грузии, Джанполадяна - по дубам Армении, Гаджиева по дубам СССР и Никитина по дубу Воронежской обл. и Московской

23 области), Лашхи сделал вывод о том, что дубы Грузии содержат больше лигнина и дубильных веществ по сравнению с другими дубами бывшего СССР. При этом эти виды дуба обладают меньшим содержанием пентоз, а по содержанию целлюлозы приближаются к дубам Армении.

Анализ литературы свидетельствует о существенном влиянии условий произрастания на физико-механические свойства и химический состав древесины дуба, что необходимо учитывать при выборе древесины для коньячного производства.

1.3. Роль древесины дуба при созревании коньячных спиртов.

Процесс приготовления коньячных напитков включает длительный процесс выдержки коньячных спиртов в присутствии древесины дуба независимо от способа производства (классический или резервуарный).

Большинство исследователей считает, что отдельные компоненты древесины дуба играют основную роль в процессах, протекающих в коньячных спиртах при их длительном созревании. Компонентами древесины дуба, представляющими наибольший интерес для коньячного производства, являются лигнин, дубильные вещества, гемицеллюлозы, уроновые кислоты, азотистые соединения и др.

Одним из самых важных компонентов древесины дуба является лигнин, известно большое количество работ по исследованию влияния лигнина на качество коньяка. В течение первых лет выдержки в коньячных спиртах наблюдается увеличение содержания соединений лигнинного комплекса, представляющих продукты распада лигнина. Установлено, что лигнин дубовой клепки при выдержке распадается с образованием нелетучих веществ и ароматических альдегидов (Скурихин И.М., 1968). Ароматические альдегиды принимают активное участие в формировании коньяка и наиболее известными их представителями являются сиреневый альдегид, ванилин, конифериловый альдегид и р-

24 оксибензальдегид. Ванилин и сиреневый альдегид придают коньяку приятные ванильные тона, считается, что они обладают более интенсивным ароматом, чем их предшественники, имеющие более сложное строение - конифериловый и синаповый альдегиды.

Многие специалисты придерживаются мнения, что образование ароматических альдегидов в процессе выдержки коньячных спиртов является результатом гидролиза лигнина (Скурихин И.М., 1968). При этанолизе лигнина кроме ароматических альдегидов образуются так называемые кетоны Гибберта (Сар-канен К.В. и др., 1975), которые также могут принимать участие в формировании аромата и вкуса коньячных спиртов.

В процессе выдержки ароматические альдегиды могут конденсироваться с образованием нерастворимых осадков или разрушаться до более простых соединений - типа гваякола. Одним из путей трансформации ароматических альдегидов является их окисление до соответствующих кислот. Наличие заметных количеств ароматических кислот в коньячных спиртах доказано экспериментально (Скурихин И.М., 1968).

Другой не менее важной группой соединений являются дубильные вещества, которые легко извлекаются из дубовой древесины и окисляются в присутствии кислорода воздуха. Вещества этого класса представлены как гидроли-зуемыми, так и негидролизуемыми соединениями (Мага Дж.А., 1989). Чаще встречаются гидролизуемые таннины, являющиеся сложными эфирами галловой кислоты и ее димеров. Негидролизуемые таннины состоят преимущественно из катехинов и лейкоантоцианидинов (Саришвили Н.Г., 1998).

Древесина дуба черешчатого, как показали исследования, отличается повышенным содержанием эллаготаннинов (негидролизуемых таннинов) по сравнению с дубом скальным, поэтому более подходит для выдержки коньяков и бренди (Прида А., Пуэш, 2002).

В процессе выдержки содержание таннинов (или дубильных веществ) увеличивается, однако после 10-летнего срока созревания коньячных спиртов

25 интенсивность их экстракции из клепки снижается и начинают преобладать процессы окисления, сопровождающиеся частичным выпадением их в осадок (Скурихин И.М., 1968).

Дубильные вещества в коньячных спиртах играют важную роль, т.к. смягчают их вкус и улучшают окраску (Егоров А.И., Родопуло А.К., 1988). В результате окисления дубильных веществ образуются о-хиноны, которые, являясь неустойчивыми соединениями, легко подвергаются конденсации. Продукты конденсации окрашивают коньяк в интенсивный золотистый цвет.

По данным Лашхи А.Д. (1972) и Скурихина И.М. (1968) окисленные, но не потерявшие растворимости танниды обладают более легким вкусом по сравнению с неокисленными, что важно учитывать, т.к. они придают коньяку "тело". Важная роль дубильных веществ в созревании коньячных спиртов также заключается в участии в превращениях других компонентов спиртов. Полученные экспериментальные данные доказывают участие таннидов дуба в альдеги-до- и ацеталеобразовании.

Кроме этого известно, что танниды дуба выполняют роль антиоксидантов для некоторых соединений коньячного спирта. Установлено, что они препятствуют окислению ароматических альдегидов типа ванилина (Скурихин И.М., 1968).

Определенная роль в формировании вкуса коньячных спиртов отводится гемицеллюлозам, целлюлозы древесины дуба, как известно, существенного влияния на созревание спиртов не оказывают (Егоров А.И. и др., 1988).

Гемицеллюлозы в процессе выдержки под влиянием кислотности коньячных спиртов подвергаются частичному гидролизу. Продуктами распада являются сахара, которые оказывают влияние на формирование букета коньячных напитков. Основными представителями этих Сахаров являются ксилоза, араби-ноза, глюкоза, фруктоза.

В процессе выдержки коньячных спиртов динамика Сахаров изменяется в пользу гексоз, т.к. они являются более устойчивыми соединениями. Кроме того,

26 с увеличением срока созревания спиртов накапливается фруктоза, которая по всей вероятности образуется из глюкозы в результате эпимеризации (Скурихин И.М„ 1968).

В процессе созревания коньячных спиртов содержание пентоз снижается, этот процес сопровождается их дегидратацией и в результате образуется фурфурол. Наряду с фурфуролом в коньячных спиртах также найдены метилфур-фурол и оксиметилфурфурол, что говорит о том, что дегидратации при выдержке спиртов также подвергаются метилпентозы и гексозы (Скурихин И.М., 1968).

Из сказанного следует, что гемицеллюлозы являются источниками Сахаров и альдегидов фуранового ряда.

Важное место в процессе выдержки коньячных спиртов отводится азоти-сты соединениям дубовой клепки. Азотистые соединения, в частности, свободные аминокислоты могут играть важную роль в формировании букета коньячных спиртов, т.к. они способны образовывать альдегиды, высшие и ароматические спирты, которые в дальнейшем могут переходить в ацетали и эфиры (Пет-росян Ц.Л., 1972). Аминокислоты могут вступать в реакции меланоидинообра-зования. Согласно данным Петросяна Ц.Л. (1972) в процессе выдержки в кислой среде интенсивно переходят реакции дезаминирования с образованием соответствующих альдегидов.

Образование приведенных выше соединений коньячных спиртов, в появлении которых активную роль играют аминокислоты, свидетельствуют о существенном влиянии последних на букет и вкус коньяка.

Роль уроновых кислот в формировании качества коньячных спиртов сводится к образованию фурфурола как одного из продуктов их окисления.

Таким образом, в период созревания коньячных спиртов из древесины извлекается большое количество веществ, которые в результате дальнейших превращений дают начало новым соединениям, участвующим в формировании букета и вкуса спиртов.

27 1.4. Существующие способы ускоренного созревания коньячных спиртов.

Классическая технология приготовления коньяка, предусматривающая длительную выдержку напитков в дубовых бочках, обеспечивает получение высококачественной продукции. Недостатком ее является длительность процесса, высокие материальные и трудовые затраты. Поэтому остро встал вопрос поиска новых ускоренных методов, использование которых не снижало бы при этом качества коньяков.

Известно, что вкус получаемого напитка в результате окисления полимерных соединений древесины и коньячных спиртов улучшается. Так при окислении дубильных веществ вкус коньячных спиртов смягчается, исчезает грубость и резкость во вкусе ("дубовые тона"). В результате окисления лигнина дубовой древесины образуются и экстрагируются в выдерживаемый коньячный спирт ароматические альдегиды, кислоты, окислении углеводов в раствор выделяются соединения фуранового ряда (фурфурол и его производные). Образование Мо-лактонов связано с окислением липидов древесины. Полагают, что лактоны могут образовываться также при окислении сивушных масел, алифатических кислот (Личев В.И., 1980).

Все предложенные способы ускоренного созревания коньячных спиртов направлены на активирование окислительно-восстановительных процессов и интенсификацию процессов экстракции и базируются на использовании химических, физических средств, а также на применении различных катализаторов.

Особо важное значение получила предварительная обработка клепок после внедрения в практику коньячного производства выдержки коньячных спиртов в резервуарах с помещенной в них древесиной дуба. Сущность данного метода предварительной обработки древесины заключалась в последовательной обработке ее сначала горячей водой, потом горячим раствором кальцинированной соды, затем 2 %-ным раствором серной кислоты. После этого клепку тща-

28 тельно промывали. Коньячные спирты при выдержке периодически насыщали кислородом.

Способ резервуарной выдержки коньячных спиртов был предложен Ага-бальянцем Г.Г. (1951), он позволил сократить потери на испарение спирта при выдержке и уменьшить расход дорогостоящего материала (древесины дуба). В дальнейшем, для интенсификации процессов, проходящих при выдержке, дубовую клепку стали обрабатывать до загрузки в резервуары теплом, аммиаком и др. методами.

Одним из предложенных направлений по предварительной обработке древесины дуба, способствующей ускорению процессов их созревания, являлась термическая обработка древесины. Этот метод воздействия один из наиболее простых и наименее трудоемких в условиях производства.

Наиболее подробно вопросом предварительной термической обработки

і древесины дуба занимались французские исследователи Шатонне П. и Буадрон

С. (1989). Они показали, что наиболее благоприятным режимом обработки является режим со средней интенсивностью нагрева дубовой клепки (10 минут закрытого обжига, диапазон температур на внутренней и внешней поверхностях клепки - 120 - 200 С), поскольку в данном случае образуется максимальное количество ароматических соединений. При более интенсивном обжиге в древесине начинают преобладать процессы распада, что приводит к повышению степени конденсации лигнина и снижению количества образующихся ароматических соединений.

О благоприятном влиянии тепла на качество коньячных спиртов сообщает в своей работе Личев В.И. и соавт. (1958). Он предложил ступенчатую термическую обработку древесины: сначала древесину в течение 24 часов обрабатывали при 140 С, потом вымачивали 2 часа в горячей воде, далее проводили второй этап термообработки в течение 30 часов при 140 Си использовали в дальнейшем для приготовления сильно алкогольных напитков.

Некоторые исследователи предлагают использовать тепловую обработку спиртов одновременно с перемешиванием (Spang, 1932) или с вакуумной обработкой для устранения нежелательных веществ (Bilken C.J., 1952).

Способ ускорения созревания коньячных спиртов, контактирующих с древесиной дуба, предложенный Слободняком И.П.Ю основан на периодическом изменении давления в резервуарах. Сначала давление воздуха увеличивают до 5 атм. и выдерживают в таком режиме спирт в течение 24-48 часом, затем его снижают до атмосферного с последующей выдержкой в течение такого времени. Количество циклов повышения и понижения давления от параметров выбранного давления, органолептических показателей спиртов и др.

В способе получения коньячных спиртов, предложенном Джанполадяном Л.М. и 'Мнджояном Е.Л. (1949), применялась следующая схема обработки древесины. Измельченную древесину предварительно промывали холодной и горячей водой, затем сушили и в течение нескольких дней (до 7 дней) проводили термообработку при 115 - 140 С. Потом брали в равных количествах обработанную и необработанную древесину и укладывали в колонку, через которую пропускали коньячный спирт при периодическом дозировании кислорода. Полученный коньячный спирт закладывали на выдержку в дубовые бочки.

В целях экономии сырьевых, экономических затрат на производство коньяка и других спиртных напитков по ускоренной технологии наряду с переходом к резервуарной выдержке коньячных спиртов было предложено использование в производстве регенерированной дубовой древесины (Мнджоян Е.Л., Акопян Э.Л. и др., 1986). Способ механической регенерации клепок фрезой приводит к потере со стружкой ценных компонентов древесины дуба, накопленных за период длительной выдержки в коньячном спирте. Поэтому Мнджоян Е.Л. с сотрудниками (1986) предложили другой способ активации истощенных клепок, основанный на термической обработке древесины под давлением в среде кислорода.

Петросян Ц.Л., Джанполадян Л.М. и др. (1986) разработали способ, позволяющий ускорить процесс подготовки новых клепок для резервуарной выдержки и регенерацию старых клепок. Он заключается в обработке древесины ультрафиолетовыми лучами при доступе воздуха.

Среди предложенных методов по термообработке древесины были предложения по использованию обугленных клепок. Так, например, существует несколько американских патентов ускоренного созревания крепких алкогольных напитков типа бренди, суть которых заключается в использовании измельченной обугленной древесины дуба, которую можно укладывать как в бочки, так и в резервуары.

Кухно А.И. (1995) предложил для получения высококачественных напитков использование смеси дубовых брусков, обработанных в разных режимах: 5 частей брусков, обработанных холодной и горячей водой с последующей термообработкой при 160 С и 1 части древесины, прошедшей глубокую, аэробную деградацию.

Петросяном Ц.Л., Джанполадяном Л.М. и др. (1974) был разработан и испытан в производственных условиях способ созревания коньячного спирта в резервуарах в пульсирующем потоке при использовании клепок, активированных кислородом. Предложенная технология позволяла получать коньячные спирты с более высоким содержанием дубильных веществ, полифенолов и связанного кислорода и ускорить процесс созревания.

Комплексное воздействие на древесину термической обработки (t = 120 — 150 С) и 3 %-го раствора перекиси водорода под давлением 0.314 - 0.490 МПа предложили Егоров И.А. и Писарницкий А.Ф. (1981). При таком режиме обработки древесины ускоряются окислительные процессы за счет высвобождающегося при окислении перекиси водорода молекулярного кислорода и накапливаются продукты термического разложения лигнина.

Исследование влияния различных режимов предварительной термообработки на качество коньячного спирта проводили Мнджоян Е.Л. и Джанполадян

31 Л.М. (1957). Лучшие результаты показал образец коньячного спирта, выдержанный в присутствии древесины, обработанной в растворе сернистой кислоты с последующей термообработкой при 140 С в течение 48 часов. В этом образце было обнаружено повышенное перекисное число, способствующее дальнейшему окислению экстракта коньячного спирта, в результате чего данный образец обладал наиболее приятным вкусом, характерным для коньяка.

Разработкой режимов предварительной обработки древесины дуба для последующей резервуарной выдержки коньячных спиртов подробно занимался Скурихин И.М. (1965, 1986). В качестве способа предварительной обработки древесины автор предлагал использовать щелочную обработку растворами разной концентрации, воздействие которых способствует увеличению проницаемости древесины и усилению экстракции окисленных дубильных веществ и лигнина древесины, улучшающих вкус и аромат коньяка (Скурихин И.М., 1964; Скурихин И.М. и др., 1965).

В работах ряда авторов (Скурихин И.М., 1968; Оганесянц Л.А. и др., 2002) говорится о том, что полезный объем дубовой клепки составляет не более 5-7 мм общей толщины клепки. В связи с этим наиболее для ускоренного созревания коньячных спиртов экономично использовать измельченную древесину, например небольшие кусочки (10x10x10 мм), где пропитка спиртом осуществляется по всей толщине древесины (Скурихин И.М., 1963).

Проведения серии работ в этом направлении показало, что наиболее хорошие результаты дают образцы коньячного спирта, выдержанные в присутствии измельченной древесины, обработанной 0.1 % - ным раствором щелочи (0.025 н.) NaOH (гидромодуль 1:10) в диапазоне температур 0 - 25 С (Скурихин И.М., Ефимов В.Н., 1959; Скурихин И.М., 1964; Нилов В.И., Скурихин И.М., 1958, 1961).

В качестве химических реагентов, используемых для предварительной обработки древесины, использовали также аммиак. Способ обработки воздушно-сухой древесины газообразным аммиаком с последующим окислением газо-

32 образным кислородом был предложен Скурихиным И.М. и Иразихановым А.Б. (1986). Предварительно древесину вакуумировали (0.003 - 0.004 МПа). Предложенный способ позволил получить древесину, в которой достаточно глубоко прошли окислительные процессы, коньячные спирты, выдержанные на такой древесине, получили самую высокую дегустационную оценку.

Одним из направлений по ускоренному созреванию коньячных спиртов, предлагаемых учеными, является добавление в спирты различных катализаторов.

В работе Штихтинга и Кона (1908) было предложено добавлять в коньячные спирты 12 % перекись водорода, перекись марганца и активированный уголь в количестве 500 г, 20 г и 30 г соответственно из расчета на 100 л коньяка. Некоторые исследователи рекомендуют применять в качестве катализаторов окиси металлов, таких как свинец, молибден, никель и др.

В работах Манской СМ. и Емельяновой М.П. (1947) сообщается, что при добавлении в коньячные спирты пероксидазы ускоренное созревание спиртов проявлялось в увеличении содержания ванилина и эфиров. Аналогичное воздействие пероксидазы на созревание коньячных спиртов при увеличении их рН отмечают Валюженич Е.Н. и др. (1960).

Использование пероксидазы в коньячном производстве предлагали Кис-линг и Петри (1953).

Мнение исследователей по поводу исчерпывающего положительного влияния ферментных препаратов и свободного их использования с целью ускорения процесса созревания коньячных спиртов расходятся. Скурихин И.М. и сотр. (1958) отметили, что при добавлении пероксидазы в коньячные спирты они приобретают существенно смягченный вкус, несвойственный для натуральных коньячных спиртов. При этом влияния ферментов на букет спиртов не наблюдалось.

Наряду с тепловой обработкой для ускоренного созревания крепких алкогольных напитков был предложен ряд способов физической обработки дре-

33 весины и виноматериалов с использованием у-излучения, магнитных полей и

Др.

В способе, предложенном Лашхи А.Д., Цецхладзе Т.В.и Кипиани Р.Я., коньячные спирты обрабатывали у-лучами, радиоактивным кобальтом (⁶ Со). Было отмечено избирательное воздействие этих видов обработки на коньячные спирты, т.к. при этом улучшение качества отмечалось только у молодых спиртов, а у старых - нет. При обработке коньячных спиртов у-лучами содержание летучих кислот, ацеталей и альдегидов увеличивалось, а содержание кислорода и значение редокс-потенциала уменьшалось. Это свидетельствует об усиленном прохождении окислительно-восстановительных процессов на первом этапе. Да-лее в результате быстрого расходования кислорода редокс-потенциал продолжает снижаться.

Из перечисленных физических методов обработки древесины, коньячных спиртов особое внимание привлекает ультразвук. Широкое распространение в виноделии метод ультразвуковой обработки получил, начиная с 60-х годов. В Молдавии проводили работу с использованием ультразвука для ускорения процесса кристаллизации винного камня из виноградного сока (Гасюк Г.Н., и др., 1962). В результате проведенного опыта было показано, что применение новой технологии приводит к значительному ускорению процесса кристаллизации по сравнению с используемой технологией охлаждения продукта.

Установлено, что использование режима с непрерывными ультразвуковыми колебаниями показали наибольшую эффективность по сравнению с импульсным режимом. Это объясняется большим количеством акустической энергии, вводимой в сок, и, следовательно, более интенсивным образованием новых центов кристаллизации кристаллов винного камня. Обработке ультразвуком подвергали свежеотжатые соки, не прошедшие тепловую обработку, и соки после обработки в результате оказалось, что выпадение винного камня значительно интенсивнее проходит в соках до тепловой обработки. Также было

34 установлено, что озвучивание не влияет на органолептические свойства сока, содержание сухих веществ в соке при этом также не меняется.

Ультразвук также применяли для осветления вин бентонитовыми суспензиями (Белоконь B.C. и др., 1974). В работе использовали бентонитомешал-ку с встроенным магнитострикционным преобразователем. Объектом ультразвуковой обработки являлись водные суспензии бентонита. Предварительное исследование по ультразвуковой обработке бентонитовых суспензий позволило сделать следующие выводы. Применение ультразвука для активации суспензий значительно улучшает их осветляющие свойства. Оптимальная доза бентонита, необходимая для коагуляции белковых веществ, сокращается примерно в 3-5 раз. Однородность озвученной суспензии и ее оклеивающая способность сохраняются до 10 и более суток, в то время как суспензия, необработанная ультразвуком, расслаивается.

Ультразвук может действовать как окислитель, при этом радикалы (Н+ и Н-), образующиеся что в результате кавитации и ионизации воды в жидкой среде (коньяках), усиливают прохождение окислительно-восстановительных процессов (Егоров А.И., Родопуло А.К., 1988).

Впервые Личев В.И. (1956) успешно применил ультразвук для ускорения созревания свежих коньячных спиртов. Обработка проводилась при частоте 950 кГц в течение 10 минут. При выдержке обработанного спирта в бутылках его качество существенно улучшалось уже после 6 месяцев выдержки.

Позднее (Личев В.И., 1980) им была проведена еще одна работа по ультразвуковой обработке свежих коньячных спиртов с использованием той же частоты колебаний 950 кГц при температуре 20 - 25 С. Продолжительность ультразвукового воздействия изменялась от 3 до 25 минут. Максимальное содержание ароматических альдегидов наблюдалось уже при 5-10 минутной обработке. Эти пробы коньячных спиртов получили наиболее высокую дегустационную оценку.

Установлено, что добавление в коньячный спирт необработанной древесины приводит к появлению грубости во вкусе, а в букете специфических "дубовых" тонов (Скурихин И.М., 1968). Многие специалисты объясняют это недостаточной окисленностью спиртов. В связи с этим Джанполадяном Л.М. (1961) был предложен способ, позволяющий усилить степень окисления спиртов в присутствии древесины дуба. Суть этого способа заключалась в в обработке древесины ультразвуком в водной среде с последующей выдержкой в коньячном спирте. Опытный образец коньячного спирта отличался большей экстрактивностью и лучшими органолептическими показателями.

Способ ультразвуковой обработки крепких спиртных напитков в бочках, заполненных обугленной древесиной, предложили американские исследователи Чамбер и Смит (1937).

Бахман (1937) рекомендовал обрабатывать ультразвуком коньячные спирты в бочках в присутствии кислорода воздуха. Аналогичная работа проводилась Чхеидзе и Мачарашвили (1975). Обработке подвергалась система коньячный спирт - дубовая стружка при частоте 18-21 кГц и интенсивности 1-2.5 Вт/см . Такой вид обработки способствовал интенсификации окислительно-восстановительных процессов между спиртом и дубовой стружкой.

Одним из предложенных направлений по ускоренному созреванию коньячных спиртов является добавление выделенных из древесины в концентрированном виде некоторых ценных ее компонентов (дубовых экстрактов) для формирования характерного букета и вкуса (Саришвили Н.Г., 1998). Было предложено много способов получения дубовых экстрактов.

Способ получения дубового экстракта, рекомендованный Личевым В.И. (1977), состоит из двух последовательных длительных термических обработок древесины дуба в сочетании с водным режимом обработки. Первый этап заключается в длительном нагреве древесины от 80 до 120 С в течение 80 часов, а второй в увеличении температуры обработки от 129 до 150 С в течение 40 часов. Автор считает, что именно такое сочетание факторов предварительной

36 обработки приводит к усилению процессов гидролиза полимерных соединений древесины дуба.

Саришвили Н.Г, Оганесянц Л.А. и др., (1995) разработали способ получения кристаллического дубового экстракта, суть которого состоит в экстрагировании измельченной древесины горячей водой при 110-115 С в течение 5-6 часов под давлением 3 атм. Затем диффузионный сок выпаривают до получения жидкого экстракта, сгущают до влажности 18-20 % и далее сушат до влажности 6-8 %.

Позднее этими же авторами был предложен другой способ получения дубового экстракта, где водной экстракции подвергалась термически обработанная древесина дуба. Стружку предварительно делят на 2 части, каждую из которых обрабатывают в определенном режиме и экстрагируют затем либо отдельно и диффузионные соки потом смешивали либо вместе (Саришвили Н.Г., Оганесянц Л.А., 1998).

Скурихин И.М. и соавт. разработали способ улучшения качества коньяка, где фактором старения коньячных спиртов являлось добавление низкомолекулярной фракции продуктов гидролиза лигнина древесины дуба и других лиственных пород, обогащенной ароматическими альдегидами, кетонами и эфирами (Скурихин И.М., 1964; Скурихин И.М., Ефимов В.Н., Нилов В.И., 1965).Таким образом, имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о положительном опыте использования ультразвука в виноделии и коньячном производстве для улучшения качества выпускаемой продукции.

На основании обзора литературных источников можно сделать следующие выводы:

1. Использование ультразвука в винодельческой отрасли показало положительные результаты при производстве вин и спиртных напитков (натуральные вина, коньяки, коньячные спирты и др.).

2. Воздействие ультразвука приводит к значительному сокращению длительности ряда технологических операций (осветление, предотвращение

37 кристаллических помутнений) при производстве алкогольной продукции. Особенно это актуально для коньячного производства, где длительность технологического процесса составляет многие годы. Использование ультразвука в коньячном производстве позволяет усилить степень экстракции компонентов древесины дуба в коньячный спирт, и интенсифицировать скорость прохождения окислительно-восстановительных процессов в коньячном спирте при контакте с древесиной. Все это в итоге приводит к получению продукции с улучшенными органолептическими показателями в более короткий срок.

3. Воздействие ультразвука на коньячный спирт оказывает положительное влияние на формирование органолептических показателей будущего напитка, не вызывая при этом существенных изменений его химического состава.

В немногочисленных проведенных работах действию ультразвука подвергали коньячные спирты. Однако, как показывают опубликованные данные, непосредственная ультразвуковая обработка жидкой фазы (коньячного спирта) вызывает образование в ней активных радикалов (Н⁺; ОН' и др.), которые могут влиять на органолептические характеристики напитков (Эльпинер И.Е., 1963; Скурихин И.М., 1968).

Анализ имеющихся литературных данных свидетельствует о том, что целесообразнее и эффективнее для получения коньяков высокого качества обрабатывать не сами коньячные спирты, а древесину дуба. При этом достигается более гармоничный, постепенный переход наиболее важных компонентов древесины в коньячный спирт (Скурихин И.М., 1963).

Из рассмотренных методов обработки древесины дуба для ускоренного созревания коньячных спиртов наиболее предпочтительными являются физические методы, среди которых особого внимания заслуживают термическая обработка и ультразвук. На данный момент в литературе можно найти лишь разрозненные данные, касающиеся ультразвуковой обработки древесины, которые не

38 дают четкого представления о механизме воздействия на ультразвука на древесину.

Целью данной работы являлось научное обоснование и установление оптимальных режимов обработки древесины дуба ультразвуком и теплом для ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарнои выдержке. При этом основными задачами являлось сравнительное изучение структуры и химического состава различных видов дуба в зависимости от условий произрастания; исследование влияния одного ультразвука, а также совместно с теплом на анатомическую структуру, химический состав и экстрактивные свойства древесины дуба черешчатого.

На основании полученных данных предложена технологическая схема получения коньячных спиртов с ускорением их созревания при резервуарнои выдержке. С учетом биологических особенностей древесины дуба разработаны и научно обоснованы акустические системы для ее обработки, позволяющие целенаправленно и наиболее эффективно вводить акустическую энергию в древесину.

Влияние условий произрастания на структуру, физико-механические свойства и химический состав древесины дуба

Для производства высококачественных бочек необходимо учитывать химический состав, физико-механические свойства древесины, которые являются следствием условий произрастания (Оганесянц Л.А., 1994).

Естественный максимальный выход рабочей древесины возможен при благоприятных для роста дерева условиях. В этом случае наблюдается наибольшая скорость роста в высоту и по диаметру.

Большое внимание исследованию древесины дуба, произрастающего в Воронежской области (Теллермановское лесничество) уделяли Вихров В.Е. (1949), Никитин Н.И. (1950), Баженов В.А. (1952) и др. Они изучали влияние условий произрастания на строение, физико-механические свойства древесины дуба. Объектом этих исследований являлись географические культуры дуба Шипового лесничества (Воронежская область), заложенных в 1929 году. Это лесничество, также как и Теллермановское, является частью Шипова леса, расположенного в южной полосе дубовых лесов в районе степных дубрав. Шипов лес - самый крупный лесной массив юго-востока европейской части бывшего СССР (Енькова Е.И., 1950).

Изучением влияния условий произрастания на строение, химический состав и физико-механические свойства древесины занимались многие ученые. Знание перечисленных характеристик для разных пород позволяет проводить предварительную качественную оценку древесины "на корне", и правильно оценивать ее целевое назначение.

Для повышения производительности дубрав важную роль играет наличие форм, отличающихся быстротой роста, легкой адаптацией к климатическим условиям зоны произрастания. В связи с широким ареалом распространения дуба (на востоке граница его распространения доходит до Урала, его северная граница проходит севернее Санкт-Петербурга, он также встречается в Крыму и на Кавказе) проведение идентификации климатических экотипов дуба являлось важной задачей. Данный вопрос достаточно хорошо был изучен для хвойных древесных пород. Относительно дуба имелись очень скудные данные и те были противоречивыми (Енькова Е.И., 1950). Подробное исследование экотипов дуба проводила Енькова Е.И. (1950), занимаясь изучением различных форм дуба в условиях Шипова леса, она подтвердила наличие рано и поздно распускающихся форм дуба и установила, что для условий Шипова леса (с богатыми почвами) следует применять поздно распускающуюся форму дуба. Преимущество этой формы перед рано распускающейся состоит в том, что она выходит из полосы поздних весенних заморозков, характерных для данного региона, имеет более правильную форму ствола и обладает лучшими физико-механическими свойствами.

Влияние условий произрастания на анатомическую структуру и физико-механические свойств древесины дуба. К важным количественным анатомическим характеристикам древесины лиственных пород, в том числе древесины дуба, относятся поверхностная пористость (в %), ширина годичного слоя, процентное соотношение (объем) различных тканей и характер их распределения в пределах годичного кольца, размеры анатомических элементов, густота, высота и ширина сердцевинных лучей и др. (Ванин СИ., 1949).

Для производства дубовых клепок следует отбирать деревья, достигшие 80-летнего возраста, поскольку именно с этого периода прекращается интенсивность роста стволов в высоту и прирост в основном осуществляется за счет увеличения диаметра (Оганесяна Л.А., 1998).

У дуба, относящегося к кольцесосудистым породам, прирост ствола осуществляется за счет поздней древесины годичного слоя. Влияние условий произрастания сказывается на ширине формирующихся годичных колец древесины и величине удельного объема поздней древесины.

Как известно, древесина представляет собой совокупность множества отдельных анатомических элементов и, следовательно, является анизотропным материалом, имеющим сложное строение. Чтобы лучше разобраться в том, какое влияние оказывают внешние факторы на свойства древесины необходимо изучить взаимосвязь ее анатомического строения и физико-механических свойств. В 40 - начале 50-х годов на эту тему было проведено большое количество работ. Основным объектом исследования являлись хвойные породы, в основном лиственница, (Перелыгин Л.М., 1939; Пахомов И.Д., 1938; Вихров В.Е., 1949).

Лиственным породам было посвящено значительно меньшее количество работ. Так древесиной березы занимались Штауффер (1982), Савина А.В. и Перелыгин Л.М. (1936), аналогичные исследования на древесине дуба проводил Вихров В.Е. (1950, 1953). Он был одним из первых, кто стал рассматривать строение древесины дуба в тесной связи с его физико-механическими свойствами. Вихров проводил свои исследования на дубе Теллермановского лесничества, произрастающего в различных климатических условиях: в нагорной дубраве, в пойме реки Хапер и в солонцовом дубняке. Условия произрастания нагорного дуба характеризуются благоприятными почвенными условиями (тем-носерые, лесные почвы), водным и световым режимами. Пойменный дуб растет на аллювиальных почвах с достаточным влагообеспечением, в период разлива реки деревья испытывают даже избыточное увлажнение. Солонцовый дуб произрастает в обедненных почвенных условиях, а также неблагоприятных условиях водного и теплового режима. Вместе эти условия приводят к замедлению роста и развития деревьев (Вихров, 1949).

В зависимости от изменений условий роста автор наблюдал некоторые различия в ширине формирующихся годичных слоев и процентном содержании в них поздней древесины. Так, например, у нагорного дуба ширина годичного слоя колебалась по высоте ствола от 1.88 % (в нижней части ствола) до 2. 47 мм, а процентное содержание поздней древесины соответственно составляло от 67 % до 77.6 % соответственно. У пойменного дуба ширина годичных слоев и поздней древесины у основания ствола несколько больше чем у нагорного; по высоте ствола - одинаковая. Процент поздней древесины у пойменного дуба в среднем на 8-12 % выше, чем у нагорного и солонцового. Что касается древесины солонцового дуба, то по высоте и по радиусу ствола ширина годичных слоев у него в отличие от нагорного и пойменного дуба не увеличивается, а уменьшается. Это объясняется неблагоприятными условиями развития деревьев.

Существует мнение, что чем более широкими годичными кольцами характеризуется древесина, тем более высокой прочностью она обладает (Са-ришвили Н.Г., 1996). Однако это не всегда соблюдается. Вихров В.И.(1950), исследуя образцы дуба произраставшего в разных типах леса (нагорном, пойменном и солонцовом), обнаружил, что древесина нагорного дуба в среднем имеет более широкие годичные кольца по сравнению с пойменным и солонцовым; однако самый высокий процент поздней древесины был найден у пойменного дуба (79.7 %), у нагорного меньше - (67.0 %) и самый низкий у солонцового (60.0 %).

Влияние условий произрастания на химический состав древесины

Изучению химического состава древесины различных пород, влиянию условий произрастания на этот показатель были посвящены работы многих авторов. Данная область исследования очень обширна, поэтому работы одних ученых были посвящены изучению химического состава древесины различных пород, других больше интересовало, есть ли существенные различия в химическом составе в различных тканях одного и того же дерева (сердцевина и заболонь), химический состав весенней и летней древесины, древесины различного возраста и т.д.

Наиболее подробно химический состав древесины дуба, произрастающего в различных географических областях и в различных типах леса, изложена в работе Никитина Н.И.и др. (1950). Исследованию подвергались образцы дуба, взятого из Теллермановского лесничества (солонцовый, пойменный и нагорный дубняк), Московской области и Северо-Западного Кавказа (Майкопский лес хоз). Проанализировав полученные данные, авторы пришли к выводу, что древесина, взятая из различных типов леса, не отличается существенным образом по химическому составу. Разница в содержании лигнина, целлюлозы, пентоза-нов, дубильных веществ и водорастворимых соединений составила не более 2 %. Более существенные различия химического состава были отмечены у отдельных деревьев одного и того же типа - крайние пределы колебаний перечисленных компонентов составляли 3 - 4 %.

При сравнении химического состава древесины дуба, произрастающего в различных географических зонах, были обнаружены некоторые колебания в содержании отдельных компонентов. Анализ образцов дуба, взятого из Воронежской, Московской областей и с Северо-Западного Кавказа, показал, что дуб Московской области наиболее богат целлюлозой (37.0 %) и пентозанами (22.6 %), а самой обедненной в отношении этих компонентов оказалась древесина дуба с Северо-Западного Кавказа (33.9 % и 18.6 % соответственно). Однако образцы майкопского дуба отличались повышенным содержанием лигнина (23.5 %), в то время как древесина дуба из Воронежской области содержала меньше всего лигнина (21.5 % соответственно). Эти расхождения химического состава были определены и среди отдельных деревьев одного и того региона произрастания.

Более существенные различия химического состава были обнаружены при исследовании приведенных выше образцов древесины, используемых в работе, не разделяя их по типам леса и регионам произрастания. Для целлюлозы предел колебаний составлял - 6.5 %, для пентозанов - 6.8 %, для лигнина - 4.9 %. Колебания в содержании дубильных веществ, растворимых в щелочи, - 5-6 %. Автор объясняет это влиянием индивидуальных условий роста (свет, сомкнутость, развитие кроны и т.д.).

Место взятия образца по длине ствола также влияет на содержание лигнина, уроновых кислот и дубильных веществ. Так по высоте ствола содержание лигнина увеличивалось с 21.6 % до 23.1 %, уроновых кислот с 4.4 % до 5.5 %, а дубильных веществ снижалось с 9.6 % до 8.8 %.

Заболонь и ядровая часть древесины дуба также характеризуются неоднородностью химического состава. Различия состоят, главным образом, в содержании дубильных веществ: в заболони их значительно меньше, чем в ядре (колебания составляют 2 % вместо 6 %). Заболонь также характеризуется меньшим содержанием целлюлозы (31.5 % вместо 32.9 % -) и пентозанов (19.4 % в отличие от 24.4 % в ядре). Однако большее лигнина было обнаружено в заболони и (22.3 % вместо 21.0 %).

В результате проведенной работы было установлено, что различия хими-ческого состава древесины дубов, произрастающих в лесах различных типов и различных географических зон меньше, чем различие химического состава древесины отдельно взятых деревьев, выросших в одном и том же лесу.

Известно, что для производства бочек для выдержки коньячных спиртов предпочтительно использовать древесину дуба, выдержанную не менее 3-х лет в естественных условиях (Оганесянц Л.А., 1994). В процессе сушки в древесине происходят изменения химического состава, которые в последствии оказывают определенное влияние на формирование будущего напитка. Поэтому изучение динамики компонентов древесины дуба, имеющих наиболее важное значение для коньячного производства, необходимо.

Гаджиев Д.М.(1954), изучая изменения химического состава Карабахских, Ленкоранских, Казанских и Белорусских дубов, прошедших сушку на воздухе в течение 1 -6 лет, обнаружил в процессе сушки снижение процентного содержания таннинов и увеличение содержания лигнина. Причем в древесине Казанских и Карабахских дубов было обнаружено более высокое содержание лигнина и сниженное количество таннина, в связи с этим коньячные спирты, выдержанные в бочках, изготовленных из соответствующих видов дуба, отличаются более высоким качеством.

Анатомическая характеристика и химический состав образцов древесины дуба, используемых в работе

Древесина дуба, как уже отмечалось в обзоре литературы, представляет собой сложный природный полимер, характеризующийся высокой анизотро пией. Она неоднородна и состоит из узкой заболони, расположенной на периферии ствола и ядровой части, отличающейся более темной желтовато-коричневатой окраской по сравнению с заболонью. Дуб относится к кольцесо-судистым породам, у которых годичный слой четко разделяется на раннюю часть, содержащую крупные сосуды, и позднюю, более плотную.

Основными характерными анатомическими элементами древесины дуба являются крупные сосуды ранней древесины, мелкие сосуды поздней древесины, трахеиды, волокна либриформа, паренхимные элементы в виде узких и широких сердцевинных лучей и метатрахеальная (тяжевая) паренхима (прил., рис.6,7) (Саришвили Н.Г., 1996). Крупные сосуды, представляющих собой цепочки отдельных члеников, лежащих друг над другом и разделенных перегородками с большим отверстием в них, располагаются в начале годичного слоя в 1-3 ряда. Они заполнены тиллами, которые представляют собой выросты па-ренхимных клеток, проникшие через пару пор в полость смежного сосуда.

Сосуды поздней древесины в отличие от сосудов ранней древесины отличаются гораздо меньшими размерами и располагаются ближе к концу годичного слоя. Трахеиды также как и сосуды относятся к проводящим элементам древесины и представляют собой прозенхимные (сильно вытянутые вдоль вертикальной оси) клетки, стенки которых утолщены и несут окаймленные поры. Кроме перечисленных анатомических элементов древесины дуба важное место занимает механическая ткань, основную роль которой выполняют волокна либриформа, представляющие собой клетки с сильно утолщенными клеточными стенками, несущими простые мелкие поры. В поперечном сечении их клетки имеют многоугольную форму с небольшими внутренними полостями. Считается, что утолщенные вторичные оболочки волокон либриформа являются основным вместилищем лигнина (Оганесянц Л.А., 1998).

Перечисленные выше элементы являются осевыми, к ним также относится древесинная паренхима. Паренхима в древесине представлена редкими тан-гентальными цепочками или тяжами, встречающими между островками воло кон либриформа. Оболочки ее клеток тонкие, полости обычно лишены содержимого.

Наряду с осевыми анатомическими структурами в древесине дуба также присутствуют элементы, ориентированные в радиальном направлении, к ним относятся узкие и широкие лучи. Узкие лучи однорядные, обычно невысокие до 15 клеток, в то время как рядность широких лучей может достигать 30 клеток в ширину, а высота нескольких миллиметров.

Таким образом, краткое рассмотрение анатомической структуры древесины дуба свидетельствует о сложном ее строении, сформировавшемся в процессе эволюции данной древесной породы. Дуб, как известно, занимает широкий ареал распространения и для того, чтобы сравнить структуру представителей данного вида, произрастающих в различных регионах, и выяснить, как это отражается на технологических свойствах древесины, был проведен сравнительный анатомический анализ древесины дуба скального и черешчатого.

В качестве объекта исследования использовали дуб скальный, как наиболее хорошо изученный вид дуба, широко используемый в коньячном производстве, и дуб черешчатый, как возможный сырьевой источник, который может в будущем составить конкуренцию дубу скальному и наряду с ним использоваться для производства коньяков.

При проведении анатомического анализа определяли ширину годичных слоев древесины, размеры крупных и мелких сосудов, удельный объем сосудов (т.е. процент объема, занимаемого сосудами в годичном кольце или его части) (табл.1).

Сравнительная анатомическая характеристика древесины исследуемых видов дуба (возраст приблизительно 100 лет) показывает, что дуб черешчатый отличается более широкими годичными кольцами и, как следствие, большим удельным объемом механической ткани в пределах годичного слоя, что позволяет судить о его более высоких прочностных свойствах (табл. 1).

По количеству либриформа, характерному в основном для поздней ксилемы, древесина дуба черешчатого превосходит древесину дуба скального, что свидетельствует о большей плотности первого. Как показали результаты гистохимического анализа, в области поздней древесины годичных колец древе сины дуба скального есть участки волокон либриформа, не дающие окрашивания ни с одним из используемых красителей (прил., рис.8,9). Это говорит о слабой степени лигнификации этих участков древесины, которая, вероятно, определяется условиями произрастания данного вида дуба. Аналогичный анализ древесины дуба черешчатого таких особенностей не выявил.

Как показал анализ анатомической структуры, ширина узких лучей в древесине дуба черешчатого не превышает одного ряда клеток, а высота составляет в среднем - 12 клеток. Широкие лучи, клетки которых в сечении имеют округлую форму с утолщенными оболочками, находятся на довольно большом расстоянии друг от друга, они характеризуются большей высотой и их ширина достигает 30 клеток.

Древесина дуба скального характеризуется более узкими годичными кольцами, имеет менее плотную структуру, что проявлялось в более легкой ее резке (прил., рис. 10,11). Древесина дуба скального отличается максимальным диаметром крупных и мелких сосудов, а также удельным объемом их содержания в древесине, что характеризует ее повышенную пористость.

Химический состав водно-спиртовых (65 % об.) и водных экстрактов древесины выдержанного дуба черешчатого после различных видов обработки

Исследование влияния тепловой обработки на экстракцию компонентов древесины дуба проводили на щепе по схеме 2 (стр.44). Обработку проводили в интервале температур 125 - 210 С в течение 1 часа и при 125 С длительностью до 16 часов.

Как показал химический анализ полученных экстрактов (65 %об.) нагревание древесины в течение 1 часа в интервале 125-190 С оказывает сходное влияние на степень извлечения углеводов (диагр.4). При более высоких температурах (210 С) содержание углеводов в экстракте увеличивается в результате расщепления лигноуглеводного комплекса, о чем свидетельствует увеличение содержания в древесине спирторастворимой (96 % об.) фракции лигнина. Этот факт согласуется с данными ИК-спектроскопии о снижении содержания в древесине углеводов и лигнина преимущественно гваяцильного типа при обработке в диапазоне температур выше 170 С в (прил., рис.32). При 210 С степень термической деструкции древесины усиливается, после 1 часа нагревания она темнеет, и на поверхности появляются подгорания. Аналогичное увеличение содержания углеводов в экстракте наблюдается при 125 С с длительностью обработки до 16 часов (диагр.4).

С увеличением температуры обработки в растворе снижается содержание связанных фенольных соединений (диагр.4) и соответственно увеличивается количество их свободных форм, в том числе катехинов (табл.18).

Увеличение содержания свободных фенольных веществ может быть вызвано деструкцией фенольных комплексов, а также сложных соединений с другими компонентами древесины, например, углеводами (лигноуглеводный комплекс древесины дуба).

С увеличением времени нагревания древесины при 125 С в экстрактах увеличивается содержание катехинов при одновременном уменьшении количества связанных фенольных веществ. При увеличении длительности обработки до 16 часов количество катехинов как и в случае 210 С, 1 час практически полностью исчезает (диагр.4).

Нагревание при высоких температурах отражается и на содержании водорастворимых соединений, извлекаемых из щепы после спиртовой экстракции. Согласно полученным данным нагревание древесины дуба в интервале 125 - 190 С существенного влияния на общее содержание водорастворимых веществ не оказывает, тогда как при 210 С, 1 час их содержания в экстракте снижается. Количество катехинов и углеводов на протяжении всего диапазона температур незначительно растет, в то время как содержание общих феноль-ных веществ в экстракте при повышенных температурах интенсивно снижается.

Характер воздействия различных режимов тепловой обработки на отдельные компоненты древесины сходный, но интенсивность действия разная. Установлено, что наибольшее количество углеводов и катехинов извлекается при более длительном нагревании при 125 С, тогда как остальные фракции фенольных веществ при 1-часовой обработке в интервале температур 125-210 С.

Данное явление согласуется с литературными данными, согласно которым длительное воздействие низких температур может оказывать более существенное влияние на древесину по сравнению с кратковременной обработкой при более высоких температурных режимах (Сергеева В.Н., 1968).

Как показали результаты органолептической оценки 65 % об. водно-спиртовых экстрактов древесины, тепловая обработка в течение 1 часа при температурах 125 и 150 С приводит к близким результатам. Такие образцы обладают довольно мягким вкусом, приятным ароматом, увеличение времени нагрева древесины при 125 С до 12 часов вызывает гамму новых оттенков, ощущение большей зрелости, однако общий характер экстрактов остается идентичным.

Воздействие более высоких температур 170-190 С в течение 1 часа обуславливает более интенсивную окраску, повышение экстрактивности, большую полноту и некоторую жесткость вкуса, появление легкой горчинки.

Водно-спиртовые 65 % об. экстракты, полученные из древесины, обработанной при 210 С в течение 1 часа, обладают наибольшей полнотой и экс-трактивностью, интенсивной окраской, во вкусе и аромате ощущаются нети пичные тона. При уменьшении времени нагрева до 20-30 минут при данной температуре эти тона практически полностью исчезают.

Таким образом, результаты химического и органолептического анализов дубовых 65 % об. экстрактов, полученных из древесины, обработанной ранее указанными режимами, показали, что нагревание при 125 -150 С в течение 2 часов является наиболее эффективным режимом обработки. Полученные экстракты характеризуются типичными для коньяков органолептическими качествами.

Похожие диссертации на Установление оптимальных режимов комбинированной обработки древесины дуба ультразвуком и теплом для ускорения созревания коньячных спиртов при их резервуарной выдержке

Разработка технологии этилового спирта при пониженных температурных режимах водно-тепловой и ферментативной обработки высококонцентрированных замесов из ячменяБаракова, Надежда Васильевна

Совершенствование технологии коньяков на основе использования древесины дубаДжанаева Ольга Владимировна

Совершенствование технологии коньяков на основе использования древесины дуба, обработанной ультразвуковыми колебаниямиТягилева Марина Геннадьевна

Установление режима горных работ угольных разрезов Вьетнама Чан Хыу Дыонг 0

Установление параметров и режимов нагружения силового каркаса шахтных переносных вулканизационных прессов Васильев Александр Николаевич

Разработка технологии комбинированной обработки наружных цилиндрических поверхностей с адаптивной коррекцией режимов обработкиПаринов Максим Викторович

Разработка технологии комбинированной обработки наружных цилиндрических поверхностей с адаптивной коррекцией режимов обработкиПаринов Максим Викторович

Обоснование режимов обработки деталей технологической оснастки и специзделий методом поверхностного упрочнения на основе выявленных взаимосвязей, действующих при ударной деформацииВолобуев Владимир Алексеевич

Повышение эффективности процесса гидроабразивной резки листовых деталей путем оптимизации режимов обработки и параметров струи рабочей жидкостиШпилев, Василий Владимирович

Организация функционирования распределённых вычислительных систем в режиме обработки наборов масштабируемых задачЕфимов Александр Владимирович