Древесина дуба и ее роль в формировании коньяка

Все древесные породы, несмотря на их большое разнообразие, состоят из трех основных химических компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. По данным И. М. Скурихина, древесина многолетнего дуба, которую используют для изготовления бочек, состоит в основном из ядра — это темная часть ствола. Заболонь — светлая часть древесины, составляет несколько сантиметров в слоях, прилегающих к коре. Ее на деревообрабатывающих комбинатах удаляют вместе с корой.

Древесина дуба состоит из мельчайших капилляров, проводящих жидкости. Эти капилляры соединены между собой по всей длине и в радиальном направлении. Объемная масса (плотность) древесины в основном зависит от ее пористости и содержания в ней влаги: чем меньше пористость древесины, тем больше ее плотность. По данным Н. И. Никитина [63], плотность древесины дуба составляет 0,51—1,04 г/см³. По данным А. Д. Лашхи плотность коньячной клепки из грузинских пород дуба составляет 0,57—0,79 г/см³, а в абсолютно сухом состоянии— 0,68 г/см³. Средняя плотность вещества древесины — довольно постоянная величина, равная 1,55 г/см³, а само вещество в древесине занимает 20—50 % ее геометрического объема.

Другим важным физическим свойством древесины с точки зрения коньячного производства является ее влагопоглотительная способность, также связанная с пористостью древесины дуба. Согласно данным А. Д. Лашхи, 1 см³ воздушно-сухой дубовой клепки за 1 месяц поглощает 0,4-0,6 мл коньячного спирта. По данным Л. А. Оганесянц древесина дуба с крупно сосудистыми кольцами, богатая фенольными соединениями и с небольшим содержанием душистых веществ высоко ценится для выдержки коньячных спиртов во Франции (типично для лемузинской древесины). Эти свойства и определяет скорость созревания коньячных спиртов при их выдержке в бочках. Этим требованиям удовлетворяют дубы, произрастающие в Апшеронском районе Краснодарского края и в центре Майкопского района Республики Адыгея.

Использование древесины дуба в виноделии, и особенно в коньячном производстве, обусловлено тем, что она содержит по сравнению с другими породами древесины меньше смолистых веществ, обладает повышенной плотностью и прочностью.

Изменение состава коньячных спиртов в процессе

Выдержки

Сложные физико-химические процессы, происходящие при выдержке коньячного спирта, изучались и продолжают изучаться многими отечественными и зарубежными исследователями. Ими заложены основы химии коньячного производства и изучены процессы, связанные с превращениями элементов дубовой древесины и их взаимодействием с компонентами коньячного спирта.

Г. Г. Агабальянц полагает, что при выдержке коньячных спиртов изменения происходят в основном в порах дубовой клепки бочек. Проникающий в поры кислород воздуха и коньячный спирт взаимодействуют между собой и компонентами дубовой древесины, продукты превращения которых участвуют в формировании качества коньяка.

Французскими учеными были установлены следующие закономерности:

· при выдержке коньячных спиртов происходит увеличение сухого экстракта, кислотности и танидов;

· увеличиваются альдегиды и летучие кислоты, являющиеся продуктами окисления компонентов коньячного спирта и древесины дуба;

· появляются сахара за счет гидролиза гемицеллюлоз древесины, концентрации которых возрастают с увеличением срока выдержки спиртов;

· содержание танидов увеличивается с первых лет выдержки спиртов и сопровождается ростом кислотности и интенсивности окраски.

· количество эфиров и высших спиртов изменяются незначительно.

Наши исследования подтверждают увеличение в процессе выдержки альдегидов и летучих кислот, являющихся продуктами окисления спирта. Что касается изменения концентраций эфиров в процессе многолетней выдержки коньячных спиртов, то нами установлена четкая закономерность образования этилформиата, метилацетата и особенно этилацетата. Их концентрации возрастают по мере созревания коньячных спиртов, особенно после 3-5 лет выдержки.

Механизм участия кислорода в созревании коньячных спиртов сводится к тому, что он адсорбируется из воздуха древесиной дуба и связывается с содержащимися в ней танидами. Хиноны, образованные в результате окисления танидов, взаимодействуют с веществами коньячного спирта, как катализатор окисления. Таким образом, древесина дуба служит катализатором окислительных процессов вследствие создания танидами окислительно-восстановительной системы. При окислении спиртов образуются альдегиды и летучие кислоты в концентрациях, пропорциональных концентрациям исходных спиртов. Окисляются в основном низкомолекулярные спирты – С₁, С₂, С₃.

В процессе окисления компонентов коньячного спирта в естественных условиях при сравнительно низком окислительно-восстановительном потенциале сохраняются первичные ароматические вещества, тогда как искусственное окисление при высоком окислительно-восстановительном потенциале ведет к разрушению букета и формированию посторонних тонов не свойственных натуральным коньякам.

В течение первых лет выдержки наблюдается быстрое уменьшение значения рН с 5 до 4 вследствие растворения танидов, образования летучих кислот и уменьшения спиртуозности. Затем процесс снижения рН замедляется и стабилизируется на уровне 3,5.

Важнейшим свойством гемицеллюлоз является их способность подвергаться гидролизу в присутствии кислот с преобразованием сахаров, которые, переходя в раствор, заметно смягчают вкус коньков. Гемицеллюлозы, как указывает В. И. Личев, гидролизуются в спирте под влиянием кислот со скоростью, изменяющейся в зависимости от рН и температуры, образуя разные сахара, а именно: глюкозу, арабинозу, ксилозу, галактозу и др.

Ломинадзе В. Н., Егоров И. А., Родопуло А. К. установили, что в первые годы выдержки в дубовых бочках в молодых коньячных спиртах протекают усиленные окислительные процессы, окисляется не только этанол, но и высшие спирты, при этом количество альдегидов увеличивается. Анализы показали, что содержание высших спиртов – н-пропанола, н-бутанола, изобутанола, изопентанола, н-пентанола, н-гексанола – при выдержке в течение 15-20 лет уменьшается от 320 до 290 мг/дм³. Фурановые альдегиды – фурфурол, 5-метилфурфурол, образуются главным образом при отгонке коньячных спиртов из виноматериалов. Они возникают также в процессе выдержки из пентозанов дубовой древесины, хотя количество фурановых альдегидов увеличивается незначительно. Ароматические альдегиды – ванилин, сиреневый, синаповый и конифериловый, образуются из продуктов распада лигнина и поэтому, их количество увеличивается в процессе выдержки. Количество высококипящих этиловых эфиров жирных кислот – капроновой, каприловой и каприновой, хотя и увеличивается, но незначительно (от 32 до 41 мг/дм³). Содержание цис- и транс-b-метил-g-окталактонов на протяжении всего срока выдержки увеличивается, в то время как терпеноидов постепенно уменьшается.

Результаты исследований Gomez-Cordoves C., Carrido D. показали, что в первые семь месяцев выдержки коньячных спиртов в бочках появляется ванилиновая кислота, ванилин, сирингиловый и конифериловый альдегиды в больших количествах и в меньших – галловая, сирингиловая, п-оксибензойная кислоты. Замечено, что через год влияние времени сказывается меньше, чем качество и состояние бочек.

Внутренние слои древесины подвергаются более глубоким изменениям, чем внешние. Те из них, которые долгое время находятся в соприкосновении со спиртом, почти полностью выщелачиваются, что проявляется в образовании пустого пространства (видимого под микроскопом) вокруг клеток при растворении экстрагируемых спиртом элементов. Исчезает лигнин, составляющий клеточное окружение. Это происходит тем быстрее и полнее, чем выше концентрация спирта и ниже рН.

Известно, что на некоторых французских предприятиях применяется выдержка не коньячных спиртов, а купажей коньяков. Этот метод заключается в том, что свежеперегнанный коньячный спирт обогащают экстрактивными веществами дуба, купажируют с доведением крепости до 45-50 % об. и закладывают на долголетнюю выдержку. Крепость купажа устанавливается из расчета ежегодного снижения ее на 1%. Преимущество этого метода заключается в том, что за время многолетней выдержки разбавленных спиртов происходит полная ассимиляция спирта и устанавливается химическое равновесие между всеми компонентами коньяка. Недостатком метода является потребность в дополнительной площади хранилищ, то есть уменьшении производственной мощности примерно на 30%.

Известно, что в наружных слоях древесины бочек концентрация спирта не превышает 7—8 % об., что делает возможным развитие грибков, выделяющих ферменты. Эти ферменты окисляют свободные полифенолы в сильные перекиси типа ортохинонов. Исследованиями Л.А. Оганесянц и других выявлены и идентифицированы микроорганизмы, содержащиеся в древесине дуба . Исходя из этого, для нормального хода созревания коньячных спиртов необходимо создать в хранилищах соответствующую температуру и влажность, обеспечивающие развитие грибков на поверхности бочек. Увеличение диапазона перепада температур в хранилищах улучшает протекания термодиффузии и усиливает конвективный поток жидкости в бочках, способствующих ускорению процессов экстракции и вовлечению в реакции гидролиза и окисления всей массы спирта. Но при этом повышаются и потери спирта.

Из вышеизложенного следует, что формирование коньячного аромата является результатом взаимодействия компонентов коньячного спирта с составными элементами древесины. Спирт приобретает букет коньяка только после длительной выдержки в бочках при определенной температуре, влажности и доступе кислорода. При этом происходят физические, химические и биохимические изменения, формирующие типичные свойства коньяка.

Для повышения эффективности использования дубовой клепки и ускорения созревания коньячных спиртов нами разработан способ, предусматривающий измельчение истощенной дубовой клепки (после трехкратного использования при резервуарной выдержке) до размеров щепы с последующим помещением щепы в резервуар, насыщением её кислородом под давлением 0,01-0,015 МПа и заливом коньячным спиртом для созревания. Стандартную клепку измельчали на измельчителе конструкции ВНИИВиВ им. Я.И.Потапенко. По этой технологии выдерживали коньячные спирты в течение 2-3 лет и готовили спиртованные экстрактивные воды для добавления в купажи. Этот технологический прием обеспечивает повышение качества коньячного спирта резервуарной выдержки на 0,2-0,3 балла по сравнению с существующей технологией, повышает эффективность использования дубовой клепки в 1,5-2 раза и особенно эффективна для приготовления качественных спиртованных экстрактивных вод.