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        制造橡木桶用木材的微觀結(jié)構(gòu)研究

        2016-12-31 00:00:00鄒毅方基勝高偉
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年16期

        摘要:為比較制造橡木桶用木材的微觀結(jié)構(gòu)特征,選用10種橡木(Quercus L.)為試驗(yàn)材料,通過(guò)顯微鏡觀察橡木的導(dǎo)管、木射線和軸向薄壁組織,分析常見(jiàn)橡木的共性與個(gè)性。結(jié)果表明,栓皮櫟(Q. variabilis Bl.)導(dǎo)管內(nèi)侵填體較少,液體流透性比較高;美國(guó)紅橡(Q. rubra L.)管孔較大,與外界的空氣接觸過(guò)多,二者均不適合制造橡木桶。夏橡(Q. robur L.)、盧浮橡(Q. sessiliflora Salisb)、孚日橡(Q. pendunculata L.)、無(wú)?;ㄏ餥Q. petraea(Matt.)Liebl.]、星毛橡(Q. stellata Wangenh)、美洲白橡(Q. alba L.)、沼生白橡(Q.bicolor Willd.)、蒙古櫟(Q. mongolica Fisch. ex Ledeb)這8種橡木適合制造橡木桶,其共同特征是有合適的管孔大小,具有一定的透氣性,可以與外界空氣發(fā)生微氧反應(yīng);有豐富的侵填體,可以堵塞橡木桶內(nèi)壁管孔,降低氣體和液體在木材中的滲透性,從而保證陳釀過(guò)程中酒的口感。10種橡木的木射線和軸向薄壁組織無(wú)明顯區(qū)別。為此,橡木的導(dǎo)管大小和侵填體多少是判定是否適合制造橡木桶的關(guān)鍵要素。

        關(guān)鍵詞:橡木(Quercus L.);微觀結(jié)構(gòu);導(dǎo)管;侵填體;軸向薄壁組織

        中圖分類(lèi)號(hào):S792.18+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)16-4193-05

        DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.031

        橡木桶是釀酒的首選容器[1],陳釀過(guò)程中橡木氣味的溶出有益于酒的感官評(píng)價(jià)[2],不同品種和產(chǎn)地的橡木其化學(xué)成分各不相同。Schumacher等[3]分析了美洲白橡(Quercus alba L.)、無(wú)梗花橡[Q. petraea (Matt.) Liebl.]、夏橡(Q. robur L.)3種橡木片對(duì)葡萄酒陳釀的影響;Anjos等[4]分析了夏橡、歐洲栗(Castanea sativa Mill.)2種橡木對(duì)白蘭地陳釀的影響;Cullere等[5]用氣相色譜法對(duì)6種不同類(lèi)型的香氣型木材進(jìn)行了分析;Santiago等[6]研究了甘蔗酒在橡木桶[Quercus sp和Amburana cearensis(Fr. Allen.)A. S. Smith]陳釀過(guò)程中氨基甲酸乙酯的變化過(guò)程。上述陳釀過(guò)程受橡木的微觀結(jié)構(gòu)影響深遠(yuǎn),橡木的微觀結(jié)構(gòu)是陳釀過(guò)程中微氧交換的核心因素[7]。張超男等[8,9]對(duì)蒙古櫟(Q. mongolica Fisch. ex Ledeb)同株不同位置的導(dǎo)管特征進(jìn)行了分析,得到了次生木質(zhì)部的解剖結(jié)構(gòu);白超等[10]將厚皮、薄皮2種類(lèi)型栓皮櫟(Q. variabilis Bl.)進(jìn)行了細(xì)胞微觀構(gòu)造觀察分析,并與歐洲栓皮櫧(Q. suber L.)做了比較;Roberto等[11]使用3個(gè)不同原產(chǎn)地的橡木(美國(guó)、法國(guó)和西班牙)桶比較了對(duì)果酒的陳釀?dòng)绊?;Nevares等[12]還將橡木桶內(nèi)壁粗糙程度與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系建立了滲透性模型。目前生產(chǎn)上常用的橡木種類(lèi)分布范圍較廣,缺少對(duì)不同種橡木微觀結(jié)構(gòu)的對(duì)比研究。為此,試驗(yàn)取2種不適合制造橡木桶的木材美國(guó)紅橡(Q. rubra L.)、栓皮櫟與生產(chǎn)中8種適合制造橡木桶的主流木材進(jìn)行對(duì)比,以期找到它們微觀特征的共性、個(gè)性以及制造橡木桶的適用性,從而更好地為釀酒業(yè)服務(wù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 植物材料 參試10種橡木分別采自北美、歐洲和中國(guó),其中盧浮橡(Q. sessiliflora Salisb)來(lái)自法國(guó)中部涅夫勒省,夏橡來(lái)自法國(guó)西部阿列省,孚日橡(Q. pendunculata L.)來(lái)自法國(guó)東北部下萊茵省,無(wú)?;ㄏ饋?lái)自斯洛文尼亞的克拉尼市,星毛橡(Q. stellata Wangenh)來(lái)自美國(guó)密蘇里州,美洲白橡來(lái)自美國(guó)密歇根州,沼生白橡(Q.bicolor Willd.)來(lái)自美國(guó)西弗吉尼亞洲,蒙古櫟來(lái)自中國(guó)吉林省,栓皮櫟來(lái)自中國(guó)廣西壯族自治區(qū),美國(guó)紅橡來(lái)自美國(guó)緬因州。

        1.1.2 試劑與藥品 乙醇、TO型生物制片透明劑、番紅染色液、中性樹(shù)膠。

        1.1.3 儀器 木材切片機(jī)、實(shí)驗(yàn)用切片刀、磨刀機(jī)、尼康照相機(jī)、ZEISS體視顯微鏡;水浴鍋、電爐、培養(yǎng)皿、酒精燈、毛筆、30倍放大鏡。

        1.2 方法

        各橡木樣品水煮后切片,觀察橡木的導(dǎo)管、木射線、軸向薄壁組織等有關(guān)形態(tài)變化。在形態(tài)分類(lèi)上,將管孔分布分為3種,即環(huán)孔材(R)、散孔材(D)、半散孔材(S);將管孔形狀分為5種,即圓形(po)、卵圓形(el)、橢圓形(ell)、多邊形(pol)、略具多邊形輪廓(poll);將管孔組合分為3種,即單管孔(sp)、復(fù)管孔(mp)、管孔團(tuán)(pt);將木射線組成細(xì)胞分為2種,即橫臥射線細(xì)胞(Prc)、直立射線細(xì)胞(Urc)。具體步驟如下:

        1.2.1 軟化 將處理好的試樣用紗布包好,系上編號(hào),放入蒸餾水里煮沸,每隔40~50 min補(bǔ)水1次,水煮時(shí)間約240 h,至樣品表面軟化為止。

        1.2.2 切片 取出樣品,將樣品緊旋在切片機(jī)的樣品夾中,橫切面制片厚度為25 μm,徑切面、弦切面各為18 μm。

        1.2.3 染色 選取完整的切片放進(jìn)培養(yǎng)皿中,用 10 g/L番紅染色液染色24 h。

        1.2.4 脫水 將染色后的切片依次放入50%乙醇中脫水6~10 min,70%乙醇中脫水6~10 min,95%乙醇中脫水10 min,100%乙醇中脫水15 min,最后在TO型生物制片透明劑中放10 min,脫水過(guò)程完成。

        1.2.5 制片 將脫水的切片剪成合適的大小,放置在干凈的載玻片上,滴上1~2滴中性樹(shù)膠,蓋上蓋玻片。

        1.2.6 拍照 使用ZEISS體視顯微鏡,將三切面切片放到鏡頭下,調(diào)至適合的倍數(shù),調(diào)焦,拍照。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 導(dǎo)管

        試驗(yàn)觀察到的參試橡木導(dǎo)管形態(tài)情況分別見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、表1。從圖1、圖2、圖3、圖4、圖5可見(jiàn),試件木材有明顯的生長(zhǎng)輪,早、晚材區(qū)別比較明顯。管孔分布都為環(huán)孔材,早材管孔以單管孔為主,管孔的形狀為圓形、橢圓形、卵圓形或略具多邊形輪廓,管孔內(nèi)含有侵填體;晩材管孔都比較小,管孔帶橫切面上導(dǎo)管形狀與早材帶基本相同,都呈火焰狀徑列型。早、晚材管孔基本都是急變,管孔以單管孔為主,導(dǎo)管單穿孔居多。

        從表1可見(jiàn),夏橡、盧浮橡、孚日橡、沼生白橡、美國(guó)白橡、蒙古櫟、美國(guó)紅橡的管孔呈現(xiàn)的形狀一樣,多為圓形和橢圓形;無(wú)?;ㄏ鸬墓芸仔螤顬閳A形、卵圓形及橢圓形;星毛橡的管孔形狀為圓形、卵圓形和略具多邊形輪廓;栓皮櫟的管孔出現(xiàn)的形狀一樣,為圓形和卵圓形。夏橡、孚日橡、無(wú)?;ㄏ?、星毛橡、沼生白橡、蒙古櫟的早材管孔排1~2列;盧浮橡早材管孔排1~3列;栓皮櫟早材管孔排1~5列;美國(guó)紅橡早材管孔排2~5列。早材的管孔都比較大,晚材的管孔比較小。夏橡、栓皮櫟、星毛橡的管孔比較小,在200 μm 以下;盧浮橡、孚日橡、美洲白橡、沼生白橡、蒙古櫟的管孔相對(duì)大些,在300 μm以內(nèi);無(wú)梗花橡、美國(guó)紅橡管孔最大,為300 μm。早晚材區(qū)別都比較明顯,基本都是急變,只有美國(guó)紅橡早晚材在漸變到急變之間。管孔以單管孔為主,夏橡、盧浮橡、美洲白橡出現(xiàn)了少數(shù)2~3個(gè)徑向排列的復(fù)管孔,其他都是單管孔。

        試驗(yàn)觀察到的參試橡木導(dǎo)管內(nèi)侵填體情況分別見(jiàn)圖6、圖7、圖8和表1。從圖6、圖7、圖8、表1可見(jiàn),導(dǎo)管內(nèi)都含有侵填體,并且大多數(shù)木材的侵填體比較豐富,只有盧浮橡、蒙古櫟導(dǎo)管內(nèi)侵填體含量中等;而栓皮櫟導(dǎo)管內(nèi)僅有少量侵填體。

        2.2 木射線

        試驗(yàn)觀察到的參試橡木木射線情況見(jiàn)圖9、表2。從圖9、表2可見(jiàn),10種橡木的木射線非疊生,有寬、窄2類(lèi)木射線,窄木射線極細(xì),寬木射線(復(fù)合射線)在橫切面上很明顯,在弦切面上呈褐色紡錘形,徑切面上射線斑紋甚明顯。窄木射線通常單列,有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)2列,寬木射線寬至許多細(xì)胞,被許多窄木射線分隔,高至許多細(xì)胞。射線組織同形單列及多列;有些射線細(xì)胞內(nèi)含樹(shù)膠,具菱形晶體,一部分為含晶異細(xì)胞;射線細(xì)胞端壁節(jié)狀加厚,水平壁紋孔多而明顯。10種橡木木材的木射線種類(lèi)都是櫟木射線,即同時(shí)具有單列射線和極寬射線的木射線,且兩者區(qū)分明顯。窄木射線單列為主,射線高度有小范圍的差別。無(wú)?;ㄏ稹⑿敲鸬哪旧渚€高度最小,都是4~18個(gè)細(xì)胞。而寬木射線比較寬,雖然數(shù)量少,但寬至許多細(xì)胞,常超出切片范圍。10種橡木的寬木射線差別很大,孚日橡的木射線最細(xì),寬度為8個(gè)細(xì)胞;無(wú)梗花橡的木射線最寬,寬度為28個(gè)細(xì)胞。木射線的組成細(xì)胞都是橫臥射線細(xì)胞,即細(xì)胞的長(zhǎng)軸與木紋方向垂直,在弦切面上通常呈圓形,在徑切面上通常呈長(zhǎng)方形水平狀排列。

        2.3 軸向薄壁組織

        軸向薄壁組織是由形成層紡錘形原始細(xì)胞衍生2個(gè)或2個(gè)以上的、具單紋孔的薄壁細(xì)胞縱向串聯(lián)而形成的一種軸向組織,沿木紋方向排列。試驗(yàn)觀察到的參試橡木軸向薄壁組織情況見(jiàn)表3。從表3可見(jiàn),10種橡木軸向薄壁組織都比較豐富,大多數(shù)呈切線狀及離管帶狀、環(huán)管狀,少數(shù)呈星散狀;薄壁細(xì)胞端壁節(jié)狀加厚不明顯,部分含有樹(shù)膠。

        3 小結(jié)與討論

        3.1 10種橡木共性

        參試10種橡木心邊材區(qū)別明顯,生長(zhǎng)輪清晰;早晚材急變,環(huán)孔材,管孔內(nèi)含有侵填體;早材管孔較大,管孔大小差別不大,晚材管孔較小,基本肉眼看不見(jiàn);木射線有寬、窄2種,窄多寬少,窄木射線多為單列,寬木射線極寬,被窄木射線分隔。軸向薄壁組織比較發(fā)達(dá)。管孔為單管孔,有單穿孔(晚材偶見(jiàn)梯狀穿孔);導(dǎo)管壁上紋孔式互列;軸向薄壁組織量多,呈切線狀、離管帶狀、環(huán)管狀和星散狀;射線組織為同形單列或多列為主,未見(jiàn)異型射線組織;除單列木射線外,大部分還有聚合射線,部分射線細(xì)胞內(nèi)含有樹(shù)膠、菱形晶體。

        3.2 10種橡木個(gè)性

        夏橡早晚材比較明顯,年輪清晰。早材管孔比較小,1~2列,晚材管孔基本看不到。窄木射線較細(xì)較密,分布均勻。侵填體非常豐富,且堵塞管孔。

        盧浮橡早晚材區(qū)分明顯,早材管孔密集,1~3列,晚材管孔用肉眼基本看不到。木射線比較整齊,寬木射線間距基本相似。侵填體含量中等。

        孚日橡早材管孔排列稀疏,1~2列,晚材管孔肉眼基本看不到。木射線較粗,分布不均勻。侵填體很豐富,木射線比較短,且斷斷續(xù)續(xù)。

        無(wú)?;ㄏ鹪缤聿募弊?,早材管孔較大,管孔大小較均勻,管孔處材色發(fā)白,晚材管孔很小。管孔內(nèi)侵填體晶瑩剔透,較豐富。寬木射線較少,特別寬,木紋理直,結(jié)構(gòu)略粗糙。

        星毛橡與沼生白橡早晚材區(qū)分明顯,早材管孔較大,1~2列,晚材管孔較小,導(dǎo)管內(nèi)有豐富的侵填體。木射線比較粗,木紋理直,結(jié)構(gòu)略粗,不均勻。沼生白橡跟星毛橡相比,管孔大一些,木射線寬一些。

        美洲白橡的邊材為淺顏色,心材為淺棕色至深褐色,以直紋形式出現(xiàn)較多,紋理中等至粗糙。但與美國(guó)紅橡比較,美洲白橡木射線比美國(guó)紅橡木明顯長(zhǎng),由此造成美洲白橡比美國(guó)紅橡的木紋要明顯得多。

        蒙古櫟心邊材區(qū)別比較明顯,心材黃褐色或淺暗黃色,邊材淺黃褐色。早材管孔比較大,1~2列,導(dǎo)管內(nèi)侵填體含量中等。木射線比較粗,木紋理直,結(jié)構(gòu)略粗,不均勻,其優(yōu)良性能可以與法國(guó)橡木相媲美。

        栓皮櫟心邊材區(qū)別較明顯,邊材暗黃褐色或灰黃褐色,心材紅褐至鮮紅褐色。與其他橡木相比生長(zhǎng)輪很明顯、寬度較均勻,最大的區(qū)別就是導(dǎo)管內(nèi)的侵填體太少。

        美國(guó)紅橡與其他9種橡木相比,最明顯的區(qū)別在于管孔和木射線。美國(guó)紅橡的早材管孔比較大,2~5列,管孔比較多,密度大,木射線較短。實(shí)際上美國(guó)紅橡并不是真正的紅色,邊材是白色至淺棕色,心材粉紅棕色,外觀與美洲白橡相似,但是木射線較細(xì),木紋顯著性就不如美洲白橡,且絕大多數(shù)是直紋,紋理比較粗糙。由于美國(guó)紅橡的色澤,使其更適合做染色的木制品或家具。

        3.3 不適合制造橡木桶的木材微觀特征

        栓皮櫟和美國(guó)紅橡不適合制造橡木桶,其微觀特征如下:栓皮櫟導(dǎo)管內(nèi)只有少量侵填體,侵填體的多少或有無(wú)對(duì)木材的利用上具有一定的意義,侵填體過(guò)少,導(dǎo)管的液流透性比較高,防水性能不好;侵填體多的木材,管孔會(huì)被堵塞,降低了氣體和液體在木材中的滲透性。因而,含有侵填體的木材可提高木材的耐久性,但很難進(jìn)行浸漬處理。由此可知,做橡木桶選用具有侵填體的橡木,而不選用只有少量侵填體的栓皮櫟。美國(guó)紅橡因?yàn)楣芸妆容^大,2~5列,管孔比較多,加上管孔過(guò)大,與外界的空氣接觸過(guò)多,不能很好地保護(hù)葡萄酒,為此亦不適合制造橡木桶。

        3.4 適合制造橡木桶的木材微觀特征

        除栓皮櫟和美國(guó)紅橡外,夏橡、盧浮橡、孚日橡、無(wú)?;ㄏ?、星毛橡、美國(guó)白橡、沼生白橡、蒙古櫟8種橡木可用于制造橡木桶,其微觀特征如下:這8種橡木有適合的管孔大小,具有一定的透氣性,可以與外界空氣發(fā)生微氧反應(yīng),橡木桶的桶壁會(huì)將適量的氧氣緩慢地滲透到桶內(nèi),使酒液產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难趸?yīng),從而使酒質(zhì)由尖酸生澀逐漸變得柔和圓潤(rùn)。橡木桶營(yíng)造的微氧環(huán)境還有利于色素和單寧的聚合反應(yīng),使酒液的色澤更加鮮明和穩(wěn)定。具有豐富的侵填體,大量的侵填體會(huì)堵塞管孔,降低氣體和液體在木材中的滲透性,從而保證了酒的口感。防水性能好,這一點(diǎn)對(duì)橡木桶來(lái)說(shuō)非常重要,只有木材有極好的防水性能,才能儲(chǔ)存液體,木材的耐腐蝕性能也會(huì)增強(qiáng)。

        綜上所述,10種橡木心邊材區(qū)分明顯,環(huán)孔材,早晚材急變或漸變-急變,早材管孔比較大,管孔形狀主要為圓形、橢圓形或卵圓形,極少部分略具有多邊形趨勢(shì),晚材管孔較?。粏喂芸?,少部分存在復(fù)管孔;木射線非疊生,有寬、窄2種射線,窄多寬少,窄木射線多為單列,寬木射線極寬,被窄木射線分隔。射線的組成細(xì)胞都為橫臥,射線組織以同型為主;射線-導(dǎo)管間紋孔式主要為刻痕狀。參試樹(shù)種都具有軸向薄壁組織,以切線狀、離管帶狀為主。

        適合制造橡木桶的橡木特征是木材要有一定的透氣性,可與外界的空氣接觸進(jìn)行微氧化反應(yīng),含有豐富的侵填體,可以給酒添加優(yōu)雅的芳香和色澤。不具備此特征的栓皮櫟和美國(guó)紅橡不適合制造橡木桶。

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