ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 40, № 6, с. 704-707
УДК 663.24
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ ДУБА НА ЕЕ АРОМАТОБРАЗУЮЩИЙ КОМПЛЕКС
© 2004 г. А. Ф. Писарницкий, С. А. Климов, Е. В. Бражникова
Институт биохимии им. АН. Баха РАН, 119071, Москва, e-mail: vap@inbi.ras.ru Поступила в редакцию 07.04.2004 г.
Исследовали влияние кислотного гидролиза древесины дуба (Quercus robur L.) на ее ароматобразу-ющий комплекс. В пробах, обработанных соляной кислотой, происходило значительное увеличение метанола, уксусной и кротоновой кислот, а также фурфурола. В составе минорных соединений проходило новообразование ароматических углеводородов и снижалось содержание таких летучих фенолов, как ванилин, сиреневый и конифериловый альдегиды; увеличивалось относительное содержание гваякола и сирингола; проходило образование ацетованиллона и пропиованиллона, а также продуктов дегидратации гексоз - левоглюкозенона, 1,4:3,6-диангидроглюкозы, мальтола, 1,6-ангидроглюкопирана.
Древесина дуба широко используется в пищевой промышленности для созревания разнообразных спиртных напитков. Изучению ее состава посвящено большее количество работ, периодически освещаемых в специальных обзорах [1-3], в которых основное внимание уделено влиянию вку-со-ароматического комплекса древесины на формирование качества напитков. Состав древесины дуба зависит от многих факторов, в том числе от разновидности породы, климата, почвы, возраста, способа подготовки и т.п. [4-6]. Общеизвестно, что предварительная сушка и последующая термообработка являются основными этапами подготовки древесины перед ее контактированием со спиртосодержащими напитками. В результате трансформации лигнина и полифенольного комплекса происходит образование низкомолекулярных летучих фенолов - ванилина, сиреневого альдегида, кониферилового альдегида и др., а при дегидратации углеводной части происходит образование в основном О-гетероциклических соединений [7].
Из липидного комплекса древесины лишь одна гидроксикислота - 3-метил-4-гидроксиоктановая, образующая цис- и транс-лактоны, существенно влияет на аромат напитков [8-10].
Предложено большое количество способов обработки древесины с целью трансформации ее компонентов, ведущей к повышению органолеп-тических качеств конечного продукта - напитков [11], тем не менее ни один из них не нашел повсеместного применения. Принято считать, что при выдержке напитков в контакте с древесиной происходит гидролиз ее компонентов, обусловленный кислой средой, что связывают с формированием аромата и вкуса [12]. Однако прямых дан-
ных о продуктах кислотного гидролиза дубовой древесины нами в литературе не было обнаружено.
Цель работы - изучение продуктов кислотного гидролиза дубовой древесины при обработке соляной кислотой.
МЕТОДИКА
Использовали древесину дуба черешчатого (Quercus robur L.), произраставшего в Дагестане, высушенного на воздухе в течение десяти лет. Древесину измельчали до опилок (0.3-0.5 мм) и 50 г смачивали 100 мл соляной кислоты различной концентрации 0.05 н. и 0.1 н. и оставляли на 1 сут при комнатной температуре. Контрольный образец смачивали водой. Затем образцы помещали в сушильный шкаф и при температуре 160°С высушивали при периодическом перемешивании до полного удаления паров соляной кислоты.
Обработанную древесину заливали 65 %-ным этиловым спиртом в соотношении 1 : 10 и настаивали в течение 30 сут при периодическом перемешивании. Спиртовые экстракты отделяли фильтрацией, разбавляли в 4 раза водой, насыщали NaCl и экстрагировали этилацетатом (3 х 50 мл). Полученные экстракты высушивали над сернокислым натрием в течение 1 сут, фильтровали и отгоняли растворитель с применением дефлегматора до остаточного объема 0.5 мл. Далее анализ этилацетатных экстрактов проводили на газовом хроматографе модели 6850 фирмы "Agilent Technologies" (США) с масс-селективным детектором 5973 N при следующих условиях: колонка кварцевая капиллярная HP-5MS (95% метилсиликона + 5% фенилсиликона) длиной 30 м, диаметром 0.25 мм, толщина пленки неподвижной фазы - 0.25 мкм;
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ ДУБА 705
Таблица 1. Основные летучие компоненты, экстрагируемые из древесины этанолом* (мг/100 мл)
Вариант Метанол Уксусная кислота Фурфурол Кротоновая кислота
Контроль 0.4 2.0 1.2 0.3
Обработка 0.05 н. HCl 1.8 11.8 6.5 0.8
Обработка 0.1 н. HCl 11.2 23.0 15.5 24.0
* Нагревание древесины при 160°С в течение 40 мин с последующим настаиванием в 65%-ном этаноле 30 сут при гидромодуле 1 : 10.
Таблица 2. Сравнительное содержание соединений ароматического ряда, не содержащих фенольных групп в этилацетатных экстрактах (площадь пика на хроматограмме, мм2)
Время удерживания, мин Соединение Древесина
контроль +0.05 н. HCl +0.1 н. HCl
4.37 Толуол - 2.45 10.9
5.99 Этилбензол - 0.14 0.22
6.11 Р-Ксилол - 0.6 0.18
6.42 М-Ксилол - 0.4 0.11
9.29 1-Метил-3(1-метилэтил)-бензол - 0.01 0.08
10.54 Фенилэтанол 0.05 0.05 0.03
15.50 Нафталин - 0.12 0.22
15.67 Бензотиазол 0.07 0.16 0.14
22.19 Нафтилизоцианат 0.11 0.21 0.23
24.12 Пиран - 0.08 0.14
32.19 Фенантрен-1-метил-7-метокси - 0.05 0.12
температура инжектора - 280°С, интерфейса детектора - 280°C; начальная и конечная температура колонки соответственно 50 и 280°C; скорость изменения температуры - 10°C в 1 мин; газ-носитель - гелий, объем вводимой пробы 1 мкл. Пробы вводили с делением потока 1 : 20. Масс-селективный детектор работал в режиме электронного удара (70 эВ).
Регистрируемые масс-спектры по программному обеспечению прибора сравнивали со спектрами, имеющимися в электронных библиотеках (NIST02 WILEY 7N), и идентификацию проводили при совпадении спектральных данных с точностью не менее 95%.
Предварительные анализы спиртовых экстрактов проводили прямым вводом (1 мкл) на хроматографе Varian-3400CX (США) с капиллярной колонкой длиной 50 м cFFAPP в качестве жидкой фазы при программировании температуры от 60 до 720°C со скоростью 15°C в 1 мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Предварительный анализ спиртовых экстрактов показал, что при нагревании древесины в присутствии соляной кислоты основными летучими
компонентами, накапливающимися в наибольших количествах, были метанол, уксусная кислота, фурфурол и кротоновая кислота (табл. 1). С увеличением концентрации соляной кислоты количество этих продуктов увеличилось. В контрольном образце, где тепловая обработка проходила лишь в присутствии воды, относительно небольшие количества этих соединений также имелись.
Последующий анализ этилацетатных экстрактов, полученных из спиртовых настоев, с применением ГЖХ-МС показал значительные качественные и количественные различия в составе минорных компонентов в контроле и древесине, обработанной кислотой. В табл. 2 показано сравнительное содержание соединений ароматического ряда, не содержащих фенольных групп. Из данных таблицы следует, что при увеличении концентрации кислоты происходило увеличение относительного содержания ароматических углеводородов, а также появление полициклических соединений, что, по-видимому, связано с деградацией полифенольного комплекса древесины.
Соединения ароматического ряда, содержащие фенольные группы, являющиеся основными ароматобразующими компонентами дубовой древесины, представлены в табл. 3. При нагревании пада-
7 ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ
том 40 < 6 2004
706
ПИСАРНИЦКИЙ и др.
Таблица 3. Сравнительное содержание летучих фенолов в этилацетатных экстрактах (площадь пика на хрома-тограмме, мм2)
Время удерживания, мин Соединение Древесина
контроль +0,05 н. НС1 +0,1 н. НС1
17.32 Гваякол 0.07 0.18 0.3
19.24 2-Метокси-4-винилфенол (винил гваякол) 0.1 0.11 0.5
19.92 2,6-Диметоксифенол (сирингол) - 0.1 0.4
22.19 Ванилин 8.52 6.84 2.28
23.55 2-Метокси-4-(1-пропенил)фенол (изоэвгенол) 0.44 0.21 0.09
24.31 2,6-Диметоксибензохинон 3.24 2.98 1.72
24.60 1-(4-Гидрокси-3-метокси)ацетофенон (ацетованиллон) - 0.31 0.71
24.82 Ванилиновая кислота 0.36 0.24 0.11
25.55 Пропиованиллон - 0.18 0.22
26.01 2,4-Дигидрокси-3-метоксиацетофенон - 0.28 0.22
29.96 4-Гидрокси-3-метоксибензальдегид (сиреневый альдегид) 0.62 0.48 0.25
30.65 4-Гидрокси-3-метоксикоричный альдегид (конифериловый альдегид) 5.81 4.51 2.28
32.71 4-Гидрокси,3,5-диметоксибензойная кислота (сиреневая кислота) 0.92 0.72 0.64
Таблица 4. Сравнительное содержание продуктов дегидратации углеводов в этилацетатных экстрактах (площадь пика на хроматограмме, мм2)
Время удерживания, мин Соединение Древесина
контроль +0,05 н. НС1 +0,1 н. НС1
5.73 Фурфурол 2.52 4.98 6.27
7.28 5-Метил-2(5Н)-фуранон 0.21 0.52 0.78
7.71 5-Метилфурфурол 0.15 0.22 0.50
9.86 Фуранкарбоновой кислоты этиловый эфир 0.02 0.04 0.06
11.39 Фуранкарбоновая кислота 0.32 0.51 0.64
12.07 Левоглюкозенон - - 0.44
13.66 1,4:3,6-Диангидро-а-Б-глюкоза - 0.21 0.55
13.91 5-Гидроксиметилфурфурол 0.18 0.32 0.52
14.19 Мальтол - 0.31 0.46
17.65 1,6-Ангидро-Р-Б-глюкопиран - 0.28 0.62
17.89 5-Этоксифурфурол 0.01 0.01 0.01
ло относительное содержание ряда известных душистых веществ - ванилина, изоэвгенола, ванилиновой и сиреневой кислоты, сиреневого и кониферилового альдегидов. В то же время происходило увеличение относительного содержания гваякола, сирингола, ацетованиллона, пропиованиллона, 2,4-дигидрокси-3-метоксиацетофенона - душистых веществ с приятным запахом, вследствие чего происходило изменение традиционного аромата, свойственного нагретой дубовой древесине.
Из данных табл. 4 следует, что в условиях кислой среды проходил хорошо известный процесс дегидратации углеводов, в частности соединения фурано-вого ряда легко образовывались из пентоз.
С увеличением концентрации кислоты увеличивалось содержание продуктов дегидратации гексоз -левоглюкозенона, 1,4:3,6-диангидро-а-В-глюкозы, мальтола, 1,6-ангидро-Р-Б-глюкопирана. Присутствие в экстрактах 5-этоксифурфурола и этилового эфира фуранкарбоновой кислоты, по-видимому,
ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ том 40 < 6 2004
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ ДУБА
lDl
следует связывать с их образованием при экстракции древесины этанолом и этилацетатом.
При хромато
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.