制造橡木桶用木材的微觀結(jié)構(gòu)研究

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)梗花橡[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)绊懀籒evares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)梗花橡來(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)梗花橡的管孔形狀為圓形、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)梗花橡、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)梗花橡、星毛橡的木射線高度最小，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)梗花橡早晚材急變，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)梗花橡、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)，晚材管孔較小；單管孔，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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