Effect of heat treatment on the thermal and chemical modifications of Oak and Chestnut wood used in brandy ageing

 

S. Canas¹, A.P. Belchior¹, A. Falcão², J.A. Gonçalves³, M. I. Spranger¹, R. Bruno-de-Sousa ⁴

 

¹ Estação Vitivinícola Nacional, 2565-191 Dois Portos, Portugal

² Instituto Tecnológico Nuclear, 2686-953 Sacavém, Portugal

³ Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, 5001 Vila Real, Portugal

⁴ Instituto Superior de Agronomia, Departamento de Química Agrícola e Ambiental, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal

(Manuscrito recebido em 22.03.07. Aceite para publicação em 07.05.07.)

 

 

SUMMARY

The effects of temperature and frequency of moistening during the first phase of the heat treatment (bending phase) on the simultaneous response of different kinds of wood (Portuguese chestnut, Rumanian and American oak wood) used in brandy ageing were studied. The evolution of the wood temperature was measured by K thermocouple probes. The wood extractable compounds (phenolic acids, phenolic aldehydes, coumarins and furanic derivatives) were analysed by HPLC. The results showed that the thermal distribution along the thickness of the stave is influenced by the temperature and frequency of moistening, and also by the botanical species. It was verified that the bending phase is of great importance for the barrel quality not only for its impact on the physical and mechanical properties of the wood but also for its effect on the wood chemical composition.

Keywords: oak; chestnut; cooperage; heat treatment; thermal and chemical modifications

 

RESUMO

Efeito do tratamento térmico nas modificações térmicas e químicas das madeiras de carvalho e de castanheiro utilizadas no envelhecimento de aguardentes

No presente trabalho são estudados os efeitos da temperatura de vergatura e da frequência do humedecimento durante a primeira fase do tratamento térmico (fase de vergatura) na resposta simultânea, do ponto de vista térmico e químico, de diferentes madeiras (castanheiro português, carvalho americano e carvalho romeno) usadas no envelhecimento de aguardentes vínicas Para a determinação da temperatura da madeira recorreu-se a termopares do tipo K. Os compostos extraíveis da madeira (ácidos fenólicos, aldeídos fenólicos, cumarinas e aldeídos furânicos) foram analisados por HPLC. Os resultados evidenciam que a distribuição da temperatura ao longo da espessura da aduela e a composição química da madeira são influenciadas pela temperatura de vergatura e pela frequência do humedecimento, bem como pela espécie botânica da madeira. É demonstrado que a fase de vergatura é de extrema importância para a qualidade da vasilha não apenas pelo seu impacto nas propriedades físicas e mecânicas da madeira, mas por constituir também uma etapa determinante da composição química da mesma.

Palavras chave: carvalho; castanheiro; tratamento térmico; modificações térmicas e químicas

 

Texto completo disponível apenas em PDF.

Full text only available in PDF format.

 

REFERENCES

Artajona J., Barbero E., Llobet M., Marco J., Parente F., 1991. Influence du “bousinage” de la barrique sur les qualités organoleptiques des brandies vieillis en fûts de chêne. In: Les eaux-de-vie traditionnelles d’origine viticole. 197-205. Bertrand, A. (ed.), Lavoisier - TEC & DOC, Paris.        [ Links ]

Belchior A.P., Caldeira I., Costa S., Tralhão G., Ferrão A., Mateus A.M., Carvalho E., 2001. Evolução das características fisicoquímicas e organolépticas de aguardentes Lourinhã ao longo de cinco anos de envelhecimento em madeira de carvalho e de castanheiro. Ciência e Téc. Vitiv., 16, 81-94.

Boeglin N., Kuzara S., Duchanois G., Masson D., 1993. Étude du chêne de tonnellerie: perméabilité et cintrage. Rev. Fr. Oenol., 144, 35-40.

Bouvier J.C., 1994. Guide d’évaluation et de validation d’une méthode d’analyse chimique. INRA, Narbonne.

Caldeira I., 2004. The aroma of wine brandies aged in wood. Cooperage technology relevance. 238 p. Ph D Thesis, Instituto Superior de agronomia, Universidade Técnica de Lisboa.

Caldeira I., Belchior A.P., Clímaco M.C., Bruno-de-Sousa R., 2002. Aroma profiles of Portuguese brandies aged in chestnut and oak woods. Anal. Chim. Acta, 458, 55-62.

Caldeira I., Pereira R., Clímaco M.C., Belchior A.P., Bruno-de-Sousa R., 2004. Improved method for extraction of aroma compounds in aged brandies and aqueous alcoholic wood extracts using ultrasound. Anal. Chim. Acta, 513, 125-134.

Canas S., Belchior A.P., Spranger M.I., Bruno-de-Sousa R., 2003. High-performance liquid chromatography method for analysis of phenolic acids, phenolic aldehydes and furanic derivatives in brandies. Development and validation. J. Sep. Sci., 26, 496-502.

Canas S., Grazina N., Spranger M.I., Belchior A.P., 2000a. Modelisation of heat treatment of Portuguese oak wood (Quercus pyrenaica Willd.). Analysis of the behaviour of low molecular weight phenolic compounds. Ciência e Téc. Vitiv., 15, 75-94.

Canas S., Leandro M.C., Spranger M.I, Belchior A.P., 1999. Low molecular weight organic compounds of chestnut wood (Castanea sativa L.) and corresponding aged brandies. J. Agric. Food Chem., 47, 5023-5030.

Canas S., Leandro M.C., Spranger M.I., Belchior A.P., 2000b. Influence of botanical species and geographical origin on the content of low molecular weight phenolic compounds of woods used in Portuguese cooperage. Holzforschung, 54, 255-261.

Canas S., Spranger M.I., Belchior A.P., Bruno-de-Sousa R., 2004. Isolation and identification by LC-ESI-MS of hydrolyzable tannins from Quercus pyrenaica Willd. and Castanea sativa Mill. heartwoods. In: Proceedings of the 4th Tannin Conference. 4. Philadelphia.

Carvalho A., 1998. Identificação anatómica e caracterização física e mecânica das madeiras utilizadas no fabrico de quartolas para produção de aguardentes velhas de qualidade - denominação Lourinhã. Ciência e Téc. Vitiv. , 13, 71-105.

Chatonnet P., 1995. Influence des procédés de tonnellerie et des conditions d’élevage sur la composition et la qualité des vins élévés en fûts de chêne. 268 p. Thèse doctorat, Université de Bordeaux II. Institut d’Oenologie.

Chatonnet P., 1999. Discrimination and control of toasting intensity and quality of oak wood barrels. Am. J. Enol. Vit., 50, 479-494.

Chatonnet P., Boindron J.N., 1989. Incidence du traitement thermique du bois de chêne sur sa composition chimique. 1ere partie: Définition des paramètres thermiques de la chauffe des fûts en tonnellerie. Conn. Vigne Vin, 23, 77-87.

Chatonnet P., Boidron J.N., Dubourdieu D., 1993. Maîtrise de la chauffe de brûlage en tonnellerie. Application à la vinification et à l’élevage des vins en barriques. Rev. Fr. Oenol., 144, 41-53.

Chatonnet P., Boindron J.N., Pons M., 1989. Incidence du traitement thermique du bois de chêne sur sa composition chimique. 2e partie: Évolution de certains composés en fonction de l’intensité de brûlage. Définition des paramètres thermiques de la chauffe des fûts en tonnellerie. Conn. Vigne Vin, 23, 223250.

Duriez P., Cren C., Luc G., Fruchart J.C., Rolando CH., Teissier E., 2001. Ingestion of cognac significantly increases plasma phenolic and ellagic acid concentrations and plasma antioxidant capacity in humans. In: Proceedings of 26th World Congress -Section Wine and health. 358-369. Adelaide.

Fengel D., Wegner G., 1989. Wood - Chemistry, Ultrastructure, Reactions. 612 p. Walter de Gruyter, Berlin.

Feuillat F., Keller R., 1997. Variability of oak wood (Quercus robur L., Quercus petraea Liebl.). Anatomy relating to cask properties. Am. J. Enol. Vit., 48, 502-508.

Goldberg D.M., Hoffman B., Yang J., Soleas G.J., 1999. Phenolic constituents, furans, and total antioxidant status of distilled spirits. J. Agric. Food Chem., 47, 3978-3985.

Hale M.D., McCafferty K., Larmie E., Newton J., Swan J.S., 1999. The influence of oak seasoning and toasting parameters on the composition and quality of wine. Am. J. Enol. Vit. , 50, 495-502.

Lapierre C., Monties B., Vassal-Gonthier A., Dworkin A., 1986. Differential calorimetric study of pine and poplar lignins between 300 and 525 K. J. Appl. Pol. Sci., 32, 4561-4572.

Lavergne J., Olivier J., Thomas Y., Raffier C., Courvoisier S.A., 1991. Origine géographique des grumes - “bousinage” et gestion des fûts neufs - incidences sur la composition des cognacs,. In: Les eaux-de-vie traditionnelles d’origine viticole. 206-212. Bertrand, A. (ed.), Lavoisier - TEC & DOC, Paris.

Matricardi L., Waterhouse A.L., 1999. Influence of toasting technique on color and ellagitannins of oak wood in barrel making. Am. J. Enol. Vit., 50, 519-526.

Prida A., Puech J.L., 2006. Influence of geographical origin and botanical species on the content of extractives in American, French, and East European oak woods. J. Agric. Food Chem., 54, 8115-8126.

Puech J.L., Jouret C., Goffinet B., 1985. Évolution des composés phénoliques du bois de chêne au cours du vieillissement de l’armagnac. Sci. Alim., 5, 379-392.

Puech J.-L., Leauté R., Clot G., Momdedeu L, Mondies H., 1984. Évolution de divers constituants volatils et phénoliques des eaux-de-vie de cognac au cours de leur vieillissement. Sci. Alim., 4, 65-80.

Puech J.-L., Sarni F., 1990. Delignification of oak wood with an ethanol-water solution in a flow through reactor. Holzforschung, 44, 367-371.

Rabier Ph., Moutounet M., 1991. Evolution d’extractibles de bois de chêne dans une eau-de-vie de vin. Incidence du thermotraitement des barriques. In: Les eaux-de-vie traditionnelles d’origine viticole. 220-230. Bertrand, A. (ed.), Lavoisier - TEC & DOC, Paris.

Sarni F., Moutounet M., Puech J.L., 1991. Composés phénoliques extractibles de copeaux de bois de chêne. In Les eaux-de-vie traditionnelles d’origine viticole. In: Les eaux-de-vie traditionnelles d’origine viticole. 231-239. Bertrand, A. (ed.), Lavoisier - TEC & DOC, Paris.

Sarni F., Rabier Ph., Moutounet M., 1990. Fabrication des barriques et thermotraitements: relevé des températures. Rev. Fr. Oenol., 123, 53-58.

Towey J.P., Waterhouse A.L., 1996. Barrel-to-barrel variation of volatile oak extractives in barrel-fermented chardonnay. Am. J. Enol. Vit. , 47, 17-20.