스카치 위스키 숙성(maturation) - 오크의 구조적 특징

2020/03/16 - [Scotch Whisky (Theory)] - 스카치 위스키 숙성(Maturation) - 오크의 종류에 따른 특징

스카치 위스키 숙성(Maturation) - 오크의 종류에 따른 특징

이전 글에서는 위스키 숙성에 사용되는 오크의 종류와 특징을 알아보았습니다. 그렇다면 나무 구조는 어떻게 생겼고, 오크 캐스크를 만드는 방법과, 숙성을 하는 동안 캐스크가 위스키에 미치는 영향에 대해서 계속 알아보도록 하겠습니다.

 

먼저 나무의 구조를 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

나무의 구조, Structure of Wood

 

 

오크 나무를 튼튼한(새지않는) 캐스크로 만드는 데에 이상적이게 만들어 주는 오크의 특정한 구조적인 특징은 바로 방사 조직(medullary rays)과 tyloses 입니다. Medullary rays(방사(放射) 조직)은 중앙에서 나무껍질까지 나무줄기의 반경을 따라 위치한 얇고 평평한 구조입니다. 그것들은 나머지 나무의 구조보다 훨씬 단단하며 불침투성(액체 기체를 통과시키지 않는)으로 간주됩니다. 대부분의 나무에서,  방사 조직(medullary rays)은 단지 하나의 세포 폭이지만, 떡갈 나무 및 일부 다른 단단한 목재에서는 폭이 여러 세포의 너비  일 수 있습니다 (multiseriate : 다열 방사 조직). 오크 나무 종 중에서 매우 큰 방사 조직들은 목재 부피의 19 ~ 32 %를 나타냅니다. 미국산 캐스크에서 가장 일반적으로 사용하는 오크 나무인 Quercus alba(American White Oak)에서는  방사 조직(medullary rays)의 부피가 목재 부피의 28 %를 차지하고 목재의 강도와 유연성에 크게 기여합니다. 

 

 

춘재(Spring wood)와 추재(Summer wood)의 이해를 돕기 위한 그림

 

 

 

화이트 오크는 또한 각 나이테의 스프링우드(spring wood) 부분에서 직경이 0.3mm크기의 전도성 도관 요소(conductive vessel elements)또는 tube를 포함하고 있습니다. 변재(sapwood)가 심재(heartwood)로 변환되는 동안 세포벽이 벌어짐으로써 발생하는 타일로시스(tyloses)의 성장은 도관(vessels)의 통로를 막아주어 널빤지(stave)가 새는 것을 막습니다. 타일로스의 형성은 약 20 종의 오크에서만 발생합니다.

 

타일로스에 대해 더 자세히 알고 싶으신 분들은 [한국임업진흥원 블로그 https://blog.naver.com/kofpi/221065858554]를 참고하시면 이해가 더 쉬우실 것 같습니다.

 

목재 조직은 세포 및 세포 간 (intercellular) 물질로 구성됩니다. 세포벽 구조는 거대 분자 성분 셀룰로스(cellulose), 헤미 셀룰로스(hemicellulose) 및 리그닌(lignin)으로 구성되는 반면, 세포 간 영역은 주로 리그닌(lignin)으로 구성된다. 목재의 주요 중합체 부분(polymeric fraction)에 더하여, 저 분자량 성분 (추출성분)이 비교적 소량으로 존재합니다. 그러나 이들은 세포벽 구조 전체를 이루는 부분은 아닙니다.

 

셀룰로오스(cellulose)는 목재의 가장 풍부한 성분으로, 전체 함량의 약 절반을 차지합니다. Anhydro glucopyranose단위로 구성된 균일 한 사슬 구조를 갖는 선형 중합체로 표현될 수 있습니다. 이들 단위는 2 개의 글루코오스(glucose)(D-glucose) 단위체의 C1 및 C4에서 하이드록실 기(hydroxyl group, -OH) 사이에사이에 물 분자 하나를 제거하여 형성되는β-(1,4)-glycosidic 결합에 의해 형성됩니다.인접한 셀룰로스 분자에서 하이드록실 기(hydroxyl group, -OH) 사이의 수소 결합은 세포 벽 층을 만드는 fibrils를 형성하고, 나머지 목재 성분이 형성될 수 있는 초구조(superstructure)를 생성합니다.

 

셀룰로오스 외에, 세포벽에는 셀룰로오스 상부 구조의 매트릭스 역할을 하는 헤미셀룰로오스(hemicelluloses)로 알려진 다른 다당류가 포함되어 있습니다 (Parham and Gray, 1984). 이들 화합물은 셀룰로오스 분자보다 훨씬 짧은 branched heteropolymers 입니다. 헤미셀룰로오스(hemicelluloses) 주로 펜 토스(pentoses), 헥 소오스(hexoses), 헥 소론 산(hexuronic acids) 및 데 옥시 헥 소아(deoxyhexoses) 같은 그룹으로 나뉠 수 있는 당 성분으로 구성되어 있습니다. 헤미셀룰로오스(hemicelluloses)의 주 사슬(main chain, back bone)은 하나 이상의 당 단위로 구성 될 수 있으며, 이 chain에는 다른 당 성분 (side groups), 예컨대 4-O-methylglucuronic acid와와 galactose 같은 것들이 붙을 수 있습니다. (Fengel and Wegener, 1984). 오크 나무의 헤미셀룰로오스(hemicelluloses)는 주로 xylose 기반이며(자일란) 건조 중량의 15 ~ 30 %를 차지합니다. Xylose의 주사슬(back bone)은 b-d-xylopyranose 단위로 구성되며, 이는 α-(1,4)-glycosidic 결합으로 연결됩니다. 10 개당 약 7 개의 xylose 단위가 C2 또는 C3 위치에서 O-아세틸기(acetyl group)로 치환되어 있습니다. 아세틸 side group 이외에, 4-O-methylglucuronic acid 단위는 사슬을 따라 불규칙적인 간격으로 α - (1,2)-glycosidic 결합에 의해 부착됩니다.

 

 

Cellulose가 이루는 Fibrils와 그것들이 이루는 나무의 구조, 참조 이미지에 cellulose를 추가로 표시 하였으며, 출처는 https://weidmannfibertechnology.com/what-is-mfc/ 입니다.

 

 

목재의 세 번째 주요 성분은 리그닌이며, 이는 분자량이 높은 branched 3차원차원 구조를 갖는다. 리그닌은 세포벽 및 세포 간 영역 (중간 라멜라) 둘 다에 위치하고 목재 세포에 대한 결합제로서 작용합니다. 오크 나무는 15 ~ 30 % 의의 리그닌을 함유하고 있으며 그중이상이 세포벽 자체에 위치합니다 (Parham and Gray, 1984). 리그닌의 복잡한 구조는 하이드록실(hydroxyl) 및 메톡실(methoxyl)기로 치환된 페닐 프로판 단위(phenylpropane)로 구성된다. 오크와 같은 경목에서 리그닌은 coniferyls과 sinapyl alcohol 같은같은 두 가지 precursors의 중합에 의해 형성됩니다. 이들 두 그룹의 반응은 방향족 고리 및 측쇄 모두를 포함하는 다양한 에테르 및 탄소-탄소 결합으로 연결된 혼합 중합체를 생성합니다. (Monties, 1992). 리그닌과 거의 모든 헤미셀룰로스(hemicellulose) 성분 사이에서 화학 결합이 입증되었으며, 또한 리그닌과 셀룰로스 사이에도 화학 결합이 존재하는 것으로 생각됩니다. 참나무의 구조적 완전성을 유지하는 데었어서 이들 결합과 성분들 간의 물리적 연관이 어떤 역할을 하는지는 알려져 있지 않습니다.

 

목재 조직의 주요 거대 분자 세포벽 성분 외에, 오크는 또한 12 % 이하의 저 분자량 성분을 함유할 수 있습니다.이들은 목재의 상부 구조에 기여하지 않지만 스피릿을 숙성할 때에 쉽게 추출되며 숙성하는 동안 향미 발달에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 추출물의 조성은 복잡하며 나무의 종과 기원에 따라 다릅니다. Cooperage에서 관심을 가지는 성분은 가수 분해성 탄닌 및 휘발성 화합물입니다. (Masson and Puech, 2000). 가수 분해성 탄닌은 오크 목재의 수렴성을 부분적으로 담당하며, 열처리 동안 분해되지만 gallic acid와 ellagic acid에 기초한 다양한 구조가 확인되었습니다. 스피릿 숙성에 의해 추출된 주요 성분은 유리산입니다.

 

Oak는 가스 크로마토 그래피-질량 분석법에 의해 약 100 개의 피크가 있는 수많은 휘발성 화합물을 함유하고 있습니다. (Masson and Puech, 2000). 위스키의 숙성에 있어 가장 흥미로운 것은 락톤과 휘발성 페놀과 유기산입니다. 주요 유기산은 아세트산(acetic acid) 및 리놀렌산(linolenic acid)입니다. 리놀렌산은 성숙한 위스키에서 잠재적인 헤이즈(haze) 성분이며, 이것을 분해하면 악취가 나는 알데히드 및 ​​알코올이 생성합니다. (Chatonnet and Dubourdieu, 1998). 오크 락톤은 오크 나무의 주요 휘발성 화합물 중 하나이며, 특히 cis 이성질체는 trans 이성질체에 비해 perception threshold가 낮아서 숙성된 위스키의 향미에 중요한 역할을 합니다. Eugenol과 바닐린과 같은 휘발성 페놀도 소량으로 존재하지만 오크의 열분해에 의해 증가될 수 있습니다.

 

 

 

참고 문헌 : Whisky - Technology, Production and Marketing - 2nd Edition (2015) 을 바탕으로 하고 있으며, 중간 중간 이해를 돕기 위해 검색을 하고 이미지 가공을 하여(출처를 밝히고, 새로 그린 것은 표시X) 글을 작성 하였습니다. 문제시 삭제 토록 하겠습니다.

 

의역을 하다 보니, 글이 매끄럽지가 않습니다. 계속 해서 더 쉽게 이해할 수 있게 글을 수정해 나갈 예정입니다.