Деревянные разделочные доски: научный взгляд на кухонную классику

Данная статья предназначена для ответа на распространённый бытовой вопрос — каким способом целесообразно проводить дезинфекцию деревянных кухонных досок и требуется ли это в принципе.

Древесина и лесные ресурсы сопровождают человечество с древнейших времён цивилизации. Долгое время древесина оставалась универсальным материалом, используемым как в строительстве, так и для изготовления кухонных принадлежностей. Благодаря лёгкости обработки и широкому распространению, древесина на протяжении тысячелетий сохраняла статус основного конструкционного материала для различных целей.

Несмотря на развитие современных полимерных материалов и различных пластиков, древесина продолжает занимать важное место, особенно в производстве кухонной утвари и посуды. Уникальные физико-механические свойства древесины, обусловленные её микроанатомической структурой, пока что не могут быть полноценно воспроизведены синтетическими материалами в лабораторных условиях.

В настоящем материале основное внимание уделяется древесине, используемой в пищевой промышленности, в частности деревянным разделочным доскам — наиболее распространённому типу кухонных досок, согласно результатам опросов среди пользователей.

---

С точки зрения ботаники, древесина подразделяется на мягкие хвойные породы (голосеменные) и твёрдые лиственные породы (покрытосеменные). В древесине мягких пород ключевыми элементами вертикальной поддержки являются трахеиды.

Трахеиды — это удлинённые клетки с толстыми лигнифицированными стенками и заострёнными концами, присутствующие в ксилеме голосеменных, папоротников и некоторых цветковых растений. Они выполняют функцию проводящей ткани, заменяя сосуды, характерные для большинства покрытосеменных. Трахеиды представляют собой мёртвые клетки без цитоплазмы, что облегчает транспорт воды и минеральных веществ от корней к остальным частям растения. Перемещение воды происходит через поры в стенках трахеид, поскольку они не содержат крупных отверстий, присущих сосудам. Трахеиды являются более древней эволюционной структурой по сравнению с сосудами.

В отличие от голосеменных, древесина твёрдых пород состоит преимущественно из сосудов и волокон. Ниже на изображении представлены сравнительные элементы проводящей системы: трахеида VS сосуд.

Общим для обеих групп древесины является наличие полостей, напоминающих по форме трубочки, аналогичные соломинкам для напитков. В живом дереве и трахеиды мягких пород, и сосуды твёрдых пород обеспечивают транспорт воды с помощью капиллярного эффекта. Эта функция сохраняется и после того, как древесина высыхает и превращается в доску. Основной причиной гигроскопичности древесины является её микроанатомия, где решающую роль играет капиллярный эффект, дополненный молекулярной диффузией через клеточные стенки.

Капиллярный эффект — явление, при котором жидкость способна подниматься или опускаться в узких трубках (капиллярах) или пористых материалах, преодолевая силу тяжести. Это обусловлено взаимодействием сил поверхностного натяжения жидкости и адгезии (прилипания молекул жидкости к стенкам капилляров), обеспечивая эффективный транспорт жидкости внутри пористых структур.

На молекулярном уровне полости трахеид и сосудов состоят из целлюлозы и лигнина — гидрофильных соединений. В структуре клеток древесины присутствует множество гидроксильных групп (-ОН), которые взаимодействуют с молекулами воды посредством водородных связей. Этот процесс опирается на слабые взаимодействия, такие как силы Ван-дер-Ваальса, подробно рассмотренные в начале данной статьи. Иллюстрация из указанного источника представлена ниже.

Кратко говоря, движение воды в растениях подчиняется законам коллоидной химии, в которой ключевыми понятиями являются адгезия и когезия.

Адгезия — сила взаимодействия между молекулами жидкости и поверхностью капилляров, вызывающая притяжение жидкости к стенкам материала и способствующая подъёму жидкости в узких трубках.
Когезия — сила притяжения между молекулами самой жидкости, обеспечивающая целостность столбика жидкости, поднимающегося или опускающегося в капилляре.

Адгезия молекул воды к оболочкам трахеид и сосудов, в сочетании с когезией, является фундаментальным механизмом, обеспечивающим функционирование растительной жизни на Земле. В ходе эволюции клеточные оболочки, по которым движется вода, трансформировались в поверхности с высокой гидрофильностью, что обеспечивает максимальное сцепление воды и создает оптимальные условия для проявления когезивных свойств жидкости. Дополнительным фактором надежности водопроводящей системы растений является малый диаметр проводящих элементов — сосудов и трахеид. Это способствует постоянному обмену воды между древесиной и атмосферой, что позволяет древесине поддерживать внутренний уровень влажности в соответствии с изменениями внешней среды. Вода поступает из почвы в корневые клетки за счет возникающего градиента концентраций растворенных веществ: концентрация в клетках выше, чем в почве, что вызывает движение воды внутрь клеток. Такой приток воды создает избыточное гидростатическое давление, достигающее порядка 10 атмосфер, которое направлено вверх по сосудам древесины. Однако это давление действует только на уже имеющуюся в почве воду. Клетки корня активно транспортируют ионы из почвы в растительные ткани, повышая концентрацию растворенных веществ в корневых волосках. Увеличение концентрации ионов усиливает осмотическое давление и способствует притоку воды в корень. Накопление воды в центральной части корня создает гидростатическое давление, которое обеспечивает продвижение воды по сосудам древесины.

Микромеханика древесины

С точки зрения гигиены и эпидемиологии, способность древесины поддерживать равновесную влажность имеет и негативные последствия. Вместе с влагой древесина может поглощать споры бактерий и сами микроорганизмы. Бактерии проникают внутрь трахеид и сосудов древесины различными способами: хемотаксисом, реотаксисом, броуновским движением и гидродинамическими процессами. Хемотаксис — это направленное движение бактерий по градиенту концентраций, реотаксис — движение в ответ на наличие потока жидкости, гидродинамика — изменение траекторий движения бактерий вследствие асимметричных сил, воздействующих на их тело и жгутики, вызывающее переориентацию внутри потока, броуновское движение — случайное движение, которое влияет на взаимодействие бактерий с поверхностями капилляров. В «тоннелях» подповерхностного слоя древесины, в отличие от непористых материалов, таких как пластик, металл, стекло и керамика, бактерии могут выживать, размножаться и представлять потенциальную угрозу для продуктов питания. Особенно благоприятной средой для микроорганизмов являются древесные трещины. Продольные трещины (образующиеся, когда волокна древесины ориентированы перпендикулярно поверхности доски) создают более подходящие условия для обитания бактерий, чем поперечные. В них микроорганизмы могут задерживаться на глубинах до сантиметра, что значительно затрудняет их удаление традиционными моющими средствами. В поперечных трещинах бактериальное загрязнение обнаруживается на глубинах до 1–3 мм. При этом следует учитывать, что поперечные трещины, из-за склонности к накоплению остатков продуктов, предоставляют более питательную среду для колонизации микроорганизмами. С другой стороны, чем глубже трещина, тем сложнее микроорганизмам покинуть ее. В научном сообществе отсутствует консенсус по этим вопросам, равно как и недостаточно исследований, посвященных этой теме.

---

Трещины как дефекты чаще всего возникают вследствие длительного переувлажнения древесины, вызванного затяжным замачиванием. Механические циклы растяжения и сжатия связаны с изменениями влажности. Микроструктурно доска представляет собой пучок волокон, схожих с сырыми макаронами, которые при намокании увеличиваются в толщину, тогда как длина остается практически неизменной. Это приводит к увеличению расстояний между волокнами, а не к их разрыву. Таким образом, при увлажнении древесина расширяется преимущественно перпендикулярно волокнам, что вызывает напряжения в тангенциальном направлении. Известно, что древесина сжимается и расширяется неодинаково в различных направлениях: продольном (вдоль волокон), радиальном (перпендикулярно годичным кольцам) и тангенциальном (параллельно годичным кольцам). Это явление получило название анизотропия. При высыхании древесина усаживается в тангенциальном направлении в среднем на 8%, в радиальном — примерно на 4%, а в продольном — всего на 0,2–0,4%. Основной причиной образования глубоких трещин при сушке является тангенциальная усадка, которая проявляется в наиболее тонких участках между поверхностью и сердцевиной древесины. Анизотропия связана с химическим составом древесины (клеточных стенок), включающим целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы. Молекулы целлюлозы — длинные линейные полимеры глюкозы — соединены прочными ковалентными связями, формируя микрофибриллы, ориентированные вдоль оси роста дерева. Эти микрофибриллы обладают максимальной прочностью в продольном направлении, что снижает вероятность разрывов в этом направлении. Между микрофибриллами же существуют водородные связи, которые значительно слабее ковалентных. При высыхании количество водородных связей уменьшается, и микрофибриллы легче разделяются вдоль оси роста. Усадка древесины в продольном направлении минимальна, тогда как в поперечном — максимальна. Внутренние напряжения, возникающие в результате этого, приводят к образованию трещин вдоль волокон, где сцепление между микрофибриллами ослаблено. Следует также учитывать, что пространство между микрофибриллами заполнено аморфным лигнином, который при высыхании теряет влагу и становится хрупким. В результате прочность древесины на сдвиг значительно снижается, повышая риск образования трещин вдоль волокон.

Роль древесины как среды для микроорганизмов

Проникновение и выживание бактерий в древесине зависят от различных факторов, включая окружающие условия. Высокие температуры и повышенная влажность, характерные для кухонных помещений с интенсивным парообразованием, способствуют ускоренному проникновению бактерий в древесину и их активному размножению. В таких условиях, особенно на кухнях с интенсивным использованием и старой деревянной посудой, имеющей многочисленные трещины, бактерии находят достаточное количество питательных веществ. Несмотря на очевидность проблемы, исследования бактериальных сообществ на деревянных разделочных досках остаются ограниченными и фрагментарными. Основные публикации связаны с одной исследовательской группой. Гигиенические исследования сосредоточены преимущественно на сравнении деревянных и пластиковых досок, при этом анатомия древесины и физико-химические аспекты взаимодействия микроорганизмов с древесным материалом остаются мало изученными. Таким образом, эта область науки по-прежнему содержит значительное количество неразрешённых вопросов — своего рода terra incognita. В целом на кухонной утвари обитает разнообразный спектр микроорганизмов, включающий как естественную микрофлору продуктов питания, так и патогенные бактерии, особенно при контакте с сырым мясом. Исследования показывают, что на деревянных поверхностях лучше выживают грамположительные бактерии, в то время как грамотрицательные встречаются значительно реже. Это связано преимущественно с особенностями химического взаимодействия между поверхностью древесины и бактериями, а также спецификой адгезии микроорганизмов.

Биопленка — это организованное сообщество микроорганизмов, которые прочно связаны между собой или с поверхностью и окружены матриксом из полимерных веществ, синтезированных этими микроорганизмами.

В среднем биопленка состоит примерно на 15% из самих микроорганизмов, тогда как оставшиеся 85% занимают внеклеточные полимерные вещества — экзополисахариды, ДНК и белки. По оценкам, от 95% до 99% всех микроорганизмов в природных условиях существуют именно в виде биопленок. Это имеет важное значение для пищевой безопасности, поскольку исследования показывают, что около 60% биопленок обнаруживаются именно на деревянных разделочных досках, тогда как на пластиковых таких пленок выявляется порядка 30%, а на стеклянных — около 10%.

Проблема бактериального загрязнения деревянных разделочных досок представляет собой серьезный аспект гигиены пищевой среды. В ряде публикаций специалисты по гигиене считают именно деревянные разделочные доски одной из основных причин возникновения и распространения кишечных инфекций. Особенно это актуально для учреждений с массовым пребыванием людей, таких как детские сады, больницы и иные общественные заведения, где риск заражения возрастает.

Однако данная проблема актуальна и для домашнего использования, поскольку эффективность методов гигиены и санитарной обработки кухонного инвентаря напрямую влияет на безопасность пищевых продуктов. В связи с этим на различных платформах и среди специалистов существует множество рекомендаций по выбору и уходу за разделочными досками. Ниже приведено систематическое рассмотрение основных групп советов с профессиональными комментариями.

Первая группа рекомендаций — «выбор древесины с определенной структурой»

Одним из распространенных советов является предпочтение разделочных досок, изготовленных из древесины с меньшей пористостью. В терминологии древесины это, вероятно, означает предпочтение диффузно-пористых пород, которые считаются более безопасными с микробиологической точки зрения, в отличие от кольцево-пористых пород. Среди рекомендуемых материалов часто упоминаются клен, грецкий орех и вишня, тогда как дуб, по мнению некоторых источников, следует избегать.

Однако подобные рекомендации, как правило, не имеют оснований в анатомических особенностях древесины и её гигроскопичности. Научные исследования, которые сравнивали образцы диффузно-пористой древесины (например, сахарный клен и европейский бук) и кольцево-пористой (красный и белый дуб), показывают, что уровень бактериального восстановления зависит от конкретных пород и условий обработки досок.

Бактериальное восстановление — процесс возвращения бактерий в жизнеспособное состояние после воздействия стрессовых факторов, таких как низкие температуры, высушивание или обработка дезинфицирующими средствами.

В ходе экспериментов было выявлено, что на древесине европейского бука бактериальное восстановление происходит минимально. Лидер по ингибированию Listeria monocytogenes оказался белый необработанный дуб. Таким образом, Listeria лучше выживает на необработанных диффузно-пористых образцах древесины и менее устойчива на кольцево-пористых породах, несмотря на то, что кольцево-пористая древесина имеет более развитую внутреннюю поверхность, которая обычно считается благоприятной для размножения бактерий.

В целом уровень бактериального загрязнения деревянных разделочных досок, как правило, снижается в течение суток и не всегда напрямую зависит от влажности поверхности. Исходя из имеющихся данных, не существует универсально «лучшей» породы древесины для изготовления разделочных досок с точки зрения микробиологической безопасности. Условно можно считать, что диффузно-пористая древесина бука лучше способствует самоочищению от сальмонеллы, тогда как кольцево-пористая древесина дуба более эффективна против листерий.

Следует отметить, что многие исследования не учитывают фундаментальные анатомические различия между лиственными (твердыми) и хвойными породами древесины, которые могут влиять на бактериальное загрязнение. В частности, различия в строении клеток — наличие сосудов, трахеид, смоляных каналов и камедных протоков — могут иметь значение, однако научных данных на эту тему пока недостаточно. Таким образом, вопрос микробиологической безопасности разделочных досок остается частично не изученным.

Вторая группа рекомендаций — «использование древесины с предполагаемыми бактерицидными свойствами»

Существует распространенное мнение, что некоторые породы древесины обладают естественными бактерицидными свойствами. Наиболее часто в этой связи упоминается сосна, благодаря содержанию α- и β-пинена и лимонена, которые теоретически способны подавлять рост Staphylococcus aureus.

Дуб ценится за высокое содержание дубильных веществ (полифенолов), обладающих биоцидными эффектами, что делает его одной из наиболее бактерицидных пород. За дубом следуют клен и лиственница, которые также содержат дубильные вещества, предположительно активные против таких патогенов, как Pseudomonas aeruginosa. Подобные эффекты связываются с наличием таннинов.

Некоторые другие древесные породы, обладающие потенциально бактерицидными свойствами, включают бук и ель, в которых тоже содержатся дубильные вещества, а также редкие экзотические породы, такие как чайное дерево (Melaleuca alternifolia) с терпинен-4-олом и эвкалипт с эвкалиптолом. Однако их использование в качестве разделочных досок в умеренном климате маловероятно.

В целом, как среди специалистов, так и в популярных источниках, результаты исследований бактерицидных свойств древесины остаются противоречивыми и не позволяют однозначно выделить какую-либо породу в качестве оптимального материала с антимикробной активностью. Кроме того, практически вся древесина имеет кислую реакцию среды (pH 4,3–5,2), что в сочетании с процессами высыхания и снижением влажности способствует снижению бактериальной нагрузки.

Таким образом, на сегодняшний день нет научных оснований полагать, что одна конкретная порода древесины существенно превосходит другие по своим бактерицидным свойствам. Рекомендуется ориентироваться на комплексные меры санитарной обработки и гигиены при использовании любых деревянных разделочных досок.

Третья группа рекомендаций — "пропитывание разделочной доски"

Множество источников в интернете настоятельно рекомендуют регулярное пропитывание деревянных разделочных досок с целью сохранения их пластичности и предотвращения растрескивания. Для этих целей обычно применяются льняное масло, минеральное масло или смеси на основе пчелиного воска. Аналогичные методы обработки широко используются при уходе за деревянной мебелью, напольными покрытиями и рукоятками ножей. Существует большое разнообразие специальных пропиток, которые обещают предотвратить появление трещин, возникающих при длительном воздействии влаги, а также снизить проникновение микроорганизмов в глубинные слои древесины. Однако в научной литературе практически отсутствуют исследования, непосредственно оценивающие влияние таких пропиток на жизнеспособность микробных сообществ на деревянных поверхностях. Большинство существующих работ лишь сравнивают деревянные и пластиковые доски, не уточняя, обработаны ли первые пропитками и каким образом. Можно предположить, что применение льняного масла способно блокировать сосудистые каналы древесины (сосуды и трахеиды), что теоретически снижает проникновение бактерий вглубь материала. В конечном итоге, деревянная доска, обработанная пропитками, по своим свойствам приближается к пластиковой поверхности. В то же время отдельные исследования указывают, что льняное масло может способствовать росту бактерий на древесине. Аналогичный эффект наблюдается и при использовании минерального масла, которое значительно увеличивает показатели бактериального восстановления. Примечательно, что, несмотря на различия в химическом составе, оба масла оказывают схожее влияние на микрофлору древесины. Льняное масло представляет собой коксующееся масло, которое после полимеризации формирует пленку внутри древесины. Минеральное масло сохраняет жидкое состояние внутри материала и, теоретически, должно оказывать менее выраженное влияние на гигроскопичность доски. Тем не менее, результаты исследований показывают, что эти масла, даже при незначительном нанесении, не блокируют сосудистые элементы древесины и не снижают её гигроскопичность, а скорее защищают бактерии от стрессов, связанных с поверхностью дерева, таких как воздействие антимикробных соединений и быстрое высыхание. Важно отметить, что при чрезмерном нанесении пропитки доска приобретает свойства пластика: гидрофобная поверхность не впитывает жидкость, которая скатывается каплями. Таким образом, можно заключить, что большинство покрытий для деревянных разделочных досок либо не влияют на уровень бактериальной нагрузки, либо способствуют её увеличению. Следует с осторожностью относиться к использованию восков и масляных эмульсий, часто предлагаемых вместе с досками, так как они могут не только не приносить пользы, но и создавать дополнительные риски с точки зрения микробиологической безопасности.