Коптильный дым образуется в результате неполного сгорания древеси­ны, т.е. термического разложения ее составных частей при ограниченном до­ступе кислорода воздуха.

При пиролитическом разложении древесины различают следующие стадии:

• интенсивное испарение влаги при 100-170 °С;
• термическое разложение гемицеллюлозы при 200-260 °С;
• термическое разложение целлюлозы при 260-310 °С;
• термическое разложение лигнина при 310-500 °С.

Появляющиеся в начальный период пиролитического разложения дре­весины вещества нежелательны для коптильного дыма. Это продукты пер­вичных реакций пиролиза древесины — прежде всего, неароматические га­зы и жидкости, смола, древесный уголь. Для получения качественного ды­ма очень важны вещества, образующиеся при вторичных реакциях пироли­за и представляющие собой продукты взаимодействия первых друг с другом и с кислородом воздуха. В результате образуется сложная химическая смесь, состоящая приблизительно из 10 тыс. твердых, жидких и газообразных ор­ганических компонентов, около 1000 из которых участвуют в формировании свойств копченого продукта.

Помимо ценных для копчения веществ, дым содержит также вещества, не принимающие участия в копчении (газообразные фракции) или ухуд­шающие качество продукта (сажа), или даже вредные (метиловый спирт, канцерогенные углеводороды, 3-4-бензопирен и др.).

При температуре выше 350 °С возможно воспламенение древесины с мень­шим выходом полезных веществ и образование канцерогенных углеводородов в результате окислительных и полимеризационных процессов. Таким образом, с точки зрения максимального выхода коптильных компонентов и безвредности дыма более предпоч­тительна температура пиролиза около 300 °С.

Коптильный дым представляет собой аэро­золь, состоящий из дисперсной фазы (твердые и жидкие частички размером 0,5-0,75 мкм) и дис­персионной среды в количественном соотноше­нии примерно 10 : 1. Основная масса коптиль­ных веществ сосредоточена в дисперсной фазе. В состав дисперсионной среды входят (79-90 %) различных газов — кислород, водород, азот, окись и двуокись углерода. Их количество тем больше, чем выше температура в зоне горения и меньше густота дыма. От 9 до 19 % приходится на конденсирующиеся пары, в том числе и пары воды, в связи с чем их доля в сильной мере за­висит от влажности сжигаемой древесины.

Схематическое строение коптильного дыма показано на рис. 14.1.

Химический состав коптильного дыма еще полностью не исследован, идентифицировано около 300 соединений.

Основные классы органических веществ коптильного дыма приведены в табл. 14.1. Из них можно выделить три глав­ные группы: фенолы, карбонильные соединения и органические кислоты.

К самой важной группе веществ относят фенолы. Они обладают бакте­рицидным действием и участвуют в образовании аромата копчения. Фено­лы являются веществами высокой химической активности, поэтому в зави­симости от количества подаваемого в зону дымообразования воздуха соот­ношение между собственно фенольными веществами и их эфирами, фенолальдегидами в процессе копчения меняются.

Карбонильные соединения коптильного дыма представлены алифатиче­скими, гетероциклическими и ароматическими альдегидами, а также алифа­тическими и карбоциклическими кетонами. Самым важным представителем этой группы веществ является формальдегид, который оказывает наиболее сильное бактерицидное воздействие из всех составных частей дыма.

Фракция органических кислот дыма включает алифатические монокарбоновые, дикарбоновые, кетокарбоновые и ароматические кислоты. Боль­шую долю кислот составляют уксусная (около 40 %), а также муравьиная (30 %), масляная и пропионовая кислоты. Органические кислоты оказывают определенное бактерицидное воздействие. Их можно рассматривать и как ароматообразующие вещества.

В коптильном дыме обнаружены канцерогенные соединения, представ­ленные полициклическими ароматическими углеводородами, многие из кото­рых содержатся и в копченых изделиях. Наиболее канцерогенными ПАУ являются 3,4-бензпирен, 1,12-бензпирен, 3,4-флюорантен; другие обладают средней и слабой канцерогенной активностью.

Содержание индивидуальных групп компонентов дыма зависит от раз­личных факторов: вида древесины и ее состояния, способа и температуры дымогенерации, количества кислорода воздуха, подаваемого в зону дымогенерации, и др.

Влияние ботанического вида древесины на химический состав дыма обусловлено неодинаковым содержанием основных компонентов ее органи­ческой массы — целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Коптильный дым, полученный из древесины твердых пород деревьев, содержит больше углеводородов, чем дым из древесины хвойных пород. Лучшим является дым, полу­ченный из древесины таких деревьев, как бук, дуб, ольха, орех, береза (без коры), клен, ясень, реже каштан, верба, тополь, а также плодовых деревьев — дикой вишни, яблони.

Влажность древесины также оказывает большое влияние на состав коптильного дыма: при увеличении влажности уменьшается содержание фенолов, карбонильных соединений и других по­лезных компонентов дыма. Кроме того, дым, полученный при сжигании влажного сырья (40 % воды), содержит в 3-4 раза больше сажи и золы, чем сухого (20 % воды), что отрицательно сказывается на качестве продукции.

Особенность дымогенерации заключается в ограниченном доступе кисло­рода воздуха к тлеющей древесине. Такие условия обеспечивают медленное горение древесины без видимого пламени и значительного выделения тепло­ты. С другой стороны, кислород участвует во вторичных реакциях окисле­ния летучих компонентов, образующихся в результате разложения древеси­ны. Таким образом, количество подаваемого в зону дымогенерации воздуха влияет на химический состав дыма. В частности, при увеличении подачи воздуха в зону дымогенерации уменьшается общее содержание фенолов, ке­тонов и высших альдегидов.

Состав и свойства дыма, а также его температура неравномерны по вы­соте камеры. Концентрация веществ, формирующих вкус и запах продукта, выше в верхней части коптилки, в нижней зоне преобладают вещества, обладающие консервирующим действием. Таким образом, в зависимости от целевого назначения продукта, можно получить различный желательный эффект, размещая изделия в камере на различных уровнях.