От качества древесины (ботанический вид, состав органической массы, строение, влажность и т, д.) зависят химический состав, физико-химические и другие свойства коптильного дыма.
Морфологически древесина представляет собой упорядоченную систему клеток, сосудов (у лиственных пород), межклеточных смоляных ходов (у хвойных пород) и других элементов. Структурной единицей древесины является клетка. Клетки имеют тонкие первичные стенки с прилегающими изнутри вторичными стенками и отделяются друг от друга межклеточным веществом так называемой срединной пластинкой.
Сок, наполняющий клетки и сосуды камбиального слоя и заболони, представляет собой водный раствор различных органических соединений (солей, углеводов, дубильных и белковых веществ и т. д.) Ядровая древесина сока не содержит.
Древесина разных пород сходна по элементарному составу.
Несмотря на небольшую разницу в элементарном составе, теплотворная способность древесины различных пород колеблется довольно значительно. Так, теплотворная способность липы, сосны и осины составляет соответственно 5075, 4818 и 4695 ккал. При одинаковых условиях горючесть разных пород древесины зависит от плотности, или удельного веса, ее.
Различия в удельном весе и морфологическом строении древесины разных пород существенно влияют и на характер горения. При более рыхлой морфологической структуре кислород быстрее поступает к горящим частицам, в результате чего органические вещества древесины меньшего удельного веса легче подвергаются термическому распаду. При этом образуется более длинное пламя по сравнению с пламенем при горении более плотной древесины. В плотную древесину труднее проникает кислород, больше образуется угля, так как горение протекает медленнее; зона горения меньше, а несгоревших летучих веществ в коптильном дыме больше.
В зависимости от плотности дрова различных пород делят на три группы. К первой группе относят березу, бук, ясень, ильм, граб, вяз, клен, дуб, ко второй — сосну, ольху и к третьей — ель, кедр, пихту, осину, липу, тополь, иву.
Дрова первой группы — наилучшие, так как в единице объема их содержится наибольшая масса древесины.
На качество коптильного дыма существенно влияет и влажность древесины. Она зависит от возраста, породы дерева и времени заготовки. Лиственные деревья содержат меньше влаги, чем хвойные. Молодые деревья содержат больше влаги, чем старые той же породы.
В зависимости от влажности различают сухие дрова (содержание влаги до 20%), полусухие (содержание влаги от 21 до 33%) и сырые (содержание влаги более 33%).
Большая часть древесины состоит из целлюлозы (клетчатки), пентозанов и лигнина. Из этих веществ в основном образованы стенки клеток и клеточные оболочки, т. е. остов (каркас) древесины.
Целлюлоза, гемицеллюлоза (основная часть которой состоит из пентозанов и гексозанов) и лигнин составляют 90—95% веса абсолютно сухой древесины.
Экстрактивные вещества состоят из летучих масел и кислот, красящих и дубильных веществ, минеральных солей, органических, азотистых и других соединений.
Составные части коптильного дыма образуются главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.
Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный полисахарид.
Молекулы ее состоят из длинных цепей глюкозных остатков, соединенных глюкозидными связями:
Молекулярный вес целлюлозы около 1 500 000.
Целлюлозное волокно имеет сложное мицеллярное строение: большая часть его цепей состоит из строго ориентированных кристаллических участков, а меньшая (10—30%) — из аморфной целлюлозы, где цепи расположены неупорядоченно. При нагревании до 284°, несмотря на побурение, сохраняется ориентировочная структура целлюлозы. При дальнейшем повышении температуры целлюлоза вначале переходит в аморфное состояние, а затем подвергается глубоким химическим изменениям.
При термическом распаде целлюлозы образуется смесь углеводов, представляющих собой осколки полисахаридов. При разложении целлюлозы не образуется метилового спирта, наличие которого твердо установлено в дыме от сжигания древесины. В связи с этим естественно предположить, что источником образования его является другая часть древесины — лигнин.
Лигнин содержится в древесине как лиственных, так и хвойных пород. Две трети его находятся в срединной пластинке, остальное же количество — во вторичных стенках плеток древесины.
Точная формула и молекулярный вес лигнина не установлены. Предполагают, что молекулярный вес его составляет несколько тысяч. Для строения лигнина характерно наличие метоксильных групп (—ОСН3), составляющих около 85—90% всех метоксильных групп древесины. При пиролизе древесины из метоксильных групп лигнина образуется метиловый спирт:
R — ОСН3 + НОН → R — ОН + СН3ОН
Лигаин содержит также гидроксильные (—ОН), карбонильные (—CO) и другие группы. Большинство исследователей считает, что лигнин имеет ароматическое строение. Этим объясняется тот факт, что лигнин более устойчив к действию тепла, чем целлюлоза, имеющая гетероциклическое строение (целлюлоза начинает распадаться при температуре около 290°, а лигнин — при 350°). Из лигнина образуется меньше парогазовой смеси и больше угля (соответственно 60 и 26 %), чем из целлюлозы. Доказательством ароматической природы лигнина служит также образование из него при мягких способах окисления различных ароматических соединений (ванилина, сиреневого альдегида, ароматических кислот и пр.).
Гемицеллюлоза содержится преимущественно в срединной пластинке. Часть ее находится также во вторичных стенках клеток древесины.
Гемицеллюлоза состоит из пентозанов (C5H8O4)n и гексозанов (C6H10O5)n, легко гидролизуется, при этом образуются простейшие сахара:
(C5H8O4)n + n ⋅ H2O → (C6H10O5)n пентозы
(C6H10O5)n + n ⋅ H2O → (C6H12O6)n гексозы
Ниже приведено содержание гемицеллюлов в древесине различных пород:
- Сосна — 21,48%
- Ель — 20,67%
- Береза — 27,81%
- Бук — 22,15%
- Дуб — 24,99%
- Осина — 23,38%
- Ольха — 19,55%
- Яблоня — 37,28%
- Абрикос — 38,68%
- Груша — 31,31%
Больше всего содержится гемицеллюлов в древесине фруктовых деревьев. Этим, по-видимому, объясняется тот факт, что при использовании древесины фруктовых пород (например, засохших садовых деревьев) получаются продукты особенно высокого качества.