Физические теории обоняния. Химические основы обоняния

Обновлено: 03.05.2024

Обоняние — самое таинственное из пяти наших чувств: меньше всего исследованное, способное различать триллион запахов и вызывать сложные эмоции. Журнал The Believer собрал самые интересные научные и исторические факты об ароматах и нашем их восприятии: как устроены нос и обонятельные рецепторы, чем пахнут кожа и порох, почему карандаши в начале XIX века были душистыми и многое другое.

Нос

Если существует «гениальность ноздрей», о которой говорил Ницше, то нос — это необученный гений, талантливый, но непостоянный. Человеческий нос умеет различать до триллиона запахов, однако большинство из нас не способно описать их словами.

Наши слуховые и зрительные рецепторы больше не хранят тайн: они были изучены еще несколько десятилетий назад. Но обонятельные рецепторы ученые обнаружили только в 1991 году. Это говорит о том, насколько сложна система обоняния. У человека всего четыре зрительных рецептора, тогда как обонятельных — более четырехсот.

Восприятие запаха начинается с того, что в нос вместе с воздухом залетают душистые молекулы. Воздух проходит через носовые полости, нагреваясь и очищаясь, и попадает на обонятельный эпителий — слой полости носа, покрытый слизью и усеянный обонятельными нейронами. Эти нейроны улавливают запахи, а белки обонятельных рецепторов связывают молекулы душистых веществ. Рецепторы затем посылают электрический сигнал в обонятельные луковицы, расположенные в мозгу на уровне носового моста, то есть примерно там, где сидят ваши очки.

Обонятельные луковицы считаются главным центром обработки запахов. Луковицы получают информацию от обонятельных рецепторов и шифруют ее в уникальный сигнал, который затем передают в обонятельный центр, расположенный в коре больших полушарий. Обонятельные нейроны обновляются каждые четыре-восемь недель, постепенно начиная реагировать на запахи, с которыми человек сталкивается наиболее часто. Это значит, что нос можно тренировать.

Для ученых до сих пор остается загадкой, как рецептор улавливает запах. Известно, что форма молекулы обусловливает то, какими обонятельными рецепторами она связывается. Но мы не знаем, почему молекулы пахнут тем или иным образом.

Взять, к примеру, бензойный альдегид, который содержится в мараскиновой вишне и марципане и пахнет горьким миндалем. Если добавить к нему два атома кислорода, он станет пахнуть корицей; пять атомов углерода — и запах сменится на цветочный.

Обонятельные рецепторы сосредоточены в носу, но присутствуют и в других частях тела. Они есть, например, в почках. Почки улавливают запаховые сигналы, идущие от бактерий кишечника после приема пищи, и соответствующим образом регулируют кровяное давление. Сперматозоиды находят яйцеклетку по запаху. Легкие, кровяные сосуды и мышцы тоже руководствуются запахом.

Существуют даже технологии для определения запаха. Электронные носы используются для поиска испорченных продуктов на пищевых фабриках и утечек на атомных реакторах. А вот передавать запахи по интернету в ближайшее время не удастся. Устройства вроде проигрывателя запахов Cyrano (2016) и его предшественника oNotes — это обман. Они передают не сам запах, а электронный сигнал, который запускает выделение заранее подготовленного пахучего вещества из пузырька. Запахи можно оцифровать и записать, но нельзя передать при помощи средств телекоммуникации. Запахи можно ощутить только непосредственно.

Петрикор

Парфюмеры из индийского города Каннаудж на протяжении вот уже многих столетий производят аромат под названием аттар митти. Весь апрель рабочие собирают куски сухой глины, которые затем обжигаются в печи.

Когда глина достигает нужной температуры, вместе с паром начинает выделяться запах земли. Из этого пара и получают основу для духов. Запах сухой земли после дождя называется петрикором. В Каннаудже воздух пропитан этим запахом в день, когда сухой сезон сменяется сезоном муссонов.

Слово петрикор, от греческого «кровь камней», было придумано в 1964 году австралийскими учеными Изабель Джой Беар и Ричардом Томасом. Получая золотистое масло из разных типов почвы, они обнаружили, что растения выделяют в почву жирные кислоты, прежде всего, пальмитиновую и стеариновую кислоту, концентрация которых наиболее высока между периодами дождей. После окончания засухи растения часто начинают резко расти, поэтому Беар и Томас сразу предположили, что петрикор играет роль удобрения. Однако оказалось, что растения выделяют жирные кислоты в качестве защитного механизма, чтобы замедлить рост соседних растений и тем самым снизить соперничество за ресурсы в условиях нехватки воды.

В 2015 году команда ученых из Массачусетского технологического института установила, как петрикор достигает носа человека. При помощи высокоскоростных камер они увидели, что когда капля дождя падает на пористую поверхность, то в момент контакта она удерживает крошечные пузырьки воздуха. Сначала капля принимает форму бублика, а затем плоского диска. Микроскопические капельки воспаряют над диском, как светлячки над озером. Именно эти капельки поднимают петрикор с земли и насыщают им воздух.

Кожа

Запах тела состоит из трех уровней. На поверхностный уровень можно воздействовать дезодорантом, душем и благовониями. Средний уровень обусловлен культурными факторами вроде питания, рода занятий и гигиены. Под этими двумя уровнями находится собственный запах человека. Этот запах неизменен. В отличие от синтетических ароматов, которые созданы, чтобы быть заметными, собственный запах едва уловим и усиливается лишь с нагреванием тела. Почувствовать его можно только находясь в непосредственной близости от человека.

Помимо прочего, мы выбираем себе партнера, чей запах тела нам приятен и чьи гены гистосовместимости существенно отличаются от наших.

Выбор партнера по запаху — сложный процесс. Например, у женщин, принимающих оральные контрацептивы, предпочтения в запахах меняются. Так как из-за приема препаратов их тело начинает считать, что оно беременно, эти женщины отдают предпочтение партнерам, чьи гены гистосовместимости схожи с их собственными.

Однако выбор партнера не всегда связан с произведением потомства. Когда гомосексуальных мужчин попросили понюхать футболки, которые носили гетеросексуалы и гомосексуалы, они смогли определить запахи других гомосексуальных мужчин и именно их нашли более приятными.

Многие заболевания можно распознать по смене запаха тела. Тело больного тифом пахнет свежим ржаным хлебом, тело больного туберкулезом — стоялым пивом, больного желтой лихорадкой — сырым мясом, больного чумой — переспелыми яблоками. Диагноз по запаху — одновременно устаревший и обретший новую жизнь метод. Обученные врачи и собаки могут распознать по запаху болезнь Паркинсона, малярию, множественный склероз, COVID-19 и разные виды рака.

Собственный запах каждого человека так же уникален, как и его отпечатки пальцев. Контрольные пункты в аэропортах можно было бы оснастить цифровыми химическими сенсорами. Такие сенсоры смогли бы отличить человека от его однояйцевого близнеца.

Запах тела также выдает наши мысли, или, по крайней мере, наше настроение. В стрессовых ситуациях апокриновые потовые железы работают в усиленном режиме, из-за чего пот от нервов имеет более едкий запах, чем пот, выполняющий охлаждающую функцию. Люди способны понять, что их собеседник испытывает радость, страх, негодование или печаль по одному только запаху.

Карандаши

Дерево, из которого сделаны карандаши, когда-то было намного более ароматным. В начале XIX века карандаши производились из красного кедра, растущего во Флориде, Джорджии и Теннесси. Эти карандаши пахли черным перцем и корицей, а их стружка имела розовато-красный цвет. Еще в 1890 году красных кедров было так много, что южане строили из них сараи и заборы. Но затем из-за массового производства карандашей количество деревьев значительно уменьшилось, а цены на него взлетели.

Лесная служба США посоветовала использовать для производства карандашей более дешевый калоцедрус. Но производители опасались, что сделанные из калоцедруса карандаши — то есть карандаши, которыми мы пользуемся сегодня, — будут недостаточно ароматными и не найдут спроса. Поэтому в 1920-х годах они начали красить и ароматизировать калоцедрус, чтобы придать ему сходство с красным кедром. Со временем эта практика прекратилась, поэтому современные карандаши имеют более слабый запах.

Что касается грифеля, то чистый графит не имеет запаха. Но производство карандашей прошло долгий путь. Изначально они производились из сплава свинца, обернутого бумагой или веревкой; позже графитовый порошок стал очищаться и смешиваться с глиной или воском. Это позволило обойти проблему ограниченных запасов графита и вывести производство на промышленный масштаб, а также создать разные виды карандашей. Карандаш, содержащий больше глины и воска, пишет более тонко и бледно, а карандаш, содержащий больше графита, — более насыщенно. Современные грифели для автоматических карандашей имеют металлический запах, который обусловлен добавлением глины и воска.

Запах стирательной резинки, расположенной на тупом конце карандаша, обычно довольно непримечателен. А вот для брускового ластика запах — это показатель качества. Не имеют запаха дешевые и малоэффективные резинки, тогда как пахучий ластик содержит больше натурального каучука, который лучше справляется с задачей. Сильнее всего ластик пахнет во время использования.

Стирая, мы склоняемся над листом бумаги. Перед тем как сдуть стружку от ластика, мы вдыхаем ее запах. Таким образом, свойственные карандашу запахи калоцедруса, глины, воска и каучука пробуждаются не во время письма, а в паузах между ним — во время заточки карандаша и стирания.

Камфора

Камфора пронизывает нос, распространяя холодок по всему лицу. Но после сильного первого ощущения запах ослабевает, превращаясь в приятный вересковый аромат. Запах камфоры бодрит, как холодный поток в теплом озере.

В 1894 году математик Фрэнсис Гальтон опубликовал необычную работу под названием «Арифметика запахов», в которой описал свой мысленный эксперимент с несколькими запахами, в том числе камфорой. «Арифметикой можно заниматься с использованием воображаемых запахов, а также воображаемых фигур и звуков, — писал он. — Для меня два вдоха перечной мяты равняются одному вдоху камфоры; три вдоха перечной мяты — одному вдоху карболовой кислоты, и так далее…» Гальтон слагал и вычитал самые разнообразные запахи, хоть так и не попробовал их умножать.

Камфора активирует тройничный нерв, имеющий ядра болевой, тактильной и проприоцептивной чувствительности. Наряду с эвкалиптом, защитной жидкостью скунса и перцем хабанеро, камфора — это пример того, как чувства могут смешиваться, дополнять и усиливать друг друга. Ни одно из пяти чувств не функционирует отдельно от остальных. Вот почему так трудно стоять на одной ноге с завязанными глазами.

Есть и более любопытные примеры взаимодействия разных чувств. Недавно группа ученых обнаружила у мышей «смаунды» — запахи, на восприятие которых непосредственно влияет звук определенной высоты.

Камфору получают из лавровых деревьев, растущих на юго-западе Азии. Камфора неслучайно имеет сильный запах: она помогает дереву, отпугивая насекомых и борясь с микробами. В медицине она применяется как противовоспалительное, болеутоляющее средство, а также как лекарство от насморка и кашля. Китайцы называют камфору ping-pien, «кубики льда», и lung-nao-hsiang, «аромат из мозга дракона». Первое название указывает на вызываемое камфорой ощущение, а второе — на ее таинственные свойства. В санскритской поэзии камфора сравнивается с луной. В знаменитой поэме X века «Саундарья-лахари» описывается, как хлопья камфоры, спадающие с губ богини Деви, гасят пламя в трех пылающих городах.

В индуистских храмах камфору жгут, чтобы открыть третий глаз и очистить разум. Ее запах обозначает священное место и время для созерцания. Резкий и хрупкий, он служит портативной мечетью или церковью, краткосрочным возбудителем духовности, который затем незаметно улетучивается.

Порох

Рецепт пороха не раз менялся, но его запах всегда оставался неизменным. Это запах яиц и серы, мочи, селитры и угля.

Порох имеет динамический запах, наполняющий пустоту воздуха взрывчатостью и плотностью. Он встряхивает воздух, перемешивая его запахи. Человечество, как правило, не борется с болезнями при помощи артиллерии, но когда-то артиллерийский огонь использовали, чтобы отгонять чуму.

Согласно теории миазмов, пользовавшейся популярностью до 1880 года, болезни вызываются зловонными запахами. Считалось, что мусорные кучи, уборные, больницы, богадельни, кладбища, болота, пещеры и даже трещины в мостовых выделяют вредоносные миазмы, которые, однако, можно нейтрализовать соблюдением баланса запахов. Принимать ванну считалось нежелательным, так как закупоренные поры лучше предохраняют от болезней.

Способы борьбы с миазмами представляли собой коллекцию псевдонаучных заблуждений. Одни ученые советовали противодействовать миазмам при помощи приятных запахов: духов, сигар, леденцов и сиропов. Богачи иногда носили с собой крошечное лимонное дерево или надушенный мешочек возле сердца. Один текст XVI века предписывал врачам принимать пациентов, вооружившись веткой можжевельника или ароматическим шариком.

Другие ученые предлагали противостоять миазмам при помощи еще более неприятных запахов. В 1622 году Жан де Ламперьер советовал натираться мазью для тела, приготовленной из высушенных экскрементов павлина и козьей мочи. Как ни странно, это было хорошей рекомендацией, так как запах коз (а также коров, овец и верблюдов) действительно отпугивает блох и клещей, которые являются переносчиками бубонной чумы.

В XVII веке французские парфюмеры проводили обеззараживание домов, в которых жили умершие от чумы. Они разжигали перед домом умершего костер и закрывали ставни, после чего начинали жечь благовония в котелках, потрошить соломенные матрасы, обжигать грязное белье в печи и так далее. Завершалась процедура артиллерийским залпом, имевшим целью «отогнать заразу, которая могла остаться на внешних сторонах дверей и стен».

Борьба с миазмами — а также с городскими запахами на заре микробной теории — способствовала формированию городского ландшафта.

Летом 1858 года Лондон пострадал от жары, вследствие которой Темза обмелела. Внезапно обнаружилось, что река, служившая городу источником питьевой воды, была, по сути, открытой сточной трубой. На протяжении последующих шести недель, прозванных позже Великим зловонием, Лондон был наполнен ароматом фекалий. Парламент мгновенно принял (ранее застрявший в комитетах) проект по созданию сети сточных труб, насосных и водоочистных станций.

В Париже в 1880 году случилось собственное Великое зловоние, также приведшее к молниеносным и масштабным городским реформам. В целях борьбы с неприятными запахами законодатели по обе стороны Ла-Манша распорядились вымостить тротуары и побелить стены, разработали системы канализации, основали советы здравоохранения, издали постановления о зонировании, начали экологические реформы, расширили улицы и высадили городские сады. Зловоние мотивирует.

Запах пороха имеет долгую и богатую историю. Он сопровождал войну и чуму, ассоциировался с разрушением и защитой. А сегодня… его больше не встретишь почти нигде.

§3. Классификация запахов. Теории обоняния

Исследователи неоднократно пытались описать и систематизировать запахи.

Самая древняя из всех известных классификаций запахов принадлежит шведскому натуралисту К.Линнею, который в середине XVIII века разбил все запахи на 7 классов. Эту классификацию можно было использовать как подсобное средство при отнесении растений к тому или иному классу.

Заслуживает внимания предложенная в последнее время классификация запахов Крокера и Хендерсона. Она основана на выделении 4 основных запахов: ароматного, кислого, жженого и каприлового, и 4 типов отвечающих им обонятельных рецепторов. Согласно их теории, любой запах рассматривается как смесь четырех основных запахов в различных соотношениях. Для сложного запаха интенсивность каждого из основных дается цифрами от 0 до 8, так что все запахи могут быть представлены четырехзначными числами от 0001 до 8888. Практическая ценность классификации Крокера-Хендерсона в том, что по ней можно систематизировать описание запахов.

Одна из наиболее известных классификаций принадлежит немецкому психологу X. Хеннингу (1924), подробно исследовавшему более четырехсот различных запахов. X. Хен-нинг пришел к выводу, что существует шесть основных запахов, отношения между которыми графически изображают в виде призмы (рис.16).

Рис. 16. Призма запахов X. Хеннинга

X. Хеннинг считал, что все запахи, которые не могут быть прямо отнесены к одному из перечисленных шести классов, должны были занять в этой призме положения на ребрах, на плоскости или внутри ее, в зависимости от того, со сколькими и с какими классами обнаруживалось у них сходство. Основной недостаток системы Хеннинга заключается в том, что он построил свою схему обонятельных ощущений по аналогии со схемами цветовых или вкусовых ощущений. Выделить основные обонятельные ощущения пока никому не удавалось.

Создать четкую и стройную систему классификации запахов будет возможно только тогда, когда будет создана единая, научно-обоснованная теория обоняния.

В теориях обоняния (их было предложено около 30) наибольшую дискуссию вызывает вопрос, должны ли молекулы пахучего вещества приходить в контакт с рецепторами или же они излучают волны, которые раздражают рецепторы. Вследствие этого все теории разделились на контактные и волновые.

Особое распространение волновые теории получили в XVIII веке, по аналогии с волновой теорией света и волновой теорией слуха. Сторонники этой теории приводили в качестве

аргумента феноменальную способность насекомых различать запахи на огромных расстояниях. Известно, что самец тутового шелкопряда может ощущать запах самки на расстоянии до 10 километров. Трудно предположить, что мельчайшие молекулы вещества могут переноситься на такие расстояния. Но волновая теория противоречит двум основным свойствам запаха:

запах не может распространяться в безвоздушной среде,

вещества с запахом должны быть летучи.

Контактные теории, в свою очередь, делятся на две подгруппы в зависимости от того, химическим или физическим путем предположительно воздействуют контактируемые молекулы на обонятельные клетки.

К физическим контактным теориям принадлежит «вибрационная теория» американского ученого Р.Райта (1964). В ее основе лежит предположение о связи вибрационных движений молекулы пахнущего вещества и рецептора. В обонятельной мембране рецепторов был обнаружен пигмент желтого или коричневого цвета. Р.Райт высказал гипотезу, что молекулы пахнущего вещества, вибрируя, изменяют энергетический уровень пигмента. Однако эта теория встретила много возражений. Достаточно привести такой пример: изотопные молекулы имеют одинаковый запах, хотя их колебательные частоты очень разнятся.

К химическим контактным теориям относится «стерео-химическая теория» американского исследователя Дж.Эймура (1964). Она основана на предположении, что организм может различать формы молекул раздражителя. Дж.Эймур подразделил пахнущие вещества на семь первичных запахов (камфорный, эфирный, цветочный, мятный, мускатный и гнилостный), описав характерные для них формы молекул. С помощью методов современной стереохимии можно построить трехмерную модель молекулы. Выяснилось, что мускусный запах характерен для молекул дискообразной формы с диаметром около 10 ангстрем. Приятный цветочный запах вызывается молекулами дискообразной формы с гибким хвостом. Прохладным мятным запахом обладают молекулы клинообразной формы.

В соответствии с этой теорией специфическое ощущение запаха возникает в том случае, когда вещества с определенной формой молекулы попадают в подходящее «гнездо» на поверхности рецептора. Дж.Эймур представлял рецепторные

участки в виде ультрамикроскопических щелей или впадин в мембране нервного волокна, каждая из которых имеет своеобразную форму и величину. Молекулы сложных запахов должны подходить двум или большему числу видов рецепторов, а молекулы важнейших запахов могут совпасть только с одним видом рецепторов.

В настоящее время наиболее признана стереохимическая теория обоняния Дж.Эймура. Она прошла целый ряд экспериментальных проверок, доказавших правильность ее основных положений. Дж.Эймур синтезировал несколько молекул определенных форм, и все они обладали предсказанным запахом.

2 Теории обоняния, классификация запахов и методы их генерации

Запах - ощущение, обусловленное действием летучих пахучих веществ на рецепторы слизистой оболочки носовой полости. Запахи могут быть классифицированы по пахучим веществам, вызывающим качественно разные субъективные впечатления. Запах для большинства людей относительно слабо дифференцированное, интегральное ощущение, т. к. он определяется суммарным эффектом от раздражения обонятельных рецепторов, рецепторов тройничного нерва и рецепторов вомероназального органа; кроме того, возможно, что в ощущение запаха вовлечено восприятие аэрозольной компоненты атмосферы [18].

Запахи могут надолго сохраняться в эмоциональной памяти человека и активизировать эмоциональную память. Поэтому запахи часто используются как стимулы при изучении долговременной памяти человека. Запоминается взаимосвязь запаха с определенным контекстом. Запаховые стимулы обладают способностью возбуждать память и воображение, что часто сопровождается сильными эмоциями, сходными с теми, которые были испытаны в ситуации, связанной с определенным запахом [19].

Запахи, связанные с эмоциями, оказывают воздействие на поведение человека в зависимости от индивидуального опыта. Например, запах, присутствовавший во время решения сложной задачи, может вызвать стресс, если испытуемый встретится с ним позже. В одном из исследований испытуемым предлагали 254 запаха, связанных с пищей, домом, другими людьми и т.д. Оказалось, что предъявление запахов часто вызывало в памяти людей определенные эпизоды и образы, имеющие эмоциональную окраску. Запахи человека часто вызывали ассоциации с матерью, любимым человеком, родителями, друзьями [20].

Запахи широко используются в ароматерапии: они снижают систолическое давление, снимают ощущения страха, подавленности, усиливают ощущения счастья, спокойствия и оказывают расслабляющее действие. В ароматерапии известно влияние целого ряда эфирных масел на эмоциональное состояние человека (лаванда, жасмин и др.).

Кроме специфических воздействий запахи могут оказывать неспецифическое влияние на настроение человека. Приятные запахи улучшают настроение, а неприятные могут его ухудшить. Поэтому люди активно изменяют запаховую среду, в которой они находятся: проветривают помещения, окуривают их благовониями, используют парфюмерию.

Запахи обладают мощным мотивационным воздействием. Они могут оказывать сильный аттрактивный или репеллентный эффект, привлекая или отталкивая людей. У человека аттрактивность или репеллентность запаха в значительной степени определяется их гедонической оценкой. Эта проблема непосредственно связана с использованием парфюмерии, и практически ни одно из совещаний по химической коммуникации не обходится без выступления парфюмеров, так как искусственные запахи приобретают для человека вполне определенное сигнальное значение [21].

Следует отметить, что обоняние и вкус, некогда столь же необходимые человеку для выживания, как слух, осязание и зрение, ныне гораздо слабее развиты, чем у животных, и играют второстепенную роль.

В отличие от животных, 90% информации человек получает через зрение, около 5% - с помощью слуха, на обоняние же приходится лишь около 2% [21].

Следует отметить, что эти данные относятся к усредненным данным по человечеству. Однако люди, лишенные зрения, получают информацию другими органами чувств гораздо большей степени.

Если теория цвета дает математический аппарат, позволяющий по смешению определенных цветов рассчитать результирующий цвет, его цветовой тон и насыщенность, то все теории запаха рассматривают лишь механизм обоняния.

Основной задачей, которая ставится в этом исследовании - это выбор наиболее оптимальных методов генерации запахов для систем телевизионного вещания.

У людей отсутствует абстрактное представление о запахах. В то время как в области вкуса существует преставление о соленом, горьком, кислом, сладком, когда можно назвать основные и другие цвета объектов, представление о запахах является чисто предметным. Нельзя охарактеризовать цвет, не соотнося его с каким-либо объектом, которому он свойственен. Мы говорим о запахе роз или запахе лука, в некоторых случаях мы пытаемся обобщить запахи группы родственных веществ или предметов, говоря о цветочном или фруктовом запахе, запахах кухонных, парфюмерных, лакокрасочных. Точно также невозможно вызвать в воображении какой-либо запах, не связывая его с определенным предметом [22].

Свойства запаха, механизм его образования и восприятияиздавна интересовали ученых. Общеизвестно, что обоняние животных, насекомых, рыб весьма совершенно и значительно превосходит по тонкости восприятия, ныне существующие приборы. Поэтому животных нередко используют для обнаружения и распознания запахов, например, разведки залежей полезных ископаемых, обнаружения неисправностей в газопроводах по следам утечки газа, отыскания предметов, являющихся источниками запаха, и т.п.

Раскрытие тайн живых анализаторов позволяет по их подобию конструировать искусственные детекторы запаха на основе методов анализа (масс-спектрометрии, газовой и бумажной хроматографии, хромато масс-спектрометрии, инфракрасной спектрометрии и других) и создавать приборы, позволяющие производить тончайшие аналитические исследования газообразных тел.

Однако даже название запаха носит неоднозначный характер. Можно сказать о цвете, что он бледно-голубой, а как сказать то же самое о запахе.

Для решения задачи генерации запахов, в первую очередь необходимо рассмотреть теории обоняния, без которых невозможно представить запах и его интенсивность восприятия (силу запаха).

Теории обоняния

- Атомарная (корпускулярная) теория римского поэта и философа Лукреция Кара.

- Атомарная теория Дайсона или гипотеза обусловленности запаха инфракрасным резонансом колебания молекул (1938 год);

- Предположение Лайнуса Полинга о взаимосвязи спецефичности запаха с размером и формой молекул химических веществ (1946 год);

- Стерическая теория Монкриффа, который заявил, что запах ощущается, если переносимые воздухом молекулы комплементарно «встраиваются» в некие участки рецепторов обонятельной нервной системы (1949 год);

- Химическая теория Цваадемакера: одоривектор (молекулы пахучего вещества) растворяется в секрете бауменовских желез и вступает в контакт с волосками обонятельных клеток и вызывает их возбуждение;

- Физическая теория Генингса: одоривекторы излучают волны высокой частоты, которые передаются на обонятельный анализатор и различные группы клеток резонируют в ответ на колебания, характерные определенному одоривектору;

- Электрохимичекая теория Мюллера: возбуждение органа обоняния происходит благодаря электрохимической энергии пахучего вещества;

- Стереохимическая гипотеза обоняния Эймура: обоняние зависит от взаимодействия молекул пахучего вещества с мембранной обонятельной клетки, которое определяется как формой молекул, так и наличием в ней определенных функциональных групп. Молекулы пахучего вещества попадают в определенную рецепторную «лунку» на мембране обонятельной клетки. Было предположено, что молекулы, приводящие к восприятию камфроподобного запаха, имеют форму шара, с цветочным -диска с ручкой (1964 год);

- Колебательная спектроскопическая теория туннелирования электронов, или волновая теория Лука Тьюрина: аромат определяется не формой молекул, а частотой колебаний межатомных связей в молекулах, на которые реагирует нос (1990 год).

Источники запаха и аромата. Ощущение запаха воспринимается посредством органов обоняния и возбуждается определенными летучими веществами:

- некоторыми кислотами и др.

Запах образуется в результате сложного сочетания перечисленных химических веществ.

Запах зависит от структуры молекул (величины, формы, числа функциональных групп, наличия двойных связей и т. д.). Однако известны соединения, имеющие сходное строение, но различающиеся по запаху и, наоборот, имеющие разное строение, но обладающие аналогичным запахом.

Некоторые вещества изменяют запах в зависимости от их количественного содержания. Поэтому знание химического строения еще недостаточно для предсказания запаха.

Комплекс пахучих веществ запаха пищевых продуктов состоит из большого числа компонентов, принадлежащих различным классам веществ. Всего в пищевых продуктах идентифицировано свыше 2000 компонентов.

Названия запаховых ощущений всегда конкретны и всегда соответствуют веществам, вызывающим их. Запахи бесконечно разнообразны.

Наряду с понятием запаха специалисты используют еще термин «аромат».Если под запахом понимают любые ощущения, воспринимаемые органом обоняния, то определение «аромат» дается исключительно привлекательному запаху, вызывающему приятное ощущение.

В образовании аромата принимают участие ароматические вещества. Как правило, аромат лабилен, легко испаряется, а поэтому любую органолептическую оценку следует начинать с определения аромата.

Физические теории обоняния. Химические основы обоняния

Раздел I ПРОИЗВОДСТВО ПАРФЮМЕРИИ

Глава 1. ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ОБОНЯНИЯ

§ 1. Обонятельный орган

Обонятельный орган у человека представлен эпителиоподобной выстилкой, или обонятельной частью слизистой оболочки носа. Обонятельным органом является только верхняя часть носовой полости. Слизистая обонятельная выстилка занимает среднюю часть верхней носовой раковины и соответствующий ей участок слизистой оболочки носовой перегородки (рис. 1).

Обонятельная часть 2 слизистой оболочки носа человека имеет желтый цвет, благодаря чему легко отличается от дыхательной части. Установлено, что у человека около 10 млн. обонятельных клеток, они имеют веретеновидную форму и состоят из средней утолщенной части, содержащей ядро, и двух отростков (центрального и периферического) . Центральные отростки, имеющие диаметр 0,2-0,5 мкм и отходящие от нижнего полюса клетки, группируются в пучки и входят в состав обонятельного нерва. Они соединяют обонятельные клетки эпителия с обонятельными луковицами 2 головного мозга.

Периферические отростки выходят на поверхность слизистой оболочки и заканчиваются утолщением (обонятельной булавой), несущей обонятельные волоски.

По-видимому, в обонятельных волосках осуществляются первичные процессы восприятия запаха.

Рис. 1. Анатомия органа обоняния человека

§ 2. Воздействие душистых веществ на орган обоняния

До сих пор механизм воздействия душистых веществ на орган обоняния окончательно не выяснен. Существуют различные теории, как физические, так и химические, в которых стремятся объяснить этот механизм, однако ввиду отсутствия достаточной экспериментальной проверки ни одна из них не может быть полностью достоверной, а может рассматриваться лишь как гипотеза.

В настоящее время считается установленным, что для ощущения запаха нужен непосредственный контакт молекулы пахучего вещества с обонятельными рецепторами. Для этого необходимыми свойствами пахучего вещества являются летучесть, растворимость в липидах и до некоторой степени в воде, достаточная способность к адсорбции на обонятельной выстилке, определенные пределы молекулярной массы и др. Но неизвестно, какие именно физические или химические свойства определяют эффективность вещества как обонятельного раздражителя.

Авторы многих гипотез рассматривают взаимодействие пахучего вещества с обонятельным рецептором как процесс адсорбции. Экспериментально пока не решено, является ли этот процесс физической адсорбцией или он связан с химическим превращением молекул пахучего вещества. Наиболее перспективным, по-видимому, в настоящее время является представление о специализированных белковых молекулах, находящихся в мембранах обонятельных клеток и взаимодействующих с молекулами пахучих веществ.

Проблема обоняния - проблема молекулярной биологии. Установление механизма воздействия пахучих веществ на орган обоняния требует дальнейших длительных исследований.

§ 3. Адаптация и ее роль в восприятии запахов. Роль запахов в жизни животных

При длительном воздействии определенного запаха постепенно наступает невосприимчивость к нему и запах иногда перестает совсем ощущаться (кумарин через 1—2 мин, цитраль - через 7—8 мин). Это явление называется обонятельной адаптацией. Продолжительность и глубина ее зависят от интенсивности и характера запаха пахучего вещества, а также длительности его воздействия.

При обонятельной адаптации наблюдается понижение чувствительности не только к веществу, которое было использовано, но и к другим пахучим веществам, хотя и в меньшей степени. Механизмы обонятельной адаптации до настоящего времени не вполне ясны. Адаптация является в известной степени субъективным фактором, сильно отличающимся у разных людей.

Никто не может с уверенностью сказать, когда именно на протяже-нии сотен миллионов лет первые живые организмы начали ощущать запах химических веществ. По словам академика И. П. Павлова, обонятельный анализатор принадлежит к самым древним и основным частям высшего отдела центральной нервной системы, многие его функции врожденные, постоянные или безусловные.

В жизни животных с древних времен обоняние играет чрезвычайно важную роль. Функции обоняния в их жизни очень разнообразны. Обоняние помогает животным в поиске и выборе пищи, сигнализирует о присутствии врагов, помогает при ориентации на суше и воде (например, возвращение лососевых рыб в родительские водоемы, запах воды которых они запоминают). Известна важная роль обоняния в поисках животными особей противоположного пола. В этом случае информация осуществляется посредством химических веществ, так называемых феромонов или телергонов, которые выделяются специальными железами, являются чрезвычайно эффективными биологически активными соединениями и характеризуются высокой специфичностью. Благодаря этим свойствам феромоны, например, нашли практическое применение с целью привлечения и уничтожения насекомых. Обычно каждое животное наиболее чувствительно к соединениям, которые особенно важны для него при нормальных условиях жизни. Поэтому каждому виду животных свойствен особый спектр запахов. Мелкие насекомые способны воспринимать только один запах — запах полового привлекающего вещества. Пчела с более развитой обонятельной способностью различает сотни запахов. У животных, обладающих сильно развитым обонятельным анализатором, например у собак, обоняние во многих отношениях играет доминирующую роль.

§ 4. Влияние запахов на человека

Несмотря на то что животные обладают более тонким обонянием, чем человек, диапазон запахов, воспринимаемых человеком, значительно шире.

В жизни человека обоняние не играет существенной роли, за исключением случаев слепоты и глухоты, когда происходит компенсаторное развитие оставшихся органов чувств, в том числе и обоняния.

Запахи мешают человеку принимать недоброкачественную пищу, усиливают вкусовые ощущения. Подобно цветам и звукам запахи оказывают психологическое влияние на человека.

Способность к восприятию запахов у людей различна и зависит от тренировки обоняния. Опытный парфюмер может различать более тысячи запахов. Восприятие запахов человеком (интенсивность и качество) индивидуально. Кроме того, вкусы в отношении запахов очень различны. Некоторые люди предпочитают цветочные запахи (розы, гвоздики и др.), другие — фантазийные. Есть люди, которые не переносят определенные запахи.

Понятие о приятных и неприятных запахах относительно. Одни и те же запахи могут вызвать положительные и отрицательные эмоциональные реакции у различных людей. Запахи могут оказывать физиологическое воздействие на организм человека.

Психологическое воздействие запахов заключается в том, что они могут вызвать воспоминания и определенные ассоциации. Запахи оказывают эмоциональное воздействие на человека. Поэтому получили развитие работы по отдушиванию продукции бытовой химии, ароматизации промышленных помещений и др.

В каждой стране имеются определенные требования к интенсивности и качеству запаха. Например, существуют так называемые восточные духи, обладающие тяжелым и пряным запахом, в США пользуются спросом духи с сильным, тяжелым, сладковатым запахом, в Испании и Италии также популярны тяжелые и сладковатые запахи, в азиатских странах - запахи сандала, пачули, бальзамические. В нашей стране большой популярностью пользуются духи с тонким цветочным запахом, запахом зелени и др.

Ниже приведены основные понятия, встречающиеся в парфюмерии, и необходимые при изучении гл. 3 и 4.

Запах — ощущение, которое возникает при попадании частиц пахучего вещества на обонятельные рецепторы.

Интенсивность запаха — сила запаха индивидуальных веществ или смесей веществ при испарении (с полосок бумаги, ткани и др.).

Стойкость запаха - продолжительность (в минутах, часах и т. д.) сохранения запаха, характерного для индивидуального душистого вещества или смеси душистых веществ.

Обонятельные пороги - минимально воспринимаемая концентрация пахучего вещества. Обычно обонятельные пороги выражают концентрацией пахучего вещества (в граммах, молях или числом молекул на единицу объема) во внешней среде. Для определения пороговой концентрации используются специальные приборы ольфактометры, позволяющие точно устанавливать концентрацию пахучего вещества. Для человека пороговые концентрации органических соединений (в мг/л) равны: бензола - 5,3- 1СГ3, ванилина — 5-1СГ7, этилмеркаптана -4,4-103. В некоторых литературных источниках встречается выражение ’’долговечность” духов, или их ’’аромат”. С точки зрения парфюмерии — это обобщающие понятия. Первое означает время сохранения качества, второе определяет характер запаха, его интенсивность, гармоничность, направление и другие показатели, характеризующие запах в целом. Научный метод условных рефлексов И. П. Павлова дает полное право утверждать, что обоняние наравне со зрением и слухом является равнозначным процессом познания мира и воздействия на человека.

Читайте также: