Молекулы пахучих веществ называются. Химическая теория запаха. Как воспринимается запах

Употребляющиеся в парфюмерии различного рода пахучие вещества могут быть разбиты на три категории:

пахучие вещества растительного происхождения;
пахучие вещества животного происхождения;
искусственные (синтетические) пахучие вещества.

Растительные пахучие вещества бывают либо жидкие, маслообразные, так называемые эфирные масла, или вязкие смолообразные, к каковым относятся бальзамы и камедистые смолы. Французы называют растительные эфирные масла эссенциями.

Эфирные масла не представляют собою определенных химических соединений; по своему составу они являются смесью всевозможнейших сложных соединений. Приятный запах эфирного масла обусловливается главным образом наличием кислородных соединений.

Задача практиков парфюмерной промышленности сводится к удалению из эфирных масел непахучих веществ и тем самым к увеличению силы аромата. Все применяемые в парфюмерии растительные пахучие вещества должны быть по возможности в свежем состоянии; нужно хранить их в свободном, не слишком сухом помещении и время от времени внимательно просматривать, чтобы своевременно удалять заплесневевшие части.

Из пахучих веществ животного происхождения в парфюмерии применяются: амбра, касторин (бобровая струя), мускус (кабаргинная струя) и цибет (цибетовый сок). Эти вещества не являются парфюмерными в собственном смысле этого слова, но служат примесью для того, чтобы фиксировать и распространять тончайшие растительные ароматы.

Широкое применение получили искусственные химические пахучие вещества . Из этих веществ некоторые представляют собой синтетические продукты, соответствующие по своему составу природному пахучему веществу (например, ванилин, кумарин, гелиотропин и т. д.), некоторые искусственные вещества дают совершенно новые пахучие продукты (как, например, неролин, мирбановое масло и т. д.). И наконец имеются такие синтетические вещества, которые по запаху сходны с природными пахучими веществами, но по химическому составу совершенно отличны от последних; так, например, ионон, неовиолон применяются вместо настоящею фиалкового масла, бензойный альдегид и нитробензол - вместо горькоминдального масла, метиловый эфир салициловой кислоты - вместо гаультериевого масла; жасмон - вместо сиреневого и ландышевого масла; неролин - вместо неролиевого масла и т. д.

Переработка искусственных пахучих веществ в различные парфюмерные препараты проходит гораздо проще, быстрее и легче, чем переработка природных продуктов. Это обстоятельство обеспечивает широчайшее распространение искусственных пахучих веществ, кроме того, хотя цена синтетических пахучих веществ довольно высока, она вполне компенсируется сильным концентрированным ароматом, способным при минимальных количествах обеспечить больший выход продукта.

Посредством искусственных пахучих веществ можно приготовить парфюмерные препараты высокого качества, но все же полностью природные продукты они заменить не могут. Поэтому необходимо искусственные продукты смешивать с природными, аромат коих они повышают, не вытесняя его. Искусственные пахучие вещества легко растворяются в соответствующем количестве винного спирта, но все же рекомендуется растворы и настойки цветочных помад оставлять па два-три дня в покое для лучшего растворения. Особенно пригодными являются так называемые цветочные масла, например акации, садовой гвоздики, гиацинта, кассии, туберозы, фиалки и пр. Лучшими из этих масел являются искусственное германское жасминовое масло и масло кассиевого дерева, которые уже в однопроцентном спиртовом растворе равны по силе крепкому раствору эфирного масла, полученного из помады.

В противоположность эссенциям и экстрактам, получаемым из природных пахучих веществ, мы будем называть тинктурами растворы, изготовленные из искусственных пахучих веществ.

Кроме собственно пахучих веществ в парфюмерии применяется целый ряд подсобных продуктов. Сюда относятся винный спирт, глицерин, жирные масла, твердые жиры и др. Чистота и качество этих веществ имеют существенное значение для успеха дела, вследствие чего все эти продукты должны быть тщательно испытаны. Так, например, винный спирт должен быть крепостью не ниже 90-95°, и должен быть абсолютно свободен от сивушных масел.

Необходимый для помад жир должен быть свежим, без какого-либо постороннего запаха и прогорклости. Жир (обыкновенно применяют свиной) лучше всего растапливать самому при возможно более низкой температуре с небольшим количеством квасцов и поваренной соли. Когда жир растопится, сливают прозрачный слой с осевших на дно примесей и после охлаждения промывают водой. Парфюмерные препараты, приготовленные на спирту, целесообразно оставлять на более или менее продолж

Общие сведения

Употребляющиеся в парфюмерии различного рода пахучие вещества могут быть разбиты на три категории:

Пахучие вещества растительного происхождения

Растительные пахучие вещества бывают либо жидкие, маслообразные, так называемые эфирные масла, или вязкие смолообразные, к каковым относятся бальзамы и камедистые смолы. Французы называют растительные эфирные масла эссенциями.

Эфирные масла не сосредоточиваются в какой-либо определенной части растения, а содержатся в цветах, плодах, листьях, коре, стволе, кореньях и т. д. Однако каждого отдельного растения эфирное масло сосредоточивается в большом количестве в какой-либо определенной части растения. По силе запаха, издаваемого растением, нельзя судить о количестве эфирных масел, так как в природе можно встретить много растений, обладающих сильным запахом, но содержащих ничтожные количества эфирных масел, и наоборот. Эфирные масла не представляют собою определенных химических соединений; по своему составу они являются смесью всевозможнейших сложных соединений. Приятный запах эфирного масла обусловливается главным образом наличием кислородных соединений. Задача практиков парфюмерной промышленности сводится к удалению из эфирных масел непахучих веществ и тем самым к увеличению силы аромата. Все применяемые в парфюмерии растительные пахучие вещества должны быть по возможности в свежем состоянии; нужно хранить их в свободном, не слишком сухом помещении и время от времени внимательно просматривать, чтобы своевременно удалять заплесневевшие части.

Пахучие вещества животного происхождения

Из пахучих веществ животного происхождения в парфюмерии применяются: амбра, касторин (бобровая струя), мускус (кабаргинная струя) и цибет (цибетовый сок). Эти вещества не являются парфюмерными в собственном смысле этого слова, но служат примесью для того, чтобы фиксировать и распространять тончайшие растительные ароматы.

В настоящее время (1929 г.) широкое применение получают искусственные химические пахучие вещества. Из этих веществ некоторые представляют собой синтетические продукты, соответствующие по своему составу природному пахучему веществу (например, ванилин, кумарин, гелиотропин и т. д.), некоторые искусственные вещества дают совершенно новые пахучие продукты (как, например, неролин, мирбановое масло и т. д.). И наконец имеются такие синтетические вещества, которые по запаху сходны с природными пахучими веществами, но по химическому составу совершенно отличны от последних; так, например, ионон, неовиолон применяются вместо настоящею фиалкового масла, бензойный альдегид и нитробензол - вместо горькоминдального масла, метиловый эфир салициловой кислоты - вместо гаультериевого масла; жасмон - вместо сиреневого и ландышевого масла; неролин - вместо неролиевого масла и т. д.

Искусственные пахучие вещества

Добывание природных пахучих веществ

Прессование или выжимание

Этим способом могут быть получены пахучие вещества, находящиеся в значительных количествах в некоторых частях растений, в апельсинных, лимонных, айвовых и других корках. Эфирное масло заключено в специальных, хорошо видимых под микроскопом клеточках. Если подвергнуть эти части растения сильному давлению, то клеточки, заключающие жирное масло, лопаются и масло вытекает. Выжимать масло прессованием можно только из свежих корок.

Складывают их в сшитый из крепкого холста или конского волоса мешок, кладут под пресс и жмут до тех пор, пока не перестанет вытекать масло. Как показали сравнительные опыты при применении даже самых сильных винтовых прессов, значительная часть эфирных масел остается в растении, так как большое количество маслосодержащих клеточек остается неповрежденным. Поэтому при получении эфирных масел прессованием предпочтение следует отдать гидравлическому прессу, развивающему давление, не достижимое ни одним прессом другой системы. При соответствующей прессовке выжатый из растительных клеток сок стекает через специальные отверстия, а остаток образует плотный жмых, почти лишенный масла. Вместе с эфирными маслами отпрессовывается и водянистая жидкость, частицы растительных волокон и слизь.

Для того чтобы освободить масло от этих посторонних примесей, оставляют его в покое до тех пор, пока вода и слизистые вещества не осядут на дно сосуда, а чистое масло всплывет наверх. Тогда масло сливают, фильтруют через полотно или, что еще лучше, через два бумажных фильтра. У высокой стеклянной бутыли срезают дно и укрепляют в горло бутылки при помощи пробки стеклянную трубку диаметром 8-10 мм; на последнюю одевается резиновая трубочка с краном. Открывая осторожно кран и выпуская воду, можно совершенно отделить водную жидкость от масла. Способ прессовки в широких размерах применяется также для добычи различных жирных масел и в частности для добывания жирных масел; имеющих применение в парфюмерном производстве, например миндального, орехового и т. п.

Получение эфирных масел перегонкой

При кипячении частей растений, содержащих в себе эфирные масла, вместе с парами воды перегоняется и эфирное масло, несмотря на то, что температура кипения эфирных масел выше температуры кипения воды. Самый способ перегонки может быть осуществлен простым кипячением с водой, пропусканием пара иди перегонкой при низких температурах под уменьшенным давлением. Из всех этих способов самым совершенным является перегонка с паром, самым простым - кипячение с водой.

Для перегонки кипячением загружают куб, наполненный водой, частями растений, содержащими эфирные масла, а в самом кубе на некотором расстоянии от дна его устанавливают второе ложное решетчатое дно для того, чтобы загруженные в куб растения предохранить от пригорания, происходящего при непосредственном соприкосновении с дном куба. Куб обогревают топкой. Когда вода кипит, вместе с водяными парами в холодильник поступает и эфирное масло. Сконденсировавшаяся вода и эфирное масло собираются в приемнике.

При перегонке эфирных масел с паром совершенно отпадает надобность в особом подогреве куба, так как пар непосредственно пропускают в, куб. Далее работа ведется одинаково. Отогнанное вместе с водой или даром масло собирается в бутыли, отстаивается и отделается от воды. Эти способы добывания масла неприменимы, когда части растения содержат мало масла или если при перегонке эфирные масла меняют свои качества, не давая надлежащего аромата.

Извлечение (экстракция) пахучих веществ

Этот метод основан на способности некоторых очень летучих жидкостей, как: бензина, серного эфира, хлороформа, петролейного эфира или сероуглерода, очень быстро извлекать (растворять) из цветов и частей растений ароматические вещества. При нагревании такой вытяжки летучие жидкости испаряются, и пахучие вещества остаются в чистом виде. Этот способ заслуживает особого внимания, хотя в настоящее время (1929 г.) практики прибегают к этому способу сравнительно редко.

Для получения эфирных масел способом экстракции загружают части растений в специально приспособленный для этой цели герметически закрывающийся сосуд (из белой жести), обливают растворителями (лучше всего нейтральным эфиром или сероуглеродами высокой ректификации) и помешивают. Масло растения перейдет в раствор, который и сливается с осадка. Этот раствор вносят в дистилляционный аппарат, где растворитель отгоняется и собирается в приемник. Полученный растворитель снова выливают на части растений и перемешивают, при этом снова происходит растворение масла, и раствор снова отгоняется в дистилляционном аппарате. Эту операцию повторяют несколько раз, пока не будет извлечено все масло из растений.

Вместо указанного способа можно пользоваться специальными экстракционными аппаратами.

Работа в экстракционных аппаратах происходит быстро и непрерывно. Полученное масло помимо эфирных пахучих веществ содержит находящиеся в растениях смолы и другие вещества. Для очистки от этих излишних примесей масло подвергают перегонке с водяным паром.

Добывание душистых веществ настаиванием

Приведенные выше методы получения душистых веществ не дают такого тонкого аромата и не извлекаются так полно, как при методе мацерации, который применяется большими парфюмерными фабриками Южной Франции (1927 г.).

При малом содержании пахучих веществ или если дистилляция дает продукты разложения масла, способ мацерации является наиболее рациональным. Этот способ основан на способности жиров жадно извлекать душистые вещества и отдавать большую часть их очень крепкому спирту. Смотря по тому, употребляют ли для мацерации цветов твердый при обыкновенной температуре жир (очищенное свиное сало) или жидкое масло (лучшего качества оливковое масло), получают душистые продукты, которые называют или парфюмированными помадами или парфюмированными маслами (благовонными маслами). Не следует смешивать эти продукты с косметическими помадами, применяемыми для смазывания волос. Помады являются лишь промежуточными продуктами в парфюмерии при получении чистого пахучего вещества. Повторно обрабатывая одним и тем же количеством жира свежие цветы, можно по желанию получать душистую помаду или масло с запахом любой концентрации. Способ мацерации очень несложен. Сало помещают в фарфоровые или эмалированные железные горшки, нагревают их в плоском сосуде, наполненном водой с температурой в 40, самое большое 50°, и подвешивают цветы в мешочках из тонкого полотна в жир, в котором они остаются в течение 12-48 часов. После этого мешочки вынимают, дают стечь с них салу, отпрессовывают, наполняют свежими цветами и вновь подвешивают в жир. Эту операцию повторяют 12-16 раз и больше, и получают, таким образом, душистые номады или масла различной крепости. Аромат получается тем тоньше, чем меньше времени цветы находятся в соприкосновении с жиром.

Рекомендуется для получения пахучих веществ употреблять специальный аппарат, делающий возможным постоянное соприкосновение жира с цветами. Он состоит из ящика луженой жести, который разделяется вертикальными перегородками на 5-10 отделений и закрывается навинчиваемой крышкой так плотно, чтобы жидкость не могла просачиваться. Перегородки имеют отверстия то вверху, то внизу. В отделения, образованные перегородками, помещаются корзинки из луженой проволочной сетки, наполненные цветами, предназначенными для мацерации; крышка закрывается, и ящик, поставленный в водяную баню, нагревается до 40-50°. Затем открывают кран, находящийся на трубе, и отделение 1-е наполняется из сосуда, установленного выше, нагретым расплавленным жиром, который, подымаясь в корзину, наполненную цветами, извлекает из них ароматические вещества, проходит под давлением вновь поступающего жира через отверстие в отделение 2-е, приходит вновь в соприкосновение с свежими цветами, затем через 3-е, 4-е и 5-е отделения и, наконец, выходит наружу сильно насыщенным душистыми веществами. По мере надобности можно применять и большее число отделений. После того как вся масса жира прошла через аппарат, его открывают, удаляют корзину из первого отделения, корзину, находившуюся раньше во 2-м, ставят в 1-е, из 3-го переставляют во 2-е, из 4-го - в 3-е, из 5-го - в 4-е. Корзину первую опоражнивают, наполняют совершенно свежими цветами и ставят в отделение 5-е, таким образом, каждая корзина из 5-го отделения проходит все остальные и продвигается в 1-е, чем достигается полное и быстрое поглощение душистых веществ жиром. Вместо жира можно употреблять концентрированный глицерин, также очень быстро извлекающий из цветов их аромат.

Из помады или парфюмерированного масла пахучие вещества извлекаются крепким 90-95° чистым спиртом, который растворяет душистые вещества, но не жиры. Для извлечения душистых веществ из помады ее при остывании разрезают на маленькие куски и помещают в бутыли со спиртом. Чтобы получить большую поверхность, наполняют помадой жестяной цилиндр с тонким отверстием в одном конце и выдавливают ее в виде тонкой нити плотно пригнанным поршнем. В таком виде помада, имея большую поверхность, скорее отдает пахучие вещества спирту. Полученный через несколько недель раствор ароматических веществ отгоняется при низкой температуре. Как бы долго ни оставались жиры со спиртом, они пахучих веществ полностью не отдают, удерживают небольшую часть их и потому обладают чрезвычайно нежным ароматом. Поэтому они поступают в продажу в виде надушенной помады или масла под названием того душистого вещества, которое содержат, например помада из цветов апельсина, помада или масло резеды. Они очень ценятся как парфюмерные продукты и употребляются также для извлечения ароматических веществ.

Для извлечения душистых веществ из насыщенного ими глицерина его обрабатывают так же, как жиры, но не спиртом, который растворяет глицерин, а бензолом, также извлекающим ароматические вещества.

Поглощение или всасывание (абсорбция)

Этим способом добываются самые тонкие эфирные масла, непереносящие и того небольшого нагревания, которое необходимо при мацерации. Способ этот основан на летучести эфирных масел и на способности жиров поглощать пары эфирных масел при обыкновенной температуре. Применяются так называемый рамочный способ или пневматический воздушный способ.

По первому способу жир (очищенное свиное сало) наносят слоем около 3-5 мм толщины на стекло, длиною в 1 м и шириною в 60 см. Стекло вставляют в рамы и посыпают цветами. Рамы ставят одну над другой и оставляют так на 1-3 дня. Затем увядшие цветы заменяются новыми. Повторяют это в течение месяца, пока помада не приобретет запах желаемой интенсивности. Если необходимо эфирным маслом пропитать не жир, а какое-либо масло, то в рамы вставляют не стеклянные листы, а металлические сита. На это сито кладется кусок хлопчатобумажной материи, пропитанный маслом, и покрывается слоем цветов. В этом случае получается так называемое парфюмерное или благовонное масло.

В общем, способ этот хлопотливый и отнимает много времени. Воздух, заключенный между рамами, почти неподвижен, а потому перенос эфирного масла с цветов на жир, несмотря на близкое расстояние, происходит медленно. Кроме того, продукт засоряется мелкими частицами цветов, водянистым соком и другой примесью. Более чистый продукт получается по пневматическому способу.

В герметически закрытый ящик вставляют ряд стеклянных пластинок, покрытых свиным салом, превращенным выдавливанием в тонкие нити. Этот ящик соединен со вторым ящиком, наполненным свежими цветами и снабженным внизу отверстиями. Верхние части ящика соединены с вентилятором, который просасывает воздух через оба ящика и приводится в движение электромотором или часовым механизмом. Воздух, проходя по ящикам, вначале обогащается ароматом цветов, а затем отдает его жиру. Поглощение происходит быстро, требует мало рабочей силы, цветы совершенно не приходят в соприкосновение с жиром, который поглощает только душистые вещества из воздуха.

Этот способ может быть осуществлен в несколько видоизмененном виде в аппарате Пивера. Прибор этот имеет вид шкафа, разделенного на два отделения, которые сообщаются только снизу. В обоих отделениях устанавливаются стеклянные или луженые медные пластинки. На этих пластинках помещаются поочередно на одних цветы, а на других жир. При помощи установленных на верху шкафа мехов постоянно поддерживается легкий ток воздуха из одного отделения в другое и обратно.

Приготовление эссенций, экстрактов и тинктур

Общие указания по приготовлению эссенций, экстрактов и тинктур

Общие укаПолученные пахучие вещества дают при растворении в 90° спирте так называемые эссенции или экстракты. Растворы бальзамов и смол дают так называемые тинктуры. Для извлечения пахучего вещества из помад или благовонных масел последние обрабатывают на холоде или при нагревании до 30° винным спиртом крепостью в 95-96°.

В небольшом производстве извлечение пахучего вещества можно производить в обыкновенной бутылке; в крупных производствах (1929 г.) пользуются специальными аппаратами Для производства вытяжки. Если работа производится на холоде, то на растворение требуется от 4 до 6 недель, при нагревании же достаточно 10-14 дней. При работе на холоде получается продукт, обладающий более нежным ароматом. Практически в небольшом масштабе растворение осуществляется следующим образом.

Мелко нарезанную помаду помещают в крепкую стеклянную бутыль, обливают винным спиртом (в количестве 125 г на 100 г помады) и время от времени взбалтывают. Таким же образом поступают с парфюмерированным (благовонным) маслом. Готовый раствор ставят на некоторое время в холод, чтобы весь жир застыл, и можно было бы легко слить прозрачную жидкость. Фильтровать не рекомендуется, так как при этом несколько страдает чистота аромата. Чтобы подучить безукоризненный свободный от жира продукт, необходимо особо тщательно производить охлаждение, т. е. до тех пор производить вымораживание, пока жир не станет совершенно твердым.

Приготовление эссенций из эфирных масел необычайно просто, так как эфирные масла тотчас же растворяются в винном спирте. Приготовленные из помад и парфюмированных масел различные парфюмерные препараты однако значительно превосходят по своим качествам продукты, полученные из эфирных масел: они отличаются более тонким и нежным ароматом.

Существенное упрощение имеет изготовление растворов посредством применения искусственных чистых пахучих веществ, изготовляемых на заводах и воспроизводящих чистый и сильный аромат природных пахучих веществ. Приготовленные из этих продуктов растворы совершенно прозрачны и годны к употреблению во всякое время. Крепость эссенций можно по желанию регулировать, но в среднем достаточным является прибавление 20-22 г искусственного ароматического вещества на 6 л спирта.

Некоторые эссенции могут быть непосредственно пущены в дело, но препараты, содержащие лишь одно пахучее вещество, применяются довольно редко; в большинстве случаев применяется сложная парфюмерия, представляющая смесь различных эссенций. Все меняющиеся эссенции, тинктуры и экстракты должны, по меньшей мере, несколько недель стоять, в покое, так как при этом они приобретают более четкий и утонченный аромат. При смешивании эссенций и других составных частей нужно иметь в виду, что лучшие масла, например розовое, неролиевое, всегда прибавляют последними и после того хорошо перемешивают состав. Эта смесь должна, во всяком случае, некоторое время выстоять до разливания ее в предназначенные для этой цели флакончики. Приведенные ниже рецепты для составления парфюмерных препаратов указывают лучшие продукты. Но эти препараты более или менее дороги и подчас мало доступны. Можно изготовить очень хорошую парфюмерию из более дешевых эссенций и эфирных масел, например эфирного масла померанцевой корки, бергамотового, лавандового, гвоздичного, лимонного и др. масел и обыкновенного винного спирта, крепостью не ниже 70°. Для таких препаратов рекомендуется прибавлять растворы смол, например бензойной, толуанского или перуанского бальзамов и т. д., или амбру и цибет, значительно увеличивающих крепость изготовляемого продукта. Наконец соответствующие растворы искусственных пахучих веществ также дают хорошую парфюмерию.

Иногда применяли для фиксации душистых веществ эфиры гликолевой кислоты, в коих водород спиртового гидроксила замещен алифатической или ароматической ацидилгруппой. Эти эфиры применяются в отдельности или в смеси. Некоторые из них обладают собственным слабым цветочным запахом, который не вредит препарату. Некоторые из этих эфиров совершенно е обладают запахом. Что же касается древесного метилового спирта, то он не должен применяться в парфюмерии, так как пары его ядовиты.

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №45»

Курсовая работа

Химия запахов.

Проверила: Дуда Л. Н.

Выполнил: ученик 11 «б» класса

Ковалёв Дмитрий Васильевич

Кемерово.

Введение

Душистые вещества

Классификация пахучих веществ

Связь между запахом вещества и его строением

Обоняние

Благоухающая реторта

Душистые эфиры

Заключение

Приложения

Литература

Введение

Почти 2000 лет назад античный учёный, поэт и философ Тит Лукреций Кар полагал, что в носовой полости есть крошечные поры разных размера и формы. Каждое пахучее вещество, рассуждал он, испускает крошечные молекулы присущей ему формы. Запах воспринимается, когда эти молекулы входят в поры обонятельной полости. Распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам эти молекулы подходят.

В 1756 г. М. В. Ломоносов в работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» выдвинул мысль о том, что окончания нервных клеток побуждают колебания частиц материи. В этом произведении он написал о «коловратных» (колебательных) движениях частиц эфира как возбудителях органов чувств, в том числе зрения, вкуса и обоняния.

За последнее столетие было предложено около 30 теорий, авторы которых пытались объяснить природу запаха, его зависимость от свойств пахучего вещества. В настоящее время удалось установить, что у природы запаха, как и у природы света, двойственный характер: корпускулярный (зависящий от структуры пахучего вещества) и волновой.

Некоторые одинаковые молекулы обладают различными запахами, т. е. основную роль играет геометрическая форма молекул пахучего вещества. Объясняется это тем, что на обонятельных волосках носовой полости находятся лунки пяти основных форм, воспринимающие пять запахов (камфарный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный) соответственно. Когда в лунку входит молекула пахучего вещества, близкая ей по конфигурации, тогда и ощущается запах (Дж. Эймур, 1952). Таким образом, умозрительный вывод Лукреция оказался научно обоснованным. Имеются ещё два основных запаха - острый и гнилостный, но их восприятие связано не с формой лунок, а с различным отношением к электрическим зарядам оболочки, покрывающей окончание обонятельных нервов. Все существующие запахи могут быть получены смешиванием приведённых семи запахов в соответствующих сочетаниях и пропорциях.

По современным данным, молекулы пахучих веществ поглощают и испускают волны длиной от 1 до 100 мк, а тело человека при нормальной температуре поглощает и испускает волны длиной от 4 до 200 мк. Наиболее важны электромагнитные волны, имеющие длину от 8 до 14 мк, что соответствует длине волн инфракрасной части спектра. Поглощение действия пахучих веществ достигается ультрафиолетовыми лучами и поглощением инфракрасных лучей. Ультрафиолетовые лучи убивают многие запахи, и этим пользуются для очищения воздуха от ненужных ароматов.

Эти данные, а также изучение спектра запахов дают основание считать, что запахи имеют физическую природу, и даже приблизительно указать их расположение в инфракрасной и ультрафиолетовой частях шкалы электромагнитных колебаний. Таким образом, мысль Ломоносова о «коловратных» движениях частиц эфира как возбудителях органов чувств нашла научное подтверждение.

Приведённые теории дали возможность создать приборы, способные «обонять» букеты запахов, определять сорта вин, кофе, табака, различных пищевых продуктов и т. д. Характеристику каждого запаха можно теперь записывать и воспроизводить с помощью различных технических устройств. Например, в кинотеатрах Токио различные сцены фильма сопровождаются разными запахами, тип и интенсивность которых определяют с помощью компьютера и распространяют в зале.

Семь цветов спектра, семь простых звуков и семь компонентов запаха - вот из чего слагается всё многообразие цветов, звуков и запахов. Значит, есть общие закономерности в зрительных, вкусовых, обонятельных ощущениях, т. е. можно получить аккорд не только звуковой и цветовой, но и запаховый.

Душистые вещества

Под душистыми обычно понимают приятно пахнущие органические вещества. Вряд ли кто-нибудь скажет так о хлоре или меркаптане, хотя у них есть свой запах. Когда имеют ввиду вообще пахнущие вещества, их называют пахучими. С точки зрения химической – разницы нет. Но если наука изучает вообще пахнущие вещества, то промышленность (и в первую очередь парфюмерную) интересуют в основном душистые вещества. Правда, здесь трудно провести четкую границу. Знаменитый мускус - основа основ парфюмерии - сам по себе пахнет резко, даже неприятно, но, добавленный в ничтожных количествах в духи, усиливает, улучшает их запах. Индол обладает фекальным запахом, а разведенный - в духах «Белая сирень» - таких ассоциаций не вызывает.

Кстати, душистые вещества отличаются не только запахом, все они обладают также и физиологическим действием: некоторые через органы обоняния на центральную нервную систему, другие при введении внутрь. Например, цитраль - вещество с приятным лимонным запахом, употребляемое в парфюмерии, является также сосудорасширяющим средством и используется при гепертонии и глаукоме.

Многие душистые вещества обладают и антисептическим действием: ветка черемухи, помещенная под колпак с болотной водой, через 30 минут уничтожает все микроорганизмы.

Bсякое деление веществ по запаху не очень строго: оно основывается на наших субъективных ощущениях. И часто то, что нравится одному, не нравится другому. Пока еще невозможно сколько-нибудь объективно оценить, выразить запах вещества.

Его обычно с чем нибудь сравнивают, скажем с запахом фиалки, апельсина, розы. Наука накопила много эмпирических _ера_х, связывающих запах со строением молекул. Некоторые авторы приводят до 50 и более таких «мостиков» между строением и запахом. Несомненным является тот факт, что душистые вещества, как правило, содержат одну из так называемых функциональных групп: карбинольную -С-ОН, карбонильную >С=О, сложноэфирную

и некоторые другие.

Cложные эфиры обладают обычно фруктовым или фруктово-цветочным запахом, это делает их незаменимыми в пищевой промышленности. Ведь они придают многим кондитерским изделиям и безалкогольным напиткам запах фруктов. Не обошли своим вниманием сложные эфиры и парфюмерную промышленность: нет практически ни одной композиции, куда бы они не входили.

Классификация пахучих веществ

Пахучие вещества встречаются в очень многих классах органических соединений.

Их строение весьма разнообразно: это соединения с открытой цепью насыщенного и ненасыщенного характера, ароматические соединения, циклические соединения с различным числом атомов углерода в цикле. Неоднократно делались попытки классифицировать пахучие вещества по запаху, но они не имели успеха, так как такое распределение по группам сталкивается со значительными трудностями и лишено научного основания. Классификация пахучих веществ по их назначению также весьма условна, так как одни и те же пахучие вещества имеют различное назначение, например для парфюмерии, кондитерских изделий и т. п.

Наиболее удобно классифицировать пахучие вещества по группам органических соединений. Такая классификация позволила бы связывать их запах со строением молекулы и природой функциональной группы (см. приложения, таблица 1).

Самая обширная группа пахучих веществ - сложные эфиры. Многие пахучие вещества относятся к альдегидам, кетонам, спиртам и некоторым другим группам органических соединений. Эфиры низших жирных кислот и насыщенных жирных спиртов обладают фруктовым запахом (фруктовые эссенции, например изоамилацетат), эфиры алифатических кислот и терпеновых или ароматических спиртов - цветочным (например, бензилацетат, терпинилацетат), эфиры бензойной, салициловой и других ароматических кислот - в основном сладким бальзамическим запахом.

Из насыщенных алифатических альдегидов можно назвать, например, деканаль, метилнонилацетальдегид, из терпеновых - цитраль, гидроксицитронеллаль, из ароматических - ванилин, гелиотропин, из жирно-ароматических - фенилацетальдегид, коричный альдегид. Из кетонов наибольшее распространение и значение имеют алициклические, содержащие кетогруппу в цикле (ветион, жасмон) или в боковой цепи (иононы), и жирно-ароматические (n-метоксиацетофенон), из спиртов – одноатомные терпеновые (_ера-ниол, линалоол и др.) и ароматические (бензиловый спирт).

Связь между запахом вещества и его строением

Обширный экспериментальный материал о связи между запахом соединений и строением их молекул (тип, число и положение функциональных групп, величина, разветвлённость, пространственная структура, наличие кратных связей и др.) пока недостаточен для того, чтобы на основании этих данных можно было предсказать запах вещества. Тем не менее для отдельных групп соединений выявлены некоторые частные закономерности. Накопление в одной молекуле нескольких одинаковых функциональных групп (а в случае соединений алифатического ряда - и разных) приводит обычно к ослаблению запаха или даже к полному его исчезновению (например, при переходе от одноатомных спиртов к многоатомным). Запах у альдегидов изостроения обычно бывает более сильным и приятным, чем у изомеров нормального строения.

Значительное влияние на запах оказывает величина молекулы. Обычно соседние члены гомологического ряда обладают сходным запахом, причём сила его постепенно меняется при переходе от одного члена ряда к другому. При достижении определённой величины молекулы запах исчезает. Так, соединения алифатического ряда, имеющие более 17-18 атомов углерода, как правило, лишены запаха. Запах зависит также от числа атомов углерода в цикле. Например, макроциклические кетоны С 5-6 имеют запах горького миндаля или ментола, С 6-9 - дают переходный запах, С 9-12 - запах камфары или мяты, С 13 - запах смолы или кедра,

Ученые со всего мира разработали два десятка компьютерных моделей, чтобы научиться предсказывать запах молекулы по ее структуре. Лучше всего модели предсказывают интенсивность запаха, его приятность и схожесть с запахом чеснока, гари и пряным ароматом, рассказал «Чердаку» один из соавторов работы, Марат Казанов, заведующий сектором прикладной биоинформатики Института проблем передачи информации РАН, старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий.

Мы чувствуем запах благодаря сигналам, поступающим в мозг от обонятельных нейронов, рецепторы которых связываются с молекулами пахучих веществ, попадающих к нам в нос. Но предсказать, какую реакцию вызовет та или иная молекула, крайне сложно, хотя этот вопрос давно интересует как ученых, исследующих взаимодействие молекул с рецепторами, так и парфюмеров.

«Текущие научные знания позволяют предсказать, какой цвет будет видеть человек, если знать длину волны электромагнитного излучения, или, если знать частоту звуковой волны, - какой тон он услышит. В отличие от зрения и слуха, ученые до сих пор не могут предсказать запах по химической структуре молекулы. Схожие молекулы могут вызывать разные запахи, а молекулы с совершенно различной структурой - пахнуть похоже», - рассказал Марат Казанов.

Например, люди прекрасно отличают по запаху спирты н-пропанол, н-бутанол и н-пентанол, хотя формулы у них похожи.

Наоборот, мускон и мускус-кетон обладают совсем разными формулами, а пахнут похоже - мускусом . Объяснения этой особенности восприятия запахов пока нет.

«Построить предсказательные вычислительные модели, связывающие химическую структуру молекулы с воспринимаемым запахом пытались и раньше, но они были основаны, как правило, на данных эксперимента 30-летней давности с ограниченным набором ароматических веществ», - объяснил ученый.

В этом эксперименте почти полторы сотни участников определяли, чем пахнут такие вещества, как, например, ацетофенон . Всего в эксперименте использовали 10 веществ. В новом эксперименте, результаты которого были опубликованы в Science , участников было меньше - 49 человек, зато веществ, которые они оценивали, намного больше - 476.

Для каждого ароматического вещества оценивалась степень выраженности различных характеристик его запаха, таких как интенсивность, и приятность, и его схожесть с 19 заданными запахами (сладкий, цветочный, запах дерева, запах травы и т.д.). Для всех ароматических веществ были вычислены 4884 молекулярные характеристики, начиная от стандартных - молекулярного веса, присутствия тех или иных атомов, и заканчивая пространственными характеристиками молекулы.

Эти данные были предложены участникам консорциума DREAM Olfaction Prediction. DREAM Challenges - это краудсорсинговая платформа, которая позволяет ученым со всего мира объединяться для решения различных исследовательских задач в области биологии и медицины.

В данном случае участникам консорциума предлагалось, используя представленные данные, построить вычислительные модели, предсказывающие на основе молекулярных характеристик, как будут пахнуть ароматические вещества.

Всего было построено 18 вычислительных моделей. Лучше всего они предсказывали интенсивность запаха, затем его приятность для человека и далее - схожесть с 19 заданными запахами. Модели уверенно предсказывали сходство с запахами чеснока и гари, сладким, фруктовым и пряным ароматами. Сложнее всего было предсказать схожесть с запахами мочи, дерева и кислятины.

Модели также показали некоторые корреляции между свойствами запахов и молекул. Так, чем больше был молекулярный вес, тем запах был слабее, но приятнее. Интенсивность запаха также коррелировала с наличием в молекуле полярных групп, таких как фенол, энол и гидроксильная группа, а приятность - со схожестью молекулы с молекулами паклитокселя и цитронелил фенил-ацетата.

Атомы серы в молекуле были связаны с запахами чеснока и гари, а молекулы, схожие по структуре с ванилином, пахли выпечкой.

Екатерина Боровикова

Доктор технических наук В. МАЙОРОВ.

В последнее десятилетие ХХ века в науке о запахах произошла подлинная революция. Решающую роль сыграло открытие 1000 видов обонятельных рецепторов, связывающих молекулы пахучих веществ. Однако механизм передачи обонятельного сигнала в центральную нервную систему таит в себе еще много загадок.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Пути передачи информации о запахах в головной мозг.

Схематическое изображение обонятельного эпителия. Базальные клетки являются клетками-предшественниками обонятельных рецепторных нейронов.

Изображение реснички обонятельного нейрона, сделанное с помощью флуоресцентного красителя. На мембране ресничек расположены рецепторные белки, взаимодействующие с молекулами одорантов.

Модель молекулы обонятельного рецепторного белка мыши, к которому присоединена молекула одоранта - гексанола (пурпурного цвета).

Одна из моделей процесса преобразования сигнала внутри реснички обонятельного нейрона.

Схематическое изображение комбинаторных рецепторных кодов одорантов.

Электроольфактограмма (ЭОГ) - электрический колебательный сигнал, регистрируемый специальным электродом с участка внешней поверхности обонятельного эпителия крысы.

Чуть более четверти века назад в журнале "Наука и жизнь" (№ 1, 1978 г.) была опубликована статья "Загадка запаха". Ее автор, кандидат химических наук Г. Шульпин, справедливо отмечал, что современное ему состояние науки о запахах примерно такое же, как состояние органической химии в 1835 году. Тогда один из зачинателей этой науки, Ф. Велер, писал, что органическая химия представляется ему дремучим лесом, из которого невозможно выбраться. Но уже через четверть века А. М. Бутлеров, создав теорию химического строения вещества, сумел "выбраться из чащи". Шульпин выражал уверенность, что загадка запаха будет решена едва ли не быстрее, чем в случае органической химии.

И он оказался прав на все 100%! В последнее время произошел настоящий прорыв в понимании молекулярных основ обоняния. Разберем основные стадии восприятия запахов в свете современных представлений.

КАК ВОСПРИНИМАЕТСЯ ЗАПАХ

Проделаем простой опыт. Возьмем флакон с пахучей жидкостью, например духами, откроем пробку и понюхаем содержимое в спокойном ритме дыхания. Легко обнаружить, что мы ощущаем запах только во время вдоха; начинается выдох - запах исчезает.

При вдохе через нос воздух вместе с молекулами пахучего вещества (называемого обонятельным стимулом или одорантом) проходит в каждой из двух носовых полостей по щелевидному каналу сложной конфигурации, который образован продольной носовой перегородкой и тремя носовыми раковинами. Здесь воздух очищается от пыли, увлажняется и нагревается. Затем часть воздуха поступает в расположенную в верхней задней зоне канала обонятельную область, имеющую вид щели, покрытой обонятельным эпителием.

Общая поверхность, занимаемая эпителием в обеих половинках носа взрослого человека, невелика - 2 - 4 см 2 (у кролика эта величина равна 7-10 см 2 , у собак - 27 - 200 см 2). Эпителий покрыт слоем обонятельной слизи и содержит три типа первичных клеток: обонятельные рецепторы, опорные и базальные клетки. Влекомые воздухом пахучие молекулы проникают в носовую полость и переносятся над поверхностью эпителия. При нормальном спокойном дыхании вблизи обонятельного эпителия проходит 7 -10% вдыхаемого воздуха. Обонятельный эпителий имеет толщину приблизительно 150-300 мкм. Он покрыт слоем слизи (10-50 мкм), который молекулам одоранта предстоит преодолеть, прежде чем они провзаимодействуют со специальными сенсорными нейронами - обонятельными рецепторами.

Основная функция обонятельного рецептора состоит в выделении, кодировании и передаче информации об интенсивности, качестве и продолжительности запаха в обонятельную луковицу и специальным центрам в головном мозге. Эпителий в обеих носовых полостях у человека содержит приблизительно 10 млн обонятельных нейронов (у кролика - около 100 млн, а у немецкой овчарки - до 225 млн).

Как известно, нейрон состоит из тела и отростков: аксонов и дендритов. Нервный импульс с одной нервной клетки на другую передается с аксона на дендрит. Диаметр утолщенной центральной части обонятельного нейрона (сомы) 5-10 мкм. Дендритная часть в виде волокнистых отростков диаметром 1-2 мкм выходит к внешней поверхности эпителия. Здесь дендриты заканчиваются утолщением, от которого отходит пучок из 6-12 ресничек (цилий) диаметром 0,2-0,3 мкм и длиной до 200 мкм, погруженный внутрь слоя слизи (у кролика число ресничек в одном рецепторном нейроне составляет 30-60, а у собак достигает 100-150). Отходящее от сомы нервное волокно (аксон) имеет диаметр около 0,2 мкм и выходит к внутренней поверхности эпителия. Здесь аксоны от соседних нейронов объединяются в жгуты (филы), доходящие до обонятельной луковицы.

СЕМИОТИКА ОБОНЯНИЯ

Для того чтобы обонятельный сигнал был воспринят нейроном, молекула одоранта связывается со специальной белковой структурой, расположен ной в нейрональной клеточной мембране. Такая структура называется рецепторным белком. Используя методы молекулярной биологии, американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель в 1991 году установили, что обонятельные нейроны у млекопитающих содержат около 1000 различных видов рецепторных белков (у человека их меньше - около 350). Признанием важности этого открытия стало присуждение им в 2004 году Нобелевской премии за исследования в области физиологии и медицины (см. "Наука и жизнь" № 12, 2004 г).

Каким образом рецепторы распределяются по нейронам: имеются ли отдельные представители этого семейства во всех обонятельных нейронах или каждый нейрон несет на своей мембране только один вид рецепторного белка? Как может мозг определить, какой из 1000 типов рецепторов подал сигнал? Имеющиеся данные позволяют сделать заключение о том, что на одном нейроне присутствует только обонятельный рецепторный белок одного вида. Нейроны с разными рецепторами обладают различной функциональностью, то есть в эпителии имеются тысячи различных типов нейронов. В этом случае проблема идентификации активированного запахом отдельного рецептора сводится к задаче выявления подавшего сигнал нейрона.

Принимая во внимание, что общее число обонятельных нейронов у человека около 10 млн, число обонятельных рецепторов одного типа исчисляется в среднем десятками тысяч.

Обонятельная система использует комбинаторную схему для идентификации одорантов и кодирования сигнала. Согласно ей один тип обонятельных рецепторов активируется множеством одорантов и один одорант активирует множество типов рецепторов. Различные одоранты кодируются различными комбинациями обонятельных рецепторов, причем увеличение концентрации стимула приводит к возрастанию числа активируемых рецепторов и к усложнению его рецепторного кода. В этой схеме каждый рецептор выступает в качестве одного из компонентов комбинаторного рецепторного кода для многих одорантов и как бы выполняет роль буквы своеобразного алфавита, из совокупности которых составляются соответствующие слова-запахи.

Минимальные структурные отличия молекул одорантов, например, по функциональной группе, по длине углеродной цепи, по пространственной структуре приводят к различному рецепторному коду. Для отличительного признака молекулы одоранта, способного изменить кодировку запаха, был предложен термин "одотоп" (odotope ), или детерминант запаха. Различные обонятельные рецепторы, которые распознают один и тот же одорант, могут идентифицировать различные его признаки-одотопы. Одиночный обонятельный рецептор способен "различать" молекулы, отличающиеся длиной углеродной цепочки всего лишь на один атом углерода, или молекулы, имеющие одинаковую длину углеродной цепочки, но отличающиеся функциональной группой. Учитывая, что в эпителии млекопитающих имеется приблизительно 1000 видов обонятельных рецепторов, можно полагать, что такая комбинаторная схема позволяет различить громадное число одорантов (даже человек различает до 10 000 запахов).

Полученные в последнее время результаты экспериментальных исследований свойств обонятельных рецепторных белков позволили создать на молекулярном уровне структурную модель спиральной молекулы обонятельного белка. Обонятельные рецепторные белки принадлежат к суперсемейству мембранносвязанных рецепторов. Они пересекают двухслойную липидную мембрану реснички семь раз. У содержащей 300-350 аминокислот молекулы рецепторного белка три наружные петли соединяются с тремя внутриклеточными петлями семью пересекающими мембрану трансмембранными участками.

НЕОБХОДИМАЯ СЛИЗЬ

Находящиеся в потоке воздуха молекулы одоранта, перед тем как достичь обонятельных рецепторных нейронов, должны пересечь обволакива ющий поверхность обонятельного эпителия слой слизи. Физиологические функции слоя слизи полностью до сих пор не выяснены. Не вызывает сомнения, что она создает гидрофильную оболочку для чувствительных и хрупких обонятельных рецепторов, выполняя защитную функцию. Ведь систему восприятия сигнала нужно защитить от воздействия внешней среды, то есть от молекул одорантов, среди которых могут быть достаточно опасные и химически активные вещества.

Слой слизи состоит из двух подслоев. Внешний, водный, имеет толщину примерно 5 мкм, а внутренний, более вязкий, - около 30 мкм. Реснички-цилии направлены наклонно к внешней поверхности слоя слизи. Они образуют своего рода сетку с нерегулярными ячейками, причем эта сетка размещена у поверхности раздела подслоев так, что основная часть поверхности ресничек (около 85%) оказывается расположен ной вблизи границы раздела.

Слой слизи содержит разнообразные растворимые в воде белки, значительную часть которых составляют так называемые гликопротеины. Благодаря разветвленной молекулярной структуре эти белки способны связывать и удерживать молекулы воды, образуя гель.

Другие виды белков, содержащихся в слизи, взаимодействуют с молекулами одорантов и тем самым могут оказывать влияние на восприятие и распознавание запахов. Эти белки подразделяются на два основных класса - одорант-связующие белки (OBP) и одорант-разрушающие ферменты.

ОВР относятся к семейству белков, имеющих складчатую бочкообразную структуру с внутренней глубокой полостью, в которую попадают маленькие молекулы гидрофильных (жирорастворимых) одорантов. Разные подвиды этих белков отличаются высокой избирательностью взаимодействия с одорантами различных химических классов.

Полагают, что OBP способствуют растворению одоранта и транспортируют его молекулы сквозь слой слизи, действуют как фильтр для разделения одорантов, могут облегчать связывание одоранта с рецепторным белком и даже очищать околорецепторное пространство от ненужных компонентов.

Кроме одорант-связующих белков в слизи обонятельного эпителия вблизи рецепторных нейронов обнаружены несколько видов одорант-разрушающих ферментов. Все эти ферменты запускают реакции превращения молекул одорантов в другие соединения. Образующиеся в результате этих реакций продукты также вносят свой вклад в восприятие запаха. В конечном итоге все поступающие в слой слизи молекулы одорантов быстро, практически одновременно с завершением вдоха, теряют свою "запаховую" активность. Так что обонятельная система при каждом вдохе получает новую информацию от свежих порций одоранта.

ОБОНЯНИЕ НА УРОВНЕ МОЛЕКУЛ

Многие свойства системы восприятия запахов можно объяснить на молекулярном уровне. Молекула одоранта встречает на поверхности слизи, покрывающей обонятельный эпителий, молекулу одорант-связующего белка, которая связывает и переносит молекулу одоранта через слой слизи к поверхности реснички обонятельного нейрона. В ресничках осуществляется основной процесс передачи обонятельного сигнала. Его механизм достаточно типичен для многих видов взаимодействий физиологически активных веществ с рецепторами нервных клеток.

Молекула одоранта прикрепляется к определенному обонятельному рецептору (R). Между процессом связывания молекулы одоранта с рецептором и передачей обонятельного сигнала в нервную систему лежит сложный каскад биохимических реакций, проходящих в нейроне. Связывание молекулы одоранта с рецепторным белком активирует так называемый G-белок, расположенный на внутренней стороне клеточной мембраны. G-белок в свою очередь активирует аденилатциклазу (AC) - фермент, преобразующий внутриклеточный аденозинтрифосфат (ATP) в циклический аденозинмонофосфат (cAMP). А уже cAMP активирует другой мембранносвязанный белок, который называется ионным каналом, поскольку открывает и закрывает вход заряженным частицам внутрь клетки. Когда ионный канал открыт, в клетку проникают катионы металлов. Таким способом меняется электрический потенциал клеточной мембраны и генерируется электрический импульс, передающий сигнал с одного нейрона на другой.

Несколько молекулярных стадий передачи внутриклеточного сигнала обеспечивают его усиление, в результате чего небольшого числа молекул одоранта становится достаточно для генерирования нейроном электрического импульса. Такие усилительные каскады обеспечивают большую чувствительность системы восприятия запахов.

Итак, активация рецепторного белка молекулой одоранта в конечном счете приводит к генерированию электрического тока в обонятельном рецепторном нейроне. Ток распространяется по дендриту нейрона в его соматическую часть, где возбуждает выходной электрический импульс. Этот импульс передается по нейрональному аксону в обонятельную луковицу.

Одиночный электрический сигнал-импульс на выходе имеет длительность не более 5 мс и пиковую амплитуду около 100 мкВ. Почти все нейроны генерируют импульсы и при отсутствии воздействия одоранта, то есть обладают спонтанной активностью, называемой биологическим шумом. Частота этих импульсов меняется в диапазоне от 0,07 до 1,8 импульса в секунду.

ЛУКОВИЧНАЯ НЕЙРОСЕТЬ

Обонятельные рецепторные нейроны распознают громадное число разнообразных молекул пахучих веществ и посылают информацию о них через аксоны в обонятельную луковицу, служащую первым центром обработки обонятельной информации в головном мозге. Парные обонятельные луковицы представляют собой продолговатые образования "на ножках". Отсюда начинается путь обонятельного сигнала к полушариям мозга. Аксоны обонятельных нейронов оканчиваются в обонятельной луковице разветвлениями в сферических концентраторах (диаметром 100-200 мкм), называемых гломерулами. В гломерулах осуществляется контакт между окончаниями аксонов обонятельных нейронов и дендритами нейронов второго порядка, которыми являются митральные и пучковые клетки.

Митральные клетки - самые крупные нервные клетки, выходящие из обонятельной луковицы. Пучковые клетки меньше митральных, но функционально с ними схожи. Представление о количестве нервных клеток у млекопитающих могут дать характеристики обонятельной системы кролика. В ней имеется по 50 миллионов обонятельных рецепторных нейронов справа и слева (ровно в десять раз больше, чем у человека). Аксоны обонятельных рецепторов распределены между 1900 гломерулами обонятельной луковицы - примерно по 26 000 аксонов на гломерулу. Дендритные окончания 45 000 митральных и 130 000 пучковых клеток получают сигналы от аксонов в гломерулах и передают их из обонятельной луковицы в центры обоняния в головном мозге. Около 24 митральных и 70 пучковых клеток получают информацию от аксонов в каждой гломеруле. У человека около 10 млн аксонов обонятельных нейронов распределяются по 2000 гломерул обонятельной луковицы.

Все аксоны одной популяции обонятельных нейронов сходятся на две гломерулы, зеркально расположенные по разные стороны двумерного поверхностного слоя обонятельной луковицы. В зависимости от содержания передаваемого сигнала гломерулы активируются различным образом. Совокупность активированных гломерул называется картой запаха и представляет своего рода "слепок" запаха, то есть она показывает, из каких пахучих веществ состоит воспринимаемый обонятельный объект.

Механизм активации гломерул до сих пор не выяснен. Усилия исследователей направлены на то, чтобы выяснить, каким образом многообразие одорантов воспроизводится в двумерном слое гломерул на поверхности обонятельной луковицы. Кстати, эти отображения имеют динамический характер - они постоянно меняются в ходе восприятия запаха, усложняя научную задачу.

Обонятельная луковица - это большая многослойная нейросеть для пространственно-временнoй обработки отображения запаха в гломерулах. Ее можно рассматривать как совокупность множества микросхем с большим количеством связей, со взаимной активацией и ингибированием активности нейронов. Выполняемые нейронами операции выделяют характерные свойства карты запаха.

От обонятельной луковицы аксоны митральных и пучковых клеток передают информацию в первичные обонятельные участки коры головного мозга, а затем в высшие ее участки, где формируется осознанное ощущение запаха, и в лимбическую систему, которая порождает эмоциональную и мотивационную реакцию на обонятельный сигнал.

Свойства обонятельных зон коры головного мозга позволяют формировать ассоциативную память, которая устанавливает связь нового аромата с отпечатками воспринятых ранее обонятельных стимулов. Полагают, что процесс идентификации одоранта включает сравнение получающегося отображения с его описанием в семантической памяти. В случае совпадения отпечатка и памяти о запахе происходит какой-либо ответ (эмоциональный, двигательный) организма. Процесс этот осуществляется очень быстро, в течение секунды, и информация о совпадении после ответа сразу сбрасывается, поскольку мозг готовит себя к решению следующей задачи восприятия запаха.

ЗАГАДКИ ЗАПАХОВ

То, о чем говорилось в предыдущих разделах, относится пусть к самому сложному, основополагающему, но начальному разделу науки о запахах - к их восприятию. Не раскрыт механизм взаимодействия обоняния с другими системами восприятия, например со вкусом (см. "Наука и жизнь" № , с. 16-20). Ведь известно, что если человеку зажать ноздри, то при дегустации даже хорошо известных вкусовых пищевых продуктов (например - кофе) он не в состоянии точно определить, что он пробовал. Достаточно разжать ноздри - и вкусовые ощущения восстанавливаются.

С молекулярной точки зрения пока непонятно, в каких единицах измерять интенсивность запаха и от чего она зависит, что такое качество запаха, его "букет", чем отличается один запах от другого и как охарактеризовать это отличие, что происходит с запахом при смешивании различных одорантов. Оказывается, что независимо от вида одорантов и уровня подготовленности даже опытный эксперт не может определить все составляющие смесь компоненты, если их больше трех. Если же смесь содержит более десяти одорантов, то человек не в состоянии идентифицировать ни одного из них.

Остается еще множество вопросов, касающихся механизмов и видов воздействия запахов на эмоциональное, психическое и физическое состояния человека. В последнее время на эту тему появилось немало спекуляций, чему поспособствовал вышедший в 1985 году роман П. Зюскинда "Парфюмер", более восьми лет прочно занимавший место в первой десятке бестселлеров на западном книжном рынке. Фантазии на тему чрезвычайной силы подсознательного воздействия ароматов на эмоциональное состояние человека обеспечили этому произведению огромный успех.

Однако художественный вымысел постепенно получает обоснование. Недавно в периодической печати появились сообщения о том, что американские военные "парфюмеры" разработали на редкость дурно пахнущую бомбу, способную не только вызвать отвращение, но и разогнать солдат противника или агрессивно настроенную толпу.

Общественные аллюзии на парфюмерные темы подстегнули всеобщий интерес к искусству ароматерапии. Расширилось использование ароматов в общественных местах, таких, как офисы, торговые залы, холлы гостиниц. Появились даже специальным образом ароматизированные товары, улучшающие настроение. Возникла такая отрасль рыночной экономики, как аромамаркетинг - "наука" о привлечении клиентов с помощью приятных запахов. Так, запах кожи навевает покупателю мысли о дорогом качественном товаре, аромат кофе побуждает к покупкам для домашнего ужина и т.д. Каким образом запахи формируют в головном мозге сигналы, побуждающие человека совершать покупки? Ученым предстоит совершить еще немало открытий, прежде чем ответить на этот и многие другие вопросы и отделить мифы о запахах от реальности.

Литература

Лозовская Е., канд. физ.-мат. наук. // Наука и жизнь, 2004, № 12.

Майоров В. А. Запахи: их восприятие, воздействие, устранение. - М.: Мир, 2006.

Марголина А., канд. биол. наук. // Наука и жизнь, 2005, № 7.

Шульпин Г., канд. хим. наук. Загадка запаха // Наука и жизнь, 1978, № 1.