Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Несмотря на столь красочные имена, оба этих соединения почти лишены запаха в чистом виде. Присутствие сразу двух аминогрупп в одной молекуле ведет к высокой гидрофильности и, как следствие, к низкой волатильности (летучести). Проще говоря, эти вещества предпочитают пребывать в воде, а не в воздухе. Настоящие химические вестники распада – это два циклических соединения, 1-пирролин (см. рис. 3) и тетрагидропиридин, получаемые соответственно из путресцина и кадаверина путем удаления молекулы аммиака. Хотя эти циклические соединения производятся в очень малых количествах, их запах очень силен, а подаваемый им сигнал – внятен, даже когда процесс разложения еще только начался.

Еще один представитель этого класса, триметиламин, предупреждает нас, что рыба уже не свежа. Он начинает вырабатываться вскоре после того, как рыба умирает, – из оксида, низколетучего (и, следовательно, лишенного запаха) вещества, которым морская рыба пользуется для компенсации осмотического давления.

Тем не менее гадкий запах этих аминов исправно помогает нам оценивать качество мяса и рыбы в холодильнике. Мы инстинктивно тычемся в них носом, чтобы решить, годятся ли они еще в готовку или уже нет. Впрочем, бывает и так, что пахнут продукты уже не очень, но мы все равно решаем, что есть их безопасно. На самом деле запах – очень ранний сигнал, способный испортить вкус блюда, даже еще не став совсем уж невыносимым. О привычке добавлять кислые ингредиенты – лимон, уксус, вино – мы уже говорили. Они не только меняют вкус блюда, но и нейтрализуют те самые микроскопические количества аминов, триметиламина и путресцина, превращая эти соединения в нелетучие (и, следовательно, лишенные запаха) соли.

Еще один пример запаха, обычно предупреждающего об опасности, но в иных обстоятельствах кажущегося даже приятным, – геосмин. Это соединение с довольно сложной молекулярной структурой (см. рис. 3); его производят обитающие в земле микроорганизмы актиномицеты (Actinomycetes). В сухой среде они неактивны, но стоит дождю промочить почву, как они пробуждаются и начинают производить геосмин. Эта молекула пахнет знакомо, сильно и приятно – влажной землей после летней грозы. Характерная нота геосмина высоко ценится и широко используется в парфюмерии. Поскольку в природе микроорганизмы производят ее в крайне незначительных количествах, ученые потратили немало сил на попытки синтезировать эту молекулу в лаборатории (довольно сложная задача, учитывая ее комплексную структуру) или хотя бы имитировать ее запах с помощью других веществ с похожим строением.

Несмотря на свой приятный запах, геосмин может сигнализировать о микробном заражении; к примеру, в питьевой воде его присутствие, мягко говоря, нежелательно. В почве он нередко проникает в глубокие слои и оттуда может попасть в водопровод. Если воду не обрабатывать правильно, она может стать опасной.

Эффект концентрации

Как будто всего вышесказанного еще недостаточно, на восприятие пахучих веществ непосредственно влияет их концентрация. Запахи, приятные в низкой концентрации, часто становятся отвратительными в высокой. Это хорошо известный эффект – именно он объясняет, почему относительные концентрации компонентов сложного букета (например, у хорошего вина) так важны для его общего качества. Нечто подобное происходит и с визуальными, или акустическими, стимулами: интенсивность сигнала и относительная сила компонентов составного произведения решающим образом влияют на восприятие и на эмоции, которые оно вызывает у зрителя или слушателя. Представьте себе идеально сбалансированное звучание инструментов в оркестре… и как легко уничтожить это приятное впечатление, если какой-то один из них вдруг решит заиграть громче всех прочих! Один и тот же свет способен влиять на наше настроение совершенно противоположным образом в зависимости от интенсивности. Сказанное верно и для других факторов окружающей среды.

Вернемся к обонянию. Еще одна молекула, пахнущая опасностью, – 2,4-нонадиеналь (см. рис. 3) – может содержаться в еде в разных концентрациях и вызывать совершенно разные эмоциональные реакции. Вместе с другими соединениями аналогичной структуры эта молекула образуется при деградации жиров. Мы уже говорили, что большинство жиров, как растительного, так и животного происхождения, содержат триглицериды – крупные и, соответственно, лишенные запаха молекулы. Когда в молекулах триглицеридов рвутся цепочки длинных жирных кислот, привязанные к глицеролу, образуются более мелкие молекулы на восемь-десять атомов углерода, в том числе 2,4-нонадиеналь. Они достаточно летучи, чтобы добраться до носа и передать предупреждение. Этот процесс возможен не только в продуктах, обычно относимых к жирам (сливочное и растительное масло, животное сало), но и в любой другой пище, где есть хоть немного жиров: в мясе, орехах, кофе, шоколаде, выпечке и др.

В молоке и молочных продуктах триглицериды могут распадаться до изначального глицерола и коротких жирных кислот с их типичным потливо-сырным, подчас довольно сомнительным запахом. Однако жирные кислоты с более длинной цепочкой тоже состоят из триглицеридов: в растительных маслах присутствуют только длинные жирные кислоты, от 16 до 18 атомов углерода. Оливковое масло, например, состоит из триглицеридов, в молекулах которых содержится всего несколько жирных кислот, и 75–80 % из них приходится на олеиновую (18 атомов углерода с двойной связью в середине). Молекулы с такой длинной цепочкой не слишком летучи и пахнут очень слабо.

Итак, о том, что в продукте начались реакции распада, нас предупреждает запах гнилостных соединений, таких как 2,4-нонадиеналь и ему подобные. Эти химические вещества возникают в результате целого ряда различных реакций, начиная с окисления атома углерода рядом с двойной связью под воздействием свободных радикалов и заканчивая распадом химических связей вокруг центра молекулы. Иными словами, если жирная кислота содержит 18 атомов углерода и двойная связь располагается посередине, как в случае олеиновой кислоты, продуктами ее распада будут альдегиды по восемь, девять или десять атомов углерода. Из-за своего относительно малого размера и свойств альдегидной группы, неохотно вступающей в контакт с водой (гидрофобия), эти соединения куда более летучи, чем их родители – длинные жирные кислоты. Все они пахнут похоже: типичную прогорклую ноту можно почуять и в бутылке растительного масла, которую на несколько дней оставили незакрытой, и в куске забытого в холодильнике сливочного масла, и в пакетике застоялого арахиса.

Поразительно, но альдегиды на девять атомов углерода, сходные по структуре и запаху с этими малоприятными соединениями, встречаются (хотя и в очень низких концентрациях) в овощах, в частности в огурцах, и, как ни странно, в арбузе. При таком низком содержании (несколько частиц на миллиард) острый, неприятный прогорклый запах исчезает, оставляя взамен только свежие и зеленые ноты.

Но каким образом одно и то же соединение может играть настолько разные роли? Психология наверняка могла бы предложить очень пространное объяснение. Тот факт, регистрируется ли обонятельное ощущение как приятное или неприятное, во многом зависит от того, как мозг обрабатывает сенсорные импульсы, какие воспоминания – хорошие или плохие – у нас ассоциируются с данным конкретным запахом и какой смысл мы вкладываем в ольфакторный опыт. Мы уже убедились, что один и тот же запах в зависимости от контекста может читаться как привлекательный или отталкивающий – точно так же, как одно и то же слово в разных предложениях может означать разные вещи. Изовалериановая кислота отвратительна в поте немытого человека, но может оказаться чарующей в зрелом сыре.