Научная работа: Химия запахов

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

Человек способен научиться распознавать до 4000 различных запахов, а наиболее чувствительные к ним люди — более 10 тыс. Но это требует специальной тренировки в распознавании запахов. Известно, что опытные повара только по запаху, не пробуя пищу на вкус, могут определить, насколько хорошо она посолена. Как они это делают — загадка, ведь соль не пахнет. Конечно, не все люди имеют такие способности.

В жизни человека обоняние не играет такой существенной роли, как в жизни животных, за исключением случаев слепоты и глухоты, когда происходит компенсаторное развитие действующих органов чувств, в том числе и обоняния. Однако вдыхание пахучих веществ оказывает на организм человека весьма значительное физиологическое действие. Запахи влияют на работоспособность, изменяют мускульную силу (увеличивают — аммиак, сладкие и горькие запахи), изменяют газообмен (увеличивает — мускус, а уменьшают — мятное, розовое, коричное, лимонное и бергамотное масла и др.), изменяют ритмы дыхания и пульса (учащают и углубляют — оригановое масло и неприятные запахи, обратное действие оказывают ванилин, розовое и бергамотное масло и приятные запахи), изменяют температуру кожи (повышают — бергамотное и розовое масло, ванилин, понижают — неприятные запахи), изменяют кровяное давление (повышают — неприятные запахи, понижают — бергамотное и розовое масло и приятные запахи), изменяют внутричерепное давление (неприятные запахи — повышают, а приятные — понижают), влияют на слух (неприятные – снижают), изменяют качество зрения (бергамотное масло улучшает зрение в сумерки, неприятные запахи — ухудшают).

Чувствительность человека к восприятию запахов характеризуется так называемой пороговой концентрацией (минимальной концентрацией пахучего вещества, при которой появляется обонятельное ощущение). Для многих душистых веществ оно лежит в пределах 10~8-10~п г/л в воздухе. Восприятие запахов человеком (интенсивность и качество) индивидуально. Кроме того, вкусы в отношении запахов чрезвычайно разнообразны, но в некоторой степени они могут быть обобщены: одни предпочитают запахи гвоздики и пачули, другие — тонкие, сладковатые, нежные и свежие цветочные запахи и т. д.

Условно запахи могут быть разделены на три группы: приятные, неприятные и безразличные. Приятный запах — это тот, при вдыхании которого человек хотел бы ощущать его значительно дольше, который доставляет удовольствие. Но существует много запахов, которые приятны одним и неприятны другим, т. е. психологическое определение качества запаха относительно. Определённо неприятным запахом следует считать тот, который вызывает в мозгу неприятные представления о разложении, гниении. Безразличные запахи — те, которые не воспринимаются, к которым мы настолько привыкли, что перестали их замечать, например обычный запах воздуха, жилья, духов и т. д. Понятие о безразличности иногда заходит так далеко, что даже пересыщенный запахами воздух лабораторий может стать безразличным для тех, кто постоянно там работает.

При длительном воздействии определённого запаха у человека постепенно наступает невосприимчивость к нему, и иногда он перестаёт его ощущать, например кумарин — через 1-2 мин, цитраль — через 7-8 мин. Это явление называется обонятельной адаптацией. Продолжительность и глубина её 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. Механизмы обонятельной адаптации до настоящего времени не вполне ясны, поскольку адаптация — субъективный фактор, сильно отличающийся у разных людей.

Благоухающая реторта

Начнем с получения природных душистых веществ из растений.
Душистые вещества содержатся в растениях обычно в виде маленьких капелек в особых клетках. Они встречаются не только в цветах, но и в листьях, в кожуре плодов и иногда даже древесине.
Содержание эфирных масел в тех частях растений, которые используются для их получения, колеблется от 0,1% до 10%. То, что их называют маслами, не должно вводить нас в заблуждение. Эфирные масла не имеют ничего общего с обычными растительными маслами: льняным, подсолнечным, кукурузным, то есть с жидкими жирами. Они представляют собой более или менее сложные смеси душистых органических веществ самых различных типов.

Среди них особенно часто встречаются сложные эфиры, альдегиды и спирты насыщенного, ненасыщенного и ароматического рядов.
Очень важными компонентами эфирных масел являются терпены и их производные.

Рассмотрим формулы некоторых представителей этого класса соединений: Терпинен – циклический углеводород. Он встречается в незначительных количествах во многих эфирных маслах. Лимонен – важный компонент масла из лимонной корки. Пинен – главная составная часть живичного скипидара. Он служит исходным соединением для получения синтетических душистых веществ.
Эфирные масла обычно очень трудно растворяются в воде, но легко растворяются в спирте. Поэтому спирт в больших количествах применяется в парфюмерной промышленности в качестве растворителя. Эфирные масла можно получить, например, экстрагируя их из частей растений спиртом или другими растворителями. Самые ценные душистые вещества цветов получают, размещая в закрытой камере на проволочной сетке попеременно слои твердого животного жира и частей растения. Через некоторое время цветы заменяют новыми, чтобы жир насытился эфирным маслом. При таком способе (во Франции его называют «анфлераж») получают жир, содержащий растворенные в нем эфирные масла и этот концентрат душистых веществ доставляют на парфюмерные фабрики (Затем эфирные масла извлекают из жира спиртом. Этот способ применяется, например, для извлечения эфирных масел из жасмина и туберозы. – Прим. Перев.). Мы применим третий, особенно важный способ выделения эфирных масел – перегонку с водяным паром.
Сами по себе эфирные масла часто летучи только при повышенных температурах, и их кипение сопровождается разложением. Если же через массу, состоящую из растений или их частей, пропустить водяной пар, то масла удаляются вместе с ним и затем собираются в дистилляте в виде капелек, которые имеют низкую плотность и поэтому плавают на поверхности воды.

Получим эфирные масла.

Колбу на 0,5 л закроем резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно из них вставим оттянутую на конце стеклянную трубку, которая доходит почти до дна колбы. Эта трубка служит предохранительным клапаном. Она должна быть достаточно длинной (около 1 м).

Через другое отверстие введем короткое колено изогнутой трубки с внутренним диаметром не менее 5 мм (Лучше всего взять трубку с внутренним диаметром 8-10 мм. Расстояние между колбами должно быть как можно короче, однако целесообразно разъединить трубку между колбами, вставив в середину ее стеклянный тройник и соединив его с обеими частями трубки короткими кусками резинового шланга. К свободному концу тройника присоединяют кусочек резинового шланга с укрепленным на нем зажимом. Это позволяет во время опыта быстро разъединить или соединить обе колбы. При наличии металлического паровика можно заменить им первую колбу. – Прим. Перев.).

Более длинное колено той же трубки вставим через отверстие в пробке во вторую колбу, так чтобы трубка тоже доходила там почти до дна. Кроме того, с помощью стеклянной трубки соединим вторую колбу с прямым холодильником (Либиха или с наружным свинцовым змеевиком). В качестве приемника лучше всего взять делительную или капельную воронку.
Вначале получим тминное масло. Для этого нам понадобится 20 г тмина (Тмин можно собрать или купить в аптеке. – Прим. Перев.).

Измельчим его в ступке с добавлением песка или в старой кофемолке. Поместим тмин во вторую колбу и прильем немного воды – так, чтобы она не перекрывала полностью массу тмина. Первую же колбу заполним на одну треть водой и, чтобы кипение было равномерным, добавим к воде несколько кусочков пористой керамики («кипелки»).

Теперь бунзеновской горелкой нагреем до кипенья сначала содержимое первой, а затем и второй колбы. После этого снова переставим горелку под первую колбу и будем нагревать ее как можно сильнее, чтобы через вторую колбу интенсивно проходил водяной пар, поступающий далее в холодильник и из него в виде конденсата в приемник.

Если найдется две горелки, то можно одновременно слегка нагревать и вторую колбу, чтобы объем жидкости в ней не слишком увеличивался в результате конденсации пара.

Удобно использовать для нагревания второй колбы песочную баню, разогрев ее заранее, до начала пропускания водяного пара (Лучше всего нагревать вторую колбу так, чтобы объем жидкости в ней не претерпевал ни заметного увеличения, ни уменьшения. – Прим. Перев.). Проведем перегонку в течение не менее часа. За это время в приемнике собирается около 100 мл воды, на поверхности которой плавают бесцветные капли тминного масла. Воду по возможности полнее отделим с помощью делительной воронки и в результате получим около 10 капель чистого тминного масла вместе с незначительным количеством воды. Такого количества хватило бы для приготовления нескольких бутылок тминного ликера!

Характерный запах тминному маслу придает карвон, которого в нем содержится больше 50%. Кроме того, в его состав входит лимонен – душистое вещество лимонов. Тминное масло используется, в первую очередь, для отдушивания мыл и зубных эликсиров. Оно добавляется также в малых количествах к некоторым духам.

С помощью того же прибора можно выделить эфирные масла из других растений. Для этого измельчим их и подвергнем перегонке с водяным паром в течение 1-2 часов. Разумеется, выход будет различным в зависимости от содержания эфирного масла. Интереснее всего получение следующих эфирных масел :

Масло перечной мяты . Из 50 г высушенной перечной мяты мы можем выделить 5-10 капель мятного масла . Оно содержит, в частности, ментол , который придает ему характерный запах. Мятное масло используется в большом количестве для изготовления одеколона, туалетных вод для волос, зубных паст и эликсиров. В настоящее время ментол большей частью получают путем синтеза.

Анисовое масло получим из измельченного аниса. В смеси с маслом перечной мяты и эвкалиптовым маслом оно входит в состав зубных эликсиров и паст, а также некоторых мыл.

Гвоздичное масло получим перегонкой с водяным паром гвоздики, которая продается в качестве пряности. Важной составной частью его является эвгенол . (Эвгенол можно получить из синтетического ванилина.) Гвоздичное масло служит добавкой ко многим духам и, кроме того, применяется при изготовлении зубных эликсиров и мыл.

Лавандовое масло мы получим из 50 г высушенных и измельченных цветков лаванды. Это одно из важнейших душистых веществ, которое, помимо его использования для изготовления лавандовой воды и одеколона, применяется в производстве духов, мыл, туалетных вод для волос, пудры, кремов и т. д.

Еловое масло . Соберем не менее 100-200 г иголок и молодых побегов ели. Измельчим их и, пока они еще влажные, без предварительного добавления воды перегоним с водяным паром. Обычно в иголках содержится лишь несколько десятых долей процента этого эфирного масла. Оно порадует нас приятным ароматом в комнате. Кроме того, еловое масло является излюбленным средством, придающим аромат различным препаратам для ванн.

Предоставим читателю самому получить из растений и другие душистые вещества. Например, можно перегнать с водяным паром сосну, корицу, цветы ромашки или другие душистые садовые цветы. Полученные продукты сохраним в надежно закрытых пробирках – позднее они понадобятся нам в качестве душистых веществ для изготовления косметических средств.

К сожалению, нам придется отказаться от получения душистых веществ, содержащихся в духах с тонким, нежным запахом – бергамотового масла , а также масел из цветков жасмина и померанцевых цветов, - так как у нас нет необходимых для этого исходных веществ.

Однако эфирное масло с очень тонким ароматом получается также из цветков ландыша. Если их удастся собрать достаточно много, то, конечно, стоит выделить из них эфирное масло.

Душистые эфиры

Многие известные душистые вещества относятся к классу сложных эфиров . Последние широко распространены в природе и дают самые разнообразные оттенки запахов, от запаха тропических орхидей до характерного аромата хорошо знакомых нам фруктов. Эти соединения мы можем синтезировать.

Сложные эфиры образуются при взаимодействии спиртов с карболовыми кислотами. При этом отщепляется вода