Существует определенная связь между химической структурой вещества и его вкусом и ароматом. Хотя бывают случаи, когда одно и то же соединение с однородной химической структурой обладает разными запахами, и наоборот — вещества, имеющие одинаковые запахи, отличаются химическим строением. Исходя из этого, все попытки классифицировать запахи, построенные на химическом строении пахучих веществ, были неудачными.
По химическому строению и запаху пахучие вещества делятся на три группы:
вещества, имеющие сходную химическую структуру и обладающие одинаковыми запахами. Примером может служить γ-валеролактон и δ-валеролактон;
вещества, обладающие сходной структурой, но по запаху различные. К этой группе веществ относятся гераниол и нерол, обладающие цис- и транс-изомерией, но отличающиеся запахом;
вещества, обладающие разной химической структурой, но имеющие одинаковые запахи. К этому классу веществ относится цитраль и β-фенилвалериановый альдегид, оба обладают лимонным запахом.
Различают следующие запахи: цветочный, фруктовый, запах мускуса, лимонный, мятный и др. Запахи обычно редко бывают чистыми, они очень разнообразны, и для определения их пользуются субъективными ощущениями. Даже когда запахи сходны их можно различать по оттенкам.
Еще в начале XX в. было высказано предположение, что вещества, вызывающие ощущение запаха, действуют своими осмофорными группами на рецепторы, расположенные в обонятельных клетках носовой полости человека. Для того чтобы почувствовать запах, необходимо, чтобы душистое вещество вошло в соприкосновение с обонятельными рецепторами.
В последнее время имеется подтверждение наличия осмофорных групп в молекуле пахучего вещества, которые делают его душистым (А. И. Бронштейн, 1960, Р. М. Мазитова, 1966). Таких групп насчитывается около 18. В винах встречаются алкогольная, альдегидная, кетонная, сложноэфирная, кислотная, лактонная, фенольная и аминная функциональные группы.
Известно, что химические соединения в концентрированном и в разбавленном состоянии пахнут различно. Примером может служить индол (триптофол), обладающий очень неприятным запахом в больших концентрациях, а при разбавлении и в сочетании с другими веществами, приобретающий очень тонкий приятный аромат. Объясняется это тем, что химические соединения в разбавленном и концентрированном состоянии воспринимаются органами чувств различно. Длительность ощущения будет тем больше, чем медленнее пахучее вещество поступает в органы обоняния и чем больше времени требуется для восприятия запаха. Из концентрированного раствора насыщенные пары пахучего вещества поступают в органы обоняния в больших концентрациях, быстро насыщают первичные осмоцепторы и вступают в реакцию со вторичными осмоцепторами. Этим можно объяснить, почему многие соединения в концентрированном и разбавленном состоянии пахнут различно (Н. М. Сисакян, 1963).
Большое значение придают химической структуре пахучего вещества ароматических спиртов, у которых гидроксильная группа расположена в боковой цепи. Эти спирты- имеют более приятный аромат, чем алифатические. Так, β-фенилэтанол и n-оксифенилэтанол характеризуются запахом розы.
Алифатические спирты содержат гидроксильные группы, которые располагаются в молекуле следующим образом: у первичных спиртов —СН2ОН; у вторичных →СНОН; у третичных →СОН. В зависимости от положения гидроксильных групп вторичные и третичные спирты отличаются по запаху от нормальных и изомерных первичных спиртов. Так, например, первичный бутиловый спирт отличается от вторичного бутилового, или метилэтилкарбинола менее интенсивным запахом. Спирты только с одной гидроксильной группой обладают запахом, в то время как спирты с двумя и тремя гидроксильными группами не имеют запаха. Примером могут служить этиленгликоль и глицерин.
Следует отметить, что с увеличением алифатической углеродной цепи спиртов запах становится приятнее. Известно, что бутиловые и амиловые спирты и их изомеры обладают неприятным резким запахом. Спирты с более длинной цепочкой как, например, гексиловый, гептиловый, октиловый, нониловый и дециловый имеют аромат сравнительно более приятный, с цветочным запахом при сильном разбавлении. Разбавленные растворы октилового, нонилового и децилового спиртов приобретают запах розы, фиалки, апельсиновых и мандариновых корок.
Значительное влияние оказывает разветвление углеродной цепи, особенно наличие третичных атомов углерода. Альдегиды с разветвленной цепью атомов углерода обладают более сильным и приятным запахом, чем альдегиды с прямой цепью, например, миристиновый альдегид имеет очень слабый запах, в то время как его изомер с тремя третичными атомами углерода обладает приятным свежим и сильным запахом.
Большое значение придают наличию ненасыщенных соединений, т. е. наличию двойных и тройных связей в цепи, а также их расположению. Например, акролеин (—СН = СН—CHO) обладает чрезвычайно острым запахом. С увеличением молекулярной массы острый запах уменьшается, кротоновый альдегид (СН2—СН = СН—СНО) обладает менее резким запахом, чем акролеин.
Алифатические альдегиды низших гомологов от C1 до С5 в неразбавленном виде обладают острым удушающим запахом. При разбавлении водой удушающий запах исчезает за исключением уксусного альдегида. У муравьиного, пропионового, масляного и валерианового альдегидов при разбавлении появляется
приятный оттенок, особенно у изовалерианового альдегида. Альдегиды с углеродными атомами С6—С8 обладают более интенсивным запахом. Смесь альдегидов жирного ряда имеет фруктовый аромат и приятный оттенок.
По мере возрастания молекулярной массы у алифатических альдегидов появляются цветочные тона при сильном разбавлении. Примером служат дециловый и ундециловый альдегиды. Присутствие двойных связей вызывает усиление запаха, примером может служить коричный альдегид.
Известно, что эфирная связь усиливает фруктовый аромат. Высокомолекулярные эфиры обладают более приятным фруктовым запахом, чем низкомолекулярные. Из этиловых эфиров высших жирных кислот носителем аромата являются этилкапронат, этилкаприлат, этилкапринат, этилпеларгонат.
Сложные этиловые эфиры высших жирных кислот с двумя химическими связями обладают очень нежным ароматом. Например, этиловые эфиры линолевой и линоленовой кислот придают шампанскому подсолнечный тон [80]. Эфиры сивушных спиртов — бутилацетат, амилацетат, гексилацетат, гексилбутират, гептилацетат, изоамилкапронат, изоамилкаприлат, изобутиллаурат, изоамиллаурат, гексиллаурат, гексилмиристат — также обладают фруктовым и цветочным ароматом. Эфиры, образованные из фенольных кислот, пахнут сильнее, чем эфиры алифатических кислот. Так, эфиры антраниловой кислоты — метилантранилат и этилантранилат — имеют характерный запах цветков апельсинового дерева.
Особенно приятно пахнут терпеноидные соединения и их эфиры, которые встречаются в мускатных винах. В качестве примера можно указать на линалоол и гераниол. Эти два терпеновые спирта отличаются расположением одной спиртовой группы, а также оптической активностью вследствие чего обладают различным ароматом. Линалоол имеет запах ландыша, а гераниол — розы.
Помимо химических свойств, пахучие вещества обладают и физическими свойствами: летучестью, растворимостью, сорбционностью, а также диффузией. Сторонником адсорбционной теории обоняния является Б. Манкриф (1961).
Влияние химической структуры вещества на обоняние лучше изучено, чем влияние на вкусовые ощущения. Причем вкусовые ощущения менее разнообразны, чем запахи. Различают четыре основных ощущения: сладкое, кислое, горькое и соленое. Бывает вкус и смешанным — сладко-кислый, горько-соленый. Различают и дополнительный привкус — острый, металлический, щелочной и вяжущий. Последним часто обладают вина, которые содержат большое количество дубильных веществ.
Кислый вкус, присущий сухим винам, обусловливается как органическими и неорганическими кислотами, так и их солями. Активная кислотность зависит от присутствия иона Н+. Существует определенная зависимость между концентрацией водородных ионов и степенью ощущения кислотности. Бывают и такие соединения, которые обладают кислым вкусом, хотя и не содержат ионов Н+, как, например, барбитуровая кислота. Она имеет кислый вкус, благодаря находящимся по соседству с Н+-атомом отрицательным группам.
Аминокислоты, хотя и содержат карбоксильную группу, не обладают кислым вкусом. Исключение составляют аспарагиновая и глутаминовая кислоты,
когда
соединена с кислым радикалом —СН2—СООН.
На вкус вещества заметное влияние оказывает оптическая изомерия. Например, d-триптофан имеет горький вкус, d-триптофан — безвкусный, а смесь d- и l-триптофана обладает сладким вкусом, d-лейцин сладкий, l-изолейцин имеет горьковатый привкус. Аминогруппа придает соединению сладкий привкус, когда она находится близко к карбоксильной группе. Примером могут служить α-аминокислоты.
Присутствие фенильной группы в глицерине придает ему горький вкус. Некоторые исследователи считают, что вкус появляется при увеличении молекулярной массы.
Эфиры с фруктовым ароматом часто бывают сладкими (этилбутират). Сладкий вкус обычно связан с наличием следующих атомных групп:
По аналогии с запахом соответствие между вкусом и химической структурой разных веществ наблюдается далеко не во всех случаях. С этой точки зрения и вкусовые вещества можно разделить на следующие три группы:
вещества, сходные между собой как по химическому строению, так и по вкусу. Одинаковым сладким вкусом обладают d- и l-аланин;
вещества, имеющие неодинаковую химическую структуру, но обладающие одинаковым вкусом. Сладким вкусом обладают гликоль и глицерин;
вещества, имеющие одинаковую химическую структуру, но обладающие различным вкусом. d-Валин имеет слабый горький вкус, l-валин — сладкий.
Таким образом, вкус определяется не только наличием химической структуры, но и пространственным расположением атомов в молекуле.
