Illatok, szagok kémiája

Ahhoz, hogy valaminek a szagát érezhessük az illető anyag molekulája "önállóan kell lebegjen" a levegőben, hogy az orrba jutva a szagérzékelő sejtek receptoraiban ingerületet kelthessen.
Az anyagok felületén lévő molekulák közül mindig akad olyan, amelyik elegendő mozgási energiára tesz szert ahhoz, hogy leküzdhesse a többi molekula vonzó hatását és elpárologjon. Nagyobb hőmérséklet esetén több ilyen molekula akad.
Bizonyos anyagok hajlamosabbak a párolgásra vagy szublimálásra, ezeknek már alacsonyabb hőmérsékleten is érezhetjük a szagát, ha egyébként "illeszkednek a receptorokba". Csak olyan anyagokat érzékelünk "szagként", amelyek ingerületet keltenek a szaglóidegekben.

Szag: általában valamely anyagból párolgás vagy kiválás útján a levegőbe jutó és a szaglóidegekre ható illó részecskék, illetve gáznemű anyagok által keltett érzet.
Illat: rendszerint illóolajokból eredő jó, kellemes szag. Régen jelzővel általában jellegzetes szag leírására is használták, pl. "fojtó, kellemetlen, kesernyés illat".

A szaglás szerve a felső orrjáratban kb. 4-5 cm²-es területen elhelyezkedő szaglóhám. Ebben találhatók a szaglóreceptorok, melyeknek száma 15-20 millió lehet. A szaglórégióhoz a szaganyagok főként a belélegzett levegővel jutnak. Tekintettel arra, hogy a felső orrjárat ventillációja rossz és a levegő normális légzés során főleg az alsó orrjáratokon áramlik át - bár örvényáramlás és felmelegedés okozta cirkuláció révén a felső orrjáratba is eljut - a felső orrjárat átszellőzése és ezáltal a szagfelismerő képesség szippantással, szimatolással erősen fokozható. A szaganyagok egyébként csak akkor keltenek szagérzetet, ha mozgásban vannak. Ezzel magyarázható, hogy nem érezzük erős szaganyagok szagát akkor sem, amikor az orrüregben vannak, ha nem veszünk lélegzetet, vagy ha nyitott szájon keresztül lélegzünk.

Ha "takarékon" lélegzünk, akkor is kb. fél liternyi levegőt szívunk be (és fújunk) ki egy-egy légvételnél.
Ennek kb. 80 %-a nitrogén, vagyis kb. 4 deci nitrogént szívunk be és fújunk ki, mivel azzal semmi sem történik. Ez kevesebb, mint fél gramm nitrogént jelent, amiben kb. 10²² db nitrogénmolekula található.
Oxigénből kevesebb, mint 1 deci jut egy ilyen légvételre ez úgy 0,13 grammnyi, amiben kb. 2,5 x 10²¹db oxigénmolekula található.
A levegő "alapösszetevői" semmilyen szagingert nem keltenek (szerencsére).
Ha valami olyan szagot érzünk, amire érzékeny az ember orra, abból ppm-nyi (milliomod résznyi) mennyiség elegendő a levegőben. Vagyis az említett levegővételben fél milliomod liternyi (0,0005 köbcentinyi) mennyiség van az adott illatból (szagból). Ez tömegre nagyon kevés, "darabra" azonban még mindíg iszonyú sok kb. 10¹⁷ darab molekulát jelent az adott anyagból.
Ennek persze csak igen kis hányada lép kölcsönhatásba a szaglósejtekkel, de az is elegendő.

A szaglás funkciója étfontosságú az állatvilágban segít a zsákmányállat követésében, a megfelelő táplálék kiválasztásában, a potenciális szexuális partner megtalálásában vagy a fejletlen újszülött emlősnek anyja megtalálásában. Az ember számára a szaglás szintén döntő a romlott táplálék illetve egyéb vészhelyzetek (tűz, mérgezés) felismerésében.

Az érzékszerveink közül talán a legkésőbb "fejtettük meg" a szaglás működési mechanizmusát. A 2005 évi Nobel-díjat Richard Axel és Linda B. Buck kapta megosztva az ezzel kapcsolatos kutatásaikért. A két kutató 1991-ben egér kísérletek segítségével együtt fejtette meg szaglásunk bonyolult működését. Felfedeztek egy nagyobb, körülbelül 1000 génből álló géncsaládot - (ez teljes génállományunk 3 százaléka) -, amely szerepet játszik a szagok azonosításában. Bár képesek vagyunk megkülönböztetni tízezerféle szagot, a szaglóhámunkon csak ezer különféle receptor sejt azonosítható, mindegyik egy adott szagra specializálódva.
Hogy mégis sokkal több szagot vagyunk képesek azonosítani, annak titka, hogy a szagingert kiváltó, eltérő konfigurációjú molekulák egyszerre több receptor sejthez kötődnek, így a kombinációk határozzák meg a kiváltott szagérzés milyenségét. A szagingert ugyanis leginkábbb olyan illó anyagok molekulái keltik, melyek feloldódnak a szaglóhámot borító vékony váladékban. (Ez magyarázza, hogy például nátha esetén csökken a szaglási érzékenység.)
A szaglóhámban elhelyezkedő szaglósejtek dendrit-szerű felületi nyúlványaikon keresztül az ingerületet a szaglóidegek megvastagodott részébe, az úgynevezett glomerulusokba küldik. A receptorsejtek mindig ugyanahhoz a glomerulushoz juttatják el az ingerületet.
A glomerulusokban a szagingerületek más idegsejtekre átkapcsolódva az agy más területeire, így a limbikus rendszerbe, a hipotalamuszba és a frontális lebenybe is eljutnak. Ezáltal az illatok nagyon hatékonyak például az emlékek felidézésében: bizonyos illatok könnyen felidézhetik gyerekkorunkat, egy romlott vagy kevésbé friss étel viszont évekre eltántoríthat bennünket bizonyos ízektől.
Minden élő organizmus képes a kémiai alkotóelemek felismerésére környezetében. A halaknak relatíve kevés, körülbelül száz körüli a receptor sejtjeik száma, az egereknek viszont több mint ezer, azaz több mint az emberé. Nem csak a receptor sejtek számától, hanem a szaglóhámtól is függ a szaglás kifinomultsága. A kutyák szaglása körülbelül egymilliószor jobb, mint az emberé, ami részben azzal is magyarázható, hogy egy átlagos kutya orrában 130 négyzetcentiméter szaglóhám található.
Ismert az is, hogy a nők szaglásérzékenysége nagyobb, mint a férfiaké, az illatszerek egy részét a férfiak nem, vagy csak alig érzik.

Szaglóhámunk idegsejtjei bizonyos vegyületekre érzékenyek, a "szagérzet" azonban teljesen szubjektív.
Ugyanazt a szagot esetleg érezheti valaki kellemesnek, míg másvalaki kellemetlennek.
Az adott anyag mennyiségétől (kocentrációjától) is függ a szagérzet.
Pl. a bróm-sztirol, vagy fenil-acetaldehid, melyek tömény állapotban igen kellemetlen szagúak, nagy hígításban azonban megtévesztésig jácintszagúak.
A magasabb zsírsav-aldehidek tömény állapotban kellemetlen izzadtságszagúak. Nagy hígításban megtartják ugyan, de már csak enyhén az izzadtságszagot, de emellett narancs-, rózsa-, jázmin stb. között változik az illatuk.
Az indol és a szkatol nagyrészben okai az emberi bélsár bűzének. Igen nagy hígításban azonban virágillatuk van.
A kumin-aldehidnek poloskaszaga van. Nagy hígításban azonban nem kellemetlen, érdekes, stb. Nagy hígításban való használatuk következménye kiadósságuk, olcsóságuk.

Virágkedvelők és parfümszakértők szerint esetleg nagyon sokban tér el két illat, míg a vegyészek szerint igencsak kevésben: csupán egy-egy metil-csoportban, amelyek az aromás szénhidrogéngyűrűre épült alkohol szénláncát hosszabbítják. Hasonló összevetést tehetünk - jóllehet más és más szerkezeti rokonságra hivatkozva - a narancsvirág és az ámbráscet váladékának illata, vagy a gyöngyvirág, a hársfa és az ibolya illata között.

Sokféle szaganyag szerkezetét sikerült már analitikai eszközökkel felderíteni, mégis kevest tudunk a környezetünket elárasztó illatokról, minthogy a szagok objektív mérésére - ahogyan a hang vagy a fény esetében - nincs lehetőség. A "szagkutatás" elsősorban "beépített összehasonlító analitikai mérőműszerünk", az orrunk szubjektív megérzéseire támaszkodik. (Bár nemrégen kifejlesztettek olyan elektronikus eszközöket, amelyek bizonyos "szagokra", vagyis bizonyos vegyületekre az emberi orrnál érzékenyebbek, de nem képesek a 10.000 féle szag akár töredékének felismerésére sem.)

A kutatóknak már korábban feltűnt, hogy az emberek azonos vagy hasonló szagúnak érzékelnek olyan vegyületeket, amelyeknek szerkezete nagymértékben eltérő, hasonló viszont az őket felépítő atomok térbeli elhelyezkedése, a vegyület molekuláinak térkitöltése (például a kámfor és a hexaklór-etán szaga hasonló, mivel mindkét molekula közelítőleg gömb alakú, és méretük is hasonló.)
Ennél is meglepőbb megfigyelés volt, hogy az egymással szoros kémiai rokonságban levő anyagok - amelyekben csak egy molekularészlet térbeli elhelyezkedése különbözik -, vagy az egymásnak pontosan megfelelő tükörképi párok (enantiomerek) egymástól lényegesen különböző szagérzetet keltenek.
Hogy felderítsék e különös jelenség okait, a kutatók nagyon sok emberrel különféle szagmintákat szagoltattak, és pontosan feljegyezték, hogy mit is éreztek a kísérleti alanyok. Kiderült, hogy a szagérzetekben néhány alapvető szag uralkodik, s hogy a szagok többsége ezeknek az alapszagoknak a keveréke.

Amerikai kutatók a következő hét alapszagot különítették el: pézsma- vagy mósuszillat, kámforszag, virágszerű illat, mentolszag, éterszag, szúrós, valamint büdös, rothadó szag.

Bebizonyosodott, hogy az azonos "szagkategóriába" jutó molekulák egymással közeli térszerkezeti rokonságban vannak. Önként adódik a feltevés - amelyet a méhek szaglósejtjeinek vizsgálatával kísérletileg is alátámasztottak -, hogy a különböző anyagok érzékelésére a szaglóhámban némileg eltérő sejtek szakosodtak. A kísérletek alapján azt feltételezik, hogy e sejtek felszínén különböző alakú receptorok vannak a szagmolekulák befogadására.

Illatok
Mindennapi "illatkörnyezetünk" különböző kémiai szerkezetű anyagok sokszoros keverékéből adódik össze, egy-egy jellegzetes alkotóelemére azonban mind önmagában, mind különféle összetételekben könnyen ráismerhetünk.
Az aromás vegyületek közül például a benzaldehid az egyik közismert illat hordozója: keserűmandula szagú foladék. A keserűmandulán kívül más gyümölcsök magvaiban is megtalálható (őszibarack, kajszi, cseresznye).
A gyümölcsökben gyakran előfordulnak különböző észterek (szerves savak és alkoholok vegyületei). Az etil-acetát (ecetsav és etil-alkohol észtere), propil-acetát (ecetsav és propilalkohol észtere), butil-acetát (ecetsav és butilalkohol észtere) pl. a szilva, alma, körte, sárgabarack, őszibarack illatában egyaránt jelen vannak.
A hidrogén-cianid szaga szintén a mandulára emlékeztet. Nem véletlenül, hiszen kimutatták, hogy a keserumandulából kristályosan elkülöníthető vegyület, az amigdalin víz hatására szőlőcukorra, benzaldehidre és hidrogén-cianidra esik szét. (Szintén kellemes keserumandula szaga van az egyébként erősen mérgező nitro-benzolnak is. Amíg be nem tiltották, "mandulaszappan" készítésére is felhasználták.)
A háziasszonyok kedvelik - a molyok kevésbé - az aromás vegyületek másik képviselőjét, a naftalint, amelynek átható szaga elrisztaja a ruházatunkban élősködő lepkéket.
Fontos karácsonyi fűszer a szegfűszeg is, az Eugenia caryophyllata szárított virágbimbója. Aromáját főként az eugenol (4-allil-2-metoxi-fenol) adja. Illata vonzza a rovarokat, de valószínűleg a férfiakat is, mert néha parfümökbe keverik.
Sok kedves virágunk andalító illata származik a virágfakadáskor képződő illékony aromás alkoholoktól és a terpénektől. Ez utóbbi vegyületcsalád képviselőitől illatozik a narancsvirág, a mandarinolaj és az ibolya.
Rokonságban áll ezekkel a vegyületekkel a mentol és a kámfor is.
Ha a pacsuliszagot emlegetik, inkább visszataszító, mint kellemes illatra gondolunk, pedig a pacsulialkohol - az Indiában honos Pogostemon patchouli nevű növényből vonják ki - ma is az illatszeripar egyik legfontosabb alapanyaga.

	Néhány jellegzetes (kellemes és kellemetlen) illatú (szagú) vegyület molekulaképe. (A nyilakkal válthatja a molekulaképeket.)

Szagok
De léteznek igazán kellemetlen szagok is, és a kutatók ezek titkait igyekeznek "kiszaglászni". Feltételezik - az eddigi térszerkezeti megfontolásoktól eltérően szintén a kémiai rokonságra alapozva -, hogy a rothadáshoz hasonló, kellemetlen szagérzeteket olyan illékony anyagok molekulái keltik, amelyekben kén- vagy nitrogénatom van.
A záptojás átható bűze a kén-hidrogéntől származik, és ugyancsak a képződő kénvegyületek (poliszulfidok és más szerves vegyületek) okolhatók a rothadó retek büdösségéért is.
A különbözően módosult kén-hidrogén molekulák - két, három vagy négy CH₂-csoporttal kiegészülve [tioalkoholok merkaptánok)]- más-más bűzt keltenek: ilyen vegyülettel "illatosítják" a földgázt (CH₃CH₂SH), ettől sírunk hagymametéléskor (CH₃CH₂CH₂SH), ettől büdös a görény is (CH₃CH₂CH₂CH₂SH).
A fokhagyma fő hatóanyaga, az alliin az aliináz nevű enzim hatására allicinné alakul át, amely - többek között - diallil-diszulfiddá bomlik.
Különösen kellemetlen szag kíséri a fehérjék bomlását. Az undorító szagot a bomlás során keletkező nitrogéntartalmú vegyületek okozzák, mint például az istállószagot keltő ammónia vagy a hasonló "illatú" metil-amin. A trimetil-amint a rotható hal szagából ismerhetjük, de a heringpácban is megtalálható.
Jóllehet kén- és nitrogénatomot nem tartalmaznak, kellemetlenül bűzös szagú vegyületek a vajsavak, amelyek az izzadságszag, a romlott hús- és az ürülékszag alkotórészeként fordulnak elő.

Az egyes molekulák "illatosságának" vagy "bűzösségének" viszonyítására ezideig nem találtak megfelelő mértékszámot, minthogy orrunk szubjektív "megérzéseit" - az egyéni érzékenység eltérései miatt is - lehetetlen egységesíteni.
"Beépített mérőműszerünk" teljesítményét mégsem szabad lebecsülni, hiszen "belső használatra" meglehetősen pontosan elemzi a szagingereket. Az ínyencek például kiválóan megkülönböztetik - csupán illatuk alapján - a különféle dohány- vagy teafajtákat, holott a műszeres analitikai mérések szerint a dohányfüstnek 2900, a teaaromának majdnem 200 összetevője van, s az egyes tea- és dohányfajtákban csak a különböző komponensek aránya tér el egymástól.

Az említetteken kívül további illatos, büdös anyagok megtalálhatók ha a Szójegyzék keresőjébe beírja az "illat" szót.

Felhasznált irodalom