7.12.2. Обонятельный анализатор

Обонятельный анализатор высших животных и людей – специализированная система, обеспечивающая восприятие различных пахучих веществ, анализ и обработку возбуждений, которые возникают от периферии до центральной нервной системы. Состоит обонятельный анализатор из обонятельных рецепторных клеток (нейронов), которые расположены в слизистом слое толщиной около 60 мкм (рис. 7.12). Рецепторный

Рис. 7.12. Обонятельный анализатор

слой имеет обонятельные и опорные клетки. З одной стороны рецепторный нейрон заканчивается ресничками, находящимися в контакте с внешним воздухом через слизистый слой; с другой – отростками (аксонами). Жгуты из 10–100 аксонов проходят через отверстия в решетчатой кости и образуют клубочки, которые в свою очередь соединяются с двустворчатыми клетками и посредством них – с мозгом. Например, у кролика 26000 нейронов соединяются с 200 клубочками с тем, чтобы образовать одну клетку. Такая структура обонятельного рецептора повышает его чувствительность. Во время вдыхания через обонятельную щель носа протекает около 5–10% общего количества воздуха. Пахучие вещества в парообразном состоянии действуют на обонятельные рецепторы, благодаря чему последние возбуждаются. Для того, чтобы животное ощутило запах, достаточно возбуждения только 40 рецепторных клеток, причем на каждую из них должна действовать одна молекула пахучего вещества. Уникальным свойством обонятельных рецепторов является их постоянная заменяемость (на протяжении около 60 дней).

7.12.3. Механизмы обоняния

Механизмы обоняния связаны с попаданием молекул летучих органических соединений в обонятельный анализатор и связыванием их с рецепторными белками, которые в состоянии вследствие этого изменять мембранный потенциал; электрические сигналы передаются от рецепторных клеток через аксоны (длинные отростки клеток нервной системы) к гипоталамусу – отделу мозга, представляющего собой сосредоточение нервных клеток; именно в нем образуются ощущения запаха, его классификация и идентификация.

Некоторые животные (например, кошки) имеют специфический орган Джакобсона, предназначенный для детектирования ферромонов и низких концентраций химических соединений природного происхождения. Животные используют этот орган для общения между представителями того ж самого вида. Когда кошка открывает верхнюю губу для того, чтобы направить ферромоны на этот орган, кажется, что она усмехается (реакция Феймана).

7.12.4. Методы анализа запахов

Ольфактометрия – это метод измерения остроты обоняния. Он используется для определения порога обоняния, уровня обонятельной адаптации и возобновления обонятельной функции (количественная ольфактометрия), а также для определения способности человека воспринимать и различать запахи (качественная ольфактометрия).

Для практической реализации ольфактометрии используют дегустаторов запахов – людей, которые отличаются повышенной чувствительностью к запахам (число таких среди обычного населения составляет около 10%). Дегустаторы тренируются определять определенные запахи; в каждой оценке запаха участвуют от 6 до 12 экспертов, после чего результаты оценки усредняются. Во время процедуры определяется пороговый уровень, интенсивность, устойчивость, гедонический тон и характерные признаки запаха. Пороговый уровень запаха определяется постепенным увеличением концентрации пахучего вещества, пока дегустатор не среагирует на нее. Интенсивность запаха измеряется сравнением запаха, который оценивается, с опорным запахом (как правило, n-бутанола), образцы которого содержат различные концентрации газа. Для оценки интенсивности запаха используется 5-балльная система: от 0 (отсутствие запаха) до 5 (очень сильный запах).

Устойчивость запаха соответствует корреляции интенсивности запаха с концентрацией пахучего вещества. Гедонический тон указывает, как человек воспринимает тот или иной запах с точки зрения ощущения приятных впечатлений. Характерные признаки определяются сравнением оцениваемого запаха с хорошо известными запахами.

Автоматизированные системы типа “электронный нос” лишены субъективных подходов к оценке запахов. Такие системы состоят из набора химических сенсоров, в основе которых лежит полимерная пленка. Когда оцениваемый газ проходит через пленку, он вызывает изгибание пленки; эти механические изгибы преобразовываются в электрические сигналы, пропорциональные уровню деформации пленки и, таким образом, концентрации газа. Поскольку разные химические соединения вызывают разные уровни изгиба пленки, имеет место реакция такого сенсора на каждое соединение. Автоматизированная система такого типа содержит набор (2050) сенсоров, которые создают специфическую картину сенсорных откликов всех сенсоров, характерную для определенного запаха.

К современным методам количественной и качественной оценки запахов следует также отнести комбинированный метод газовой хроматографии и масс-спектрометрии.

Метод хроматографии предусматривает разделение, нахождение и определение веществ благодаря неодинаковости их поведения в системе из двух фаз, которые не смешиваются – подвижной и неподвижной. Подвижной фазой в случае использования метода газовой хроматографии является газ (смесь газов), неподвижной – твердое вещество или жидкость. Во время движения подвижной фазы вдоль неподвижной каждая компонента смеси оседает на неподвижной фазе (сорбенте) в соответствии с материалом сорбента и замедляет движение. Поскольку разные компоненты имеют разное сродство, происходит пространственное разделение этих компонентов.

Масс-спектрометрический метод основывается на образовании ионных пучков в вакууме и дальнейшим разделением по массе в электрическом и магнитном полях. Использование комбинированной техники газовой хроматографии и масс-спектрометрии дает возможность оценить 70100 летучих компонентов, находящихся в воздухе животноводческих помещений и создающих серьезную проблему для работников и жителей окрестностей, которые жалуются на раздражение слизистой оболочки глаз, носа, горла, головную боль, тошноту, понос, кашель, хрипоту, нарушение дыхания, сонливость и т.д.

Современная инструментальная техника позволяет количественно оценить аромат и букет запахов в сельскохозяйственных и пищевых продуктах, наличие нежелательных запахов, присутствие фальсификаторов и загрязнений.