Obrzydliwa chemia (1.)

Czyli wszystko to co was kiedyś zaciekawiło na lekcjach chemii, ale wstydziliście się zapytać.

Skąd smród wymiocin?
Zapach wymiocin w dużej mierze wiąże się ze składem jedzenia - posiłki z reguły zawierają mniejsze lub większe ilości tłuszczy, te zaś stanowią połączenie kwasów tłuszczowych z gliceryną. Kwasy tłuszczowe, gdy mają długą cząsteczkę, mają postać woskowatych ciał o niewyczuwalnym zapachu, czego przykładem stearyna, to jest kwas stearynowy zawierający 17-węglowy łańcuch. Inaczej jest gdy kwasy są krótkie - stają się wówczas łatwo krzepnącymi cieczami o charakterystycznym zapachu. Najkrótsze, to jest mrówkowy, octowy i propionowy mają zapach kwaśny, ale począwszy od masłowego (4 węgle), ich wonie stają się coraz bardziej nieprzyjemne.
Kwas masłowy, jak sugeruje nazwa, jest tym który powoduje niemiły zapach zjełczałego masła, dłuższe od niego kwasy kapronowy, kaprylowy i kaprynowy, zostały nazwane od kozy i odpowiadają za zapach kozła i koziego mleka.

Skąd wolne kwasy tłuszczowe w zawartości żołądka?
Już podczas przeżuwania pokarmu, miesza się on ze śliną zwierającą lipazy, trawiące tłuszcze. Pewne znaczenie ma też lipaza żołądkowa. W wyniku ich działania część kwasów tłuszczowych zostaje uwolniona do treści żołądka. Gdy zaś w wyniku skurczu żołądka jego treść zostanie uwolniona do otoczenia, woń tych kwasów staje się zauważalna. Pewne znaczenie mogą tu mieć też wolne aminokwasy i aminy.

Zapach wymiocin wywołuje obrzydzenie u innych ludzi, do tego stopnia iż może wywołać wymioty. Podobny efekt wywołuje widok wymiotującej osoby a czasem nawet sam odgłos. W szczególnych przypadkach może to doprowadzić do wymiotów większą ilość zdrowych osób, a nawet przerodzić się w masowa histerię. Uważa się, że jest to zjawisko adaptacyjne - reakcja wymiotna na widok innej wymiotującej osoby miała w dawnych małych społecznościach ułatwić pozbycie się zatrutego jedzenia i uniknięcie choroby.

Mdłości pojawiają się także podczas ciąży. Niekiedy pojawia się wręcz niezdrowa nadwrażliwość na niektóre bodźce i do wymiotów skłonić mogą zapachy i skojarzenia normalnie neutralne, utrudniając ważne przecież w tym okresie odżywianie. W niedawnym badaniu z Malezji stwierdzono, że w takim przypadku najskuteczniejszym prowokatorem mdłości są ryby i smak gorzki, produkty o konsystencji ciastowatej, smażone, z konkretnych dań gotowany ryż. Najlepiej badane znosiły jedzenie chrupkie, słodkie i surowe, na przykład jabłko lub arbuza. [n]
Kwas masłowy bywa używany w bombach zapachowych oprócz merkaptanów.

Na koniec kwestia z którą się często spotykam - jak usunąć zapach wymiocin? Kwasy tłuszczowe słabo rozpuszczają się w wodzie, ale dobrze gdy są w formie jonowej. Ponieważ są słabymi kwasami, aby je w taką formę przeprowadzić należy użyć zasady. Wydaje się więc, że do czyszczenia zanieczyszczonych powierzchni powinno się używać alkalicznych środków czyszczących lub na przykład sody.


Czym śmierdzi gówno?
Przemiany metaboliczne zasadniczo mają za zadanie rozłożyć na czynniki prostsze to co można wykorzystać i wbudować, oraz usunąć to co niepotrzebne. Czasem jednak drogi przemian biochemicznych prowadzą w nieoczekiwaną stronę. Na przykład pewien niezbędny aminokwas tryptofan jest w części utleniany i przerabiany 3-metyloindol, nazywany też skatolem i wydalany z kałem. Związek ten w dużych ilościach ma swój charakterystyczny, nieprzyjemny zapach, jednak w małych stężeniach woń staje się słodkawa. W niewielkich ilościach występuje w olejkach eterycznych z kwiatu pomarańczy i jaśminu chińskiego, i bywa używany w perfumach jako wzmacniacz zapachu. 

Odpowiada też za niemiły zapach mięsa niekastrowanych wieprzy i dzików. Ponieważ tryptofan najobficiej występuje w białku mleka i wieprzowinie, zaś najrzadziej w produktach zbożowych, łatwo się domyśleć, że zapach kału w dużej mierze zależy od diety.
Pewien wpływ ma też jeszcze bardziej skrócona pochodna tryptofanu - indol. Udział w przerobie aminokwasu do tego produktu mają enterobakterie zasiedlające wnętrze naszych jelit. Związek ten w dużych stężeniach ma woń nieprzyjemną, choć słabiej wyczuwalną niż w przypadku skatolu. W małych natomiast stężeniach nabiera miłego fiołkowego zapachu i jest istotnym składnikiem (ok. 2%) zapachu jaśminu, stąd też indol jest używany do produkcji sztucznych aromatów jaśminowych. Oczywiście nie izoluje się go do tych celów z odchodów, ale syntezuje za pomocą którejś z kilkunastu popularnych metod.
Do tych wyrazistych związków dokładają się merkaptany będące wynikiem przerobu aminokwasów zawierających siarkę.


Kolor kupy, sików i siniaków
W tym przypadku wszystko zaczyna się od krwi. Krwinki czerwone zawierające niezbędny do zaopatrywania organizmu w tlen barwnik hemoglobinę, mają pewien skończony czas życia, i po jego przekroczeniu lub po uszkodzeniu, są wyłapywane przez śledzionę zajmującą się ich bezpieczną utylizacją.
Hemoglobina składa się z białka globiny i aktywnej cząsteczki hemu, mogącej kompleksować tlen. Składa się z dość dużego pierścienia w kształcie z grubsza kwadratowym, z czterema azotami pośrodku, trzymającymi w kleszczach atom żelaza.
Pierwszym etapem rozpadu jest oderwanie żelaza i białka i rozerwanie pierścienia w jednym miejscu. Tak powstaje u-kształtna zielona biliwerdyna. Ta szybko jest redukowana i po odgięciu cząsteczki zamienia się w żółtą bilirubinę. Ponieważ wolna bilirubina jest słabo rozpuszczalna w wodzie a stosunkowo dobrze w tłuszczach i wobec nadmiaru, nazywanego żółtaczką, ma skłonność do gromadzenia się w skórze i mózgu, gdzie jest toksyczna, toteż organizm stara się tak ją przerobić, aby móc ją łatwo wydalić. Odbywa się to w wątrobie.

Wątroba sprzęga bilirubinę z kwasem glukuronowym, dzięki czemu całość staje się rozpuszczalna w wodzie, i dodaje tak powstałe połączenie do żółci, skąd też bierze się jej barwa. Żółć trafia do jelita a pochodna bilirubiny jest przerabiana przez bakterie jelitowe. Część, pod postacią urobilinogenu jest wchłaniana i wydalana z moczem, nadając mu żółtą barwę, a reszta jest utleniana i zamienia się w ciemnobrązową sterkobilinę, która zabarwia sami wiecie co.

Podczas żółtaczki związanej z niewydolnością wątroby proces usuwania bilirubiny z ustroju jest zaburzony. Gromadzi się ona w tkance łącznej i zabarwia skórą oraz białka oczu. Bardzo niewiele jest wydalane do jelit z żółcią, stąd kał nabiera szarego koloru.

Bardzo podobne przemiany mają miejsce w podskórnych wylewach krwi. Najpierw czerwona krew jest odtlenowana i staje się sino-niebieska, potem tworzy się biliwerdyna i stąd zielone przebarwienia. Dalszy rozpad do bilirubiny następuje gdy już siniaki się wchłaniają, dając nam okazję naocznie prześledzić opisane wyżej przemiany.

Kolor moczu może być zaburzony pod wpływem różnych czynników. W stosunkowo częstej betaninurii nieprzetrawiony wskutek niskiej aktywności soku żołądkowego czerwony barwnik buraka, zabarwia go na czerwono, wywołując efekt podobny do krwawienia. Na czerwono zabarwia się wówczas także kał. W podobny sposób mocz zabarwiają też inne silne barwniki - pamiętam że w sklepach ze śmiesznymi rzeczami można było kupić specjalne cukierki, które zabarwiały mocz poczęstowanych na różne kolory, jednym z takich barwników jest błękitny indygokarmin, na tyle chętnie wydalany tą drogą że czasem używa się go do badań czynności nerek. Efekt taki dawać mogą niektóre leki.
 Na niebiesko przebarwiać może błękit metylenowy spotykany w niektórych lekach. Połączenie niewielkich ilości niebieskich barwników z żółtym kolorem własnym zwykle daje zieleń. Oprócz tego na zielono może zabarwić nasz mocz amitryptylina, propofol oraz szparagi.
Na pomarańczowo może zabarwiać duża ilość ryboflawiny, także lek przeciwgruźliczy izoniazyd i fenazopirydyna używana w infekcjach dróg moczowych. W pewnym stopniu też dieta obfitująca w marchewkę. 
Istnieją też dwa szczególne stany chorobowe, które mogą wywoływać wrażenie zmiany koloru moczu. W "zespole niebieskich pieluszek" genetyczna mutacja powoduje zaburzenie wchłaniania tryptofanu, który gromadząc się w jelitach jest przerabiany na pochodne indolowe. Jedną z nich jest izatyna, która wchłonięta wydala się wraz z moczem, a po kontakcie z powietrzem utlenia się i dimeryzuje tworząc niebieski barwnik indygo. Ponieważ choroba ujawnia się już w okresie niemowlęcym, oznaką wystąpienia jest zazwyczaj niebieskie zabarwienie pieluszek.

Z kolei "zespół purpurowych worków na mocz" występuje u osób z założonymi cewnikami, w których na powierzchni  cewnika pojawiają się bakterie. Będący produktem przerobu indolu siarczan indoksylu wydalany wraz z moczem, jest przerabiany i utleniany przez bakterie, z wytworzeniem niebieskiego indygo i czerwonej indirubiny. Sam w sobie nie wywołuje dolegliwości ale jest oznaką dużego ryzyka zakażenia dróg moczowych.

---------

[n] https://www.nature.com/articles/s41598-020-61114-y

Kiedyś w laboratorium (79.)

 Jedna z bardzo podstawowych analiz w badaniu żywności, ale też czasem w analizie wagowej - oznaczanie masy popiołu.

Popiół surowy to parametr właściwie nie używany w ocenie zwykłej żywności, jaką spożywamy na co dzień. Ja jednak w ostatniej pracy miałem z tym dużo do czynienia ze względu na specyfikę firmy. Część produktów stanowiły dodatki paszowe, gdzie określenie zawartości popiołu jest wymogiem i jest podawane na opakowaniach. Druga natomiast sytuacja to określenie jakości surowca zielarskiego, który ma zawartość popiołu w normach krajowych.

Czym jest "surowy popiół"? Pozostałością po spaleniu bez płomieni materii organicznej w wysokiej temperaturze. W zasadzie więc jest to ilość związków nieorganicznych. Już się kiedyś spotkałem z błędnym mniemaniem, że podawana na opakowaniu karmy dla zwierząt zawartość oznacza, że dodają tam jakiś popiół, że jest on kolejnym składnikiem dodawanym do masy, a to po prostu oznacza, że tyle co tego popiołu jest tam soli mineralnych.  

Bardzo wysoka zawartość popiołu w karmie o składzie mięsnym może sugerować spory dodatek związków mineralnych, na przykład mączki kostnej, której przecież pies czy kot w dużej ilości nie przetrawi. Bardzo niska może wskazywać na dopełnienie masy jakimś rafinowanym składnikiem, czystą skrobią, żelatyną, środkiem wiążącym wodę. Nie powinno go być w karmie ani za mało ani za dużo, różne zwierzęta i w różnym wieku mają odmienne zapotrzebowanie na minerały, stąd wymóg oznaczania i podawania. Najczęściej podaje się, że karma sucha dla psów czy kotów powinna zawierać 5-9% popiołu surowego, a mokra około 2-3%. Z zeszłorocznych kontroli UOKIK wynika, że z trzymaniem się deklaracji jest różnie.

Podczas spopielania w wysokiej temperaturze, czy to w tyglu z przykrywką nad palnikiem, czy to w piecu elektrycznym, powstają głównie tlenki metali, z domieszką węglanów, siarczanów, czasem siarczków. Do popiołu przechodzi też krzemionka. Zależnie od dominujących składników popiół może przybierać różne kolory:

Ze względu na nie do końca przewidywalny skład ostatecznej pozostałości, z udziałem węglanów zmieniającym się zależnie od maksymalnej temperatury i czasu jej trwania, oprócz popiołu "surowego" oznaczane bywają inne parametry, na przykład popiół siarczanowy, czyli produkt zwęglania i spopielania próbki z dodatkiem kwasu siarkowego. Wtedy przy zachowaniu właściwych parametrów końcowymi produktami są stałe siarczany.

Zwykle zawartość popiołu w roślinach jest niska, rzędu kilku procentów. Większość masy rośliny stanowi woda lub celuloza. Masę popiołu zwiększa gromadzenie przez roślinę pewnych pierwiastków, na przykład rośliny bogate w kwas szczawiowy zwykle gromadzą go w kryształkach szczawianu wapnia, skąd potem końcowa podwyższona zawartość tlenku wapnia. Jednak główną przyczyną zwiększenia masy popiołu jest w pewnych roślinach krzemionka. W przypadku ziela skrzypu popiół surowy może stanowić nawet 20% masy. Część krzemionki przybiera formę rozpuszczalną, część to wytrącenia w formie fitolitów.

Jest jednak jeszcze druga przyczyna zwiększenia masy popiołu, także u roślin, które nie są typowo krzemionkowe - zapiaszczenie surowca. Jeśli roślina jest lepka lub bardzo włochata, może zostać opylona ziemią co zwiększy masę surowca i masę popiołu. W przypadku takich ziół jak liść dziewanny czy liść szałwii zbyt wysokie zapiaszczenie jest cechą dyskwalifikującą. Dlatego w przypadku roślin o niskiej zawartości naturalnej krzemionki, metodą rozstrzygnięcia jest oznaczenie popiołu nierozpuszczalnego w kwasie.

Tygiel z pozostałością po spaleniu zalewa się 10% kwasem solnym. Następuje rozpuszczenie soli mineralnych. W zależności od rodzaju surowca roztwór taki może znacznie różnić się zabarwieniem.

Nierozpuszczalną pozostałość należy odsączyć i zważyć. Normy podają takie sposoby określania masy, jak spalenie całego sączka z osadem w tyglu kolejny raz i sprawdzenie masy, lub porównywanie masy sączka przed i po sączeniu. 

Rozważałem też, czy dałoby się taką metodą w przybliżeniu określić jaka część krzemionki przechodzi do wyciągu podczas robienia ekstraktów z ziół krzemionkowych. Wykrycie krzemianów w roztworze wymaga specjalnych odczynników (test fosforomolibdenianowy) lub odpowiedniego wzorca w przypadku metod spektroskopowych. Odparowywanie roztworu i badanie masy suchej pozostałości, nierozpuszczalnej w kwasie, dawałoby duży błąd ze względu na niewielką masę. Po dłuższym czasie od pewnego razu, gdy nas o taką analizę pytano, przyszło mi do głowy, że w pewnym przybliżeniu dałoby się ustalić stopień ekstrakcji krzemionki na podstawie różnicy w masie popiołu nierozpuszczalnego w surowcu zielarskim przed robieniem ekstrakcji i w fusach odsączonych po jego wykonaniu. Czy taki przybliżony wynik nadawałby się do czegoś, nie wiem.