In de wereld van kaas en brood zijn er complexe chemische processen die de smaken en geuren bepalen die we zo goed kennen. Hoewel de basisstoffen waaruit de geurige moleculen worden gevormd beperkt zijn, kunnen door de interactie van verschillende biochemische reacties verrassend veel verschillende geuren en smaken ontstaan. Dit gebeurt door de afbraak van eiwitten, vetten en koolhydraten, met behulp van enzymen die door micro-organismen zoals bacteriën en gisten worden geproduceerd. De volgende tekst gaat in op enkele van de belangrijkste moleculen en processen die bijdragen aan de geur en smaak van deze twee voedingsmiddelen.

Een belangrijk afbraakproces van eiwitten is proteolyse, waarbij grote eiwitmoleculen, zoals caseïne, worden afgebroken in kleinere ketens, peptiden, en uiteindelijk in individuele aminozuren. Deze aminozuren dragen niet alleen bij aan de smaak van de kaas, maar dienen ook als uitgangspunten voor de vorming van andere moleculen, door middel van decarboxylering (verlies van CO2), deaminering (verlies van een aminegroep), oxidatie en reductie. Deze reacties creëren kleine vluchtige moleculen die een aanzienlijke invloed hebben op de geur. Bijv. valine kan door transaminering worden omgezet in een ketozuur, dat verder kan veranderen in een aldehyde, zoals 2-methylpropanal. Dit kan vervolgens worden gereduceerd tot een alcohol of geoxideerd tot een carboxylzuur, afhankelijk van de omstandigheden. Allemaal hebben deze moleculen een eigen geur die bijdraagt aan de complexiteit van de kaassmaak.

Andere aminozuren, zoals leucine, volgen een soortgelijk pad. Leucine wordt omgezet in een ketozuur door transaminering, en kan dan worden decarboxyleerd om 3-methylbutanal te vormen, een molecuul dat zorgt voor de moute en nootachtige geur in verschillende kazen, waaronder Gruyère. Deze aldehyde kan verder worden omgezet in 3-methylbutanoic acid of 3-methylbutan-1-ol, afhankelijk van de reactiecondities. Dergelijke moleculen spelen een cruciale rol in de karakteristieke geuren van kazen, waarvan de complexiteit voornamelijk wordt bepaald door de interacties van de verschillende afbraakproducten.

Naast aminozuren bevatten veel kazen ook zwavelhoudende verbindingen die hun geur versterken. Een van de bekendste zwavelhoudende aminozuren is methionine, dat tijdens het afbraakproces door schimmels zoals Geotrichum candidum en Penicillium camemberti wordt omgezet in geurige verbindingen. Methional, een van de bekendste producten, is verantwoordelijk voor de geur van gekookte aardappelen en draagt ook bij aan de geur van kazen zoals Cheddar en Camembert. Methional kan verder worden omgezet in methanethiol, dat op zijn beurt kan worden omgezet in andere zwavelverbindingen die kenmerkend zijn voor de geur van kazen.

Hoewel de productie van geurige moleculen in kaas complex is, wordt het proces in veel gevallen aangestuurd door de activiteit van enzymen die door bacteriën en schimmels worden geproduceerd. Deze enzymen breken grote moleculen af en transformeren ze in kleinere, vluchtige verbindingen die de karakteristieke geur van kaas vormen. Dit proces is het resultaat van duizenden jaren van fermentatie en rijping, waarbij elke kaas zijn eigen specifieke enzymen en microben gebruikt om de unieke geur en smaak te creëren die zo gewaardeerd wordt.

In het geval van brood zijn de processen die de geur en smaak bepalen enigszins anders, maar ook hier spelen enzymen een cruciale rol. Bij de bereiding van brood wordt tarwe gemalen tot bloem, waarna water, zout en gist worden toegevoegd om het deeg te vormen. De gist zorgt voor fermentatie, waarbij kooldioxide (CO2) wordt geproduceerd, wat het deeg doet rijzen. Het belangrijkste eiwit in het deeg is gluten, dat bestaat uit gliadinen en gluteninen. Wanneer water wordt toegevoegd aan de bloem, hydrateert het gluten, wat het deeg zijn karakteristieke structuur geeft. De glutenmoleculen vormen een netwerk dat het CO2-gas vasthoudt, wat belangrijk is voor de textuur van het gebakken brood.

Starch speelt een dubbele rol in dit proces. Het helpt niet alleen de glutenstructuur af te breken, waardoor het deeg zachter wordt, maar het fungeert ook als een bron van suiker tijdens het bakken. Het zetmeel in de bloem, dat bestaat uit amylose en amylopectine, wordt afgebroken door enzymen zoals amylase tot maltose. Maltase, een enzym geproduceerd door de gist, breekt maltose verder af tot glucose, die op zijn beurt dient als brandstof voor de gist en bijdraagt aan de productie van ethanol en kooldioxide.

Tijdens het bakken ondergaan de suikers in het deeg karamelisatie, een chemisch proces waarbij de suiker verbroken wordt en nieuwe smaken en geuren ontstaan. De Maillard-reactie, een chemische reactie tussen suikers en aminozuren, draagt bij aan de bruinachtige kleur en rijke, geroosterde aroma’s die we associëren met een vers gebakken brood. De chemische reacties die plaatsvinden in de oven maken het brood niet alleen smakelijk, maar creëren ook de karakteristieke geur die zo herkenbaar is voor elke bakkerij.

De geurige moleculen die in kaas en brood worden geproduceerd, komen dus voort uit de afbraak van complexe moleculen door enzymen, en deze processen zijn cruciaal voor het creëren van de smaken en geuren die we in deze voedingsmiddelen waarderen. De interactie van microben, enzymen en chemische reacties zorgt ervoor dat er een breed scala aan geurige stoffen ontstaat, wat elke kaas en elk brood zijn eigen unieke karakter geeft.

Wat zijn de belangrijkste bronnen van CH3Cl en wat zijn de gevolgen voor het milieu?

Methaan (b.p. -24°C) heeft een atmosferische concentratie van ongeveer 0,6 delen per miljard (ppb). In 1974-1975 ontdekte de eco-guru James Lovelock CH3Cl in de lucht boven Zuid-Engeland. Wereldwijd wordt er jaarlijks ongeveer 5 miljoen ton CH3Cl uitgestoten, waarvan meer dan 90%, mogelijk tot wel 99%, afkomstig is van natuurlijke bronnen. De concentratie van CH3Cl in de atmosfeer bedraagt ongeveer 0,6 ppb, wat betekent dat het veel meer chloor bijdraagt dan CFC's zoals CF2Cl2. Het grotere reactievermogen van CH3Cl zorgt echter voor een kortere verblijftijd in de atmosfeer (1,4 jaar, in vergelijking met 100 jaar voor CF2Cl2). Vergeleken met CFC's heeft CH3Cl een zeer laag potentieel voor wereldwijde opwarming, maar het wordt afgebroken door UV-straling, waarbij chloorradicalen worden gevormd die ozon afbreken, op een vergelijkbare manier als CFC's.

Ongeveer twintig jaar geleden werd geschat dat chloromethaan verantwoordelijk was voor ongeveer 15% van de ozonafbrekende emissies; dit aandeel zal toenemen naarmate de antropogene emissies van CFC's afnemen. Oorspronkelijk werd aangenomen dat de oceaan de belangrijkste bron van chloromethaan was, maar onderzoek vanaf de jaren negentig heeft aangetoond dat zo’n 90% (of meer) afkomstig is van een reeks terrestrische bronnen. Het wordt aangenomen dat er wereldwijd jaarlijks ongeveer 200.000 blikseminslag- veroorzaakte branden plaatsvinden – biomassa-verbranding, bos- en struikenbranden – die bijdragen aan de uitstoot van chloromethaan. Brandhaarden veroorzaakt door menselijke activiteit dragen veel minder bij. Ook schimmelsoorten die hout afbreken produceren chloromethaan. Zoutmoerassen, mangroven en veenmoerassen zijn belangrijke emissiebronnen van CH3Cl. Een halofytische plant die veel voorkomt in zoutmoerassen, Batis maritima, produceert chloromethaan. Naar schatting stoten tropische planten wereldwijd de helft van het geproduceerde chloromethaan uit. Eén van de reacties die hierbij betrokken is, lijkt pectine te gebruiken, een polysacharide die veel voorkomt in plantencelwanden; dit zou de bron van methylgroepen kunnen zijn, via een SN2-reactie tussen chloride-ionen en een methoxy-groep in pectine.

Chloromethaan is ook gevonden op onverwachte plekken, zij het in kleinere hoeveelheden, zoals vulkanen en de ruimte. De dampen van verschillende vulkaanuitbarstingen, zoals die van Santiaguito in Guatemala in 1969, de uitbarsting van Mount St. Helens in Washington in 1980 en recentelijk die van Etna in Italië, hebben CH3Cl vrijgegeven. Een rapport uit 2017 toonde aan dat chloromethaan de eerste organohalogeenverbinding was die in de ruimte werd gedetecteerd, in de coma van de komeet 67P/Churyumov–Gerasimenko (67P/C-G) en, 400 lichtjaar verwijderd, in verschillende jonge sterclusters. Beide isotoopologes (CH35Cl en CH37Cl) werden in de komeet gevonden.

Hoewel chloromethaan aanzienlijke industriële toepassingen heeft, zoals in de productie van methylchlorosilanen (zoals (CH3)2SiCl2), die belangrijk zijn voor het maken van siliciumpolymeren, en als uitgangsmateriaal voor de synthese van methanethiol (CH3SH) en methylamines ((CH3)NH2, (CH3)2NH en (CH3)3N), is de industriële productie van ongeveer een miljoen ton per jaar goed onder de hoeveelheid die in de natuur wordt geproduceerd. Significant CH3Cl wordt geproduceerd door nucleofiele substitutie (met Cl- uit zeewater) van natuurlijk geproduceerde CH3Br en CH3I. Andere halomethanen, zoals bromomethaan en jodomethaan, komen ook voor in de atmosfeer, maar op veel lagere niveaus. In vergelijking met CH3Cl (ca. 600 ppt), liggen de niveaus van CH3Br en CH3I rond de 9 en 2 ppt, respectievelijk.

De polychloormethanen zijn ook veel minder abundant dan chloromethaan. CHCl3 kan bijvoorbeeld worden gevormd door de afbraak van humuszuren.

Wat betreft pesticiden moeten we beginnen met het zogenaamde ‘olifant in de kamer’. Vergeleken met grote werken uit de literatuur, worden wetenschappelijke boeken vaak minder gelezen en hebben ze minder invloed. Waarschijnlijk het meest beroemde boek met wetenschappelijke inhoud is Charles Darwins magnum opus, ‘On the Origin of Species’ (1859). Een serieuze concurrent moet Rachel Carson’s boek ‘Silent Spring’ zijn, dat in 1962 verscheen, een boek waarin DDT prominent wordt behandeld. Malaria, traditioneel geassocieerd met moerassen en moerassen, heeft veel van de wereld door de geschiedenis heen geteisterd. Pas in 1897–1898 ontdekte de Britse arts Ronald Ross dat de Anopheles-mug betrokken was bij het overdragen van de malaria-parasiet. Quinine werd al eeuwenlang gebruikt, oorspronkelijk in Zuid-Amerika, als zowel behandeling als profylaxe, maar in de vroege 20ste eeuw begonnen insecticiden, zoals pyrethrum-sprays, met beperkt succes.

In 1873 was Othmar Zeidler, een Duitse promovendus van de grote Adolf von Baeyer, de eerste persoon die dichloordifenyltrichloorethaan (DDT) synthetiseerde. Het zou echter pas in 1939 zijn dat de Zwitserse chemicus Paul Müller de insecticidale eigenschappen ontdekte. De Zwitserse regering voerde uitvoerige tests uit en ontdekte dat DDT effectief was tegen de Colorado-aardappelkever, die ernstige schade toebracht aan de Zwitserse aardappeloogst. DDT was ook effectief tegen luizen en andere insecten. Het werkingsmechanisme berust op het verstoren van de zenuwcellen in insecten, waardoor Na+ ionen ongecontroleerd door de cellen stromen, wat leidt tot een ongecontroleerde zenuwactiviteit, waardoor het insect uiteindelijk sterft door uitputting.

Na de Tweede Wereldoorlog werd DDT op grote schaal gebruikt door de geallieerden om epidemieën van tyfus en malaria in Europa te beheersen. Een beroemd voorbeeld is de tyfusepidemie die uitbrak in Napels, Italië, in 1943. Tegen maart 1944 was de epidemie effectief beëindigd door een massale DDT-spuitcampagne. DDT werd wereldwijd gebruikt om malaria te bestrijden, bijvoorbeeld in Sri Lanka, waar het aantal malaria-gevallen drastisch afnam na DDT-toepassing.

Toch leidde de publicatie van ‘Silent Spring’ tot toenemende bezorgdheid over de effecten van DDT op de natuur. Rachel Carson bracht deze zorgen naar voren en waarschuwde tegen het ondoordachte gebruik van pesticiden. In de jaren 1960 en 1970 werd DDT geleidelijk verboden, en sindsdien is het gebruik ervan sterk afgenomen.

De schade die kan worden aangericht door ongecontroleerde pesticidengebruik benadrukt de noodzaak van zorgvuldige afwegingen en beperkingen op het gebruik van dergelijke stoffen in de moderne samenleving.

Hoe De Onzekere Captain Harriman Zijn Plaats In Het Star Trek Universum Vond
Hoe vermijd je bevriezing of verdamping van kennis in creatieve teams?
Wie werd Claude Martine, en waarom bouwde hij een paleis voor Engelse scholing in India?
Hoe veilig te werken met argumenten en enum-varianten in Rust