Строение и свойства

Антоцианы являются гликозидами, содержащими в качестве агликона-антоцианидина гидрокси- и метоксизамещённые соли флавилия (2-фенилхроменилия), у некоторых антоцианов гидроксильные ацетилированы. Углеводная часть связана с агликоном обычно в положении 3, у некоторых антоцианов - в положениях 3 и 5, при этом в роли углеводного остатка могут выступать как моносахариды глюкоза , рамноза , галактоза , так и ди- и трисахариды.

Будучи пирилиевыми солями, антоцианы легко растворимы в воде и полярных растворителях, малорастворимы в спирте и нерастворимы в неполярных растворителях.

Общая структура антоцианов

Строение антоцианов установлено в 1913 немецким биохимиком Р. Вильштеттером , первый химический синтез осуществлен в 1928 английским химиком Р. Робинсоном.

Антоцианы и антоцианидины обычно выделяются из кислых экстрактов растительных тканей при умеренно невысоких значениях pH, в этом случае агликоновая антоцианиновая часть антоциана либо антоцианин существуют в форме флавилиевой соли, в которой электрон гетероциклического атома кислорода участвует в гетероароматической π-системе бензпирилиевого (хроменилиевого) цикла, который и является хромофором , обуславливающем окраску этих соединений - в группе флавоноидов они являются наиболее глубоко окрашенными соединениями с наибольшим сдвигом максимума поглощения в длинноволновую область.

На окраску антоцианидинов влияет число и природа заместителей: гидроксильные группы, несущие свободные электронные пары обуславливают батохромный сдвиг при увеличении их числа. Так, например, пеларгонидин, цианидин и дельфинидин, несущие в 2-фенильном кольце, соответственно, одну, две и три гидроксильные группы, окрашены в оранжевый, красный и пурпурный цвета. Гликозилирование, метилирование или ацилирование гидроксильных групп антоцианидинов приводит к уменьшению или исчезновению батохромного эффекта.

В силу высокой электрофильности хроменилиевого цикла структура и, соответственно, окраска антоцианов и антоцианидинов обуславливается их чувствительностью к pH: в кислой среде (pH < 3) антоцианы (и антоцианидины) существуют в виде пирилиевых солей, при повышении pH до ~4-5 происходит присоединение гидроксид-иона с образованием бесцветного псевдооснования, при дальнейшем повышении pH до ~6-7 происходит отщепление воды с образованием хиноидной формы, которая, в свою очередь, при pH ~7-8 отщепляет протон с образованием фенолята, и, наконец, при pH выше 8 фенолят хиноидной формы гидролизуется с разрывом хроменового цикла и образованием соответствующего халкона:

Зависимость структуры и цвета антоцианов от pH среды: 1. Красная пирилиевая соль; 2. Бесцветное псевдооснование; 3. Синяя хиноидная форма; 4. Пурпурный фенолят хиноидной формы; 5. Жёлтый халкон

Образование комплексов с катионами металлов также влияет на окраску, одновалентный катион К + даёт пурпурные комплексы, двухвалентные Mg 2+ и Ca 2+ - синие, на цвет также может влиять адсорбция на полисахаридах.

Антоцианы гидролизуются до антоцианидинов в 10% соляной кислоте, сами антоцианидины устойчивы при низких значениях pH и разлагаются при высоких.

Биосинтез и функции

Полностью биологические функции пока не выяснены. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение.

Распространение в природе

Антоцианы очень часто определяют цвет лепестков цветков, плодов и осенних листьев. Они обычно придают фиолетовую, синюю, коричневую, красную, оранжевую окраску. Эта окраска нередко зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков - процессах, сопровождающихся закислением клеточного содержимого.

Многие антоцианы достаточно хорошо растворимы, например, при экстракции виноградного сока из кожуры плодов они переходят в красные вина (см. цвет бордо).

К наиболее распространённым антоцианам относятся:

• Цианидин

Цвета осенних листьев

Многие популярные книги неточно указывают на то, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) - просто результат разрушения зелёного хлорофилла , который маскировал уже имевшиеся жёлтые, оранжевые и красные пигменты (каротиноид , ксантофилл и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так, то антоцианы не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов! Именно тогда растения начинают синтезировать антоцианы, вероятно для фотозащиты в процессе перемещения азота.

Применение

Антоцианы рассматривают как вторичные метаболиты . Они разрешены в качестве пищевых добавок (E163 ) .

Богаты антоцианами такие растения, как, например, черника , клюква , малина , ежевика , чёрная смородина , вишня , баклажаны , чёрный рис, виноград Конкорд и мускатный виноград, красная капуста, и некоторые виды перцев, как жгучих, так и т.н. сладких. В медицине широко применяются антоцианы черники (в составе экстракта черники). В жгучих перцах также замечено несколько видов, у которых антоциан присутствует не только в плодах, но и в листьях. Причем, в данном случае, антоциан синтезируется тем больше, чем ярче солнечный свет, падающий на растение. К таким перцам можно отнести Black Pearl (Черная Жемчужина), Pimenta da Neyde и другие. Но в Черной Жемчужине созревший плод полностью лишается антоциана, и плод-ягода краснеет, а у Pimenta da Neyde плод-стручок на солнце всегда остается темным.

Литература

• Чуб В. Для чего нужны антоцианы // Цветоводство . - 2008. - № 6. - С. 22-25.
• Спектрофотометрическое определение (обсуждение методик)

См. также

Антоцианы – пигментные вещества из группы гликозидов. Они находятся в растениях, обусловливая красную, фиолетовую и синюю окраски плодов и листьев.

Строение и свойства

Антоцианы являются гликозидами, содержащими в качестве агликона-антоцианидина гидрокси- и метоксизамещённые соли флавилия (2-фенилхроменилия), у некоторых антоцианов гидроксилы ацетилированы. Углеводная часть связана с агликоном обычно в положении 3, у некоторых антоцианов - в положениях 3 и 5, при этом в роли углеводного остатка могут выступать как моносахариды глюкоза , рамноза , галактоза , так и ди- и трисахариды.

Будучи пирилиевыми солями, антоцианы легко растворимы в воде и полярных растворителях, малорастворимы в спирте и нерастворимы в неполярных растворителях.

Строение антоцианов установлено в 1913 немецким биохимиком Р. Вильштеттером , первый химический синтез антоцианов осуществлен в 1928 английским химиком Р. Робинсоном.

Антоцианы и антоцианидины обычно выделяются из кислых экстрактов растительных тканей при умеренно невысоких значениях pH, в этом случае агликоновая антоцианиновая часть антоциана либо антоцианин существуют в форме флавилиевой соли, в которой электрон гетероциклического атома кислорода участвует в гетероароматической π-системе бензпирилиевого (хроменилиевого) цикла, который и является хромофором , обуславливающем окраску этих соединений - в группе флавоноидов они являются наиболее глубоко окрашенными соединениями с наибольшим сдвигом максимума поглощения в длинноволновую область.

На окраску антоцианидинов влияет число и природа заместителей: гидроксильные группы, несущие свободные электронные пары обуславливают батохромный сдвиг при увеличении их числа. Так, например, пеларгонидин, цианидин и дельфинидин, несущие в 2-фенильном кольце, соответственно, одну, две и три гидроксильные группы, окрашены в оранжевый, красный и пурпурный цвета. Гликозилирование, метилирование или ацилирование гидроксильных групп антоцианидинов приводит к уменьшению или исчезновению батохромного эффекта.

В силу высокой электрофильности хроменилиевого цикла структура и, соответственно, окраска антоцианов и антоцианидинов обуславливается их чувствительностью к pH: в кислой среде (pH < 3) антоцианы (и антоцианидины) существуют в виде пирилиевых солей, при повышении pH до ~4-5 происходит присоединение гидроксид-иона с образованием бесцветного псевдооснования, при дальнейшем повышении pH до ~6-7 происходит отщепление воды с образованием хиноидной формы, которая, в свою очередь, при pH ~7-8 отщепляет протон с образованием фенолята, и, наконец, при pH выше 8 фенолят хиноидной формы гидролизуется с разрывом хроменового цикла и образованием соответствующего халкона :

Образование комплексов с катионами металлов также влияет на окраску, одновалентный катион К + даёт пурпурные комплексы, двухвалентные Mg 2+ и Ca 2+ - синие, на цвет также может влиять адсорбция на полисахаридах.

Антоцианы гидролизуются до антоцианидинов в 10 % соляной кислоте, сами антоцианидины устойчивы при низких значениях pH и разлагаются при высоких.

Биосинтез и функции

Синтезируются данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи глутатионового насоса. Антоцианы обнаружены в специальных везикулах - антоцианопластах, хлоропластах, а также в кристаллическом виде в плазме некоторых видов лука и клеточном соке плодов апельсина.

Общеизвестный факт активации биосинтеза антоцианов у растений в стрессовых условиях ещё не получил глубокого физиолого-биохимического обоснования. Возможно, что антоцианы не несут никакой функциональной нагрузки, а синтезируются как конечный продукт насыщенного флавоноидного пути, получившего вакуолярное ответвление с целью конечного депонирования ненужных растению фенольных соединений. С другой стороны, антоциановая индукция, вызванная определёнными факторами окружающей среды, а также предсказуемость появления антоцианинов из года в год в периоды специфических этапов развития листа, их яркая выраженность в особых экологических нишах, возможно, способствуют адаптации растительных организмов к тем или иным стрессовым условиям.

Распространение в природе

Антоцианы очень часто определяют цвет лепестков цветков, плодов и осенних листьев. Они обычно придают фиолетовую, синюю, розовую, коричневую, красную окраску. Эта окраска зависит от клеточного содержимого.

Раствор антоцианов в кислой среде имеет красный цвет, в нейтральной - сине-фиолетовый, а в щелочной - желто-зеленый.

Окраска, обусловленная антоцианами, может меняться при созревании плодов, отцветании цветков - процессах, сопровождающихся изменением pH клеточного содержимого. Например, бутоны медуницы мягкой имеют розовый оттенок, а цветки - сине-фиолетовый цвет.

Многие антоцианы достаточно хорошо растворимы, например, при экстракции виноградного сока из кожуры плодов они переходят в красные вина (см. цвет бордо).

К наиболее распространённым антоцианам относится Цианидин .

Цвета осенних листьев

Многие популярные книги неточно указывают на то, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) - просто результат разрушения зелёного хлорофилла , который маскировал уже имевшиеся жёлтые, оранжевые и красные пигменты (ксантофилл , каротиноид и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так, то антоцианы не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов. Именно тогда растения начинают синтезировать антоцианы, вероятно для фотозащиты в процессе перемещения азота.

Применение

Антоцианы рассматривают как вторичные метаболиты . Они разрешены в качестве пищевых добавок (E163 ) .

Богаты антоцианами такие растения, как, например, черника , клюква , малина , ежевика , чёрная смородина , вишня , баклажаны , свёкла, чёрный рис, виноград Конкорд и мускатный виноград, красная капуста , и некоторые виды перцев, как жгучих, так и т. н. сладких. В медицине широко применяются антоцианы черники (в составе экстракта черники). В жгучих перцах также замечено несколько видов, у которых антоциан присутствует не только в плодах, но и в листьях. Причем, в данном случае, антоциан синтезируется тем больше, чем ярче солнечный свет, падающий на растение. К таким перцам можно отнести Black Pearl (Черная Жемчужина), Pimenta da Neyde и другие. Но в Чёрной Жемчужине созревший плод полностью лишается антоциана, и плод-ягода краснеет, а у Pimenta da Neyde плод-стручок на солнце всегда остается темным.

Напишите отзыв о статье "Антоцианы"

Литература

• Чуб В. Для чего нужны антоцианы // Цветоводство. - 2008. - № 6 . - С. 22-25 .

Примечания

См. также

Отрывок, характеризующий Антоцианы

Вскоре после святок Николай объявил матери о своей любви к Соне и о твердом решении жениться на ней. Графиня, давно замечавшая то, что происходило между Соней и Николаем, и ожидавшая этого объяснения, молча выслушала его слова и сказала сыну, что он может жениться на ком хочет; но что ни она, ни отец не дадут ему благословения на такой брак. В первый раз Николай почувствовал, что мать недовольна им, что несмотря на всю свою любовь к нему, она не уступит ему. Она, холодно и не глядя на сына, послала за мужем; и, когда он пришел, графиня хотела коротко и холодно в присутствии Николая сообщить ему в чем дело, но не выдержала: заплакала слезами досады и вышла из комнаты. Старый граф стал нерешительно усовещивать Николая и просить его отказаться от своего намерения. Николай отвечал, что он не может изменить своему слову, и отец, вздохнув и очевидно смущенный, весьма скоро перервал свою речь и пошел к графине. При всех столкновениях с сыном, графа не оставляло сознание своей виноватости перед ним за расстройство дел, и потому он не мог сердиться на сына за отказ жениться на богатой невесте и за выбор бесприданной Сони, – он только при этом случае живее вспоминал то, что, ежели бы дела не были расстроены, нельзя было для Николая желать лучшей жены, чем Соня; и что виновен в расстройстве дел только один он с своим Митенькой и с своими непреодолимыми привычками.
Отец с матерью больше не говорили об этом деле с сыном; но несколько дней после этого, графиня позвала к себе Соню и с жестокостью, которой не ожидали ни та, ни другая, графиня упрекала племянницу в заманивании сына и в неблагодарности. Соня, молча с опущенными глазами, слушала жестокие слова графини и не понимала, чего от нее требуют. Она всем готова была пожертвовать для своих благодетелей. Мысль о самопожертвовании была любимой ее мыслью; но в этом случае она не могла понять, кому и чем ей надо жертвовать. Она не могла не любить графиню и всю семью Ростовых, но и не могла не любить Николая и не знать, что его счастие зависело от этой любви. Она была молчалива и грустна, и не отвечала. Николай не мог, как ему казалось, перенести долее этого положения и пошел объясниться с матерью. Николай то умолял мать простить его и Соню и согласиться на их брак, то угрожал матери тем, что, ежели Соню будут преследовать, то он сейчас же женится на ней тайно.
Графиня с холодностью, которой никогда не видал сын, отвечала ему, что он совершеннолетний, что князь Андрей женится без согласия отца, и что он может то же сделать, но что никогда она не признает эту интригантку своей дочерью.
Взорванный словом интригантка, Николай, возвысив голос, сказал матери, что он никогда не думал, чтобы она заставляла его продавать свои чувства, и что ежели это так, то он последний раз говорит… Но он не успел сказать того решительного слова, которого, судя по выражению его лица, с ужасом ждала мать и которое может быть навсегда бы осталось жестоким воспоминанием между ними. Он не успел договорить, потому что Наташа с бледным и серьезным лицом вошла в комнату от двери, у которой она подслушивала.
– Николинька, ты говоришь пустяки, замолчи, замолчи! Я тебе говорю, замолчи!.. – почти кричала она, чтобы заглушить его голос.
– Мама, голубчик, это совсем не оттого… душечка моя, бедная, – обращалась она к матери, которая, чувствуя себя на краю разрыва, с ужасом смотрела на сына, но, вследствие упрямства и увлечения борьбы, не хотела и не могла сдаться.
– Николинька, я тебе растолкую, ты уйди – вы послушайте, мама голубушка, – говорила она матери.
Слова ее были бессмысленны; но они достигли того результата, к которому она стремилась.
Графиня тяжело захлипав спрятала лицо на груди дочери, а Николай встал, схватился за голову и вышел из комнаты.
Наташа взялась за дело примирения и довела его до того, что Николай получил обещание от матери в том, что Соню не будут притеснять, и сам дал обещание, что он ничего не предпримет тайно от родителей.
С твердым намерением, устроив в полку свои дела, выйти в отставку, приехать и жениться на Соне, Николай, грустный и серьезный, в разладе с родными, но как ему казалось, страстно влюбленный, в начале января уехал в полк.
После отъезда Николая в доме Ростовых стало грустнее чем когда нибудь. Графиня от душевного расстройства сделалась больна.
Соня была печальна и от разлуки с Николаем и еще более от того враждебного тона, с которым не могла не обращаться с ней графиня. Граф более чем когда нибудь был озабочен дурным положением дел, требовавших каких нибудь решительных мер. Необходимо было продать московский дом и подмосковную, а для продажи дома нужно было ехать в Москву. Но здоровье графини заставляло со дня на день откладывать отъезд.
Наташа, легко и даже весело переносившая первое время разлуки с своим женихом, теперь с каждым днем становилась взволнованнее и нетерпеливее. Мысль о том, что так, даром, ни для кого пропадает ее лучшее время, которое бы она употребила на любовь к нему, неотступно мучила ее. Письма его большей частью сердили ее. Ей оскорбительно было думать, что тогда как она живет только мыслью о нем, он живет настоящею жизнью, видит новые места, новых людей, которые для него интересны. Чем занимательнее были его письма, тем ей было досаднее. Ее же письма к нему не только не доставляли ей утешения, но представлялись скучной и фальшивой обязанностью. Она не умела писать, потому что не могла постигнуть возможности выразить в письме правдиво хоть одну тысячную долю того, что она привыкла выражать голосом, улыбкой и взглядом. Она писала ему классически однообразные, сухие письма, которым сама не приписывала никакого значения и в которых, по брульонам, графиня поправляла ей орфографические ошибки.
Здоровье графини все не поправлялось; но откладывать поездку в Москву уже не было возможности. Нужно было делать приданое, нужно было продать дом, и притом князя Андрея ждали сперва в Москву, где в эту зиму жил князь Николай Андреич, и Наташа была уверена, что он уже приехал.
Графиня осталась в деревне, а граф, взяв с собой Соню и Наташу, в конце января поехал в Москву.

Пьер после сватовства князя Андрея и Наташи, без всякой очевидной причины, вдруг почувствовал невозможность продолжать прежнюю жизнь. Как ни твердо он был убежден в истинах, открытых ему его благодетелем, как ни радостно ему было то первое время увлечения внутренней работой самосовершенствования, которой он предался с таким жаром, после помолвки князя Андрея с Наташей и после смерти Иосифа Алексеевича, о которой он получил известие почти в то же время, – вся прелесть этой прежней жизни вдруг пропала для него. Остался один остов жизни: его дом с блестящею женой, пользовавшеюся теперь милостями одного важного лица, знакомство со всем Петербургом и служба с скучными формальностями. И эта прежняя жизнь вдруг с неожиданной мерзостью представилась Пьеру. Он перестал писать свой дневник, избегал общества братьев, стал опять ездить в клуб, стал опять много пить, опять сблизился с холостыми компаниями и начал вести такую жизнь, что графиня Елена Васильевна сочла нужным сделать ему строгое замечание. Пьер почувствовав, что она была права, и чтобы не компрометировать свою жену, уехал в Москву.
В Москве, как только он въехал в свой огромный дом с засохшими и засыхающими княжнами, с громадной дворней, как только он увидал – проехав по городу – эту Иверскую часовню с бесчисленными огнями свеч перед золотыми ризами, эту Кремлевскую площадь с незаезженным снегом, этих извозчиков и лачужки Сивцева Вражка, увидал стариков московских, ничего не желающих и никуда не спеша доживающих свой век, увидал старушек, московских барынь, московские балы и Московский Английский клуб, – он почувствовал себя дома, в тихом пристанище. Ему стало в Москве покойно, тепло, привычно и грязно, как в старом халате.

Антоцианы - красящие вещества в клетках растений

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются и антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок - фиолетовый, незабудок - небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов - красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов - розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде - фиолетовый, а в щелочной - синий.

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие - пурпуровой окраски и уже отцветающие - синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие "возрастные" явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки. Но только ли окраска венчика при этом служит для них ориентиром?

Разнообразие окраски цветков зависит от числа гидроксильных групп в молекулах антоцианов: с их увеличением окраска становится более синей (из-за наличия дельфинидина). При метилировании гидроксилов образуется пигмент мальвидин, придающий лепесткам красный цвет. Расцветка венчиков обусловливается и соединениями антоцианов с ионами различных металлов. Так, например, соли магния и кальция способствуют преобладанию синей окраски, а соли калия - пурпурной. Определенное разнообразие оттенков вносит и дополнительное присутствие желтых пигментов (халконов, флавонолов, флавонов, ауронов и т. п.).

Естественные красители содержатся не только в цветках, но и в других частях растений, играя многостороннюю роль. Взять хотя бы не бросающуюся в глаза окраску клубней картофеля. У клубней картофеля различная окраска кожуры, глазков, проростков и мякоти также зависит от содержания в них фенольных соединений, иначе называемых биофлавоноидами. Они имеют разнообразную гамму красок: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Картофель с черной окраской кожуры клубней растет на его родине на острове Чилоэ. Различная окраска картофельной кожуры и мякоти зависит от содержащихся в них следующих биофлавоноидов: белая - от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая - от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая - от антоцианов. Группа антоцианов наиболее многочисленна, насчитывает около 10 видов. В нее входят и дающие пурпурный и розовый цвета пионидин, пеларгонидин и мальвидин, и окрашивающие в синий цвет цианидин и дельфинидин, и бесцветный пигмент петунидин. Установлено, что окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира, каротиноидов, рибофлавина и комплекса флавоноидов.

За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от состояния погоды , интенсивности освещения, реакции почвенной среды, применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При выращивании картофеля на торфяных почвах, например, клубни часто имеют синеватый оттенок, при внесении фосфорного удобрения они бывают белыми, сульфат калия может придать им розовый цвет. Окраска клубней нередко меняется и под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.

Сказочная осенняя окраска листьев с оранжевыми, красно-бурыми и красными оттенками тоже зависит от содержания в их клеточном соке антоцианов. Наиболее активному процессу их образования в этот период способствуют понижение температуры, яркое освещение и задержка по этим причинам в листве питательных веществ, особенно сахаров.

Искусственно ускорить образование антоцианов в листьях калины обыкновенной, черемухи обыкновенной, осины, бересклета бородавчатого или клена платановидного можно следующим путем. Весной на одной из их ветвей посередине ее длины снимают кольцо коры шириной в 2-2,5 см. Это приведет к усиленному накоплению углеводов в изолированной верхней части ветви и вызовет здесь более раннее и интенсивное покраснение листьев, чем ниже кольца или на неповрежденных ветвях.

Полагаем, что если уважаемый читатель пожелает повторить этот опыт, то постарается выполнить его с надлежащей аккуратностью и бережным отношением к живому дереву - нашему верному другу.

Антоцианы в клетках растений выполняют не только роль вещества, придающего их тканям яркую привлекательную окраску. Оказывается, что эти пигменты, появляющиеся в листьях и стеблях при воздействии пониженных температур, в ранневесенний и осенний периоды служат своего рода "ловушкой" солнечных лучей, избирательно работающим фильтром. В молодых побегах и листьях бузины красной, пырея ползучего, ржи озимой, лисохвоста лугового, мятлика лугового и некоторых других растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода.

Наблюдения свидетельствуют также о том, что фиолетовая окраска семян, листьев и стеблей у растений является индикатором на содержание в них легкоферментируемых углеводов - сахарозы, фруктозы и глюкозы, в значительной степени обусловливающих холодостойкость растений. По этому характерному показателю (тесту) в перспективе можно будет оперативно вести предварительный отбор на морозоустойчивость и повышенное содержание сахаров, что особенно необходимо при выведении новых сортов многолетних кормовых трав.

В листьях липы мелколистной, березы повислой, вяза шершавого вместо антоцианов в основном содержатся каротиноиды (каротины и ксантофиллы). В этом случае перед листопадом после разрушения хлорофилла листья приобретают золотисто-желтую окраску.

Следовательно, багряные оттенки, в которые окрашиваются многие наши деревья перед листопадом, не играют какой-либо особой физиологической роли, а являются лишь показателем затухания процесса фотосинтеза, предвестником наступления периода зимнего покоя растений.

Откуда же осенью появляются антоциан и ксантофилл? Оказывается, что в зеленых листьях деревьев с самого начала их жизни одновременно содержатся и хлорофилл, и антоциан (или ксантофилл). Однако антоциан и ксантофилл имеют менее интенсивную плотность окраски, поэтому они становятся заметными только после того, как под воздействием определенных условий окружающей среды произойдет разрушение зерен хлорофилла. В ноябре - декабре, когда образование хлорофилла сдерживается недостатком солнечного света и его неполным спектром, у комнатных роз молодые побеги и распускающиеся листья имеют ярко-красный цвет. При ярком солнечном освещении они сразу стали бы зелеными.

У некоторых растений изменение зеленой окраски листьев на красную носит обратимый характер. Наглядным примером этого является поведение многих видов алоэ , культивируемых в комнатных условиях. Зимой и ранней весной, пока солнечный свет еще сравнительно слаб, они окрашены в зеленый цвет. Но если эти растения в июне или июле выставить на яркое солнечное освещение, их листья станут красно-бурыми. Перенесение же растений в затененное место снова обеспечит быстрое возвращение листьям зеленой окраски.

Желтая окраска цветков происходит от содержащихся в них флавонов (каротина, ксантофилла и антохлора), которые в соединении со щелочами дают довольно широкий спектр оттенков от ярко-оранжевого до бледно-желтого.

Среди многообразия красок в растительном мире довольно значительное место занимает белый цвет. Но для того чтобы его создать, обычно не нужно никакого красящего вещества. Он обусловлен наличием воздуха в межклеточных пространствах растительных тканей, который полностью отражает свет, благодаря чему лепестки цветка кажутся белыми. Это можно наблюдать на примере цветущих растений нивяника обыкновенного, кувшинки белой, ландыша майского и др. За счет плотного опушения белую окраску имеют и растения эдельвейса альпийского, сушеницы топяной, жабника полевого, мать-и-мачехи. Содержащийся в омертвевших волосках воздух также в результате отражения света делает их опушенную поверхность белой. А белая окраска березовой коры, придающая в любое время года стволам березы нарядный вид, обусловливается наполняющими клетки перидермы снежно-белыми нитевидными кристаллами бетулина ("березовой камфоры").

XV городская конференция

«Юность Архангельска»

Направление – Химия

Растительные пигменты антоцианы как индикаторы

Работу выполнила: ученица ГБНОУ АО «Университетская Ломоносовская гимназия» 1ОВ класса Сидоренко Ангелина Игоревна

Научный руководитель: Захарова Ирина Германовна, учитель химии

Архангельск 2015

Оглавление

Введение. Актуальность. Цели. Задачи.______________________________________ 3

Основная часть.

2.1. Обзор источников информации

2.1.1. Понятие пигментов. Антоцианы.____________________________________ 3

История изучения антоцианов._____________________________________ 4

Особенности строения антоцианов. _________________________________ 4

Содержание антоцианов в природных объектах. _______________________ 5

Полезные свойства ________________________________________________ 5

3. Экспериментальная часть.

3.1. Выделение антоцианов и изучение их индикаторных свойств. _________________ 6

Заключение_______________________________________________________________ 8

Библиография_____________________________________________________________ 8

Приложение ______________________________________________________________9

Введение.

В 21 веке наука очень быстро развивается. Мир на пороге новых открытий. Сейчас одно из самых актуальных направлений химических и биологических исследований - это изучение пигментов растений, в частности антоцианов. Поэтому моя работа достаточно актуальна. Не удивительно! Ведь нас окружает множество разнообразных химических соединений в качестве растворов бытовой химии. И многие из них требуют аккуратного, грамотного обращения. Для этого, немаловажно, знать водородный показатель этих веществ. А его измеряют с помощью различных индикаторов, в том числе растительных пигментов.

Сегодня учеными изучены такие растительные пигменты, как флавоноиды, каротиноиды и беталаины. Всем известны каротиноиды моркови, а к беталаинам относятся, например, пигменты свеклы. Группа флавоноидных соединений вносит наибольший вклад в разнообразие оттенков цветов у растений. К данной группе относятся желтые ауроны, халконы и флавонолы, а также главные герои этой исследовательской работы - антоцианы, которые окрашивают растения в розовые, красные, оранжевые, алые, пурпурные, голубые, темно-синие цвета. Кстати, антоцианы не только красивы, но и очень полезны для человека: как выяснилось в ходе их изучения, это биологически активные молекулы. Несмотря на обилие научных работ, антоцианы еще остаются малоизученными.

В своей работе я использовала вытяжки с антоцианами, полученные из сока северных ягод ирги с нашего дачного участка и черники, а также краснокочанной капусты.

Цель : изучить возможность использования антоцианов в качестве веществ с индикаторными свойствами.

Задачи : Выяснить, что такое антоцианы, где встречаются, отчего изменяется их окраска. Изучить их индикаторные свойства, а также пользу для организма человека. Найти применение полученных знаний в быту.

Объект : растительные пигменты - антоцианы.

Предмет : свойства, строение и значение антоцианов

Основная часть

Обзор источников информации

Понятие пигментов. Биологические пигменты (биохромы) - окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ. Это звено, связывающее световые условия окружающей среды и обмен веществ организма. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света. Изменение цвета растительных пигментов в различных условиях можно использовать в аналитической химии. Такие вещества - индикаторы хорошо известны в химии. Изучение растительных индикаторов - одно из популярных направлений химических исследований в настоящее время. Несмотря на наличие большого количества научных работ, данная проблема ещё до конца не изучена. Интересную информацию химики получают при исследовании растений.

Антоцианы. Антоциан (от греч, «антос» - цветок, «цианос» - голубой), впервые был выделен из цветка василька синего. Их открытие было связано с одной из самых интересных и красивых историй в науке - историей изучения цвета у растений. Группа антоцианов довольно многочисленна. В отличие от хлорофилла, они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов, Поэтому, антоцианы легко извлечь из любых

синих или красных частей растения. Растительные пигменты антоцианы сыграли важную роль в открытии законов Г. Менделя, мобильных генетических элементов, РНК - интерференции - все эти открытия были сделаны благодаря наблюдениям за окраской растений. На сегодняшний день биохимическая природа антоцианов, их биосинтез и его регуляция достаточно подробно исследованы. Эти знания имеют и прикладное значение. Полученные данные позволяют создавать необычно окрашенные сорта декоративных растений и сельскохозяйственных культур . В последнее время в российских и зарубежных СМИ часто появляются сообщения о чудо - фруктах, чудо - овощах и чудо - цветах с необычной окраской, которая или не встречается у данных видов растений, или встречается, но очень редко. Фурор среди российской общественности недавно произвела новость о новом сорте картофеля «Чудесник» с фиолетовой окраской мякоти, созданном селекционерами из «Уральского научно-исследовательского института сельского хозяйства». В числе овощей с непривычной для нас фиолетовой окраской можно также упомянуть капусту, перец, морковь, цветную капусту. Заметим, что все допущенные к выращиванию в коммерческих целях сорта фиолетовых овощей, фруктов и злаков были созданы в ходе селекционной работы, это не генномодифицированные сорта. Еще один пример - голубая роза, мечта не одного поколения селекционеров и садоводов. До 2004 года синие бутоны у розы можно было получить лишь с помощью химических красителей, например, индиго, которые впрыскивали в корни белой розы. В 2004 году методами генетической инженерии впервые в мире была получена настоящая голубая роза. [ 6]

Эти и другие смелые манипуляции с окраской, которые пресса называет «чудесами», стали возможными благодаря всестороннему исследованию природы антоциановой пигментации и генетической составляющей биосинтеза антоциановых соединений.

Итак, антоцианы - растительные пигменты, которые могут присутствовать у растений как в генеративных органах (цветках, пыльце), так и в вегетативных (стеблях, листьях, корнях), а также в плодах и семенах. Они содержатся в клетке постоянно, либо появляются на определенной стадии развития растений или под действием стресса. Последнее обстоятельство навело ученых на мысль, что антоцианы нужны не только для того, чтобы яркой окраской привлекать насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы с различными типами стрессов.

История изучения. В 1913-1915 годах немецкий биохимик Рихард Вилыптеттер и его швейцарский коллега Артур Штоль опубликовали серию работ, посвященных антоцианам. Из цветков различных растений они выделили индивидуальные пигменты и описали их химическое строение.

Оказалось, что антоцианы в клетках находятся преимущественно в виде гликозидов. «За исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла» в 1915 году Рихард Вилыптеттер был удостоен Нобелевской премии по химии. [ т]

А в Древней Руси, с помощью растений, красили яйца перед пасхой в различные цвета. Вот, например, синего или красного цвета можно было добиться при помощи фиолетовых растений, содержащих антоцианы. Чтобы добиться синего оттенка необходимо было добавлять золу, обеспечивающую раствору щелочность. А красный цвет яиц получался при добавлении каких-либо окрашенных кислых ягод.

Как я уже сказала ранее - разная окраска антоцианов зависит от того, с каким ионом образован комплекс органического красящего вещества. Так, пурпурно-красная окраска получается, если в состав комплекса входит ион калия, синий цвет придают магний и кальций. Свойства антоцианов проявлять свой цвет зависят от кислотности среды: чем она ниже, тем более красный цвет получается. Чтобы в условиях лаборатории различить виды антоцианов, используют хроматографию на бумаге или ИК-спектроскопию. Количество антоцианов в том или ином продукте зависит от особенностей климата и энергии фотосинтеза растения. К примеру, в винограде на скорость образования этих веществ влияет продолжительность и интенсивность освещения его листвы. В разных сортах винограда содержится различный набор антоцианов, что обусловлено месторождением и сортом растения. Высокая температура влияет на цвет красного виноградного вина, усиливая цвет. Кроме того, термическая обработка способствует длительному сохранению антоцианов в вине.

Содержание антоцианов в природных объектах. Антоцианы могут содержаться в небольших количествах в разных растениях (в горохе, грушах, картофеле), но больше всего их в кожице ягод и плодов с темно-фиолетовой окраской. Ежевика - лидер по содержанию этого пигмента среди всех ягод. Но и наши северные ягодные растения такие, как черника, ирга, клюква, голубика, содержат достаточно много антоцианов. Также в краснокочанной капусте содержится большое количество антоцианов. Можно сказать, что она является лидером среди овощей по содержанию этого пигмента. Именно поэтому я использовала краснокочанную капусту, чернику и иргу. Содержание антоцианов больше в кислых и темных сортах вишни, чем в сладких и красных. Много антоцианов в кожице винограда и в красном вине, получаемом из него. Белое вино производят из винограда без кожицы, поэтому оно менее богато этими пигментами. Содержание антоцианов определяет цвет виноградного вина и виноградного сока. Исследования показали, что бананы, хотя и не имеют темно-фиолетовой окраски, тоже являются богатым источником антоцианов.

Полезные свойства антоцианов. Антоцианы не могут образовываться в организме человека, поэтому должны поступать с пищей. В сутки здоровому человеку необходимо не менее 200 мг этих веществ, а в случае болезни - не менее 300 мг. Они не способны накапливаться в организме, поэтому быстро выводятся из него. Антоцианы оказывают бактерицидное действие - они могут уничтожать различные виды вредоносных бактерий. Впервые этот эффект использовали при изготовлении красного виноградного вина, которое не портилось при длительном хранении. Теперь антоцианы используются в комплексной борьбе с простудными заболеваниями, они помогают иммунной системе справляться с инфекцией. По биологическим эффектам антоцианы похожи на витамин Р. Так, известно о свойстве антоцианов укреплять стенки капилляров и оказывать противоотечное действие. Полезные свойства антоцианов используются в медицине при производстве различных биологических добавок, особенно для применения в офтальмологии. Ученые обнаружили, что антоцианы хорошо накапливаются в тканях сетчатки. Они укрепляют ее сосуды, уменьшают ломкость капилляров. Антоцианы улучшают строение волокон и клеток соединительной ткани, восстанавливают отток внутриглазной жидкости и давление в глазном яблоке, что используют при лечении глаукомы. Антоцианы являются сильными антиоксидантами - они связывают свободные радикалы кислорода и препятствуют повреждению мембран клеток. Это тоже положительно сказывается на здоровье органа зрения. Люди, регулярно употребляющие в пищу богатые антоцианами продукты, имеют острое зрение. Также их глаза хорошо переносят высокую нагрузку и легко справляются с утомляемостью.

Выводы: Проанализировав литературу я выяснила, что антоцианы - растительные биологические пигменты, обладающие комплексом полезных для человека свойств: индикаторными, антиоксидантными, бактерицидными. Особенности этих веществ важно знать, чтобы сохранить своё здоровье, а индикаторные свойства помогут в обращении с бытовой химией.

Экспериментальная часть .

Первые опыты по изучению антоциановых соединений и их химической природы провел известный английский химик Роберт Бойль. Еще в 1664 году он впервые обнаружил, что под действием кислот синий цвет лепестков василька изменяется на красный, под действием же щелочи лепестки зеленеют. Я заинтересовалась этим фактом и решила провести исследование.

Исследование включало в себя:

Выделение антоциана из сока краснокочанной капусты, черники и ирги.

Изучение изменения цвета выделенного антоциана от рН среды раствора.

Создание шкалы изменения цвета.

Изготовление индикаторной бумаги.

5.Измерение рН среды средств бытовой химии и продуктов питания человека.

Методика выполнения экспериментальной части.

Приборы и материалы:

Краснокочанная капуста, ягоды черники, ягоды ирги, вода, речной песок, соли и кислоты, чистые пробирки, ступка с пестиком, фильтровальная бумага, универсальный индикатор.

Исследование № 1

Ход работы:

1 . Чтобы извлечь антоцианы из растения, я сначала мелко натёрла листья краснокочанной капусты на терке.

2. Затем растерла полученную кашицу в ступке с небольшим количеством речного песка.

3. После этого в полученную смесь я добавила небольшое количество воды и
отфильтровала в чистую пробирку. Получила вытяжку, содержащую антоцианы.

Затем из школьной лаборатории я выбрала несколько солей и кислот. А именно: НС1, А1С1з, М gS 0 4 , К CNS , Na 2 СОз. Приготовила 1М растворы и измерила рН среды с помощью универсального индикатора.

5.После этого, к растворам я добавила по капле вытяжку. Наблюдалось изменение цвета антоцианов в исследуемых растворах c разной величиной pH .

Результаты эксперимента оформлены в таблицу:

НС1

А1С1з

К CNS

М gS 0 4

Na 2 СОз

рН

Цвет

(фото см. в приложении) Исследование № 2

Антоцианом, полученным из черники, были пропитаны фильтровальные бумажки, после этого с их помощью я измерила кислотность среды у средств бытовой химии. Результаты опыта помещены в таблицу:

рН

«Санокс» средство для чистки

« Dosi а» порошок стиральный

« Gillett е» пена для бритья

«Ворсинка» кондиционер для белья

«Пемос» порошок стиральный

« Sorti » жидкость для мытья посуды

Таблица. Измерение рН среды средств бытовой химии.

Исследование №3.

С помощью антоцианов, выделенных из ирги, я исследовала рН среды продуктов питания:

рН

Название

рН

Уксус

Арбуз

Сок лимона

Чай зеленый

Черника

Масло

Горчица

Авокадо

Кетчуп томатный

Молоко

Мед

Желток яйца

Таблица. Измерение рН среды продуктов питания.

Заключение.

В ходе выполнения исследовательской работы мною было выяснено:

1. Антоцианы - разновидность биохромов. Чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов, поэтому, антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. При всем их огромном многообразии антоциановые соединения - производные лишь шести основных антоцианидинов, которые отличаются боковыми радикалами в формуле молекул.

2. Антоцианы являются растительными индикаторами. Соединения антоциана с кислотами имеют розовый или красный цвет; соединения со щелочами - синий, а в нейтральной среде они фиолетовые.

3. Антоцианы очень полезны для человека, но они не могут самостоятельно синтезироваться в организме, поэтому они должны поступать с пищей. Например, с фруктами и ягодами (вишня, ирга, виноград, бананы) и овощами (краснокочанная капуста, горох, картофель).

4.П ри приготовлении блюд из растений, содержащих антоцианы, необходимо учитывать их индикаторные свойства. Так, если не добавить уксус или сок лимона при тушении краснокочанной капусты, то блюдо получится фантастического сине-фиолетового цвета, что понравится не всем потребителям.

При измерении рН продуктов питания оказалось, что большинство из них имеют кислую реакцию среды.

Библиография.

Начала современного естествознания. Тезаурус. - Ростов-на-Дону. В.Н Савченко, В.П. Смагин. 2006

Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. - Москва: Мир, 1986. - 422 с

Карабанов И.А. Флавоноиды в мире растений. - Минск: Ураджай, 1981.

Коровкин Олег Алексеевич - Книга: "Анатомия и морфология высших растений". Приложение.

Приложение 1. Василек синий



Приложение 2. Голубая роза.



Приложение 3. Краснокочанная капуста.

Приложение 4. Ирга.



Приложение 6. Вытяжка антоциана из краснокочанной капусты.



Приложение 7. Изменение цвета индикатора.

Выполняемые функции

краситель

Законность использования

Украина

ЕС

Россия

Что такое пищевая добавка Е163 – антоциан?

Пищевая добавка Е163 является растительным красителем, принадлежащим к группе антоцианов. Вещества, входящие в данную группу – это пигменты различных оттенков, содержащиеся в вакуолях растений. Название антоцианов в переводе с греческого означает «синий цветок».

В естественных условиях антоцианы служат для привлечения опыляющих насекомых, придавая яркий цвет растениям и цветам, а также для их защиты от ультрафиолета и повышенной солнечной активности.

В больших количествах они содержатся в красном и темном винограде, бузине, чернике, малине, клюкве и некоторых других плодах растений.

Цвет этих пигментов определяется кислотностью среды и может быть красным, фиолетовым или синим.

Молекулярный состав антоцианов был установлен в 1913 году химиком-биологом Вильштеттером, впервые синтезирован в 1928 году англичанином Робинсоном.

Пищевой краситель E163 содержит флавоноиды (гликозиды), у него полностью отсутствуют вкус и запах.

В пищевой промышленности добавку Е163 получают из черной моркови, винограда, красной капусты, смородины.

Антоциан, Е163 – влияние на организм, вред или польза?

Исследования свойств антоцианов ведутся постоянно, показывая обнадеживающие результаты. Например, проведенные в США эксперименты выявили способность этой группы веществ к сокращению риска онкологических заболеваний пищевода и толстой кишки.

Испытания пищевого красителя Е163 на людях проводятся с 2007 года, и установлено, что для достижения лечебного эффекта необходима сублимированная сушка ягод и плодов, так как в свежих концентрация полезных антиоксидантов слишком низкая.

Антоцианы обладают способностью защищать человеческий организм от токсинов и свободных радикалов, противостоят ультрафиолетовому излучению и служат профилактическим средством от возникновения злокачественных новообразований.

Пищевая добавка Е163 используется в комплексной терапии для лечения неврологических заболеваний, глазных недугов, в частности, глаукомы и катаракты, некоторых бактериальных инфекций. С ее помощью возможно избежать диабета или минимизировать его последствия.

Организм реагирует на нехватку антиоксидантов следующими симптомами: нервозностью, депрессивным состоянием, частыми простудными заболеваниями, общим упадком сил.

Для восполнения запаса жизненных сил и хорошего самочувствия диетологами настоятельно рекомендуется регулярное употребление богатых антоцианами продуктов. К сожалению, это не всегда возможно, поэтому при наличии в составе продукта добавки Е163, не бойтесь его покупать. Исключение составляет только индивидуальная непереносимость.

Пищевая добавка антоциан – применение в продуктах питания

Применяют данную добавку для окраски кондитерских изделий, вина, различных соусов и безалкогольных напитков. Для подкрашивания молочных продуктов применение Е163 ограничено из-за взаимодействия с их кислотностью, в данной среде краситель становится синим вместо красного.

Широко применяются антоцианы в фармакологии и косметике для окрашивания витаминных комплексов, в качестве общеукрепляющих препаратов с антиоксидантами в составе. Современные косметические продукты содержат антоцианы для поддержания эластичности и молодости кожи. Также данное вещество используется в биологически активных комплексах – БАДах.