Антоцианы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                            4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР                                                                 6

1.1.           Антоцианы как представители класса флавоноидов                               6

1.2.           Основные типы антоцианов и их производные                                       8

1.2.1.     Основные типы антоцианов                                                                       8

1.2.2.     Природные источники антоцианов                                                           9

1.2.3.     Количественное содержание антоцианов                                                10

1.3.           Химические и физические свойства антоцианов                                    12

1.3.1.     Реакции антоцианов                                                                                   12

1.3.2.     Окисление и восстановление антоцианов                                                15

1.3.3.     Получение антоциановых пищевых красителей                                     16

1.3.4.     Антоцианы как индикаторы                                                                      18

1.4.           Устойчивость антоциановых красящих веществ                                    21

1.4.1.     Условия разрушения антоцианов                                                              22

1.4.2.     Влияние антоцианов на внешний вид продуктов и коррозию               24

1.5.           Аналитические методы получения, идентификации и количественного определения антоцианов                                                                            27

1.6.           Определение антиоксидантной активности                                             41

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ                                                   44

2.1. Получение и идентификация антоциановых красителей                           44

2.1.1.     Водно-спиртовая экстракция с дальнейшей сорбцией на тальке          44

2.1.2.     Очистка в двухфазной системе                                                                  44

2.1.3.     Разделение колоночной хроматографией                                                 45

2.1.4.     Синтетический метод получения антоцианов конверсией из рутина и кверцетина                                                                                                   46

2.2.           Модификация антоциановых красителей                                                 47

2.2.1.     Реакция с β - кетоглутаровой кислотой в растительном сырье              47

2.2.2.     Реакция ацилирования хлорангидридом галловой кислоты                   49

2.2.3.     Реакция антоцианидина с янтарным ангидридом                                    50

2.2.4.     Реакция антоцианидина с малеиновым ангидридом                               50

2.2.5.     Реакция антоцианидина с ацетоном                                                          50

2.3.           Определение свойств антоцианов                                                             50

2.3.1.     Методика определения антиоксидантной активности                            50

2.3.2.     Тонкослойная хроматография                                                                    51

2.3.3.     Изменение окраски в зависимости от Рн                                                  52

2.3.4.     Биотестирование по гибели ракообразных Artemia salina                      52

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ                                                      55

ВЫВОДЫ                                                                                                               70

ЛИТЕРАТУРА                                                                                                       71

ВВЕДЕНИЕ

В связи с возрастающими потребностями пищевой промышленности и развитием химии красящих веществ требуется расширение ассортимента природных источников для выделения и модификации этой группы соединений. Известные в качестве колоранта Е163 природные антоцианы широко применяются в различных отраслях пищевой и косметической промышленности. В качестве источников обычно используют виды дикорастущих или культивируемых растений тропических и субтропических широт, однако потенциал местного растительного сырья в качестве источников красителей еще не вполне оценен. Антоциановые препараты из растений местного происхождения, к которым можно отнести ягоды черники Vaccínium myrtíllus L., черной смородины Ribes nigrum L. и цветки василька синего Centaurea cyanus L. находят применение также в качестве лекаственных препаратов и биологически активных добавок. Выявлено значительное содержание и доступность антоцианов в древесине некоторых хвойных деревьев. Являясь пирилиевыми солями, антоцианы относятся к красителям, легко изменяющим оттенок и интенсивность окраски в зависимости от кислотности среды и наличия комплексообразующих катионов.

Применение данных красителей в молочной и мясной промышленности ограничено в силу фазовых изменений окраски антоцианов при контакте с мясным и молочным сырьем, которому свойственна нестабильность рН и высокая реакционоспособность. Кроме того, ограничение в применении антоцианов связано с их низкой термостойкостью, что требует применения дополнительных химических стабилизаторов.

Несмотря на явный для технологичных красителей недостаток эти представители флавоноидов находят широкое применение вследствие низкой токсичности для живых организмов и проявления выраженной фармакологической активности. При сохранении и усилении последних названных качеств и химической стабилизации структур суммарные антоциановые экстракты могут успешно конкурировать с искусственными красителями и не иметь присущие им негативные свойства.

Целью представленной работы является выделение антоциановых веществ из растительного сырья, получение полусинтетичеких красителей, их химическая модификация с целью стабилизации химической структуры и изучение свойств полученных продуктов.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Природные антоциановые красители и их значение в современной промышленности и медицине

1.1 Антоцианы как представители класса флавоноидов

АНТОЦИАНЫ (от греч. anthos-цвет, окраска и kyanos - лазоревый), растительные гликозиды, содержащие в качестве агликона (антоцианидина) гидроксипроизводные 2-фенилхромена (I). Углеводная часть молекулы (обычно остаток глюкозы, рамнозы, галактозы, ди- или трисахарида) связана с агликоном в положении 3, реже - 3 и 5. У многих антоцианов некоторые группы ОН метилированы или ацетилированы. Антоцианы формируют окрашенные  кристаллы. Легко растворяются в воде и других полярных растворителях, трудно - в спирте, бензоле. При нагревании с разбавленными кислотами или действии некоторых ферментов отщепляют остаток углевода с образованием пирилиевых солей - пеларгонидина, цианидина и дельфинидина (ф-лы II-IV соотв.). При щелочном плавлении эти соли образуют флороглюцин (1,3,5-тригидроксибензол) и гидроксибензойную кислоту, а при гидрировании - катехин.

Антоцианы выделяют из растительного сырья хроматографией или экстракцией 1%-ным раствором НС1 в метаноле. Синтезируют из полигидроксибензальдегидов, например:

где В - остаток тетраацетилглюкозы.

Антоцианы относятся к вторичным метаболитам растений и служат им для защиты от неблагоприятных факторов, прежде всего от ультрафиолетового излучения, поражения вирусными инфекциями и плесенью. Антоцианы обладают широким спектром биологического действия. Они сочетают в себе антиоксидантные, бактерицидные, солнцезащитные свойства [1], обладают высокой капиляропротекторной (Р-витаминной активностью) [2]. Кроме того, в последнее время стало известно о противоопухолевых [3], антимутагенных [4], кардиопротекторных [5] и гепатопротекторных свойствах антоцианов [6], что позволяет их использовать для профилактики и ослабления симптомов развития различных сердечнососудистых и некоторых других заболеваний. Известно, что антоцианы - перспективные ингредиенты косметических композиций для защиты организма, от окислительного стресса.

Антоцианы обладают красящими свойствами, то есть являются натуральными красителями. В качестве материала для получения красителей чаще всего используют такое растительное сырье, как окрашенные лепестки цветов, ягоды, плоды, овощи, корнеплоды, листья [9,10].

Природным сырьем антоциановых пигментов различного цвета являются такие растения, как черная смородина Ribes nigrum L., черноплодная рябина Aronia melanocarpa Willd., каркадэ Hibiscus Sabdariffa L., а также красный виноград Vitis vinifera L. [11].

1.2. Основные типы антоцианов и их производные

Большинство красных, фиолетовых и синих красящих веществ плодов, ягод, цветов и листьев многих растений принадлежат к группе антоцианидинов, содержащихся в растениях почти исключительно в форме гликозидов, называемых антоцианами. По своему строению они являются производными 2-фенилфенолпирилия, отличаясь друг от друга различным количеством гидроксильнымх и метоксильных групп [12,13,14].

1.2.1. Основные типы антоцианов

Основными типами антоцианидинов являются:

Пеларгонидин С15Н12О6 (основание 3,5,7,4`-тетраоксифлавилия), находится в виде глюкозидов в цветах алой пеларгонии, васильках, георгинах, астрах, ягодах земляники и др.;

Цианидин С15Н12О8 (основание 3,5,7,3`,4`-пентаоксифлавилия), находится в более или менее сложных формах в цветах васильков, розы, астры, тюльпанов, ягодах брусники, вишни, терна, смородины, малины, рябины и др.;

Дельфинидин С15Н17О8 (основание 3,5,7,3`,4`,5`-гексаоксифлавилия), встречается в Delphinium consolida, в виде своих эфиров в ягодах черники, винограда, в цветах петуньи, чёрной мальвы;

Геснеридин С15Н12О6 (основание 5,7,4`-триоксифлавилия), в виде глюкозида геснерина красящее вещество содержится в оранжево-красных цветах Gesnera julgens.

Кроме четырех типов антоцианидинов, известны их метоксильные производные, а именно:

Пеонидин С16Н14О6 (3`-метоксильное производное дельфинидина), является красящим веществом пионов;

Петунидин С16Н14О8 (3`-метоксильное производное дельфинидина), содержится в лепестках цветов петунии в форме гликозида петунина;

Мальвидин С17Н16О8 (сирингидин, или энидин) (3`,5`-диметоксильное производное цианидина), в виде глюклзида определяет окраску синей лесной мальвы, ягод синего винограда и пр.;

Гирсутидин С18Н18О8 (7,3`,5`-триметоксильное производное дельфинидина), находится в форме глюкозида гирсутина в цветах Primula hirsuta.

1.2.2. Природные источники антоцианов

Эрио Тийаком [15] сообщено о красящих веществах крас­ной свеклы Beta vulgaris var cotuHllva сортов Египетская, Бордо, Детройт, Биборгемб и Форманопа. Из сока свеклы их выделили хроматографическим методом, используя смесь фенол – цитратный буфер (10:2). После чего хроматограммы опрыскивали реактивом Арагснлорфа, а также щелочным раствором сернокислого селена, концентрированной аммиачной водой и 35%-иым раствором соляной кислоты. Были обнаружены неидентифицированные флавоноиды, бетанин и вещество, дающее положительные реакции со всеми реактивами на алкалоиды. Сорта свеклы раз­личаются по числу и количеству присутствующих красящих веществ.

В молодых листьях винограда, а затем и во многих других растениях были найдены бесцветные первичные стадии антоцианов, называемые лейкоантоцианами, переходящие под действием соляной кислоты даже в отсутствии кислорода в обычные кра­сящие вещества; их можно рассматривать как гликозиды лейкооснований соответствующих антоцианидинов [12, 16, 17].

Предполагают, что в этих соединениях в положении 3,4 пиранового кольца имеются гидроксинольные группы при углеродных атомах, содержащих одновременно и атом водорода. В ус­ловиях опыта, отщепление воды могло дать цианидин. В таких лейкоантоцианинах гидроксильные группы должны быть связаны с са­харными  или  кислотными остатками.

1.2.3. Количественное содержание антоцианов

И. Голзе  [18] установлено, что в яблоках и продуктах, получаемых из них, содержится около 0.1% лейкоантоцианов, обладающих  Р-витаминным действием. В яблоках найден, в частности, лейкоантоциан, состоящий из лейкоцианидола и эпикатехина, соединенных  ацетальной  связью.

Цветы, оболочки и мякоть плодов являются обычно теми органами растений, из которых добываются антоцианы. Однако и другие части содержат значительное количество этих веществ. Как-то: молодая дубовая листва, осенние листья дикого винограда, корнеплоды редиски и репы. Особенно много антоцианов содержат альпийские растения, что объясняют холодными ночами и активным светом, и растения тропиков, где уже действуют другие факторы – влажность, повышенная температура,  вирусные инфекции.

Содержание антоцианов в растении сильно колеблется: от 0.7% в полевых васильках до 14% в садовых; во внутренних лепестках кактусовой далии найдено 23,7% красящего вещества, в во внешних - 15.1°/0; в сухих цветах сине-фиолетовых анютиных глазок содержится до 33% антоциана.

Исследования антоцианов, определяющих окраску многочисленных растений, представляют интерес для цветоводства.

Н. И. Малютин [19] отмечает возможность изменения окраски и размера цветков. Накоплению антоцианов в цветках способствуют низкие температуры и интенсивное освещение. В зависимости от реакции клеточного сока (рН) один и тот же антоциан вызывает различное окрашивание листочков около­цветника. К антоцианам близок по своему составу черный пигмент антофеин, заключенный в клеточном соке нектарников и стаминодиев у некоторых видов дельфиниумов.

В течение многих лет селекционеры стремятся добиться получения садового гибрида дельфиниума красной окраски. Применяя методы радиационной селекции, удалось, обработав семена дельфиниумов Х-лучами, получить яркоокрашенные цветки размером в два раза больше нормальных.