Антоцианы

Клус [20] установил зависимость между содержанием белков и антоцианов в ячмене немецкого, французского и маньчжурского сортов. Содержание белке в зерне ячменя колеблется от 8,9 до 15,4%. антоцианов – от 0,92 до 1,65% Определенное соотношение белков и антоцианов связано скорее с климатическим поясом произрастания, чем с сортом ячменя. Более высокое процентное содержание белков соответствует более низкому со­держанию антоцианов, и наоборот.

1.3. Химические и физические свойства антоцианов

Антоцианидины в природе встречаются обычно в форме гликозидов с одним или двумя остатками глюкозы или других простейших сахаров, присоединенных к гидроксилу 3 и реже – к другим гидроксилам ядра [21].

1.3.1. Реакции антоцианов

Антоцианы при обработке кислотами, например при нагревании с 20%-ной соляной кислотой, распадаются на сахаристые вещества и агликоны – антоцианидины, последние отличаются от гликозидной формы своей повышенной растворимостью и амиловом спирте.

Антоцианы, являющиеся дигликозидами, практически почти не извлекаются амиловым спиртом из водных растворов, моногликозиды извлекаются в весьма незначительном количестве, а получающиеся после гидролиза антоцианидины извлекаются количественно амиловым спиртом из разбавленных кислых растворов. Для характеристики этого процесса по предложению Вильштеттера и Цолингера [14] введен коэффициент извлечения, который показывает количество антоцианов, которое выщелачивается из водного раствора амиловым спиртом. Так, например, хлорид цианина (диглюкозид) имеет коэффициент извлечения 1,8%, хлорид энина (моноглюкозид) - 10,4%, хлорид цианидина и хлорид энидина (агликоны) – 100%.

Эверест [14] применил эту реакцию непосредственно к растениям, для чего обрабатывал 0,5-2г материала 7%-ной серной кислотой, прибавляя небольшое количество спирта, и полученный раствор выщелачивал амиловым спиртом. Из этой последней вытяжки вода вымывает количественно все антоцианы, не затрагивая антоцианидины. Ботаники используют различия в коэффициентах извлечения для выяснения, содержится ли в том или ином растении свободный антоцианидин, моноглюкозид или диглюкозид.

В структурном отношении антоцианы и антоцианидины характеризуются присутствием четырехвалентного кислорода и при действии минеральных и органических сильных кислот образуют довольно стойкие оксониевые соли красного цвета, в которых кислотный остаток связан с кислородом [14].

Тем же свойством отличаются и многие флавоны, но у них солеобразование с кислотами является второстепенной реакцией и их соли нацело разлагаются водой.

У антоцианов и антоцианидинов, напротив, отдельные соли, например, хлориды, настолько прочны и к тому же так хорошо кристаллизуются, что в исследованиях Вильштеттера и его сотрудников послужили основанием для разработки препаративных методов их выделения.

Благодаря гидроксилам антоцианы и антоцианидины обладают способностью давать со щелочами соли синего цвета, причем необходимым условием для образования подобных солей служит наличие гидроксила в положении 4'.

Свободные основания антоцианов и антоцианидов окрашены в фиолетовый цвет. Таким образом, красная, синяя и фиолетовая окраска некоторых цветов и ягод может вызываться наличием одного и того же типа антоцианидина в зависимости от реакции клеточного сока. В синих частях растений он находится в виде калиевой или иной щелочной соли, в красных – в виде оксониевых солей органической кислоты (например, щавелевой кислоты), а в фиолетовой – в виде основания красящего вещества или внутренней соли.

Необходимо иметь в виду, что на изменение, нюансирование оттенков окраски растений влияют и другие факторы: смешение антоцианов с флавонами, каротиновыми красящими веществами, соединение с танином и галловой кислотой и т. д.

Водные, а иногда и спиртовые растворы антоцианов и антоцианидинов переходят в слабокислом, нейтральном и особенно легко в щелочном растворе в бесцветную модификацию. Вильштеттер и Нолан предполагали, что подобное образование бесцветного псевдооснования связано с потерей двух валентностей у четырехвалентного кислорода и переходом соединенного с ним гидроксила к соседнему углеродному атому или С4 с образованием в последнем случае хинонового кольца.

Считают, что у антоцианидинов роль хромофора играет пирилиевое ядро. По хромофорной теории Дильтея – Вицингера [22] антоцианидины содержат ионоидный С-хромофор, а в качестве позитивирующих ауксохромов – гидроксильные группы, находящиеся в α-фенильном остатке. Кроме числа гидроксильных групп влияет на цвет антоцианидинов и их положение: вступление одной гидроксильной группы в метаположение к другой гидроксильной группе оказывает меньшее влияние, чем замещение вто­рой гидроксильной группой в ортоположении.

Антоцианы и антоцианидины способны взаимодействовать с солями свинца, олова и других металлов, давая характерные цветные осадки. Это используется в отдельных методах их выделения. Строение и свойства комплексных соединений антоцианов и антоцианидинов со многими металлами ещё недостаточно изучены.

1.3.2. Окисление и восстановление антоцианов

Из других реакций антоцианидинов особенно важное значение имеют реакции биохимического окисления и восстановления, устанавливающие тесную связь данных красящих веществ с флавонами и катехинами согласно следующей схеме:

Вильштеттер, основываясь на анализах выделенных им из растений пигментов, а также на теоретических построениях, впервые высказал предположение, что антоцианидины происходят от флавонов и родственных им флавонолов путем восстановления желтых пигментов и соответствующей перегруппировки атомов в их молекулах.

Вильштеттер и Малисон ещё в 1914г. [12] восстановили спиртовой раствор кверцетина при 35º, используя магний и соляную кислоту, и установили, что при этом образуется вещество, идентичное хлористому цианидину. Что касается связи флавонов и антоцианидинов с катехинами, то ее удалось подтвердить в 1927г. путем восстановления кверцетина в эпикатехин, причем промежуточным продуктом являлся цианидин.

1.3.3. Получение антоциановых пищевых красителей

Для производств, выпускающих конфеты, кондитерские изделия и безалкогольные напитки, требуются разнообразные по цвету безвредные красители. Большую роль здесь до настоящего времени играют многие растительные экстракты, соки и концентраты, содержащие антоцианы [23].

Работы селекционеров [24] показывают, что можно повысить содержание антоцианов в плодах и вывести сорта растений, которые дают плоды с настолько яркой окраской, что сок их вполне пригоден для подкрашивания изделий кондитерского производства.

В. Реутов предложил, например, получать краску из клюквенных выжимок, которые являются отбросами при выработке из клюквы морса и экстракта, причем из 1т клюквы на заводах фруктовых вод получается 200кг отбросов. Антоцианы для окраски пищевых продуктов могут быть иногда получены из отходов при переработке съедобных ягод [23]. Пищевой краси­тель получают экстрагированием этиловым спиртом клюквенных выжимок с последующим удалением спирта из спиртовой вытяжки. Полученная масса, похожая на густой клюквенный экстракт, добавленная в количестве 5-20г на 16кг к кондитерским изделиям и вообще к пищевым веществам, сообщает им цвет в зависимости от рН от розового до ярко-красного. Химический состав такого красителя: воды – 25%. лимонной кислоты – 24%. сахара - 30%. красящих веществ – 21%. 300кг клюквенных выжимок дают 20кг краски, заменяющей 1кг кармина и 4,8кг лимонной кислоты.

И.Б. Леонов. Н.М. Руднев. Т.Б. Леонов получили авторское свидетельство СССР 126570, 1. 03. 60, на способ получения пищевого красителя из виноградных выжимок красных сортов винограда. Отжатые свежие виноградные выжимки после обработки 0,5-1,5%-ным раствором соляной кислоты (1:1 или 1,5:1) на холоде в чанах в течение 4-12 час. Или при температуре 40-90° в диффузионных аппаратах непрерывного действия в течение 20-30 мин дают тёмно-красный концентрат. Такой пищевой краситель может заменить красный краситель амарант при подкрашивании пищевых продуктов, имеющих рН среды ниже 7.

Из цветов, содержащих антоцианы, для подкрашивания пищевых и вкусовых продуктов и напитков часто используют цветы мальвы, красной розы и мака. Мальва встречается всюду в дикорастущем состоянии, кроме того, черная мальва культивируется. Для получения красителя используют сушеные цветы коричнево-фиолетового цвета, содержащие до 11% мальвидина. Экстракт мальвин красно-коричневого и фиолетового цвета получается выщелачиванием цветов водой с уксусной кислотой или перколяцией 40%-ным раствором спирта, нагретым предварительно до 70° и содержащим лимонную кислоту. Экстракты из цветов маль­вы допущены для окраски пищевых  продуктов в красный цвет.

Свежие лепестки розы, содержащие антоцианин, употребляются для приготовления розового меда, варенья, розового уксуса. Содержащийся в цветках красного полевого мака антоциан употребляется в кондитерском деле в качестве безвредного красителя. В пищевой промышленности используются также ягоды рябины, черники, клюквы, черемухи, паслена и другие, содержащие антоциановые красящие вещества.

Чтобы полнее удовлетворять потребности пищевой промышленности в натуральных красителях, при закладке садов крупного промышленного значения следует широко использовать работы последователей И.В. Мичурина по выращиванию специальных сортов растений, дающих плоды с обильным содержанием красящих веществ, пригодные для технической переработки без искусственного окрашивания пищевого продукта [24].

Камерон, Вудс разработали метод искусственного воздействия на образование красящего вещества в яблоках (патент США 2784070. 5.03.57). Пары, выделяемые яблоками при храпении, адсорбируют гранулированным активированным углем, десорбируют паром и неводные фракции дистиллята декантируют. Перегонкой отделяют фракции, кипящие в пределах 75-175°. Эту жидкость растворяют в количестве 0,5-4,0 об.% в спирте или воде с большим количеством эмульгатора и полученными растворами опыляют листву и яблоки на дереве для развития более однородной окраски, чем при обычном созревании.

1.3.4. Антоцианы как индикаторы

Некоторое практическое значение антоцианы могут иметь в лабораторной практике в качестве простейших общедоступных индикаторов.

Исследование антоциана из ягод ежевики показало, что краситель изменяет окраску в кислой среде примерно в тех же значениях рН, что и для метилоранжа, а в щелочной среде он лишь несколько менее чувствителен, чем фенолфталеин. Область перехода окраски антоциана лежит между рН 3 и 12, а для лакмуса такая область характеризуется рН 4 и 12, то есть индикаторные свойства этих различных красителей близки между собой. Для окрашивания 4500см2 фильтровальной бумаги (14-15г) требуется всего 40мл водного раствора или спиртового (1:1) ежевичного сока. Бумага, пропитанная соком свежих ягод ежевики, имеет красный цвет, для получения бумаги синего цвета красную бумагу опускают в 0,33н. водный раствор аммиака.

Антоциан из красной капусты тоже исследован как индикатор. Спиртовая вытяжка красной капусты (0,5кг красной капусты на 0,5л спирта) имеет красно-фиолетовый цвет и изменяет свою окраску в зависимости от рН среды таким образом: рН 4-5 – розовая, рН 2-3 – красная, рН 7 – синяя, рН 8- зеленая, рН 9 – зелено-желтая, рН 10 – желто-зеленая, рН выше – желтая.

Спиртовой вытяжкой можно пропитать фильтровальную бумагу, и она приобретет при этом синий цвет. Исследования антоциана из цветов растения Delphinium orientale L. выявили, что для него имеются два ясно выраженных показателя титрования: рН 5,25 и рН 7,30. Пигмент из цветов извлекают водой и осаждают затем спиртом. В качестве индикатора предложено применять 0,5%-ный водный раствор пигмента, причем на каждые 20мл титруемой жидкости добавлять 2-4 капли раствора индикатора. В нейтральной среде окраска раствора синяя, в кислой - розовая, а в щелочной - зеленая.

А.Р. Ветчинкин [25, 26] занимался изучением вопроса о применении антоцианов и антоцианидинов в качестве индикаторов.

Изменение окраски антоцианов и антоцианидинов в зависимости от рН среды вытекает из особенности строения флавилия и его производных.

Наличие четырехвалентного кислорода определяет способность антоцианов и антоцианидинов реагировать в качестве оснований и давать устойчивые соли с органическими и минеральными кислотами, имеющими красную окраску. Фиолетовая окраска антоцианидинов определяется образованием ими оснований или же внутренних оксониевых солей, получающихся из оксониевых оснований.

В присутствии щелочи антоцианидины, благодаря имеющимся фенольным гидроксилам, способны образовывать соли синего цвета, причем синяя окраска быстро переходит в желтую или зеленую.

Отношение антоцианидинов и их гликозидов – антоцианов – к различным кислотам и щелочам было изучено на разнообразных растительных объектах. Для исследования использовались антоцианы, находящиеся  в свежих ягодах вишни, клюквы, черной смородины, малины. Из овощей, содержащих антоцианы, брались красная капуста, кожура красного редиса и красная столовая свекла. Изучались также, антоцианы цветов тюльпанов, примулы, флокса, ириса, розы и др. Из отходов маслобойного производства была использована лузга подсолнечника сорта «фуксинка» (Heliantus otiferus).

Для получения растительного индикатора в качестве сырья рекомендовано использовать красную капусту, причем в проведенных опытах применялся сорт «каменная головка» (Brassica oleraceae var capitata rubra). В красной капусте содержится антоциан, хлорид которого имеет состав C28H33O16Cl и по формуле строения представляет хлорид 5,3',4'-триокси-7-метоксифлави-лия с C12H21O10 в положении 3.