Разделение и выделение антоцианов

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Челябинский государственный педагогический университет»

(ФГБОУ ВПО «ЧГПУ»)

Естественно - технологический факультет

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

«Разделение и выделение антоцианов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 4 курса Самохина К.

Научный руководитель к.п.н, доцент Лисун Н.Н.

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….….3

ГЛАВА 1. АНТОЦИАНЫ КАК ПРЕДСТАВИТЕЛИ КЛАССА ФЛАВОНОИДОВ………………………………………………………6

1.1 Антоцианы как растительные пигменты………………………….6

1.2 Антоцианы – красящие  вещества в клетках растений………..….9

1.3 Применение антоцианов…………………………………………...15

ГЛАВА 2. ВЫДЕЛЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ АНТОЦИАНОВ……….20

2.1 Методики выделения и разделения антоцианов применяемые в ходе работы …………………………………………………………………....20

2.2   Результаты эксперимента, полученные в ходе работы ………….20

ВЫВОДЫ………………………………………………………………....24

ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………...25

ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………….26

Приложение 1…………………………………………………………….27

Приложение 2 ……………………………………………………………28

Приложение 3 ……………………………………………………………29

Приложение 4…………………………………………………………….30

Приложение 5………………………………………………………….....31

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Из всего многообразия веществ, синтезируемых растениями в стрессовых условиях, антоциановые пигменты являются слабо изученной группой. Антоцианы -водно-растворимые флавоноиды, содержащиеся в клеточном соке цветов, плодов, листьев растений, и окрашивающие их в красный, фиолетовый цвета и их различные сочетания. Они выявлены в высших растениях почти всех порядков. Синтезируются данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи глутатионовой помпы. Антоцианины обнаружены в специальных везикулах - антоцианопластах, а также в кристаллическом виде в плазме некоторых луков и клеточном соке некоторых растений. В большинстве случаев тканевая локализация антоцианинов ограничивается верхним эпидермисом. Растения, адаптированные к теневым условиям, содержат данные пигменты в нижнем эпидермисе, возможно, для более полного и эффективного поглощения фотосинтетической радиации. Описаны случаи локализации антоцианов исключительно в мезафильных тканях некоторых видов растений из родов: Mahonia, Viburnum, Rhododendron и некоторых тропических древесных из рода Syxygium.

Из-за увеличения в последнее время техногенной нагрузки на живые организмы, в том числе и на растения, особенно актуальным является поиск новых методических подходов и тест-систем, позволяющих в короткие сроки получить более полную информацию о степени влияния техногенного стресса на растительные сообщества. Наиболее перспективным в этом смысле может быть использование методов, основанных на изменениях оптических свойств тканей, обусловленных накоплением антоцианов в растениях, находящихся в условиях стресса. Кроме этого, уровень рибофлавина и АК, обладающих разносторонним действием на физиологические процессы в клетках растений, и как в последнее время считают, участвующих в клеточном иммунитете, обуславливающем устойчивость растительной клетки к стрессовым условиям, так же может быть использован для оценки физиологического состояния растений.

Сложный комплекс одновременно действующих экологических факторов среды может стать причиной окислительного стресса, при котором продуцируются избыточные количества активных форм кислорода, действующие как сигналы, запускающие реакции защиты растений, предохраняющие растительные клетки от каскада свободнорадикальных окислительных реакций, вызывающих осложнения в живых организмах. Будучи открытой саморегулирующейся системой, растительный организм осуществляет перестройку физиологических процессов в ответ на воздействие тех или иных внешних факторов, и это отражается на биохимическом составе растений.

Из всего многообразия веществ, синтезируемых растениями в стрессовых условиях, антоциановые пигменты являются слабо изученной группой. Антоцианы -водно-растворимые флавоноиды, содержащиеся в клеточном соке цветов, плодов, листьев растений, и окрашивающие их в красный, фиолетовый цвета и их различные сочетания. Они выявлены в высших растениях почти всех порядков. Синтезируются данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи глутатионовой помпы. Антоцианины обнаружены в специальных везикулах - антоцианопластах, а также в кристаллическом виде в плазме некоторых луков и клеточном соке некоторых растений. В большинстве случаев тканевая локализация антоцианинов ограничивается верхним эпидермисом. Растения, адаптированные к теневым условиям, содержат данные пигменты в нижнем эпидермисе, возможно, для более полного и эффективного поглощения фотосинтетической радиации. Описаны случаи локализации антоцианов исключительно в мезафильных тканях некоторых видов растений из родов: Mahonia, Viburnum, Rhododendron и некоторых тропических древесных из рода Syxygium.

Физиологическая роль и механизм индукции биосинтеза антоцианов ещё не вполне выяснены, особенно в отношении нерепродуктивных ткане. Известно, что содержание этих веществ у растений разных видов неодинаково и зависит от многих факторов, главным из которых является освещение.

На уровень антоцианов в растениях может оказывать влияние: температура, минеральное питание, водный режим. Тем не менее, механизм ответственный за запуск накопления антоцианов в этих условиях остается малоизученным, а полученные данные противоречивы. Изучение образования антоциановых пигментов в онтогенезе растений среди различных таксономических групп в основном проводилось только в листьях тропических видов. Данные о характере накопления антоцианов в условиях ингибирования биосинтеза основных фотосинтетических пигментов малочисленны.

Целью данного исследования явилось изучение строения, свойств, выделения и разделения антоцианов.

Задачи:

1. Изучить  свойства и строение антоцианов  на основе литературных источников.

2. Апробировать методики по выделению  и разделению антоцианов.

Для исследований в данной работе мы выбрали такие растительные объекты как: свекла, роза, шиповник, гранат. Данные объекты выбраны потому, что они имеют насыщенную окраску, а как следствие этого имеют в своем составе большое количество пигментов.

ГЛАВА 1. АНТОЦИАНЫ КАК ПРЕДСТАВИТЕЛИ КЛАССА ФЛАВОНОИДОВ

 

          1.1 Антоцианы как растительные пигменты.

Антоцианы (от греч. ánthos — цвет и kýаnos — лазоревый), красящие вещества растений; относятся к гликозидам. В основе их строения находится структура:

Строение антоцианов установлено в 1913 немецким биохимиком Р. Вильштеттером, первый химический синтез осуществлен в 1928 английским химиком Р. Робинсоном. Разнообразие окраски антоцианов объясняется не только особенностями их строения, но и образованием комплексов с ионами К (пурпурная соль), Mg и Ca (синяя соль), а также адсорбцией на полисахаридах. Антоцианы придают тканям растений (главным образом лепесткам цветков, плодам. листьям) фиолетовую, синюю, коричневую, красную, оранжевую и другие окраски. Присутствием антоцианов обусловлена привлекающая окраска цветков, однако полностью биологические функции антоцианов пока не выяснены. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение. Наличием антоцианов объясняется также окраска красных вин и многих фруктовых соков (но не столовой свёклы, в которой содержится пигмент иной природы — бетанидин).

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.

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 Mg2+ и Ca2+ - 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.

 

1.2 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).