Антоцианин - Anthocyanin
Антоцианы (также антоцианы ; от греческого : ἄνθος ( Anthos ) «цветок» и κυάνεος / κυανοῦς kyaneos / kyanous «темно - синий») являются водорастворимые вакуолярной пигменты , которые, в зависимости от их рН , может появиться красный, пурпурный, голубой, или черный . В 1835 году немецкий фармацевт Людвиг Кламор Маркварт в своем трактате «Die Farben der Blüthen» впервые дал название Anthokyan химическому соединению, которое придает цветам синий цвет. Пищевые растения, богатые антоцианами, включают чернику, малину, черный рис и черную сою, а также многие другие красные, синие, пурпурные или черные. Некоторые цвета осенних листьев получены из антоцианов.
Антоцианы принадлежат к родительскому классу молекул, называемых флавоноидами, которые синтезируются посредством фенилпропаноидного пути. Они встречаются во всех тканях высших растений, включая листья , стебли , корни , цветы и плоды . Антоцианы получают из антоцианидинов путем добавления сахаров. Они без запаха и умеренно вяжущие .
Несмотря на то, что антоцианы одобрены для окрашивания пищевых продуктов и напитков в Европейском Союзе, они не одобрены для использования в качестве пищевой добавки, потому что они не были проверены как безопасные при использовании в качестве ингредиентов пищевых продуктов или добавок . Нет убедительных доказательств того, что антоцианы оказывают какое-либо влияние на биологию человека или болезни.
Растения, богатые антоцианами
Окраска
У цветов окраска, обеспечиваемая накоплением антоцианов, может привлекать множество животных-опылителей, в то время как у фруктов такая же окраска может способствовать распространению семян, привлекая травоядных животных к потенциально съедобным фруктам, несущим эти красные, синие или пурпурные цвета. цвета.
Физиология растений
Антоцианы могут играть защитную роль в растениях от экстремальных температур. Растения томатов защищают от холодового стресса с помощью антоцианов, противодействующих реактивным формам кислорода, что снижает скорость гибели клеток в листьях.
Светопоглощение
Характер поглощения, ответственный за красный цвет антоцианов, может быть дополнительным к таковому у зеленого хлорофилла в фотосинтетически активных тканях, таких как молодые листья Quercus coccifera . Он может защитить листья от нападений травоядных, которых может привлечь зеленый цвет.
Возникновение антоцианов
Антоцианы находятся в вакуоли клеток, в основном в цветках и фруктах, но также в листьях, стеблях и корнях. В этих частях они находятся преимущественно во внешних клеточных слоях, таких как эпидермис и клетки периферического мезофилла.
Наиболее часто встречающиеся в природе являются гликозиды из цианидин , делфинидин , мальвидин , пеларгонидин , peonidin и petunidin . Примерно 2% всех углеводородов, зафиксированных в процессе фотосинтеза, превращаются в флавоноиды и их производные, такие как антоцианы. Не все наземные растения содержат антоцианы; в Caryophyllales (включая кактус , свеклу и амарант ) они заменены беталаинами . Антоцианы и беталаины никогда не были обнаружены в одном и том же растении.
Декоративные растения, такие как сладкий перец, иногда специально разводимые для получения большого количества антоцианов, могут иметь необычную кулинарную и эстетическую привлекательность.
В цветах
Антоцианы содержатся в цветках многих растений, таких как синие маки некоторых видов и сортов Meconopsis . Антоцианы также были обнаружены в различных цветках тюльпанов, таких как Tulipa gesneriana , Tulipa fosteriana и Tulipa eichleri .
В еде
| Источник еды | Содержание антоцианов в мг на 100 г |
|---|---|
| Асаи | 410 |
| Черная смородина | 190–270 |
| Черноплодная рябина (черноплодная рябина) | 1,480 |
| Мэрион ежевика | 317 |
| Черная водяника | 4 180 |
| Черная малина | 589 |
| Малина | 365 |
| Дикая черника | 558 |
| вишня | 122 |
| Королева Гранат слива | 277 |
| Красная смородина | 80–420 |
| Черный рис | 60 |
| Черный боб | 213 |
| Синяя кукуруза ( кукуруза ) | 71 |
| Фиолетовая кукуруза | 1,642 |
| Фиолетовые листья кукурузы | В 10 раз больше, чем в ядрах |
| Конкорд виноград | 326 |
| Нортон виноград | 888 |
| Краснокочанная капуста (свежая) | c. 150 |
| Краснокочанная капуста (сушеная) | c. 1442 |
Растения, богатые антоцианами, относятся к видам Vaccinium , таким как черника , клюква и черника ; Rubus ягод, в том числе черный малины , красной малины и ежевики ; черносмородиновый , вишневый , баклажаны (баклажаны) цедра , черный рис , Ube , Окинавское сладкий картофель , Конкорд винограда , Мускат винограда , красная капуста , и фиолетовые лепестки. Красная мякоть персики и яблоки содержат антоциан. Антоцианы менее распространены в банане , спарже , горохе , фенхеле , грушах и картофеле и могут полностью отсутствовать в некоторых сортах зеленого крыжовника .
Высокая зарегистрированная сумма , по- видимому, именно в семенной кожуры черного сои ( Glycine макс Л. Merr.) , Содержащего приблизительно 2 г на 100 г, в фиолетовой кукурузы ядер и шелухи , а в кожуре и мякоти черного аронии ( арония черноплодная Л.) (см. Таблицу). Из-за существенных различий в происхождении проб, методах подготовки и экстракции, определяющих содержание антоцианов, значения, представленные в соседней таблице, нельзя напрямую сравнивать.
Природа, традиционные методы ведения сельского хозяйства и селекция привели к появлению различных необычных культур, содержащих антоцианы, включая картофель с голубой или красной мякотью, а также фиолетовую или красную брокколи, капусту, цветную капусту, морковь и кукурузу. Садовые томаты были подвергнуты программе селекции с использованием интрогрессивных линий генетически модифицированных организмов (но без включения их в окончательный фиолетовый томат) для определения генетической основы пурпурной окраски у диких видов, которые первоначально были из Чили и Галапагосских островов . Сорт известен как «Indigo Rose» стал коммерчески доступным для сельскохозяйственной промышленности и домашних садоводов в 2012 году Инвестирование помидоры с высоким содержанием антоцианов удваивает срок годности и ингибирует рост пост- урожая плесени патогена , Botrytis стегеа .
Некоторые помидоры также были генетически модифицированы факторами транскрипции из львиного зева для производства высоких уровней антоцианов в плодах. Антоцианы также могут быть найдены в естественно созревших оливках и частично ответственны за красный и фиолетовый цвета некоторых оливок.
В листьях растительной пищи
Содержание антоцианов в листьях красочных растительных продуктов, таких как пурпурная кукуруза, черника или брусника , примерно в десять раз выше, чем в съедобных зернах или фруктах.
Цветовой спектр листьев виноградных ягод может быть проанализирован для оценки количества антоцианов. Зрелость, качество и время сбора плодов можно оценить на основе спектрального анализа.
Осенняя окраска листьев
В красных, пурпурных и их смешанных комбинациях , ответственные за осеннюю листву получены из антоцианов. В отличие от каротиноидов , антоцианы не присутствуют в листе на протяжении всего вегетационного периода, но активно вырабатываются к концу лета. Они развиваются в конце лета в соке клеток листьев в результате сложного взаимодействия факторов внутри и вне растения. Их образование зависит от расщепления сахаров в присутствии света, поскольку уровень фосфата в листе снижается. Осенние листья апельсина являются результатом сочетания антоцианов и каротиноидов.
Антоцианы присутствуют примерно в 10% древесных пород в регионах с умеренным климатом, хотя в некоторых областях, таких как Новая Англия , до 70% древесных пород могут производить антоцианы.
Безопасность красителей
Антоцианы одобрены для использования в качестве пищевых красителей в Европейском Союзе, Австралии и Новой Зеландии, имеют код красителя E163. В 2013 году группа научных экспертов Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов пришла к выводу, что антоцианы из различных фруктов и овощей недостаточно охарактеризованы исследованиями безопасности и токсикологии, чтобы одобрить их использование в качестве пищевых добавок . От безопасного использования экстрактов кожуры красного винограда и экстрактов черной смородины до цветных пищевых продуктов, произведенных в Европе, комиссия пришла к выводу, что эти источники экстракта являются исключением из постановления и доказали свою безопасность в достаточной степени.
Экстракты антоцианов не указаны в списке одобренных красителей для пищевых продуктов в США; однако виноградный сок , кожица красного винограда и многие фруктовые и овощные соки, разрешенные для использования в качестве красителей, богаты антоцианами природного происхождения. Источники антоцианов не включены в утвержденные красители для лекарств или косметики .
В людях
Хотя было показано, что антоцианы обладают антиоксидантными свойствами in vitro , нет никаких доказательств антиоксидантного действия у людей после употребления продуктов, богатых антоцианами. В отличие от контролируемых условий в пробирке, судьба антоцианов in vivo показывает, что они плохо законсервированы (менее 5%), при этом большая часть того, что абсорбируется, существует в виде химически модифицированных метаболитов , которые быстро выводятся из организма. Повышение антиоксидантной способности крови, наблюдаемое после употребления продуктов, богатых антоцианами, может быть вызвано не непосредственно антоцианами в пище, а повышенным уровнем мочевой кислоты, возникающим в результате метаболизма флавоноидов (исходных соединений антоцианов) в пище. Возможно, что метаболиты проглоченных антоцианов реабсорбируются в желудочно-кишечном тракте, откуда они попадают в кровь для системного распределения и действуют как более мелкие молекулы.
В обзоре научных данных 2010 г. о возможной пользе для здоровья употребления в пищу пищевых продуктов, которые, как утверждается, обладают «антиоксидантными свойствами» за счет антоцианов, Европейское управление по безопасности пищевых продуктов пришло к выводу, что 1) нет никаких оснований для положительного антиоксидантного эффекта пищевых антоцианов у людей, 2) не было доказательств причинно-следственной связи между потреблением продуктов, богатых антоцианами, и защитой ДНК , белков и липидов от окислительного повреждения , и 3) в целом не было доказательств того, что потребление продуктов, богатых антоцианами, содержащих какие-либо " антиоксидантный, противораковый , антивозрастной или здоровый эффекты старения. После этого обзора 2010 года, похоже, не было никаких существенных клинических испытаний, показывающих, что диетические антоцианы оказывают какое-либо положительное физиологическое действие на человека или снижают риск каких-либо заболеваний человека.
Химические свойства антоциана
.PNG)
Производные катиона флавилия
| Базовая структура | Антоцианидин | R 3 ′ | R 4 ′ | R 5 ′ | R 3 | R 5 | R 6 | R 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
Аурантинидин | -H | −OH | -H | −OH | −OH | −OH | −OH |
| Цианидин | −OH | −OH | -H | −OH | −OH | -H | −OH | |
| Дельфинидин | −OH | −OH | −OH | −OH | −OH | -H | −OH | |
| Европинидин | - ОСН 3 |
−OH | −OH | −OH | - ОСН 3 |
-H | −OH | |
| Пеларгонидин | -H | −OH | -H | −OH | −OH | -H | −OH | |
| Мальвидин | - ОСН 3 |
−OH | - ОСН 3 |
−OH | −OH | -H | −OH | |
| Пеонидин | - ОСН 3 |
−OH | -H | −OH | −OH | -H | −OH | |
| Петунидин | −OH | −OH | - ОСН 3 |
−OH | −OH | -H | −OH | |
| Росинидин | - ОСН 3 |
−OH | -H | −OH | −OH | -H | - ОСН 3 |
Гликозиды антоцианидинов
Антоцианы, антоцианидины с сахарной группой (ами), в основном представляют собой 3- глюкозиды антоцианидинов. Антоцианы подразделяются на сахар -бесплатно антоцианидинов агликонов и антоцианов гликозидов. По состоянию на 2003 год было зарегистрировано более 400 антоцианов, в то время как более поздняя литература в начале 2006 года оценивает это количество более чем 550 различных антоцианов. Разница в химической структуре, возникающая в ответ на изменение pH, является причиной того, что антоцианы часто используются в качестве индикаторов pH, поскольку они меняют цвет с красного в кислотах на синий в основаниях в результате процесса, называемого галохромизмом .
Стабильность
Считается, что антоцианы подвержены физико-химическому разложению in vivo и in vitro . Как правило, известно, что структура, pH, температура, свет, кислород, ионы металлов, внутримолекулярная ассоциация и межмолекулярная ассоциация с другими соединениями (сопигментами, сахарами, белками, продуктами разложения и т. Д.) Влияют на цвет и стабильность антоцианов. Было показано, что статус гидроксилирования B-кольца и pH опосредуют разложение антоцианов до их фенольных кислот и альдегидных составляющих. Действительно, значительная часть поглощенных антоцианов, вероятно, разлагается до фенольных кислот и альдегидов in vivo после употребления. Эта характеристика затрудняет научную изоляцию конкретных механизмов антоцианов in vivo .
pH
Антоцианы обычно разлагаются при более высоком pH. Тем не менее, некоторые антоцианины, такие как petanin (petunidin 3- [6- O - (4- О - ( Е ) - р -coumaroyl- О -α- л -rhamnopyranosyl) -β- д глюкопиранозида] -5- О - β- d- глюкопиранозид), устойчивы к разложению при pH 8 и могут эффективно использоваться в качестве пищевого красителя .
Использование в качестве индикатора pH окружающей среды
Антоцианы можно использовать в качестве индикаторов pH, поскольку их цвет меняется с изменением pH; они красные или розовые в кислых растворах (pH <7), пурпурные в нейтральных растворах (pH ≈ 7), зеленовато-желтые в щелочных растворах (pH> 7) и бесцветные в очень щелочных растворах, где пигмент полностью восстановлен.
Биосинтез
- Пигменты антоцианов собираются, как и все другие флавоноиды, из двух различных потоков химического сырья в клетке:
- Один поток включает в себя шикимат путь для получения Аминокислота фенилаланин , (см фенилпропаноидов )
- Другой поток производит три молекулы малонил-КоА , звено С 3 из звена С 2 ( ацетил-КоА ),
- Эти потоки встречаются и связываются друг с другом ферментом халкон-синтазой, который образует промежуточное халконоподобное соединение через механизм сворачивания поликетида, который обычно встречается у растений,
- Затем халкон изомеризуется ферментом халкон-изомеразой до пигмента-прототипа нарингенина ,
- Затем нарингенин окисляется ферментами, такими как флаванон-гидроксилаза, флавоноид-3'-гидроксилаза и флавоноид-3 ', 5'-гидроксилаза,
- Эти продукты окисления дополнительно восстанавливаются ферментом дигидрофлавонол-4-редуктазой до соответствующих бесцветных лейкоантоцианидинов ,
- Когда-то лейкоантоцианидины считались непосредственными предшественниками следующего фермента - диоксигеназы, называемой антоцианидинсинтазой, или лейкоантоцианидиндиоксигеназы ; флаван-3-олы, продукты лейкоантоцианидинредуктазы (LAR), как недавно было показано, являются их истинными субстратами,
- Полученные нестабильные антоцианидины дополнительно связываются с молекулами сахара с помощью ферментов, таких как UDP-3- O- глюкозилтрансфераза, с получением конечных относительно стабильных антоцианов.
Таким образом, для синтеза этих пигментов требуется более пяти ферментов, каждый из которых работает согласованно. Даже незначительное нарушение любого из механизмов этих ферментов генетическими факторами или факторами окружающей среды остановило бы производство антоцианов. Хотя биологическое бремя производства антоцианов относительно велико, растения значительно выигрывают от адаптации к окружающей среде, устойчивости к болезням и устойчивости к вредителям, обеспечиваемых антоцианами.
В пути биосинтеза антоцианов L- фенилаланин превращается в нарингенин под действием фенилаланинаммониалиазы (PAL), циннамат-4-гидроксилазы (C4H), 4-кумарат-КоА-лигазы (4CL), халконсинтазы (CHS) и изомеразы халкон. Затем катализируется следующий путь, что приводит к образованию комплекса агликона и антоциана через состав флаванон-3-гидроксилазы (F3H), флавоноид-3'-гидроксилазы (F3'H), дигидрофлавонол-4-редуктазы (DFR), антоцианидинсинтазы ( ANS), UDP-глюкозид: флавоноид глюкозилтрансфераза (UFGT) и метилтрансфераза (MT). Среди них UFGT делится на UF3GT и UF5GT , которые отвечают за глюкозилирование антоциана с образованием стабильных молекул.
У Arabidopsis thaliana две гликозилтрансферазы , UGT79B1 и UGT84A2, участвуют в пути биосинтеза антоцианов. Белок UGT79B1 превращает цианидин-3- O- глюкозид в цианидин-3- O- оксилозил (1 → 2) глюкозид . UGT84A2 кодирует синаповую кислоту: UDP-глюкозилтрансферазу .
Генетический анализ
Фенольные метаболические пути и ферменты могут быть изучены с помощью трансгенеза генов. Arabidopsis , регулирующий ген в производстве пигмента антоцианов 1 ( AtPAP1 ) может быть выражено в других видах растений.
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы
Антоцианы использовались в органических солнечных элементах из-за их способности преобразовывать световую энергию в электрическую. Многие преимущества использования сенсибилизированных красителем солнечных элементов вместо традиционных кремниевых элементов с pn-переходом включают более низкие требования к чистоте и обилие компонентов, а также тот факт, что они могут изготавливаться на гибких подложках, что делает их пригодными для рулонного производства. процессы рулонной печати.
Визуальные маркеры
Антоцианы флуоресцируют , что позволяет использовать инструмент для исследования клеток растений, позволяющий получать изображения живых клеток без использования других флуорофоров . Производство антоцианов может быть преобразовано в генетически модифицированные материалы, чтобы сделать возможным их визуальную идентификацию.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Андерсен, О.М. (2006). Флавоноиды: химия, биохимия и приложения . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-0-8493-2021-7.
- Gould, K .; Дэвис, К .; Winefield, C., eds. (2008). Антоцианы: биосинтез, функции и приложения . Springer. ISBN 978-0-387-77334-6.