Anthocyanin - Anthocyanin

Lilla blomkål inneholder antocyaniner.

Anthocyaniner (også anthocyaner ; fra gresk : ἄνθος ( anthos ) "blomst" og κυάνεος / κυανοῦς kyaneos / kyanous "mørkeblå") er vannløselige vakuolære pigmenter som, avhengig av pH-verdien , kan virke røde, lilla, blå eller svarte . I 1835 ga den tyske apotekeren Ludwig Clamor Marquart navnet Anthokyan til en kjemisk forbindelse som gir blomster en blå farge for første gang i sin avhandling "Die Farben der Blüthen". Matplanter som er rike på anthocyaniner inkluderer blåbær, bringebær, svart ris og svart soyabønne, blant mange andre som er røde, blå, lilla eller svarte. Noen av fargene på høstløv stammer fra anthocyaniner.

Antocyaniner tilhører en forelderklasse av molekyler som kalles flavonoider syntetisert via fenylpropanoidveien . De forekommer i alle vev av høyere planter, inkludert blader , stilker , røtter , blomster og frukt . Anthocyaniner stammer fra anthocyanidiner ved tilsetning av sukker. De er luktfrie og moderat astringerende .

Selv om antocyaniner er godkjent for å farge matvarer og drikkevarer i EU, er de ikke godkjent for bruk som tilsetningsstoff fordi de ikke er bekreftet som trygge når de brukes som mat eller som ingredienser i tilskudd . Det er ingen avgjørende bevis for at antocyaniner har noen effekt på menneskelig biologi eller sykdommer.

Antocyaninrike planter

Anthocyaniner gir disse stemorsblomstene sin mørk lilla pigmentering

Farging

I blomster kan fargen som oppnås ved antocyaninakkumulering tiltrekke seg et stort utvalg av dyrepollinatorer, mens i frukt kan den samme fargen hjelpe til med spredning av frø ved å tiltrekke plantelevende dyr til de potensielt spiselige fruktene som bærer disse røde, blå eller lilla farger.

Plantefysiologi

Antocyaniner kan ha en beskyttende rolle i planter mot ekstreme temperaturer. Tomatplanter beskytter mot kaldt stress med antocyaniner som motvirker reaktive oksygenarter, noe som fører til en lavere celledødsfrekvens i blader.

Lysabsorbering

Absorbansmønsteret som er ansvarlig for den røde fargen på antocyaniner kan være komplementær med grønt klorofyll i fotosyntetisk aktive vev som unge Quercus coccifera- blader. Det kan beskytte bladene mot angrep fra planteetere som kan tiltrekkes av grønn farge.

Forekomst av antocyaniner

Antocyaniner finnes i cellen vacuole, hovedsakelig i blomster og frukt, men også i blader, stilker og røtter. I disse delene finnes de hovedsakelig i ytre cellelag som epidermis og perifere mesofyllceller.

Hyppigst forekommende i naturen blir glykosider av cyanidin , delphinidin , malvidin , pelargonidin , peonidin , og petunidin . Omtrent 2% av alle hydrokarboner som er fikset i fotosyntesen, omdannes til flavonoider og deres derivater, for eksempel anthocyaniner. Ikke alle landplanter inneholder anthocyanin; i Caryophyllales (inkludert kaktus , rødbeter og amarant ), erstattes de av betalains . Antocyaniner og betalains er aldri funnet i samme plante.

Noen ganger avlet med vilje for høye antocyaninmengder, kan prydplanter som paprika ha uvanlig kulinarisk og estetisk appell.

I blomster

Anthocyaniner forekommer i blomstene til mange planter, for eksempel blå valmuer fra noen Meconopsis -arter og kultivarer. Antocyaniner er også funnet i forskjellige tulipanblomster , for eksempel Tulipa gesneriana , Tulipa fosteriana og Tulipa eichleri .

I mat

Planter som er rike på anthocyaniner er Vaccinium -arter, for eksempel blåbær , tranebær og blåbær ; Rubusbær , inkludert svart bringebær , rød bringebær og bjørnebær ; solbær , kirsebær , aubergine (aubergine) skallet , svart ris , Ube , Okinawa søtpotet , Concord drue , muscadine drue , rødkål , og fiolette kronblader. Fersken og epler med rødt kjøtt inneholder antocyaniner. Antocyaniner finnes mindre i bananer , asparges , erter , fennikler , pærer og poteter , og kan være helt fraværende i visse kultivarer av grønne stikkelsbær .

Den høyeste registrerte mengden ser ut til å være spesifikt i frølaget til svart soyabønne ( Glycine max L. Merr.) Som inneholder omtrent 2 g per 100 g, i lilla maiskjerner og skall , og i skinn og fruktkjøtt av svart chokeberry ( Aronia melanocarpa L.) (se tabell). På grunn av kritiske forskjeller i prøveopprinnelse, tilberedning og ekstraksjonsmetoder som bestemmer antocyanininnhold, er ikke verdiene i tabellen ved siden av direkte sammenlignbare.

Naturen, tradisjonelle jordbruksmetoder og planteavl har produsert forskjellige uvanlige avlinger som inneholder anthocyaniner, inkludert poteter av blått eller rødt kjøtt og lilla eller rød brokkoli, kål, blomkål, gulrøtter og mais. Hage tomater har vært utsatt for et avlsprogram hjelp introgression linjer av genmodifiserte organismer (men ikke innlemme dem i den endelige lilla tomat) for å definere det genetiske grunnlaget for lilla farge i ville arter som opprinnelig var fra Chile og Galapagos-øyene . Variasjonen kjent som "Indigo Rose" ble tilgjengelig kommersielt til landbruksbransjen og hjem gartnere i 2012. Investering tomater med høy anthocyanin innhold dobler sin holdbarhet og hemmer vekst av en post- harvest mold patogen , Botrytis cinerea .

Noen tomater har også blitt modifisert genetisk med transkripsjonsfaktorer fra snapdragons for å produsere høye nivåer av anthocyaniner i fruktene. Anthocyaniner kan også finnes i naturlig modne oliven , og er delvis ansvarlig for de røde og lilla fargene på noen oliven.

I blader av plantefôr

Innholdet av antocyaniner i bladene på fargerike plantefôrvarer som lilla mais, blåbær eller tyttebær er omtrent ti ganger høyere enn i spiselige kjerner eller frukt.

Fargespekteret av druebærblader kan analyseres for å evaluere mengden antocyaniner. Fruktmodenhet, kvalitet og høsttid kan evalueres på grunnlag av spektrumanalysen.

Høstens bladfarge

Røde og purpurrøde høstblader av den europeiske blåbæret skyldes produksjon av antocyaniner.

De røde, lilla og blandede kombinasjonene som er ansvarlige for høstløvverk , stammer fra anthocyaniner. I motsetning til karotenoider , er anthocyaniner ikke tilstede i bladet gjennom vekstsesongen, men produseres aktivt mot slutten av sommeren. De utvikler seg på sensommeren i saften på bladceller, som følge av komplekse interaksjoner av faktorer i og utenfor planten. Dannelsen avhenger av nedbrytning av sukker i nærvær av lys når nivået av fosfat i bladet reduseres. Oransje blader om høsten skyldes en kombinasjon av antocyaniner og karotenoider.

Antocyaniner er tilstede i omtrent 10% av treslagene i tempererte regioner, men i visse områder som New England kan opptil 70% av treslagene produsere anthocyaniner.

Fargesikkerhet

Anthocyaniner er godkjent for bruk som matfargestoffer i EU, Australia og New Zealand, med fargekode E163. I 2013 konkluderte et panel med vitenskapelige eksperter for European Food Safety Authority at antocyaniner fra forskjellige frukter og grønnsaker ikke har vært tilstrekkelig preget av sikkerhets- og toksikologiske studier for å godkjenne bruk som tilsetningsstoffer i matvarer . Strekker seg fra en trygg historie med bruk av røde drue huden ekstrakt og solbær ekstrakter til farge mat produsert i Europa, panelet konkluderte med at disse ekstrakt kildene var unntak fra den herskende, og ble nok vist seg å være trygg.

Antocyanin ekstrakter er ikke spesifikt nevnt blant godkjente farge tilsetningsstoffer til mat i USA; Imidlertid er druesaft , rød drueskinn og mange frukt- og grønnsaksjuice, som er godkjent for bruk som fargestoffer, rikt på naturlig forekommende antocyaniner. Ingen antocyaninkilder er inkludert blant godkjente fargestoffer for medisiner eller kosmetikk .

Hos mennesker

Selv antocyaniner har vist seg å ha antioksidant egenskaper in vitro , er det ingen bevis for antioksidant virkning hos mennesker etter inntak av matvarer rike på antocyaniner. I motsetning til kontrollerte reagensrørsforhold, viser skjebnen til anthocyaniner in vivo at de er dårlig konserverte (mindre enn 5%), og det meste av det som absorberes eksisterer som kjemisk modifiserte metabolitter som skilles ut raskt. Økningen i antioksidantkapasitet i blod sett etter inntak av antocyaninrike matvarer kan ikke skyldes direkte av anthocyaninene i maten, men i stedet av økte urinsyrenivåer som stammer fra metaboliserende flavonoider (anthocyaninforbindelser) i maten. Det er mulig at metabolitter av inntatte anthocyaniner reabsorberes i mage -tarmkanalen, hvorfra de kan komme inn i blodet for systemisk distribusjon og ha effekter som mindre molekyler.

I en gjennomgang av vitenskapelige bevis fra 2010 om mulige helsemessige fordeler ved å spise mat som hevdes å ha "antioksidantegenskaper" på grunn av antocyaniner, konkluderte European Food Safety Authority med at 1) det ikke var grunnlag for en gunstig antioksidant effekt av antocyaniner i kosten hos mennesker, 2) det var ingen tegn på årsak og virkning-forhold mellom inntak av antocyaninrike matvarer og beskyttelse av DNA , proteiner og lipider mot oksidativ skade , og 3) det var generelt sett ingen bevis for forbruk av antocyaninrike matvarer som har noen " antioksidant "," anti-kreft "," anti-aldring "eller" sunn aldring ". etter denne 2010 -anmeldelsen ser det ikke ut til å ha noen omfattende kliniske studier som indikerer at antocyaniner i kosten har noen gunstig fysiologisk effekt hos mennesker eller reduserer risikoen for sykdommer hos mennesker.

Kjemiske egenskaper til anthocyanin

Anthocyaniner er glykosider av anthocyanidiner , hvis grunnleggende kjemiske struktur er vist her.

Superposisjon av spektra av klorofyll a og b med oenin (malvidin 3O glukosid), et typisk antocyanin, i en sur løsning; mens klorofyll absorberer i de blå og gule/røde delene av det synlige spekteret, absorberer oenin hovedsakelig i den grønne delen av spekteret, hvor klorofyll ikke absorberes i det hele tatt.

En valgt lilla-leaf sorten av europeisk bøk tre

Flavyliumkationderivater

Utvalgte anthocyanidiner og deres substitusjoner

Grunnleggende struktur	Anthocyanidin	R 3 ′	R 4 ′	R 5 ′	R 3	R 5	R 6	R 7
	Aurantinidin	−H	−OH	−H	−OH	−OH	−OH	−OH
	Cyanidin	−OH	−OH	−H	−OH	−OH	−H	−OH
	Delphinidin	−OH	−OH	−OH	−OH	−OH	−H	−OH
	Europinidin	- OCH 3	−OH	−OH	−OH	- OCH 3	−H	−OH
	Pelargonidin	−H	−OH	−H	−OH	−OH	−H	−OH
	Malvidin	- OCH 3	−OH	- OCH 3	−OH	−OH	−H	−OH
	Peonidin	- OCH 3	−OH	−H	−OH	−OH	−H	−OH
	Petunidin	−OH	−OH	- OCH 3	−OH	−OH	−H	−OH
	Rosinidin	- OCH 3	−OH	−H	−OH	−OH	−H	- OCH 3

Glykosider av anthocyanidiner

Antocyaninene, anthocyanidiner med sukkergruppe (r), er stort sett 3- glukosider av anthocyanidinene. De anthocyaniner er delt inn i sukker -gratis anthocyanidin aglycones og Antocyanin glykosider. Fra 2003 hadde det blitt rapportert mer enn 400 antocyaniner, mens senere litteratur tidlig i 2006 setter tallet på mer enn 550 forskjellige antocyaniner. Forskjellen i kjemisk struktur som oppstår som reaksjon på endringer i pH, er grunnen til at antocyaniner ofte brukes som pH -indikatorer, ettersom de endres fra rød i syrer til blå i baser gjennom en prosess som kalles halokromisme .

Stabilitet

Antocyaniner antas å være utsatt for fysiokjemisk nedbrytning in vivo og in vitro . Struktur, pH, temperatur, lys, oksygen, metallioner, intramolekylær assosiasjon og intermolekylær forbindelse med andre forbindelser (kopier, sukker, proteiner, nedbrytningsprodukter, etc.) er generelt kjent for å påvirke fargen og stabiliteten til antocyaniner. B-ring-hydroksyleringsstatus og pH har vist seg å formidle nedbrytning av antocyaniner til deres fenolsyre og aldehydbestanddeler. Faktisk vil betydelige porsjoner av inntatte antocyaniner sannsynligvis nedbrytes til fenolsyrer og aldehyd in vivo etter forbruk. Denne egenskapen forvirrer vitenskapelig isolasjon av spesifikke anthocyanin -mekanismer in vivo .

pH

Rødkålekstrakt ved lav pH (venstre) til høy pH (høyre)

Antocyaniner nedbrytes vanligvis ved høyere pH. Men noen antocyaniner, for eksempel petanin (petunidin 3- [6- O - (4- O - ( E ) - p -coumaroyl- O -α- l -rhamnopyranosyl) -β- d -glukopyranosid] -5- O - β- d -glucopyranoside), er motstandsdyktig mot nedbrytning ved pH 8 og kan brukes effektivt som et fargestoff for matvarer .

Bruk som miljømessig pH -indikator

Konvensjonell avl ble brukt til å produsere P20 blå tomater

Antocyaniner kan brukes som pH -indikatorer fordi fargen endres med pH; de er røde eller rosa i sure oppløsninger (pH <7), lilla i nøytrale oppløsninger (pH ≈ 7), grønn-gule i alkaliske oppløsninger (pH> 7) og fargeløse i svært alkaliske løsninger, hvor pigmentet er fullstendig redusert.

Biosyntese

Antocyaniner og karotenoider bidrar med særegen pigmentering til blodappelsiner

1. Anthocyaninpigmenter er satt sammen som alle andre flavonoider fra to forskjellige strømmer av kjemiske råvarer i cellen:
   • En strøm involverer shikimatveien for å produsere aminosyren fenylalanin , (se fenylpropanoider )
   • Den andre strømmen frembringer tre molekyler malonyl-CoA , en C _3- enhet fra en C- _2- enhet ( acetyl-CoA ),
2. Disse bekkene møtes og kobles sammen av enzymet chalkonsyntase, som danner en mellomliggende kalkon -lignende forbindelse via en polyketidfoldingsmekanisme som vanligvis finnes i planter,
3. Kalkonen isomeriseres deretter av enzymet kalkon -isomerase til prototypen pigment naringenin ,
4. Naringenin blir deretter oksidert av enzymer som flavanonhydroksylase, flavonoid 3'-hydroksylase og flavonoid 3 ', 5'-hydroksylase,
5. Disse oksidasjonsproduktene reduseres ytterligere av enzymet dihydroflavonol 4-reduktase til de tilsvarende fargeløse leukoantocyanidinene ,
6. Leucoanthocyanidiner ble en gang antatt å være de umiddelbare forløperne for det neste enzymet, en dioksygenase referert til som anthocyanidinsyntase, eller leucoanthocyanidin dioxygenase ; flavan-3-ols, produktene av leucoanthocyanidin reduktase (LAR), har nylig vist seg å være deres sanne underlag,
7. De resulterende ustabile antocyanidiner er videre koblet til sukkermolekyler av enzymer som UDP-3- O- glukosyltransferase, for å gi de siste relativt stabile antocyaniner.

Dermed er det nødvendig med mer enn fem enzymer for å syntetisere disse pigmentene, som hver arbeider sammen. Selv en liten forstyrrelse av noen av mekanismene til disse enzymene av enten genetiske eller miljømessige faktorer ville stoppe produksjonen av anthocyanin. Selv om den biologiske byrden ved å produsere anthocyaniner er relativt høy, har planter stor nytte av miljøtilpasningen, sykdomstoleransen og skadedyrstoleransen fra anthocyaniner.

I anthocyanin biosyntetisk omdannelse omdannes L- fenylalanin til naringenin av fenylalaninammonialyase (PAL), cinnamat 4-hydroksylase (C4H), 4-kumarat CoA-ligase (4CL), chalkonesyntase (CHS) og chalcone isomerase (CHI). Deretter katalyseres den neste veien, noe som resulterer i dannelse av kompleks aglykon og antocyanin gjennom sammensetning av flavanon 3-hydroksylase (F3H), flavonoid 3'-hydroksylase (F3′H), dihydroflavonol 4-reduktase (DFR), antocyanidinsyntase ( ANS), UDP-glukosid: flavonoid glukosyltransferase (UFGT), og metyl-transferase (MT). Blant dem er UFGT delt inn i UF3GT og UF5GT , som er ansvarlige for glukosyleringen av antocyanin for å produsere stabile molekyler.

I Arabidopsis thaliana er to glykosyltransferaser , UGT79B1 og UGT84A2, involvert i den biosyntetiske banen til anthocyanin. UGT79B1 -proteinet omdanner cyanidin 3- O -glukosid til cyanidin 3- O -xylosyl (1 → 2) glukosid . UGT84A2 koder for sinapinsyre: UDP-glukosyltransferase .

Genetisk analyse

De fenoliske metabolske veier og enzymer kan studeres ved hjelp av transgenese av gener. Den Arabidopsis regulerende genet i produksjonen av antocyanin pigment 1 ( AtPAP1 ) kan uttrykkes i andre plantearter.

Fargesensibiliserte solceller

Antocyaniner har blitt brukt i organiske solceller på grunn av deres evne til å konvertere lysenergi til elektrisk energi. De mange fordelene ved å bruke fargestoffsensibiliserte solceller i stedet for tradisjonelle silisiumceller for PN-kryss , inkluderer lavere renhetskrav og overflod av komponentmaterialer, samt det faktum at de kan produseres på fleksible underlag, noe som gjør dem utsatt for rull-til- rulleutskriftsprosesser.

Visuelle markører

Anthocyaniner fluorescerer , noe som gjør et verktøy for plantecelleforskning mulig for å tillate levende celleavbildning uten krav til andre fluoroforer . Antocyaninproduksjon kan konstrueres til genmodifiserte materialer for å muliggjøre identifikasjon visuelt.

Se også

• Fenoliske forbindelser i vin
• p -Kumaroylert antocyanin

Referanser

Videre lesning

• Andersen, OM (2006). Flavonoider: Kjemi, biokjemi og applikasjoner . Boca Raton FL: CRC Press. ISBN 978-0-8493-2021-7.
• Gould, K .; Davies, K .; Winefield, C., red. (2008). Anthocyaniner: Biosyntese, funksjoner og applikasjoner . Springer. ISBN 978-0-387-77334-6.

Eksterne linker

• Antocyaniner FAQ MadSci Network