Как получить антоцианы из растений

Исследование «Химия растений. Антоцианы»

Что в природе может быть прекраснее, чем цветущее растение. Этой красоте мы обязаны группе флавоноидов, которая получила название антоцианов.

Моя работа актуальна, поскольку одним из самых значимых направлений химических и биологических исследований на сегодняшний день является изучение пигментов растений, в частности антоцианов. Кроме того, данным пигментам, не смотря на огромный интерес с точки зрения науки и промышленности, в школе уделяется мало внимания, что на мой взгляд, несправедливо. Поэтому целью моей работы стало изучение свойств антоцианов, их экспериментальное подтверждение и систематизирование полученных данных. При этом я установила следующие задачи:

• рассмотреть строение антоцианов;
• изучить физические и химические свойства антоцианов;
• рассмотреть области применения антоцианов;
• определить, какие функции выполняют антоцианы в организме растений и человека;
• исследовать химические свойства антоцианов в школьной лаборатории.

Антоцианы — растительные пигменты. Окраска растения зависит от структуры и концентрации антоцианов; от pH в вакуолях, от наличия ко-пигментов, стабилизирующих антоциановую окраску, от наличия ионов металлов, с которыми антоцианы могут образовывать комплексы, от локализации антоцианов в тканях растений и формы клеток эпидермиса. В биосинтезе антоцианов участвуют гены трёх типов (структурные, регуляторные, транспортеры) и ферменты. Сегодня существуют 2 метода, с помощью которых можно модифицировать окраску растений: методы селекции и методы генетической инженерии.

Антоцианы защищают растения от холода, от загазованности воздуха из-за вредных выбросов заводов, от их поедания животными, участвуют в дыхании, привлекают насекомых-опылителей. Лейкоантоцианы являются резервными соединениями антоцианов. Антоцианы обладают широким спектром биологической активности. Они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, способствуют быстрому выведению радиоактивных элементов из организма, способны улучшать зрение. Важно потреблять не менее 15 мл соединения в день.

При исследовании я пришла к следующим выводам:

1. Антоцианы — производные 6 основных антоцианидинов, которые отличаются боковыми радикалами и имеют С15-углеродный скелет. Мною были созданы 3D-модели данных антоцианов.
2. Антоцианы — окрашенные в фиолетовый цвет кристаллы, легко растворимые в воде, трудно – в бензоле. Окраска растения зависит от многих факторов. Мною были проделаны некоторые способы анализа сырья на наличие данных пигментов и изучены их химические свойства.
3. Свойства антоцианов используются при приготовлении индикаторов, при выведении сортов растений и при создании уникальных букетов.
4. Антоцианы играют огромную роль в жизни растений, животных и человека. Их резервными соединениями являются лейкоантоцианы.

Источник

2. Выделение антоцианов.

Для опыта понадобятся листья краснокочанной капусты, фиолетовые цветки анюти­ных глазок или другие растения, содержащие антоцианы, 2 пробирки, 1-процентная соляная или 6-процентная уксусная кислоты, 0,001-процентный гидроксид натрия, индикаторная бумага.

Получить антоциановую вытяжку можно двумя способами. 0,5—1 г красных листьев или синих, фиолетовых лепестков помести­те в пробирку. Залейте 5 мл воды и доведите до кипения над пламенем спиртовки. На­гревание выше 70°С приводит к разрушению мембран клеток. Антоцианы свободно выхо­дят из клеток, окрашивая воду в розовый, синий или зеленоватый цвет. Отфильтруйте раствор в чистую пробирку через бумажный фильтр.

Вместо кипячения листья или лепестки мож­но измельчить в ступке с небольшим количест­вом песка, и, добавив около 5 мл воды, от­фильтровать. Цвет раствора убеждает в том, что антоцианы — водорастворимые пигменты.

Начинать следующую часть работы луч­ше с рассмотрения действия кислот. В чистую

пробирку отлейте 2—3 мл вытяжки пигментов, добавьте каплю разбавленной кислоты (1-процентной соляной, 6—9-процентной уксусной, 0,025-процентной лимонной) Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую окраску, то после добавления 1— 2 капель кислоты она примет красивый розо­во-красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.

К окрасившемуся в розовый цвет раство­ру добавляйте по каплям разбавленную ще­лочь (0,001-процентный раствор едкого нат­ра) или немного, на самом кончике ножа, по­рошка питьевой соды. Розовая окраска исче­зает.

Контролируя с помощью индикаторной бумаги изменение рН раствора, происходя­щее в результате постепенного добавления кислоты или щелочи, можно установить более точную зависимость цвета антоцианов от кислотности среды. У краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой среде (рН 2—3) она приобретает красный, а при рН 4—5 —ро­зовый цвет. В результате нейтрализации ро­зово-красный цвет изменяется сначала на синий (нейтральная среда, рН 6—7), затем на зеленый (рН 8), желто-зеленый (рН 9—10) и в сильно щелочной среде на желтый (рН выше 10).

К зеленоватому или синему раствору до­бавьте еще несколько капель кислоты Наблю­дается повторное появление красного окраши­вания. Можно повторить весь цикл изменения окраски антоциановых растворов под дейст­вием кислот и щелочей несколько раз.

Вытяжка пигментов синих лепестков и листьев многих растений при добавлении ще­лочи окрашивается в зеленый цвет. Только у некоторых видов, например, у фиолетовых аню­тиных глазок, гибискуса (китайская роза), краснокочанной капусты, раствор антоциана приобретает под действием щелочи довольно устойчивую сине-фиолетовую окраску У ва­силька синего голубая окраска устойчива даже в кислой среде (рН 4—6). Причина этого явления в том, что голубой и синий цвета появляются только в том случае, если молекула пигмента входит в состав сложного комплекс­ного соединения с металлами (Fe, Ca, Mgи др.), углеводами, белками. У многих видов в про­цессе выделения пигментов из листьев происхо­дит разрушение этого комплекса и утрата способности к проявлению голубого и синего цветов.

В клетках растений может содержаться одновременно несколько различающихся по цвету антоцианов. Так, в ягодах темноокрашенного винограда их найдено 11.

Задание Проследите изменения окраски растворов антоцианов под действием кислот и щелочей на других, не названных выше, растениях. Какие из них под действием щело­чи сохраняют стойкую синюю окраску?

Источник

Получение и очистка натуральных антоциановых красителей

Антоцианы — это пигменты растительного происхождения от красного до фиолетового цвета, определяющие окраску плодов, цветков или листьев растений.

В последнее время эти вещества привлекают всё большее внимание исследователей в биологии и медицине не только как потенциальные колоранты для медицинской и пищевой промышленности [1, 2]. Велика роль антоцианов как лекарственных субстанций. Известно, что они обладают высокой антиоксидантной активностью. Например, антоцианы уменьшают скорость деления раковых клеток, препятствуя образованию опухолей. Эти природные пигменты способны гасить воспалительные процессы в лёгких, снижая активность соответствующих ферментов. Антоцианам приписывается способность модулировать познавательные и моторные функции, усиливать память, уменьшать возрастные отклонения в деятельности нервной системы. Более того, антоцианы входят в состав многих препаратов для глаз, что актуально в современном мире в условиях обострения заболеваний зрительного аппарата вследствие всеобщей компьютеризации и длительной работы человека у экрана монитора.

Стоит также отметить, что многовековая традиция применения натуральных красителей, включая антоцианы, является, в некоторой степени, и гарантией их безопасности, тогда как действие синтетических красителей на организм человека трудно предугадать.

В настоящей работе в качестве источников антоцианов использованы ягоды черной смородины и ежевики. Предварительно было определено количество антоцианов в одной ягоде. Для анализа было выбрано по 5 ягод черной смородины и по одной ягоде ежевики (приблизительно одинакового размера). После определения массы каждой группы ягод их помещали в сосуд и заливали 10 мл 0.1 М раствора НС1 для экстракции. Содержание антоцианов в полученных экстрактах измерялось спектрофотометрическим методом с использованием для расчетов известного из литературных данных значения коэффициента молярного поглощения. Полученные результаты сведены в гистограммы, представленные на рис.1.

Из гистограмм видно, что накопление пигментов в ягодах ежевики характеризуется относительно небольшой вариацией (не более 10%). Различия существенно выше для ягод черной смородины (до 30%), но в этом случае концентрация антоцианов превосходит аналогичный показатель для ежевики. Более того, если в ежевике антоцианы распределены по всему объему ягод, то в случае черной смородины они накапливаются только в кожице. Причем в этой части ягод их накопление более воспроизводимо, рис.2.

Очистка экстрактов, полученных из ягод черной смородины и ежевики, осуществлялась сорбционно-десорбционным методом. В качестве сорбента была выбрана белая косметическая глина (ООО «Полисервис-М»). Для сорбции антоцианов из 300 мл экстракта к нему было добавлено 10 г глины. При этом через полчаса наблюдалось практически полное обесцвечивание раствора в связи с переходом красящих пигментов на поверхность глины.

А — содержание антоцианов в ягодах ежевики;

Б — содержание антоцианов в ягодах черной смородины.

Рис. 2. Содержание антоцианов в корочках ягод черной смородины

Для реэкстракции использовали спиртовый раствор соляной кислоты.

Глину заливали порцией этого экстрагента, тщательно перемешивали остаток сорбента с антоцианами. Полученную смесь разливали в центрифужные пробирки и центрифугировали в течение 10 мин. После многократного реэкстрагирования был получен ряд очищенных экстрактов черной смородины и ежевики. Концентрация антоцианов в исходном экстракте и в реэкстрактах была измерена спектрофотометрическим методом. Данные представлены на рис. 3.

При использованном в работе режиме удается не просто очистить антоцианы, но и сконцентрировать их. Концентрация антоцианов в первой фракции реэкстракта более чем в 2 раза превосходит исходную. Во второй фракции экстракта концентрация антоцианов также выше исходной. Причем в сумме в этих двух фракциях обнаруживается порядка 80% исходных антоцианов. Оставшиеся антоцианы могут быть экстрагированы последующими порциями реэкстрагента, но технологически выгодно после второй порции экстракта сорбент использовать для сорбции новой порции антоцианов.

А — очистка экстракта ежевики;

Б — очистка экстракта черной смородины

Как показали исследования, при пятикратном использовании одной и той же порции глины удаётся десорбировать более 95% антоцианов, что свидетельствует о высокой технологичности предложенного процесса очистки.

Очистку от сопутствующих веществ определяли по изменению массы сухого остатка. В первой порции реэкстракта масса экстрактивных веществ уменьшается примерно на порядок.

Известно много других растений [2, 3], содержащих антоцианы в значительном количестве, например, арония черноплодная, бузина черная, которые хорошо растут в Белгородском регионе, а также черника, внимание к которой вызвано тем, что она входит в состав большинства препаратов для глаз.

Список литературы

Дейнека Л.А., Шапошников А.А., Дейнека В.И., Сорокопудов В.Н. Антоцианы: Природные антиоксиданты и не только. // Научные ведомости БелГУ. Серия: Медицина и фармация. 2006. №3(23). Вып.4. С. 92-100.

Болотов В.М., Рудаков О.Б. Химические пути расширения эксплуатационных свойств природных красителей из растительного сырья России // Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 35-40.

Дейнека В.И., Григорьев А.М., Ермаков А.М. Антоцианы некоторых растений Белгородской флоры. //Химия природных соединений 2003. №5. С. 412-413.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://unid.bsu.edu.ru

База рефератов на портале KM.RU существует с 1999 года. Она пополнялась не только готовыми рефератами, докладами, курсовыми, но и авторскими публикациями, чтобы учащиеся могли использовать их и цитировать при самостоятельном написании работ.

Это популяризирует авторские исследования и научные изыскания, что и является целью работы истинного ученого или публициста. Таким образом, наша база — электронная библиотека, созданная в помощь студентам и школьникам.

Уважаемые авторы! Если Вы все же возражаете против размещения Вашей публикации или хотите внести коррективы, напишите нам на почту info@corp.km.ru, мы незамедлительно выполним Вашу просьбу или требование.

Источник