Anthocyaniner – planteverdenens kamæleoner - LMFK

Matematik
Kemi
Anthocyaniner – planteverdenens kamæleoner
Af Carl Th. Pedersen, Kemisk Institut,
Syddansk Universitet, Odense.
De fl este farvestoffer i planteverdenen tilhører
en af grupperne carotenoiderne, der er fedtopløselige,
anthocyaninerne eller betalainer, der er
vandopløselige. Heraf er anthocyaninerne nok den
største gruppe. Det er dens medlemmer, der giver
farve til f.eks. blomster som roser, kornblomster
og hortensia samt frugter som solbær, brombær,
vindruer, kirsebær og ribs. Rabarbernes røde stilke
farves også af anthocyaniner.
Anthocyaninerne fi ndes i planterne som glykosider
bundet til et eller fl ere kulhydratmolekyler
som oftest glucose. Når glucosen fraspaltes, får
man aglyconen, en anthocyanidin. Navnet anthocyanin
kommer fra græsk ανθραξ anthos (blomst)
og κύανος cyanos (mørk blå), da den første anthocyanidin,
der blev isoleret var kornblomsten
blå farvestof cyanidin.
Struktur
Alle anthocyanidiner indeholder den samme
grundstruktur vist i fi gur 1, hvor benzopyrylium
systemet med de tre hydroxygrupper går igen
i alle. De har også alle en phenylgruppe i position
2 ved siden af pyryliumringens oxygen.
Forskelligheden kommer fra forskellig substitution
i denne phenylring med hydroxy og alkoxygrupper.
De har altid et kulhydratmolekyle i position
3 oftest glucose og ofte yderlig ét i position
5. Nedenfor er vist de almindeligst forekom-
HO
6
7
5
8
OH
O
18 LMFK-bladet
1
4
2
3
OH
R 1
OH
R 2
Cl
Figur 1.
mende 6 anthocyanidiner, af disse 6 er cyanidin
langt den mest udbredte.
Indikatorkarakter
Efter at man havde isoleret cyanidin fra kornblomster,
blev det til alles overraskelse også isoleret
fra røde valmuer og røde hybenroser. Dette
kan forklares ved farvens afhængighed af pH,
se fi gur 2. Ved lave pH fi ndes anthocyaninen på
pyryliumion formen (1), der er rød, ved højere pH
går den over i en quinoid form (2), der er violet,
og som man f.eks. træffer hos rødkål, ved endnu
højere pH bliver den blå som i kornblomsten
ved fraspaltning af en proton fra en OH gruppe
i phenylringen (3), ved mellemliggende pH kan
man træffe forskellige grønne nuancer. Alle disse
farveskift er reversible. Lader man imidlertid
den blå stærkt basiske opløsning stå, bliver
den efterhånden gul, idet pyranringen åbnes (4).
Denne sidste reaktion er irreversibel.
Dette er dog ikke hele sandheden. Man har
nemlig konstateret, at isolerer man anthocyaninerne
under meget skånsomme betingelser, er
der tilknyttet fl ere kulhydratmolekyler knyttet
sammen med aromatiske syrer afl edt af kanelsyre
bl.a. kaffesyre. Denne sekundære struktur er
også med til at skabe de forskellige farver.
Reaktion med metaller
Farvens pH afhængighed kan dog ikke forklare,
at man kan se f.eks. hortensia af samme art i den
samme have med såvel røde som blå blomster.
Dette skyldes lokale forskelle i jordens indhold
R 1 R 2
pelargonidin H H
cyanidin OH H
peonidin OCH3 H
delphinidin OH OH
petunidin OCH3 OH
malvidin OCH3 OCH3

Kornblomster og røde valmuer har trods farveforskellen begge cyanidin som farvestof.
af metalsalte. Anthocyanidinerne kompleksbinder
nemlig med specielt trivalente metalsalte som
Al(III) og Fe(III), hvorved der dannes stærkt farvede
komplekser. Det er et kendt gartnertrick, at
HO
HO
OH
OH
OH -
O
1
OH O
4
OH
OH
R 1
R 1
OH
R 2
OH
R 2
OH -
vil man have fl otte blå hortensia, skal man vande
dem med vand tilsat alun (kaliumaluminiumsulfat).
H +
Figur 2.
O
O
OH
H +
OH
O
2
OH -
O
3
OH
R 1
OH
R 1
OH
R 2
O
R 2
LMFK-bladet 19
Matematik
Kemi

Matematik
Kemi
HOOCCHOHCH2COOH CH3COCOOH CH3CHOHCOOH
-CO2
Vinens anthocyaniner
Anthocyaninerne giver som nævnt også røde druer
deres farve, der fi ndes en række anthocyaniner
i druer, variationen er afhængig af druesorten;
men det gælder for de fl este druesorter, at det er
malvidin, der er den fremherskende anthocyanidin.
Når man vil lave rødvin, presser man druerne
og lader skallerne gære med ca. en uge, hvorefter
de fjernes, man har så fået ekstraheret den
maksimale mængde anthocyanin. Under eftergæringen
ser man efter ca. 60 dage igen en udvikling
af carbondioxid, dette kaldes malolactogæringen.
Det er imidlertid ikke en gæring forårsaget
af gærsvampe, men en proces der skyldes en
bakterie Lactobacillus, som decarboxylerer æblesyre
til mælkesyre, se fi gur 3.
Under malolactogæringen iagttager man, at vinens
røde farve aftager. Dette skyldes dels, at pH
stiger p.gr.a. omdannelsen af æblesyre til mælkesyre;
men også at noget anthocyanin reduceres
til en farveløs leucoforbindelse. Ved fortsat lagring
under luftens adgang kommer noget af farven
tilbage, fordi leucoforbindelsen oxideres af
luftens oxygen tilbage til den farvede form.
Man kan vise dette ved at tage noget rødkålsekstrakt
og tilsætte en opløsning af natriumhydrogensulfi
t, herved får man en affarvning, tilsætter
man derefter hydrogenperoxid, kommer
farven tilbage; men ikke til den oprindelige violette
farve, men til den rent røde farve, da hydrogensulfi
ten er blevet oxideret til hydrogensulfat,
HO
OH
O
rød
20 LMFK-bladet
OH
R 1
Figur 3: malolacto gæring.
OH
R 2
HSO3 -
H2O2
Figur 4.
og man dermed har fået en stærkt sur opløsning,
se fi gur 4.
Det er almindeligt at sætte sulfi t til vin for
at hindre vækst af uønskede bakterier og svampe.
Dette er relativt uproblematisk med hvidvin;
men man kan ikke sætte ret store mængder sulfi
t til rødvin, før man får en afblegning af vinen
af ovennævnte grund. Rødvin er derfor set fra et
mikrobiologiske synspunkt et mere ustabilt produkt
end hvidvin, man må således sikre sig, at der
ikke er restsukker i rødvin for at hindre en eftergæring.
Når vin bliver ældre, vil man se, at den oprindelige
blårøde farve bliver mere og mere rødbrun,
og når vinen er helt gammel får den en bleg
brun farve. Hel ung vin som Beaujolais nouveau
bliver mere rød ved tilsætning af syre som tegn
på dannelsen af pyryliumionformen (1); men allerede
efter nogle måneder sker der ingen større
ændring ved syretilsætning, som tegn på, at der
ikke er meget anthocyanidin tilbage. Den er begyndt
at polymerisere med sig selv, se fi gur 5,
og copolymeriserer med tanniner, der er afl edt
af fl avanoider som (5). Disse stammer fortrinsvis
fra druekernerne, der var med under den første
del af gæringen. Denne polymerisationsproces
skrider frem under lagringen. Efterhånden bliver
de polymere så store, at de ikke længere kan
holde sig i opløsning og fælder ud, de bliver til
det, man kalder depot i en gammel vin. Samtidig
mindskes farven.
HO
OH
O
OH
farveløs
R 1
SO3H
OH
R 2

HO
HO
OH
OH
HO
O
O
OH
O
R 1
OGluc
R 1
OGluc
OH
OH
R 2
OH
R 2
R 1
OH
Eksperimentel
Rødkålsekstrakt
Ca. 2000 mL fi nt snittet rødkål (~ et halvt rødkålshoved)
vædes med 75-100 mL ethanol i et
bægerglas, efter et par minutter tilsættes ca. 1000
mL demineraliseret vand. Efter en time presses
rødkålen ned under væskeoverfl aden. Blandingen
får nu lov at stå 4 timer, idet der af og til røres i
den. Væsken dekanteres fra og hældes på brune
fl asker, som henstilles i køleskab, hvis ekstrakten
ikke skal bruges med det samme. Opløsningen kan
holde sig adskillige måneder i køleskab. Hvis den
fryses ned, kan den holde næsten evigt. Denne
metode giver en renere og mere holdbar ekstrakt
end ekstraktion ved kogning.
Indikator egenskaber
En række reagensglas med rødkålsekstrakt tilsættes
syre og base, tilsætning af syre giver en ren
rød opløsning, NaOH en indigoblå opløsning, ved
anvendelse af en NaH 2 PO 4 / Na 2 HPO 4 puffer (1:1)
får man en blåviolet opløsning, der ved dråbevis
+
HO
Figur 5.
OH
O
5
OH
R 1
OH
etc. til højpolymere forbindelser
"depot"
tilsætning af 4M NaOH bliver grøn, den blåviolette
pufferopløsningen bliver ved dråbevis tilsætning
af 2M svovlsyre rødviolet.
Metalkomplekser
Den oprindelige ekstrakt bør til dette forsøg fortyndes
med vand (1:1), da opløsningen ellers bliver
så mørkt farvet, at det er svært at se farven.
Tilsætning af et Al-salt giver en blåviolet opløsning
og tilsætning af et Fe(III) salt en blå opløsning;
Fe komplekset er ikke særlig holdbart. I
modsætning til syre-base reaktionerne er kompleksdannelsen
ikke momentan.
Reduktion/oxidation
Rødkålsekstrakten tilsættes dråbevis en opløsning
af NaHSO under omrystning, når farven er for-
3
svundet, kan denne bringes tilbage ved oxidation
med en 10% hydrogenperoxidopløsning. Farven
vender dog ikke tilbage til den oprindelige violette
farve, men til en ren rød farve, idet oxidationen
har sænket pH.
LMFK-bladet 21
Matematik
Kemi