W antocyjany (od greckiego anthos „kwiat” i kuanos „Dark Blue”) oraz antocyjany (lub na angielskich modeli antocyjanów ) są pigmenty naturalnych liści, płatków i owoców, znajduje się w wakuoli komórek, rozpuszczalny w wodzie, począwszy od pomarańczowo czerwony do fioletowo-niebieskiego w widmie widzialnym .
Związki te występują w postaci heterozydów utworzonych przez kondensację cząsteczki niewęglowodanowej (zwanej aglikonem ) i sacharydów, a często grup acylowych . Charakteryzującym je aglikonem jest antocyjanidol z klasy flawonoidów . W 2006 roku zidentyfikowano 539 antocyjanozydów.
Antocyjanozydy są obecne w wielu roślinach, takich jak jagody , jeżyny , wiśnie , czarne winogron , krwi pomarańczowy , bakłażanów , ziemniaków Vitelotte , śliwki , jagody (Canadian jagody, nie mogą być mylone z jagody ), purpurowy , etc. Swoją barwę nadają zarówno jesienne liście, jak i czerwone owoce. Odgrywają ważną rolę w zapylaniu kwiatów i rozsiewaniu nasion, a także w ochronie roślin przed atakami środowiska (zimno, światło, szkodniki itp.).
Ich silne właściwości barwiące, rozpuszczalność w środowisku wodnym i brak toksyczności sprawiają, że antocyjanozydy są naturalnymi barwnikami, które mogą zastąpić syntetyczne barwniki stosowane w przemyśle spożywczym. Wreszcie, ich aktywność przeciwutleniająca sugeruje, że ich spożycie z pożywieniem może odgrywać korzystną rolę dla zdrowia ludzi, szczególnie w obszarze ryzyka sercowo-naczyniowego.
Antocyjanozydy są heterosides z antocyjanidyn , czyli anthocyanidols przewożących cukry. Oparte są głównie na sześciu antocyjanidolach : cyjanidyna , delfinidyna , pelargonidyna , peonidyna , petunidyna i malwidyna , zbudowanych na tym samym szkielecie flawiliowym, który odpowiada za kolor związku. Jeśli aglikon jest grupą chromoforową pigmentu, jest również jądrem bardzo reaktywnym na nukleofile, co nadaje tym cząsteczkom pewną niestabilność. Dlatego rzadko występują w tej postaci w tkankach roślinnych. Z drugiej strony wystarczy dodać węglowodany w pozycji C-3 cyklu centralnego, aby je ustabilizować.
Osydową częścią antocyjanozydów może być monosacharyd ( glukoza , galaktoza , ramnoza ), disacharyd ( rutynaza składająca się z glukozy połączonej z ramnozą, ksyloglukozą) lub czasami triholozyd. Większość antocyjanozydów to 3-monozydy i 3,5-diozydy antocyjanidoli. Istnieją również diozydy połączone w 3, 7 i triozydy połączone w 3, 5, 3 '.
Wiele antocyjanozydów jest dodatkowo acylowanych przez:
Te kwasy estryfikują hydroksyl cukru, zwykle na ich C-6 ".
![]() |
![]() |
![]() |
3-glukozyd malwidyny | 3,5-diglukozyd malwidyny | 3-kumaroilo-6-glukozyd malwidyny |
Antocyjanozydy z pojedynczym wiązaniem glikozydowym w pozycji C-3 są łatwo hydrolizowane przez katalizę kwasową i przywracają pierwotny aglikon (antocyjanidol). Antocyjanozydy z dwoma wiązaniami glikozydowymi w pozycji 3 i 5 są już bardziej odporne na hydrolizę kwasową. Dlatego diglikozydy są bardziej stabilne niż monoglikozydy. Wreszcie obecność grup acylowych połączonych z cukrami zapewnia dodatkową ochronę jądra pyrylium przed atakami nukleofilowymi (w szczególności z wody).
Na degradację antocyjanozydów może wpływać wiele czynników: kwasowość, temperatura przechowywania, struktura chemiczna, światło itp.
Antocyjanozydy obejmują szeroką gamę kolorów w zależności od charakteru substytucji (OH, CH 3 ) charakteryzujących centralne jądro aglikonu ( por. Antocyjanidol, który pełni rolę chromoforu ), ale kolory te zależą również od pH , od obecność kopigmentów (en) , jonów metali (żelaza, aluminium), alkoholu itp.
Antocyjanozydy są szczególnie wrażliwe na zmiany pH, zmieniając się z czerwonego w środowisku kwaśnym (niskie pH) na niebieski w pośrednim pH, a następnie stają się bezbarwne, a następnie zielone i jasnożółte w środowisku zasadowym. Dlatego mogą być używane jako rzeczywiste kolorowe wskaźniki . Laboratorium na podstawie czerwonej kapusty soku i modyfikowania pH ułatwia sprawdzić te odcienie.
W środowisku wodnym cztery formy współistnieją w równowadze (ryc.4):
Badanie kinetyczne tych równowag umożliwiło ustalenie szybkości reakcji rządzących równowagą między tymi czterema formami. W silnie kwaśnym środowisku (pH 1) kation flawylowy 1 przeważa i przyczynia się do czerwonego lub fioletowego zabarwienia. Kiedy pH wzrasta, współistnieje kilka form. W przypadku pH między 2 a 4 zasady chinonowe przeważają i zabarwiają się na niebiesko. Dla pH między 5 a 6 pojawiają się dwa dodatkowe gatunki: pseudozasada karbinolowa, 4 , bezbarwna i chalkon, 6 , jasnożółta. Wreszcie, przy pH większym niż 7 antocyjanozydy ulegają degradacji.
Antocyjanozydy mają tendencję do tworzenia ze sobą lub z innymi związkami fenolowymi tak zwanych zespołów współpigmentacyjnych, które poprawiają ich moc barwienia, ton i stabilność. Słupki są zwykle bezbarwne, ale po zmieszaniu z antocyjanozydami interakcja wywołuje efekt hiperchromiczny. Kopigmentami mogą być flawonoidy , alkaloidy , aminokwasy, kwasy organiczne, nukleotydy , polisacharydy , jony metali lub inne antocyjanozydy.
Najbardziej oczywisty efekt kopigmentacji występuje w słabo kwaśnym środowisku (pH 4-6), gdy antocyjanozydy występują w postaci bezbarwnej.
Antocyjany w mg na 100 g środka spożywczego według Clifford 2000, Eder 2000, Timberlake, Henry 1988 | |
jedzenie | Stężenie |
---|---|
Aronia | 200-1000 |
Bakłażan | 750 |
Żurawina | 50-200 |
wiśnia | 350-450 |
Truskawka | 13-36 |
Malina | 10-60 |
Dojrzały | 82-180 |
Borówka amerykańska | 80-460 |
Jeżyna Logana | ~ 77 |
Pomarańczowy | ~ 200 |
Jabłko (skóra) | 10-216 |
Winogrono czerwone | 30-750 |
Rabarbar | do 200 |
Wino czerwone | 24-35 |
Antocyjany to pigmenty występujące tylko w wakuoli roślin i grzybów , ale nie występują u zwierząt. Rzeczywiście, biosyntezy antocyjanów odbywa się głównie, podobnie jak inne flawonoidy, poprzez metabolicznego szlaku z fenylopropanoidów . Natomiast nie wszystkie rośliny lądowe zawierają antocyjany. U Caryophyllales , Cacti i Galium zastępują je betacyjaniny .
Antocyjany występują głównie w owocach, ale także w liściach i korzeniach . Są zlokalizowane głównie w komórkach warstw zewnętrznych, takich jak naskórek . Ilości są dość duże: kilogram jeżyn zawiera np. 1,15 grama, czerwone i czarne warzywa zawierają około 20 mg na 100 gramów. W żołędzie z dębu lub kasztanowca zajadają się antocyjanów w czasie kiełkowania na wiosnę . Około 2% wszystkich węglowodorów utrwalonych w procesie fotosyntezy przekształca się we flawonoidy i ich pochodne, takie jak antocyjany, co stanowi około dziesięciu miliardów ton rocznie.
W winogronach antocyjany są skoncentrowane w skórze. Antocyjany z winorośli europejskiej Vitis vinifera są glikozylowane tylko w pozycji 3. Wśród nich najwięcej jest malwidyny, 3-glukozydu, pigmentu o fioletowym zabarwieniu (podczas gdy np. 3-glukozyd cyjanidyny jest bardziej czerwony).
Antocyjany są obecne wraz z innymi flawonoidami i pokrewnymi chemikaliami, takimi jak karoteny i betacyjany . Odpowiadają za jesienne zabarwienie liści, gdy fotosynteza ustała, a chlorofil zniknął.
Na młodych roślinach lub nowych gałązkach, gdy produkcja chlorofilu jeszcze się nie rozpoczęła, a zatem roślina nie jest chroniona przed promieniowaniem ultrafioletowym , wzrasta produkcja antocyjanów. Z chwilą rozpoczęcia produkcji chlorofilu zmniejsza się produkcja antocyjanów. Poziom wytwarzanych antocyjanów zależy od rodzaju rośliny, podłoża , światła i temperatury. Stwierdzono również, że czerwone zabarwienie zapewnia kamuflaż przed roślinożercami, które nie widzą czerwonych fal . Ponadto synteza antocyjanów często zbiega się z syntezą nieprzyjemnych w smaku związków fenolowych.
Antocyjany, oprócz ich wpływu na fizjologię roślin, pełnią wiele funkcji w relacjach roślina / zwierzę. Przyciągają zapylacze roślin, zjadacze owoców i pułapki na ofiary roślin mięsożernych . Proponuje się wiele hipotez co do ich funkcji ochronnych, gdy gromadzą się w tkankach fotosyntetycznych: odstraszają niektóre rośliny roślinożerne ( aposematyczna funkcja owoców wskazuje im, że zawierają toksyczne związki lub są niejadalne, mimetyczne działanie liści, które jest przedstawiane jako martwe liście lub w okresie starzenia ), lub który przyciąga mniej mszyc jesienią niż zielone kolory letnich liści (te owady składają mniej jaj na liściach jesiennych). Odgrywają rolę w hamowaniu homochromii niektórych owadów (zmniejszaniu ich kamuflażu), a nawet w naśladowaniu pewnych struktur. Ich biosyntezę może również stymulować stres abiotyczny . Reakcje antocyjanów zachodzą w odpowiedzi na stres związany ze składnikami odżywczymi, takimi jak niedobory azotu i fosforu, akumulacja antocyjanów, pomagająca roślinom zachować integralność ich funkcji komórkowych poprzez wspieranie mobilizacji i pozyskiwania składników odżywczych. Związki aktywne osmotycznie, ich obecność może poprawiać stan wodny roślin w przypadku stresu wodnego lub walczyć z zimnem w przypadku niskich temperatur („cold snap”). Antocyjany pełnią rolę fotoprotekcyjną : pochłaniając promieniowanie UV, zmniejszają fotoinhibicję i fotooksydację , działając jako tarcza dla DNA i składników komórkowych (np. Opalanie, które odpowiada wzrostowi melaniny w naskórku ). Ten efekt fotoochronny jest częsty w młodych liściach, które syntetyzują młodzieńcze antocyjany, pigmenty blokujące szkodliwe promienie ultrafioletowe na liściach o wciąż cienkiej łodydze, ale także na młodych łodygach. Antocyjany mają działanie „niszczące chwasty”, co ogranicza konkurencję o rozwój nasion z roślin, które je produkują. Pełnią również rolę ochrony na poziomie łodygi (w szczególności zabarwionej na czerwono podstawy) lub na poziomie międzywęźli , pochłaniając nadmiar światła, a tym samym zapobiegając degradacji fotolabilnych cząsteczek wytwarzanych przez roślinę, które służą jako środek przeciwgrzybiczy i przeciwbakteryjny .
Wchłanianie antocyjanozydów zachodzi głównie w żołądku i jelicie czczym .
Podczas przejścia przez układ pokarmowy szczura antocyjanozydy ulegają nieznacznemu rozkładowi, a ich frakcja jest następnie szybko wchłaniana, a następnie wydalana z żółcią i moczem w postaci nienaruszonych glukozydów lub w postaci metylowanej lub glukuronidowanej .
U ludzi zachodzi również metabolizm cyjanidyno-3-glukozydu do postaci metylowanych i glukuronidowanych. Analiza moczu po spożyciu przez ludzi poddanych 200 g z truskawki , bogate w pelargonin-3-glukozyd (PE-3-gluc) ujawnia, oprócz Pe-3-gluc, trzy monoglucuronides z pelargonin , a pelargonin sulfoconjugate i pelargonin siebie. Całkowite metabolity antocyjanozydów truskawek wydalane z moczem stanowią 1,80% spożytego Pe-3-glukanu. Niższą absorpcję stwierdzono w przypadku antocyjanozydów z malin. Mniej niż 0,1% trzech głównych antocyjanozydów malin jest wydalanych z moczem, a duże ilości przechodzą bezpośrednio z jelita cienkiego do jelita grubego, nie ulegając biotransformacjom. Mikroflory w jelicie grubym , a następnie przekształca się antocyjanozydy kwasu protocatechic .
Badanie wchłaniania antocyjanozydów z soku żurawinowego przez 15 pacjentów wykazało bardzo zmienne wskaźniki odzysku moczu u poszczególnych osób, wahające się od 0,078 do 3,2%.
Zatem po spożyciu antocyjanozydy występują we krwi i moczu, w postaci nienaruszonej lub w postaci metylowanej, glukuronidowanej lub sulfokoniugowanej. Maksymalne stężenie w osoczu występuje między 1 a 3 godzinami po spożyciu, przy różnym czasie trwania w zależności od rodzaju związku i matrycy pokarmowej. Metabolity utrzymują się w moczu przez 24 godziny.
Antocyjanozydy i ich aglikony, podobnie jak wszystkie polifenole, mają fenolowe grupy hydroksylowe Ar-OH, które mogą dostarczać wolnym rodnikom H zdolnym do ich neutralizacji.
Nie ma wartości bezwzględnej dla aktywności przeciwutleniającej, ale istnieją różne metody analityczne oparte na różnych mechanizmach. Porównując zdolność zmiatania wolnych rodników DPPH • (2,2-difenylo-1-pikrylhydrazyl) in vitro przez antocyjanidole i ich 3-glukozydy, Azevedo i in. (2010) wykazali, że aktywność przeciw wolnym rodnikom była największa w przypadku delfinidyny Dp (i jej 3-glukozydu Dp-3-glu), a następnie cyjanidyny Cy i malwidyny Mv (i ich 3-glukozydów):
Wydaje się, że potencjał zmiatania wolnych rodników jest związany z liczbą grup hydroksylowych -OH w pierścieniu B, ponieważ delfinidyna ma trzy, cyjanidyna dwa, a malwidyna tylko jedną.
Inna metoda oparta na potencjale redukcyjnym żelaza (FRAP) dała podobną kolejność. Zdolność redukcyjna rośnie wraz z liczbą grup hydroksylowych w pierścieniu B zgodnie z kolejnością: Mv <Cy, Dp.
Trzecia metoda zastosowana przez Azevedo i jego współpracowników polega na ocenie zdolności pigmentów do przeciwdziałania utlenianiu liposomów PC soi wywołanym przez generator wolnych rodników zwany AAPH. Badania wykazały, że antocyjanidole (Mv, Cy, Dp) i ich 3-glukozydy skutecznie zmiatają rodniki nadtlenkowe powstające w fazie wodnej. Nie ma znaczącej różnicy między Mv, Cy i Dp w spowalnianiu peroksydacji lipidów, ale ich glukozydy są nieco mniej skuteczne.
Porównanie właściwości przeciwutleniających antocyjanozydów z innymi polifenolami obecnymi w czerwonym winie przeprowadzili Fauconneau i in. . Badali związki trzema metodami: zdolność do zapobiegania peroksydacji mikrosomów (błona bogata w wielonienasycone kwasy tłuszczowe), LDL oraz bezpośredniego zmiatania wolnych rodników DPPH • . Wszystkie trzy metody dały większą aktywność (+) - katechinie i (-) - epikatechinie, a następnie dwóm badanym antocyjanozydom (malwidyn-3-glukozydowi i peonidyn-3-glukozydowi) i ostatecznie trans-resweratrolowi:
t-resweratrol <Mv-3-gluk, Peo-3-gluk <(-) - epikatechina, (+) - katechinaAktywność zmiatania nadtlenoazotynów daje w przybliżeniu taką samą aktywność przeciwutleniającą malwididynom i 3-glukozydom delfinidynom, jak flawanolom ((+) - katechina, epikatechina), ale mniej niż ich dimerom lub trimerom (garbnikom skondensowanym ):
Stężenie antocyjanozydów we krwi wydaje się być nieco niskie, aby skutecznie wpływać na wygaszanie reaktywnych pochodnych tlenu, ale może być wystarczające do poprawy funkcji śródbłonka poprzez wpływ na poziom tlenku azotu NO.
Śródbłonka , wewnętrzna warstwa naczyniowego reguluje sygnał naczynioruchowy przez kontrolowanie produkcji tlenku azotu NO. W rzeczywistości syntaza tlenku azotu (eNOS) wytwarzana przez komórki śródbłonka katalizuje syntezę tlenku azotu NO (lub tlenku azotu), który działa na komórki mięśni gładkich naczyń krwionośnych jako środek rozszerzający naczynia krwionośne . Potencjalne skutki NO to obniżenie ciśnienia krwi (przeciwnadciśnieniowe), zakłócenie odkładania się tkanki tłuszczowej ( miażdżycy ) na ścianach tętnic (działanie przeciwmiażdżycowe) oraz działanie przeciwzakrzepowe .
Badanie trzech owoców bogatych w barwniki antocyjanozydowe - aronii , borówki i czarnego bzu - wykazało, że dwa pierwsze miały działanie wazoprotekcyjne na tętnice wieńcowe. Mierząc in vitro rozluźnienie tętnic wieńcowych świń poddanych różnym dawkom ekstraktów pigmentowych, obserwuje się zależne od dawki zwiotczenie naczyń ekstraktów z aronii i jagód, ale nie z czarnego bzu. Badanie wykazało również, że działanie to wynikało z produkcji NO przez śródbłonek.
Aby wyjaśnić mechanizm działania antocyjanozydów, kilka zespołów badawczych starało się sprawdzić, czy wzrost produkcji NO nie przechodzi przez wzrost ekspresji syntazy tlenku azotu eNOS. Zatem Xu i in. wykazali, że traktowanie bydlęcych komórek śródbłonka cyjanidyno-3-glukozydem (Cy-3-gluk) przez 8 godzin zwiększyło ekspresję białka eNOS w sposób zależny od dawki. Podobne badania nad polifenolami w czerwonym winie wykazały, że mogą one wzmacniać tworzenie NO przez śródbłonek poprzez fosforylację eNOS. Może się zatem zdarzyć, że główną aktywnością biologiczną flawonoidów jest raczej metabolizm eNOS niż ogólna aktywność przeciwutleniająca.
W badaniach epidemiologicznych zbadano związek między spożywaniem różnych klas flawonoidów a chorobami układu krążenia. 16-letnie badanie 34 486 kobiet po menopauzie z Iowa wykazało odwrotny związek między spożyciem antocyjanozydów a całkowitą śmiertelnością, śmiertelnością z powodu choroby niedokrwiennej serca (CD) i sercowo - naczyniowych (CVD). Zatem spożywanie truskawek przynajmniej raz w tygodniu wiąże się ze spadkiem śmiertelności z powodu chorób układu krążenia.
Liczne badania epidemiologiczne wykazały, że śmiertelność z powodu chorób układu krążenia można zmniejszyć poprzez umiarkowane spożycie czerwonego wina. Metaanaliza (26 badań) badająca związek między spożyciem wina a występowaniem chorób układu krążenia sugeruje istotny, zależny od dawki, efekt profilaktyczny w przypadku umiarkowanego spożycia. Wiemy, że skład fenolowy win czerwonych jest bardzo zmienny i różni się znacznie w zależności od odmian winogron, lat i praktyk produkcyjnych oraz że spośród czterdziestu lub tak niezwykłych polifenoli, które zawierają, udział antocyjanozydów jest ważny od siedmiu. można wyróżnić główne, stanowiące około 35% masy. Porównanie wartości całkowitej aktywności przeciwutleniającej z aktywnością ich frakcji antocyjanozydowej wskazuje na istotny udział tych pigmentów w mocy przeciwutleniającej, ponieważ może to wyjaśniać około 50% tej mocy.
Początki zrozumienia biochemii antocyjanidoli sięgają 1913 roku, kiedy Willstätter i jego współpracownicy wykazali, że pigmenty wielu różnych roślin pochodzą z trzech antocyjanidoli: pelargonidyny, cyjanidyny i delfinidyny. Po 1960 r. Biochemiczny opis wielu etapów biosyntezy można powiązać z opisem genów kodujących enzymy biorące udział w reakcjach.
Opis 6 głównych antocyjanidoli ma pierwszorzędne znaczenie, ponieważ są one obecne w 90% zidentyfikowanych antocyjanozydów. Wszystkie są hydroksylowane w 3, 5, 7. Wskazane jest, aby odróżnić te, których pierścień B zawiera tylko grupy hydroksylowe ( pelargonidyna z jednym OH, cyjanidyna z dwoma OH i delfinidyna z trzema OH) od trzech innych, których pierścień B jest metoksylowany. Glukozydy tego ostatniego otrzymuje się przez wyprowadzenie glukozydów z pierwszych trzech.
Zatem biosynteza obejmuje wspólną ścieżkę, a następnie 3 równoległe ścieżki prowadzące do pelargonidyny, cyjanidyny i delfinidyny.
Antocyjany są również często używane w proszku. Ten ostatni, rozpuszczalny w wodzie i rozpuszczalny w alkoholu, daje wiele możliwości zastosowania. Istnieje proszek barwiący antocyjany E163, który pochodzi z wytłoków winogron. Barwnik w proszku stosowany jest w szczególności w wyrobach cukierniczych, nabiale, napojach, syropach czy nawet lodach i sorbetach.