Особенности выделения антоцианов спиртами алифатического ряда

Антоцианы – красно-фиолетовые пигменты, придающие окраску большинству ягод, фруктов и цветов. С химической точки зрения они являются гликозидами, содержащими в качестве агликона-антоцианидина гидрокси- и метоксизамещённые соли флавилия (2-фенилхроменилия).

Будучи пирилиевыми солями, антоцианы легко растворимы в воде и полярных раствори- телях, нерастворимы в неполярных растворителях [1]. В растворах антоцианы присутствуют в виде нескольких таутомерных форм, соотношение между которыми зависит от рады факторов, например, кислотности среды и полярности растворителя, его способности к образованию водородных связей (рисунок 1).

Рисунок 1. Ориентировочное распределение структур антоцианов в водном растворе при различной кислотности раствора [1]: АН⁺ – катион флавилия, В – карбинольное основание, С – халкон, А – хиноидная форма; R 1 , R 2 = H, OH, OCH 3 ; R 3 , R 4 = H, углеводный остаток

Способы выделения антоцианов различны и зависят от вида используемого сырья, свойств и растворимости основного извлекаемого пигмента красителя и сопутствующих соединений, а также от технологии получения. Источником антоцианов является традиционное и нетрадиционное растительное сырье: плоды, ягоды, овощи, лепестки цветов и другие вегетативные части растений. Примерами ягод могут быть черника, клубника, ежевика, земляника, клюква, малина, вишня, черноплодная рябина, окрашенные сорта винограда, черная смородина, брусника и другие. Традиционно для извлечения антоцианов из растительного сырья применяется способ экстрагирования водой в присутствии лимонной или минеральных кислот [2], а также усовершенствованный способ бескислотного экстрагирования этанолом (96 % об.) [3]. Однако этанол является легковоспламеняющейся жидкостью и его применение на производстве сопровождается повышенными требованиями противопожарной безопасности. Кроме того применение водных экстрактов антоцианов не находит применения для производства ряда парфюмерно-косметических средств на основе гидрофобных композиций.

В связи с этим нами было изучено влияние строения ряда алифатических спиртов на оптические свойства экстрактов черной смородины с целью применения полученных экстрактов в непищевых отраслях промышленности (химическая, парфюмерно-косметическая). Условия экстрагирования: температура 60±5 °С, кратность 2, гидромодуль 1:10. Полученные экстракты отфильтровывались, проводилась визуальная оценка их окраски, снимались спек- тральные характеристики (СФ-56) и показатели цветности экстрактов черной смородины сканерометрическим методом [4].

Для определения показателей цветности растворов в системе RGB анализируемые экстракты черной смородины помещались в специализированную приставку к планшетному сканеру, при этом снималась окраска раствора с толщиной поглощающего слоя 1 см (стеклянная кювета). Изображение снималось в режиме True Color на планшетном сканере HP ScanJet 3600 с разрешением 300 dpi. Анализ цветовых изображений проводили в программе ImageJ 1.42, распространяемой по лицензии GNU.

Исследования показали, что с ростом длины углеродного скелета доля красной окраски в спиртовых экстрактах линейно снижается (рисунок 2а), что визуально проявляется в переходе цвета от малиново-розового (С2-С4) к грязно-желтому (С5) (этанольный экстракт исследован в разбавлении 1:4). Максимум светопоглощения экстрактов С2-С4 практически не сместился (рисунок 2б), отмечается снижение интенсивности при 1 =545 нм и нарастание при 1 =670 нм. Последнее свидетельствует о том, что доля хиноидной структуры (рисунок 1) при снижении полярности экстрагента и его способности образовывать водородные связи возрастает. Спектральные характеристики амилового экстракта черной смородины свидетельствует о значительных изменениях в составе извлекаемых соединений. Это связано, в первую очередь, с низкой полярностью амилового спирта и его неспособностью образовывать водородные связи с полифенольными соединениями.

Рисунок 2. Зависимость оптических свойств от длины углеродного скелета:

а – нормированный красный цвет; б – спектр поглощения

В ряду зависимости оптических свойств от положения гидроксильной группы экстрагента (на примере 1-пропанол и 2-пропанол) визуальная оценка окраски экстрактов свидетельствует лишь о незначительных различиях, что подтверждается данными цветометрии. При этом спектры поглощения (рисунок 3) характеризуются идентичностью положения максимумов, отличаясь лишь интенсивностью.

Использование в качестве экстрагентов многоатомных спиртов показало, что полученные экстракты имеют сходную окраску ( λ max = 535-540 нм), при этом интенсивность поглощения этанольного экстракта черной смородины значительно выше интенсивности поглощения экстрактов полиолов (экстракты исследовались в разбавлении этанол 1:4, этиленгликоль и глицерин 1:2). Отмечается, что извлечение антоцианов этанолом происходит не только к катионной, но и в хиноидной форме с

λ max = 660 нм, в то время как многоатомные спирты извлекают антоцианы преимущественно в красной форме флавилиевого катиона.

λ , нм

Рисунок 3. Зависимость спектральных характеристик экстрактов черной смородины от положения гидроксильной группы

Доля красного цвета в суммарной окраске экстрактов этиленгликолем и глицерином практически одинакова, и уступает этанольным экстрактам черной смородины (для сравнения – водный экстракт обладает еще большей долей красного цвета – 57 %). Однако, интенсивность окраски, являющаяся характеристикой насыщенности цвета и мерой его сродства к белому, позволяет однозначно расположить экстрагенты в ряд: этанол – этиленгликоль – глицерин, что согласуется со спектральными данными.

Этанол

Этиленгликоль

^^^^^^^^ Глицерин

Рисунок 4. Зависимость спектральных характеристик экстрактов черной смородины от атомности спиртов

Рисунок 5. Зависимость показателей цветности экстрактов черной смородины от атомности спиртов

Таким образом, можно заключить, что окраска экстрактов черной смородины зависит от длины углеродного скелета и положения гидроксильной группы, что обусловлено различной способностью образовывать водородные связи при выделении полифенольных соединений, а также иными межмолекулярными взаимодействиями.

При этом спирты нормального строения обладают более высоким по сравнению со спиртами изомерного строения значением оптической плотности (при максимуме светопо-глощения для пропилового спирта 440 нм, бутилового - 555 нм) и показателем красной компоненты цвета.

В ходе хранения эти показатели интенсивности поглощения сильно снижаются, максимум вырождается. Это приводит с изменению окраски растворов с малиновой на светлокоричневую (по истечении двухнедельного срока хранения), что свидетельствует о распаде пигментов.

Экстракты черной смородины этиленгликолем и глицерином по сравнению с этанольными обладают повышенной стабильностью при длительном хранении (более 2 месяцев, в течение меньшего срока различия практически не проявляются). Вероятно, это обусловлено большей восстанавливающей способностью этанола по сравнению с многоатомными спиртами.