Пигменты высших растений. Растительные пигменты и их роль. Спектры поглощения и спектры действия

Весь процесс, обеспечивающий создание в растениях различных цветов, на первый взгляд может представиться весьма простым. Однако существующие в природе многочисленные расцветки и тона являются результатом сложного взаимодействия основных пигментов в различных сочетаниях со средой. Зависят они и от порядка размещения естественных красителей в растительных тканях. Современными исследованиями установлено, что естественные красители (в основном из группы фенолов), содержащиеся в различных частях растений, играют большую роль в их жизни.

Наличие в клетках растений красящих веществ помогает им наиболее эффективно поглощать и использовать солнечные лучи. Все пигменты растений представляют собой избирательно работающие физико-химические фильтры - ловушки солнечного света. Если хлорофилл листьев поглощает только красные и сине-фиолетовые лучи, используемые в процессе фотосинтеза для образования сложных органических соединений из простых минеральных веществ почвы и воздуха, то ярко-окрашенные цветки, благодаря содержанию в них разнообразных пигментов, улавливают лучи иной длины волны и превращают их в другие формы энергии. Эти формы энергии используются растениями для созревания пыльцы и яйцеклеток, синтеза ароматических веществ, повышения температуры в органах размножения, что ускоряет течение обменных процессов.

Хлорофиллы

Важную роль в процессе фотосинтеза играет зеленый пигмент - хлорофилл. Французские ученые Пелетье и Кавенту (1818) выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греч. «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист).

Хлорофилл (от греч. chloros - зеленый и phyllon - лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, т. е. превращают солнечную энергию в энергию химических связей органических соединений. Содержится и в фотосинтезирующих организмах других видов - водорослях и бактериях. С точки зрения химического строения хлорофилл неоднороден. Существуют различные типы хлорофиллов. Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение - порфирин, содержащий центральный атом Mg и многоатомный гидрофобный спиртовый остаток.

Физико-химические свойства хлорофилла. Mолекулярный вес хлорофилла a 893,52. В изолированном состоянии хлорофилл образует черно-голубые микрокристаллы, которые плавятся с образованием жидкости при 117-120°С. Хлорофилл а легко растворяется в диэтиловом эфире, этаноле, ацетоне, хлороформе, бензоле, пиридине. Растворы хлорофилла а имеют сине-зеленую окраску и обладают сильной красной флуоресценцией. Главные максимумы спектра поглощения разбавленных растворов хлорофилла а в диэтиловом эфире - 429 и 660 нм. По химической струкутре хлорофилл а относится к хлоринам (дигидропорфиринам), так как одно из его пиррольных колец (кольцо IV) гидрировано по С17-С18 связи. В IV пиррольном кольце к остатку пропионовой кислоты присоединен высокомолекулярный спирт фитол. Некоторые растения, вместо или наряду с хлорофиллом a, синтезируют его аналог, в котором этильная группа (-CH2-CH3) во II пиррольном кольце замещена винильной группой (-CH=CH2). Молекула такого хлорофилла имеет две винильных группы, одну в кольце I, другую - в кольце II.

Рис.1. Структурная формула хлорофилла

Хлорофилл b отличается от хлорофилла a тем, что боковым заместителем у углеродного атома C3 во II пиррольном кольце вместо метильной является альдегидная группа -Н-С=О. В молекуле хлорофилла с пиррольные кольца не гидрированы, т. е. этот пигмент является классическим порфирином. Хлорофилл d и бактериохлорофиллы c, d, e и g также относятся к группе хлоринов, а бактериохлорофиллы а и b-группе бактериохлоринов (тетрагидропорфиринам), так как в их молекулах II и IV пиррольные кольца гидрированы по С7-С8 и С17-С18 связям. Указанные хлорофиллы различаются также структурой боковых заместителей и высокоатомного спирта, присоединенного к тетрапиррольному макроциклу. По химической структуре хлорофиллы родственны природным комплексам порфиринов, содержащим железо цитохромам, красящему веществу крови - гему, а также простетическим группам некоторых ферментов - пероксидаз и каталазы.

Состояние и функция хлорофилла в хлоропластах. Общее содержание хлорофилла в хлоропластах обычно составляет около5% на сухую массу. Более 99% хлорофилла находится в составе светособирающих пигмент-белковых комплексов, которые выполняют функцию антенны, т. е. поглощают солнечную энергию или акцептируют ее от вспомогательных пигментов - каротиноидов или фикобилинов, а затем транспортируют к реакционным центрам (см. Фотосинтез). Менее 1% хлорофилла находится в составе реакционных центров, которые осуществляют запуск цепи фотосинтетического транспорта электронов. У высших растений и водорослей существуют два типа реакционных центров, соответствующих двум фотосистемам хлоропластов (фотосистемы I и фотосистемы II).

Реакционные центры ФС I содержат только хлорофилл а, реакционные центры ФС II - хлорофилл а и его безмагниевый аналог - феофитин. Хлорофиллы в и с не входят в состав реакционных центров, выполняя функцию светособирающих антенн. Спектральный анализ показывает, что состояние хлорофилла в фотосинтетическом аппарате существенно отличается от состояния изолированного хлорофилла в растворах из-за пигмент-пигментных и пигмент-белковых взаимодействий. Например, хлорофилл a образует в фотосинтетическом аппарате не менее 10 различных спектральных форм.

Поглощая квант света, изолированная молекула хлорофилла переходит в возбужденное синглетное состояние (время жизни около 5 нс) и затем дезактивируется с испусканием кванта флуоресценции (квантовый выход - 20-40%) или заселением долгоживущего (время жизни 1-3 мс) триплетного состояния (квантовый выход - 40-60%). Возбужденные светом молекулы хлорофилла способны переносить электрон от молекулы донора на молекулу акцептора. В растворах хлорофилла этот процесс происходит, главным образом, за счет активности триплетного состояния, так как время жизни и концентрация триплетных молекул в растворах значительно больше, чем синглетных. В фотосинтетическом аппарате за счет наличия организованной структуры энергия возбуждения хлорофилла антенны эффективно захватывается хлорофиллом реакционных центров.

Первичными акцепторами возбуждения служат пигменты P680 в реакционных центрах ФС II и P700 - в реакционных центрах ФС I, которые, по-видимому, являются специально организованными димерами хлорофилла. Возбужденные молекулы этих димеров отдают электрон соответствующим акцепторам, включенным в структуру реакционных центров, и тем самым запускают процесс фотосинтетического транспорта электрона. Скорость захвата энергии возбуждения хлорофиллом реакционных центров и ее трансформации в энергию разделенных зарядов очень велика, и поэтому завершается за очень короткое время - 10-50 пс. Вследствие этого разделение зарядов осуществляется синглетно-возбужденными молекулами хлорофилла, а образование триплетных состояний, как значительно более медленный процесс, подавлено примерно на 2 порядка величины.

Однако триплетные молекулы хлорофилла образуются в результате обратной рекомбинации разделенных зарядов в реакционных центрах при их перегрузке, т. е. при отсутствии достаточно быстрого оттока электронов из реакционных центров в электрон-транспортную цепь. Кроме хлорофилла антенны и реакционных центров, существует также свободный хлорофилл, который не включен в процессы фотосинтетического транспорта энергии и заряда и эффективно образует триплетное состояние при фотовозбуждении. Концентрация этого хлорофилла составляет несколько десятых долей процента.

В результате запускаемого хлорофиллом электронного транспорта высшие растения, водоросли, цианобактерии и прохлорофитные бактерии осуществляют фоторазложение воды с выделением в атмосферу газообразного кислорода, образование АТФ и фиксацию СО2 с образованием углеводов. Таким образом свет, поглощенный хлорофиллом, преобразуется в потенциальную химическую энергию органических продуктов фотосинтеза и молекулярного кислорода.

Фикобилины

Сине-зеленые водоросли (цианобактерии), красные морские водоросли и некоторые морские криптомонады помимо хлорофилла а и каротиноидов содержат пигменты фикобилины. Наиболее известные представители фикобилинов - фикоэритробилины и фикоцианобилины. Первые преобладают у красных водорослей, вторые - у сине-зеленых.

Структура и свойства фикобилинов. По структуре фикобилины. (от греч. «phycos» - водоросль и лат. bilis - желчь) относятся к группе желчных пигментов - билинов (у животных представитель этой группы - билирубин). Это тетрапирролы с открытой цепью, имеющие систему конъюгированных двойных и одинарных связей. В своем составе они не содержат атомов магния или других металлов, а также фитола.У фикоцианобилина пиррольные кольца соединены между собой метиновыми мостиками. I и IV пирролы имеют по одной карбонильной группе. Пиррольные кольца содержат следующие боковые радикалы: четыре метильных (у C1,3,6,7), винильную (у С2), этильную (у С8) и два остатка пропионовой кислоты (у С4 и С5).

Фикобилины являются хромофорными группами фикобилипротеинов - глобулиновых белков, с которыми в отличие от хлорофиллов они связаны прочными ковалентными связями. Фикобилипротеины делятся на три основные группы; 1) фикоэритрины - белки красного цвета с максимумом поглощения от 498 до 568 нм, 2) фикоцианины - сине-голубые белки с максимумами поглощения от 585 до 630 нм, 3) аллофикоцианины - синие белки с максимумами поглощения от 585 до 650 нм. Все эти хромопротеины обладают флуоресценцией с максимумами 575 - 578, 635 - 647 и 660 нм соответственно. Фикобилипротеины водорастворимы, в клетках водорослей они локализованы в фшобилисомах - гранулах, расположенных на наружной поверхности фотосинтетических ламелл.

Значение фикобилинов. Максимумы поглощения света у фикобилинов находятся между двумя максимумами поглощения у хлорофилла: в оранжевой, желтой и зеленой частях спектра (см. рис. 4.3). Значение такого распределения максимумов поглощения становится понятным, если вспомнить оптические свойства воды, которая поглощает прежде всего длинноволновые лучи. На глубине 34 м в морях и океанах полностью исчезают красные лучи, на глубине 177 м - желтые, на глубине 322 м - зеленые и, наконец, на глубину свыше 500 м не проникают даже синие и фиолетовые лучи. В связи с таким изменением качественного состава света в верхних слоях морей и океанов обитают преимущественно зеленые водоросли, глубже - сине-зеленые и еще глубже - водоросли с красной окраской. В. Т. Энгельман назвал это явление хроматической комплементарной адаптацией
водорослей. По его наблюдениям (1881 - 1884), наиболее интенсивная ассимиляция С02 у водорослей с различной окраской соответствует максимумам поглощения света пигментными системами этих водорослей.

Русский исследователь Н. М. Гайдуков (1903) экспериментально показал, что если культуру синезеленой водоросли Oscillaria sancta выращивать на свету разного спектрального состава, то у нее развивается дополнительная (комплементарная) окраска. При освещении зеленым светом водоросли становятся оранжево-красными, а при дейтвии красных лучей - зелеными. В настоящее время известно, что эти изменения цвета клеток связаны с изменениями в синтезе фикобилинов, принимающих участие в процессе фотосинтеза. Таким образом, у водорослей фикобилины - дополнительные пигменты, выполняющие вместо хлорофилла b функции светособирающего комплекса. Около 90% энергии света, поглощенного фикобилинами, передается на хлорофиллы а. Явление хроматической комплементарной адаптации обнаружено далеко не у всех видов синезеленых и красных водорослей. У многих из них адаптация к изменяющемуся спектральному составу света обеспечивается изменением количества и состава хлорофиллов а.

Экологическое значение спектрально-различных форм пигментов у фотосинтезирующих организмов .Пигментные наборы фотосинтезирующих организмов позволяют им использовать весь диапазон длин волн падающей на Землю солнечной энергии. Обращает внимание большое различие в спектрах поглощения у представителей разных групп фотосинтезирующих организмов и прежде всего существенные сдвиги в максимумах поглощения хлорофиллов в красной области спектра. Несомненно экологическое значение этого явления, позволяющего избегать конкуренции за свет между разными группами фотосинтезирующих организмов. Что же касается эволюции спектров поглощения хлорофиллов, то очевидна тенденция к перемещению в более коротковолновую часть спектра с более высоким энергетическим уровнем.

Значение фикобилинов - поглощать лучи определенного участка спектра. Максимумы поглощения света у фикобилинов находятся между двумя максимумами поглощения у хлорофилла: в оранжевой, желтой и зеленой частях спектра. Значение такого распределения максимумов поглощения становится понятным, если вспомнить оптические свойства воды, которая поглощает прежде всего длинноволновые лучи. На глубине 34 м в морях и океанах полностью исчезают красные лучи, на глубине 177 м - желтые, на глубине 322 м - зеленые и, наконец, на глубине свыше 500 м не проникают даже синие и фиолетовые лучи. В связи с этим изменением качественного состава света в верхних слоях морей и океанов обитают преимущественно зеленые водоросли, глубже сине-зеленые и еще глубже водоросли с красной окраской. Такое явление В. Т. Энгельман назвал хроматической комплементарной адаптацией водорослей.

У водорослей фикобилины - дополнительные пигменты, выполняющие вместо хлорофилла б функции светособирающего комплекса. Около 90% энергии света, поглощенного фикобилинами, передается на хлорофилл а. Кроме фикобилинов, участвующих в фотосинтезе у водорослей, у всех растений имеется другой фикобилин - фитохром, являющийся фиторецептором для восприятия красного и дальнего красного света и выполняющий регуляторные функции.

Это большая группа пигментов желтого, оранжевого и красного цвета. Каротиноиды широко распространены в природе: их обнаружено больше трехсот. Однако в фотосинтезе участвуют лишь некоторые из них. Имеют в своей структуре изопреновую цепь из четырех метилбутадиеновых остатков, разделенных в середине CH=CH-группой, и одно или два циклогексеновых β-иононовых кольца на концах цепи. Каротиноиды делятся на каротины - ненасыщенные углеводороды и ксантофиллы - кислородсодержащие каротиноиды, имеющие гидрокси-, метокси-, карбокси-, кето-и эпоксигруппы. Синтезируются высшими растениями, грибами и бактериями; животные их не образуют, а используют для синтеза витамина А. Широко распространены в растениях α-, β- и γ-каротины, ликопин, зеаксантин, виолаксантин, флавоксантин и др. В значительных количествах каротиноиды накапливаются в корнеплодах моркови, плодах шиповника, рябины обыкновенной, смородины, облепихи, томатов, абрикоса, тыквы, цветках календулы, листьях шпината, салата, крапивы. Наибольшую биол. активность проявляет β-каротин, в результате гидролитического расщепления которого в животном организме вырабатываются две молекулы витамина А, из остальных - одна молекула.

Поглощение света каротиноидами, а следовательно, их окраска обусловлены наличием конъюгированных двойных связей. β-каротин имеет два максимума поглощения, соответствующие длинам волн 482 и 452 нм. Красные лучи, поглощаемые хлорофиллами, каротиноидами не поглощаются. Каротиноиды в отличие их от хлорофилла не обладают способностью к флюоресценции. Подобно хлорофиллу, каротиноиды в хлоропластах вступают во взаимодействие с белками.

Каротиноиды играют существенную роль в процессе фотосинтеза, участвуя в реакциях эпоксидации и образуя многочисленные кислородные производные. Они также участвуют в процессах дыхания и роста растений, переноса активного кислорода, фиксации света, стимулируют окислительно-восстановительные и генеративные процессы. В растениях они находятся в хромо- и хлоропластах в жирорастворимом состоянии или в виде водорастворимых белковых комплексов.

Они поглощают определенные участки спектра света и передают энергию на хлорофилл, одновременно защищая молекулу хлорофилла от необратимого фотоокисления. Возможно, каротиноиды принимают участие в кислородном обмене при фотосинтезе. У высших растений, мхов, зеленых и бурых водорослей осуществляется светозависимое взаимопревращение ксантофиллов. Примером может служить виолаксантиновый цикл.

Рис.2. Виолаксантиновый цикл

Значение виолаксантинового цикла остается невыясненным. Возможно, он служит для устранения излишков кислорода. Производные каротиноидов - витамин А, ксантоксин, действующий подобно АБК. Хромопротеин родопсин, обнаруженный у некоторых галофитных бактерий, поглощая свет, функционирует в качестве Н + -помпы. Хромофорной группой бактериородопсина является ретиональ-альдегидная форма витамина А.

Физиологическая роль каротиноидов. Уже тот факт, что каротиноиды всегда присутствуют в хлоропластах, позволяет считать, что они принимают участие в процессе фотосинтеза. Однако не отмечено ни одного случая, когда в отсутствие хлорофилла этот процесс осуществляется. В настоящее время установлено, что каротиноиды, поглощая определенные участки солнечного спектра, передают энергию этих лучей на молекулы хлорофилла. Тем самым они способствуют использованию лучей, которые хлорофиллом не поглощаются. Физиологическая роль каротиноидов не ограничивается их участием в передаче энергии на молекулы хлорофилла. По данным русского исследователя Д.И. Сапожникова, на свету происходит взаимопревращение ксантофиллов (виолаксантин превращается в зеаксантин), что сопровождается выделением кислорода. Спектр действия этой реакции совпадает со спектром поглощения хлорофилла, что позволило высказать предположение об ее участии в процессе разложения воды и выделения кислорода при фотосинтезе.

Имеются данные, что каротиноиды выполняют защитную функцию, предохраняя различные органические вещества, в первую очередь молекулы хлорофилла, от разрушения на свету в процессе фотоокисления. Опыты, проведенные на мутантах кукурузы и подсолнечника, показали, что они содержат протохлорофиллид (темновой предшественник хлорофилла), который на свету переходит в хлорофилл а, но разрушается. Последнее связано с отсутствием способности исследованных мутантов к образованию каротиноидов. Ряд исследователей указывают, что каротиноиды играют определенную роль в половом процессе у растений. Известно, что в период цветения высших растений содержание каротиноидов в листьях уменьшается. Одновременно оно заметно растет в пыльниках, а также в лепестках цветков.

По мнению П. М. Жуковского, микроспорогенез тесно связан с метаболизмом каротиноидов. Незрелые пыльцевые зерна имеют белую окраску, а созревшая пыльца - желто-оранжевую. В половых клетках водорослей наблюдается дифференцированное распределение пигментов. Мужские гаметы имеют желтую окраску и содержат каротиноиды. Женские гаметы содержат хлорофилл. Высказывается мнение, что именно каротин обусловливает подвижность сперматозоидов. По данным В. Мевиуса, мате­ринские клетки водоросли хламидомонады образуют половые клетки (гаметы) первоначально без жгутиков, в этот период они еще не могут передвигаться в воде. Жгутики образуются только после освещения гамет длинноволновыми лучами, которые улавливаются особым каротиноидом - кроцетином.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Среди пигментов в растительном мире наиболее распространен антоциан. Он принадлежит к безазотистым соединениям, близким к глюкозидам, и в растворенном состоянии (редко кристаллическом) входит в состав клеточного сока. В составе антоциана - глюкоза и различные антоцианидины с присоединением либо щелочного вещества (тогда антоциан синий), либо кислого (тогда антоциан краснеет). В зависимости от реакций, какие он претерпевает в клеточном соке с солями, кислотами, дубильными веществами, он придает различную окраску клеточному соку.

Необычное разнообразие окраски цветков у растений, а также листьев связано чаще всего с антоцианом. Красные маки, покрывающие весенние степи Средней Азии, темно-лиловые генцианы на субальпийских лугах Кавказа, красные головки клевера, синие васильки, красные розы- все это богатство расцветок создается антоцианом. Окраска красных и лиловых плодов вишни, черешни, сливы, яблони, ежевики, винограда и пр. также объясняется наличием антоциана. Черные семена фасоли, гороха содержат в клетках и под кожицей фиолетовый антоциан.

1. Антоцианы - красящие вещества в клетках растений

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие - пурпуровой окраски и уже отцветающие - синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие "возрастные" явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки. Но только ли окраска венчика при этом служит для них ориентиром?

Разнообразие окраски цветков зависит от числа гидроксильных групп в молекулах антоцианов: с их увеличением окраска становится более синей (из-за наличия дельфинидина). При метилировании гидроксилов образуется пигмент мальвидин, придающий лепесткам красный цвет. Расцветка венчиков обусловливается и соединениями антоцианов с ионами различных металлов. Так, например, соли магния и кальция способствуют преобладанию синей окраски, а соли калия - пурпурной. Определенное разнообразие оттенков вносит и дополнительное присутствие желтых пигментов (халконов, флавонолов, флавонов, ауронов и т. п.).

Естественные красители содержатся не только в цветках, но и в других частях растений, играя многостороннюю роль. Взять хотя бы не бросающуюся в глаза окраску клубней картофеля. У клубней картофеля различная окраска кожуры, глазков, проростков и мякоти также зависит от содержания в них фенольных соединений, иначе называемых биофлавоноидами. Они имеют разнообразную гамму красок: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Картофель с черной окраской кожуры клубней растет на его родине на острове Чилоэ. Различная окраска картофельной кожуры и мякоти зависит от содержащихся в них следующих биофлавоноидов: белая - от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая - от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая - от антоцианов. Группа антоцианов наиболее многочисленна, насчитывает около 10 видов. В нее входят и дающие пурпурный и розовый цвета пионидин, пеларгонидин и мальвидин, и окрашивающие в синий цвет цианидин и дельфинидин, и бесцветный пигмент петунидин. Установлено, что окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира, каротиноидов, рибофлавина и комплекса флавоноидов.

За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от состояния погоды, интенсивности освещения, реакции почвенной среды, применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При выращивании картофеля на торфяных почвах, например, клубни часто имеют синеватый оттенок, при внесении фосфорного удобрения они бывают белыми, сульфат калия может придать им розовый цвет. Окраска клубней нередко меняется и под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.

Сказочная осенняя окраска листьев с оранжевыми, красно-бурыми и красными оттенками тоже зависит от содержания в их клеточном соке антоцианов. Наиболее активному процессу их образования в этот период способствуют понижение температуры, яркое освещение и задержка по этим причинам в листве питательных веществ, особенно сахаров.

Искусственно ускорить образование антоцианов в листьях калины обыкновенной, черемухи обыкновенной, осины, бересклета бородавчатого или клена платановидного можно следующим путем. Весной на одной из их ветвей посередине ее длины снимают кольцо коры шириной в 2-2,5 см. Это приведет к усиленному накоплению углеводов в изолированной верхней части ветви и вызовет здесь более раннее и интенсивное покраснение листьев, чем ниже кольца или на неповрежденных ветвях.

Полагаем, что если уважаемый читатель пожелает повторить этот опыт, то постарается выполнить его с надлежащей аккуратностью и бережным отношением к живому дереву - нашему верному другу.

Антоцианы в клетках растений выполняют не только роль вещества, придающего их тканям яркую привлекательную окраску. Оказывается, что эти пигменты, появляющиеся в листьях и стеблях при воздействии пониженных температур, в ранневесенний и осенний периоды служат своего рода "ловушкой" солнечных лучей, избирательно работающим фильтром. В молодых побегах и листьях бузины красной, пырея ползучего, ржи озимой, лисохвоста лугового, мятлика лугового и некоторых других растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода.

Наблюдения свидетельствуют также о том, что фиолетовая окраска семян, листьев и стеблей у растений является индикатором на содержание в них легкоферментируемых углеводов - сахарозы, фруктозы и глюкозы, в значительной степени обусловливающих холодостойкость растений. По этому характерному показателю (тесту) в перспективе можно будет оперативно вести предварительный отбор на морозоустойчивость и повышенное содержание сахаров, что особенно необходимо при выведении новых сортов многолетних кормовых трав.

В листьях липы мелколистной, березы повислой, вяза шершавого вместо антоцианов в основном содержатся каротиноиды (каротины и ксантофиллы). В этом случае перед листопадом после разрушения хлорофилла листья приобретают золотисто-желтую окраску.

Следовательно, багряные оттенки, в которые окрашиваются многие наши деревья перед листопадом, не играют какой-либо особой физиологической роли, а являются лишь показателем затухания процесса фотосинтеза, предвестником наступления периода зимнего покоя растений.

Откуда же осенью появляются антоциан и ксантофилл? Оказывается, что в зеленых листьях деревьев с самого начала их жизни одновременно содержатся и хлорофилл, и антоциан (или ксантофилл). Однако антоциан и ксантофилл имеют менее интенсивную плотность окраски, поэтому они становятся заметными только после того, как под воздействием определенных условий окружающей среды произойдет разрушение зерен хлорофилла. В ноябре - декабре, когда образование хлорофилла сдерживается недостатком солнечного света и его неполным спектром, у комнатных роз молодые побеги и распускающиеся листья имеют ярко-красный цвет. При ярком солнечном освещении они сразу стали бы зелеными.

У некоторых растений изменение зеленой окраски листьев на красную носит обратимый характер. Наглядным примером этого является поведение многих видов алоэ, культивируемых в комнатных условиях. Зимой и ранней весной, пока солнечный свет еще сравнительно слаб, они окрашены в зеленый цвет. Но если эти растения в июне или июле выставить на яркое солнечное освещение, их листья станут красно-бурыми. Перенесение же растений в затененное место снова обеспечит быстрое возвращение листьям зеленой окраски.

Желтая окраска цветков происходит от содержащихся в них флавонов (каротина, ксантофилла и антохлора), которые в соединении со щелочами дают довольно широкий спектр оттенков от ярко-оранжевого до бледно-желтого.

Среди многообразия красок в растительном мире довольно значительное место занимает белый цвет. Но для того чтобы его создать, обычно не нужно никакого красящего вещества. Он обусловлен наличием воздуха в межклеточных пространствах растительных тканей, который полностью отражает свет, благодаря чему лепестки цветка кажутся белыми. Это можно наблюдать на примере цветущих растений нивяника обыкновенного, кувшинки белой, ландыша майского и др. За счет плотного опушения белую окраску имеют и растения эдельвейса альпийского, сушеницы топяной, жабника полевого, мать-и-мачехи. Содержащийся в омертвевших волосках воздух также в результате отражения света делает их опушенную поверхность белой. А белая окраска березовой коры, придающая в любое время года стволам березы нарядный вид, обусловливается наполняющими клетки перидермы снежно-белыми нитевидными кристаллами бетулина ("березовой камфоры").

2. Роль красящих веществ в жизни растений

Весь процесс, обеспечивающий создание в растениях различных цветов, на первый взгляд может представиться весьма простым. Однако существующие в природе многочисленные расцветки и тона являются результатом сложного взаимодействия основных пигментов в различных сочетаниях со средой. Зависят они и от порядка размещения естественных красителей в растительных тканях.

Современными исследованиями установлено, что естественные красители (в основном из группы фенолов), содержащиеся в различных частях растений, играют большую роль в их жизни.

Чашечковидные венчики цветков у горных и арктических растений действуют как своеобразные вогнутые собирательные зеркала - рефлекторы, концентрируя солнечный свет в центре цветка, где температура может превышать температуру окружающей среды на 6...8 градусов Цельсия. Поворачиваясь постоянно в течение светового дня к солнцу, цветки максимально используют его энергию. А с наступлением сумерек, закрывая венчик или наклоняя цветок книзу, растение создает благоприятные условия для наилучшей сохранности аккумулированной энергии.

Высокая концентрация пигментов способствует и защите наследственного аппарата растений от мутагенных воздействий.

Окраска растений полезна и для их защиты от избытка солнечного света. Поэтому в горной местности с увеличением высоты цветки имеют более яркую и плотную окраску. В этом отношении наибольшее значение имеет пигмент - меланин. Благодаря особенностям своей структуры он как бы является "молекулярным ситом", в ячейках которого застревают и обезвреживаются радикалы, образуемые под действием ультрафиолетовых лучей. Штаммы микроорганизмов, содержащие меланин, настолько приобретают устойчивость к ультрафиолетовому облучению и действию космических лучей, что живут и размножаются в высоких слоях атмосферы, в горах, в пустынях, в Арктике и Антарктике, т. е. там, где их неокрашенные родичи гибнут. Наличие меланина в оболочках клеток, спор и гиф грибов надежно защищает микроорганизмы от воздействия на них ферментов, выделяемых микробами-антагонистами.

У бактерий и грибов имеются и другие пигменты. Азотфиксирующие бактерии синтезируют, например, пигменты из фенолокислот (З,4-диоксибензойной) и аминокислот (аланина и серина). Встречаются пигменты, производные бензо-, нафто- и антрахинона, сходные по свойствам с меланином.

3. Использование людьми действия растительных пигментов

Различная окраска растений неодинаково влияет на наш организм, так как каждый цвет спектра имеет свою длину волны. Наиболее короткие волны фиолетового, синего, голубого и зеленого цветов, являясь холодными (пассивными), действуют на нервную систему успокаивающе, способствуют отдыху. Цветки с лепестками красного, оранжевого и желтого колеров, имеющих более длинные волны, считаются теплыми, активными; они возбуждают организм, повышают его тонус и работоспособность. Цветки желтой окраски не случайно называют "земным солнцем". В зависимости от их оттенков наш организм может приходить в состояние возбуждения или, наоборот, успокаиваться. Белый и черный цвета относятся к нейтральным.

Эти обстоятельства свидетельствуют о том, что в режиме труда и отдыха настроением человека в значительной мере можно управлять, создавая определенную цветовую гамму фитодизайна. Так, например, растения с ярко-красными цветками (гвоздики, пионы, тюльпаны, гладиолусы, розы), оказывающие возбуждающее действие, желательно иметь в служебных помещениях (для профилактики утомления), в кафе, столовых, ресторанах, при проведении торжественных совещаний и других массовых мероприятий. Возбуждающий (бодрящий) эффект создают также растения фиолетового и пурпурного цветов. Цветовая гамма ярко-красного, пурпурного и фиолетового колеров повышает нервно-психический тонус и работоспособность, увеличивает напряжение мышц, способствует ускорению ритма дыхания и усилению кровообращения.

Для предотвращения меланхолического настроения используют растения с цветками розовой окраски (бальзамин, азалия, деклитра, розы, астры, левкои, пеларгония, гортензия, фуксия). При депрессии, вялости, плохом аппетите рекомендуется вводить в интерьеры растения с оранжевыми цветками (кальцеолярия, бархатцы, календула, настурция, монбреция). При напряженной умственной, зрительной работе полезно иметь в помещении цветущие растения желтой и золотистой окраски (хризантемы, рудбекия, анютины глазки, примула, нарциссы, лантана камара), так как среди других цветов солнечного спектра желтый наиболее спокойно воспринимается нашим глазом, не вызывая его утомления, способствует поддержанию тонуса и бодрого настроения. Зеленый цвет растений оказывает положительное воздействие на организм человека благодаря улучшению кровообращения и нормализации кровяного давления. Он, как и желтый цвет, является физиологически оптимальным и самым привычным для зрительного восприятия. Эти предпосылки подтверждают целесообразность культивирования в комнатных условиях наряду с цветущими растениями декоративных вечнозеленых растений.

Для отдыха организма, сопровождаемого торможением функции нервной системы, снижением напряжения мышц, замедлением ритма дыхания, урежением пульса и снижением кровяного давления, в фойе театров, залах ожидания вокзалов, приемных и вестибюлях административных зданий желательно иметь растения с цветками голубой и синей успокаивающей окраски (незабудки, анютины глазки, васильки, колокольчики, глоксиния, ирисы, дельфиниум, аквилегия).

Оригинальные наблюдения психологов показали, что восприятие цветов людьми неодинаково. Женщины, например, преимущественно предпочитают цветущие растения красной окраски, мужчины - голубой. У детей вкусы меняются: в 4-9-летнем возрасте наибольшее впечатление на них производят розовый, карминовый и пурпурный цвета; в 10-12 лет они считают любимыми зеленый, желтый и красный цвета; в 13-16 лет - синий, оранжевый и зеленый, а к 17-19 годам кумиром становится тонизирующая красно-оранжевая расцветка.

4. Другие растительные пигменты

Из желтых пигментов в клеточном соке довольно обычен антохлор, который встречается в цветках, например, лядвенца, желтого мака, георгина, коровяка, льнянки, а также в плодах некоторых цитрусовых, реже - в лепестках львиного зева. В клеточном соке имеется ряд других пигментов. В клетках бывают разнообразные кристаллы: они образуются в цитоплазме и попадают в вакуоли. Очень распространены кристаллы щавелевокислой извести. Эти образования содержаться в вакуолях клеток многих растений. Они легко растворяются в соляной кислоте. Роль их в клетках не выяснена.

Помимо одиночных кристаллов, встречаются рафиды - пучки игловидных кристаллов (у многих однодольных растений, например в листьях гиацинта, американской агавы, в паренхиме чемерицы и пр.), друзы, имеющие вид «хрустальных» сростков кристаллов и встречающиеся в клетках паренхимной ткани листьев и стеблей многочисленных растений. Под микроскопом друза ярко блестит. Иногда друзы блокируют ядро клетки, и она становится безъядерной (у рододендрона).

Заключение

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок - фиолетовый, незабудок - небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов - красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов - розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде - фиолетовый, а в щелочной - синий.

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие - пурпуровой окраски и уже отцветающие - синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие "возрастные" явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки.

Наличие в клетках растений красящих веществ помогает им наиболее эффективно поглощать и использовать солнечные лучи. Все пигменты растений представляют собой избирательно работающие физико-химические фильтры - ловушки солнечного света. Если хлорофилл листьев поглощает только красные и сине-фиолетовые лучи, используемые в процессе фотосинтеза для образования сложных органических соединений из простых минеральных веществ почвы и воздуха, то ярко-окрашенные цветки, благодаря содержанию в них разнообразных пигментов, улавливают лучи иной длины волны и превращают их в другие формы энергии. Эти формы энергии используются растениями для созревания пыльцы и яйцеклеток, синтеза ароматических веществ, повышения температуры в органах размножения, что ускоряет течение обменных процессов.

С давних пор люди используют защитное и лекарственное действие растительных пигментов. Известно, что они оказывают многостороннее благотворное влияние на организм человека, укрепляя сосудистую систему и улучшая состав крови за счет участия в синтезе галактоуроновой кислоты. Пигменты обладают противовирусными, бактерицидными и противовоспалительными свойствами. Конденсаты биофлавоноидов (меланины) способны обезвреживать ионизирующие излучения. Антоцианы, в состав которых входит активная цианистая группа, являются сердечными стимуляторами.

Особенность полифенольных веществ - растительных пигментов - заключается в том, что они всегда действуют совместно с аскорбиновой кислотой. Аскорбиновая кислота защищает фенольные соединения от окисления, а фенольные вещества, в свою очередь, предохраняют от разрушения аскорбиновую кислоту, крайне необходимую растениям. Если, например, в 100 г картофельного сока внести всего 25 мг аскорбиновой кислоты, он не будет темнеть в течение нескольких часов.

Растительные пигменты нетоксичны, обладают ценными антиокислительными и Р-витаминными свойствами, благодаря чему их целесообразно широко использовать в качестве пищевых красителей вместо ранее применявшихся синтетических веществ, сейчас признанных небезвредными.

антоциан пигмент красящий растение

Список используемой литературы:

1. Беликов П.С. Физиология растений: Учебное пособие. / П.С. Беликов, Г.А. Дмитриева. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - 248 с.

2. Веретенников А.В. Физиология растений; Учебник.-/А.В.Веретенников. -М.: Академический Проект. 2006. - 480 с.

3. Кретович В.Л. Биохимия растений /В.Л. Кретович. - М.: Высшая школа, 2000. - 445 с.

4. Кузнецов В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева. - М.: Высшая школа, 2005. - 736 с.

5. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении /А.Л. Курсанов. - М.: Наука, 1999. - 648 с

6. Лебедев С.И. Физиология растений / С.И. Лебедев. - М.: Колос, 2008. - 544 с.

7. Либберт Э. Физиология растений / Э. Либберт. - М.: Мир, 2006. - 580 с.

8. Медведев, С.С. Физиология растений: Учебник. / С.С. Медведев. - СПб.: Изд-во Санкт-Петерб. ун-та, 2004. - 336 с.

9. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений / Б.П. Плешков. - М.: Агропромиздат, 2007. - 494 с.

10. Полевой В.В. Физиология растений / В.В. Полевой. - М.: Высшая школа, 2006. - 464 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Нуклеиновые кислоты, их структура, функциональные группы. Осмотическое давление различных клеток и тканей растения. Роль пигментов в жизни растений. Биосинтез углеводов, ферменты углеводного обмена. Роль аденозинтрифосфорной кислоты в обмене веществ.

контрольная работа , добавлен 12.07.2010


Виды геоботанических карт. Этапы процесса картографирования запасов лекарственных растений. Методические подходы и обработка исходной информации при подготовке карт. Биологически активные вещества и сроки заготовки лекарственных растительных средств.

контрольная работа , добавлен 25.04.2014


Экологические группы растений: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Общая характеристика ультрафиолетового излучения и его роль в эволюции живого. Влияние УФ-радиации на содержание фотосинтетических пигментов. Понятие стресса растений.

курсовая работа , добавлен 07.11.2015


Сущность понятия "фотопериодизм". Нейтральные, длиннодневные, короткодневные растения. Свет и его роль в жизни растений. Экологические группы растений по отношению к свету. Адаптация растений к световому режиму. Локализация фотопериодических реакций.

курсовая работа , добавлен 20.05.2011


Исследование сущности фотосинтеза и необходимых для него условий. Этапы деления клетки. Выделительные системы растений (железистые волоски, выделительные ходы, млечники.). Типы почек по происхождению. Биологическая роль распространения плодов и семян.

контрольная работа , добавлен 23.03.2011


Общая характеристика ядовитых растений, их значение, распространение и роль в природе и жизни человека. Первая помощь при отравлении ядовитыми растениями. Биолого-морфологическая характеристика ядовитых растений. Ядовитые растения Нижегородской области.

курсовая работа , добавлен 03.09.2011


Пищевая ценность дикорастущих растений. Характеристика биогологически активных веществ лекарственных растений. Распределение дикорастущих пищевых, лекарственных и ядовитых растений по природным зонам. Правила сбора и употребления пищевых растений.

реферат , добавлен 22.03.2010


История открытия фотосинтеза. Образование в листьях растений веществ, выделение кислорода и поглощение углекислого газа на свету и в присутствии воды. Роль хлоропластов в образовании органических веществ. Значение фотосинтеза в природе и жизни человека.

презентация , добавлен 23.10.2010


Исследование основных жизненных форм растений. Описание тела низших растений. Характеристика функций вегетативных и генеративных органов. Группы растительных тканей. Морфология и физиология корня. Видоизменения листа. Строение почек. Ветвление побегов.

презентация , добавлен 18.11.2014


Явления в жизни растений, связанные с наступлением лета. Роль человека, влияющего на жизнь растений в природных сообществах. Связь растений с окружающей средой. Луговая флора Республики Беларусь. Геоботаническое описание луговой растительности.

Для окрашивания продуктов питания применяют соки и экстракты из культурных и дикорастущих пло­дов и ягод - таких, как черника, ежевика, клюква, рябина, калина, черемуха, вишня, барбарис, виноград, черная смородина и т. п. Ягоды и соки из них сами по себе питательны и служат ценными вкусовыми и аро­матическими компонентами ряда пищевых продуктов: кондитерских и ликеро-наливочных изделий, напитков и т. п. Эти изделия, кроме того, нуждаются также в дополнительном подкрашивании. Но пригодны соки - красители далеко не во всех случаях, так как концент­рация красящих веществ в них относительно невелика.

Сырьем для изготовления натуральных красителей растительного происхождения кроме ягод являются также цветы и листья растений, плоды, корнеплоды и т. п. Наряду с культурными и дикорастущими расте­ниями важным источником натуральных пищевых кра­сителей могут быть отходы переработки растительного сырья на консервных и винодельческих заводах. При­менение этих отходов (выжимок ягод и т. п.) в произ­водстве некоторых пищевых продуктов наряду с лик­видацией дефицита в красителях способствует повыше­нию уровня «рентабельности использования раститель­ного сырья.

В винодельческой и плодоовощекоисервной отрас-. лях пищевой промышленности ежегодно образуется значительное количество растительных отходов, кото­рые могут служить ценным сырьем для получения на­туральных красителей. Так, в плодоовощной промыш­ленности сырье используется только на 70-90% (24].

Содержание красящих веществ в растительном сырье относительно невелико, а количество других при­сутствующих химических соединений может превышать его в несколько раз. Это сахаристые, пектиновые, бел­ковые вещества, органические кислоты, минеральные соли и т. п. Сами по себе эти вещества также полезны. Однако наличие их в сырье влияет на содержание кра­сящих веществ в конечном продукте; по мере необхо­димости указанные химические элементы могут быть удалены в ходе технологического процесса приготовле­ния красителя.

Следует учитывать и то, что в некоторых видах красильных растений могут присутствовать нежела­тельные примеси, такие, как алкалоиды, сильнодейст­вующие физиологически активные гликозиды. Осво­бождение от них в достаточной степени не всегда воз­можно, а следовательно, нет полной гарантии в безо­пасности применения в пищевых целях полученного из таких растений красителя. Поэтому из множества ра­стений, являющихся источниками красок различного назначения, лишь ограниченное количество их видов пригодно для получения натуральных пищевых краси­телей.

В связи с этим важнейшей задачей исследователей в этой области является выбор наиболее перспективно­го растительного сырья и оптимальных способов изго­товления из него пищевых красителей.

Красящие вещества растительного происхождения разнообразны по химическому составу и структуре. Наиболее широко распространены красящие вещества, относящиеся по химической природе к флавоиоидным и каротиноидным соединениям, которые являются ос­новой красных, оранжевых и желтых красителей.

Цвет растворимых в воде растительных пигментов 0.Уловлен в основном антоцианами.

Антоцианы - красящие вещества растений - от - к фенольным соединениям. Одной из харак - рных особенностей растительной клетки является

Образование фенольных соединений. Это вещества, со­держащие в своей молекуле ароматическое (бензоль­ное) кольцо, которое несет одну, две или более гид - роксильных группы . Важнейшая функция фе­нольных соединений в растительных тканях - их учас­тие в окислительно-восстановительных процессах.

Известное в природе огромное разнообразие фе­нольных соединений можно разделить па трн основ­ные группы в соответствии с их Углеродным скелетом: С6 - Ср, CG - Сз - и С6 - С3 - Сq-соединение.

К группе С6-Сі-соединений относятся оксибензой - ные кислоты: п-оксибеизойная, протокатеховая, вани­линовая, галловая и сиреневая. Они широко распрост­ранены в растениях. Присутствуют оксибензойные кис­лоты в растениях обычно в связанной форме и высво­бождаются при гидролизе. Галловая кислота обнару­жена в растениях как в свободном - виде, так и в виде димераметадигалловой кислоты. Депсиды (соединения со сложноэфирной связью, образуемой за счег феноль - ной гидроксильной группы одной молекулы фенолкар - боновой кислоты и карбоксильной группы другой) гал­ловой кислоты представляют собой исходные продукты для образования гидролизуемых дубильных веществ.

Из Сб - Сі-соединений широко используется в пище­вой промышленности, особенно в кондитерской отрасли, ванилин (альдегид ванилиновой кислоты), обладающий характерным приятным запахом. В виде глюкозида он содержится в плодах ванили.

Группа Се-Сз-соединений включает подгруппы ок - снкоричных кислот и кумаринов. Оксикорнчные кисло­ты- я-оксикоричная (я-кумаровая), кофейная, феру­ловая и синаповая - присутствуют в растениях как в свободном, так и в связанном виде.

В растениях часто встречаются сложные эфиры ок - сикоричных кислот (хинной и шикимовой), на-прнмер хлорогеновая (кофеил-3-хинная) кислота. Она широко распространена в растениях. Особенно большое количе­ство хлорогеновой кислоты обнаруживается в прораста­ющих семенах подсолнечника и необжаренных зернах кофе. Определена она в какао-бобах, где также присут­ствует и неохлорогеновая (кофеил-5-хинная) кислота.

Кумарин - бесцветное кристаллическое вещество с приятным запахом, напоминающим запах сена. Чистый кумарин и цветы донника, в которых он содержится в основном в виде гликозидов, используются как арома­тизаторы, чаще в парфюмерной промышленности.

Группа Сб - С3 - Сб-соединений особенно разнооб­разна. Фенольные соединения, относящиеся к этой груп­пе, называются также флавоноидами. В молекуле фла - воноида содержится два бензольных ядра и одно гете­роциклическое, содержащее кислород (называемое пирановым). Флавоноиды - производные флавана - в зависимости от степени окисленности (или восстанов - ленности) гетероциклического фрагмента могут быть разбиты на шесть основных подгрупп: катехины, лей - коантоцианы, флаваноны, антоцианы, флавоны и фла - вонолы . Отдельные группы флавоноидов от­личаются друг от друга по "степени окисленности трех - углеродного фрагмента. Химическим путем (окислени­ем или восстановлением) возможно осуществить пере­ход от одной группы флавоноидов к другой. Большое разнообразие природных флавоноидов обусловлено как их строением, наличием асимметрических атомов угле­рода, так и способностью большинства из них образо­вывать гликозиды с моно-, ди - и даже трасахаридами. Отдельные группы флавоноидов значительно отличают­ся друг от друга по свойствам и биологической актив­ности-

«Катехины - наиболее восстановленная группа фла - воноидных соединений.-Их строение может быть изобра­жено так

"Сатин ОН

^Лаг°Даря наличию в молекуле двух асимметричес - х атомов углерода катехины встречаются в четырех

Несколько реже встречаются в растениях (-)-эпи - галлокатехин и (+)-галлокатехин (R = OH; R" = H). Характерной особенностью катехинов является образова­ние зфиров с галловой кислотой (R"-галлоил): катехин - галлатов и галлокатехингаллатов.

Катехины представляют собой бесцветные кристал­лические вещества, легко окисляющиеся и склонные к полимеризации. Они широко распространены в расте­ниях, содержатся во многих съедобных плодах и ягодах (яблоки, груши, вишня, айва, персики, абрикосы, еже­вика, земляника, брусника, смородина, рябина, вино­град, малина и др.). Особенно богаты катехинами моло­дые побеги чайного растения, используемые для изго­товления чая, а также нестандартное чайное сырье, из которого готовят натуральные чайные красители. В чайных побегах обнаружены в основном (-)-эпикате­хин, (±)-катехин, (-)-эпигаллокатехин, (±)-галлока - техин, (-)-эпикатехингаллат, (-)-эпигаллокатехин-

Галлат, (-)-галлокатехингаллат и кверцетин {16, 18, 25, 28].

Окислительные превращения катехинов играют

ОН R,"= Н -нарингенин, ^~0\\-эрипдиктол. R=OCH3; \(=ОН-геслеритин

Содержатся они обычно в тканях растений в виде 7-моно - и ди-гликозидов следующих трех агликоиов: иарингенина (TR"= ОН; R" = Н), эриодиктиола (R = = R" = ОН) и гесиеретина (R = ОСН3; R" = ОН). На­пример, в кожуре грейпфрута присутствует 7-рамноглю - хозид иарингенина - нарингин, а в кожуре апельсина и мандарина - 7/-рамноглюкозид гесперетина - геспери - дин. Нарингин имеет горький вкус, гесперидин - нет. Вкус горечи зависит от строения сахарного остатка .

Флавоны - вещества, имеющие желтую окраску. В растениях обычно встречаются в виде гликозидов. Име­ют следующее строение:

Эти агликоны наиболее распространены в расти­тельном мире. Так, в петрушке, цветах хризантемы, в плодах кислого апельсина (Citrus aurantium) обнару­жен апигенин, в пшенице и рисе - трицин.

Флавонолы - наиболее широко распространенные в растениях желтые красящие вещества. Образуют мно­жество разнообразных глнкозидов, чаще всего являю­щихся производными агликонов: кемпферола (R = - R" = Н), кверцетина ("R = ОН; R" = Н) и мирицети - на (TR"=R"=OH)- Строение флавонолов следующее:

Из листьев чая выделен 3-глюкозид кемпферола ас - трагалин и 3-рамнозид кверцетина кверцитрин. Послед­ний содержится в ягодах винограда - 3-рамноглюкозид кверцетина рутин встречается в растениях очень часто (28, 39].

Основу красящих веществ большинства натураль­ных красных красителей, как уже отмечалось, состав­ляют антоцианы, широко распространенные в раститель­ном мире. Пигменты красного цвета содержатся в раз­нообразных частях многих растений: в лепестках цве­тов, ягодах, корнеплодах и т. п. Сырьем для получения натуральных красных пищевых красителей в большин­стве случаев служат ягоды культивируемых и дикорас­тущих растений, лепестки цветков отдельных видов рас­тений, некоторые корнеплоды. Из ягод непосредствен­но перерабатываются на краситель в основном несъе­добные в сыром виде и не используемые в производств"5 соков, вина и других продуктов питания. В этих случа­ях для приготовления красителя используют сок ягод. Например, натуральные красные красители получают кз сока ягод бузины, вороники и т. п.

В большинстве случаев красные красители получа­ют из выжимок соответствующих ягод, остающихся при переработке их на соки или вино на консервных и ви­нодельческих заводах. Так получают красители из вы­жимок темных сортов винограда, черноплодной ряби­ны, черной смородины, черники и т. п.

Натуральный красный пищевой краситель получают также из сока столовой свеклы, красный цвет которой обусловлен наличием в ней азотсодержащих пигментов пирроловой природы - бетацианов. Из лепестков цве­тов получают натуральные красные красители, основу которых также составляют антоциановые пигменты. Они обладают индикаторными свойствами.

Характер и интенсивность окраски антоциановьгх пигментов изменяется в зависимости от реакций среды. В кислых растворах антоцианьг образуют истинные со­ли, в которых носителем красной окраски является катион флавилия. При уменьшении концентрации водо­родных ионов снижается и интенсивность окраски, ко­торая при рН>8 переходит в фиолетовую, и при даль­нейшем подщелачивании до рН 11 раствор окрашива­ется в синий цвет. Эти изменения цвета раствора обус­ловлены происходящими в молекуле антоцианов струк­турными изменениями под влиянием реакции среды.. Возникновение фиолетовой окраски по мере смещения рН среды в щелочную сторону связано с образованием основания красящего пигмента. Поэтому активная кис­лотность- величина рН натуральных красных пище­вых красителей должна быть не более 3,5. Для полу­чения интенсивных красных тонов окрашиваемые анто - циановьгми красителями пищевые изделия должны иметь кислую реакцию или в процессе окрашивания их следу­ет подкислять.

^Способы получения натуральных пищевых красите­лей различны и зависят от вида перерабатываемого растительного сырья, его свойств и растворимости из­влекаемого пигмента в том или ином растворителе.

При изготовлении аитоциановых красителей, а так­же при их применении следует по возможности избегать Длительного нагревания, воздействия высоких темпера - ТУР и щелочной среды.

Желтые или оранжевые окрашивающие натуральные гменты ОТНОСЯТСЯ |F=TW4UlЈ-X>r>raHH4PPK4Y соединений,

Называемых каротиноидами. Эти соединения нераство­римы в воде, но растворяются в органических раствори­телях. Каротиноиды относятся к группе сильно ненасы­щенных углеводородов терпенового характера . На­иболее известными представителями натуральных жел­тых красящих веществ являются ликопин и каротин - пигмент, придающий специфическую окраску моркови, а также ксантофилл - желтый пигмент, который наряду с каротином содержится в зеленых частях растений. К ним близки по химическому строению и физико-хими­ческим свойствам многие кислородсодержащие пигмен­ты. Желтые растительные пигменты по предложению М. С. Цвета были объединены в одну группу и названы каротиноидами по красящему веществу моркови каро­тину. Они называются также липохромными красящи­ми веществами, так как жирорастворимы и содержатся в животных и растительных жирах {89, 90].

Окраска семян.желтой кукурузы обусловлена со­держащимися в них каротином и каротиноидами- зеаксантином С40Н56О2 и криптоксантином. Красная ок­раска помидоров, плодов шиповника и многих других плодов определяется в основном каротиноидом ликопи - ном; эмпирическая формула его С40Н56. Ликопин имеет 13 двойных связей, которые могут быть каталитически восстановлены. В результате образуется насыщенный углеводород С4оН82. Это показывает, что ликопин явля­ется алифатическим углеводородом.

Желто-красная окраска ликопина и легкая его окис - ляемость кислородом воздуха, свойственная также большинству других каротиноидов, обусловлены сопря­жением многочисленных двойных связей. Этим же объ­ясняется и интенсивное синее окрашивание, которое дают ликопин и другие каротиноиды с концентриро­ванной серной кислотой (или с трихлоруксусной кисло­той и др.). По-видимому, это окрашивание обусловле­но образованием неустойчивых карбониевых солей . * Группа каротиноидов включает около 65-70 при­родных. пигментов. Каротиноиды содержатся в боль­шинстве растений (за исключением некоторых грибов) и, вероятно, во всех животных организмах . Но кон­центрация каротиноидов почти всегда очень низка - В зеленых листьях она составляет примерно 0,07-0,2% на сухое вещество. 18

А-Каротин отличается от (3-изомера иным располо­жением двойных связей. а-Каротин плавится при тем­пературе 187°С, р-каротин -при 183°С и у-каротин - при 178°С. Все три изомера каротина легко растворяют­ся в хлороформе, сероуглероде и бензоле, но мало раст - оримы в петролейном эфире и почти нерастворимы в ирте. Каротин способен также к аутоокяслению. 2* 19

Эйлер установил, что каротин является стимулято­ром роста, необходимым животным и человеку. В жи­вотном организме каротин превращается в жирораст­воримый витамин роста, - витамин А, представляющий собой продукт расщепления р-каротина.

* Каротины - это вещества, из которых образуется витамин А. Все другие природные каротиноиды явля­ются производными ликопина и трех изомеров: а-, (і - и л-каротинов. Образуются они из указанных углеводо­родов путем введения гидроксильных, карбонильных или метоксильиых групп или путем частичной гидроге­низации или окисления. -

Каротиноиды играют важную роль в обмене веществ у растений и животных. В организме животных и чело­века они имеют большое значение как исходные ве­щества, из которых образуются витамины группы А, а также так называемый зрительный пурпур, участвую­щий в зрительном акте. Физиологическая роль каротп - ноидов в организме растений, как предполагают, прояв­ляется в участии их в процессе фотосинтеза, дыхания и роста растений {39]. Однако окончательно это не выяс­нено. Химическое строение каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, позволяет предположить, что в растениях они принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. Различ­ные кислородсодержащие растительные пигменты, в ко­торых атомы кислорода полностью или большей частью содержатся в виде гидроксильных групп, представляют собой производные каротина.

"Способы получения желтых натуральных красите­лей основаны главным образом, на выделении каротн - ноидиых пигментов из растительного сырья. ♦ Хлорофилл, так же как и каротиноиды, относится к группе натуральных растительных пигментов, раствори­мых в жирах. Он обусловливает зеленую окраску расте­ний и играет важную роль в процессе ассимиляции уг­лекислого газа зеленым растением на свету - в процессе фотосинтеза. Зеленое красящее вещество ра­стений - хлорофилл - находится в хлоропластах вме­сте с желтыми красителями: каротином, ксантофиллом и эпоксиксантофиллом, довольно широко распростра­ненными в растительном мире.

Красящее вещество зеленого цвета растений неод-

Нородно и состоит из двух частей - сине-зеленого хло­рофилла а" и желто-зеленого хлорофилла Ь. В молеку­ле обоих соединений содержится магний, и они имеют

Характер диэфиров.

Чистый хлорофилл в воде нерастворим, но образует

Коллоидный раствор. В спирте и водно-спиртовых сме­сях он дает истинные растворы. Для извлечения хлоро­филла растительный материал обычно экстрагируют уг­леводородами с добавкой спирта, чистым спиртом или ацетоном. Следует отметить, что хлорофилл неустойчив в кислых средах, так как вследствие замены комплекс­но связанного магния на водород образует феофитин бу­рого цвета. Для повышения устойчивости хлорофилла осуществляют замену магния на медь. Так получают водорастворимый медный комплекс хлорофиллина - продукта частичного гидролиза хлорофилла.

Как отмечал Ч. Дарвин, хлорофилл представляет собой одно из интереснейших органических соединений живой, природы. Свойства хлорофилла в настоящее время изучены весьма подробно благодаря исследова­ниям М. В. Ненцкого, К - А. Тимирязева, М. С. Цвета,

Р. Вильштеттера, Г. Фишера и др.

Как уже отмечалось, существует два основных вида

Хлорофилла: хлорофилл а - Csa^Os^Mg и хлоро­филл b - C55H7oOgN4Mg. От наличия хлорофилла зави­сит зеленый цвет многих плодов, так же как и других частей растений. Хлорофилл не только сам придает зеленую окраску, по часто маскирует присутствие дру­гих пигментов. Получение зеленых натуральных краси­телей из растительного сырья основано, главным обра­зом, на выделении из - него хлорофиллового пигмента.

* Натуральный краситель синего цвета получают из тропического растения индиго. В настоящее время ши­рокое распространение имеет синтетический краситель - индиго, который получают из антраниловой кислоты.

Производстве пищевых продуктов, особенно кон - д терских изделий, для их окраски наиболее приемле - ны"й ЦпЄтом является красный, желтый и отчасти зеле - до д Другие Разн°образные оттенки - от оранжевого вания°ЛЄТ0В0Г° ~~ полУчают в основном путем использо - лен разрешенных для применения в пищевой промыш - диго ТИ СИНтетических красителей -тартразина и ин-