Metaboliti Secundari cu Proprietati Tinctoriale

CUPRINS

Partea I

METABOLIȚI SECUNDARI CU PROPRIETĂȚI TINCTORIALE

Introducere

CAP. 1. CULOAREA CA FENOMEN SUBIECTIV

1.1 Vederea; senzația de lumină

1.2 Vederea cromatică

1.3 Culoarea ca fenomen subiectiv din punct de vedere fizico – chimic

CAP. 2. Coloranți naturali

2.1. Coloranți – definiție, clasificare

2.2. Localizarea coloranților în organisme vegetale și/sau animale

2.3. Carotenoide

2.3.1. Carotine

2.3.2. Xantofile

2.3.3. Oxizi din grupa carotinoidelor

2.3.4. Cetonele din grupa carotinoidelor

2.3.5. Acizi din grupa carotinoidelor

2.3.6. Izomeria cis – trans la carotinoide

2.4. Flavonoide.

2.4.1. Generalități. Biosinteza flavonoidelor

2.4.2. Clasificarea flavonoidelor

2.4.3. Relația structură chimică – proprietăți tinctoriale

2.4.4. Rolul fiziologic al flavonozidelor

2.4.5. Acțiune farmacodinamică și întrebuințări

2.5. Coloranți chinonici

2.6. Coloranți antrachinonici

2.6.1. Coloranți antrachinonici izolați din plante

2.6.2. Coloranți antrachinonici izolați din insecte

2.6.3. Coloranți antrachinonici izolați din fungi

2.6.4. Derivați chinonici utilizați drept coloranți alimentari, de uz farmaceutic și cosmetic

2.7. Betaine

2.8. Coloranți indolici

2.9. Coloranți azinici

2.10. Pigmenți sidefați

2.11. Arome colorante din plante

CAP. 4 TEHNICI DE OBȚINERE A METABOLIȚILOR

SECUNDARI CU PROPRIETĂȚI TINCTORIALE

4.1. Metode de obținere a carotenoidelor

4.2. Metode de obținere a flavonozidelor

4.3. Metode de obținere a derivaților chinonici

4.4. Metode de obtinere a antocianaților

4.5. Metode de obținere a taninurilor catechice

CAP. 5 CONTROLUL CALITĂȚII PRODUSELOR VEGETALE ȘI A

COLORANȚILOR NATURALI – ASPECTE TOXICOLOGICE

incomplet

=== Capitolul I ===

CAP. 1 CULOAREA CA FENOMEN SUBIECTIV

1.1 Vederea; senzatia de lumina

Vederea furnizează peste 90 % din informațiile asupra mediului înconjurător de aceea are o importanță fiziologică considerabilă, nu doar în diferențierea luminozității, formei și culorii obiectelor dar și în orientarea în spațiu, menținerea echilibrului și a tonusului cortical (atenția).

Vederea reprezintă un proces complex de reflectare obiectivă a luminii, cu participarea unor formațiuni nervoase extrem de specializate. Dacă la naștere vederea se realizează total imperfect, cu participarea unor elemente funcționale “ primitive”, postnatal acestea se perfecționează morfologic și funcțional, permițând funcționarea întregului sistem implicat în vederea cu maximum de capacitate. In jurul vârstei de 6 ani se consideră că dispozitivul vizual este aproape perfect, după care, cu înaintarea în vârstă, capacitatea vizuală se reduce. Este cel mai perfecționat analizator, cel care menține starea de veghe a scoarței cerebrale într-o măsură mult mai mare decât restul analizatorilor.

Analizatorul vizual este constituit din ochi, la nivelul căruia se găsesc receptori sensibili la cantitatea și calitatea undelor luminoase, căile de transmitere a informațiilor și zonele de proiecție corticală unde se face sinteza informațiilor.

Mecanismul fotorecepției. In procesul de formare a imaginii ochiul se comportă ca un aparat de fotografiat. Sistemul de lentile acționează ca un obiectiv care captează razele de lumină (dioptrul ocular) și în funcție de distanța la care se află obiectele din jur reglează aceaztă putere de captare (prin acomodație) astfel încât imaginea obținută să fie clară. De asemenea există un diafragm care reglează cantitatea de lumină ce pătrunde în ochi (pupila) și un “film fotografic” sensibil la lumină pe care se va forma imaginea (retina)

Suprafața de separație a două medii transparente cu indici de refractie diferiți se numește dioptru. Lentilele sunt medii transparente mărginite de doi dioptri din care cel puțin unul este curb. Ochiul uman este din punct de vedere optic un ansamblu de patru lentile sferice centrate (centrul de curbură a fiecărui dioptru se situează pe același ax numit axul optic al sistemului dioptric). Dioptrul ocular este alcătuit din cornee, umoare apoasă, cristalin și vitros. Fiecare din acestea se caracterizează prin următoarele constante optice: rază de curbură, indice de refracție, putere dioptrică, poziția în raport cu vârful corneei.

Corneea și cristalinul sunt cele mai importante lentile ale dioptrului ocular; corneea are rol major în refracția statică iar cristalinul în refracția dinamică.

Retina este un traductor fotochimico – electric în sensul că transformă energia luminoasă captată de dioptrul ocular într-o cascadă de reacții chimice care sunt convertite ulterior în semnal electric ce se transmite pe cale optică spre centrii nervoși superiori.

Excitantul fiziologic al retinei este lumina, adică radiațiile spectrului electromagnetic la care este sensibilă. Ochiul omului percepe radiațiile cuprinse între cele infraroșii și ultraviolet, adică cu o lungime de undă între 390 nm – 760 nm pentru roșu. Sursa luminoasă poate fi reprezentată de o emisie de radiație luminoasă de la un obiect care arde (chibrit sau lumânare) fie de un obiect ce reflectă lumina primită (perete luminos).

Sensibilitatea retinei depinde de o serie de factori printre care :

natura luminii;

intensitatea, durata iluminării și suprafața retinei stimulată;

dimensiunea sursei de lumină;

zona retiniană iluminată;

1.2 Vederea cromatica

Lumina este policromatică, chiar dacă este naturală sau artificială, și are posibilitatea să se descompună în culorile componente cu ajutorul unei prisme. Componentele colorate ale luminii se deosebesc prin lungimile lor de undă, realizând imaginea unui curcubeu. Vidul absolut este un mediu perfect transparent pentru toate radiațiile, în rest celelalte medii sunt absorbante de lumină, cantitatea de lumină fiind independentă de intensitatea luminoasă, dar depinzând de lungimea de undă. Retina absoarbe diferențiat lumina în funcție de prezența la nivelul său a diverșilor receptori specifici pentru excitanții luminoși.

Încă din 1876 se cunoaște faptul că bastonașele conțin un pigment fotosensibil, numit purpur retinian sau eritropsină (rodopsina; rhodos = roz, apsis = aspect), precum și porfiropsina, descoperită mai recent. Conurile conțin alți pigmenți cum ar fi rodopsina și cianopsina.

Rodopsina are aceeași structură chimică la toate animalele, fiind o cromoproteină care, sub influența luminii se descompune într-o proteină (opsina) și un derivat de vitamina A – neoretinol “ b “care îi conferă colorație purpurie.

Opsina este o lipoproteină ce se deosebește foarte puțin de la o specie la alta. Opsina rodopsinei se mai numește și scotopsină iar cea a rodopsinei din celulele cu conuri se mai numește și fotopsină. La lumină rodopsina se decolorează iar în obscuritate își recapătă culoarea.

În aproximativ 5 minute de iluminare se descompune întreaga cantitate de rodopsină din retină iar după aproximativ 7 minute de obscuritate se resintetizează peste 50 % încât regenerarea pigmentului este mai lentă decât descompunerea sa.

Porfiropsina a fost descoperită la unii pești și la anfibieni având o compoziție chimică foarte apropiată de a purpurelui retinian și un maximum de absorbție pentru lungimi de undă ceva mai mari decât ale rodopsinei.

Pigmenții celulelor cu conuri care populează foveea sunt reprezentați de iodopsină și cianopsină; iodopsina fiind un pigment violet iar cianopsina – bleu (440 nanometri) In foveea ochiului uman s-au pus în evidență un pigment cu care percepem culoarea verde (0,540 μm) și altul pentru culoarea roșie (0,590 μm) Lumina izomerizează, la fel de ușor acest pigment ca și rodopsina, dar regenerarea lui este de 3-4 ori mai lentă decât a acesteia. Lipsa unuia sau ambilor pigmenți produce discromatopsie (dis = dificultate; chroma = culoare; ops = vedere)

Pigmenții retinieni se diferențiază prin existența în compoziția lor a vitaminei A1 și A2 și prin opsinele particulare din conuri și bastonașe. Deficiența de vitamina A produce inposibilitatea vederii clare în timpul zilei boală numită hemeralopie (hemera = ziua)

Stimularea retinei. Retina se consideră a fi un diverticul invaginat al encefalului, sensibil la lumină numai în zonele în care conține celule cu conuri și bastonașe, singurele elemente receptoare ale stimulului luminos.

Lumina constituie un excitant pentru retină, deoarece energia fotonilor săi e absorbită de către pigmenții prezenți în celulele cu conuri și bastonașe. Această energie fotonică nu se descompune decât foarte puțin la căldură, încât fiecare cuantă de lumină participă aproape în totalitate la procesele ce dau naștere senzației luminoase. Absorbția unui foton de către o celulă cu bastonaș, declanșează o cascadă de reacții chimice foarte rapide care duc în final la activarea rodopsinei. Aceasta interacționează cu o altă proteină complexă (transducina) care, la rândul ei activează o fosfodiesterază ce transformă GMPc în S’GMP (guanozin monofosfat) și scade deci nivelul intracelular de GMPc. Rezultatul net al celor descrise este acela că nivelul de GMPc din celulele fotoreceptoare poate fi controlat și modulat rapid în funcție de modificările nivelului iluminării. Variațiile GMPc determină modificări ale canalelor și pompelor ionice membranere cu apariția în final de potențiale de acțiune ce se propagă de-a lungul căilor optice până în cortexul occipital

Fotonii decolorează deci purpurul retinian și în același timp, eliberează energia necesară transportului de sarcini electrice ce vor duce la apariția potențialului de acțiune în terminația axonică a celulelor cu conuri și bastonașe. Potențialul variază funcție de lungimea de undă a excitantului și se datorește fenomenelor electrice de membrană, cu creșterea bruscă a permeabilității acesteia pentru Na+și K+, realizând un raport de 1 / 100.000 între energia fotonului excitat și intensitatea răspunsului. Potențialul receptor apărut în articolul extern se transmite prin cilul corector până la articolul intern, unde apare potențialul de acțiune ce depinde de raportul intensitate-timp al potențialului de recepție. Articolul intern va suma temporar semnalele primite, realizând o gradare a răspunsului, iar la nivelul sferulei sinaptice care se comportă ca un axon, sunt generate potențiale postsinaptice.

Celulele bipolare vor modula potențialul primit și vor produce răspunsul luminos sau răspunsul cromatic. În acest proces, se presupune participarea unui proces enzimatic complex, ce amplifică energia fotonului, ducând-o la valoarea spike, potențial capabil să se propage.

Senzația luminoasă este legată direct proporțional de numărul de fotoni absorbiți de către pigmenți. Tehnici moderne de exploarare electrono-fiziologică au arătat că există o curbă de absorbție în funcție de lungimea de undă a radiațiilor, stabilindu-se un maxim al curbei pentru culorile galben verde (5000-5500 Ǻ) căruia i s-a dat valoarea arbitrară de 100. Din acest motiv retina e considerată ca cel mai perfecționat detector de radiații luminoase.

Pragul sensibilității retinei este variabil în funcție de momentul în care se află ochiul, încât după o expunere îndelungată în obscuritate, crește considerabil sensibilitatea retinei față de iluminarea slabă și doar câțiva fotoni pot constitui pragul excitației luminoase.

Senzația luminoasă nu apare decât atunci cand stimulul are o anumită intensitate iar creșterea valorii stimulului va intensifica și valoarea senzației luminoase, dar numai până la un anumit nivel, după care apare o jenă vizuală numită ebluisare (lumina care produce ebluisarea este de 10 miliarde de ori mai intensă decât pragul).

Senzația luminoasă apare după un anumit timp de la aplicarea stimulului (timp de latență) care va fi cu atât mai scurt, cu cât intensitatea acestuia va fi mai puternică. Timpul de latență are o durată minimă de 1/10 secunde, timp în care se descompune pigmentul vizual și se transmite influxul nervos de-a lungul căilor optice. Dacă stimularea retinei are loc la periferia sa, timpul de latență crește, după cum latența pentru stimulul roșu este mai mică cu 4/100 secunde decât pentru cel albastru.

Dacă stimularea luminoasă are o durată prea mare intervina fenomenul de adaptare sau oboseală a receptorului vizual, după cum, dacă stimulul este blocat, senzația luminoasă nu dispare brusc ci mai persistă aproximativ 0,15 secunde proces ce stă la baza fenomenului de fiziune.

Pentru vederea fotopică, o excitație foarte scurtă produce un răspuns retinian în mai puțin de 0,35 secunde (un disc cu zone albe și negre dacă se rotește foarte rapid în fața ochilor lasă senzația de culoare gri și nu se sesizează zonele albe și negre ale acestuia). S-a observat, de asemenea, că iluminarea foarte puternică a retinei lasă o impresie luminoasă încă un timp după încetarea iluminării, fenomen cunoscut sub numele de remanență (când fixăm cu privirea un obiect lumimos îl mai vedem un timp chiar dacă închidem ochii).

Faza de remanență este variabilă cu lungimea de undă, fiind mai mare pentru culoarea albastră decât pentru cea roșie.

Adaptarea retinei la lumină.

Tehnicile de electrofiziologie și de biochimie modernă au pus în evidență faptul că la baza procesului de adaptare la lumină a retinei stau două mecanisme:

– fotochimic – bazat pe reacțiile chimice produse de stimulul luminos asupra purpurului retinian (vezi schema)

– electronofiziologic – prin care se transformă energia fotonică absorbită la nivelul pigmenților în trenuri de influx nervos, a căror frecvență depinde de intensitatea excitantului luminos și de răspunsul “ON” sau “OFF” al receptorilor retinieni.

RODOPSINA (opsina + 11 cis – retinalaldehida)

foton

Bathorodopsina

Luminodopsina

Metharodopsina I

Metharodopsina II (rodopsina activată)

Metarodopsina III

Opsina ALL-trans-retinalaldehida

ALL-trans-retinol

Retina este un organ senzorial, datorită prezenței în structura sa a celulelor receptoare pentru lumină. Celulele cu bastonașe nu prezintă sensibilitate cromatică, dar pot aprecia diferența de iluminare a obiectelor, asigurând vederea în semiobscuritate – vederea crepusculară.

Sensiblitatea celulelor cu conuri este cromatică. Cu ajutorul conurilor se disting obiectele, sunt văzute clar și li se apreciază culoarea. Se consideră că păsările diurne care se hrănesc cu insecte colorate prezintă pe retina lor în special celule cu conuri, în timp ce păsările de noapte conțin pe retină în special celule cu bastonașe. Retina șobolanului alb nu conține celule cu conuri, încât nu poate fi condiționată la anumite culori.

Macula lutea din retina omului conține în exclusivitate celule cu conuri, care devin tot mai reduse numeric spre periferia retinei, unde predomină celule cu bastonașe.

În condițiile iluminării slabe, vederea se datorește celulelor cu bastonașe, iar în iluminarea puternică vedem în special cu celulele maculare.

După expunerea ochiului o perioadă mai lungă de timp în condiții de obscuritate, sensibilitatea la lumina slabă scade, ceea ce arată posibilitatea conurilor de a se adapta mai rapid decât bastonașele.

Vederea culorilor. Culorile sunt radiații luminoase cu diverse lungimi de undă pe care fiecare din noi le apreciază personal. Există culori simple și culori compuse, cele simple numindu-se și culori spectrale și apartin unui spectru continuu cuprins între roșu și violet. Culorile compuse apar din amestecarea a cel puțin două radiații simple (dicromatism) sau a mai multor radiații (policromatism). Atunci când asupra ochiului acționează simultan un fascicul luminos roșu și altul bleu, avem impresia culorii violet, după cum acțiunea simultană al unui fascicul galben și al unuia bleu lasă impresia culorii verzi.

Culorile spectrale, singurele care, prezintă caractere bine definite, se intâlnesc numai în condiții experimentale. Spectrul vizibil include șapte culori spectrale – roșu, orange, galben, verde, albastru, indigo, violet (ROGVAIV). Dar analizatorul vizual poate deosebi până la 140 de tonalități.

Două culori simple sau compuse se numesc complementare când prin amestecarea lor se obține culoarea albă. Dacă o suprafață absoarbe toate radiațiile luminoase, acesta ne va apărea neagră, iar, dacă nu absoarbe nici una, va fi albă; va apărea roșie când vor fi absorbite radiațiile galbene, cele verzi și cele albastre. Culoarea obiectelor depinde de gradul lor de luminozitate și de calitatea iluminării. Scăderea intensității de iluminare produce nuanțe de gri corpurilor albe și de brun celor roșii. Din contră dacă iluminăm puternic un corp gri, acesta ne va apărea alb, iar unul brun va apărea roșu.

La “intrarea” în retină, informația cromatică este recepționată pe principiul tricromaziei de cei trei receptori cromatici specifici. La “ieșirea” din retină, această informație codificată este preluată integrativ prin mai multe mecanisme.

Integrarea finală realizată la nivel cortical permite definirea competă a senzațiilor cromatice prin trei parametri: doi calitativi (tonalitatea și saturația) și unul cantitativ (luminozitatea).

Tonalitatea apreciază calitatea cromatică a senzației respective și depinde de lungimea de undă care o produce. Deși se descriu șapte culori spectrale, ochiul poate deosebi 140 de nuanțe colorate. În partea centrală a spectrului, ochiul percepe mai multe tonuri, spre deosebire de extremități unde zonele aparent unitonale sunt mai întinse.

Saturația apreciază din punct de vedere calitativ componenta spectrală a fasciculului luminos ce atinge retina. Dacă fasciculul incident conține, o mulțime de radiații din spectrul vizibil, vorbim de o saturație minimă cu tendințe de alb sau cenușiu. Reducerea saturației unei culori se poate obține prin amestec cu alb. Dacă fasciculul incident este format din radiații foarte apropiate, dintr-o bandă foarte îngustă a spectrului vizibil, vorbim de radiație maximă sau așa numita culoare”pură”. In spectrul vizibil culorile cele mai saturate sunt culorile roșu și violet, iar cele mai puțin saturate sunt galben și verde.

Luminozitatea (strălucirea) facilitează perceperea unui stimul colorat. Culori cu tonalitate diferită și cu energie luminoasă egală nu dau aceeași impresie de intensitate. Dintre două suprafețe cu aceeași tonalitate și iluminate identic, cea care absoarbe o proporție mai mică de radiații cu lungime de undă specifică și reflectă o proporție mai mare de radiații, apare mai luminoasă. Luminozitatea permite distincția dintre culorile mai clare și cele mai întunecate.

Sensibilitatea cromatică a retinei. Radiațiile luminoase nu impresionează ochiul cu aceeași intensitate. Retina are un maximum de sensibilitate pentru culorile galben și verde și minimum pentru extremitățile spectrului vizibil. Pentru culoarea albă, sensibilitatea ochiului este medie.

Când iluminarea scade, ochiul este mai sensibil la culoarea bleu decât la cea roșie, iar, în condițiile iluminării obișnuite, fenomenul este invers (fenomen Purkinje)

Din punct de vedere funcțional retina se împarte în două zone:

retina semnalizatoare- este retina periferică în care densitatea bastonașelor este mai crescută decât a conurilor, prezintă unități receptoare complexe (mai mulți fotoreceptori fac sinapsă cu o singură celulă bipolară și mai multe bipolare cu o celulă ganglionară) și se proiectează cortical pe o arie mai restrânsă. Are rolul de a semnaliza apariția unui obiect în câmpul vizual.

retina analizatoare – situată central în regiunea maculară. Are o densitate mare de celule cu conuri și prezintă unități receptoare simple (un fotoreceptor face sinapsă cu o singură celulă bipolară și o bipolară cu o singură celulă ganglionară) și se proiectează cortical pe o arie foarte întinsă. Toate aceste caracteristici fac din retina analizatoare zona răspunzătoare de perceperea detaliilor fine ale obiectelor din jur (formă și culoare)

In zona maculară retina are maximum de sensibilitate a culorilor diferențiind nuanțele de culoare și apreciindu-le calitativ.

Lucrările lui Maxwell (1865) au arătat că cele mai diverse senzații colorate se obțin prin amestecul celor trei culori fundamentale – roșu, verde și albastru, completând astfel teoria tricromatică a lui Young și Helmholtz (care susține faptul că diversele culori percepute de ochiul uman sunt rezultatul amestecului în proporții diferite a celor trei culori fundamentale: roșu, verde și albastru, obținute prin sensibilizarea celor trei tipuri de pigmenți vizuali din conuri)

Maxwell a sugerat reprezentarea grafică a spațiului cromatic sub forma unui triunghi, și în timp i s-au adus o serie de îmbunătățiri acestei reprezentări.

Orice punct de pe laturile triunghiului este o culoare spectrală, care poate fi obținută prin combinarea celor două culori de la extremitățile laturii, în cantități ce pot fi calculate după distanța dintre cele trei puncte. De exemplu, un punct situat la jumătatea distanței dintre roșu și verde este culoarea galbenă, obținută prin amestecul în cantități egale de roșu și verde. In interiorul diagramei orice punct obținut reprezintă o culoare din natură și poate fi dedusă prin distanța dintre cele trei laturi ale triunghiului. Centrul triunghiului reprezintă culoarea albă și, prin linii centrice, paralele cu laturile triunghiului, sunt reprezentate saturațiile, cele periferice fiind culori mai saturate, iar cele centrale mai puțin saturate.

Pe baza legilor amestecului culorilor și cu ajutorul triunghiului culorilor s-au construit aparate pentru studiul și examinarea vederii colorate.

Mecanismul vederii culorilor este incomplet cunoscut și continuă să suscite elaborarea a numeroase ipoteze.

Teoria tricromatică este admisă și astăzi, pentru că tehnicile moderne de electro-fiziologie au putut diferenția răspunsul diferit al conurilor față de lungimea de undă folosită, corespunzătoare celor trei laturi fundamentale.

Metoda reflexodensitometrică poate studia lumina care ajunge pe retină comparativ cu cea care se reflectă înainte și după epuizarea fotopigmentului precizând că fiecare tip de”con” conține numai o singură substanță fotosensibilă. S-au identificat pigmenți fotosensibili pentru cele trei culori fundamentale, denumindu-se eritrolab pentru roșu, clorolab pentru verde și cianolab pentru albastru. Proporția celor trei tipuri de conuri diferă de la o persoană la alta, încât cercetări recente de electrofiziologie oculară arată că peste 75% din conuri corespund la culoarea roșie doar 10% corespund la cea verde și 16% pentru culoarea albastră.

Transmisia la cortex a excitantului colorat nu se face separat pentru fiecare din cele trei culori. Există o împerechere cromatică (Hering) transmisă pentru alb-negru, roșu-verde, galben-albastru, încât dacă stimulul alb-negru poate transmite și nuanțe de gri, celelalte sisteme nu pot amesteca culorile niciodată (un semnal roșu îl anulează pe cel verde). Prezența în celulele ganglionare retiniene a sistemelor”on-off” arată că unele din ele sunt excitate de o anumită culoare, iar altele sunt inhibate de culoarea complementară.

Teoria perchilor opuse a lui Hering sau teoria tetracromatică aduce în discuție prezența a patru culori fundamentale, admițând existența a trei cupluri de pigmenți, și anume : pentru senzațiile alb-negru, galben-albastru, roșu-verde; din catabolismul pigmenților respectivi ar rezulta culorile calde (alb, roșu, galben) iar din anabolismul acestora ar rezulta gama culorilor reci (albastru, verde, negru)

Ambele teorii se completează una pe alta dar nu pe deplin.

1.3 Culoarea ca fenomen subiectiv din punct de vedere fizico – chimic

Substanțele colorate absorb absorb numai unele porțiuni înguste ale spectrului (absorbție selectivă). Ochiul percepe în acest caz numai radiațiile verzi duale neabsorbite. Acestea provoacă aceeași senzație ca radiațiile dintr-o regiune îngustă din spectru. Senzația de lumină este produsă atât de totalitatea radiațiilor spectrului vizibil, cât și de amestecul a numai două culori spectrale (numite complementare – tabel).

Când un corp absoarbe selectiv numai o anumită lungime de undă, radiațiile complementare transmise au culoarea complementară a acestuia. Pentru un studiu cantitativ al absorbției luminii la substanțele colorate este necesar cunoașterea spectrului de absorbție. Absorbția luminii vizibile determină o variație a energiei anumitor electroni în moleculele substanțelor. Același efect îl produce și absorbția luminii în ultraviolet, în timp ce absorbția luminii în infraroșu produce numai o modificare a energiei vibratorii și rotatorie a moleculelor. Spectrele din ultraviolet sunt deci o continuare a celor din regiunea vizibilă.

In următorul tabel sunt indicate culorile principale, cu lungimi de undă, λ, corespunzătoare și culorile complementare.

Tabel. Spectrul vizibil și culorile

Imperfecția ochiului omenesc, care nu percepe radiații cu λ mai mică decât 400μm este corectată sau completată prin studiul spectrelor de absorbție. Spectrul ultraviolet se întinde aproximativ între 100 – 400 μm și se împarte de obicei, din motive practice, în două regiuni:

ultravioletul de vid (depărtat) 100 – 200 μm

ultravioletul apropiat 200 – 400 μm

Spectre de absorbție. Dacă se trece cu lumină cu spectru continuu printr-o substanță absorbantă și apoi se dispersează lumina cu ajutorul unei prisme sau a unei rețele, se observă în spectrul de absorbție astfel obținut unele regiuni în care intensitatea luminii este micșorată. Acestea corespund lungimilor de undă absorbite. Diferitele lungimi de undă sunt absorbite în mod inegal de substanțele colorate. Determinarea spectrului de absorbție a unei substanțe constă în măsurarea micșorării intensității luminii ce o străbate, pentru toate lungimile de undă ale regiunii spectrale considerate. Spectrele de absorbție ale substanțelor prezintă regiuni în care intensitatea luminii este micșorată, numite benzi de absorbție.

Intensitatea luminii incidente este micșorată la o anumită lungime de undă într-o proporție independentă de intensitatea absolută a luminii și dependentă de grosimea stratului de substanță absorbantă străbătut. Când substanța e dizolvată într-un dizolvant transparent, cantitatea de lumină absorbită nu mai depinde și de concentrația soluției. Dacă se notează cu I0 și I, intensitățile luminii înainte și după străbaterea unui strat de soluție de grosime”l” iar concentrația soluției se notează cu”c”, atunci intensitatea luminii de o lungime de undă este micșorată după legea Lambert-Beer:

log I0 / I – extincție/densitate optică

Σ – proprietate caracteristică a substanței absorbante, independentă de concentrație și variază cu lungimea de undă.

Dacă “l” se exprimă în cm și “c” în moli/litru, constanta “Σ”se numește coeficient molar de extincție de o anumită lungime de undă, într-un strat cu grosimea de 1cm, al unei soluții 1 molare, a substanței absorbante legea lui Lambert-Beer se aplică pentru soluții diluate, în toate cazurile în care moleculele substanței nu suferă în soluție asociații sau disociații variind cu concentrația.

O reprezentare grafică a spectrului de absorbție al unei substanțe, așa numită curbă de absorbție sau extincție, se obține înscriind Σ sau (logΣ) în funcție de lungimea de undă λ (și uneori de frecvență ν=c/λ, sau numărul de undă ν,=1/λ).

Benzile de absorbție apar într-o asemenea curbă de absorbție sub formă de maxime mai mult sau mai puțin pronunțate. Fiecare bandă de absorbție este caracterizată prin lungimea de undă, λmax și intensitatea absorbției, Σmax, în punctele de maximum ale curbei.

Forma curbei de absorbție depinde de starea fizică a substanței absorbite și uneori în cazul soluțiilor, de natura dizolvantului. Variațiile acestea se datoresc unei interacțiuni între moleculele substanței sau între acestea și moleculele dizolvantului. Curbele de absorbție ale lichidelor și ale soluțiilor sunt de obicei netede, prezentând un număr mic de benzi largi. In unele cazuri benzile principale, prezintă mai multe maxime pronunțate, o așa numită structură fină. Curbele de absorbție ale soluțiilor își schimbă puțin forma cu temperatura, deoarece și forțele slabe de solvatare variază cu temperatura. De multe ori structura fină se accentuează la temperatură joasă.

Metodele experimentale mai vechi pentru determinarea curbelor de absorbție se bazau pe observații vizuale sau fotografice. Ele au fost înlocuite prin metode spectrofotometrice.

Singurii dizolvați utilizabili (transparenți) în ultravioletul de vid sunt hidrocarburile saturate (hexan, ciclohexan). In ultravioletul apropiat se utilizează, în afara acestor solvenți, apa, alcoolii, eterii, și unii compuși halogenați. Pentru spectrul vizibil se poate folosi orice dizolvant incolor.

Terminologie. Se spune că un compus are o culoare mai închisă decât altul, când maximul curbei sale de absorbție λmax, este situat în spectru la o lungime de undă mai mare. Un compus are o culoare mai intensă decât altul, când coeficientul de extincție, în punctul maxim al curbei sale de absorbție, Σmax, este mai mare.

Când un substituent introdus într-o moleculă produce o închidere a culorii, el are un efect batocrom; când produce o deschidere a culorii, are un efect hipsocrom; când o slăbește un efect hipocrom. Dizolvanții pot, de asemenea provoca un efect batocrom sau hipsocrom asupra benzilor din spectrul unei substanțe (solvatocromie). Sinonimi cu efectul batocrom și efect hipsocrom sunt următorii termeni: deplasare spre roșu, deplasare spre violet.

Stabilirea de relații între culoarea și stuctura compușilor organici este o veche preocupare a cercetării chimice. După O.N.Witt (1876), culoarea combinațiilor organice se datorește prezenței în molecula lor a anumitor grupe de atomi, numite grupe cromofore (de la chroma-culoare și phoros-purtător), ca de exemplu – N=O și -N=N-. O dată cu constatarea că spectrele din U.V sunt o prelungire a celor din vizibil și că ambele sunt datorate acelorași cauze, termenul de cromofor a fost extins la orice grupă de atomi ce absorb lumina în aceste regiuni ale spectului.

Tulburările de vedere a culorilor poartă numele de discromatopatii, care pot fi congenitale sau dobândite și care nu au per retină decât un singur receptor cromatic (acromatopsie), fiind în imposibilitatea de a vedea vreo culoare și sesizând doar variațiile de luminozitate; lipsa receptorului pentru roșu se numește daltonism. In discromatopsiile congenitale subiecții nu percep una sau mai multe culori, ceea ce dovedește o disfuncție selectivă a sistemului fotopic.

Se consideră că deficitul genetic pentru culoarea roșie și cea verde ar fi localizat pe cromozomul X, anomalia fiind mai frecventă la bărbații, care posedă doar un singur cromozom X, față de femei care prezintă XX și care ar trebui să aibă la ambii cromozomi gena anormală. Dacă numai un cromozom X are deficiență genetică, femeia vede normal culorile, dar poate transmite la urmași anormali. Ca urmare bărbații prezintă discromatopsia în procent de 8%; iar femeile doar de 0,6%, întâlnindu-se deci foarte rar (0,003%).

Leziunile occipitale se însoțesc de agrozii cromatice, adică imposibilitatea recunoașterii unei culori, deși fotoreceptorii sunt normali.

Stimularea unei mici zone din foveea centralis arată că fiecare celulă cu conuri va transmite influxul unei singure celule bipolare iar aceasta unei singure celule multipolare, care printr-un axon unic va transmite în continuare comanda la scoarța calcarină, încât particularitatea sinaptică a celulelor cu conuri stă la baza formării senzațiilor colorate atât de complexe, cu participarea activă a zonelor corticoide implicate în văz.

=== Capitolul II a ===

Cap. 3 METODE DE ANALIZA SI CONTROL

Normele FAO (Food and Agriculture Organisation of United Nation) și WHO (World Healt Organisation of United Nation – OMS ) precizează criteriile de puritate pentru coloranți. Ele se referă atât la concentrația substanței colorate cât și la nivelul admis pentru o serie de impurități organice (precursori, impurități din precursori, coloranți, paraziți etc) și anorganice (ioni metalici, săruri etc).

Aceste reglementări stabilesc și metodele analitice de dozare pentru coloranți și impurități.

Principalele tehnici utilizate, alături de volumetrie și gravimetrie, la analiza coloranților alimentari, de interes farmaceutic și cosmetic sunt:

cromatografia pe hârtie – metodă utilizată pentru identificarea partenerilor din amestecuri de coloranți existenți în diverse preparate alimentare sau în materii colorate provenite din surse naturale. Performanțele sunt remarcabile. Astfel toți coloranții alimentari sintetici admiși de FAO pot fi separați prin cromatografie ascendentă bidimensiomală pe hârtie utilizând pentru prima direcție de eluare, solvenți acizi (BaOH; AcOH; H2O) iar pentru a doua un eluent alcalin (di-NaEDTA în mediul amoniacal apos) pe hârtie Watman 1.

Cromatografia în strat subțire – combinată cu merode de dozare spectrofotometrică în reflecție, cromatografia în strat subțire poate permite atât identificarea cât și dozarea unor coloranți alimentari în amestec. Proveniența acestora este fie sinteza, fie preparatele alimentare de unde sunt extrași. Substratul poate fi policarbonat, celuloză, suport mixt poliamidă – silicagel, poliamidă celuloză impregnată cu parafină, iar drept eluenți se utilizează amestecuri: butanol – amoniac apos; butanol – propanol – apă; metanol – apă – CHCl3 – NH4Cl; acetonă- acid acetic- apă; metoxietanol – acid acetic – apă, etc.)

Cromatografia pe coloană – metoda se aplică mai ales în scopuri preparative în vederea separării coloranților naturali din amestecuri complexe. Drept substrat se pot utiliza celuloza, amidonul, poliamida iar drept eluenți amestecuri complexe de solvenți.

Cromatografia de înaltă presiune în faza lichidă (HPLC) – metodă indirectă ca singura variantă oficială de dozare a precursorilor și a carbonaților paraziți din coloranții alimentari. Utilizând Spherisorb 5S, iar ca fază mobilă un amestec ciclohexan – dicloretan – alcool propilic (detecție la 254 nm) se pot separa amestecuri complexe de materii colorate din băuturile alcoolice.

Fotometria – toți coloranții alimentari admiși de FAO se pot extrage din alimente cu o soluție de bromură de tetradecilpiridiniu în cloroform, soluție din care pot fi detectați fotometric.

Spectroscopie (IR, Raman, UV – VIS). metodele se aplică mai ales pentru stabilirea purității coloranților alimentari și cosmetici. Coloranții parazit sau precursorii pot fi ușor detectați prin picuri proprii.

Combinarea HPLC cu scanarea rapidă prin spectrofotometrie în domeniul vizibil permite dozarea unor amestecuri complexe de coloranți alimentari conținând peste 20 de produși.

Identificarea naftochinonelor se bazează pe trecerea culorii portocalii sau roșietice în roșu intens sau violet, în mediu alcalin

Dozarea se realizează spectrometric, fluorimetric sau colorimetric.

Se pot folosi metodele fluorimetrice, deoarece juglona și în general oxinaftochinonele nu sunt fluorescente. Se determină fluorescente. Se determină fluorescența complexului format între juglonă și un reactiv chimic (ditionat de sodiu, clorură de staniu (II), cianură de potasiu).

Identificarea heterozidelor antracenice

Emodolii forme oxidate se identifică prin reacția Bornfrager (direct pe țesuturi, pe microsublimate sau în soluție extractivă); în prezența soluțiilor apoase alcaline se obține o colorație roșie-violacee; cu acetat de magneziu în mediu metanolic, se formează o colorație roșie intensă, mai stabilă la lumină decât cea cu hidroxizi alcalini. Emodolii forme reduse se decelează cu reacția Schouteten sau prin cuplare cu p-nitrozo-dimetilanilină (se obțin coloranți azometinici). Antrachinonele nu reacționează cu acest reactiv. Reacția servește și la identificarea cromatografică. C-heterozidele reduse pot fi caracterizate prin fluorescență în U.V. a antrachinolilor în prezența boratului de sodiu (reacția Shouteten).

Dozarea : se folosesc metode colorimetrice, spectrofotometrice, fluorimetrice, gravimetrice, titrimetrice, polarografice și biologice (pe intestin izolat de iepure). Majoritatea farmacopeelor aplică procedeul Auterhoff care constă în hidroliza antracenozidelor în mediul anhidru de acid acetic glacial (pentru a evita oxidarea antrenelor și antranolilor); extragerea agliconilor cu un solvent apolar (eter, benzen, cloroform); trecerea lor în emedinați cu hidroxid de sodiu și de amoniu și colorimetrarea formelor oxidate și a celor reduse. Absorbția formelor oxidate se măsoară imediat, în timp ce absorbanța formelor reduse se determină după o prealabilă oxidare, prin menținerea soluției alcaline de emodianți pe bază de apă în fierbere, când se obțin alături de formele oxidate preexistente. Pentru produsele care conțin red acesta se separă prin extragerea soluției apolare mai întâi cu hidrogen carbonat de sodiu soluție !0% (pentru solubilizarea agliconilor reinici) și apoi cu hidroxid de sodiu sau de amoniu (pentru solubilizarea celorlalți agliconi), în fiecare dintre cele două soluții putându-se doza formele oxidate și reduse.

La stabilirea procedeului de dozare a antracenozidelor, prevăzut în FR IX și FRX (Auterhof modificat) o contribuție importantă au avut-o V. Cucu și E. Tarpo.

C-heterozidele și dianotin–heterozidele se hidrolizează oxidativ în mediu de acid clorhidric concentrat și în prezență de oxidanți (clorură ferică, persulfat de amoniu, periodat de sodiu – Fairbairn, 1961)

Alte metode prevăd dozarea numai a heterozidelor, deoarece agliconii nu au activitate farmacodinamică (Farmacopeea Franceză). În acest caz produsul vegetal pulverizat se extrage cu apă sau cu alcool diluat. Din soluția extractivă apoasă sau hidroxialcoolică se îndepărtează eventualii agliconi liberi, prin agitare cu un solvent organic, apoi se hidrolizează oxidativ (cu acidul clorhidric, în prezență de clorură ferică). Antractunonele formate se extrag cu un solvent apolar. Soluția se concentrează la reziduu; acesta se dizolvă într-o soluție metanolică de acetat de magneziu și se colorimetrează la 515 nm.

Flavonozidele

Identificare: se realizează cu ajutorul reacției cianidolului. Se pot face și reacțiile cu hidroxizii alcalini, sărurile metalelor bi- și trivalente. Cu ionul Fe (III) flavonele formează chelați de culoare verde.

Pentru stabilirea structurii heterozidelor se face mai întâi hidroliza acidă, apoi extracția agliconilor cu solvent apolar și caracterizarea lor prin metode fizico-chimice. În mediul apos acid, se pun în evidență ozele.

Dozare. Se pot folosi metode gravimetrice, colorimetrice (cel mai adesea) bazate fie pe obținerea de chelați cu clorură de aluminiu, ori cu triclorura de stibiu (colorația galbenă), fie pe cuplarea cu clorură de p-sulfenbenzen diazoniu sau p-nitrobenzen diazoniu.

Metoda cea mai modernă constă în dozarea rapidă prin H.P.L.C.

Antocianozide

Identificare : se bazează pe virajul culorii la trecerea de la pH acid la pH bazic. Modificarea culorii este însoțită și de modificări structurale.

Dozare : se face spectrofotometric (λ=500-550 nm), întrucât soluțiile lor acide (în alcool sau în apă) sunt colorate în roșu (forme cationice). Se măsoară absorbanța la pH=2, în soluții diluate. Alte metode prevăd oxidarea antocianozidelor cu KmnO4 , cu H2O2 , ori decolorarea cu bisulfit de sodiu.

Leucoantocianii

Identificare: prin reacția cu acizii minerali la cald, când se transformă în antociani (se observă apariția sau intensificarea culorii roșii a soluției extractive, prin metode cromatografice, revelarea se poate face cu vanilină (sulfurică sau clorhidrică), acid –p – toluen sulfuric, acid tricloracetic când apar spectre roșii.

Catecholii

Identificare: toate taninurile (galice, catehinice și mixte) precipită cu gelatina și cu soluții apoase de acetat de plumb, acetat bazic de zinc (reactiv Malvezen), acetat de cupru, clorură stanoasă și cu reactiv Braemer (acetotungstatul de sodiu) cu care formează precipitate galbene. Cu sărurile de Fe (III) taninurile catehinice dau o colorație verde-negricioasă. Cu vanilina clorhidrică sau sulfurică se colorează în roșu; cu p-dimetilaminobenzaldehida în roșu violaceu și precipită cu apă de brom acidulată cu acid acetic (precipitate galbene), precum și aldehida formică în mediu de acid clorhidric concentrat (reactiv Styasnny).

Dozare : metoda oficială de dozare (adsorbția pe pulbere de piele-FRX) se bazează pe capacitatea taninului de a forma combinații cu proteinele din piele (colagenul). În același scop se pot folosi și proteinele din sânge (hemoglobina), apoi se estimează colorimetric hemoglobina reziduală. Alte metode se bazează pe proprietatea reducătoare a taninurilor; metode fotocolorimetrice (reducerea acidului fosfowolframic la oxizi de wolfram, de culoare albastră), iodometrice, magnetometrice. Utilizarea ca martor a acidului tanic poate determina și astringența relativă.

=== Capitolul II b ===

Prin oxidarea licopinei cu acid cromic se obține metilheptonă (cunoscută ca produs de oxidare a terpenoidelor aciclice) și o aldehidă polienică, licopinolul, a cărei oxidare, în continuare, duce la bixin-dialdehidă. Compusul acesta a fost sfărâmat (prin deshidratarea dioxinei, cu aldehidă acetică și hidroliza dinitrilului obținut) în acidul respectiv, norbixina, o carotenoidă naturală cunoscută (R.Kuhn, 1932):

β-carotina (C40H56). Are masa moleculară 536,89 și se prezintă sub formă de cristale roșii sau pulbere cristalină roșie care conține minimum 96% C40H56. β-carotina cristalizează din benzen-metanol în prisme hexagonale de culoare violet închis, iar din eter de petrol în plăci rombice de culoare roșie închis, cu punct termic la 1830C. Beta-carotina este extraordinar de răspândită în natură, fiind conținută în toate plantele, ca un însoțitor permanent al clorofilei (alături de luteină, epoxid de luteină și chiar alfa-carotină).

β-carotina este insolubilă în apă, practic insolubilă în alcool etilic de 95% (0,004g/100ml la 300C), insolubilă în glicerină și propilenglicol, ușor solubilă în uleiuri vegetale. Are intervalul de topire cuprins între 176 și 1820C cu descompunere. Este sensibilă în mediul alcalin sau acid. În prezența acizilor și oxigenului se deteriorează rapid, mai ales la căldură.

Prin hidrogenarea catalitică s-a stabilit că molecula β-carotinei conține 11 duble legături (Zeichmeister, 1928). Perhidrocarotina obținută are formula C20H78 și deci în moleculă conține două cicluri. Prin oxidarea β-carotinei cu ozon și cu permanganat se formează acidul geronic, acidul α, α–dimetil succinic și acidul dimetil malonic, (Karrer, 1928):

La oxidarea cu permanganat se formează patru molecule de acid acetic, de unde rezultă prezența a patru grupe laterale metil. S-a tras de aici concluzia că molecula β-carotinei conține două inele β-ionice marginale, unite printr-o catenă compusă din patru resturi izoprenice (Kareer, 1931):

În industria alimentară β-carotina se folosește sub patru forme:

-suspensie lichidă formată din 30% carotină în ulei vegetal;

-suspensie semisolidă cu 24% carotină în ulei vegetal hidrogenat;

-granule dispersabile în apă cu un conținut de 10% sau 2,4% carotină;

-emulsie cu un conținut de 3,6% carotină.

β-carotina se utilizează pentru colorarea untului, margarinei, brânzeturilor, înghețatei, macaroanelor, cartofilor prăjiți, uleiuri vegetale, dresinguri pentru salate, înălbitorilor de cafea, ouălor praf, checurilor, bomboanelor, cremelor, deserturilor pe bază de gelatină, sucurilor de fructe, pudingurilor. Cantitatea de β-carotină admisă în SUA este de 30mg/kg produs.

α-Carotina, C40H56, formează cristale violete cu p.t. 1870C, [α] +1350 (în lumină de cadmiu); a fost descoperită (simultan de R Kuhn și P Karrer; 1931) la cromatografierea carotinei brute. α-carotina este aproape tot atât de răspândită în materialele animale și vegetale ca și β carotina, dar se găsește întotdeauna în proporție mai mică decât aceasta (urme, până la 25% față de β-carotină)

Structura α-carotinei (Karrer, 1931) se bazează pe următoarele fapte experimentale: prin hidrogenare catalitică se constată prezența a 11 duble legături. Banda principală a spectrului de absorbție în ultraviolet este deplasată cu 12 μm spre lungimi de undă mai mici, în raport cu a β-carotinei; dublele legături nu sunt toate conjugate. Compusul este optic activ și posedă deci un atom de carbon asimetric, spre deosebire de β-carotină. Prin organizare se obține alături de acid geronic și acid izogeronic. Urmează de aici, că α-carotina se deosebește de β-carotină prin aceea că unul dintre inelele este α-ionic:

α-Carotina se transformă în β-carotină prin încălzirea cu etoxid de sodiu la 100-1100C.

γ-Carotina, C40H56, cristalele roșii cu luciu superficial albastru, p.t. 1780C, a fost descoperită la cromatografierea carotinei brute (0,1% față de β-carotină în morcov) se găsește relativ rar în natură.

Molecula γ-carotinei are în una din jumătățile ei o structura identică cu a β-carotinei, iar în cealaltă cu a licopinei:

Amestecul de α, β, γ-carotină este cunoscut sub numele de Natural Yellow 26 și Natural Brown 4 (CI 1956 nr 75130)

Beta –apo-8’-carotenul (trans-β-apo8’-carotenalul). este orange-roșu (C30H40O) si are masa moleculară 416,65.

Beta – apo8’carotenalul se prezintă sub formă de cristale violete cu luciu metalic. Produsul comercial se poate prezenta și sub formă de solutii în ulei, grăsimi, solvenți organici sau preparate dispersabile în apă (pudre, granule, capsule). Produsul pentru uz alimentar trebuie să conțină minimum 96% C30H40O. Este insolubil în apă, solubil în alcool etilic, uleiuri vegetale, cloroform. Are intervalul de topire cuprins între 136-1400C.

Esterul metilic sau etilic al acidului β-apo-8’-carotenoici. Acest colorant face parte din grupa carotenoidelor. Are formula brută C32H44O2 (ester etilic) și C31H42O2 (esterul metilic). În formula dată R este radical metilic sau etilic.

Masa moleculară a esterului etilic este de 460,70, iar a celui metilic 446,70. Ambii esteri trebuie să conțină minimum 96% C32H44O2 respectiv C31H42O2 .

Esterii se prezintă sub formă de cristale roșii, insolubile în apă, în alcool etilic dar solubile în ulei vegetal. Intervalul de topire este cuprins între 134-1380C. Esterii trebuie să conțină maximum 3 mgAs/kg, maximum 10mgPb/kg, 20mg/kg, alte metale grele și maximum 0,1% cenușă după sulfatare.

Produsele comerciale se pot prezenta și sub formă de soluții în ulei, grăsimi sau solvenți organici, sau ca preparate dispersabile în apă (pulberi, granule, capsule).

2.3.2. Xantofilele

Compușii oxigenați din clasa carotinoidelor au același schelet ca hidrocarburile descrise mai înainte. Pe acest schelet sunt fixate grupe hidroxil, grupe carbonil sau grupe oxidice, după cum se arată prin câțiva reprezentanți mai importanți ai clasei în tabelul 1.

Tabel 1 Carotinide conținând oxigen

Luteina (xantofila), C40H56O2, formează cristale galbene în transparență, cu luciu superficial violet metalic, p.t. 1930C, puternic dextrogiră [α]D18= +165 (în benzen). Are masa moleculară de 568,85. După β-carotină, luteina este cea mai răspândită carotinoidă din natură. Ea însoțește carotina și clorofila în toate plantele verzi. De asemenea, luteina apare în numeroase flori galbene și roșii, de multe ori ca ester (cum este, de exemplu, dipalmitatul de luteină, helenienă, din Helminium autumnale și din multe alte flori). Se găsește de asemenea în multe țesuturi animale, în concentrație mai mare în gălbenușul de ou, în ovare și în penele de canar, în cantitate mare în alge. Este solubilă în apă dar solubilă în solvenți organici și grăsimi.

Structura luteinei (Karrer, 1930-1933) se bazează pe următoarele fapte experimentale: hidrogenarea catalitică arată prezența a 11 duble legături. Spectrul de absorbție este identic cu al α-carotinei, prin urmare, și sistemul polienic cromofor este același (atomii de oxigen sunt deci fără influență). Ambii atomi de oxigen aparțin unor grupe OH (reacția Zerevitinov, esterificare, eterificare). Prin oxidare se obține acid acetic (provenit din grupele metil laterale, la fel ca la carotine) și acizii α,α-dimetil succinic și dimetilmalonic (nu însă acizii α, α-dimetilglutaric și geronic). Perhidroluteina, care conține două grupe HO secundare a fost transformată într-o dibromură și aceasta redusă la o hidrocarbură saturată, optic activă, mult asemănătoare sau chiar identică cu perhidro-α-carotina. Din toate acestea rezultă că lutina este o dihidroxi-α-carotină, iar pozițiile grupelor HO ar putea fi 3 sau 4 și 3’ sau 4’. Dacă grupa HO din inelul α-iononic s-ar afla în 4, ea ar avea caracter enolic; neavând caracter enolic această grupă se află în 3. Faptul că nu se obține la oxidare acidul α,α-dimetil glutaric arată că și grupa HO din inelul β-iononic se află în poziția 3’.

Cantaxantina. Este un colorant din grupa carotenoidelor de culoare oranj ce se extrage din Cantharellus cinnabarinus, din plantele exotice Guara rubra și Ajaja ajaja. Se mai extrage din unele crustacee. Colorantul (C40H52O2) are masa moleculară 564,86 și se prezintă sub formă de cristale sau sub formă de soluție uleioasă, respectiv preparate dispersabile în apă (pudre, granule sau capsule). Colorantul trebuie să conțină minimum 96% C40H52O2 . Este insolubil în apă alcool etilic și relativ solubil în uleiuri vegetale(0,005%). Are punctul de topire la aproximativ 2100C când se descompune.

Cantaxantina și luteina (xantofila) conferă produselor alimentare în care se introduc culoarea roșie-trandafirie până la oranj intens. Acești doi coloranți se utilizează în sucurile de fructe și legume, grăsimi și uleiuri, paste făinoase (macoroane, fidea) sosuri, băuturi răcoritoare carbonatate. În cazul gemurilor și dulcețurilor, cantaxantina împreună cu antocianii ameliorează calitatea de prezentare a dulceții de zmeură și caise în timp ce betacarotina și β-apo8-carotinolul pe cea a dulceții și gemului de caise. În SUA cantoxantina este admisă în proporție de 60 mg/kg produs.

Zeaxantina, C40H56O2, plăci galbene cu p.t. la 2150C, a fost descoperită în porumb (Karrer, 1929) iar apoi a fost întâlnită în numeroase alte vegetale.

Esterul dipalmitic al zeaxantinei, fisaliena, a fost descoperită inițial în fructele de Phisalis akekengi și P. franchetti (păpălău) ulterior și în alte fructe.

Prin metode asemănătoare celor folosite la luteină s-a dovedit că zeaxantina are structura 3,3’-dihidroxi-β-carotinei.

Zeaxantina a fost obținută din luteină prin încălzire cu etoxid de sodiu, ceea ce provoacă deplasarea dublei legături izolate într-o poziție conjugată.

Prin oxidarea blândă a zeaxantinei cu permanganat se obține o aldehidă, C30H40O2 , β-citraurina:

β-Citraurina a fost găsită în cojile de portocală (Citrus aurantium), alături de carotină, criptoxantină, zeaxantină, luteină și violaxantină (Zechmeister, 1936). Nu a mai fost întâlnită în natură.

Criptoxantina, C40H56O, a fost găsită în Carica papaya, în Physalis, în ardei precum și în diverse alte plante, în gălbenuș de ou și unt. Criptoxantina este 3-hidroxi-β-carotina.

Licopina (licopen) C40H56. Acest colorant are masa moleculară 538,88. Se găsește în natură în fructe, în unele produse de origine animală (unut, ficat), dar mai ales în tomate (Solanum lycopersicum), cărora le conferă culorea roșie, în timp ce carotina le conferă culoarea galbenă. Dintr-un kilogram tomate mature se obțin 0,02g licopină. Licopina are punctul de topire la 173-1750C , este solubilă în uleiuri și grăsimi dar greu solubilă în alcool etilic. Se folosește drept colorant alimentar fiind obținut și prin sinteză.

Licoxantina este 3-monohidroxi, iar licofila este 3,3’-dihidroxilicopina:

2.3.3. Oxizi din grupa carotinoidelor

Prin tratarea unei carotenoide cu acid monoperftalic se transformă fie una, fie două duble legături în grupe epoxi. Numai dubla legătură din inelul β-iononic se oxidează în modul acesta; nu se cunoaște nici un exemplu de o astfel de oxidare a dublei legături izolate din inelul α-iononic al unei carotinoide. β-Carotina poate deci forma un monoepoxid și un diepoxid; α-carotina nu poate forma un monoepoxid. Epoxizii carotenoidici sunt extraordinar de sensibili față de acizi. Cu urme de acid clorhidric ei suferă o izomerizare, trecând în oxizi cu structură furanoidică (Karrer, 1945):

Aplicarea acestor reacții la diverse carotionoide a arătat că mulți (în total 11) dintre epooxizii și oxizii furanoidici obținuți sintetic sunt identici cu carotinoidele izolate mai demult din produșii naturali.

Astfel, anteaxantina din Lilium tigrinum este monoepoxidul zeaxantinei, iar violaxantina, odarantul panselei galbene (Viola tricolor) și altor flori este diepoxidul zeaxantinei; flavoxantina, din gura-leului (Anthirinium majus) din piciorul cocoșului (Ranunculus acer) și din alte flori este monoxidul furanoidic al luteinei, iar auroxantina, din Viola tricolor (izomeră cu violaxantina, din care probabil provine) este dioxidul furanoidic al zeaxantinei.

Înrudirea structurală a carotinoidelor naturale sugerează ideea că ele provin dintr-un precursor unic. Este probabil că epoxizii naturali provin din carotinoide prin oxidare, iar oxizii furanoidici, prin izomerizare, din epoxizii care îi însoțesc de obicei în plante.

2.3.4. Cetonele din grupa carotinoidelor

Rodoxantina, C40H56O2, descoperită în frunzele roșii-brune ale plantelor acvatice de Potamogeton natans (broscărița), apare și în diferite conifere, p.t. 2190C. Hidrogenarea catalitică indică prezența a 12 duble legături, care, având în vedere spectrul de absorbție la lungime de undă mare, trebuie să fie conjugate cu două grupe cetonice.

De aici rezultă aranjarea neobișnuită a dublelor legături. Prin reducerea cu zinc și cu acid acetic se formează dihidrorodoxantina, care conține sistemul cromofor al β-carotinei (adiție în pozițiile 1-24). Reducerea acestui compus cu izopropoxid de aluminiu duce la zeaxantină.

Astacină, C40H52O4 , cristale aciculare cu luciu superficial violet, p.t. 2430C, este colorantul roșu al carapacei homarului (Astacus gammarus)și al altor crustacee.

Astacina are structura unei tetracetone a β-carotinei. Din comportarea chimică rezultă că grupele CO din pozițiile 3 și 3’ sunt enolizate

Astacina nu este pigmentul originar al crustaceelor, ci se formează din acesta în cursul operațiilor de izolare.

Astaxantina, C40H52O4, cristale cu p.t. 2160C, este conținută în tegumentele exterioare și în ouăle crustaceelor sub forma unei combinații cu o proteină (o cromoproteidă), ovoverdina, de culoare verde-brun sau albastră-neagră (R Kuhn, 1938). Schimbarea culorii din verde închis în roșu, care se produce la fierberea rocilor în apă, este datorită denaturării proteinei și punerea în libertate a grupei prostetice carotinoidice. În afară de crustacee, astaxina se găsește în multe alte clase de viețuitoare, de la protozoare la animalele superioare, pești, păsări și mamifere precum și în unele alge verzi.

Astaxantina este un tetrahidro-derivat al astocinei. În mediul alcalin, astoxantina consumă oxigen din aer, trecând în astacină. În absența aerului, astaxantina formează cu hidroxidul de potasiu o sare colorată în albastru închis, cu structura unui endiolat:

Culoarea închisă a ovoverdinei a fost atribuită formării unei sări a acestui anion cu proteina.

Capsantina, C40H56O3 , cristale roșu-carmin (p.t. 1760C), rotația specifică este [α]D=+360 (în cloroform) este pigmentul din ardeiul roșu (Zechmeister, 1927; Cholnoky, 1957) si are masa moleculară 586,86.

Sub formă de boia de ardei dulce sau sub formă de rezină, capsantina se utilizează la fabricarea preparatelor din carne, la grăsimi și uleiuri, la brânzeturi, la sucuri de legume, paste făinoase, produse din carne de pasăre, snaksuri, cartofi prăjiți, etc.

Oleorezina Din ardeiul roșu iute poate fi și ea folosită drept colorant dar și ca aromatizant pentru unele produse alimentare. Aceasta oleorezină se obține prin extracția ei cu solvent (diclormetan, tricloretilenă, acetonă, propan 2-ol, alcool metilic, hexan, alcool etilic) a ardeiului roșu iute, Capsicum annum L., urmată de îndepărtarea solventului. Oleorezina obținută contine capsaicină (C18H27NO3) cu masa moleculară 305,40; și capsantină (C40H56O3) cu masa moleculară 584,85. Oleorezina este practic insolubilă în apă, parțial solubilă în ulei și insolubilă în glicerină. Oleorezina trebuie să conțină maximum 3mg As/kg, max 5mgPb/kg, max 20 mg/kg metale grele. În funcție de solventul utilizat, oleorezina trebuie să conțină max 30mg/kg diclormetan, clorură de metil, tricloretilen, singuri sau în combinație, max. 30mg/kg acetonă, max 50 mg/kg propan 2-ol, max 50mg/kg metanol și maxim 25 mg/kg, hexan.

2.3.5. Acizii din grupa carotinoidelor

Bixina, C25H30O4 , are masa moleculară 394,50 si ste un colorant galben (numit și orlean sau rucu), izolat dintr-o plantă tropicală (Bixina orellana) și mult folosit înainte de apariția coloranților sintetici. Bixina este esterul monometilic al unui acid dicarboxilic nesaturat, norbixina. Structura bixinei a fost stabilită pe baza oxidării cu acid cromic (care arată prezența a patru grupe metil laterale) și a degradării cu ozon (R. Kuhn, 1928-1933)

Bixina cristalizează din acid acetic sub formă de prisme de culoare violet cu luciu metalic, cristalele având punct de topire la 191,50C, când încălzirea este lentă și la 1980C când încălzirea este rapidă. Prin precipitare din soluție de carbonat de sodiu bixina are culoare roșu-portocaliu. Bixina, respectiv extractul Annato în ulei, este insolubil în apă și puțin solubil în alcool etilic si se folosește pentru colorarea uleiului comestibil, untului, margarinei. Sub forma sării de sodiu se folosește pentru colorarea cerealelor, pastelor făinoase, produselor snack, deserturilor pe bază de lapte, congelate.

Norbixina (C24H28O4) are masa 380,48. Norbixina are o structură simetrică, principiul de construcție izoprenică fiind inversat la mijlocul molecular, la fel ca celelalte carotinoide și în squalen. Structura acesteia a fost confirmată prin sinteză totală a perhidronorbixinei (Karrer, 1953) și mai târziu a bixinei însăși (în formă trans totală-Weedon, 1953).

Extractul Annato în apă are culoare roșietic brună până la brun. Acest extract trebuie să conțină minimum 0,2% din totalul carotinoidelor ca norbixină.

Crocetina, C20H24O4, se găsește sub forma esterului sau cu două molecule de gentiobioză, crocina, în șofran sau ca safran, un produs izolat din stigmatele florilor de Crocus sativus, crescând în Europa sudică și în Orient. Crocina se prezintă sub formă de pulbere galbenă sau brun-roșie, sau sub formă de filamente roșii – brune, cu punct de topire la 1860C. Este greu solubilă în apă dar ușor solubilă în alcool absolut.

Crocetina este un acid dicarboxilic polienic cu masă moleculară de 328,35, cu punct de topire la 285-2870C, insolubilă în apă și sensibilă la acțiunea oxigenului.

Structura crocentinei, stabilită prin aceleași metode ca a bixinei și confirmată prin sinteza perhidrocrocentinei, este aceea a unui acid dicarboxilic polienic, cu 4 grupe metil laterale (Karrer, 1927-1933)

Crocetina și bixina se formează probabil prin degradarea oxidativă biologică a carotinoidelor propriu zise.

Pentru a putea fi utilizat ca aditiv alimentar, șofranul trebuie să aibă următoarea compoziție: umiditate 15,6%; substanțe azotoase 12,4%; substanțe extractive neazotate 43,6%; zaharuri 13,3%; lipide 5,6%; uleiuri eterice 0,6%; celuloză 4,5%; cenușă 4,3%.

2.3.6. Izomeria cis-trans la carotinoide

O carotinoidă ce conține în catena liniară 9 duble legături poate apărea teoretic în 29=512 izomeri cis-trans. Numărul izomerilor observați efectiv este însă mult mai mic. Cu puține excepții (printre care se numără bixina și crocetina) carotinoidele apar în natură într-o singură formă, cea stabilă, cu toate legăturile duble trans (forma “trans totală”; all-trans):

Unele dintre formele cis imaginabile nu sunt posibile în realitate, din cauza împiedicării sterice a catenelor laterale metil, cu atomi de hidrogen vecini:

Din cauza acestui efect, izomeria cis-trans ar putea exista, de exemplu la β-carotină, numai la dublele legături 3, 5, 6, 7 și 9, celelalte legături fiind întotdeauna trans. Deși această regulă nu se aplică în mod general, una din cauzele pentru care se cunosc numai puțini din izomerii posibili este fără îndoială împiedicarea sterică.

Prin diferite tratamente, lumină, căldură, catalizatori (iod, acizi), formele stabile, trans, caturale ale carotioidelor pot fi transformate parțial în forme cis labile. Separarea amestecurilor astfel obținute se efectuează cromatografic.

Numai puține din formele cis sunt cristalizate, cele lichide sunt firește mai greu de caracterizat. Formele cis se deosebesc de formele trans prin culoare (mai deschisă), solubilitate (mai mare) și puncte de topire (mai joase). Formele cis trec sub influența catalizatorilor (iod) sau spontan în forme trans, de obicei până la stabilirea unui echilibru.

β-Carotina, izomerizată prin topirea cristalelor, dă la cromatografiere nu mai puțin de 10 zone. Din acestea a fost obținut un singur compus cristalizat, definit, neo-β-carotina U (p.t. 1230C, față de 187,50C la β-carotina naturală pura (Zechmeister, 1938). Spectrul acestui compus prezintă (în CS2) două maxime la 512 și 478 μm (față de 520 și 485 μm la β-carotina-trans totală). Izomerizări similare au fost observate și la alte carotinoide. Bixina apare în natură în formă labilă cis. Sub influența iodului, forma aceasta trece în formă trans totală stabilă, cu p.t. mai ridicat și benzi de absorbție la lungimi de undă puțin mai mari.

2.4. Flavonoide

2.4.1 Generalitati. Biosinteza flavonoidelor

Pigmenții flavonici (flavonoidele) reprezintă un grup de substanțe naturale, de origine vegetală, derivați ai benzopiranului având un radical fenil substituit în poziția 2 și constituind o parte din pigmenții colorați din flori și fructe.

Flavonoidele sunt substanțe foarte răspândite și sunt sintetizate predominant în plantele superioare în criptograme vasculare și mai ales la dicotiledonate, iar în cantitate mai mică în unele alge, bacterii și insecte.

Dintre plantele inferioare, numai la câteva au fost identificați astfel de compuși (la câteva ciuperci dintre fungii imperfecți și la Chlamidomonas). Pteridofitele și mai ales filicineele sunt cunoscute ca producătoare de flavonoide, îndeosebi C-metil flavonoide (cirtominetina, răspândită în ferigi). Gimnospermele se remarcă prin prezența biflavonoidelor. Prin structura lor deosebită, unele flavonoide se prezintă ca taxoni specifici, fiind folosite drept caractere biochimice în sistematica vegetală, o plantă putând conține una sau mai multe flavonoide.

Toate organele, dar mai ales cele tinere și în special epiderma, frunzele tinere, mugurii, bobocii sau florile abia deschise, sunt bogate în flavone (Aliev, R.K.). In celule ele se găsesc de regulă dizolvate în sucul vacuolar, iar prin uscare sunt adsorbite pe membrana celulozică.

În general, modul de biosinteză al flavonoidelor este cel ce pornește de la corpii cu 2 și 3 atomi de carbon, pentru a ajunge la derivați ai difenil-propanului și care prin ciclizare vor închide nucleul 2-fenil-benzopiranic. Aceasta înseamnă că flavonoidele au o origine biogenetică mixtă, dar unitățile [Cz] conduc la cel de-al doilea sistem de aromatizare al materiei vii. Celălalt sistem, studiat până acum, al acidului shikimic, provine din condensarea unităților [C3].

Nucleul fenilic substituit provine din acidul fenil-piruvic, el însuși derivat din acidul fosfoenol piruvic, unitatea [C3] prin intermediul acidului shikimic.Nucleul benzopiranic provine deci din condensarea și ciclizarea unităților [C2] furnizate de acetat prin intermediul acetil coenzimei A.

Calea biosintezei cvercetolului a fost elucidată de un grup de cercetători canadieni (Underhill-Watkin-Heish-1957).

Închiderea ciclului piranic are loc in vitro, în soluție apoasă, în condițiile unui echilibru între calconă și flavononă, care în cazul calconelor cu grupări hidroxilice în poziția 2’sau 6’ este deplasat spre flavononă, deoarece aceasta este stabilizată printr-o punte de hidrogen între hidroxilul din poziția 5 și oxigenul carbonilic din 4, al flavanonei.

Calconele pot suferi și o altă stabilizare prin saturarea dublei legături și formarea de dihidrocalcone, cu ciclizarea ulterioară la flavonone, în care caz avem de a face cu o stereobiosinteză. Este cazul florizinei din speciile de măr.

Considerând ca precursori ai flavonoidelor calconele, se pot reprezenta diferiți compuși flavonoidici, capi de serie, după gradul de oxidare diferit a ciclului pironic, într-o schemă ce evidențiază interrelațiile dintre acești compuși (schema 3)

Benzopiranul (cronenul) substituit cu fenil în poziția 2 (flavan) se găsește în structura marii majorități a flavonoidelor. Dacă substituția se face în 3, se va genera seria izoflavonelor.

Schema 2 Relatii biosintetice ale flavonoidelor

2.4.2. Clasificare

Flavonoidele se subimpart în mai multe serii de compuși după gradul de oxidare al moleculei.

1) Flavonozide – pigmenți colorați în galben din flori și fructe și care participă la colorația acestor organe, alături de carotenoide. La rândul flavonozidele se subimpart în :

a) flavanone – hesperidozide din Citrus aurantium precum și quercetina găsită în pansele și trandafiri alături de antociani. În unele plante au fost găsiți esteri: ramnetina (CH3O în poziția 7) și izoramnetina (CH3O în poziția 3)

Hesperidozida din Citrus aurantium

Quercitina. Este un colorant natural galben, care face parte din grupa flavonelor, fiind prezent în coaja de Quercus tinctoria. Colorantul (C21H20O11) este pentahidroxi 3, 5, 7, 3’, 4’, flavon-ramnozid-3, cu masa moleculară 448,39. Are punctul de topire la 259-2520C, este insolubil în apă, solubil în alcool.

Agliconul quercitrinei este quercetina (C15H10O7), cu masa moleculară 302,23 și punct de topire la 313-3140C. se prezintă sub formă de cristale glabene, solubile în apă alcalină, în acid acetic, în alcool fierbinte.

Marina – 3,5,7,2’,4’- pentahidroxiflavonă izomeră cu quercetina a fost folosită drept colorant pe mordant de aluminiu, formând cu ionii acestui metal (Si, Cu, Se, Cr, Zn și Th) complecși puternic fluorescenți, verde-albastru, folosiți în chimia analitică.

b) flavone: cum ar fi luteozida din Roseda lutea

c) flavonoli: de exemplu rutozida din Fagopirus tataricum

Luteozida Rutozida

2) Biflavonoide – formate din condensarea a două molecule de flavonă. Este cazul și a ginkgetolului din frunzele de Ginkgo biloba

Ginkgetolul

În lucrările sale, Masquellier (1972) arată importanța fiziologică și terapeutică a dimerilor unor leucoantociani; după acest autor, adevărații responsabili de activitatea farmacodinamică de vitamina P, par a fi tocmai acești compuși. Se pare că leucocianidolii, atât de sensibili la oxidare, sunt cu mult mai stabili sub formă de dimeri.

De asemenea, un număr mare din biflavonoidele cunoscute astăzi, reprezintă produșii de condensare ai leucoantocianidolilor și catehinelor, deci cu structură flavonică.

Dimerii leucoantocianidolilor au mai fost denumiți proantocianidoli, deoarece prin hidroliză oxidativă dau naștere antocianidolilor.

Procianidol

3) Calcone: salipurpozida din Salix purpurea

Salipurpozida

Uneori, calconele sunt considerate, flavone, deși sunt precursori ai acestora. Calconele nu sunt derivați ai benzopiranului ci derivă de la compușii de difenil propan. Exemplu este salipurpozida din Salix purpurea. Glicozidele flavonelor se numesc flavonozide. Cele mai răspândite combinații flavonice, îndeosebi sub formă de flavonozide, sunt glicozidele a trei flavonoli și anume: kemferol, cvercetol și miricetol.

4) Antocianidolii sunt coloranții roșii, violet și albastru din flori, din fructe și din tegumentul semințelor care se caracterizează ca derivați de benzopiriliu, ca urmare a formării cationului piroxoniu. Acesta are o bazicitate marcată, dând săruri frumos cristalizate cu acizii tari și colorate în roșu strălucitor.

În natură se cunosc numeroși compuși antocianici, dar care pot fi considerați -în cea mai mare parte – ca derivând din complicarea structurilor celor trei capi de serie prin metaxilare sau prin glicozidări diferite. Glicozidele se numesc și antocianozide.

Cele trei combinații cap de serie sunt:

Bogăția de nuanțe ce se întâlnește în natură la florile colorate de antociane se datorește variației pH-ului mediului.

Leucoantocianidolii, leucobazele antocianidolilor – derivații incolori ai antocianidolilor, au căpătat o importanță deosebită în ultima vreme.

Ei sunt prezenți în numeroase plante și sunt considerați a fi precursori fie ai antocianidolilor, în care trec prin oxidare, fie ai catehinelor în care se transformă prin reducere. Datorită acestui fapt ei sut considerați și ca precursori biogenetici ai taninurilor (S.A.Brown-1962).

Leucoantocianii pot fi puși în evidență prin încălzirea cu acizii diluați când țesuturile sau extractele incolore ale acestora se pot colora în roșu. La agitare sau chiar la încălzire în prezența alcoolului propilic, izopropilic sau izoamilic, stratul alcoolic se colorează în roșu viu datorită actocianidolului ce trece în acest solvent.

Din solvent, antocianidolii pot fi puși în evidență apoi prin cromatografie pe hârtie. La îmbătrânire sau uscare, leucoantocianidolii fiind substanțe foarte sensibile la oxidare se transformă în taninuri catehinice.

5) Catehinele – derivați de 2-fenil benzopiran sau flavon, substituenți cu număr variabil de oxidrili, pot esterifica cu acidul galic sau uneori să formeze combinații glicozidice cu glucoza.

Cel mai răspândit dintre acești compuși este catehina care poate fi însoțită de stereoizomerul său, epicatehina și ambele se pot găsi sub forma celor doi izomeri optici D și L ca și a racemicilor lor, DL.

Același fenomen se poate întâlni la galocatehină cu izomerul său epigalocatehina.

Atât catehina cât și galocatehina se pot esterifica cu acidul galic, la oxidrilul din poziția 3, pentru a conduce la combinații sub forma izomerilor epi și optici, enumerați mai sus.

O catehină mai simple întâlnită în Cortex Quebracho, căreia îi lipsește oxidrilul din poziția 5 este chebrachocatehina:

6) Terpenil – flavonoidele – combinații lipofile existente în plante care s-au dovedit a fi flavonoide substituite cu lanțuri de 5 atomi de carbon provenite din unități biogenetice hemiterpenice. Ca exemplu: soforanona din rădăcinile speciei Saphora subrostrata, sau artrocarpina din Artocarpus integrifolia (Venkataraman-1962).

7) Auronele – combinații naturale existente în flori având o culoare galbenă. Ele nu sunt derivați ai benzopiranului ci derivă de la benzofuran (aurezida)

8) Izoflavone – derivați de 3-fenil-benzopiran. Un tip aparte de izoflavone cu structură complicată îl reprezintă rotenoidele (pterocarpani) care sunt izoflavone cu ciclu furanic sau pironic în poziția 7-8 de origine hemiterpenică și care închid un al doilea ciclu piranic între nucleul benzopiranic și fenilul substituit în poziția 3.

Rotenona și toxicorolul din speciile Derris eliptica și Derris malaccensis au acțiune antihelmintică.

2.4.3. Relatia structura chimica – proprietati tinctoriale

Flavonele sunt substanțe solide, cristalizate, îndeosebi sub formă de agliconi; sunt colorate în diverse nuanțe de galben, glicozidele fiind mai deschise la culoare.

Culoarea derivaților flavonici se datorește prezenței grupărilor cromofore

-C=C-C < . Gruparea hidroxilică din poziția 3 cauzează colorația galbenă, iar cele din pozițiile 3’ 4’ colorația galben închisă. Dacă atât în poziția 3, cât și 3’ și 4’ se află grupări hidroxilice, atunci culoarea se accentuează și se deplasează spre portocaliu. În cazul antocianilor culoarea se schimbă datorită formării de legături cu acizii și bazele. În plus, se formează un sistem continuu de duble legături conjugate alături de structura chinonică (A. Damirov, M.A. Islamova, R.K.Alliev – 1964).

În sfârșit, în toate aceste sisteme, există o trecere continuă între diferitele forme structurale ale flavonoidelor, ceea ce explică, de altfel, prezența simultană în plantă a pigmenților flavonici, antocianilor și taninurilor catehice.

În felul acesta, se explică virajul culorilor unor flori în timpul perioadei de vegetație, sau chiar în timpul aceleași zile (florile de Gossypium), precum și în timpul prelucrării lor sau al conservării drogurilor obținute din ele (flori de nalbă)

Variația mediului celular, mai reducător sau mai oxidant, ca și variația pH-ului, conduce la gama de culori existente în natură și ilustrate prin următoarele reacții (schema 3).

Flavonele sunt lipsite de gust și de miros.

Flavonozidele sunt greu solubile în apă, iar aglicanii sunt practic insolubili. Rutozidul se dizolvă în 1:200 apă fiartă și 1:10000 în apă rece. Diferența de solubilitate la diverse temperaturi este folosită în scopuri preparative. Uneori e folosită solubilitatea în eter etilic a agliconilor pentru a-i separa de flavonozide.

Schema 3 Relatia structura chimica – proprietati tinctoriale

Flavonele – glicozide sau agliconi- sunt solubile în alcool, acetonă, eter acetic, acid acetic, și greu solubile în eter etilic, practic insolubile în cloroform, benzen, eter de petrol.

În U.V. flavonozidele prezintă fluorescență caracteristică. De obicei agliconii flavonozidelor sau cele ce prezintă un oxidril liber în 3, au o fluorescență galben aurie pănă la galben-verzuie.

Când OH din pozitia 3 lipsește sau este blocat prin glicozidare, fluorescența este de culoare brună. Dacă oxidrilii sunt metoxilați, cu cât gradul de metoxilare crește nuanța fouorescenței virează către albăstrui luminos.

În soluțiile acide, prezintă fluorescențe caracteristice în lumină de zi galben verzuie cu acid clorhidric și albastru în solutie de acid sulfuric concentrat, ca urmare a formării sărurilor de flaviliu.

Flavanoidele prezintă spectre caracteristice în U.V. și I.R.

Antocianozidele ca și antocianidolii sunt cristalizați, îndeosebi sub formă de sare, când prexintă colorații de la roșu închis până la negru, cu reflexe metalice. Sub formă de baze sau fenolați, prezintă diferite nuanțe de violet, verde, albastru.

În plante, antocianii sunt complexați adesea cu aluminiu și pectine sau sub formă de săruri de calciu ceea ce explică marea varietate de nuanțe între roșu-violet-albastru.

Antocianii sunt ușor solubili în apă și în dizolvanți polari dar greu solubili în eter și benzen. Sărurile lor cu acizii sunt remarcabil de stabile și au o tendință puternică de a cristaliza.

Sărurile antocianilor și ale antocianidelor sunt roșii. Prin tratarea solutiilor lor cu acetat de sodiu (pH=8), culoarea virează spre purpuriu și cu timpul dispare; la adăugarea de NaOH apare o culoare albastru închis.

În solutie neutră (tamponare cu acetat de sodiu) se formează un compus chinoid colorat care, prin adiție de apă, trece în pseudobază cu caracter carbinolic. În soluție puternic bazică (NaOH) colorantul există sub formă chinoidă, în care una din grupele OH fenolice este transformată în sare (închiderea culorii). Prin tratarea acestei soluții cu acid clorhidric, se regenerează sarea de piriliu, roșie:

Variațiile aproape nesfârșite ale culorii florilor și fructelor se datoresc faptului că antocianii se găsesc în plante, fie sub formă de săruri de piriliu (mediu acid), fie sub formă chinoidă (mediu neutru), fie sub formă de săruri de potasiu, calciu sau sodiu ale formei chinoide. Se explică astfel de ce același antocian produce colorații diferite. Culorile trandafirului roșu de exemplu, și a albăstriței (Centaurea cyanus) se datoresc aceluiași antocian, cianina (diglucozida cianidinei). Culorarea antocianilor mai este influențată și de faptul că ei sunt amestecați în flori, cu alți antociani, cu flavone și cu flavanoli de culoare galbenă sau cu taninuri.

Catehinele sunt și ele cristalizate dar în schimb, lipsite de culoare. Din cauza oxidabilității lor, se înroșesc în timp datorită flobafenizării.

2.4.4. Rolul fiziologic al flavonozidelor

Încă din 1937, Szent-Győrgy a arătat relația care există între derivații flavonici și respirație celulară a plantelor prevăzute cu peroxidaze.

Cercetări mai recente au arătat că flavonele constituie un intermediar în oxidarea acidului ascorbic.

În acest proces, conform teoriei lui Parrax și Lavollay (1944), flavonele protejează acidul ascorbic, datorită acțiunii lor reducătoare. În felul acesta, flavonele pot fi considerate ca veritabili factori de economisire ai acidului ascorbic, în organim.

Contrar părerilor emise de școala lui Lavelloy, Kursenov a arătat că flavonele nu sunt acei adevărați “factori de protejare” ai acidului ascorbic, ci, din contră, în sistemul oxido-reducător amintit, flavonele se refac din formele lor oxidate, pe seama acidului ascorbic (Kursanov) fenomenul se petrece conform schemei:

Schema 4

Deci, ultimul din sistem care se oxidează, este acidul ascorbic, care prin aceasta, regenerează flavona ce reintră în sistem.

Alte cercetări au arătat că în prezența ionilor de cupru, flavonele accelerează chiar oxidarea acidului ascorbic (E.Grigorescu, E.Tarpo – 1964)

Această proprietate catalizatoare a flavonoidelor se datorește naturii lor polifenolice, dar se pare că, totuși, cei doi oxidrili ortodifenolici nu sunt cu totul indispensabili. Locul lor în sistemul oxido-reducător ne face să asimilăm flavonele cu unele coenzime, mai ales dacă ținem seama de faptul că, în planta vie, flavonoidele sunt absorbite, sau chiar fixate, în complecși cu proteinele. Pe de altă parte ele își manifestă calitățile lor prin acțiunea de chelatare a metalelor, pe care le mobilizează în felul acesta, în diferite sisteme enzimatice, ca oligoelemente.

În sfârșit studiindu-se speciile de Forsythia cu flori heterostile s-a dovedit că unele glicozide ale cvercetolului au rol de hormoni vegetali, favorizând polenizarea încrucișată a celor două tipuri de indivizi (V.Plouvier – A. Sosa 1953)

2.4.5. Acțiune farmacodinamică și întrebuințări

Când în 1931, Szent-Gyorgyi a izolat din pericarpul citricelor “citrina”, căreia mai apoi i s-a dat denumirea de vitamina P, nu se bănuia extinderea la care aveau să ajungă substanțele flavonice în farmacologie și terapeutică.

Datorită faptului că astăzi se cunosc un număr mai mare de substanțe cu acțiune de vitamină P, s-a propus să li se dea denumirea de “factori P” , mai apropiată de realitate și se tinde spre contestarea atributul de vitamină. Printre corpii cu caracter de factori P, sunt mentionați îndeosebi: cvercetolul, rutozida, luteolina, diormina, hesperolul, raringenolul, esculetolul, catehina și stereoizomerii săi, izoramnetolul, leucoantocianii, etc.

În urina iepurilor, șobolanilor, cobailor și omului s-au identificat, după administrarea rutozidului, o serie de substanțe – derivați ai pirocateholului și care provin din degradarea rutozidului – recte a cvercetolului – în organism. Acești derivați sunt:

Deoarece se bănuiește că acești corpi ar fi forma fiziologic activă sub care acționează vitamina P, se poate considera că flavonele sunt “provitamina P”, concepție care însă nu s-a încetățenit.

La cercetarea organelor animale, s-a constatat că flavonoidele, care acționează ca vitamine P, se găsesc în celule, legate slab sub formă de complexe, cu proteinele (W. Grab-1960).

Acțiunea terapeutică socotită cea mai caracteristică a flavonelor este aceea de factor P sau factor de permeabilitate. Ele măresc rezistența capilarelor sanguine, care, în felul acesta nu mai permit transvazarea elementelor figurate ale sângelui.

În cazul lipsei factorului P, au loc hemoragii foarte asemănătoare celor înregistrate în timpul scorbutului și care nu pot fi vindecate numai prin administrare de acid ascorbic. Se cunosc astfel cazuri de scorbut care pot fi vindecate numai prin administrare de flavonoide.

Aceste flavonoide care au calități de factor P, au căpătat în ultimul timp denumirea de “bioflavonoide”, iar dacă sunt obținute din citrice cea de “citrus biflavonoide” (L.Hőrhammer – H. Wagner 1962).

Schematic, modul de acțiune poate fi redat astfel:

Schema 5

Din schema 5 reiese că cele patru valențe ale moleculei de oxigen, contribuie la oxidarea a două molecule de acid ascorbic, care vor fi, la rândul lor, reduse din nou, sub influența dehidrozelor.

După Lavollay, a doua moleculă de acid ascorbic poate fi înlocuită cu adrenalină, iar derivații flavonici sunt catalizatori intermediari extrem de activi în oxidarea acestui hormon, prin sistemul peroxid – peroxidază.

Dar, flavonele pot servi și ca substrat al acțiunii polifenol–oxidazelor. Prin acest tip de oxidare al pigmenților flavonici iau naștere acele colorații brune, roșii sau violete ale țesuturilor care caracterizează unele organe ale plantelor.

Cu toate acestea, asupra modului de acțiune a acestor substanțe încă nu s-a ajuns la o părere unanimă și diverșii autori consideră, de pe poziții diferite, că acțiunea capilor protectoare s-ar manifesta prin rolul antioxidant față de adrenalină care controlează tonusul capilarelor (J.Q. Griffith – C.F.Krewson – J. Haghski – 1954), sau prin inhibarea hialuronidazei, care astfel nu mai pune în libertate acid hialuronic, adevăratul factor al permeabilității. Alți autori, consideră că substanțele flavonoide exercită o acțiune vasoconstrictoare direct asupra, capilarelor. Ținând seama de structura lor chimică, se consideră că flavonoidele consolidează cimentul intercelular din peretele capilarelor, astupând porii existenți în aceste ciment. Are loc un proces de chelatare cu flavonele, la care iau parte și ionii de calciu (E. Vagin-1960).

Sub un alt aspect, în 1932 Fukurda a constatat pe iepure acțiunea diuretică a mai multor flavonoide, acțiunea cu atât mai marcantă cu cât avem de a face cu heterozide sau cu cât crește numărul de oxidrili.

Efectele lor sunt mai durabile decât ale bazelor purinice și pe această proprietate se bazează potențarea medicamentelor hipotensive și chiar din a teofilinei. Totodată are loc o ușoară și temporară vasodilatație ce se manifestă direct. Aceeași proprietate se pare că intervine și în cazul azotemiei, deoarece se utilizează de câțiva ani ca hipoazotemic și antinefritic o plantă din America de Nord, Lespedeza capitata (Leguminoase) care conține un biramnozid al kemfenolului.

În sfârșit, flavonoidele mai potențează acțiunea acidului ascorbic, slăbesc acțiunea histaminei, prin inactivare și protejează organismul împotriva acțiunii nocive a radiațiilor ultraviolete și razelor X. De asemenea s-a dovedit că unele flavone au acțiune antibacteriană și antivirală (K. Bőhm-1952).

Ca mecanism de acțiune chemoterapeutic se admite că flavonele inhibă succinoxidaza și colinacetilaza prin forma lor chinonică, în care trec în urma oxidării.

În ultimii ani, în SUA, îndeosebi, flavonele și preparatele cu flavone au fost incriminate ca lipsite de activitate farmacodinamică, chiar față de capilarele sanguine.

Mai mult derivații de semisinteză ai rutozidului, cum ar fi Venorutonul (oxietilrutozidul), au fost acuzați de a fi produs malformații și moartea fătului la femeile gravide, care au luat Venoruton în timpul sarcinii.

În lucrările intreprinse în ultimele două decenii J. Masquellier a arătat că flavonele și flavonolii au o slabă acțiune farmacodinamică, iar acțiunea capilar- protectoare este cea mai nespecifică.

După acest autor, procesele de oxido-reducere celulară cer prezența concomitentă a factorilor P și a vitaminei C, doar sub această formă fiind posibilă starea normală a organismului; epicatetina și leucoantocianidolii sunt de o mie de ori mai activi decât cvercetolul și, în prezență de urme in alimente, asigură activitatea vitaminică P, normală. Cum leucoantocianidolii și catehinele sunt mai stabile sub forma dimerilor flavonici, Masquellier consideră aceste combinații ca adevărate provitamine, propunând denumirea de “vitamină C2” pentru compusul activ.

Odată eliberată în organism, prin depodimerizare, vitamina C2 se unește cu vitamina C, într-un complex activ și având totodată posibilitatea să se unească cu proteinele celulare, permite pătrunderea în celulă pe această cale, a mai multor molecule de vitamină C, pentru fiecare moleculă de vitamină C2. Se atribuie astfel vitaminei C2 un rol de transportor activ.

Leucocianidolii marcați 14C au fost identificați foarte repede după administrare, în mucoasa stomacală, în peretele vaselor și cartilagiilor intervertebrale, fapt care se constată în mult mai mică măsură pentru cvercetol și rutozid.

În sfârșit, saturarea organismului cu vitamină C se obține cu mult mai ușor cu fructe proaspete, sau în prezență de vitamină C2 , decât cu acid ascorbic pur.

Toate acestea pledează pentru menținerea flavonoidelor în arsenalul terapeutic.

Pentru acțiunile enumerate flavonoidele sunt utilizate sub diverse forme medicamentoase; în chimie analitică drept reactiv de culoare sau chelatare iar în industria chimică drept materii colorate, iar în industria alimentară ca oxidanți pentru grăsimi.

2.5. Coloranți chinonici

Colorantii chinonici sunt substanțe organice neazalate colorate în galben, portocaliu, roșu. Au o răspândire mare în natură. Sunt intâlniți în unele plante superioare și inferioare, în numeroase animale marine și în insecte. În unele plante apar inițial sub formă de hidrochinone incolore. Pe măsura creșterii plantei, se oxidează și se colorează.

Au rol important în reacțiile de oxidoreducere sunt folosiți sub formă de droguri la tratarea unor boli. Au fost utilizați mult sub formă de coloranți în trecut. În cazul pigmenților chinonici menționăm:

pigmenți benzochinonici întâlniți frecvent în ciuperci, bacteriile din sol și în unele plante superioare cu întrebuințări medicinale.

pigmenți naftochinonici, întâlniți în plantele superioare; aici se încadrează juglona din coaja nucilor verzi, de culoare brună, folosită la vopsitul lânii și izomerul său lawsona din Henna utilizată în cosmetică.

pigmenții antrachinonici, întâlniți în ciuperci și în plantele superioare (Rubiaceae, Poligonaceae, Rhamnaceae etc.); mai importanți sunt alizarina și purpurina folositi în antichitate pentru vopsit.

Hidroxichinone

Fumigatina – pigmentul unui mucegai, Aspergillus fumigatus este o hidroximetaxitoluchinonă.

Ca și penicilina, fumigatina este foarte toxică pentru bacterii dar în același timp este toxică și pentru animalele superioare.

Embelina principalul colorant din fructele de Ribes embelia (India), este un derivat de 2,5 dihidrochinonă, cu o catenă normală de 11 atomi de carbon. Este folosită în India ca medicament antihelmitinc.

În multe ciuperci se găsesc derivați colorați ai 2,5-dihidroxichinonei cu două grupe fenil în pozițiile 3 și 6 și care trec în terfenil prin reducere energetică. Una dintre aceste combinații, acidul poliporic, a fost izolată dintr-un burete care crește pe stejar Polypolus nidulans. Acidul poliporic poate fi sintetizat și din difenilchinonă, prin dibromurare în nucleul chinonic și hidroliză (F. Kogl)

Hidroxinaftochinone

Juglona – 5 hidroxi-1,4 naftochinona, se prezintă sub formă de cristale brune-roșii, pt.=1550C, se găsește sub formă de leucoderivați în cojile nucilor verzi (Juglans regia). Acest leucoderivat se oxidează la aer colorându-se în brun-închis.

Ea dispare din tesuturile moarte și din nucile coapte. Se știe de foarte mult timp că nucile exercită efect alopatice asupra multor specii de plante. S-a dovedit că efectele toxice se datorau 4-glucozo,1,4,5-trihidroxonaftalinei inactive, existente în frunzele și ramurile acestui arbore, care, ajunsă la suprafața solului prin precipitații, se transformă în juglonă, compus toxic activ. Juglona este și un inhibitor al germinației semințelor.

Lawsona – izomeră cu juglona, 2-hidroxi-1,4 naftochinonă, se prezinta sub forma de ace galbene cu luciu metalic.

Lawsona se izolează din planta indiană henna (Lawsonia alba). Este utilizata in industria cosmetica (la vopsitul părului).

Lapacholul – hidroxinaftochinonă naturală , este colorantul obținut din lemnul de lapacho sudamerican.

Diferă de lawsonă printr-o catenă laterală compusă dintr-un rest de izopren.

Ftiocolul – 2 metil-3-hidroxi-1,4 naftochinona (ace galbene cu pt. 1730C) , a fost izolat din bacilii tuberculozei. Combinația aceasta se formează, probabil, prin oxidarea vitaminei antihemoragice

Ftiocolul este constituient al membranelor lipidice in bacilul Koch, are activitate de vitamină alături de cele 2 vitamine naturale:

– K1 – izolată din vegetale și

– K2 – izolată din țesuturi animale și bacterii intestinale (care au capacitatea de a o sintetiza)

In ceara izolată din bacilii tuberculozei se găsesc esterificați cu hidrați de carbon mai mulți acizi superiori de tip neintâlnit în grăsimile normale (Anderson). Unul dintre aceștia, izolat în prima fază a cercetării s-a dovedit a fi un amestec. Este vorba despre acidul ftiolic. Mai târziu a fost identificat acidul micolipenic, C27H52O2 dextrogir, cu structura probabilă:

CH3(CH2)7CH(CH3)CH2CH(CH3)CH=C(CH3)COOH (R.Robinson).

Acizii de acest tip produc asupra organismelor mamiferelor efectele toxice aproape identice cu ale bacilului însuși. Un alt acid “anormal” dar mai simplu izolat din ceara bacilului de tuberculoză este și acidul tubercilostatic, C19H38O2 care s-a dovedit, prin degradare și sinteză că este un acid (-) – 10- mehloctoidecanoic.

2.6. Coloranți antrachinonici

Cunoscuți în număr mare, colorantii antrachinonici se pot împărți în 4 clase:

-coloranți de mordanți

-coloranți acizi (pentru lână)

-coloranți speciali pentru fibrele de acetat de celuloză și fibre sintetice

-coloranți de cadă

Această clasificare nu corespunde unei diferențieri structurale nete, ci ține seama mai mult de calitățile tinctoriale ale substanțelor

2.6.1. Coloranti antrachinonici izolati din plante

Derivații antrachinonici ca de exemplu enodina, alaemodina liberă sau sub formă glicozidică se găsesc răspândiți în plantele superioare din familiile Rhamnaceae, Rubiaceae, Liliaceae

Glicozidele derivaților antracenici cu hidroxili fenolici în pozițiile 1 și 8 au acțiune laxativă, fapt pentru care extractele de aloe, revent, rădăcini de ștevie, conținând astfel de glicozide se utilizează la fabricarea unor preparate farmarceutice.

Printre numeroasele hidroxiantrachinone găsite în natură sau obținute sintetic cea mai importantă este 1,2 dihidroxiantrachinona sau alizarina. Acest compus se găsește în rădăcina de roibă (Rubia tinctorum dar și alte specii de Rubia), sub forma unei glicozide cu o dizaharidă, așa numitul acid ruberitric. Cultura roibii practicată încă din antichitate, în Orient, a fost introdusă în Europa în secolul al XVIII-lea și a luat o mare dezvoltare mai ales în sudul Franței. Ea a încetat în a doua jumătate a secolului al XIX-lea odată cu răspândirea alizarinei sintetince.

Structura alizarinei a fost stabilită de Graebe și Lieberman (1860) pe baza următoarelor reacții:

Alizarina are deci una din formele I sau II. Prin distilare cu praf de zinc alizarina trece în antracen. Prin condensarea anhidridei ftalice cu pirocatehină în prezența H2SO4; se obține (cu randament mic alizarina), alături de un izomer: histazarina.

Alegerea s-a făcut prin oxidare cu bioxid de mangan și H2SO4 , o reacție prin care se introduce o grupare OH în nucleul în care mai există astfel de grupe. Alizarina dă prin acest tratament o trihidroxid – antrachinonă, purpurina, histazarina nu poate da acest compus. În afară de alizarină și histazarină se mai cunoaște o a treia dehidroxiantradehidrochinonă, chinizarina, care se obține prin condensarea anhidridei ftalice cu hidrochinonă. Chinizarina nu poate fi deci decât 1,4 dihidroxiantrachinonă (chinizarina dă prin oxidare cu bioxid de mangan în H2SO4 , de asemenea purpurină;

Prin această sinteză structura purpurinei este stabilită. În mod neindoielnic și totodată și structura alizarinei (I). Histazarina cu poate avea decât formula II.

Alizarina este primul colorant natural care a putut fi obținut prin sinteză. Alizarina formează cristale aciculare, roșii-portocalii, cu p.t. la 2900C. Este insolubilă în apă și solubilă în dizolvanți organici uzuali; în soluție apoasă de hidroxid de sodiu se dezvoltă o culoare purpurie.

Alizarina dă naștere cu mordant de aluminiu unor coloranți roșii vii (roșu turcesc); cu mordant de crom, violet-brună, cu mordant de staniu, violet roșie și cu mordant de fer, neagră violetă.

Alizarinat de aluminiu

Alizarina ca și celelalte α-hidroxichinone, formează cu ionii acestor metale combinații chelatice (lacuri) prin participarea grupei C=O și a grupei HO din poziția α, de exemplu cu un metal trivalent.

Procedeul de vopsire cu roșu turcesc constă dintr-o succesiune de operații laborioase ca: tratarea cu ulei (rânced de măsline sau, în urmă, cu ulei de roșu turcesc), condensarea cu sulfat de aluminiu și var, vopsire, aburire și spălare cu săpun.

Din cauza acestora cu toată frumusețea și marea rezistență a colorațiilor obținute, vopsirea cu alizarină este astăzi în mare măsură înlocuită cu vopsirea mai simplă cu coloranți azoici.

2.6.2. Coloranti antrachinonici izolati din insecte

Carminul – Acest colorant se găsește în pulberea obținută prin sfărâmarea insectei Dactilopyus coccus (femele), uscată. Această insectă trăiește pe specia de cactus Nepalea coccinellifera în America Centrală. Principalul colorant din această pulbere care se extrage cu apă, este acidul carminic, care poate ajunge la 10% față de corpul uscat al insectei. Acidul carminic ce conține o catenă laterală cu structura unei monozaharide (O. Dimrath) si se găsește de fapt sub forma unui chelat hidratat de aluminiu, raportul maselor dintre acid carminic și aluminiu fiind de 2:1.

Acidul carminic are masa moleculară 492,40, formula brută C12H20O13 , și se prezintă ca o pulbere brună, solubilă în apă și alcool. Se descompune la 1350C , iar la pH=4,8 este galben, iar la pH=6,2 este violet.

În combinația sa cu cationul NH4+ , complexul acid carminic – aluminiu este solubil în apă la pH=3-8,5. În combinație cu calciul complexul este puțin solubil în apă la pH=3 dar e solubil în apă la pH=8,5.

Coșenila a fost utilizată multă vreme pentru vopsirea lânii și mătăsii pe mordant de staniu iar lacul ei de aluminiu, carminul, pentru fabricarea fardurilor.

Acidul kermetic- izolat dintr-un păduche țestos (Coccus ilicis) cultivat în antichitate în Europa sudică și în Orient, se deosebește de acidul carminic prin grupa de zahăr înlocuită cu o grupă acetil.

2.6.3. Coloranti antrachinonici izolati din fungi

Antrachinonele au fost izolate dintru-un număr de fungi din familiile: Drechslera, Trichoderma, Aspergillus și Culvularia. Cei mai mulți dintre acești fungi produc un amestec de antrachinone. Aceasta este tipic pentru enzimele metabolismului secundar. Aspergillus cristatus de exemplu, poate produce nu mai mult de 15 antrachinone diferite. O cultură de Culvularia lunata poate produce două trei antrachinone: chrysopanol, helmintosporin și cynodontin (1, 4, 5, 8, tetrahidroxi-3-metilantrachinonă). Cynodontinul reprezintă aproximativ 70% din amestec.

O antrachinonă de 70% puritate poate fi convertită chimic într-un colorant modern.

Fermentarea culturii de Culvularia lunata este metoda propusă pentru o producție ieftină, ecologică (în ceea ce privește intermediarii coloranților antrachinonici). Exploatând sintezele fungilor ce produc antrachinone s-au observat mai multe avantaje decât în sintezele chimice. Mediul de cultură nu conține substanțe toxice. Fermentația este făcută la temperatură joasă (300C) și pH neutru, deci combustibilul folosit pentru temperaturi înalte și acizii tari, alcalii și condițiile neecologice din sintezele chimice nu au mai fost necesare.

Puritate cynodotinului este factorul cheie care face ca aceste organisme să fie folosite pentru obținerea coloranților.

Extractul brut de cynodontin din biomasa de C. lunata a fost cu succes convertit în două antrachinone bicolore (C.I. Disperse Blue 7 și C.I. Acid Green 28).

Proprietățile acestor derivați biologici au fost folosite în colorarea poliamidelor și comparate cu proprietățile coloranților convenabili. Ele au fost considerate identice ca importanță.

Extracția cynodontinului din miceliile de C. lunata a fost găsită ca necesară pentru transformarea în biocolorant. Ca factor particular important este reținerea lor în micelii ceea ce se reflectă și în costul procesului de producție.

În prezent s-au obținut cantități mari de cynodontin, cu toate că acestea nu au fost considerate destul de avantajoase la o scară de producție comercială. În cele din urmă, s-a observat o creștere marcantă după o a zecea cultură. Este posibil ca o manipulare suplimentare a nutrienților de rezervă a organismului din timpul creșterii și producerii să ducă la o îmbunătățire cantitativă.

O metodă suplimentară propune identificarea și manipularea genelor necesare în sinteza antrachinonelor. Deci antrachinonele produse de fungi pot fi modelate specific mai curând decât schimbate. Producția poate fi mărită prin metode genetice avansate ale sistemului enzimatic specific sintezei antrachinonele. Dintre hidroxiantrachinone, cynodontinul este folosit de când s-a observat că posedă cel mai puternic efect batocrom din punct de vedere tinctorial. Antrachinonele conțin trei sau mai mulți substituenți și sunt folosiți în special în industria coloranților. Oricum, orice antrachinonă poate fi intermediar pentru grupe mari de coloranți. Antrachinonele ce conțin clor sau gruparea amino, ca substituienți pot fi folosite în industria coloranților deși nu sunt specifice antrachinonelor fungice. Este posibil ca aceste componente să fie manipulate prin modificări genetice sau prin adiții (calea compușilor naturali)

2.6.4. Derivații chinonici utilizați drept coloranți alimentari, de uz

farmaceutic și cosmetic

Derivații chinonici utilizați drept coloranți alimentari, de uz farmaceutic și cosmetic, aprobați de F.A.O. sunt:

Derivați ai 1,3 – naftachinonei: Arcanetina, extrasă din rădăcinile de Alkanna tinctoria Tausch (Anchusa tinctoria. Lam) și din Lawsonia alba Lam. cu eter de petrol.

Nr. C.I.=75.530 cu denumire pentru colorant alimentar (F) de: orcanet, orcanetină; uz farmaceutic și cosmetic – alkanet, alkanin, orcanet, alcana; și comună – natural Red 20 și formula:

C.I. – 75.520:F orcanet, orcanetină; D δ C orcanet, orcanetină; C natural Red 20; aceeași formulă, component mineral în alkanet și alcalin.

Derivați ai antrachinonei

– alizarina extrasă din rădăcinile de roibă sau garanță (Rubia) unde aceasta se găsește ca glicozidă cu o dizaharidă, așa numitul acid ruberitic din care prin hidroliză se pune în libertate alizarina.

– acidul carminic extras din corpul insectei Dactylopius coccus Cacta ♀ care trăiește pe cactusul Nepalea coccinelifera.

C.I. – 75.470, F: cochenil, acidul carminic: DδC-cactenil, acid carminic;

comună natural Red 4; comun lac de Al3+ și Ca2+

C.I.- 58.000. F – ; D & C – orange 15; comună: alizarina, mordant Red 11, pigment Red 83; natural Red 6, 8, 9 – 12 cu formula:

extras din Hellyotis umbellata L. Lacuri : Ca2+- roșu albăstrui; Fe3+ – purpuriu; Cr3+ – roșu închis.

Toți acești produși pentru a fi utilizați în scopuri medicinale sau cosmetice nu trebuie să conțină peste 5 mg arsen (ca metal liber /kg) respectiv 20 mg plumb (ca metal liber/kg).

Orcanet este o pudră amorfă roșie, cu reflexe verzi, cu o slabă reactie acidă. Ea este liposolubilă (se extrage cu etanol). Ambele preparate se pot utiliza atât în calitate de coloranți alimentari cât și drept coloranți cosmetici.

2.6.2. Betaine

Atât în animale cât și în plante se găsesc diferite betaine sau derivați cuaternari ai aminoacizilor complet metilați la azot.

Betaina glicocolului, (CH3)3 N+ – CH2 – COO- , este mult răspândită în plante se găsește de exemplu în sfecla roșie (Beta vulgaris) acumulându-se în cursul fabricării zahărului în melasă. De asemenea se găsește în mușchii multor nevertebrate.

Printre betainele naturale vom mai menționa: betaina histidinei (hercinina) din unele ciuperci, betaina triptofanului (hipoforina), din anumite plante exotice și betaina prolina (stahidrina), izolată din mai multe plante între altele din vindecea (Betonica officinalis), din stânjenel și din Stachys tuberifera.

Deosebită prin structura ei este betaina acidului δ-aminobutiric, izolată din corneea putrezită, substanța aceasta provine probabil din betaina acidului glutamic, prin decarboxilare bacteriană.

δ-n-butirobetaină este ca și alte baze cuaternare de amoniu, o otravă puternica producând paralizia nervilor motori, întocmai ca și alcaloidul curara, o substanță întrebuințată de indigenii din America de Sud pentru otrăvirea săgeților.

Pigmentul din sfecla roșie este utilizat fie sub numele de bettenona când se prezintă ca un sirop roșu ce conține 1% betanină, fie ca o pudră roșie cu un conținut de aproximativ 40% betanină, ușor solubilă în apă.

Betalaina este un termen introdus de Mabry și Dreiding și se referă la coloranții roșii (betacianină) și galben (betaxantină- derivat al β- carotinei) aflați în amestec în extractul colorat de sfeclă. Pigmentul principal este cel roșu ce conține între 75 și 95% betanină. Structura acesteia a fost elucidată de Wiocox.

Utilizarea betaninei drept colorant alimentar natural este permisă de F.A.O. restricții impuse de normele FAO preparatului de uz alimentar: max 5mg arsen /kg (calculat ca metal liber) și max 20 mg Pb /kg (calculat ca metal liber).

Se utilizează la fabricarea băuturilor nealcoolice, produselor de patiserie și panficație, deserturilor pe bază de gelatină, budincilor, supelor, amestecurilor de condimente pulbere. Fiind sensibil la căldură nu dă rezultate satisfăcătoare la inroșirea preparatelor din carne. Poate fi utilizat drept colorant pentru carnea tocată în amestec cu derivatele proteice (texturate), destinată obținerii de perișoare chiftele, la care se cere culoare roșie pentru amestecul ca atare dar care se poate brunifica în timpul tratamentului termic.

Curcumina este o pulbere ce se obține prin măcinarea rizomilor plantei Curcuma longa, originară din Asia orientală care conține un colorant galben – curcumina – cu gust particular aromat.

Curcumina (C21H20O6) cu masa moleculară 368,4 se prezintă ca o pulbere cristalină, insolubilă în apă, dar solubilă în alcool etilic la cald și în acid acetic. Are punctul de topire la 1830C.

Această substanță, cunoscută din antichitate, este unul dintre puținii coloranți substantivi naturali ai bumbacului. Se întrebuințează și ca indicator, în intervalul de pH = 7,8-9,2 culoarea variind de la galben la brun-roșu. În stare liberă, combinația aceasta apare în formă enolică a formulei date. Produsul cu această formulă este înscris în Colour Index cu denumirile Yellow 3 (compusul natural) și Gelb 6 (cel sintetic) fiind cunoscut și ca Tumeric, Curcumină, Indian Sofran, Sofran de Indii, el posedă numele de referință C.I.(1956) nr.75.300; C.I.(1924 nr.1238); Schultz (1931) nr.1374.

Curcumina este colorantul alimentar aprobat de FAO. Restricții impuse pentru colorantul alimentar: arsen (calculat ca arsen liber) maxim 5mg /kg; plumb (calculat ca plumb liber) max 20 mg /kg.

Cartamina –are același schelet ca salipurpolul, dar, conține în nucleul fluorogluanic, un hidroxid mai mult decât acesta. Cartamina este colorantul din florile de șofrănaș (Charthamus tinctorius) cultivat în trecut și în țara noastră

Buteina – se găsește sub formă de glicozidă în florile de Butea frondosa din Asia orientală. Această glicozidă este întrebuințată drept colorant sub numele de Tesu, prin tratarea cu acizi, buteina se ciclizează printr-o adiție intramoleculară, trecând în derivatul dehidroflavonic (flavononic) corespunzător, butina:

Sub influența alcaliilor, se regenerează derivatul chalconic. O transformare asemănătoar se produce probabil și în plantă.

Maclurina – este colorantul din “lemnul galben” al arborelui Chlorophera (Maclura) tinctoria, din Brazilia. Structura aceste substanțe a fost stabilită prin eterificarea hidroxililor cu sulfat de metil și topirea alcalină a eterului pentametilic obținut. Operația aceasta duce la trimetil-eterul flavoglucinei și la acidul veratric. Maclurina a fost preparată și sintetic din flavoglucină și nitrilul acidului protocatechic, prin metoda Hoesch. În lemnul galben maclurina este însoțită de o flavonă, marina, utilizată tot drept colorant.

Purpura vizuală. Organele microscopice din retină sensibile la lumină, se numesc, după forma lor, conuri și bastonașe. Din bastonașe s-a izolat o substanță roșie intens, numită purpură vizuală sau rodopsină. Substanța aceasta sensibilă la lumină, este combinația aldehidei corespunzătoare vitaminei A, retinina, cu o proteină. Prin absorbția unei cuante de lumină rodopsina sau mai exact retinina trece într-un compus cu caracter de radical – ion, așa numitul “portocaliu trecător” din care după scurtă vreme se regenerează rodopdsina. Fenomenul a fost prezentat în capitolul 2.2 al prezentei lucrări.

2.8. Coloranti indolici

Colorantii indolici sunt substanțe organice azotate prezente în regnul vegetal sub formă de cromoproteine sau glicozide. Dintre acestea fac parte indigo-ul și melaninele.

Melaninele- se formează din aminoacizi aromatici, sunt de culoare închisă și se găsesc în plantele superioare, animale vertebrate și nevertebrate.

Tirosinaza catalizează formarea melaninei, pigmentul negru-brun din piele și părul animalelor. În cazuri de albinism, caracterizate prin lipsa malaninei, tiosinteza este absentă. Cerneala de culoare brună a sepiei și a caracatiței este o suspensie de melanină fin divizată, complet insolubilă în apă. Structura probabil polimoleculară a melaninei nu este cunoscută. Fazele inițiale ale procesului de oxidare sunt cu mare probabilitate următoarele:

Pigmenții melanoizi sau melanici sunt produși naturali, rezultați prin degradări oxidative și condensări ale aminoacizilor aromatici hidroxilați, ale unor precursori fenolici și ale zaharurilor reducătoare.

Reacția de melanizare sau maronizare neenzimatică, cunoscută sub denumirea de reacție Maillard, afectează calitatea produselor alimentare intervenind în tehnologii de fierbere, deshidratare, conservare, etc.

Prin reacții succesive și paralele între aminoacizii aromatici hidroxilați și zaharuri reducătoare, implicând condensări, oxidări, izomerizări, policondensări, polimerizări, în cursul degradărilor termice și deshidratărilor, se formează compuși heterociclici și odoranți, precum și melanoide, în majoritatea cazurilor indezirabile.

Evitarea acestor reacții presupune cunoașterea influenței diverșilor factori asupra acestora. Factorii esențiali în melanizarea alimentelor sunt: temperatura, timpul de reacție, pH-ul, structura reactanților și proporția dintre aceștia, prezența unor substanțe organice sau anorganice susceptibile de reacție.

Melanizarea este accentuată la temperaturi ridicate, în special în cazul produselor cu conținut mic de apă.

Variația pH-ului în reacția Maillard este cuprinsă între 6 și 8. pH-ul alimentelor depinde de natura lor, ca și de condițiile de conservare. În cazul alimentelor cu pH cuprins între 6,5-9 (lapte, produse lactate, ouă) s-a constatat că melanizarea este asociată cu descompunerea aminoacizilor. În cazul alimentelor cu pH intermediar 4 – 6 (portocalele), melanizarea afectează zaharurile și acidul ascorbic. Sucurile de fructe acide (grepfruit, lamâi) cu pH 2,5 – 3,5, suferă degradări ale acidului ascorbic și fructozei.

Viteza reacției de melanizare este maximă în cazul alimentelor cu 10 – 20% umiditate, fiind dependentă și de natura aminoacizilor constitutivi. În general diluarea determină o micșorare a vitezei de reacție ca urmare a solvatării reactanților.

Viteza de reacție a procesului de melanizare depinde și de reactivitatea zaharidelor și aminoacizilor constitutivi. În general pentozele (riboza) sunt mai reactive decât hexozele (glucoza, maltoza) care la rândul lor sunt mai reactive decât dizaharidele (lactoza, maltoza). Reactivitatea poate fi corelată cu preponderența formelor aciclice în cazul zaharidelor ce manifestă un caracter reducător în mediul alcalin.

Susceptibilitatea maximă la melanizare prezintă aminoacizii diaminați, în special lizina, ceea ce explică degradarea termică a făinii, laptelui praf și făinii de pește.

Metalele grele care formează complecși metalici cu aminoacizii și zaharidele influențează reacția de melanizare. În general cuprul și ferul sunt catalizatori, în timp ce manganul și staniul sunt inhibitori de melanizare.

Anhidrida sulfuroasă și sulfiții inhibă melanizarea, utilizându-se în calitate de stabilizatori, datorită interacțiilor specifice cu cetone, aldimine, compuși carbonilici nesaturați. Hidrazinele au efect similar, datorită formării de hidrazone prin interacțiile cu grupările carbonilice constitutive ale zaharurilor. Fosfații accelerează melanizarea.

În ansamblu, la depozitarea alimentelor susceptibile de melanizare la temperaturi coborâte, la pH 5, umiditate mai mare de 30% în prezența inhibitorilor, riscul de formare a produselor de degradare colorate este micșorat.

Producătorii și consumatorii de alimente consideră necorespunzătoare produsele ce conțin pigmenți melanici, atât sub aspect organoleptic cât și estetic (comercial). Melanizarea afectează valoarea nutritivă a alimentelor prin pierderi în aminoacizii esențiali și vitamine.

Efectele fiziologice, biochimice și toxice stabilite prin testări pe animale de experiență supuse unei diete bogate în alimente melanizate, indică riscuri mutagene și cancerigene.

Compensarea sub aspect estetic a apariției pigmenților melanici în alimente prin adaosuri de coloranți alimentari este strict interzisă în toate țările lumii.

Purpura antică. Purpura antică a fost folosită mai întâi de fenicieni, aceștia reușind izolarea și obținerea ei dintr-o moluscă, Murex brandaris ce trăiește în Mediterana orientală. Din 1200 moluște s-au putut obține doar 1,4 g colorant (P.Friedlander-1908).

Colorantul sintetic obținut cu calități identice pigmentului natural este 66’ – dibrom indigoul. Introducerea atomilor de halogen în molecula indigo-ului produce, o deschidere a culorii. Colorația realizată pe fibră cu acest colorant, celebru în antichitate, este departe de a egala în frumusețe pe aceea obținută cu coloranți sintetici similari în special cu derivați di, tri, tetrabromurați și coloranți ai indigoului care se fabrică industrial (Brilliant-indigo; Albastru-Ciba)

Indigoul se găsește sub formă de glicozid, numit indican în speciile de Istasis tinctoria (drobușer), cultivată în Europa și Indigofera tinctoria originară din India. Din punct de vedere chimic, colorantul este sarea disodică a acidului indigotin-disulfonic 5,5’, având formula brută C16H8N2Na2O8S2 și masa moleculară 446,36.

Pentru extracție plantele sunt lăsate la macerat în mediul apos. Are loc hidroliza enzimatică a indicanului rezultând indoxilul, care prin autooxidare formează indigoul. Indigotina era cunoscută în antichitate în Egipt și în India și a fost descrisă de Plinius. În secolul XVI după descoperirea drumului Indiilor a fost introdusă și în Europa.

Din drobușor Iulius Cezar scria că locuitorii provinciei romane Britannia foloseau plante pentru vopsitul corpului. Se pregătea din ea o culoare albastră ca indigoul. Acest meșteșug a fost înfloritor în Evul Mediu. Pentru obținerea vopselei, frunzele se culegeau înainte de înflorire și se presau obținându-se o pastă. Aceasta se amesteca cu apă și se lăsa să fermenteze. După 14 zile, masa obținută se modela sferic și se punea la uscat, după care se sfărâma și se frământa cu apă. Pasta obținută se lăsa 5 săptămâni să fermenteze. Conținutul se amesteca din 3 în 3 zile. Când fermentația înceta complet se obținea o pastă verzuie- neagră- brună. Se usca și era apoi vândută negustorilor.

Astăzi se practică vopsirea în galben a fibrelor naturale. În acest scop se culeg florile sau planta întreagă, uscându-se bine la umbră.

Sinteza tehnică a indigoului, realizată la sfârșitul secolului al XIX-lea, a mărit încă importanța acestui colorant frumos și rezistent. Abia în ultimul timp, indigo-ul a început să cedeze locul altor coloranți sintetici.

Indigo-ul animal se găsește sub formă de ester de potasiu în urina normală a mamiferelor.

Indirubina (roșu de indigo) însoțește indigoul natural și poate fi obținut sintetic prin condensarea indoxilului cu isatină.

2.9. Coloranți azinici.

Se numesc azine combinațiile heterociclice ce conțin inele de 6 atomi ce include doi sau mai mulți heteroatomi dintre care cel puțin unul este un atom de azot. Dintre aceștia, pentru domeniul coloranților o importanță deosebită o prezintă derivații fenoxazinici (X=0) și fenotiazinici (X=S) divers substituiți.

Orceina și lacmusul se obțin de mai multe sute de ani din Rocella – Lecanona și Variolaria – Orcella. Orceina rezultă prin tratarea materialului vegetal cu urină sau amoniac în prezența aerului, iar lacmusul atunci când în baia de extracție se mai adaugă hidroxid de calciu, hidroxid de potasiu și sulfat de calciu. În Evul Mediu, orceina alături de alizarină și indigo a fost mult utilizată la vopsirea mătăsii și lânii. Deoarece vopsirile în roșu – violet nu sunt rezistente, astăzi produsul se utilizează exclusiv drept colorant alimentar pentru extracte aromate și în calitate de colorant pentru suporturile biologice în histologie.

Lacmusul (turnesolul) se folosește mai ales ca indicator și colorant de interes alimentar.

Lichenii incolori conțin esteri ai acidului arselinic care prin hidroliză și decarboxilare conduc la orcina incoloră care în continuare poate genera fie Orceină fie Lacmus funcție de condițiile de oxidare. Von H.Beecken a elucidat structura orceinei și lacmusului.

Componenții orceinei au fost separați din amestecul complex rezultat în urma oxidării, prin cromatografie preparativă pe coloană utilizând ca substrat celuloza și kiselgur, iar ca eluent, soluții apoase tamponate cu fosfați ce include drept componente organice butanolul, acetona, dibutileterul, cloroformul, piridina, etc.

Produșii izolați se îuscriu în trei tipuri structurale:

– coloranții primei grupe sunt, α, β, și γ aminoorceina, derivați de 7 aminoferoxazin 2-onă

pK=3,41

α, β, și γ-hidroxiorceina include în structură și un rest de 7-hidroxi fluoxazin 2 onă constituindu-se ca o a 2 a categorie de compuși conținuți în orceina brută.

Aminoorceiniminele aparțin celei de a treia categorii structurale incluzând drept cromofor 7-aminofenoxazin 2-imina

Pe lângă acești compuși, orceina brută mai conține și doi compuși secundari care rezultă din β și γ hidroxiorceină la oxidarea avansată cu aer sau cu FeCl3 în soluție alcalină de alături de Lacmus.

Cromoforul pe care îl include lacmusul în structura sa este 7-hidroxifenoxazin-2-ona ceea ce concordă cu calitatea sa de indicator (roșu în mediu acid și albastru în mediul bazic)

Cromatografic în lacmusul brut se pot pune în evidență mici cantități din toți componenții pe care orceina îi include, cu excepția derivaților 7-aminoferoxazin-2-iminici deosebit de sensibili în mediul bazic.

2.10. Pigmenții sidefați

Utilizarea lor este cunoscută de foarte mult timp mai ales în bazinul Mării Mediterane sau în estul asiatic unde acum peste 3000 de ani se punea problema obținerii perlelor artificiale. Încă din secolul XVII francezii au început să aducă din Asia “argintul de pește” în Europa, ca “Esența Orientului”

Abia acum 70 de ani au apărut primii pigmenți sintetici cu efect de sidefare (pe bază de oxiclorură de titan, oxiclorură de bismut, guanidină) dar voga produselor cosmetice sidefate este un atribut al ultimilor sapte, opt ani.

Pigmenții sidefați ca esență naturală sunt constituiți din guanină (75-95%) și hipoxantină (5-25%)

Se obțin prin extracție din scoici și solzi de pește. Esența naturală orientală este comercializată sub forma unei suspensii în ulei de ricin. Conferă compozițiilor în care este introdusă un aspect sidefat.

2.11. Arome colorante din plante

Un număr foarte mare de plante se folosesc pentru prepararea unei arome naturale cu miros și gust caracteristic. Aceste arome de cele mai multe ori, alături de principiile odorizante și organoleptice, conțin cantități variabile de coloranți naturali.

Câteva dintre aceste preparate utilizate la fabricarea băuturilor alcoolice și nealcoolice sunt prezentate mai jos.

Din fructele de pădure: soc, zmeură, rug, se pot izola siropuri concentrate aromate și colorate. Procesul constă fie din macerarea enzimatică a fructului urmată de o extracție cu apă, fie dintr-o extracție directă a materialului biologic proaspăt cu o soluție apoasă ce conține 10-12% alcool etilic. În toate cazurile stabilitatea maximă a principiilor active din fructe se obține la pH=2-3 realizat prin adaos de acid citric, iar procesul de extracție conduce la rezultate bune atunci când se realizează la 0-10C în decurs de 18-24 de ore.

Un produs colorizat și colorat se prepară din florile și fructele de gardenie. Extractul apos al acesteia se concentrează sub vid, iar apoi se inoculează cu Bacillus subtilis (IFO/2210) care cultivat aerobic la 300C în prezența unui extract de carne și amidon la pH = 6,8, conduce la un colorant galben, a cărui soluție se izolează prin centrufugare. Produsul este utilizat la colorarea alimentelor, medicamentelor și cosmeticelor.

Petalele de șofrănaș pot constitui o importantă sursă de coloranți alimentari. După mărunțire acestea se extrag cu apă. Prin evaporarea sub vid a soluției rezultă un reziduu galben ce poate fi fracționat în doi coloranți unul solubil în apă iar celălalt în grăsimi.

Boabele și cojile de boabe de cacao constituie o materie primă valoroasă pentru obținerea unor preparate aromat colorate

În cazul cojilor, acestea se zdrobesc în apă neutră sau ușor alcalină, continuându-se procesul la un pH=1-2 realizat prin adaos de acid clorhidric, acid sulfuric sau acid fosforic. Prin adaos de acetonă are loc precipitarea substanțelor gumoase. Acestea alături de materialul vegetal extras, se elimină prin filtrare. Ajustarea pH-ului la neutru sau slab alcalin cu carbonat de sodiu conduce la precipitarea pigmentului ce include alături de poliflavon glicozidă ca principiu colorant, o gamă largă de uleiuri aromate.

La prelucrarea boabelor de cacao anterior extacției se impune prăjirea acestora timp de 30 minute la 1250C. Apoi printr-o extracție în mediul apos bazic (adaus de carbonat de potasiu) la 1150C și o ușoară suprapresiune urmată de concentrare și evaporare totală a extractului sub vid se obține pudra colorată aromatizată de cacao solubilă.

o gamă interesantă de coloranți alimentari aromatizați ce conțin vitamine (mai ales P) precum și theaflavină și chationgru se poate obține din frunzele de ceai, chiar și din varietățile nestandard. Ca alternative sunt propuse următoare le căi:

-frunzele de ceai sunt tratate cu abur (100-1050C) timp de 1-8 minute. Prin extracția materialului biologic astfel tratat la 600C cu etanol 96% urmată de evaporarea solventului se obține o pulbere verde cu η=10-15% față de materialul inițial

-dacă după tratarea cu abur frunzele sunt extrase cu apă la 600C iar apoi extractul apos evaporat la sec sub vid rezultă un colorant alimentar galben ce conține 30-40% vitamină P.

-efectuând procesul ca și în cazul anterior, dar realizând extracția la 550C se obține un colorant ciocolatiu închis.

Produsele rezultate prin extracția cu apă pot fi prelucrate în continuare în vederea izolării unor coloranți alimentari portocalii (complex tanin-catehină) prin extracția cu acetat de etil, urmată de precipitare prin adaus de cloroform ca nesolvent. Tot din acestea prin adaus de lactat de Fe (II) la 1000C se obține un colorant alimentar și cosmetic negru ce conține 20-25% vitamină P.

Prin metode apropiate se pot prepara coloranți aromatizanți portocalii din Careopsis tinctoria, brun din fructele de castan, verde-brun din ace de molid sau frunze de morcov.

=== Capitolul IV ===

CAP. 4 TEHNICI DE OBTINERE A METABOLITILOR SECUNDARI CU PROPRIETATI TINCTORIALE

4.1. Metode de obtinere a carotenoidelor

Având în vedere aria mare de răspândire a coloranților carotenoizi atât în regnul vegetal cât și animal, indiferent de substrat, metodele de obținere a concentratelor colorate nu diferă mult între ele.

Din coji de citrice se pot obține o serie de preparate și anume – uleiul complex de citrice bogat în provitamina A și vitamina E se prepară din reziduu de coji rămas după separarea sucului. Acesta se usucă se macină fin și se extrage cu solvenți organici: eteri de petrol, hexan, sau butanol. După îndepărtarea solventului prin distilare rezultă uleiul brut colorat ce conține peste 15% carotenoide și poate fi utilizat în scopuri cosmetice.

Uleiul de interes alimentar se obține din cel brut după saponificarea bazică a esterilor, urmată de îndepărtarea săpunurilor și a glicinei.

Pigmentul galben solid se obține prin extracția la cald a cojilor de portocale cu eter de petrol. Extractul se concentrează apoi se antrenează carotenoidele cu abur supraâncălzit. Fracțiunea uleioasă se extrage din nou cu eter de petrol și se concentrează. Prin răcire, filtrarea și uscare rezultă pigmentul galben de interes alimentar și cosmetic.

O altă modalitate de obținere a unui preparat colorat solid din coji de portocală constă în extracția cojilor uscate și măcinate cu hexan, urmată de îndepărtarea solventului prin evaporare sub vid. Precipitatul brut se dizolvă în izopropanol sau butanol. Soluția rezultată se tratează cu apă. Precipitatul galben format se centrifughează și se usucă la vid (30mm col.Hg).

Din tomate (sursă importantă de carotenoide) se poate obține un preparat ce conține mai ales licopen.

Materia primă o constituie reziduurile rezultate la prelucrarea tomatelor. Extracția carotenoizilor se realizează cu apă la 550C (pH=7,5-9). Prin acidularea filtratului (pH = 4,8) rezultă un colorant brut roșu.

Purificarea se efectuează prin redizolvarea precipitatului brut în mediul bazic și precipitarea carotenoidelor prin salifiere cu clorură de sodiu (1%) ce are și rol de conservant.

3. Annatto se obține prin extracția din pericarpul fructului plantei Bixa orellana L. și anume:

-extract annato în ulei, ca soluție/suspensie de culoare roșie-brună, care se obține prin extracția cu ulei vegetal a pericarpului sau prin diluarea cu ulei a extractului obținut cu ajutorul unui solvent organic (acetonă, diclormetan, alcool etilic, hexan, alcool metilic, propan 2-ol, triglicerină) operație urmată de indepărtarea solventului. Extractul Annato în ulei, conține minimum 0,2 % din totalul carotenoidelor ca bixină.

-extractul Annato în apă, care se obține prin extracție cu soluție alcalină (NaOH sau KOH) a pericarpului fructului plantei Bixa orellana L., sau prin hidroliză în soluție alcalină a extractului obținut cu solvenții menționați anterior. Extractul Annato în apă conține în principal norbixină, produsul de hidroliză al bixinei sub formă de sare de Na sau K, forma cis sau trans.

4. In ultima vreme o sursă interesantă de izolare o constituie algele.

Clorofilele și carotenoidele prezente în alge pot fi extrase simultan utilizând un amestec ce conține un solvent organic hidrofob și unul hidrofil, nemiscibil, ambii cu punctul de fierbere la mai puțin de 1500C (de exemplu amestecuri hidrocarburi-alcooli). După separarea fazelor în urma extracției, clorofila se va găsi în solventul hidrofil, iar carotenoidele în cel hidrofob. Metoda se aplică în cazul algelor monocelulare uscate.

-Coloranții alimentari roșii se pot izola din algele Monascus anka cultivate în mediu aerob la 300C într-un mediu conținând făină de orez, glutamat de sodiu, KH2PO4 și MgSO4 în prezența apei prin extracția materialului cu etanol urmată apoi de precipitarea colorantului prin diluare cu apă. Uneori, formarea pigmentului roșu este favorizată de prezența aminelor terțiare în mediul de cultură.

Extracția coloranților carotenoidici din amestecuri complexe

Un colorant alimentar se poate prepara din extrase de β-caroten brut prin tratare cu ulei vegetal, gumă arabică și zaharoză. Produsul solid are o nuanță galben-orange, retenția în β-caroten fiind de 92%. Prezența celorlalte ingrediente alături de β-caroten stabilizează culoarea și o înviorează.

Analog prin tratarea uleiului de marcov cu compuși gonflabili cum ar fi amidonul sau pectina, urmată de separarea produselor prin centrifugare și uscare rezultă preparate solide hidrofile incluzând carotenoidele drept principiu.

Obținerea de produse colorate pe bază de carotenoide

capabile să coloreze în strat subțire

Acești compuși își găsesc utilizarea mai ales în industria farmaceutică. Ei se obțin prin tratarea suspensiei unui pigment carotenoid într-un solvent cu un suport capabil să formeze un film hidrofil, având suprafața lipofilă (de exemplu gelatina, zahărul, esteri ai acizilor grași, metilceluloza, etc). Cele mai bune rezultate se obțin în prezența unor emulgatori neionici în sistem (poliglicoli)

Realizarea unor coloranți solubili în apă

Hidrofilizarea pigmenților carotenoizi se poate realiza prin încălzirea suspensiilor acestora la 110-1400C în prezența unor emulgatori ca oligozaharide, dextrina, polivinil pirolidona, guma arabică, hexaizobutirat de zaharoză. Preparatele solide rezultate după centrifugare și uscare sub vid, au o structură mai mare decât a caretenoidelor inițiale.

Aceste produse, folosite de cele mai multe ori pentru colorarea alimentelor sau cosmeticelor manifestă și un rol protector al acestora prin puternicul efect antioxidant pe care îl posedă

Ele păstrează tendința de fotodegradare proprie carotenoizilor.

4.2. Metode de obtinere a flavonozidelor

Extracția heterozidelor se face cu apă sau cu alcool diluat. Purificarea soluției se realizează prin precipitare cu acetat de plumb (în cazul soluțiilor hidroalcoolice, înaintea purificării, se îndepărtează alcoolul prin distilare sau evaporare). In aceste condiții, precipită însă și heterozidele flavonice care formează chelați cu Pb2+, regenerarea lor se face prin tratarea precipitatului cu acid sulfuric, îndepărtarea excesului de plumb cu carbonat acid de sodiu, neutralizzarea solutiei cu carbonat de sodiu. Soluția astfel purificată se concentrează și se supune cristalizării repetate sau extracției cu solvenți de polarități diferite.

Extracția agliconilor se realizează prin solubilizarea lor într-un solvent apolar; soluția extractivă se concentrează pentru îndepărtarea solventului: reziluul este supus apoi extracției cu solvenți de polarități diferite pentru purificare. Caracterizarea se face prin analiză elementară, spectroscopie RMN, topire alcalină și cromatografie (pe strat subțire, în gaz și HPLC)

Practic, toți coloranții antocianidici de interes alimentar sau casnic nu se prepară ci se izolează din compuși naturali. Utilizarea acestora este favorizată de potențialul larg de aprovizionare, ușurința de purificare, eficiența de colorare și aspectul estetic al produselor colorate. Sursele, în ordinea accesibilității, sunt: rezidiile rămase de la prelucrarea strugurilor în vederea obținerii sucurilor sau vinului, varietăți de struguri speciali și diverse plante de cultură sau de pădure (flori, fructe, etc).

1.Hibiscus sabdariffa. L.(Rosella) este o plantă tropicală utilizată în multe zone ca aromatizant și colorant pentru băuturi răcoritoare. Caliciile acestei plante anuale conțin aproximativ 1,5% colorant care se poate extrage ușor cu apă. El este compus din: delfinidin-3-glucozide și cianidin-3-glucozide. Culoarea roșie este analoagă celei a căpșunilor.

2. Synsepalum dulcificum. Fructul minune posedă o coajă roșie ce conține cianidin-3-galactozidă și cianidin-3-glucozidă ca pigmenți majori. Colorantul alimentar utilizat are nuanța roșu orange.

Fructul minune este în mod curent considerat ca o sursă potențială de modificator de gust, pentru a face produsele acide să pară mai dulci. Colorantul alimentar ar putea fi un subprodus al tehnologiilor de izolare a modificatorilor de gust, deoarece concentrația lor este relativ redusă (18mg/100g fruct proaspăt.

3. Vaccinum myrtillus (afin) se utilizează la prepararea sucurilor sau a unor extracte alcoolice de interes farmaceutic Turta de afine presate rezultată în toate alternativele de valorificare este o sursă importantă de coloranți antocianidici. Aceștia se pot izola prin extractii cu soluții acide alcool-apă, sau reținere pe cationiți de unde pot fi eluați cu alcooli.

Colorantul principal este compus din mono-galactozidă și arabinozida a două antocianide: cianidina și peonidina având o culoare roșie purpurie. Concentrația pigmentului în fructele proaspete este de aproximativ 75mg/100g

Alte surse de coloranți de acest tip ar putea fi semințele de ortean, cojile de mere, lanceolia, ceaiul verde, fructele spanacului de Malabar

5. Agenți de colorare analogi antocianidinelor pot fi izolați din culturi de celule de Basella rubra in vitro, într-un mediu nutritiv ce conține acid α-naftalinacetic și citodeină sau benziladenină. Izolarea colorantului din biomasă poate fi realizată prin extracție cu clorură de metilen, metanol, acetat de etil, cloroform sau amestecuri ale acestora. In acest caz randamentele în produs colorat sunt cu mult mai mari decât când acesta se izolează din fructe sau semințe de B.rubra.

De menționat că și varietatea Basella alba, care în mod normal nu posedă pigmenți roșii, la cultura in vitro conține același principiu colorat.Admițând existența mezomeriei este evident faptul că pigmentul respectiv apare în mediu bazic sau neutru în sarea de flaviniu.

4.3. Metode de obtinere a derivaților chinonici

Acidul carminic

Atât acidul carminic (cochenil) cât și lacul său de aluminiu și calciu (carminul) cu se prepară prin sinteză. Produsele sale de interes alimentar și cosmetic fiind de extracție. In funcție de proveniență ele pot diferi mult sub aspectul nuanțelor și parametrilor tinctoriali.

Carminul extras din insecte din familia Coccide cunoscut încă de civilizațiile precolumbiene din Peru, de exemplu, conține patru compuși solubili distincți (absorbție în NaOH apos la 571; 528 și 495 nm) și un pigment (benzi de absorbție la 542 și 505 nm). Acest ultim produs este analog unui extras din rădăcinile de Rebulnium maxinea.

De cele mai multe ori extracția cochenilului se realizează cu soluție alcool-apă, extractul de cochenil fiind soluția concentrată rămasă după evaporarea apei.

Acidul carminic din extractul de cochenil poate fi trecut în carmin prin tratarea cu clorură de aluminiu și hidroxid de calciu la pH=5-5,5 când rezultă lacul de aluminiu-calciu depus pe hidroxidul de aluminiu. Produsul obținut pe această cale conține maximum: 50ppm metanol, 10ppm Pb(II), 1ppm As (III) și poate fi utilizat pentru colorarea alimentelor și medicamentelor.

Carminul de coșenila – sub formă pigmentară este introdus în produsele cosmetice decorative, chiar în jurul ochilor, fiind singurul pigment roșu viu autorizat pentru această utilizare. Colorantul este solubil în mediu alcalin, posedă o stabilitate medie la lumină și constituie un mediu favorabil dezvoltării microorganismelor.

În funcție de modul de obținere, culoarea insectelor este diferită: purpurie negricioasă dacă insecta a fost omorâtă prin căldură, purpuriu-cenușie dacă s-a folosit fumul de sulf. Insectele imature și larvele se separă prin sitare. In mod obișnuit prima recoltă conține cea mai mare cantitate de coloranți.

Chelatat cu alaun de potasiu (sulfat dublu de potasiu și de aluminiu), este folosit pentru colorarea preparatelor minroscopice de origine vegetală (colorează celula în roșu) și a unor produse cosmetice (farduri, fond de ten, rujuri, paste de dinți, etc)

S-a demonstrat că acidul carminic și Coccinella sunt lipsite de proprietăți carcinogene.

Naftachinonele- forme heterozidice pot fi extrase cu apă, la cald, sau cu alcool diluat (30-40%). Purificarea se realizează prin hidroliză și extracția agliconilor cu solvenți apolari.

Pentru separarea de alți constituienți colorați, soluția apolară se distilă, iar reziduul se antrenează cu vapori de apă. Din distilat, chinonele se extrag în cloroform. Formele reduse se obțin prin extracție cu lichide super critice (azot lichid, bioxide de carbon lichid), în absența luminii și la temperatură scăzută.

Metode de obtinere a heterozidelor antracenice

Prin refluxare cu alcool se extrag atât aglicolii cât și heterozidele.

După distilarea alcoolului sub presiune redusă, se separă reziduul cu cloroform, benzen sau alt solvent apolar, pentru solubilizarea agliconilor. Glicozidele rămase în reziduu se reiau cu alcool.

Separarea constituenților din cele două soluții extractive se poate efectua cromatografic pe coloană de oxid de aluminiu, oxid de magneziu, carbonat de magneziu. Cele mai bune rezultate se obțin pe coloană de poliamidă (Hőrhamer 1961)

Aglicanii pot fi obținuți prin hidroliza antracenozidelor (extrase prin fierbere cu apă) cu un acid diluat (acid clorhidric, acid sulfuric sau acid acetic) și extracție cu eter sau prin refluxarea cu acid acetic glacial a produsului vegetal și extracția cu eter a agliconilor rezultați. Metoda ultimă prezintă avantajul protejării de oxidare a formelor reduse.

Deoarece majoritatea antracenozidelor se găsesc în produse de origine vegetală proaspăte sub formă de monomeri antranici, obținerea acestora în stare nativă, presupune efectuarea extracției în atmosferă de gaz inert (azot) la o temperatură joasă și în absența luminii.

4.4. Metode de obtinere a antocianaților

Antocianii pot fi obținuți din produse vegetale prin extracție cu apă acidulată sau cu alcool acidulat când se solubilizează concomitent și alți compuși hidrofili. De aceea, se apelează la fermentarea produsului vegetal în prezența de Saccharomyces cerevisiae și extracția ulterioară cu apă acidulată sau alcool acidulat.

Extracția antocianozidelor acilate (Salvia rozida) se face cu apă acidulată cu acizi organici (acetic, tartric), pentru a evita desacilarea. Soluțiile de antocianozide, fiind instabile, se conservă în atmosferă inertă, la temperatură scăzută, ferite de lumină.

Separarea antocianozidelor se face prin metode cromatografice (pe coloane de poliamidă, de rezine schimbătoare de ioni prin CSS, HPLC, etc)

Agliconii heterozidelor obținute prin hidroliză acidă a heterozidelor pot fi extrași cu un solvent apolar. Antocianozidele, prezente uneori alături de flavonozide în produse vegetale, pot fi separate de acestea folosind proprietatea antocianidolilor de a se solubiliza în apă acidulată sau în alcool acidulat (prin transformare în săruri de amoniu). Antocianii prin intensitatea culorii roșii, maschează culoarea galbenă a flavonelor. După hidroliza acidă a heterozidelor din extractul respectiv, agliconii flavonelor sunt extrași cu un solvent apolar, în timp ce antocianidații rămân în soluție apoasă acidă sub formă de săruri de oxoniu

Extracția leucoantocianilor (procedeu Masqellier): se poate efectua cu un alcool la cald concomitent se solubilizează și taninurile catechice. Din aceasta soluție, proantocianii (leucoantocianii) se separă prin solubilizarea în acetat de etil (se dizolvă oligomerii alcătuiți din 2-4 molecule de monomer). Alte procedee folosesc macerarea cu amestec de apă-acetonă. Se evită metanolul deoarece poate provoca metanoliza depsidelor galice. După îndepărtarea acetonei, soluția apoasă rămasă se spală cu solvenți apolari (diclor metan, eter de petrol, etc) pentru îndepărtarea lipidelor și a pigmenților. Taninurile catectice sunt îndepărtate din această soluție, prin salifierea cu clorură de sodiu 30%. Protoantocianii (oligomerii) se separă apoi pe baza solubilității selective în acetat de etil.

Pentru purificare se poate folosi proprietatea antocianidelor de precipita în solvenți organici apolari (eter, cloroform). Prin concentrarea la reziduu se obține totalul proantocianic format din monomeri (catechol, epicatechol) și dimeri ai acestora. Separea proantocianilor dimeri se face pe coloană de poliamidă: monomerii se eluează cu etanol iar dimerii cu etanol dimetilformanidă.

4.5. Metode de obtinere a taninurilor catechice

Se pot folosi mai multe procedee:

extracția cu apă caldă urmată de precipitarea taninului cu sulfura de amoniu; precipitatul uscat se refluxează cu acetonă; soluția acetonică se concentrează la rezidiu, rezidiul (tanin cu grad avansat de puritate) se spală cu eter și se usucă.

După extracția cu apă la cald se poate precipita taninul cu acetat de plumb, pentru purificare (sau cu acetat bazic de zinc), tanatul de plumb (sau de zinc) se desface apoi cu hidrogen sulfurat; în continuare se procedează ca la punctul a.

Extracția se poate realiza și cu alcool la cald, purificarea taninului se face prin precipitare în eter.

O altă metodă folosită pentru extracție este și cea în care se folosește un amestec de apă și acetonă ( se evită astfel metonolul care provoacă metanoliza depsidelor). După eliminarea acetonei (prin distilare) soluția apoasă este purificată prin extracția lipidelor, pigmenților și a altor impurități cu diclormetan. Acetatul de etil permite, în continuare, separarea proantocianilor dimeri și a unei părți din taninul galic. Proantocianii polimeri și taninul galic cu masă moleculară mare rămân în faza apoasă.

Pentu obținerea moleculelor pure se procedează la cromatografierea extractului concentrat. Randamentul maxim este obținut la extracția taninului din țesutul proaspăt sau congelat, știut fiind faptul că prin uscarea o parte din taninuri se combină ireversibil formând polimeri.

=== Capitolul V ===

CAP. 5 CONTROLUL CALITATII PRODUSELOR VEGETALE SI A COLORANTILOR NATURALI – ASPECTE TOXICOLOGICE

Evaluarea toxicologică a extractelor vegetale este mult îngreunată de prezența mai multor compuși în amestec, alături de cei investigați.

În acest context descrierea preparării extractului devine la fel de importantă ca și datele testului toxicologic. Deși multi pigmenți naturali au o istorie îndelungată în ceea ce privește siguranța pentru consumul uman, se impune totuși atestarea toxicologică cu metode moderne și pentru aceștia.

O clasificare a aditivilor alimentari naturali în grupe ca arome, coloranți, aromatizanți, etc. este mai mult sau mai puțin arbitrară. Astfel turmenicul (curcumina), annato (bixina), paprica, șofranul pot fi clasificate în egală măsură drept coloranți alimentari sau aromatizanți.

La inceputul anilor ’60, United Nation’s Food and Agriculture Organisation și Ward Health Organisation (FAO și OMS) au inițiat programe pentru elaborarea specificațiilor privind aditivii alimentari, la nivel internațional, cunoscute sub denumirea de “CODEX ALIMENTARIUS”.

Coloranții naturali organici admiși ca aditivi alimentari exceptați de certificare sunt: alge uscate; β-apo 8’-carotenol, carotenul, annatto, paprika, turmenicul, șofranul, riboflavina, carminul, uleiul de porumb, extractul de coji de struguri, sfecla deshidratată, uleiul de carote, cantaxantina.

Produsele destinate circulației în rețeaua sanitară sunt aprobate de Ministerul Sănătății. Calitatea lor este analizată conform monografiilor din Farmacopee (pentru produse oficiale) sau după Normele de calitate; Fișele tehnice; STAS-urile-documente în care sunt înscrise condițiile de calitate pentru produsele neoficiale utilizate ca materie primă în industria medicamentelor de extracție sau pentru prepararea de specii medicinale sau ceaiuri.

În Farmacopee, în cadrul monografiilor produselor vegetale, sunt înscrise denumirea produsului, în latină și română, definiția (în care se arată specia producătoare, familia, organul folosit, eventualele prelucrări, conținutul procentual minim în principii active), descrierea macro- uneori și microscopică, tehnicile de extracție și reacțiile de identificare, condițiile de puritate, determinarea cantitativă. În funcție de situație, se pot preciza dozele maxime și condițiile de conservare.

Normele interne sunt elaborate de producători (unități, intreprinderi) pentru produsele pe care le prelucrează. Standardele de stat (STAS) sunt folosite în sectoarele economiei industriale, iar Fișele tehnice se elaborează pentru produsele neoficiale de import. Toate aceste documente sunt avizate de Comisia Medicamentului.

La noi controlul calității produselor vegetale este asigurat de Laboratoarele de control ale Oficiilor farmaceutice și de către Institutul pentru Controlul Medicamentului și Cercetării farmaceutice (ICSMCF). Controlul produselor vegetale de import se efectuează numai de către ICSMCF.

Carotinoidele

β-carotina (C40H56). Din punctul de vedere al purității, β-carotina trebuie să conțină maximum 3mg As/kg, maximum 10mgPb/kg, 20 mg/kg alte metale grele și 0,2% cenușă după sulfatare.

Aspecte biochimice și toxicologice ale folosirii β-carotinei. La om circa 30-90% din carotenul ingerat este excretat prin fecale. Ingerarea concomitentă a grăsimilor nu îmbunătățește absorbția β-carotinei. La ingerarea de doze mari de β-carotină se diminuează activitatea vitaminică A a fracțiunii absorbite. β-carotina solubilizată în ulei este mai bine absorbită de către organism și anume 10-41% la adulți și 50-80% la copii (Fraps și Meinke 1945)

În traiectul gastrointestinal este necesară prezența vitaminei E, pentru împiedicarea distrugerii enzimatice a β-carotinei și a acizilor biliari pentru absorbția β-carotinei.

Fracțiunea de β-carotină absorbită treace nemodificată prin peretele intestinal și ajunge în ficat unde este eliberată ca atare. O anumită cantitate de β-carotină e transformată în vitamina A în jejun, ficat, plămâni, musculatură și ser sangvin, depozitarea vitaminei A având loc în ficat. La doze mari de β-carotină în dietă, are loc creșterea nivelului de β-carotină în serul sangvin și depunerea lui ulterioară în organe și piele. În bolile gastrointestinale, de ficat, de rinichi, diabet mellitus (zaharat) și intoxicație cu fosfor, are loc o diminuare a transformării β-carotinei în vitamina A. Sugarii și copii au o capacitate de transformare a β-carotinei în vitamină A mult mai redusă (Wagner, 1962).

β-carotina adiministrată prin lapte intr-o doză unică de 20 mg determină creșterea nivelului de β-carotină sangvină, care atinge nivelul maxim la 24 de ore, precum și creșterea vitaminiei A sub formă de ester, nivelul de vitamină A (retinol) rămânând neschimbat.

Toxicitatea acută (DL 50) a beta-carotinei la șobolan (administrare intramusculară) este de peste 1000 mg/kcorp (Zbinden și Struder, 1958), iar la câine (administrare orală) de peste 8000 mg/kcorp (Nieman, ș.a. 1954).

Testele de toxicitate pe termen scurt, efectuate pe șobolani și câini în doze mai mici de 1000mg/kcorp și zi timp de 100 zile, nu au arătat vreun efect toxic. Testele pe termen lung, pe patru generații de șobolani, cu doze de până la 1000mg/ kilocorp în dietă, nu au scos în evidență nici un efect toxic la nici o generație. Nivelul de β-carotină care nu provoacă efect toxic la șobolan este de 50mg/kcorp/zi ceea ce corespunde la 0,1% beta-carotină în dietă.

La om, doza zilnică admisibilă fără rezerve este de 0-2,5 mg/kcorp respectiv 2,5-5mg/kcorp cu oarecare rezervă.

Beta-apo-8’-carotenul (trans-β-apo8’-carotenalul). Este colorant din categoria carotenoidelor de culoare orange-roșu si trebuie să conțină maximum 3mg As/kg, maximum 10 mg Pb/kg, 20 mg/kg alte metale grele și maxim 0,1% cenușă după sulfatare.

Aspectele biochimice și toxicologice ale utilizării β-apo8’-carotenalului

Prin administrare la șobolan, ca sursă unică de carotenoid în dietă, o anumită cantitate de produs se acumulează în ficat împreună cu vitamina A și cu acidul beta-apo8-carotenoic (Thommen, 1962; Brubacher, ș.a. 1960). La doze în exces, β-apo8’-carotenalul este excretat aproape în totalitate prin fecale (Bagdon, ș.a. 1960).

În intestinele șobolanului cu deficiență în vitamina A, numai 4% din carotenanul adus de dietă este transformat în vitamina A, în comparație cu 10% atunci când dieta conține beta-carotină.

Carotenalul este oxidat cu ușurință la acizii carotenoidici și mai puțin redus la alcooli, ceea ce sugerează faptul că “in vivo” există altă cale de metabolizare in afară de β-oxidare (Wiss și Themmen, 1963; Glover, 1960).

Toxicitatea acută la șoareci (DL50) este >10.000mg/kcorp. Toxicitatea pe termen scurt studiată pe șobolani care au primit 0, 100, 500, mg/kilocorp/ zi carotinol, 5 zile pe săptămână, timp de 34 de săptămâni, a condus la concluzia că beta-apo8-carotenolul nu influențează negativ ceșterea în greutate, starea de sănătate generală, supraviețuirea, funcțiile ficatului, rinichilor și altor organe.

Toxicitatea pe termen lung a fost studiată pe 3 generații de șobolani care au primit timp de 2 ani doză de 0, 1000, 2000 și 5000 mg/kcorp de β-apo8’-carotenol, neobservându-se efecte negative la nici o generație.

La om doza zilnică admisibilă fără rezerve este de 0-2,5 mg/kilocorp și de 2,5-5mg/kcorp cu oarecare rezerve.

Esterul metilic sau etilic al acidului β-apo-8’-carotenoici. Acest colorant trebuie să conțină maximum 3 mgAs/kg, maximum 10mgPb/kg, 20mg/kg alte metale grele și maximum 0,1% cenușă după sulfatare.

Aspecte toxicologice și biochimice ale folosirii esterilor acidului β-apo-8’-carotenoic. Acest acid și esterii respectivi sunt metaboliți normali ai apocarotenolului.

Adminstrat în doze mari la șobolani numai o fracțiune mică de esteri sunt absorbiți în organism, restul fiind excretați prin fecale (Wiss și Thammen, 1963), la sugari eliminarea esterilor abosorbiți în sânge este proporțională cu concentrația esterilor în sânge și este foarte rapidă (Kubler,1963)

Toxicitatea acută la șoareci (administrată pe cale orală) este de 10.000 mg/kcorp. Testele de toxicitate pe termen scurt efctuate pe șobolani cu doze de 0, 100, 500 mg/kcorp/zi, timp de 5 zile pe săptămână, pe o perioadă de 34 săptămâni, nu au pus în evidență efecte negative în ceea ce privește mortalitatea și creșterea în greutate în comparație cu martorii. S-a observat totuși la masculii care au primit doze de 500 mg/kcorp o reducere a greutății testiculelor și depozite de pigment granular în ficat și rinichi. Spermatogeneza și starea generală de sănătate a animalelor au fost bune.

Testele de toxicitate pe termen lung efectuate pe patru generații de șobolani hrăniți cu diete conținând 0; 0,1; 0,2; 0,5; și 1% ester metilic, timp de 52-104 săptămâni, au arătat că esterii acidului β-apo-8’-carotenoic nu au efecte asupra mortalității, creșterii în greutate, fertilității, și stării de sănătate generale a animalelor de experiență.

La om, doza zilnică admisibilă fără rezerve este estimată la 0-2,5 mg/kilocorp, iar cu oarecare rezerve la 2,5-5 mg/kilocorp.

Cantaxantina. Este un colorant din grupa carotenoidelor. Produsul trebuie să conțină maximum 3mg As/kg, max 10mgPb/kg, 20mg/kg alte metale grele și maximum 0,1 % cenușă după sulfatare.

Aspecte biochimice și toxicologice ale folosirii cantaxinei. Cantaxantina nu exercită activitate provitaminică A. Toxicitatea acută (DL50) la șoareci (administrare pe cale orală) este de 10.000 mg/kcorp. Testele de toxicitate pe termen scurt au fost efectuate pe câini care au primit zilnic 0, 100, 400mg colorant/kcorp, timp de 15 săptămâni, neobservându-se modificări în greutate corporală. Toxicitatea pe termen lung a fost studiată pe șobolani care au primit 0%, 0,5%; 2%; 5%, cantaxantină în dietă, timp de 93-98 săptămâni. Nu s-au observat efecte privind creștera în greutate mortalitatea, și incidența de tumori în comparație cu martorii.

Se consideră că nivelul fără efect toxic la șobolani este de 2500mg/kilocorp/ zi, ceea ce corespunde la 5% colorant în dietă la om, doza zilnică admisibilă fără rezerve este de 0-12,5mg/kcorp, respectiv 12,5-25 mg/kilocorp cu oarecare rezerve.

Annatto

Se obține prin extracția din pericarpul fructului plantei Bixa orellana L. și anume. Din punct de vedere al purității, extractele Annato nu trebuie să conțină mai mult de 30mg/kg diclormetan, clorură de metil, sau tricloretilenă singura sau în amestec; maximum 30mg/kg acetonă; maximum 50 mg/kg propan-2-ol; maximum 50 mg/kg alcool metilic; maximum 25 mg/kg hexan.

Evaluarea toxicologică a extractului de Annato: colorantul nu are acțiune mutagenă fapt demonstrat prin utilizarea colorantului în concentrație de 0,5g/100 ml în culturi de Escherichia coli.

Toxicitatea acută a extractului de Annato (DL50) pe șobolani este de 50 ml extract solubil în grăsimi / kilocorp. Testele de toxicitate pe termen scurt efectuate pe șobolani, șoareci, câini, arată acest colorant cu are efecte negative chiar la niveluri de 10-15%. Testele pe termen lung efectuate tot pe șobolani, au demonstrat că extractul de Annato nu influențează negativ creșterea, reproducerea, greutatea organelor și nu favorizează producerea de tumori (Van Esch ș.a. 1959).

Se consideră că nivelul de colorant fără efect toxic la șobolan este de 250 mg/kcorp/zi, ceea ce corespunde la un nivel de colorant de 0,5% în dietă la om, doza zilnică admisibilă este de 0-1,25 mg/kcorp.

Toți coloranții din clasa carotenoidelor sunt trecuți de FAO/OMS în categoria aditivilor alimentari din categoria de toxicitate A, deci în categoria de siguranță maximă. Dozele de carotinoizi propuse pentru diferite produse alimentare sunt arătate în tabel.

Aplicațiile carotenoidelor în industria alimentară (după Emadi, 1972)

Coloranții flavonici

Quercitina. Este un colorant natural galben, care face parte din grupa flavonelor.

Aspecte biochimice și toxicologice ale utilizării quercitrinei. După administrarea de quercitină pe cale orală, la iepuri, cantități apreciabile de colorant sunt absorbite metabolizate și excretate prin urină în interval de 24 ore. Metaboliții găsiți au fost: acidul dihidroxi-3,4-fenilacetic (>25%), acid 3-hidroxi,4-fenilacetic și glucuronida sa, acidul metoxi-3 hidroxifenilacetic. În rinichii de șobolan s-a decelat ca metabolit și acidul pirocatehinic.

Toxicitatea acută la iepuri (DL50) este estimată la 100mg/kcorp (administrat i.v.). testele de toxicitate pe termen scurt și lung efectuate pe șobolan nu au pus în evidență efecte negative asupra organismului animal, dar având în vedera că nici până în prezent colorantul nu este caracterizat din punct de vedere al purității nu s-a putut face evaluarea toxicologică.

Coloranți antrachinonici

Carminul sau coșenila.

Condițiile de puritate pentru preparatele comerciale sunt următoarele : conținut în acid carminic (C22H20O13), minimum 42%; pierderi în masă prin uscare la 1050C maximum 20%; cenușă maximum 15%; proteină (Nx6,25) max 25%; material insolubil în apă amoniacală, max 1%; arsen max 3mg/kg; plumb max10mg/kg; metale grele, max 20 mg/kg.

Nu există date cu privire la aspectele biochimice, toxicitate acută și pe termen lung pentru acest colorant. Toxicitatea pe termen scurt a fost studiată pe șoareci, șobolani, iepuri. La șoareci prin injectarea intraperitoneală de colorant soluție 1% și 2%, s-a observat cumai proliferarea țesutului splenic. La șobolanii hrăniți cu diete zilnice, conținând carmin (500mg/kg), nu s-au observat efcte negative asupra creșterii și asupra sângelui.

La iepurii injectați cu 10ml soluție 4% carmin cu s-a observat decât o proliferare a țesutului splenic. Datele existente nu au permis evaluarea toxicologică a colorantului.

Betaciane

Din categoria betacianelor face parte colorantul roșu de sfeclă care conține în principal cianidină. Roșul de sfeclă se obtine prin procedeul de extracție în baterie a tăițeilor de sfeclă roșie cu apă acidulată la pH = 4-5, extractul obținut fiind apoi concentrat sau uscat prin pulverizare.

Utilizarea betaninei drept colorant alimentar natural este permisă de F.A.O. restricții impuse de normele FAO preparatului de uz alimentar: max 5mg arsen /kg (calculat ca metal liber) și max 20 mg Pb /kg (calculat ca metal liber).

Pentru colorantul roșu de sfeclă, cu există încă disponibile date referitoare la metabolismul acestui colorant natural (betaină). Testele pe termen lung și de reproducere sunt încă incomplete. Lipsesc studiile de embrio-toxicitate și teratogenitate. Colorantul este însă un component normal al altor produse alimentare și din această cauză FAO/OMS a considerat că nu este necesar să se fixeze o doză zilnică admisibilă (AD/not specified).

Curcuma. un colorant galben – curcumina – cu gust particular aromat.

Aspecte biochimice și toxicologice ale utilizării curcumei. Șobolanii hrăniți cu diete conținând 0,1% curcumă și 1% colesterol au avut un nivel de colesterol seric și hepatic scăzut. Nivelul de acizi biliari din fecale a fost mai mare la șobolanii hrăniți cu diete conținând curcumă 0,1%. Extracția de colesterol a fost de asemenea crescută (Rao, s.a. 1970).

Nu există date privind toxicitatea acută a curcumei. Toxicitatea pe termen scurt a fost studiată numai pe câini care au primit diete conținând 1% produs tulmeric fără a se observa efect negative. Toxicitatea pe termen lung a fost studiată pe șobolani. La nivel de 0,5% curcumă în dietă, creșterea, reproducerea, sângele nu au fost influențate negativ. Se consideră că nivelul fără efect toxic la șobolani pentru produsul turmeric este de 250 mg/kcorp/zi, corespunzătoare la 0,5% colorant în dietă (produsul turmeric conține 3% curcumină). La om doza zilnică admisibilă temporar pentru produsul turmeric este de 0-0,25 mg/kcorp/zi, iar pentru curcumină 0-0,1 mg/kilocorp/zi.

Coloranti indolici

Indigotina. Face parte din grupa indigoului si trebuie sa corespunda următoarelor cerințe: conținut în substanță colorantă activă, minimum 85%; pierderi de masă prin uscare la 1350C, maximum 15% ; reziduu insolubil în apă, maximum 0,2%; substanțe extractibile în eter, maximum 0,2%; plumb maximum 10mg/kg; arsen maximum 3mg/kg; substanțe colorante suplimentare, maximum 1% (altele decât izomerul 5,7’); acid isatin-sulfonic, maximum 1%.

Aspecte biochimice și toxicologice ale utilizării indigotinei. Metodele microchimice au arătat că ingestia filtrabilă în plasma sanguină de iepure este excretată prin glomeruli, această facțiune reprezentând 15%, restul de 85% fiind excretată prin tubuli.

Prin injectare intravenoasă de indigotină la șobolan, s-a dovedit că 63% din colorant este excretat prin urină și 10% prin bilă în după 6 ore. Metaboliții acid isatin-5-sulfuric și acidului 5-sulfoantranilic apar în urină după 2 ore. La administrarea orală a colorantului, numai 3% din colorant apare în urină după 3 zile, ceea ce înseamnă că acest colorant este slab absorbit din traiectul gastrointestinal. Fecalele conțin 60-80% din doza orală (Letcho și Webbt, 1964)

Studiile de teratogenitate pe șobolani și iepuri au arătat că acest colorant nu are efecte negative (Anonymus, 1972). Toxicitatea acută la șobolani (Dl50) este de 2000 mg/kilocorp (administrate pe cale orală).

Testele de toxicitate pe termen lung și scurt au demonstrat că acest colorant cu are efect cancerigen. Se consideră că nivelul de indigotină fără efect toxic la șobolan, este de 500mg/kcorp/zi ceea ce corespunde la 1%colorant în dietă. La om este estimată o doză zilnică admisibilă de 0-5mg/kilocorp.

Legislația sanitară din România admite utilizarea indigotinei în: rahat, 20mg/kg; înghețată, 50mg/kg; prăjituri și produse de patiserie, 70mg/kg.

=== rutin ===

INTRODUCERE

Flavonoidele sînt metaboliti secundari prezenti în plantele superioare (criptogame vasulare, gimnosperme, angiosperme) dar si în unele alge sau insecte (ex. fluturi – de la polenul cu care se hranesc). Structura lor are la baza 2-fenilbenzopiranul (flavanul) sau, rareori, 3-fenilbenzopiranul (izoflavanul):

In functie de gradul de oxidare al flavanului, precum si de pozitionarea si natura diversilor substituenti, flavonoidele se împart în mai multe grupe: flavonozide, biflavonozide, chalcone (flavonoide cu ciclul pironic scindat), aurone (derivati ai benzilidencumaranonei), izoflavone (derivati de izoflavan) si derivati (pterocarpani, rotenone), antocianozide (derivati de 2-fenil-cromena), flavan-3,4-dioli (proantocianidol si 3-flavanoli (catecholi).

Flavonozidele, prima dintre grupele enumerate, reprezinta pigmentii vegetali raspunzatori de coloratia galbena a florilor, fructelor si uneori a frunzelor. La rîndul lor, flavonozidele se împart în flavone (prezinta întotdeauna dubla legatura între C 2 si C 3), flavonoli (flavone 3-hidroxilate sau acilate), flavanone (flavone 2,3-dihidrogenate) si flavononoli (flavonoli 2,3-dihidrogenati).

Prezenta nucleului fenil si a gruparilor carbonilice active în molecula conduce la o varietate de proprietati farmacologice. Flavonoidele se utilizeaza si drept coloranti naturali, reactivi de chelatare în chimia analitica si ca antioxidanti.

Una dintre proprietatile farmacologice consta în restabilirea unei permeabilitati normale a capilarelor, aceasta capacitate revenindu-i rutozidului. Acesta este o flavona care, din punct de vedere chimic este 5,7,3’,4’– tetrahidroxiflavonol – 3 ramnoglucozid:

Rutinul se prezinta sub forma solida, cristalizata, de culoare galbena.

In practica medicala, rutinul se utilizeaza în diverse combinatii – cu acidul ascorbic sau cu acidul ε-aminocaproic – avînd si actiune antiedematoasa si descongestiva la aplicare locala. Mecanismul se bazeaza pe:

chelatarea metalelor (cuprului), evitîndu-se (sau încetinindu-se) oxidarea acidului ascorbic;

inhibarea o-metiltransferazei, ducînd la cresterea cantitatii de adrenalina si noradrenalina (ce cresc rezistenta vasculara);

reducerea agregarii eritrocitare (antiagregant plachetare);

Rutozidul se gaseste în proportie de 12 – 20 % în bobocii florali proveniti de la Sophora japonica (salcîm japonez) alaturi de glucide, mucilagii, pectine, betulinol, soforadiol. Acest arbore (cultivat la noi în tara numai în scopuri ornamentale) se foloseste ca materie prima traditionala pentru obtinerea industriala a rutozidului. In alte plante, prezenta este în diferite proportii: Fagopyri herba (grîu negru) – 5-8 %, Polygoni hydropiperis herba (piper de apa) – 3,5 %, Rutae herba (ruta), Hyperici herba (sunatoare) si Hippophaës fructus (catina alba).

Scopul acestei lucrari consta în studiul extractiei rutinului din Hyperici herba (sunatoare) si Hippophaës fructus (catina alba), aceste materii prime vegetale fiind preferate datorita accesibilitatii lor, fiind materii prime autohtone utilizate pentru obtinerea de diverse produse cu actiune farmacologica.

Experimentele au fost realizate în doua etape. In prima etapa, s-a realizat un studiu comparativ al extractiei rutinului din Hyperici herba (sunatoare), respectiv Hippophaës fructus (catina alba), cu diferiti solventi, în diferite conditii de operare. Astfel, s-au utilizat trei solventi: metanolul, etanolul si propanolul, avînd concentratii cuprinse între 10 si 90 % vol., la temperaturi variind între 20 si 600C (metanol), respectiv 20 si 700C (etanol si propanol), durata operatiei fiind de 5 – 60 de minute.

In partea a doua a determinarilor experimentale, alegîndu-se cel mai eficient solvent si utilizîndu-se analiza statistica și metoda programarii experimentelor, s-a elaborat un model matematic care descrie procesul de extractie a rutinului din Hyperici herba si Hippophaës fructus. In acest sens, s-a analizat influenta cumulata a concentratiei solventului, a temperaturii si a duratei extractiei asupra gradului de extractie al rutinului.

TEHNICA EXPERIMENTALĂ

Extractia rutinului s-a realizat într-un vas de sticla, cu capacitatea de 0,3 l, prevazut cu manta, refrigerent ascendent si agitator cu turatie constanta de 300 rpm. Incalzirea a fost realizata cu ajutorul unui termostat care a circulat apa prin mantaua vasului, la temperatura corespunzatoare.

Fiecare proba s-a realizat prin introducerea în vas a 1 g material vegetal uscat, maruntit în prealabil, si a unui volum de 50 ml alcool. In prima parte a determinarilor experimentale, extractiile s-au realizat cu trei solventi: metanol, etanol, propanol, a caror concentratie a variat între 10 si 90 . Temperatura extractiei a fost mentinuta între 20 si 60oC în cazul utilizarii metanolului, respectiv 20 si 70oC pentru etanol si propanol. Durata extractiei a variat între 5 – 60 minute.

In a doua parte a experimentelor, stabilirea corelatiei dintre eficienta extractiei rutinului din cele doua materii prime vegetale si principalii factori care influenteaza procesul (concentratia solventului, temperatura, durata extractiei) s-a realizat pe baza rezultatelor obtinute conform matricei experimentale corespunzatoare, utilizînd solventul care a condus la obtinerea celor mai ridicate randamente ale extractiei.

In ambele etape ale studiului, dozarea rutinului s-a realizat prin metoda spectrofotometrica. Astfel, 1 ml proba s-a tratat cu 1 ml clorura de aluminiu 2,5 % si 5 ml apa distilata. Dupa 20 de minute s-a determinat extinctia la 410 nm fata de un martor preparat din 1 ml clorura de aluminiu si 5 ml apa. Performanta procesului s-a raportat la continutul total de rutin. Aceasta s-a determinat cu ajutorul unui aparat Soxhlet, prin extractie în alcool metilic pîna la epuizarea plantei (4 ore).

REZULTATE SI DISCUTII

1. Studiul extractiei rutinului din Hyperici herba (sunatoare) si Hippophaës fructus (catina alba)

Analiza influentei naturii si a concentratiei solventului asupra eficientei extractiei rutinului din cele doua materii prime vegetale a evidentiat faptul ca, în ambele cazuri, propanolul reprezinta solventul cel mai adecvat (figurile 1 și 2). Aceasta se datoreaza capacitatii superioare a propanolului, comparativ cu metanolul si etanolul, de a solubiliza compusii hidrofobi din planta, printre care si rutinul.

Figura 1 Figura 2

In acelasi timp, se poate constata ca în functie de natura materialului vegetal supus extractiei, concentratia propanolului corespunzatoare eficientei maxime se modifica. Gradul maxim de extractie al rutinului din sunatoare s-a obtinut pentru o concentratie a propanolului de 50, iar pentru extractia din catina pentru 90 propanol. Aceasta diferenta ar putea fi explicata prin natura si continutul diferit al principiilor naturale active din cele doua plante, care determina o capacitate diferita a solventului de a umecta si îmbiba materialul vegetal. datorita continutului ridicat în ulei gras bogat în gliceride ale acizilor oleic, palmitic, linolic si linoleic (12-14 %) al catinei, compusi hidrofobi, dar solubili în solventi cu polaritate redusa, umectarea si îmbibarea materialului vegetal, ceea ce favorizeaza osmoza si difuzia componentilor utili, este posibila numai cu propanol concentrat. Afirmatia este sustinuta de faptul ca, spre deosebire de extractia din sunatoare, extractia rutinului din catina decurge cu randamente maxime la concentratii ale solventilor de 90, indiferent de tipul solventului, prezenta apei reducînd eficienta extractiei.

Studiul influentei temperaturii, efectuat pentru concentratii ale celor trei solventi la care s-au obtinut randamente maxime de extractie, a evidentiat faptul ca odata cu cresterea temperaturii de extractie creste si eficienta procesului (figurile 3 și 4). Si în acest caz, propanolul s-a dovedit cel mai bun solvent.

Figura 3. Figura 4.

Pe baza datelor obtinute anterior, pentru analiza efectului duratei extractiei asupra randamentului s-au utilizat urmatoarele conditii de operare:

pentru sunatoare: – metanol 90%, temperatura de 600C

– etanol 70 %, temperatura de 70 0C

– propanol 50 %, temperatura de 700C

pentru catina: – metanol 90 %, temperatura de 600C

– etanol 90 %, temperatura de 60 0C

– propanol 90 %, temperatura de 60 0C

variindu-se timpul de extractie. Din figurile 5 si 6 se constata ca, indiferent de sistemul de extractie studiat, randamentul extractiei rutinului creste semnificativ în intervalul 0 – 20 minute, dupa care cresterea este mult mai lenta.

Figura 5 Figura 6

Exceptia o constituie extractia rutinului din catina cu propanol 90, pentru care gradul de extractie atinge o valoare ridicata dupa 5 minute, mentinîndu-se, apoi, la un nivel constant. Dupa cum a fost metionat anterior, acest fenomen poate fi explicat prin capacitatea ridicata a propanolului de a umecta si îmbiba materialul vegetal, accelerînd difuzia rutinului în faza solventului.

CONCLUZII

Studiul comparativ al extractiei rutinului din Hyperici herba (sunatoare) si Hippophaës fructus (catina alba) cu metanol, etanol si 1-propanol a evindentiat faptul ca cele mai mari grade de extractie se obtin prin utilizarea 1-propanolului. Acest fenomen este, pe de o parte, rezultatul caracterului hidrofob al rutinului, iar pe de alta, al naturii si continutului pricipiilor active plante, care determina o capacitatea solventului de a umecta si îmbiba materialul vegetal.