Antocianine: pigmenti vegetali e loro proprietà chimiche

ANTOCIANINE

(dal Greco "anthos" = fiore e "kianos" = blu) I pigmenti più diffusi nelle piante superiori. Idrosolubili Sono responsabili delle colorazioni giallo-arancio, rosa, rosso , viola, e blu di fiori, frutti, foglie e radiciFlavonoids O Flavanols Flavonols OH Flavanones Flavones OH OH OH OH O OH OH O OH OH OH OH O OH O OH O OH OH Anthocyanidines OH OH OH OH OF OH + OH OH

LE ANTOCIANIDINE

Eterociclo ossigenato R5 3' R6 1 4' 8 + R4 7 2 1' 5' `R7 A C 6' 3 6 R3 R1 5 4 R2 R1 - R3 = H/OH R2 - R5 - R7 = H/OH/OMe R4 - R6 = OH/OMe Anello aromatico 2' B Anello aromaticoSono state identificate 23 antocianidine (Andersen & Jordheim, 2006; Kong et al., 2003; Rein, 2005)

Antocianidine identificate

LE ANTOCIANINE delle uve

R1 1 OH + +O HO R2 OH HO7 Lo OH OH CH2OR3 R1= OH; R2=H, Cianidina 3-glucoside R1= OCH3; R2=H, Peonidina 3-glucoside R1= R2= OCH3, Malvidina 3-glucoside R1= R2= OH, Delfinidina 3-glucoside R1= OH; R2= OCH3, Petunidina 3-glucoside Esteri acilati: R3: Acetil, Cumaril, Caffeil

• Sempre e solo 3-monoglucosidi in Vitis vinifera, semplici o «acilate»
• 3,5- diglucosidi in V. riparia e rupestris e loro ibridi x V. vinifera
• Suffisso -ina per il glucoside /-idina per l'aglicone

La presenza di bande di assorbimento nel visibile e nell'ultravioletto da parte delle molecole è dovuta alla presenza, all'interno delle molecole stesse, di gruppi di atomi caratteristici, chiamati cromofori (dal termine greco "portatori di luce"). Un cromoforo importante è il gruppo funzionale C=C; se una molecola possiede una serie di legami doppi alternati a legami semplici (doppi legami coniugati) si può osservare un assorbimento nell'UV (pochi doppi legami coniugati) o nel visibile (maggior numero di doppi legami coniugati). Un numero maggiore di gruppi ossidrilici nell'anello B contribuisce ad una maggiore nota BLU, mentre il grado di metilazione aumenta la nota ROSSA. La malvidina3-glucoside ed i suoi derivati sono le antocianine più rosse.La pelargonidina è la più semplice delle antocianidine (antocianina priva di residui zuccherini) ed è responsabile del rosso del geranio e contribuisce al colore delle fragole e dei lamponi maturi. È l'unica assente nell'uva. La cianidina è responsabile del colore delle more mature e contribuisce ai colori dei ribes neri, dei lamponi, delle fragole e delle bucce di mele e ciliegie. OH HO OH OH OH OH HO OH OHLa malvidina è il principale responsabile del colore del vino rosso, essendo molto abbondante nell'uva. Industrialmente le antocianine si estraggono dalla buccia dell'uva rossa, come sottoprodotto dell'industria enologica. Si ottiene l'enocianina, che è un liquido denso rosso-violetto. E' commercializzata in forma di granuli color rosso scuro o porpora, solubili in acqua. (E163)grape skins Var. Alicante Bouschet (teinturier)

Composizione antocianica dei vini

Composizione qualitativa e quantitativa in antociani di vini di diversi vitigni mg/L 250 200 150 100 50 İ I I 0 Refosco Cabernet Franc Nero D'Avola Primitivo Tocai Rosso Cabernet Sauvignon Dolcetto Gamay Sagrantino Montepulciano Antocianidine-(6- cumaril) -3- monoglucosidi Antocianidine-(6- acetil) -3- monoglucosidi + Dimeri Peonidina-3- monoglucoside Petunidina-3- monoglucoside Cianidina-3- monoglucoside Delfinidina-3- monoglucoside Malvidina-3- monoglucosideMalvidin Peonidin Petunidin Barbera Nebbiolo Bonarda Cyanidin Cabernet Sauvignon Merlot Delphinidin Malbec 0 20 40 60 80 100 Anthocyanidins (%) FIGURE 5.5 Relative Anthocyanidin Composition of Six Grape Varieties.Delfinidina-3-glucoside Cianidina-3-glucoside Petunidina-3-glucoside Peonidina-3-glucoside Malvidina Derivati acetati Derivati p-cumarati Vitisine Piranoantocianine 60 Profilo antocianico uva (%) 50 40 30 20 10 0 Barbaresco '09 Barolo '09-1 Barolo '09-2 Barbaresco '08 Barolo '08-1 Barolo '08-2 Barolo '07 Barbaresco '06 Barolo '06

Profilo antocianico dell'uva Nebbiolo e Sangiovese

60 (%) 50- Delfinidina-3-glucoside Cianidina-3-glucoside Petunidina-3-glucoside Peonidina-3-glucoside Malvidina Derivati acetati Derivati p-cumarati Vitisine Piranoantocianine 40 35 Profilo antocianico uva (%) 30 25 20 15 10 5 0 2006 2007 2008 2009 Nebbiolo Sangiovese

BIOSINTESI

I composti fenolici sono prodotti secondari del catabolismo degli zuccheri, le cui vie di biosintesi sono presenti ed in parte attive dall'inizio dello sviluppo del frutto . Due vie biosintetiche di base sono coinvolte: la via dell'acido scichimico e la via dell'acido malonico. La via dell'acido scichimico converte semplici precursori carboidrati derivanti dalla glicolisi e dalla via ossidativa dei pentosi fosfati per formare amminoacidi aromatici (fenilalanina, tirosina e triptofano). Uno degli intermedi metabolici è l'acido scichimico che dà il nome all'intera via. Comunque, la maggior parte delle classi di composti fenolici secondari vegetali deriva dalla fenilalanina tramite l'eliminazione della molecola di ammoniaca per formare acido cinnammico. Questa reazione è catalizzata dalla fenilalanina ammoniaca liasi (PAL). L'attività della PAL è aumentata da fattori ambientali, quali la bassa concentrazione di nutrienti, luce e l'infezione fungina. Ulteriori reazioni oltre a quelle catalizzate dalla PAL portano all'addizione di più gruppi ossidrilici e altri sostituenti. L'acido trans-cinnammico, l'acido p- cumarico ed altri derivati sono fenoli semplici definiti fenilpropanoidi poiché contengono un anello benzenico e una catena laterale composta da tre atomi di carbonio. I fenilpropani sono dei mattoni importanti per costruire composti fenolici più complessi.Via dell'acido malonico Via dell'acido scichimico Esoso (glicolisi) (via dei pentoso fosfati) Fosfoenolpiruvato 3 x Piruvato Eritroso-4-P Ciclizzazione 3 x Acetil-CoA 5-Deidroschikimato- Gallato Protocatecato 3 CO2 Fosfoenolpiruvato NH3 3 x Malonil-CoA Prefenato 3 × CO2, 3 x CoA-SH Tirosina Fenilalanina NH3 fenilalanina ammoniaca liasi p-Cumarato-CoA- p-Cumarato + Cinnamato (PAL) Calcone Caffeato, ferulato Flavoni, flavono antocianidine - Flavononi, flavanonoli, flavan-3-oli Proantocianidine (tannini) Vie di biosintesi dei composti fenolici (Conn, 1986) L'enzima Anthocyanidin synthase (ANS) o LDoX (Leucoantocianidina diossigenasi) catalizza la trasformazione del flavan- 3,4-diolo (leucoantocianidina) nella corrispondente antocianidinaXylem flow ceases Phloem Xylem Engustment Berry Size Veraison lag phase Periods when compounds accumulate Tartrate Tannin Hydroxycinnamates Methoxypyrazine Malate Glucose Fructose Anthocyanin Flavour compounds pericarp cell division setting 0 20 40 60 80 100 120 A Flowering Days after flowering °Brix 4 7 10 14 18 22 26 BERRY FORMATION BERRY RIPENING Nella buccia delle varietà a bacca rossa l'attività della PAL (dopo essere diminuita prima dell'invaiatura) riaumenta dall'inizio dell'invaiatura ed esiste una stretta correlazione tra l'attività della PAL e l'intensità del colore. (PAL influenzata da luce e temperatura) Gli antociani cominciano ad accumularsi due settimane prima che il colore diventi visibile.FIGURE 5.6 Temporal profile of tannin and anthocyanin concentrations over the course of grape ripening. 1 I 1 1 Concentration 1 I I I - - Tannins in seeds - Tannins in skin - Anthocyanins 1 Veraison Ripeness . IGLI EQUILIBRI DEGLI ANTOCIANI IN FUNZIONE DEL PH E DELLA SO2 I colori notevolmente diversi del fiordaliso e del papavero hanno la stessa origine. Nel fiordaliso la linfa è alcalina e la molecola di cianidina è blu, nel papavero la linfa è acida e la molecola di cianidina diventa rossa. I fiori a volte modificano l'acidità della loro linfa e cambiano colore dopo l'impollinazione per attirare meno l'attenzione degli insetti.Il flavilio possiede uno ione ossonio, che a causa della stabilizzazione aromatica è meno reattivo. + Il catione reagisce con i nucleofili nelle posizioni 2,4 e 6 e si può verificare l'apertura dell'anello.Le soluzioni di antociani cambiano colore al variare del pH del mezzo L'anello A è nucleofilo come in tutti i flavonoidi mentre l'eterociclo della forma flavilio, con la carica positiva reagisce in C2 e C4 come elettrofilo. Il cambiamento di pH causa l'acquisto o la perdita di uno ione H+. Come conseguenza si ha anche un cambiamento strutturale della molecola, con una diversa disposizione dei doppi legami coniugati: cambia l'energia dei livelli elettronici, la lunghezza d'onda delle radiazioni elettromagnetiche assorbite e quindi il colore della sostanza stessa.R OH 4' 8 + HO 10 2 7 R5 3 e Glucosio +H+ 5 4 Reazioni trasferimento protoni -H+ ÓH H+ A+ catione flavilio (rosso) R2' R' OH H+ OH O 0 R5 O- Glucosio OH AO base chinone (blu) R.' 3 OH OH HO. 0 R; O-Glucosi OH Tautomeria AOH2 base carbinolo (incolore) pseudobase OH OH O HO R' O- Glucosio OH Calcone cis (incolore) Le forme in relazione alle reazioni acido- base e dell'idratazione del catione flavilio OH OH O-Glc OH O H+ - V H+ HO H2O H2O O- Glucosio OH OH AOH, base carbinolo (incolore) pseudobase HO. Isomeria Calcone trans (incolore) H2O Reazioni idratazione H2OPassaggio da catione flavilio A+ a base chinonica AO = transfer di protoni molto rapido A+ z 2 AO + H+ Applicando la legge di azione di massa e calcolando le costanti di equilibrio .... Ka = [AO][H+] [A+] pKa = pH + log [A+] [AO] Passaggio da catione flavilio A+ a base carbinolo AOH = fissazione di una molecola di acqua e transfer di un protone rapido H2O A AOH + H+ Kh = [AOH] [H+]) [A+] pKh = pH + log [A+] [AOH] H2O Tautomeria da base carbinolo AOH a Calcone C e AOH ¿¿ Calcone cis ₹ ...? Calcone trans