Antotsüaanid: kuidas pH värvi määrab

Laeng muutub, värv muutub

Alustame molekulist, mitte marjast. Antotsüaanid on vees lahustuvad taimsed värvained, ja nende toon sõltub sellest, mitu prootonit molekul parasjagu enda küljes hoiab. Kirev valik, mis marjades, kapsalehtedes ja mõne kanepisordi õisikutes silma jääb, taandub väiksele arvule põhistruktuuridele, mida keemias nimetatakse antotsüanidiinideks [1]. Sama tuum, teine laeng, teine värv.

Prootoni lahkumine molekulist ei ole pisiasi. See muudab elektronide paiknemist ja koos sellega ka seda, millise osa nähtavast valgusest molekul neelab ning millise tagasi saadab. Silm näeb neeldumise vastandit. Seepärast ei kirjelda keemik antotsüaani ühe värviga, vaid vormide reana, kus igal vormil on oma happesuse vahemik.

Deprotoneerimine on siin võtmesõna, ja see tähendab lihtsat asja: molekul loovutab vesinikiooni ehk prootoni. Iga loovutamine annab uue vormi, uue laengu ja uue vahemiku, kus see vorm on ülekaalus. Kolm astet, kolm nägu, üks ja sama lähtemolekul.

Kõige happelisemas otsas, umbes pH 1 kuni 3, on ülekaalus flavüüliumkatioon. Katioon tähendab positiivselt laetud osakest: molekul hoiab kinni lisaprootonist. Kui happesus väheneb, loovutab katioon prootoni ja tekivad kinoidsed alused. Nõrgalt happelises kuni neutraalses vahemikus, umbes pH 4 kuni 6, koguneb nende kõrvale ka värvitu karbinoolvorm [1].

Kergelt aluselises vahemikus, umbes pH 7 kuni 8, kaob veel üks prooton ja tekivad kinoidsed anioonid. Anioon on negatiivselt laetud osake. Kogu rida käib ühes ja samas suunas, tõusva pH järjekorras, ja iga aste on eelmise otsene järg.

Vahemikud kattuvad servades. Ükski neist arvudest ei ole lülitiga piir, vaid ülekaalu piirkond: naabervormid on samal ajal olemas, lihtsalt väiksemas osakaalus. Seepärast seisab kirjelduses sõna «valitseb» ja mitte «ainus».

Miks üks väike tuumade hulk annab nii palju toone? Sest värvi ei määra ainult tuum, vaid tuuma hetkeolek. Antotsüanidiine on käputäis, aga igaühel neist on mitu laenguvormi, ja iga laenguvorm neelab valgust omal viisil [1]. Nii saab piiratud keemiast lai palett.

Vees lahustuvus tähendab, et need pigmendid liiguvad vee, mitte õli faasi. Purustatud punase kapsa lehed teevad vee värviliseks, sest pigment eelistab vett. Sama põhjus seletab, miks antotsüaanide juures räägitakse alati lahuse happesusest: molekul on tõesti lahuses ja lahuse pH puudutab teda otse.

Katseklaas ja taimerakk ei ole sama koht

Siia kuulub üks oluline piirang. Vormide rida, mis eespool kirjas seisab, kirjeldab molekuli käitumist katseklaasis [1]. Taimes ei liigu pigment vabas vees: ta paikneb vakuoolides, raku suurtes vedelikuga täidetud kotikestes. Vakuoolid on happelised, sageli pH 3 kuni 6, ja seda happesust hoiavad üleval vakuoolimembraani prootonpumbad.

Prootonpump ei ole kujund, vaid membraanis paiknev valk, mis liigutab prootoneid ühest ruumist teise. Pump toimetab prootonid vakuooli sisse, membraan hoiab neid seal, ja pigmendi ümbrus jääb happelisse otsa. Ilma selle tööta ei püsiks vakuooli sisu happesus paigal.

Praktiline järeldus on lihtne. Klaasis vees määrab tooni ainult lahuse pH. Rakus lisandub vakuooli sisu, membraani töö ja see, kui palju pigmenti taim üldse valmistab. Katseklaasi rida jääb kehtima kui keemia, aga taim ei ole katseklaas.

Marjast kapsani: sama keemia, eri toonid

Kui panna kõrvuti murakas, punase kapsa leht ja mustikas, näeb kolme päris erinevat värvi. Murakas on karmiinpunane, punane kapsas lillakas, mustikas sinimust. Ja mõne kanepisordi õisik läheb lillaks [1]. Keemia taga on sama perekond, aga toon lahkneb.

Lahknemise põhjused seisavad juba eelmises osas. Esiteks: milline antotsüanidiin taime rakkudes tekib, sest põhistruktuure on vaid käputäis [1]. Teiseks: mis happesuses see molekul parasjagu istub. Sinimust mustikas ja karmiinpunane murakas ei ole eri maailmadest. Nad on sama keemilise loogika kaks punkti.

Värvinimi ise on kirjeldus, mitte mõõtmistulemus. «Karmiinpunane» ja «sinimust» ütlevad, mida silm näeb, ja seda taset need sõnad ka hoiavad. Kui keegi tahab teada, milline molekul selle tooni taga täpselt on, tuleb minna antotsüanidiinide juurde ja happesuse juurde, mitte sõnaraamatu juurde.

Kanepi puhul kehtib kirjes üks täpsustus, mis kipub kaduma. Lilla toon on nimetatud osa sortide juures, mitte terve liigi tunnusena [1]. Sordinimi, taime välimus ja mõõdetud koostis on kolm eri asja, ja värv ei ole neist see, mille järgi koostist loetakse.

Just seepärast töötab antotsüaan tööstuses. Toiduvärvide poolel on need pigmendid kasutusel looduslike värvainetena, ja põhjendus koosneb kolmest osast: nad lahustuvad vees, nad on taimset päritolu ja neid saab suurtes kogustes [1]. Suurte koguste allikas ei ole eksootiline: viinamarjakoor ja punane kapsas.

Viinamarjakoor jääb veinitootmisest järele. Punast kapsast kasvatatakse niikuinii. Mõlemal juhul on pigment taimes juba olemas ja seda ei pea nullist kokku panema. Vees lahustuvus tähendab omakorda, et värvainet saab lisada vesikeskkonnas valmistatud toodetele, kus õlis lahustuv pigment omadega hätta jääks.

Tööstuslik kasutus toob välja sama koha, mis katseklaasis nähtav on. Kui toote happesus on teine, on ka ülekaalus vorm teine, ja koos sellega toon. Punase kapsa ekstrakt ei ole üks värv, vaid vahemik.

• Murakas. Kirjes seisab karmiinpunane toon, ehk rea see ots, kus punane on selge ja tumedaks minev [1].
• Punane kapsas. Lillakas toon, ja sama leht töötab tööstuses värviaine allikana [1].
• Mustikas. Sinimust, ehk kõige tumedam nimetatud toon; nimetus ise ütleb, et sinine ja must on koos [1].
• Mõned kanepisordid. Lilla; kirjes seisab, et selline toon esineb osal sortidel, mitte kõigil [1].
• Põhistruktuurid. Käputäis antotsüanidiine, millest kogu see toonide rida alguse saab [1].
• Tööstuslik roll. Looduslikud toiduvärvid, kolmeosalise põhjendusega: vees lahustuvus, taimne päritolu, saadavus suurtes kogustes [1].
• Suured allikad. Viinamarjakoor ja punane kapsas, kaks materjali, mida on niikuinii palju [1].

Tõusev pH, samm sammu haaval

1. Järjekorra alus. Kogu rida on üles ehitatud tõusva pH suunas. Alustatakse kõige happelisemast otsast ja liigutakse neutraalse kaudu kergelt aluselisse. Iga järgmine aste erineb eelmisest ühe prootoni võrra, nii et see ei ole juhuslik loetelu vormidest, vaid järjestus, kus üks samm viib teiseni.
2. pH umbes 1 kuni 3. Väga happelises lahuses on ülekaalus flavüüliumkatioon. See vorm hoiab kinni lisaprootonist ja sellega ka positiivsest laengust. Katioonivormi juures on värv kõige selgem, sest naabervormide osakaal jääb väikeseks. Antotsüaanide keemias peetakse just seda vormi lähtepunktiks, kust ülejäänud rida edasi läheb [1].
3. Esimene prootoni loovutamine. Kui happesus väheneb, katioon ei püsi. Molekul loovutab prootoni ja tekivad kinoidsed alused. Sõna «alus» viitab siin sellele, et vorm ei hoia enam positiivset laengut. Üleminek ei toimu ühe punktis, vaid vahemikus, kus mõlemad vormid on korraga olemas.
4. pH umbes 4 kuni 6. Nõrgalt happelises kuni neutraalses vahemikus on pildil kaks asja korraga. Kinoidsed alused annavad oma tooni, ja nende kõrvale koguneb värvitu karbinoolvorm. Värvitu vorm nähtavat valgust ei neela, seega jääb tema osa lahuse toonist tühjaks [1].
5. pH umbes 7 kuni 8. Kergelt aluselises vahemikus toimub veel üks deprotoneerimine ja tekivad kinoidsed anioonid. Anioon on negatiivse laenguga osake. Sellega on rida läbi: kolm laenguolekut, üks värvitu kõrvalvorm ja selge suund, milles need üksteisele järgnevad [1].
6. Vakuool taimes. Taimerakus ei ole pigment suvalises lahuses, vaid vakuoolis. Vakuoolid on happelised, sageli pH 3 kuni 6. Ülaltoodud reaga kõrvutades satub see vahemik katioonivormi ja kinoidsete aluste alale, mitte aluselisse otsa.
7. Prootonpumbad. Vakuooli happesus ei püsi iseenesest. Seda hoiavad üleval prootonpumbad vakuoolimembraanis: valgud, mis liigutavad prootoneid vakuooli sisse. Nii on happesus raku enda töö tulemus, ja pigmendi ümbrus jääb sellesse otsa, mille rakk paika paneb.
8. Piirang, mis kuulub kogu loetelu juurde. Kõik ülaltoodud astmed kirjeldavad molekuli käitumist katseklaasis [1]. See ei ole väike täpsustus. Katseklaasis on üks lahus ja üks pH; taimes on membraanid, pumbad, kaaslasmolekulid ja pidevalt käiv ainevahetus. Keemia jääb samaks, olukord mitte.
9. Miks see tööstuses loeb. Sama rida seletab, miks viinamarjakoorest või punasest kapsast saadud värv käitub eri toodetes eri moodi: kui toote happesus on teine, on ka ülekaalus vorm teine [1]. Värviaine valik on seetõttu alati ka happesuse küsimus.
10. Mis jääb rea taha. Rida ütleb, milline vorm on ülekaalus, aga mitte seda, kui palju pigmenti taimes või tootes üldse on. Kogus tuleb mõõtmisest, vorm arvutatakse happesusest. Kaks eri küsimust, kaks eri vastust.

Kirjed kõrvuti: vorm, koht ja allikas

Kanepi pool: rada ja kaks nime

Fenüülpropanoidne rada ja valguse osa

Antotsüaanid ei teki taimes eraldi liinil. Nende tootmine algab fenüülpropanoidsest rajast, mis on ühine kogu ülejäänud flavonoidide perekonnaga [1]. Rada tähendab siin ensüümide järjestust: iga ensüüm teeb ühe keemilise sammu, ja järgmine ensüüm võtab eelmise tulemuse üle. Antotsüaan on selle raja üks haru, mitte terve rada.

Sama ühine algus seletab, miks flavonoididest räägitakse taimekeemias sageli rühmana. Alguses on tee üks, alles hiljem lahknevad harud, ja siis tulevad eri lõpp-produktid: pigmendid ühele poole, teised flavonoidid teisele. Kui rea algus on ühine, on ühised ka mitmed vaheühendid.

Valgus tuleb sellesse loosse ühe täpse koha kaudu. Raja hilisemate ensüümide geenid reageerivad valgusele märgatavalt [1]. Valgus ei värvi taime ise, vaid puudutab geene, mille pealt valmistatakse ensüümid, mis raja lõpuosa käigus hoiavad. Rohkem ensüümi lõpuosas tähendab, et rada suudab rohkem lõpp-produkti kokku panna.

Panche ja kolleegide 2016. aasta ülevaates seisab see valgustundlikkus raja kirjelduse osana, ilma et sellega oleks seotud mingi kindel arv [1]. Nii jääb see kirje sinna, kus ta on: geenide käitumise tase, mitte konkreetse taime toon kindla päeva hommikul.

Kannflaviin A ja kannflaviin B

Kaks nime, mis on saanud alguse taimest endast. Kannflaviin A ja kannflaviin B on kirjeldatud kanepile ainuomaste flavonoididena: ühtki teist liiki ei ole näidatud neid tootvat [2]. Nimi kannab seega päritolu sees, nagu paljud taimekeemia nimed.

ElSohly ja Slade 2005. aasta ülevaates seisavad need ühendid kanepi keemiliste koostisosade hulgas, kannabinoidide kõrval, aga eri rühmas [2]. Flavonoidid on üks pere, kannabinoidid teine. Kannflaviinid kuuluvad esimesse, kannabidiool ja kannabigerool teise.

Antotsüaanidega on kannflaviinidel ühine perekond, aga eri roll. Antotsüaanid on flavonoidide see haru, mille kohta seisab kirjas värv: karmiinpunane, lillakas, sinimust, lilla [1]. Kannflaviinide kirje piirdub nimede ja päritoluga [2], ja rohkem sealt välja lugeda ei saa.

Sellepärast ei ole kanepi lilla toon ja kannflaviinide nimi üks ja sama teema. Esimene puudutab pigmente ja happesust, teine kahte nimetatud ühendit. Kaks kirjet, kaks allikat, kaks eri täpsusastet.

Värv silmale, arvud dokumendile

Lilla õisik on vaatlus. Selle kohta saab öelda, mida silmaga näha on, ja täpselt nii palju [1]. Koostise arv tuleb mujalt: mõõtmisest ja dokumendist, kuhu mõõtmistulemus kirja pannakse. Need kaks asja seisavad kõrvuti, aga ei asenda üksteist.

Kannabinoididega töötamise juures kehtib meie sertifikaatide ja kataloogi kirjetes 2014. aastast üks kord: kirjeldada seda, mis on mõõdetud, nimetada seda, mis on mõõtmata, ja lasta analüüsil rääkida. Sama kord kehtib siis, kui jutt käib pigmendist, ja siis, kui jutt käib kannabidioolist.

Antotsüaanide kohta saab kirja panna keemia: vormid, happesuse vahemikud, asukoht rakus ja rada, mille kaudu need molekulid tekivad [1]. Kanepi enda flavonoidide kohta saab kirja panna kaks nime ja nende päritolu [2]. Kangus, mis pudeli etiketil seisab, käib aga hoopis teise rea kohta.

Kanepiõli ja CBD õli ei kuulu antotsüaanidega samasse rühma. Pudeli sisu kirjeldatakse mõõdetud kannabinoidide kaudu, ja terpeenid moodustavad oma eraldi rühma. Flavonoidid, kuhu kuuluvad nii antotsüaanid kui kannflaviinid, on kolmas pere [1][2]. Kolm rühma, kolm eri kirjet.

Täisspektrum CBD õli tähendab meie kirjes seda, et ekstraktis on kannabidiooli kõrval nimetatud ka teised mõõdetud kannabinoidid. Selle rea saab üle vaadata partii analüüsis, sest just seal seisavad arvud, mida etiketil olev protsent kokku võtab. Etikett ütleb kanguse, analüüs näitab mõõtmise.

Etiketil seisvad protsendid on ühes kohas koos CBD õlide ülevaates, kus iga variandi juures on ka koostise kirje. Kanguste rida algab 5 protsendist ja lõpeb 40 protsendiga, vahepeal seisavad 10, 15, 20 ja 30 protsenti. Sama loogika kordub kõigi CBD õlide juures.

Nahahoolduse poolel on alusained teised, ja seda koostist saab lugeda CBD kreemide lehelt, sest tuub ja pipettpudel ei jaga sama koostisosade loetelu. Kirjete ülesehitus jääb siiski samaks ka seal, kus vorm vahetub, ja seda näeb ka Öösari juures, kus iga toote koostis seisab eraldi real.

CBD õli kasutamise juurde kuulub seesama lugemine: etiketil kangus, partii analüüsis mõõdetud read. Pigmendi värv jääb selles pildis oma kohta, taime rakku ja katseklaasi keemiasse. Punase kapsa lehe toon ja pudeli etiketi arv tulevad kahest eri mõõtmisest, ja neid ei panda ühte ritta.