Antocianine: pigmenții roșii, purpurii și albaștri ai plantelor

Patru culori care pornesc din același grup de structuri

O mură strivită între degete lasă o urmă cârmâzie, greu de scos din pânză. O afină pare aproape neagră, cu un albastru închis care se vede doar întoarsă spre lumină. Varza roșie tăiată în două este violetă până în miez, iar unele varietăți de canabis cresc purpurii [1]. Patru materiale vegetale fără nicio legătură botanică între ele. Patru culori care nu seamănă una cu alta. Și totuși, chimia le trimite în aceeași direcție.

Punctul comun nu este o singură moleculă. Este un grup mic de structuri de bază, numite antocianidine, de la care pornesc toate nuanțele acestea [1]. Antocianinele, adică formele întâlnite în materialul vegetal, intră în familia flavonoidelor, grupul de compuși vegetali inventariat în sinteza semnată de Panche în 2016 [1]. Familia este largă, iar pigmenții colorați ocupă doar o parte din ea. Partea care surprinde de obicei ține de aritmetică: nu sunt necesare zeci de rețete moleculare pentru zeci de nuanțe. Câteva schelete acoperă gama, iar variațiile pe aceste schelete fac restul.

Din motive foarte practice, moleculele acestea au ieșit din caietele de chimie vegetală și au intrat în industria alimentară, unde figurează drept coloranți naturali [1]. Trei argumente stau în spatele alegerii: se dizolvă în apă, provin din plante și se pot obține în cantități mari [1]. Ultimul punct decide, de fapt, ce ajunge într-o instalație industrială, pentru că un colorant se cumpără la tonă, nu la gram. Sursele de volum consemnate sunt coaja de struguri și varza roșie [1]. Amândouă circulă deja în cantități mari, ca material de lucru al altor industrii.

1. Mura: nuanța consemnată în literatura despre flavonoide pentru acest fruct este cea cârmâzie, culoarea care rămâne pe degete și pe pânză după strivire [1].
2. Varza roșie: culoarea notată este violetul, vizibil pe toată secțiunea capățânii, nu doar pe foile de la exterior [1].
3. Afina: nuanța descrisă este negru-albăstruie, un albastru foarte închis care alunecă spre negru la lumină slabă [1].
4. Anumite varietăți de canabis: culoarea consemnată este purpurie, iar ea apare în același inventar de pigmenți vegetali [1].
5. Originea comună a acestor culori: un număr mic de structuri de bază, cunoscute sub numele de antocianidine, din care derivă formele colorate [1].
6. Încadrarea: antocianinele nu formează o categorie izolată, ci o ramură din familia mare a flavonoidelor, așa cum apare în sinteza din 2016 [1].
7. Utilizarea industrială: aceste molecule se folosesc drept coloranți alimentari de origine vegetală, adică într-un scop pur tehnic, de culoare [1].
8. Motivele acestei utilizări: solubilitatea în apă, originea vegetală și faptul că materia primă se găsește în cantități mari [1].
9. Sursele de volum: coaja de struguri și varza roșie sunt cele două materiale consemnate ca surse industriale pentru extragerea pigmentului [1].

Lista de mai sus este partea comodă a subiectului. Culori, nume de plante, o utilizare industrială care se explică în două fraze. De aici încolo lucrurile devin mai interesante și cer o citire mai atentă, pentru că un pigment care se dizolvă în apă se comportă diferit în funcție de apa în care ajunge.

Un ultim reper înainte de chimie. Descrierea care urmează privește comportamentul moleculei în eprubetă [1], adică într-un vas de laborator, cu o soluție a cărei aciditate este stabilită de cel care face experimentul. Nu este descrierea unei plante vii, nici a unui aliment din farfurie. Distincția pare pedantă, dar ea explică de ce aceleași molecule apar în texte cu culori diferite atribuite: se schimbă condițiile din vas, nu se schimbă lista de compuși.

Aciditatea rescrie forma moleculei, treaptă cu treaptă

Urmează partea neobișnuită [1]. Un pigment obișnuit se așteaptă să aibă o culoare și să o păstreze. Antocianinele nu funcționează așa. Molecula trece prin mai multe forme chimice, iar trecerea este dictată de aciditatea soluției în care se află. Ordinea de citire este una singură: dinspre acid spre alcalin, pe măsură ce valoarea pH-ului crește. Cine citește lista în altă ordine ajunge la o încurcătură, fiindcă fiecare treaptă pornește din forma de dinaintea ei.

Scara pH măsoară cât de acidă sau cât de alcalină este o soluție apoasă. Valorile mici înseamnă aciditate ridicată, valorile mari înseamnă mediu alcalin, iar zona din mijloc se numește neutră. Sucul de lămâie stă jos pe scară, apa de la robinet stă aproape de mijloc. În experimentele de laborator, valoarea aceasta se fixează dinainte, tocmai pentru a se putea urmări ce formă a moleculei domină la fiecare treaptă. Trei intervale sunt consemnate pentru antocianine, fiecare cu forma lui caracteristică.

Prima treaptă: mediu foarte acid, între pH 1 și pH 3. Aici domină cationul de flaviliu. Cuvântul cation înseamnă o particulă cu încărcare electrică pozitivă, iar flaviliul este numele scheletului care poartă această încărcare. Într-un asemenea mediu, forma cu încărcare pozitivă este cea care se găsește în proporția cea mai mare. Este treapta cea mai simplu de descris, pentru că amestecul este dominat de o singură formă, iar celelalte rămân în plan secund.

A doua treaptă: mediu slab acid și neutru, între pH 4 și pH 6. Cationul cedează un proton, adică nucleul unui atom de hidrogen, și trece în ceea ce chimia numește baze chinoidale. Operațiunea are un nume tehnic scurt, deprotonare, și înseamnă exact atât: molecula pierde un proton. În paralel, în același amestec se adună o formă fără culoare, forma carbinol. Aici stă cheia întregii povești: la aceeași valoare de pH coexistă forme colorate și o formă incoloră, în proporții care depind de condițiile din vas.

A treia treaptă: mediu ușor alcalin, între pH 7 și pH 8. Deprotonarea merge mai departe, iar din bazele chinoidale se formează anioni chinoidali. Anion este termenul pentru o particulă cu încărcare electrică negativă, adică opusul cationului de la prima treaptă. Aceeași moleculă, plecată de la o încărcare pozitivă, ajunge la una negativă, doar prin pierderea succesivă de protoni. Nu se adaugă nimic din afară, nu se schimbă scheletul de bază. Se pierd protoni, pe rând.

Merită repetat unde se aplică descrierea aceasta: la molecula privită în eprubetă [1]. Cifrele de pH din secvență sunt condiții de laborator, nu proprietăți ale unui fruct sau ale unui aliment. Un chimist fixează mediul, apoi notează ce formă domină. Așa se obține o descriere curată, verificabilă, care poate fi reluată de altcineva. Ce se întâmplă în interiorul unei plante vii este o întrebare separată, cu date proprii.

Pentru interiorul plantei există un reper. Pigmentul stă în vacuole, compartimentele mari din interiorul celulei vegetale, iar conținutul lor este acid, adesea între pH 3 și pH 6. Aciditatea nu se menține de la sine: în membrana vacuolară se află pompe de protoni, structuri care mută protoni în interiorul compartimentului și țin valoarea pH-ului în intervalul acesta. Practic, celula plătește energie pentru a păstra mediul acid din vacuolă.

Cele două informații stau una lângă alta și nu trebuie amestecate. Prima este o secvență de forme chimice, măsurată în vas de laborator, pe trei intervale de pH. A doua este un interval de aciditate consemnat pentru compartimentul în care se găsește pigmentul în celulă, împreună cu mecanismul care îl întreține. Ce nu apare aici este o predicție de culoare pentru o plantă anume. Aceea ar cere măsurători pe planta respectivă, iar ele nu fac parte din datele citate pe pagina asta.

Traseul biochimic din spatele pigmentului

Culoarea nu apare de nicăieri. Ea este capătul unui traseu biochimic, iar traseul acesta are un nume consemnat: calea fenilpropanoidică, punctul de plecare comun pentru restul familiei flavonoidelor [1]. Cu alte cuvinte, pigmenții roșii, purpurii și albaștri nu au o linie de producție separată în plantă. Ei folosesc aceeași rută de început ca și celelalte flavonoide, iar ramificarea vine mai târziu, spre finalul traseului.

O cale biochimică se citește ca o serie de pași. Fiecare pas este o mică modificare a moleculei, iar fiecare modificare este făcută de o enzimă, adică de o proteină care grăbește o reacție anume și nu se ocupă de altele. Ies din primul pas materiale pentru al doilea, din al doilea pentru al treilea, și așa mai departe. Când mai multe grupe de compuși pornesc din același trunchi, ce le deosebește sunt enzimele din a doua jumătate a traseului. Exact acolo se decide dacă rezultatul final este un pigment colorat sau un alt flavonoid.

În sinteza din 2016 apare o observație care merită reținută: genele enzimelor din partea târzie a traseului răspund pronunțat la lumină [1]. O genă este instrucțiunea după care celula produce o proteină, deci și o enzimă. Când se spune că genele acestea răspund la lumină, se descrie o legătură între condițiile de mediu și activitatea enzimelor din finalul căii. Este o constatare notată la nivel de gene, nu o cifră despre cât pigment iese într-o zi însorită. Așa apare ea în literatură, așa o reproducem.

Distincția nu este o preciozitate. O observație despre gene și lumină spune că partea finală a traseului este sensibilă la condițiile exterioare. Nu spune care condiție anume dă ce culoare, la ce plantă, în ce sezon. Între cele două tipuri de afirmații există o distanță pe care textele de pe internet o sar frecvent, iar de acolo vin cele mai multe confuzii pe subiect.

Familia flavonoidelor este suficient de mare încât ramurile ei să ducă la compuși care nu au nicio legătură cu culoarea. Pigmenții sunt o ramură. Altele duc la molecule incolore, descrise separat, unele dintre ele purtând chiar numele plantei din care au fost izolate. Cânepa are două astfel de exemple, iar despre ele urmează secțiunea următoare.

Rămâne întrebarea pe care o pun mulți: de ce unele plante de canabis sunt purpurii, iar altele nu. Ce se poate consemna, punct cu punct: culoarea purpurie apare la anumite varietăți [1], pigmenții responsabili de culorile roșii, purpurii și albastre sunt antocianinele, iar traseul lor de sinteză este cel fenilpropanoidic, comun familiei flavonoidelor [1]. Ce nu apare în lucrarea citată: cifre pentru varietăți individuale, comparații între ele și un factor de mediu numit ca explicație pentru o anumită plantă. Aici textul se oprește.

Poziția aceasta nu este comodă, dar este verificabilă. Se descrie ce a fost măsurat, se numește ce nu a fost măsurat și nu se împrumută concluzii din alte domenii ca să se umple rândul gol. Culoarea unei plante rămâne, până la măsurători pe planta respectivă, o observație vizuală. Nimic mai mult, nimic mai puțin.

Două flavonoide care poartă numele plantei

Cannflavina A și cannflavina B în inventarul din 2005

Când se vorbește despre chimia cânepii, discuția pornește aproape întotdeauna de la canabinoizi, iar flavonoidele rămân o notă de subsol. Inventarul publicat de ElSohly și Slade în 2005 le acordă totuși un loc propriu, iar două nume din acel material sunt greu de confundat cu altceva: cannflavina A și cannflavina B [2].

Prima observație este chiar despre nume. Denumirea celor două molecule vine de la plantă, nu de la un cercetător sau de la un oraș, cum se întâmplă adesea în chimia produselor naturale [2]. Rădăcina numelui trimite direct la sursă, iar litera de la final desparte cele două variante descrise. Este o convenție simplă, care spune ceva despre istoricul descoperirii: moleculele au fost descrise pornind de la materialul vegetal.

A doua observație este cea care contează pentru încadrare. Cannflavina A și cannflavina B sunt consemnate ca flavonoide exclusive cânepii, adică nicio altă specie nu a fost arătată până acum că le produce [2]. Formularea trebuie citită exact așa cum stă. Nu se spune că ele nu ar putea exista în altă parte. Se spune că, în datele strânse în acel inventar, nu există o altă specie la care producerea lor să fi fost demonstrată.

Cele două molecule se așază, prin structură, în aceeași familie mare a flavonoidelor din care fac parte și pigmenții colorați [1]. Ramura este însă alta, iar culoarea nu intră în descrierea lor. Cine caută explicația nuanței purpurii a unei plante nu o va găsi la cannflavine: ele sunt o poziție separată în inventarul chimic al cânepii, cu propriul dosar de date. Atât apare în lucrarea din 2005 despre ele, iar restul rămâne, deocamdată, necompletat.

Trei liste de nume care se confundă des

În discuțiile despre cânepă circulă trei liste de nume, iar ele se amestecă frecvent. Prima listă cuprinde canabinoizii, moleculele pentru care planta este cunoscută. A doua listă cuprinde terpene, adică fracția care poartă mirosul. A treia listă cuprinde flavonoidele, grupul din care fac parte și pigmenții descriși în sinteza din 2016 [1], și tot aici stau cannflavina A și cannflavina B [2].

Confuzia are o cauză simplă: toate trei sunt grupe de compuși vegetali, toate trei apar în același material și toate trei au nume care sună la fel de tehnic. Chimia le desparte însă limpede, pe structură. Canabinoizii au scheletul lor, terpenele au altul, flavonoidele au al lor, construit pe inele legate între ele. Când cineva caută „canabinoizi din plante”, întrebarea privește prima listă. Când caută terpene, întrebarea privește a doua.

Pigmenții roșii, purpurii și albaștri nu apar pe niciuna dintre primele două liste. Ei sunt o ramură a celei de-a treia. De aceea culoarea unui material vegetal nu spune nimic despre ce cuprind primele două liste: sunt grupe diferite de compuși, cu trasee de sinteză care se despart, chiar dacă pornesc din aceeași plantă.

Din punctul de vedere al cuiva care citește o etichetă, distincția are o consecință practică. Numele din primele două liste apar, când apar, în documentele de analiză ale unui lot. Pigmenții nu figurează printre rubricile acelea, pentru că nu sunt urmăriți acolo. Cine se așteaptă să găsească antocianine într-un buletin de analiză pentru un ulei CBD caută în documentul greșit, iar asta nu ține de calitatea documentului, ci de ce anume măsoară el.

Cum scriem la Cibdol despre pigmenți și despre cifre

Măsurat, nemăsurat, iar restul îl spune analiza

Regula de redactare aplicată în textele despre canabinoizi din 2014 încoace este scurtă și se potrivește și acestui subiect: se descrie ce a fost măsurat, se numesc rubricile pentru care nu există măsurători, iar analiza vorbește în locul adjectivelor. Nimic mai complicat de atât. Pe un subiect de chimie vegetală, regula are un avantaj clar: separă o observație de laborator de o presupunere care sună bine.

Aplicată la pagina asta, regula arată astfel. Măsurat și consemnat: nuanțele atribuite murei, verzei roșii, afinei și unor varietăți de canabis, încadrarea antocianinelor în familia flavonoidelor, secvența formelor chimice pe trei intervale de pH, intervalul de aciditate al vacuolelor, mecanismul cu pompe de protoni din membrana vacuolară, calea fenilpropanoidică drept punct comun de plecare și răspunsul pronunțat la lumină al genelor enzimelor târzii [1]. Tot aici intră cele două cannflavine și statutul lor de flavonoide descrise doar în cânepă [2].

Nemăsurat, deci numit ca rubrică goală: cifre de pigment pentru varietăți individuale, comparații între plante crescute în condiții diferite și orice legătură între culoarea unui material vegetal și conținutul de alți compuși. Rubricile acestea rămân necompletate, iar textul nu împrumută valori din alte studii pentru a le umple.

Restul îl spun documentele. Pentru orice produs din catalog, cifrele de compoziție se citesc în certificatul de analiză emis pentru lotul respectiv, iar codul tipărit pe ambalaj arată despre care lot este vorba. Documentul acela nu conține date despre pigmenți, fiindcă nu îi urmărește. Conține exact rubricile pe care laboratorul le-a măsurat. Asta este și ideea: o cifră vine dintr-un buletin, nu dintr-o descriere.

De ce culoarea unei plante nu se citește pe un flacon

În căutări, subiectul apare adesea lipit de formate. Cineva scrie „ulei de canabis capsule”, altcineva caută capsule CBD sau un ulei CBD, iar de acolo ajunge la o pagină despre pigmenți. Legătura există, dar este una de vocabular, nu de conținut. Antocianinele sunt un subiect de chimie vegetală. Formatele din catalog sunt o chestiune de compoziție declarată și de documente de lot.

Pe un ambalaj din gama Cibdol se citesc lucruri concrete: lista de ingrediente, conținutul declarat de canabinoizi, volumul sau numărul de unități, codul lotului. Culoarea materialului vegetal din care a plecat extractul nu figurează printre acestea, pentru că nu este o rubrică de compoziție. Nici nu ar putea fi, câtă vreme o nuanță se descrie în cuvinte, iar o rubrică cere o cifră și o metodă de măsurare.

Formatele acestea sunt suplimente alimentare, iar cosmeticele din gamă sunt încadrate ca produse cosmetice. Categoriile se citesc pe ambalaj, împreună cu numele exact al formulei. Un pigment vegetal nu schimbă nimic în încadrarea asta și nu apare în ea.

Ce rămâne util dintr-o pagină ca aceasta este chimia. Antocianidinele ca punct de plecare al culorilor, secvența formelor moleculei pe scara pH, vacuola acidă ținută astfel de pompe de protoni, calea fenilpropanoidică împărțită cu restul flavonoidelor [1] și cele două cannflavine descrise în inventarul din 2005 [2]. Sunt date de laborator, cu limitele lor scrise alături. Pentru cifrele unui produs anume, drumul este altul: pagina formulei și buletinul lotului care o însoțește.