Antocyaniner: från karmosinrött björnbär till violett rödkål

Varför är björnbär karmosinröda, rödkål violett och vissa cannabissorter lila?

Ett svar räcker för alla tre. Färgen kommer från antocyaniner. Björnbär hamnar i det karmosinröda, rödkål i det violetta, blåbär i det blåsvarta, och en del cannabissorter i det lila [1]. Fyra växter, fyra intryck, en enda kemisk familj.

Det är värt att stanna vid, eftersom uppräkningen först ser ut som fyra skilda fenomen: ett bär i skogen, ett huvud kål på skärbrädan, ett blåbär i frysen, en planta med lila blad. Kemiskt hör de ihop. Och grundlistan är kortare än färglistan. Bakom hela skalan står ett fåtal grundstrukturer, samlade under namnet antocyanidiner [1]. De utgör det skelett som varianterna vilar på. Ordet i sig är inte krångligare än så: antocyanidin är grundformen, antocyanin är den variant växten faktiskt bär runt på.

Antocyaninerna står inte för sig själva i växtkemin. De räknas in i flavonoiderna, en stor grupp växtämnen som beskrivs samlat i översikten av Panche med kollegor från 2016 [1]. Just den placeringen är praktisk att ha med sig. Den förklarar varför samma översikt kan tala om färg i ett stycke och om biosyntes i nästa: det handlar om en familj med gemensamma drag, inte om ett enskilt ämne med ett enskilt namn. Den som söker på antocyanin och landar i en text om flavonoider har alltså inte hamnat fel. Det bredare ordet rymmer det smalare.

Sedan finns den industriella sidan. Antocyaniner används som naturliga livsmedelsfärger, och skälen som anges är tre och ganska nyktra: de är vattenlösliga, de kommer från växter, och de går att få fram i stora volymer [1]. Ingen av de tre punkterna handlar om något annat än praktisk kemi och råvarutillgång. Inga poetiska formuleringar om naturens palett. Tre tekniska villkor, uppfyllda samtidigt, och därför en färg som går att använda i industriell skala.

Vattenlöslig betyder att ämnet går i lösning i vatten i stället för att kräva en fettfas. För en färg som ska hamna i en vattenbaserad produkt är det en avgörande skillnad i hanteringen. Volymkällorna som nämns är vindruvsskal och rödkål [1]. Rödkålen dyker alltså upp två gånger i samma material: en gång som exempel på violett färg, en gång som råvarukälla i större skala [1]. Samma växt, två olika rader i samma sammanställning. Det säger något om hur den här litteraturen är uppbyggd. En växt kan stå med av flera skäl, och skälen behöver hållas isär.

Och cannabis? I det citerade materialet står lila cannabissorter som en post i färguppräkningen [1]. Inget mer än så. Den posten säger vilken färg som noteras, inte varför en enskild planta i en enskild odling ser ut som den gör. Skillnaden mellan de två frågorna är hela poängen med att läsa datapunkter i stället för berättelser. En färguppgift är en observation. En förklaring är något annat, och den kräver sitt eget underlag.

En avgränsning hör hemma redan här, innan kemin börjar. När litteraturen beskriver hur ett antocyanin byter form och färg gäller beskrivningen molekylens uppträdande i provrör [1]. Ett bär i en skål och ett provrör på en bänk är två olika sammanhang. Färgen i skålen är summan av växtvävnad, ljus och ögon. Färgen i provröret är en mätsituation med kända förutsättningar, där någon har bestämt surheten i förväg. Båda är intressanta. De är inte utbytbara, och den här texten byter inte ut dem mot varandra.

• Björnbär: karmosinrött [1]
• Rödkål: violett [1]
• Blåbär: blåsvart [1]
• Vissa cannabissorter: lila [1]
• Färgens ursprung: ett fåtal grundstrukturer, kallade antocyanidiner [1]
• Industriell användning: naturliga livsmedelsfärger, motiverat med vattenlöslighet, växtbaserat ursprung och tillgång i stor volym [1]
• Volymkällor som nämns: vindruvsskal och rödkål [1]

Formerna i provrör: en serie ordnad efter stigande pH

Starkt surt, cirka pH 1 till 3: flavyliumkationen dominerar

pH är måttet på hur surt eller alkaliskt något är. Under 7 räknas som surt, 7 som neutralt, över 7 som alkaliskt. Skalan är logaritmisk, vilket i praktiken betyder att ett steg är en stor förändring och inte en liten. Serien som beskrivs för antocyaninerna är ordnad efter stigande pH. Den börjar alltså i det sura och rör sig uppåt, steg för steg.

Vid starkt sura förhållanden, cirka pH 1 till 3, är det en form som kallas flavyliumkation som dominerar. Kation betyder att partikeln bär positiv laddning. I en sur lösning finns gott om protoner, alltså vätejoner, och det är i den miljön den positivt laddade formen håller sig kvar. Ett namn, en laddning, ett pH-intervall: så ser den första raden i serien ut. Ordet dominerar är också valt med omsorg i källmaterialet. Det säger vilken form som är den vanligaste i det intervallet, inte att den skulle vara den enda som finns.

Här kommer den ovanliga delen. Ett antocyanin är inte en molekyl med en enda uppsättning egenskaper som följer den överallt. Formen skiftar med surheten i omgivningen, och med formen skiftar färgen. Det är därför pH-serien behöver skrivas som en serie och inte som en egenskap i en tabellrad. De flesta ämnen man möter i en färgbeskrivning har ett namn och en nyans. Här hör nyansen ihop med ett tillstånd, och tillståndet hör ihop med lösningen runt omkring.

Avgränsningen står kvar hela vägen genom uppställningen: det som beskrivs är molekylens uppträdande i provrör [1], under förutsättningar någon har ställt in med avsikt. Den meningen är inte en formalitet. Den är skillnaden mellan en kemisk beskrivning och en gissning om vad som händer inne i en frukt.

Från pH 4 och uppåt: protonerna lämnar molekylen

I det svagt sura till neutrala området, cirka pH 4 till 6, händer nästa steg. Kationen förlorar en proton, och det som bildas kallas kinoidala baser. Deprotonering är ordet för just det: en proton lämnar molekylen. Samtidigt sker något som lätt glöms bort i färgsammanhang. En färglös form, karbinolformen, samlas i lösningen. Alla former i serien bär alltså inte färg, och den upplysningen är minst lika intressant som färgnamnen.

Det gör mellanområdet till det mest sammansatta i hela uppställningen. Två saker noteras för samma intervall: bildningen av kinoidala baser och ansamlingen av den färglösa karbinolformen. Två rader, ett pH-spann. Den som bara läser färgnamn missar den andra raden helt. Och just den raden förklarar varför en uppställning över antocyaniner inte kan skrivas som en enkel lista över nyanser.

Fortsätter man uppåt, till det svagt alkaliska området kring pH 7 till 8, sker ytterligare deprotonering. Resultatet beskrivs som kinoidala anjoner. Anjon är motsatsen till kation: negativ laddning i stället för positiv. Serien går alltså från positivt laddad form i starkt surt, via protonavgång och en färglös form i det svagt sura och neutrala, till negativt laddade former i det svagt alkaliska.

Fyra namn, tre pH-lägen, en riktning. Läser man serien nedifrån och upp handlar den om protoner som lämnar molekylen, ett i taget, i takt med att omgivningen blir mindre sur. Det är hela kedjan så som den står i provrörsbeskrivningen [1]. Ingen av posterna innehåller ett datum, en växtdel eller en temperatur. De innehåller ett pH-intervall och ett formnamn, och det är precis så långt uppgifterna sträcker sig.

Vad sägs om surheten inne i växtcellen?

Provröret är en sak. Växtcellen en annan. Och det finns en datapunkt som handlar om cellen: vakuolerna är sura, ofta pH 3 till 6.

Vakuolen är den stora vätskefyllda kammaren inne i växtcellen. Den kan uppta större delen av cellens volym, och det är där mycket av det vattenlösliga innehållet ligger. Den surheten uppstår inte av sig själv och stannar inte kvar utan underhåll. Underhållet sköts av protonpumpar i vakuolmembranet. En protonpump är ett protein som sitter i membranet och flyttar protoner över det. Så länge pumparna arbetar hålls det sura tillståndet på plats.

Läs siffran som den står: ofta pH 3 till 6. Det är ett spann, inte en konstant. Ordet ofta hör med till uppgiften och ska inte tappas i återgivningen. Källmaterialet ger ett intervall, och ett intervall betyder att talet varierar. Att skriva om det till ett bestämt värde för ett bestämt bär skulle vara att lägga till något som inte finns i underlaget.

Nu kan de två uppgifterna ställas intill varandra. Vakuolens spann, pH 3 till 6, överlappar de två första lägena i provrörsserien: intervallet där flavyliumkationen dominerar och intervallet där kinoidala baser bildas tillsammans med den färglösa karbinolformen. Överlappningen är intressant. Den är också precis så långt uppgifterna räcker.

Skillnaden mellan att ställa två datapunkter sida vid sida och att mäta något är värd att hålla isär. pH-serien beskriver molekylens uppträdande i provrör [1]. Vakuolens surhet är en uppgift om en cellstruktur och om de pumpar som håller den. Den som lägger dem intill varandra får en jämförelse att tänka vidare på, inte ett mätvärde från insidan av ett blåbär. Vi skriver hellre ut den gränsen än låter den ligga underförstådd, och det är samma skrivregel som gäller alla uppslag i den här kunskapsbanken.

Ett par ord om varför surheten överhuvudtaget kommer upp i texter om växtfärger. Färgen på ett antocyanin hänger samman med vilken form molekylen befinner sig i, och formen hänger samman med surheten i omgivningen. Om två miljöer skiljer sig i pH står de på olika platser i serien. Det är hela logiken bakom att pH nämns i första hand. Den fungerar i provrör, den är beskriven i provrör, och frågan om hur den ser ut i en enskild växtvävnad hör till det som de här datapunkterna inte avgör.

Notera också vad som inte står i materialet. Ingen uppgift kopplar ett bestämt pH-värde i en vakuol till en bestämd nyans i ett bestämt bär. Ingen uppgift säger hur snabbt en form går över i en annan. Ingen uppgift anger hur många protonpumpar som krävs. Sådana rader saknas, och en text som fyller i dem har lämnat underlaget bakom sig. Så här ser posterna ut, var för sig, i den ordning de går att kontrollera.

• Vakuolen: sur miljö, ofta pH 3 till 6
• Underhåll av surheten: protonpumpar i vakuolmembranet
• Provrörsserien: ordnad efter stigande pH
• Cirka pH 1 till 3: flavyliumkationen dominerar
• Cirka pH 4 till 6: kationen avger en proton och kinoidala baser bildas, samtidigt som den färglösa karbinolformen samlas
• Cirka pH 7 till 8: ytterligare deprotonering, kinoidala anjoner
• Avgränsning: beskrivningen gäller molekylens uppträdande i provrör [1]

Hur bygger växten upp de här färgämnena?

Fenylpropanoidvägen, delad med resten av flavonoiderna

En biosyntesväg är en kedja av kemiska steg där varje steg sköts av sitt eget enzym. Enzym betyder här ett protein som utför ett bestämt kemiskt arbete. Genen är instruktionen för enzymet. Tre begrepp, och de behövs alla tre för att läsa nästa uppgift utan att gissa.

Antocyaninerna bildas via fenylpropanoidvägen, och den vägen är delad med resten av flavonoidfamiljen [1]. Delad väg betyder att de tidiga stegen är gemensamma. Skillnaderna mellan familjemedlemmarna uppträder längre fram i kedjan, inte i början. Det förklarar varför en översikt över flavonoider kan samla många olika ämnen under samma rubrik utan att tappa sammanhanget: startsträckan är gemensam.

För den som läser växtkemi mest via söktermer är det här en nyttig karta. Antocyanin, flavonoid, fenylpropanoid: tre ord på tre olika nivåer. Det bredaste är vägen, det mellersta är familjen, det smalaste är gruppen färgämnen. Grundstrukturerna, antocyanidinerna, ligger ett steg längre in än så [1]. Fyra nivåer om man räknar hela vägen ned till skelettet.

Kartan är också ett svar på en vanlig läsupplevelse. Man söker på ett färgämne och får träffar på en hel ämnesfamilj. Det beror inte på att texterna är slarviga. Det beror på hur växten bygger. En gemensam startsträcka gör familjen till en rimlig enhet att beskriva, och de enskilda grenarna får sina egna rader längre fram.

Generna för de senare enzymerna svarar starkt på ljus

Den andra uppgiften om biosyntesen handlar om reglering. Generna för de senare enzymerna i vägen beskrivs som starkt ljusresponsiva [1]. Ljusresponsiv betyder att genernas aktivitet följer ljussituationen. Notera var i kedjan det gäller: de senare enzymerna, alltså stegen närmare slutprodukten, inte hela vägen från början.

Det är en preciserad uppgift, och preciseringen är själva innehållet. En text som skriver att ljus har med saken att göra har sagt mindre än källan. En text som skriver att generna för de senare enzymerna svarar starkt på ljus [1] har sagt exakt vad som står. Skillnaden mellan de två formuleringarna ser liten ut i löpande text. I ett faktaunderlag är den avgörande.

Frågan om lila cannabis brukar dyka upp i det här läget, oftast kopplad till kyla. Vad står i underlaget? Lila cannabissorter finns med som en post i färguppräkningen [1]. Ljusresponsiviteten gäller generna för de senare enzymerna i fenylpropanoidvägen [1]. Temperatur ingår inte i någon av de två posterna.

Alltså: den vanligaste förklaringen som cirkulerar har ingen motsvarighet i de datapunkter som citeras här, och vi låter det stå så i stället för att fylla luckan med en gissning. Det är en öppen fråga, i bokstavlig mening. Ljus finns beskrivet. Kylan gör det inte. Att skriva ned den tomma raden är mer användbart än att möblera den med något som låter rimligt.

Två uppgifter om biosyntesen, alltså, och de pekar på olika saker. Den första handlar om ordning: vilken väg färgämnena kommer ur och vilka de delar den med [1]. Den andra handlar om styrning: var i kedjan generna svarar starkt på ljus [1]. Ordning och styrning är inte samma fråga, och de går att läsa var för sig.

Cannflavin A och cannflavin B: två flavonoider som fick namn efter växten

Hampan har egna flavonoider, och två av dem heter cannflavin A och cannflavin B. Namnet kommer från växten. Grunden för det namnet är att de räknas som flavonoider som bara påvisats i hampa: ingen annan art har visats bilda dem, enligt sammanställningen av ElSohly och Slade från 2005 [2].

Läs den formuleringen noga, för den är försiktigare än den ser ut. Att ingen annan art har visats bilda dem är ett utsagt kunskapsläge, inte ett bevis på omöjlighet. Sådana rader står och faller med vad som har undersökts. Just därför är den värd att återge ord för ord i stället för att skrivas om till något tvärsäkert.

Placeringen är också värd en rad. Cannflavinerna är flavonoider, precis som antocyaninerna är en del av flavonoiderna [1]. Samma familj, olika grenar. Det är alltså inte samma ämnen, och cannflavinerna står inte i färguppräkningen. De står i en kemisk inventering av växtens beståndsdelar [2]. Två publikationer, två slags underlag, ett gemensamt familjenamn.

Antocyaninerna hör dessutom till en annan kolumn än de ämnesgrupper som oftast söks kring hampa. Cannabinoider är en egen grupp av växtämnen med sin egen namnlista. Terpener är en annan, med sina egna namn och sina egna rader. Färgämnen, doftämnen och cannabinoider blandas lätt samman i löpande text, men de hålls åtskilda i litteraturen, och de hålls åtskilda här. Fyra grupper, fyra uppställningar, ingen sammanslagning.

Mätt, omätt och det som satsrapporten faktiskt svarar på

Arbetet med cannabinoider har pågått hos oss sedan 2014, och skrivregeln har varit densamma hela tiden: beskriv det som är mätt, namnge det som inte är mätt, och låt analysen tala. Det är också metoden på den här sidan. Färgnamnen, grundstrukturerna, pH-serien, vakuolens spann och de två cannflavinerna står som de står i de citerade arbetena [1][2]. Resten står som en öppen fråga.

Vad betyder det praktiskt? Att en sida om växtfärger inte är samma sak som en innehållsuppgift. Halterna för en bestämd flaska eller en bestämd förpackning kapslar står i satsrapporten som hör till just den satsen, tillsammans med de uppgifter som är tryckta på etiketten. Antocyaniner är ingen post i den rapporten. De är en post i växtkemin.

Söktermer som cbd kapslar leder därför vidare till andra uppslag, där kolumnerna handlar om innehåll och analys i stället för om pigment. Detsamma gäller frågor om co2 extraktion som metod, om vad thc cbd skillnad står för i rent kemiska termer, och om vad som är cbd lagligt i ett bestämt land vid en bestämd tidpunkt. De frågorna har sina egna underlag, sina egna källor och sina egna gränser.

Antocyaninerna hör hemma här, bland grundstrukturer, pH-lägen och en sur kammare inne i cellen. Det är den enda plats där de går att beskriva med underlaget i hand. Björnbäret är karmosinrött, rödkålen violett, blåbäret blåsvart, en del cannabissorter lila [1]. Bakom alltihop ett fåtal strukturer och en serie ordnad efter stigande pH.