KOLORY RÓŻY,  MALOWNICZA KAPUSTA

Roślinne wskaźniki pH

Wiele roślin zawiera naturalne barwniki mające właściwości wskaźników pH. Niektóre nazywane są nawet roślinami wskaźnikowymi, pozwalającymi na określenie kwasowości gleby. Np. kwiaty niezapominajki na podłożu kwaśnym mają wyraźnie różowy odcień w odróżnieniu od niebieskich kwiatów rosnących na podłożu alkalicznym (dotyczy to jednak tylko tych roślin, które kwitną po raz pierwszy; niezapominajka jest rośliną wieloletnią). Barwniki większości kwiatów i warzyw są najczęściej antocyjanami będącymi pochodnymi flawonu:

W zależności od kombinacji ugrupowań, antocyjany zaliczane są do kilku podgrup: cyjanidyn, peonidyn, delfinidyn, petunidyn, malwidyn, pelargonidyn. Niektóre grupy OH związane są z resztami różnych cukrów.

Najbardziej znane są właściwości barwników z liści czerwonej kapusty. Do badań można posłużyć się po prostu ekstraktem wodnym (zmielone liście zalane niewielką ilością wrzącej wody). Mieszanina tych barwników ma wyjątkowo szeroki zakres zmiany barwy, co pozwala na wygodne oznaczanie kwasowości różnych roztworów. Ekstrakt z liści kapusty jest jednak nietrwały i bez kłopotliwego oczyszczenia nie nadaje się do dłuższego przechowywania. Na zdjęciu poniżej: ekstrakty wodne potraktowane rozcieńczonymi roztworami kwasów, hydrolizujących soli i zasad. Warto zwrócić uwagę na niezwykłą czułość wskaźnika. Wyraźną zmianę barwy powoduje kwas borowy, którego właściwości kwasowe są skrajnie słabe (stała dysocjacji zaledwie rzędu 10^-10). Można sprawdzić, że żaden z dostępnych w handlu "uniwersalnych papierków wskaźnikowych" nie jest w stanie wykryć tak słabych właściwości kwasowych. Jeśli w kuchni podczas sporządzania sałatki z kapusty, w zlewie pozostaną przypadkowo skrawki warzywa, to po pewnym czasie ich kolor zmienia się na niebieski. Woda wodociągowa na skutek niewielkich ilości hydrolizujących wodorowęglanów m.in. Ca(HCO₃)₂ , ma wyraźnie zasadowy odczyn. W literaturze brak jest wzmianek o strukturze żółtego barwnika, w środowisku silnie zasadowym. Prawdopodobnie jest to produkt degradacji antocyjanów pod wpływem NaOH. 

HCl	CH3COOH	H3BO3	woda
CH3COONa	NaHCO3	Na2CO3	NaOH

Od pewnego czasu jakość dostępnych w obrocie uniwersalnych papierków wskaźnikowych jest skandalicznie zła! W zakresie pH 4-8 w praktyce bardzo trudno jest dostrzec zmianę odcienia barwy. Szkoda, że antocyjany kapusty są mało stabilne (prawdopodobnie z powodu obecności zanieczyszczeń enzymatycznych), a prócz tego w zależności od warunków uprawy, zmienia się ich skład - a w związku z tym, również odcień barwy przy danej wartości pH. Poniżej: na tle bibuły nasyconej roztworem "kapa", umieszczono paski na które naniesiono roztwory różnych substancji.

Mniej znane są właściwości barwników wielu popularnych kwiatów. Do ich zbadania należy sporządzić ekstrakty alkoholowo-wodne z płatków świeżych kwiatów: róży (można w tym przypadku użyć roślin suszonych lub naparu z herbaty owocowej), maków polnych, tulipanów itp. Zbadać barwę ekstraktów w środowisku silnie kwasowym (HCl), słabo kwasowym (kwas octowy lub kwas borowy), słabo zasadowym (NaHCO₃) i silnie zasadowym (NaOH). Większość z nich przyjmuje zabarwienie czerwone w środowisku kwasowym, a zielone lub niebieskie w środowisku zasadowym. Ekstrakty acetonowe i alkoholowe większości kwiatów są nietrwałe i ich barwa dość szybko zanika. 

Technika "hodowli kwiaciarnianej"  kwiatów o nietypowych kolorach (np. niebieskie róże) jest utrzymywana w tajemnicy. Podobno niezwykłe barwy hortensji i goździków powoduje dodatek ałunu glinowego do wody w wazonie z ciętymi kwiatami, lub jego dodatek do gleby upraw.

Bogactwo barw kwiatów wynika zarówno z różnorodności cukrowych reszt glikozydowych wchodzących w skład antocyjanów, jak i wpływu pH soku roślin, obecności jonów metali (Al, Fe) tworzących z antocyjanami barwne kompleksy, a wreszcie z powodu obecności innych barwników: karotenoidów, ksantofilów i chlorofilów. To właśnie kolejne stopniowe zanikanie niektórych mniej odpornych składników barwnych roślin jest powodem malowniczych zmian kolorów liści jesienią.

Niekiedy próba opisu podobnych zjawisk przyrodniczych, dokonywana przez ludzi o nastawieniu humanistycznym, bywa irytująco niezrozumiała dla przyrodników. Charakterystycznie zgryźliwy komentarz do takiego opisu podał Linus Pauling.

“W grupie ludzi interesujących się faktami i ideami mamy, oczywiście, większość naukowców, a także sporą liczbę ludzi nie będących naukowcami, a myślącymi w ten sam sposób, pomimo braku przygotowania naukowego. W innej grupie - tych zainteresowanych słowami - mamy nieco naukowców, a także wielu nie-naukowców.
Pamiętam czytaną kiedyś książkę o filozofii, w której autor rozważał, strona po stronie, zagadnienie:
Czy jeśli jest liść na drzewie, i widzimy, że jest zielony na wiosnę i czerwony jesienią, to czy to jest ten sam liść, czy też inny? Czy zasada liściowatości ciągle w nim jest?
Słowa, słowa, słowa, ale nie: “chlorofil” i “ksantofil”, właściwe w odniesieniu do tego, co stało się z liściem - te wyrazy po prostu wcale się nie pojawiły”.

Linus Pauling: noblista, kontrowersyjny i najbarwniejszy chemik XX wieku. Historię "wyścigu" badań o rozszyfrowanie struktury DNA można znaleźć w ostatniej z cytowanych pozycji literatury. Jest to kapitalnie napisana książka, którą znać powinien każdy chemik. 

 

Interesujące jest porównanie właściwości barwników różnokolorowych odmian kwiatów tego samego gatunku, jak również barwników owoców i warzyw (czarne jagody, jeżyny, buraki, łuski czerwonej cebuli). (F chromatografia barwników roślinnych).

LITERATURA
Kurier Chemiczny, 1991, Nr 5, s. 19. [“Kolor róży”]
Wiadomości Chemiczne, 223, 47 (1966). [“Flawonoidy w żywności”]
J.Chem.Educ., 71, 682 (1994), 73, 306 (1996), 74, 1176A, B (1997). [Antocyjany]
J.Chem.Educ. 73, 306 (1996). [Antocyjany, analiza chromatograficzna]
J.Chem.Educ., 41, A61 (1964). [Wskaźniki pH z warzyw i owoców]
J.Chem.Educ., 68, 588 (1991). [Kolorowe ślady z soku czerwonej kapusty]
J.Chem.Educ., 43, A124 (1996). [Synteza soli flawyliowej]
S.Zalewski (redaktor), “Technologia przyrządzania potraw”, Wyd. SGGW-AR, Warszawa 1978, s. 78. [Zmiany barwy owoców i warzyw podczas przygotowywania potraw]
http://photoscience.la.asu.edu/photosyn/education/colorchange.html
http://www.esf.edu/pubprog/brochure/leaves/leaves.htm zmiany barw liści jesienią
H.W.Roesky, K.Möckel, “Niezwykły świat chemii”, Wyd. Adamantan, Warszawa 1998, s. 148. ["opis" zmian barw liści]
R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands, “Feynmana Wykłady z Fizyki”  tom1 cz.1,  PWN, Warszawa 1971,  s. 243.  [“Teoria względności a filozofowie”– złośliwe uwagi fizyka-noblisty o filozofach]
J.D. Watson, “Podwójna helisa”, Wyd. Prószyński i S-ka, Warszawa 1997.  http://www.proszynski.pl/ksiazki/fiszki/138.html 

Tomasz Pluciński
nowy adres:  tomasz.plucinski@ug.edu.pl