Some regularities in the process of anthocyanin extraction from vegetable sources

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This work investigates regularities in the process of extracting anthocyanins from various plant sources in the medium of extractants. For extraction, fresh plant samples were used, including the roots of purple carrots, roots of purple potatoes of the Amethyst variety, fresh fruits of Michurin's aronia, fruits of the garden nightshade, cornelian cherries, blueberries and red cabbage, as well as dried peony petals. The extraction was carried out by infusing the plant material under study in a selected extractant (left overnight). The concentration of anthocyanins was determined spectrophotometrically. It was shown that a 0.1 M aqueous solution of HCl is an effective and environmentally friendly extractant allowing for the extraction of anthocyanins from various sources. Provided that the medium acidity is greater than 1, significant losses of anthocyanins are possible: 5-45% at pH = 2; 33-88% at pH = 3; 41-92% when extracted with distilled water. Acylation does not contribute to an increase in the degree of anthocyanin extraction. The addition of organic solvents (ethanol, acetonitrile and glycerin) can significantly accelerate the anthocyanin extraction in some cases, which is particularly true for cornelian cherries. When using crushed material, the influence of the extractant on the degree of extraction is minimal. Information is presented on the solvatochromic effect, which affects the spectral characteristics of some anthocyanin solutions. It was shown that the shift of the absorption band maximum is the greatest for non-acylated anthocyanins, while decreasing for acylated compounds. The latter is most likely to be associated with the intramolecular copigmentation of acylated anthocyanins in aqueous solutions. When determining the concentration of anthocyanins in solvents with different concentrations of organic additives, the solvatochromic effect should be taken into account. The addition of an organic solvent leads not only to a shift in the absorption band maxima, but also to significant hyperchromic effects. If this effect is ignored, errors in determination of anthocyanins can exceed 70%. This paper proposes a simple and effective approach to considering these effects using a cross-dilution scheme. Therefore, the choice of extractants for efficient anthocyanin extraction from various plant raw materials was experimentally substantiated, and a method for evaluating solvatochromic effects was proposed.

About the authors

Y. Yu. Salasina

Belgorod National Research University

Email: kulchenko@bsu.edu.ru

D. S. Kalinikin

Belgorod National Research University

Email: 1318753@bsu.edu.ru

V. I. Deineka

Belgorod National Research University

Email: deineka@bsu.edu.ru

L. A. Deineka

Belgorod National Research University

Email: deyneka@bsu.edu.ru

References

  1. Trouillas P., Sancho-Gartfa J.C., De Freitas V., Gierschner J., Otyepka M., Dangles O. Stabilizing and modulating color by copigmentation: Insights from theory and experiment // Chemical reviews. 2016. Vol. 116. P. 4937-4982. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00507
  2. Dangles O., Fenger J.-A. The chemical reactivity of anthocyanins and its consequences in food science and nutrition // Molecules. 2018. Vol. 23. Issue 8. 1970. 10.3390/molecules23081970' target='_blank'>https://doi: 10.3390/molecules23081970
  3. Wang H., Cao G., Prior R.L. Oxygen radical absorbing capacity of anthocyanins // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1997. Vol. 45. P. 304-309. https://doi.org/10.1021/jf960421t
  4. Khoo H.E., Azlan A., Tang S.T., Lim S.M. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits // Food & Nutrition Researh. 2017. Vol. 61. Issue 1. 1361779. https://doi.org/10.1080/16546628.2017.1361779
  5. He F., Mu L., Yan G.-L., Liang N.-N., Pan Q.-H., Wang J., et al. Biosynthesis of anthocyanins and their regulation in colored grapes // Molecules. 2010. Vol. 15. Issue 12. P. 9057-9091. https://doi.org/10.3390/molecules15129057
  6. Martm J., Navas M.J., Jimenez-Moreno A.M., Asuero A.G. Anthocyanin pigments: Importance, sample preparation and extraction. In: Soto- Hernandes M., Palma-Tenango M., Gartfa-Mateos R. (eds.) Phenolic Compounds. Natural Sources, Importance and Applications. InTech; 2017. P.117152. https://doi.org/10.5772/66892
  7. Silva S., Costa M.E., Calhau C., Morais R.M., Pintado M.E. Anthocyanin extraction from plant issues: A review // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2017. Vol. 57. Issue 14. P. 3072-3083. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1087963
  8. Ongkowijoyo P., Luna-Vital D.A., de Mejia E.G. Extraction techniques and analysis of anthocyanins from food sources by mass spectrometry: An update // Food Chemistry. 2018. Vol. 250. P. 113126. https://doi.org/10.1016Zj.foodchem.2018.01.055
  9. Khanh N.D. Advances in the extraction of anthocyanin from vegetables // Journal of Food and Nutrition Sciences. 2015. Vol. 3. Issue 1. P. 126134. https://doi.org/10.11648/j.jfns.s.2015030102.34
  10. Garcia-Viguera C., Zafrilla P., Tomas-Barberan F.A. The use of acetone as an extraction solvent for anthocyanins from strawberry fruit // Phytochemical Analysis. 1998. Vol. 9. Issue 6. P. 274-277. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1565(199811/12)9:63.0.CO;2-G
  11. Zuleta-Correa A., Chinn M.S., Alfaro-Cordoba M., Truong V.-D., Yencho G.C., Bruno-Barcena J.M. Use of unconventional mixed Ace-tone-Butanol-Ethanol solvents for anthocyanin extraction from Purple-Fleshed sweetpotatoes // Food Chemistry. 2020. Vol. 314. 125959. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125959
  12. Саввин П.Н., Игнатова К.С., Ломакина А.Э. Особенности выделения антоцианов спиртами алифатического ряда // Вестник ВГУ-ИТ. 2015. N 2. C. 171-174.
  13. Переверткина И.В., Волков А.Д., Болотов В.М. Влияние глицерина на экстрагирование антоциановых красителей из растительного сырья // Химия растительного сырья. 2011. N 2. С. 187-188.
  14. Переверткина И.В., Волков А.Д., Титова Н.И., Болотов В.М. Оптимизация условий экстрагирования антоциановых красителей из растительного сырья // Химия растительного сырья. 2014. N 2. С. 137-141.
  15. losub S.D., Meghea A., Geana I. Solvato-chromic parameters of some anthocyanin derivatives concentrated from selective natural extracts // UPB Scientific Bulletin, Series B: Chemistry and Materials Science. 2014. Vol. 76. Issue 1. P. 25-34.
  16. Lee J., Durst R.W., Wrolstad R.E. Determination of total monomeric anthocyanin pigment content of fuit juices, beverages, natural colorants, and wines by the pH differential method: Collaborative study // Journal of AOAC International. 2005. Vol. 88. Issue 5. P. 1269-1278.
  17. B^kowska-Barczak A. Acylated anthocyanins as stable, natural food colorants - A review // Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 2005. Vol. 14. Issue 2. P. 107-116.
  18. Deineka V.I., Deineka L.A., Saenko I.I. Regularities of anthocyanins retention in RP HPLC for “water-acetonitrile-phosphoric acid” mobile phase // Journal of Analytical Methods in Chemistry. 20115. Vol. 2015. Issue 4. Article ID 732918. https://doi.org/10.1155/2015/732918
  19. He J., Li X., Silva G.T.M., Quina F.H., Aquino A.J.A. Quantum chemical investigation of the intramolecular copigmentation complex of an acylated anthocyanin // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2019. Vol. 30. Issue 3. P. 492-498. https://doi.org/10.21577/0103-5053.20180233
  20. Escribano-Bailon M.T., Santos-Buelga C. Anthocyanin Copigmentation - Evaluation, Mechanisms and Implications for the Colour of Red Wines // Current Organic Chemistry. 2012. Vol.16. Issue 6. P. 715-723. https://doi.org/10.2174/138527212799957977

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».