1. ábra. A flavonoidok csoportosítása

A katáng kék virága, az almák pirosló mosolya, a sárga nőszirmok tengere, az ibolya halványlila szolidsága, a tûzliliom narancsvörös lángja, az erdők zöld nyugalma, ősszel a vörösbarna, lila tarkaság, a téli gyémántcsillogás, és tavasszal a rózsaszín koszorúslányruhába öltözött fák a világ sokszínûségét hirdetik. Mit is érne az életünk a színek, a fény nélkül?

A természet színei bár csodálatosak, nem csak gyönyörködtetésre szolgálnak. Fontos szerepük van. A növények legtöbb hajtása zöld színû. Nem véletlenül. A zöld szín okozójának, a klorofillnak köszönhetően képesek a növények felépíteni saját anyagaikat. Tehát ez a legfontosabb. A mûvészi technikával megfestett virágok felkeltik a beporzást végző rovarok figyelmét, vagy egyszerûen becsapják őket. Hiszen a nektárgyûjtő rovarok élénk színüknek köszönhetően fedezik fel a virágokat, míg a pók vagy szarvasbangó rovarszerû virágáról szerelmi mámorában azt hiszi a szerencsétlen rovar, hogy megtalálta párját. Igaz ugyan, hogy csalódnia kell, de megporozta a virágot! A termések színei azok elterjedését segítik.

A növényi festőanyagok az ember számára is fontosak. Már az ősemberek is harci dísznek használták az erős, festő színû növények nedvét. Később ruhákat, cserepeket díszítettek ezekkel a színezőanyagokkal. A népmûvészetben ma ruhák, szőttesek díszítésére, tojásfestésre használják, de sajnos egyre kevesebb helyen. Szomorú, hogy mindenütt szívesebben használnak mesterséges színezékeket, szintetikus anyagokat, pedig ezek a környezetre és az egészségre egyaránt károsabbak, mint a természetes anyagok.

2. ábra. Flavonvázas színezékek

Csak ritkán hallani a növényi színanyagokról, ezért elhatároztuk, hogy kipróbáljuk, megvizsgáljuk őket. Kiderült, hogy nem az összes növényi színezőanyag használható festésre. Vannak színek, melyek nem állandóak, már a napfény is könnyen kifakítja őket. Ezen kívül savas vagy lúgos hatásra is megváltoztatják színüket. Ilyen például az orvosi tüdőfû vagy a tavaszi lednek virágának színét okozó vegyület is. Megfigyelhető, hogy a virág színe piros, majd lila, végül sötétkék lesz Ez a színváltozás a sejtnedv pH-jának hatására következik be. A savas kémhatás a beporzás után lúgossá válik. Ez a színreakció nem csak a  természetben játszódhat le, laboratóriumban is könnyen előállítható. Mi is elvégeztük a kísérletet.

Egy-egy gázfelfogó hengerbe tüdőfû és fokföldi ibolya virágot tettünk. Azegyik hengerbe sósavat, a másik henger gázterébe nátrium-hidroxid oldatot helyeztünk. A színváltozás néhány perc elteltével jól látható volt. Savas közegben a virágok színe rózsaszín, míg lúgos kémhatáson kék lett.

Milyen vegyület lehet az, ami ilyen csodákat okoz? Először 1682-ben Nehemia Grewwangol természetkutató kísérletezett azzal, hogy forró vízzel és alkohollal kivonja a növények festőanyagait. Később felfedezték, hogy a legtöbb vörös, lila és kék és sárga gyümölcs- és virágszínt egymáshoz hasonló vegyületek okozzák. Ezeket a nem fotoszintetikus pigmenteket Geissman 1952-ben nevezte el flavonoidoknak (1-2. ábra). Ez a név a latin flavus (sárga) szóból ered. A növényvilágban mintegy 750 különböző felépítésû flavonoidot ismerünk. Ide tartoznak a flavonok, flavonolok, antocianidinek, kalkonok, auronok. Szerkezetük a flavonból (2-fenil-benzopirán) vezethetők le. Egymástól a flavonoid csoporthoz kapcsolodó hidroxil-, metoxi csoportok számában különböznek. A növények rendszerint cukorhoz kötve, glikozidok formájában fordulnak elő. A cukormentes flavonoidokat aglikonnak nevezzük. A glikozidáció a sejtnedvben oldhatatlan aglikonok oldhatóságát javítja, valamint stabilitásukat fenntartja.

A flavonok és flavonolok közé, ha csak az aglikont számítjuk, mintegy 280 különböző vegyület tartozik. A flavon alapvázhoz metoxi- és szénhidrogéncsoportok kapcsolódnak. A leggyakoribb flavonolok a kempferol, a kvercetin és miricetin. Glikozidjaik az emberi szem számára csak mérsékelten színes vegyületek, de - a virágok színanyagaiként - a rovarok csalogatásában jelentős szerepet töltenek be. Sőt a fotoszintézisben is szerepet játszanak, elsősorban, mint a pigmentrendszer alkotóelemei.

A másik nagy csoportot az antocianinokképezik. Marquart 1835-ben nevezte el ezeket az anyagokat antociánoknak. Ez a görög szó virágkéketjelent. Mivel a növényekben ezek is glikozidok alakjában fordulnak elő, Wilstatter 1913-ban pontosította az elnevezést antocianinokra. Itt az aglikont antocianidinnek nevezzük. Ezek oxigéntartalmú heterociklikus vegyületek, flaviliumsók. Mivel sósavas közegben nyerik ki az antocianinokat, ezért gyakran klorid alakban írják fel őket. Azonban a természetben a flaviliumkationok szerves savak anionjaival kapcsolódnak. Egymástól a flaviliummaghoz kapcsolódó hidroxil- és metoxicsoportok számában különböznek. Három alap antocianidinre vezethetők vissza: pelargonidinre, cianidinreés delfinidinre. A természetben mindig cukorhoz kötve fordulnak elő. A cukorrész javítja a színanyagok oldhatóságát és a bomlást részben megakadályozza, ugyanis az antocianinok fény és hő hatására könnyen elbomlanak. De fiatal növényi hajtásokban erős lehûlés miatt megjelenhetnek, így ezek a növényi részek lilás árnyalatot nyernek. Míg fölmelegedés után elbomlanak, és az általuk raktározott cukrok az anyagcserében felhasználódnak. A látható színt sohasem egyetlen vegyületnek köszönhetjük, hanem különböző arányban jelenlevő, eltérő szerkezetû antocianinok alakítják ki (3. ábra).

3. ábra. Az antocianinok színárnyalatának alakulása funkciós csoportjaik változása szerint

Kevesen tudják hogy a lakmuszpapír festékanyaga is ilyen természetes indikátor. Egy a Kanári-szigeteken és Észak- Amerikában honos zuzmófajból vonják ki. Ilyen jellegû indikátort majdnem minden (kivéve a sárga) színes virágból, termésből, növényi részből elő lehet állítani.

Mindezek ismeretében láttunk neki, hogy kivonjuk és kipróbáljuk ezeket a természetes indikátorokat (4. a-b ábra):

- retek héjából
- ibolya virágából
- lilahagymából
- sárgarépából
- szederből
- céklából
- meggyből
- vöröshagyma leveléből
- vörös káposztából
- alma héjából
- csipkebogyóból
- narancshéjból
- bodza terméséből
- álkörmös terméséből
- büdöske virágából
- lestyán leveléből
- vasvirágból
- tealevélből
- vérszilva leveléből
- pletyka leveléből
- ribizli terméséből
- málnatermésből
- vörös rózsa virágából
- vörös muskátlivirágból
- kék szőlőből vontuk ki a színanyagokat

Ezek a vegyületek jól oldódnak vízben, alkoholban, hidroxilmentes oldószerben (benzol, éter) azonban nem. Vizes kivonatokat az apróra vágott növényi részek kb. 45 perces (forráspont körüli hőmérsékleten) főzésével, majd ezek szûrésével nyertünk.

Ezt követően megvizsgáltuk hogyan változik a színük a különböző kémhatásokon. Egy hordozható pH-mérő segítségével igyekeztünk a színátcsapás tartományokat meghatározni (1. táblázat). Az indikátorral színezett oldatot sósavval pH=2-ig megsavanyítottuk, majd NaOH oldatot cseppenként hozzáadva figyeltük a színváltozást. Közben folyamatosan mértük a kémhatást. Ahogy az ekvivalenciaponthoz közeledtünk, folyamatosan csökkentettük a lúg koncentrációját. Előfordult, hogy egy csepp NaOH hatására is hirtelen nagyot nőtt a pH. Ilyenkor az oldatot visszasavanyítottuk, és sokkal hígabb bázissal újrakezdtük a lúgosítást, vagy kis töménységû sav hozzáadásával és a pH folyamatos mérésével jutottunk vissza a színátcsapás tartományába. Így használtunk 0,1M, 1M koncentrációjú és 10, 20, 30 tömeg%-os töménységû oldatokat. Később kiderült, jól tettük, hogy eleinte töményebb és kisebb mennyiségû oldatokat adtunk az indikátoroldatokhoz, mert így kevésbé változtattuk meg az indikátor töménységét. A legtöbb kivonat színintenzitása, színárnyalata függ a koncentrációtól, amit leginkább a muskátlikivonat esetében tapasztaltunk.

A legjobb színintenzitású a vörös káposztából készített oldat volt. pH=2-n a színe élénk vörös, ami pH=5-nél bíborra változott. Pontosan a pH=7-n kék lett a színe, ami további egy csepp NaOH oldat hatására már zöldes árnyalatot mutatott (pH=8,3-9,6-ig kékeszöld). pH=9,3 körül már teljesen zöld volt az oldat, ami már nem változott további lúgosítás hatására sem.

Hasonlóan viselkedett még a retekből meggyből, pletykából, bodzából, ribizliből, málnából, rózsából, szőlőből és szederből készített kivonat is. Bár ezek színe nem volt ilyen erős, és más kémhatáson váltottak színt. Pontosan a pH=7-t csak a vörös káposztából nyert oldat mutatta.

Megpróbáltunk utánajárni, milyen vegyületek okozhatják ezeket a színreakciókat. Gondoltuk más kísérletekkel is igazoljuk az előbbi „színes" tapasztalatainkat. Vékony réteg kromatográfiával próbáltuk meghatározni, hogy milyen molekulák alkotják az indikátoroldatokat.

Mit is jelent ez a vizsgálati módszer? A története a század elejére nyúlik vissza, amikor egy orosz botanikus (Cvet) felismerte, hogy ha növényi színanyagok petroléteres oldatát porított kalcium-karbonáttal töltött üvegoszlopra önti és oldószerrel mossa, azt összetevőire lehet bontani. Így az oszlopon különböző sávok alakulnak ki.

4. a-b ábra. Természetes indikátorok készítése zöldségből, gyümölcsből

Mára már sokat fejlődött ez az elválasztási módszer, mely az oldott anyagok két fázisrendszeren (közülük az egyik mozgó) keresztül végbemenő mozgékonyságán alapszik. A rétegkromatográfia egy síkelrendezésû folyadékkromatográfia. Olyan elemzési módszer, ahol egy mozgófázis (oldószerelegy) vándorol a rétegelrendeződésû állófázison (oldószerelegy, ill. szorbens). Különböző sebességgel egy vagy több elválasztandó anyagot szállít magával. Aközben lejátszódó folyamatok közül a legjelentősebb a vándorló vegyületek megoszlása a két fázis között. A folyamat során több fizikai jelenség is végbe mehet ugyanazon a szorbensen (pl. adszorpció, megoszlás, ioncsere ). A használt szorbens szerkezete határozza meg, hogy melyik jelenség lesz az uralkodó. Adszorbens esetén az adszorpció az elválasztás alapja (fogalmazza meg dr. Tyihák Ernő: A rétegkromatográfia címû zsebkönyvében).

Mi is ezt alkalmaztuk. Butanol, ecetsav és víz 4:1:2 arányú elegyével futtattuk a szilikagéllemezekre (Merck, 13,2x20 cm és 11,1x16,7 cm) felvitt oldatokat. Az egységes gőztér létrehozásához futattókamrának üvegkádat, és a lezárásához csiszolt üveglapot használtunk. Pontos kísérleteket csak standard színanyagokkal végezhettünk volna, vagyis ha a keresett anyagokat is futtatjuk az oldatok mellett. Erre nem volt lehetőségünk, így kénytelenek voltunk az irodalomban megadott értékekhez viszonyítani a tapasztalatainkat. Megmértük a starttól az oldószerfront és a színanyagok vándorlási távolságát. A kettő aránya az ún. Rm (relatív mobilitás) érték. Ezeket visszakeresve megkaptuk, milyen anyagokat tartalmazhatnak az indikátoroldatok. Így azonban téves eredményekre is juthattunk volna, ezért egyeztettünk a szakkönyvek leírásaival. Helyesen mutattuk ki, hogy a rózsafélék úgy, mint a meggy, a vadrózsa tartalmaznak cianidint és kvercetint(ennek az antocianidinje a cianidin). Hogy a meggy és az alma kempferolt, az ibolya malvidintés a szeder kvercetint tartalmaz, a vérszilva, vörös káposzta és a pletyka levele, a bodza, az álkörmös és a szőlő termése delfinidin tartalmúak, a tea levélben malvidin található, míg a büdöskében peonidin van, és a vasvirágban cianidin a színanyag. A lemezen jól látszik egy foltsáv, ami a meggyben, a szederben, a káposztában és a lilahagymában valószínûleg ugyanazt a vegyületet jelzi, hiszen színük megegyezik, és az Rm-értékük azonos. A retek oszlopában ugyanilyen magasságban található folt nem lehet ugyanaz a vegyület, mert más a színe, de típusukban biztosan egyeznek. Az egyező vegyületek miatt az oldatok hasonló tulajdonságúak lesznek. Ezeket az oldatokat, a színátcsapás-vizsgálatkor is említettük, hogy hasonló változással reagálnak a különböző kémhatásokra. A kétféle hagyma rokonságát egyértelmûen tükrözik az egyforma magasságban lerakódott sárgás vegyületeik. Kimutattuk, hogy a vörös káposzta, a vérszilva, a pletyka, a szőlő, a bodza és az álkörmös azonos színanyagot tartalmaznak. A kivonatok indikátorként is hasonlóan viselkednek.