Пигменты цветов

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например.
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!

Публикация статьи произведена при поддержке бюро переводов «Дружба Народов». В широкий спектр предложений бюро переводов «Дружба Народов» входят услуги технического, юридического, медицинского и устного перевода на 240 языков и диалектов. Профессионализм и высокая квалификация специалистов бюро переводов «Дружба Народов», обеспечивают выполнение услуг, способных удовлетворить требованиям самого взыскательного клиента. Узнать больше о предложении бюро переводов «Дружба Народов» и получить бесплатную онлайн консультацию по интересующим Вас вопросам можно на сайте http://www.druzhbanarodov.com.ua

Пигменты. Какие они бывают

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Цвет волос мы сравниваем с золотистыми колосьями хлеба, а цвет глаз – с синими васильками. Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый, индиго – тоже происходят от названий растений.

Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни? Можно ли цветом лечиться?

Конечно же, если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты. Растительные пигменты являются предметом исследования многих научных дисциплин. Предмет физической химии – выделение пигментов из растений и определение их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, физиология изучает их локализацию и миграцию в органах растений, хемотаксономия использует наличие разных пигментов для классификации растений.

Цвет определяется способностью пигмента к поглощению света. Электромагнитные волны с длиной волны 400–700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. Волны длиной 400–424 нм – это фиолетовый цвет, 424–491 – синий, 491–550 – зеленый, 550–585 – желтый, 585–647 – оранжевый, 647–740 нм – красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм – ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм – инфракрасная область спектра. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13–15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.

Если свет, падающий на какую-нибудь поверхность, полностью от нее отражается, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощаются, поверхность воспринимается как черная. Если же поглощаются только лучи определенной длины, то отражение остальных создает ощущение цвета. Например, кожура апельсина поглощает лучи синей части спектра. И мы видим апельсин оранжевым.

Окраска не всегда обусловлена избирательным поглощением света. Так металлический цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. Но в большинстве случаев ответственными за окраску являются пигменты.

Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. В большинстве случаев «ответственными» за появление окраски являются определенные участки этих молекул, называемые хромофорами. Обычно хромофорный фрагмент состоит из группы атомов, объединенных в цепи или кольца с чередующимися одинарными и двойными связями (–С=С–С=С–). Чем больше таких чередующихся связей, тем глубже окраска. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды и темные меланины. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.

А еще цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии с различными веществами. Поэтому важное значение имеет химический состав клеток, особенно вакуолярного сока. Наконец, окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета…

В растительном мире широко распространен белый цвет: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Белый красящий пигмент называется бетулин. Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы в тот прекрасный белый цвет, которым мы все восхищаемся. Но у других растений причиной белой окраски, например венчиков, являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белый цвет им придает. воздух. В этом можно убедиться несколькими способами (Опыт 1).

А что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.

Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья своим цветом тоже обязаны антоцианам. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.

Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.

В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов (Опыт 2). При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.

Рассмотрим теперь желтые пигменты, которые широко распространены в мире растений, но в некоторых случаях маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.

Группа пигментов, способных придать клетке желтый или желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна – это каротиноиды, флавоны, флавонолы и некоторые другие. Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. В растениях они содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветках кислицы, кореопсиса, львиного зева. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток. Названия этих пигментов обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены. Например, кверцетин – пигмент коры и плодов дуба.

У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Название этой группе, в честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, дал биохимик растений М.С. Цвет. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах.

Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. У каротиноидов невозможно выделить какой-нибудь один характерный хромофорный фрагмент, потому что их молекулы включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины, – цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.

Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец. А вот по концентрации каротиноидов чемпионами являются плоды абрикоса, корнеплоды моркови и листья петрушки.

Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено два вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), два флавонола, в том числе кверцетин и несколько флавонов, например лютеолин – пигмент анютиных глазок.

А как обстоит дело с черными пигментами? Абсолютно черного пигмента у растений нет. В кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков, черном чае, чаге (березовый гриб) содержатся черно-коричневые пигменты группы меланинов. Но в большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках или плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов.

Плоды черники, бузины черной, крушины выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет.

Коричневый цвет обусловлен накоплением в клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого пигмента кверцетина.

Причиной появления коричневой и черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные вещества из группы катехинов. При окислении особыми ферментами они полимеризуются и дают «пищевые» дубильные вещества, окрашенные в красный и коричневый цвета. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах, листьях (чай).

Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листь-ях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурного порфиринового цикла, связанного с ионом магния, в чем можно убедиться, проведя простой опыт (Опыт 3).

Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. Для растворов хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла b) и красной (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла b) областях спектра. Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Голубые, желтые, оранжевые лучи поглощаются в гораздо меньшей степени, и их суммарное поглощение определяется общим количеством хлорофилла. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасной областью. Это так называемые дальние красные лучи.

Избирательное поглощение хлорофиллом лучей разной части спектра можно пронаблюдать на опыте (Опыт 4) – по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке наблюдается изменение окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Значит, правы те, кто видел в густом лесу красное свечение, исходящее из-под полога леса.

Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в разнообразии окрашивающих лист пигментов можно на опыте (Опыт 5).

Таблица. Красители из растительного материала

Пигменты растений

Исследовательская работа к НПК

Скачать:

ВложениеРазмер
pigmenty_rasteniy.docx112.04 КБ

Предварительный просмотр:

МАОУ «Лицей № 15 имени Героя Советского Союза Н.Н.Макаренко» г.Кызыла Республики Тыва

XIII научно-практическая конференция младших школьников

Исследовательская работа на тему

ученица 3 «Б» класса лицея № 15

Ооржак Сан-Хаяа Мергеновна

Сат Елена Макаровна

  1. Теоретическая часть………………………………………………………..
  1. Пигменты растений………………………………………………………..
  1. Пигменты растений в качестве индикаторов……………………………
  1. Использование растительных пигментов……………………………….
  1. Практическая часть………………………………………………………….

Красота окружающего растительного мира восхищает нас огромным богатством цветов и оттенков. Мы часто задаем себе вопросы. Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни?

Растительные пигменты являются предметом многих исследований. Они касаются выделения пигментов из растений и определения их химического строения, изучения процессов, приводящих к образованию окрашенных веществ, изучения их нахождения и миграции в органах растений, использования наличия разных пигментов для классификации растений. В связи с этим, изучение растительных пигментов растений, произрастающих в Туве и их применение в составе различных продуктов является актуальным.

Целью работы являлось изучение свойств пигментов в растениях, произрастающих на территории республики, а также их применение в составе косметических средств.

  1. Изучение пигментов плодов облепихи, брусники, цветов фиалки и хвои можжевельника;
  2. Выделение пигментов и вытяжек из растений для их использования в изготовлении натурального мыла.

Предмет исследования: растительные пигменты.

Объект исследования: плоды облепихи, плоды брусники, цветы фиалки и хвоя можжевельника.

Предмет исследования: растительные пигменты.

Объект исследования : плоды облепихи, плоды брусники, цветы фиалки и хвоя можжевельника.

Гипотеза: 1. В растениях присутствуют красящие органические вещества – пигменты. В плодах облепихи каротиноиды придают оранжевую окраску, в плодах брусники и цветах фиалки антоцианы придают темно-красную и фиолетовую окраску, соответственно. В хвое можжевельника хлорофиллы имеют зеленую окраску.

2. Пигменты растений в составе натурального мыла оказывают благоприятное воздействие на кожу рук: смягчающее, витаминизирующее, ранозаживляющее, противовоспалительное и др.

Пигменты — органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их .

Эти соединения, обладают способностью поглощать и преобразовывать световую энергию в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра [1]. Они расположены в хлоропластах и хромопластах. Известно более 150 стойких пигментов. Многие из них важны для фотосинтеза и являются источником витамина А.

Каждая из групп растительных пигментов представлена несколькими отличающимися по химическому строению, окраске и поглощению света пигментами. Например, к группе флавоноидов относят антоцианы, определяющие красную, синюю, фиолетовую окраску цветов; флавоны, флавонолы, ауроны и халконы — жёлтую и оранжевую. Пигмент группы флавоноидов кверцетин содержится в коре дуба, катехин – в листьях чая. Пигмент группы каротиноидов рубиксантин содержится в плодах шиповника. [13].

Каротиноиды окрашивают растения в желтый, оранжевый или красный цвет. Флавоны и флавонолы – одни из самых распространенных растительных пигментов. Нет растения, где бы они ни были обнаружены. В природе флавоны и флавонолы являются основными пигментами, обеспечивающими желтую цветовую гамму плодов и цветов [5].

Халконы и ауроны – другие красители желтого цвета – близки по строению к флавонам. Встречаются они значительно реже. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветах кислицы, кореопсиса и львиного зева. Как и некоторые люди, эти красители совершенно не переносят курильщиков и краснеют, если их окуривать сигаретным дымом. В процессе биосинтеза в растениях именно из халконов образуются флавоны, флавонолы и ауроны [1].

Меланин — пигмент, встречающийся как в клетках растений, так и животных. В частности, он придаёт чёрный и коричневый цвет волосам. Отсутствие меланина в клетках делает животных и человека альбиносами. В организме животных меланин обладает иммуномодулированием и генопротекторной защитой. В растениях содержится в кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков [9].

Фитохром – голубой растительный пигмент белкового строения, контролирует процессы цветения и прорастания семян. У одних растений ускоряя цветение, у других — задерживая. Фитохром играет роль «биологических часов» растения, механизм действия пока не изучен. Известно, что строение пигмента меняется в зависимости от светлого и тёмного времени суток, сигнализируя об этом растению.

Антоцианы — придают растениям окраску от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла. При этом окраска листьев растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов.

Красная окраска — у маков, роз, герани, синяя — у васильков, голубая — у колокольчиков обусловлена наличием пигмента антоциана. Плоды винограда, слив, терна, краснокочанной капусты, свеклы также окрашены антоцианом.

Антохлор — пигмент жёлтого цвета. Встречается в клетках кожицы лепестков первоцвета (баранчики, примула), льнянки, жёлтого мака, георгины, в плодах лимонов и других растениях.

Антофеин — редко встречающийся пигмент тёмного цвета. Вызывает окраску пятен на крыльях венчика у русских бобов.

Основная роль пигментов придать растениям яркую привлекательную окраску, привлекая птиц и животных для разнесения семян [4].

Игра пигментов – естественных красителей цветов

Почему красный цветок – красный, почему синий цветок – синий, почему черный цветок никогда не бывает идеально черным?
Попробуем разобраться, что в цветках растений отвечает за цвет, оттенок, насыщенность, стойкость к внешнему воздействию.
За все это отвечают органические соединения – флавоноиды.
Их огромное количество и разнообразие, дает возможность к существованию многих тысяч оттенков окраски цветов. Природа никогда не создает ничего просто так, и все эти пигменты созданы природой совсем не для ублажения глаза человеческого, все флавоноиды несут определенные функции, нужные для роста, размножения и устойчивости к внешней среде. Это уже для нас, людей, цветы являются олицетворением прекрасного, с помощью цветов мы интуитивно прикасаемся к природе, радуемся и восхищаемся ее гармонии. Но вернемся к химии, ведь всю игру красок с тысячами оттенков в цветках определяют органические соединения, синтезируемые самими растениями из химических элементов, число которых может даже не превосходить и десятка, а зачастую ограничивается количеством пальцев одной руки. Флавоноиды защищают растения от избыточного излучения, в том числе губительного ультрафиолетового, вторжения различных патогенов, холода, резких колебаний температуры, химически агрессивной внешней среды, а также внося яркую расцветку, привлекают опылителей.
Начнем с белого цвета. Цветы не содержат никакого пигмента белого цвета. Этого белого пигмента, который бы мог содержаться в цветах, просто не существует в природе. Белый цвет всех белых цветков образуется в результате равномерного отражения и рассеивания света. Аналогию можно провести между цельным льдом и снегом. Лед прозрачный, а снег белый. Т.е. за белые цветки у растений отвечают гены « отсутствия пигмента». Именно поэтому белые цветки наименее устойчивы к воздействию внешней среды. Большая часть пигментов флавоноидов несут главную свою функцию – это защита от воздействия внешних условий, и наличие и концентрация их в цветке обуславливает стойкость цветка. Но так ли безнадежны белые цветы? Можно ли вывести стойкие белые цветы? Конечно можно. Существуют бесцветные флавоноиды.
Но большая часть всех флавоноидов имеет свойство поглощать и отражать излучение в определенном спектре света, что и обуславливает их различные цвета и оттенки.
Известно несколько тысяч флавоноидов, их можно отнести к нескольким группам по химическому строению.
Не будем углубляться в химию, а рассмотрим основные флавоноиды, отвечающие за цвета:
Антоцианы, антоцианидины (antos – цветок) – имеют самый большой коридор оттенков от красного, пурпурного до фиолетового. При гидролизе антоциана образуется соответствующий антоцианидин, поэтому далее где будет написано «антоциан», также будет предусматривать и о антоцианидинах. Основные: пеларгонидин, цианидин, пеонидин, дельфинидин, петунидин, мальвидин. Обратите внимание на названия. Эти названия связаны с названиями цветов, в которых они обнаружены.
Флавоны, флавонолы (Flavus -желтый) – имеют желтые оттенки.
Плюс, антоцианы могут образовывать в свою очередь связи с флавонами и флавонолами. Это свойство дает еще большую палитру красок этих сложных соединений.
Большинство антоцианов не устойчивы к прямому солнечному свету и высокой температуре. Именно поэтому красные цветы на многих растениях быстрее выцветают.
Флавоны и флавонолы более устойчивы. В одном цветке могут содержаться десятки различных флавоноидов, наличие большего количества различных флавоноидов делает цветок более устойчивым к внешним условиям и насыщенным цветом.

Черного пигмента, как и белого тоже не существует. Черного спектра света нет, т.е. черный» свет» – это отсутствие света, весь видимый спектр поглощается. Черный цвет получается в результате поглощения различного спектра света разными флавоноидами, находящимися в цветке в очень высокой концентрации. Например, сорт стрептокарпуса DS-Готика содержит большое количество различных пигментов. В результате он имеет почти черный цвет, очень стойкий к внешней среде, и в процессе роста бутонов количество флавоноидов только увеличивается, что только добавляет цветку насыщенности.

Флавоны и флавонолы поглощают ультрафиолетовый свет, и защищают цветок от выгорания. Именно поэтому горные цветы часто имеют желтый цвет. И для получения более насыщенного желтого цвета очень часто способствует ультрафиолетовое излучение или усиленное излучение в крайнем фиолетовом спектре. Можете с помощью бактерицидных ламп или ламп для подсветки растений в аквариумах поэкспериментировать со своими растениями, имеющими желтые цветы. Вполне вероятно, что концентрация желтого пигмента увеличится. Также синтез желтого пигмента стимулируют суточные перепады температуры. Резкие понижения температуры ночью могут сильно увеличить концентрации флавонов и флавонолов.

Свойства антоцианов изменять оттенок дает самую большую гамму разнообразных расцветок, игры красок. Они могут меняют свой оттенок в зависимости от кислотности среды. В щелочной среде цвет смещается к синему, в кислой – к розовому. Поэтому, при разной кислотности в субстрате одно и тоже растение может иметь несколько различные оттенки цветов. Все просто, хотите яркий красный цвет – тогда субстрат не должен иметь щелочную реакцию. Хотите яркий синий цвет – тогда субстрат должен быть нейтральным. Почему нельзя субстрат делать щелочным? В щелочной среде ухудшается усвоение микроэлементов, а они входят в активные соединения и отвечают за синтез различных ферментов, катализаторов, необходимых в свою очередь для синтеза флавоноидов. Все химические процессы в растении взаимосвязаны. Поэтому для достижения ярких расцветок необходима подкормка микроэлементами, желательно в хелатной форме. Низкая температура благоприятно действует на накопление антоцианов, высокая же температура может разрушать антоцианы. Поэтому, чем ниже температура, тем выше будет яркость цветов.
Также для синтеза антоцианов благоприятно способствует большое количество рассеянного света, но прямой солнечный свет может их разрушать. Есть еще зависимость оттенков от взаимодействия антоцианов с различными металлами. Практика показывает, что при изменении соотношения макро металлов (магний, кальций, калий) в субстрате, оттенки цветов значительно меняются. Так усиленная подкормка растений магнием и кальцием дает насыщенность в синем спектре. А усиленная подкормка калием дает красные оттенки. Избыток же кальция уменьшает насыщенность любого цвета. Но это, скорее, можно объяснить влиянием не самого кальция, а ухудшением усвоения растением других необходимых элементов. Хотите яркие синие оттенки – подкормите растение сульфатом магния. Хотите красные – используйте для полива мягкую воду и монофосфат калия.
Огромное количество различных антоцианов, их соединения с металлами, флавонами и флавонолами, различные комбинации их совместного взаимодействия и сосуществования дает огромные возможности селекционерам для создания сортов с яркими, насыщенными, стойкими к внешним воздействиям цветами. Природа создала кирпичики красоты, и дала возможность селекционерам для творческого строительства.

Автор статьи Павел Еникеев.

При полном или частичном использовании любых материалов обязательна гиперссылка на наш сайт.

Пигмент, цветок, цвет, цветы, оттенок, антоциан, антоцианидин, красный, флавоноиды, насыщенность, устойчивость цветов.

Растительные пигменты: палитра матушки-природы

Почему одуванчики жёлтые, а фиалки – синие? Люди всегда восхищались великолепием цветущих садов и лугов, но мало кто знает все секреты одной из величайших природных красот земли. Их разнообразие безгранично. Оттенок цветка определяется теми же причинами, по которым человек может родиться с чёрными или светлыми волосами, иметь голубые или зеленые глаза. Генетика.
Процесс формирования пигментов определяет цвет зелени, цветков и плодов, и сам определяется в наследственном геноме растения. Науке известно огромное множество пигментов, причём некоторые из них встречаются только в одном виде или семействе. Их сочетания дают разнообразнейшую палитру, а отсутствие – белый цвет.

Хлорофилл

Это самый известный пигмент, которому обязан этот зеленый цвет, который мы видим на листьях и листве. Что еще более важно, позволяя растениям производить кислород во время фотосинтеза, он имеет решающее значение для поддержания жизни на земле.

Каротиноиды

Каротин – это пигмент, который поглощает синий свет и который обеспечивает насыщенные жёлтый и оранжевый. Цвета манго, моркови, осенних листьев и батата обусловлены различными формами каротина.
Ликопин, кантаксантин и астаксантин имеют сходную структуру с каротином. Красные цвета томатов, гуавы, красного грейпфрута, папайи, шиповника и арбуза свидетельствуют о наличии ликопена .
Кантахантин придаёт розовый цвет фламинго, некоторым ракообразным, лососю и форели. Астаксантин раскрашивает в красные цвета варёных раков и омаров, лещей, форелей и некоторых моллюсков. В живом животном астаксантин связан с белками и особо не проявляется.

Примеры растений, окрашенных каротиноидами:

α -, β-каротинМорковные, желтые и оранжевые фрукты, зелёные листья
Лютеинзеленые листья (капуста, шпинат и т.д.), цветы календулы
КапсантинПаприка (болгарский перец)
КапсорубинПаприка (болгарский перец)
КантахантинГрибы лисички, крабы, перья фламинго
КриптоксантинАпельсины
ЗеаксантинПаприка (болгарский перец), физалис, зелёные листья
КрокетинШафран
ЛикопенТомат, шиповник, календула

Флавоноиды

Флавоноиды – желтые пигменты, наиболее заметные в лимонах, апельсинах, и грейпфрутах. Само их название происходит от латинского слова “flavus”, что означает желтый. Флавоноиды в цветках и плодах сигнализируют насекомым, птицам и зверям: здесь есть, чем поживиться! Флавоноиды сосредосточены в цитоплазме и пластидах. Многие продукты, которые мы едим, включая темный шоколад, клубнику, чернику, корицу, пекан, грецкие орехи, виноград и капусту, содержат флавоноиды. Эти вещества, кстати, весьма полезны: понижают уровень холестерина и много имеют антиоксидантные свойства. Проантоцианиды и теафлавины – красновато-коричневые пигменты. Они, например, ответственны за цвет чая. Цветы красного, розового, голубого и пурпурового оттенков окрашены главным образом антоцианинами. Дело в том, что антоцианин меняет цвет от красного и пурпурного до ярко-синего, в зависимости от кислотности. Ипомея, (также известная как «Японская Утренняя Слава» или Ipomoea tricolor) меняет цвет с фиолетового на синий в зависимости от времени суток.
Черника, клюква, ежевика, красная малина, чёрная смородина, вишня, кожура баклажанов, черный рисом, виноград, красная капуста и фиалка, красные и фиолетовые оливки — все они обязаны своим цветом этому пигменту.

Проантоцианидины связаны с бежевым цветом семян фасоли, а также с оттенками черного, красного, коричневого. Это то самое вещество, которое придаёт красному вину такой изысканный цвет.

Примеры растений, окрашенных антоцианами:

ЦианидинВасильки, маки, красные розы, вишня, красная капуста
ДельфинидинЖивокость, аконит (монкшуд), колокольчики, лен, анютины глазки, лаванда, сладкий горох
ПеларгонидинПеларгонии, смородина, настурция, оранжевые георгины
ПаеонидинПионы
ПетунидинПетунии
МальвидинМальва (холлихок), синий виноград

Примеры растений, окрашенных флавоноидами:

Апигенинльвиный зев, ромашка, желтые георгины
ЛютеолинРезеда, веник Дайера, желтая наперстянка, георгин, петрушка .
КемпферолЯгоды крушины, личинка, ягоды терновника
КверцетинБархатец, желтофиоль(валльфлауэр), анютины глазки, яблоня, груша, абрикос, вишня, смородина и многие цветущие растения,
МоринЭкстракт желтой древесины из тутового дерева
РобинетинБелая акация
ГоссипетинХлопок, Гибискус
Мирицети нСмородина, картофельные цветы, гамамелис

Беталаины

Как и каротиноиды с флавоноидами, беталаины также играют важную роль в привлечении животных к цветам и фруктам. Они воспроизводят похожую гамму цветов. Беталаины состоят из двух подгрупп: красно-фиолетовые (бетацианин) и желто-оранжевые (бетаксантин) пигменты. Они встречаются только в нескольких семействах растений причём всегда независимо от антоцианов. Например, глубокий красный цвет свёклы обусловлен содержанием целой коллекции этих пигментов (бетанин, изобетанин, пробетанин, и необетанин).
Сегодня бетацианины – это распространённые пищевые красители. Betalains дают начало к своеобразнейшему глубокому красному цвета свеклы. Другими пигментами, содержащимися в свекле, являются индикаксантин и вульгаксантины (вариации желтых и оранжевых пигментов, известных как бетаксантины). Беталаины также придают малиновую окраску цветкам амаранта (класс Кариофиллов).

Интересно, что беталаины встречаются только в одной подгруппе цветковых растений (Кариофиллы или Centrospermae). Бугенвиллея, некоторые кактусы и амарант – всё это примеры из одного семейства. Эти растения потеряли или никогда не имели генов для синтеза других растительных пигментов. Зато гены для синтеза беталаинов неожиданно нашлись в обыкновенном мухоморе (muscaria Amanita), где производят лиловые и жёлтые пигменты.

Антоцианы: секреты цвета

Несколько столетий назад началась одна из самых интересных и красивых историй в биологической науке — история изучения цвета у растений. Растительные пигменты антоцианы сыграли важную роль в открытии законов Менделя, мобильных генетических элементов, РНК-интерференции — все эти открытия были сделаны благодаря наблюдениям за окраской растений. На сегодняшний день биохимическая природа антоцианов, их биосинтез и его регуляция достаточно подробно исследованы. Полученные данные позволяют создавать необычно окрашенные сорта декоративных растений и сельскохозяйственных культур. Голубая роза — теперь уже не сказка.

Что такое антоцианы? Немного о химии

Последнее время в российских и зарубежных СМИ часто появляются сообщения о чудо-фруктах, чудо-овощах и чудо-цветах с необычной окраской, которая или не встречается у данных видов растений, или встречается, но очень редко. Фурор среди российской общественности недавно произвела новость о новом сорте картофеля «Чудесник» с фиолетовой окраской мякоти, созданном селекционерами из Уральского НИИ сельского хозяйства (рис. 1). В числе овощей с непривычной для нас фиолетовой окраской можно также упомянуть капусту, перец, морковь, цветную капусту. Заметим, что все допущенные к выращиванию в коммерческих целях сорта фиолетовых овощей, фруктов и злаков были созданы в ходе селекционной работы, это не генномодифицированные сорта.

Еще один пример — голубая роза, мечта не одного поколения селекционеров и садоводов. До 2004 года синие бутоны у розы можно было получить лишь с помощью химических красителей, например индиго, которые впрыскивали в корни белой розы (см. «Химию и жизнь», 1989, №6). В 2004 году методами генетической инженерии впервые в мире была получена настоящая голубая роза (рис. 2).

Эти и другие смелые манипуляции с окраской, которые пресса называет «чудесами», стали возможными благодаря всестороннему исследованию природы антоциановой пигментации и генетической составляющей биосинтеза антоциановых соединений.

Сегодня достаточно хорошо изучены такие растительные пигменты, как флавоноиды, каротиноиды и беталаины. Всем известны каротиноиды моркови, а к беталаинам относятся, например, пигменты свеклы. Группа флавоноидных соединений вносит наибольший вклад в разнообразие оттенков цветов у растений. К данной группе относятся желтые ауроны, халконы и флавонолы, а также главные герои этой статьи — антоцианы, которые окрашивают растения в розовые, красные, оранжевые, алые, пурпурные, голубые, темно-синие цвета. Кстати, антоцианы не только красивы, но и очень полезны для человека: как выяснилось в ходе их изучения, это биологически активные молекулы.

Итак, антоцианы — растительные пигменты, которые могут присутствовать у растений как в генеративных органах (цветках, пыльце), так и в вегетативных (стеблях, листьях, корнях), а также в плодах и семенах. Они содержатся в клетке постоянно либо появляются на определенной стадии развития растений или под действием стресса. Последнее обстоятельство навело ученых на мысль, что антоцианы нужны не только для того, чтобы яркой окраской привлекать насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы с различными типами стрессов.

Первые опыты по изучению антоциановых соединений и их химической природы провел известный английский химик Роберт Бойль. Еще в 1664 году он впервые обнаружил, что под действием кислот синий цвет лепестков василька изменяется на красный, под действием же щелочи лепестки зеленеют. В 1913–1915 годах немецкий биохимик Рихард Вильштеттер и его швейцарский коллега Артур Штоль опубликовали серию работ, посвященных антоцианам. Из цветков различных растений они выделили индивидуальные пигменты и описали их химическое строение. Оказалось, что антоцианы в клетках находятся преимущественно в виде гликозидов. Их агликоны (базовые молекулы-предшественники), получившие название антоцианидинов, связаны преимущественно с сахарами глюкозой, галактозой, рамнозой. «За исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла» в 1915 году Рихард Вильштеттер был удостоен Нобелевской премии по химии.

Известно более 500 индивидуальных антоциановых соединений, и число их постоянно увеличивается. Все они имеют С15-углеродный скелет — два бензольных кольца А и В, соединенные С3-фрагментом, который с атомом кислорода образует γ-пироновое кольцо (С-кольцо, рис. 3). При этом от других флавоноидных соединений антоцианы отличаются наличием положительного заряда и двойной связи в С-кольце.

При всем их огромном многообразии антоциановые соединения — производные лишь шести основных антоцианидинов:пеларгонидина, цианидина, пеонидина, дельфинидина, петунидина и мальвидина, которые отличаются боковыми радикалами R1 и R2 (рис. 3, таблица). Поскольку при биосинтезе пеонидин образуется из цианидина, а петунидин и мальвидин — из дельфинидина, можно выделить три основных антоцианидина: пеларгонидин, цианидин и дельфинидин — это и есть предшественники всех антоциановых соединений.

Модификации основного С15-углеродного скелета создают индивидуальные соединения из класса антоцианов. В качестве примера на рис. 4 приведена структура так называемого небесно-синего антоциана, который окрашивает цветки вьюнка ипомеи в голубой цвет.

Возможны варианты

В какой цвет окрасят растение антоцианы, зависит от многих факторов. В первую очередь окраску определяют структура и концентрация антоцианов (она повышается в условиях стресса). Голубой или синий цвет имеют дельфинидин и его производные, красно-оранжевый — производные пеларгонидина, а пурпурно-красную — цианидина (рис. 5). При этом голубой цвет обусловливают гидроксильные группы (см. таблицу и рис. 4), а их метилирование, то есть присоединение CH3-групп, приводит к покраснению («International Journal of Molecular Sciences», 2009, 10, 5350–5369, doi:10.3390/ijms10125350).

Кроме того, пигментация зависит от pH в вакуолях, где накапливаются антоциановые соединения. Одно и то же соединение в зависимости от сдвига в величине кислотности клеточного сока может приобретать различные оттенки. Так, раствор антоцианов в кислой среде имеет красный цвет, в нейтральной — фиолетовый, а в щелочной — желто-зеленый.

Однако pH в вакуолях может варьировать от 4 до 6, и, следовательно, появление синей окраски в большинстве случаев нельзя объяснить влиянием pH среды. Поэтому были проведены дополнительные исследования, которые показали, что антоцианы в клетках растений присутствуют не в виде свободных молекул, а в виде комплексов с ионами металлов, которые как раз и имеют синюю окраску («Nature Product Reports», 2009, 26, 884–915). Комплексы антоцианов с ионами алюминия, железа, магния, молибдена, вольфрама, стабилизированные копигментами (в основном флавонами и флавонолами), называются металлоантоцианинами (рис. 6).

Локализация антоцианов в тканях растений и форма клеток эпидермиса тоже имеют значение, поскольку определяют количество света, достигающего пигментов, а следовательно, интенсивность окраски. Показано, что цветки львиного зева с эпидермальными клетками конической формы окрашены ярче, чем цветки мутантных растений, клетки эпидермиса которых не могут принять такую форму, хотя и у тех и других растений антоцианы образуются в одном и том же количестве («Nature», 1994, 369, 6482, 661–664).

Итак, мы рассказали, чем обусловлены оттенки антоциановой пигментации, почему они разные у разных видов или даже у одних и тех же растений в разных условиях. Читатель может сам поэкспериментировать со своими домашними растениями, понаблюдав за изменением их окрасок. Возможно, в ходе этих экспериментов вы добьетесь желаемого оттенка цвета и ваше растение выживет, но оно уж точно не передаст этот оттенок своим потомкам. Чтобы эффект был наследуемым, необходимо разобраться еще в одном аспекте формирования цвета, а именно в генетической составляющей биосинтеза антоцианов.

Гены синего и лилового

Молекулярно-генетические основы биосинтеза антоцианов изучены достаточно полно, чему немало поспособствовали мутанты различных видов растений с измененной окраской. На биосинтез антоцианов, а следовательно, и на окраску влияют мутации в трех типах генов. Первый — гены, которые кодируют ферменты, участвующие в цепи биохимических превращений (структурные гены). Второй — гены, определяющие транскрипцию структурных генов в нужное время в нужном месте (регуляторные гены). Наконец, третий — гены транспортеров, переносящих антоцианы в вакуоли. (Известно, что антоцианы в цитоплазме окисляются и формируют агрегаты бронзового цвета, токсичные для клеток растений («Nature», 1995, 375, 6530, 397–400).)

На сегодняшний день все стадии биосинтеза антоцианов и осуществляющие их ферменты известны и подробно исследованы методами биохимии и молекулярной генетики (рис. 7). Из многих видов растений выделены структурные и регуляторные гены биосинтеза антоцианов. Знание особенностей биосинтеза антоциановых пигментов у конкретного вида растения позволяет манипулировать его окраской на генетическом уровне, создавая растения с необычной пигментацией, которая будет передаваться из поколения в поколение.

Селекция и генные модификации

«Горячие точки» для модификации цвета у растений — это главным образом структурные и регуляторные гены. Методы, с помощью которых можно модифицировать окраску растений, делятся на два типа. К первому относятся методы селекции. Выбранный вид растения путем скрещивания получает гены от доноров — растений близкородственного вида, имеющих нужный признак. Сорт картофеля «Чудесник», по словам его автора, заведующей отделом селекции картофеля ГНУ Уральского НИИ СХ, доктора сельскохозяйственных наук Е. П. Шаниной, был создан именно методом селекции.

Еще один яркий пример — это пшеница с пурпурным и голубым цветом зерна, обусловленным антоцианами (рис. 8). В дикой природе пшеницу с пурпурным зерном впервые обнаружили в Эфиопии, где, по всей видимости, и появился данный признак, а затем отвечающие за него гены удалось ввести методами селекции в возделываемые сорта мягкой пшеницы. Пшеница с голубым зерном в природе не встречается, но зато голубое зерно имеет родственник пшеницы — пырей. Скрещивая пырей и пшеницу и ведя отбор по данному признаку, селекционеры получили пшеницу с голубым зерном («Euphytica», 1991, 56, 243–258).

В этих примерах в геном пшеницы были введены регуляторные гены. Иными словами, пшеница имеет функциональный аппарат биосинтеза антоцианов (все ферменты, необходимые для биосинтеза, у нее в порядке). Регуляторные гены, полученные от родственных видов, только запускают у пшеницы «машину биосинтеза антоцианов» именно в зерне.

Сходный пример, но уже с использованием второй группы методов манипуляции с окраской — методов генетической инженерии — это получение томатов с повышенным содержанием антоцианов («Nature Biotechnology», 2008, 26, 1301–1308, doi:10.1038/nbt.1506). В норме спелые томаты содержат каротиноиды, в том числе жирорастворимый антиоксидант ликопин, из флавоноидов у них были обнаружены в небольших количествах нарингенин халкон (2′,4′,6′,4-тетрагидроксихалкон, см. рис. 8) и рутин (гликозированный 5,7,3′,4′-тетрагидроксифлавонол). Вводя в растения генетическую конструкцию, содержащую регуляторные гены биосинтеза антоцианов львиного зева Ros1 и Del под управлением промотора E8, активного в плодах томата, международная группа ученых получила помидоры с высоким содержанием антоцианов — интенсивного лилового цвета (рис. 9).

Все это были примеры манипуляций с регуляторными генами. Пример использования генетической инженерии изменения окраски за счет структурных генов биосинтеза антоцианов — пионерская работа, проведенная в 80-е годы немецкими учеными на петунии («Nature», 1987, 330, 677–678, doi:10.1038/330677a0). Впервые в истории генно-инженерными методами была изменена окраска растения.

В норме растение петунии вовсе не содержит пигментов, производных от пеларгонидина. Чтобы разобраться, почему так происходит, вернемся к рис. 7. Для фермента DFR (дигидрофлавонол-4-редуктазы) петунии самый предпочтительный субстрат — дигидромирицетин, менее предпочтительный — дигидрокверцетин, а дигидрокемпферол вовсе не используется в качестве субстрата. Совершенно другая картина субстратной специфичности этого фермента у кукурузы, DFR которой «предпочитает» как раз дигидрокемпферол. Вооружившись этими знаниями, Мейер использовал мутантную линию петунии, у которой отсутствовали ферменты F3’H и F3’5’H. Глядя на рис. 7, нетрудно догадаться, что данная мутантная линия накапливала дигидрокемпферол. А что произойдет, если ввести в мутантную линию генетическую конструкцию, содержащую ген Dfr кукурузы? В клетках петунии появится фермент, который, в отличие от «родного» DFR петунии, способен превращать дигидрокемпферол в пеларгонидин. Именно таким способом исследователи получили петунию с нехарактерной для нее кирпично-красной окраской цветков (рис. 10).

Рис. 10. Слева мутантная линия петунии с бледно-розовой окраской венчика из-за присутствия следовых количеств антоцианов — производных цианидина и дельфинидина, справа — генетически модифицированное растение петунии, накапливающее антоцианы — производные пеларгонидина («Nature», 1987, 330, 677–678)

Однако не всегда у исследователей под рукой есть такие удобные мутанты, поэтому чаще всего при модификации окраски растений приходится «выключать» ненужную ферментативную активность и «включать» ту, которая нужна. Именно такой подход был применен при создании первой в мире розы с голубой окраской бутонов (рис. 2, 11).

У роз, созданных усилиями селекционеров, окраска лепестков варьирует от ярко-красных и нежно-розовых до желтых и белоснежных. Интенсивное изучение биосинтеза антоцианов у роз позволило установить, что они не имеют F3’5’H активности, а фермент DFR розы использует в качестве субстратов дигидрокверцетин и дигидрокемпферол, но не дигидромирицетин. Поэтому при создании голубой розы ученые выбрали следующую стратегию. На первом этапе у розы «отключили» ее собственный фермент DFR (для этого применялся подход, основанный на РНК-интерференции), на втором — в геном розы ввели ген, кодирующий функциональный F3’5’H анютиных глазок (виолы), на третьем добавили ген Dfr ириса, который кодирует фермент, производящий из дигидромирицетина дельфинидин — предшественник антоцианов с синей окраской. При этом чтобы ферменты F3’5’H анютиных глазок и F3’H розы не конкурировали друг с другом за субстрат (то есть за дигидрокемпферол, рис. 7), для создания голубой розы был выбран генотип с отсутствием F3’H активности.

Еще один пример удивительных возможностей, которые открывают перед нами накопленные данные о биосинтезе флавоноидных пигментов в сочетании с методами генетической инженерии, — это получение растений торении с желтыми цветками (рис. 12).

Известно, что желтую окраску имеют два типа пигментов: ауроны, класс пигментов флавоноидной природы, которые окрашивают в ярко-желтый цветки львиного зева и георгин, и каротиноиды, пигменты цветков томатов и тюльпанов. Было установлено, что ауроны у львиного зева синтезируются из халконов при посредстве двух ферментов — 4’CGT (4’халконгликозилтрансферазы) и AS (ауреузидинсинтазы). Введение генетических конструкций с генами 4’Cgt и As львиного зева в растения торении (в норме цветки у них синие) совместно с ингибированием биосинтеза антоциановых пигментов привело к накоплению ауронов, и, следовательно, цветки такого растения оказались ярко-желтыми. Подобную стратегию можно использовать для получения желтой окраски цветков не только у торении, но также у герани и фиалки («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2006, 103, 29, 11075–11080, doi:10.1073/pnas.0604246103).

Приведенные примеры — это лишь малая доля манипуляций, которые ученые сегодня производят с биосинтезом антоцианов. Все это стало возможным благодаря исследованиям биохимической природы пигментов, а также особенностей их биосинтеза у различных видов растений, как на уровне ферментов, так и на молекулярно-генетическом уровне. Накопленный к настоящему времени багаж знаний об антоциановых соединениях открыл неисчерпаемые возможности для создания декоративных растений с необычной окраской, а также культурных видов растений с повышенным содержанием антоциановых пигментов. И хотя достижения селекции — необычно окрашенные овощи и фрукты — уже сейчас доступны покупателям в некоторых странах, декоративные растения, созданные методами генетической инженерии, пока еще редки. Из-за ряда нерешенных трудностей, таких, например, как стабильность наследования модифицированной окраски, они еще не коммерциализированы (за исключением некоторых сортов петунии, голубой розы, лиловой гвоздики). Однако работа в этом направлении продолжается. Будем надеяться, что в скором времени появятся радующие глаз «чудеса науки», доступные всем любителям прекрасного.

Классификация и характеристики пигментов для краски

Пигменты для красок — это разбавленные особыми веществами тонко перемолотые порошки, добавляемые в лакокрасочные составы. Разноцветная краска (колер) производится за счет перемешивания разных пигментов.

Цвета пигментов

Для образования разных цветов могут использоваться следующие пигменты:

  • белый — мел, известь или белила;
  • желтый — крон, охра;
  • синий — ультрамарин, лазурь;
  • красный — сурик железный или свинцовый, мумие, киноварь;
  • зеленый — хромовая или свинцовая зелень.

Виды пигментов

Пигментирующие вещества делятся на натуральные и искусственные. Натуральные также подразделяются на органические и неорганические. Природных веществ относительно немного, однако в строительстве они применяются активно, поскольку их использование обходится дешевле, чем производство искусственных компонентов.

Натуральные пигменты

Минеральные красители

Пигменты на натуральной основе извлекаются из металлов и окислов. К числу источников для получения красителей относятся такие неорганические элементы с соответствующими цветами:

  • окислы железа (желтый, коричневый, красный);
  • марганец (желтый, фиолетовый, коричневый);
  • хром (зеленый);
  • кобальт (синий);
  • медные окислы (изумрудный, красный, ярко-зеленый);
  • сурьма (желтый);
  • охра (бледно-желтый, золотистый, темно-желтый, при прокаливании — красный);
  • марс (светло-коричневый, темно-коричневый);
  • умбра (красновато-коричневый, зеленовато-коричневый);
  • ван-дик (коричневый);
  • ультрамарин (синий).

Минеральные красители характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к свету, хорошей смешиваемостью и сочетаемостью со связующими.

Характеристики некоторых неорганических красителей:

  1. Сухая охра. Извлекается из глинистых минералов, которые окрашены гидратированными оксидами железа. Цвет сухой охры — желтый, желто-коричневый. Охра используется как красящее вещество при изготовлении растворов цемента, применяемых для создания декоративной штукатурки. Также используется при производстве силикатных и клеевых красок. Составы с охрой хорошо подходят для покраски изделий из бетона, металла и дерева. Пигмент отличается прочностью, укрывистостью, устойчивостью к свету и щелочам.
  2. Натуральная сиена. Глиняное красящее вещество желтого цвета. На вид похоже на охру, но в составе сиены большее количество оксида железа и кремнезема. Сиена устойчива к щелочам и извести и применяется практически во всех разновидностях краски. При смешивании с маслом сиена обретает лессировочные характеристики. Такие составы часто используются при отделочных работах по дорогим породам дерева.
  3. Красный-сурик железный. Включает в себя оксид железа и следы кварцевых минералов. Цвет красящего вещества — красно-коричневатый. Пигмент извлекается путем тонкого помола железной руды. Вещество не ядовито само по себе, но его пыль содержит токсины. Разные марки сурика железного применяются для добавления в алкидные грунтовки и лакокрасочных материалов специального назначения (для покраски судов, антикоррозийные составы). Также сурик нашел широкое применение в масляных составах для покраски металлических изделий, расположенных на открытом воздухе. Стоимость производства элемента невелика, поэтому он используется в клеевых красках и эмалях.
  4. Умбра натуральная. Пигмент включает марганцевые и железные оксиды. Цвет умбры — коричневый с оттенком зеленого или же темно-желтый. В результате прокаливания умбра приобретает красно-коричневую окраску. Краситель отличается повышенной прочностью, хорошими красящими свойствами. Добавление умбры позволяет маслам сохнуть быстрее. Красящее вещество применяется для покраски штукатурки, изделий из металла и дерева.
  5. Оксид хрома. Пигмент производится в результате сложных химических реакций. Цвет — от светло-зеленого до темно-зеленого. Недостатки оксида хрома состоят во взрывоопасности, токсичности и пожарной опасности. Достоинства вещества заключаются в высокой устойчивости к свету, большой прочности, устойчивости к кислотам и щелочам даже при высоких температурах. Пигмент можно добавлять к пигментам любого происхождения. Оксид хрома применяется для особо важных покрытий на химических предприятиях, поверхностях труб и оборудования, подвергающихся высокой термальной нагрузке.
  6. Сурик свинцовый. Цвет — яркий оранжевый или оранжево-красный. Отличается большим весом и представляет собой продукт окисления свинцового глета при высокой температуре. Сурик свинцовый — очень токсичный материал. Пигмент характеризуется высокой устойчивостью к щелочам, антикоррозионными качествами и укрывистостью. Сурик свинцовый отличается низкой устойчивостью к кислотам.
  7. Марс коричневый. Цвет — темно-коричневый, светло-коричневый. Пигмент производится при прокаливании смеси, включающей марганец, оксид железа, гидрат оксида алюминия. Марс коричневый отличается устойчивостью к щелочам и свету, а также приемлемой укрывистостью и лессировочными свойствами. Компонент используется со связующими в водных и неводных составах. Красящее вещество применяется для покраски металлических и деревянных изделий, а также оштукатуренных поверхностей.
  8. Изумрудная зелень. Краситель характеризуется высокими лессирующими свойствами, устойчив к воздействию света, влажности и газов.
  9. Кобальт синий. Цвет — ярко-синий. Вещество светоустойчиво и хорошо переносит воздействия атмосферных осадков, характеризуется высокими сиккативными и лессирующими качествами. Кобальт синий отличается повышенной маслоемкостью и невысокой укрывистостью.
  10. Берлинская лазурь светоустойчива, ей свойственна укрывистость и интенсивность окраса.

к содержанию ↑

Органические красители

Органика извлекается из насекомых и растений. Такие красители, в отличие от минеральных, растворимы в воде, маслах и спирте. Для органики характерна меньшая прочность в сравнении с минеральными красителями. Поскольку эти пигменты не создают красочного слоя, а проникают в структуру поверхности, они чаще всего применяются при окраске тканей.

Распространенным представителем органики является краплак, извлекаемый из корней марены или крапа. Еще одно вещество растительного происхождения — индиго, получаемое из вайды. Современная промышленность также производит синтетическое индиго. Из морских моллюсков получают пигмент светло-коричневого цвета. Методом прокаливания из органического сырья можно получить черные красящие вещества.

Искусственные пигменты

Синтетические красящие вещества отличаются максимальной устойчивостью к влажности, атмосферным осадкам, свету и газам. Они характеризуются яркостью оттенков. Благодаря таким качествам искусственные пигменты давно заняли лидирующее место среди всех красителей.

Красители синтетического происхождения делятся на неорганические или минеральные. Неорганические пигменты производят путем сложных химических реакций. Синтетические неорганические пигменты характеризуются постоянством химической структуры, ярким и чистым цветом.

Стоимость изготовления таких компонентов стоит довольно дорого по сравнению с натуральными красящими веществами. Применяются неорганическая синтетика в строительной отрасли для создания неводных лакокрасочных составов.

Минеральные синтетические красители создаются в результате сочетания 2-3 составляющих. По методу производства такие пигменты подразделяют на осажденные из растворов металлов и солей или изготовленные прокаливанием.

Ультрамарин

Относится к классу синтетических неорганических красителей. Имеет в своем составе алюмосиликат натрия и серу. Ультрамарин часто применяется в строительной отрасли в малярных красках, водных и неводных лакокрасочных составах. Такими красками окрашиваются бетон, металл, дерево, а также оштукатуренные поверхности. В чистом виде ультрамарин применяется крайне редко, а если это случается, то цель обычно состоит в нейтрализации желтой окраски извести или мела.

Ультрамарин может применяться как лессировочный краситель. Пигмент отличается устойчивостью к воздействию света и щелочей. Однако добавление красящего вещества в растворы извести нежелательно, так как вещество в этом случае теряет цвет. Ультрамарин подходит для взаимодействия со всеми разновидностями связующих при осуществлении внутренних и наружных отделочных работ.

Киноварь

Краситель характеризуется ярко-красным окрасом, но бывает и темных тонов. Киноварь может применяться для производства всех видов красок, используемых для покраски бетонных, кирпичных, оштукатуренных и деревянных поверхностей. Допустимо использование, как для внутренних, так и для наружных отделочных работ.

Пигменты и свойства красок

Важным элементом лакокрасочного материала считается связующее вещество. Его функция — соединение частиц красителя и закрепление их на поверхности. Связующие вещества оказывают влияние и на цвет, поскольку все они отличаются коэффициентами преломления лучей света.

Очень важным показателем для масляной краски является маслоемкость красителей. Маслоемкость — это показатель количества масла, которое понадобится для изготовления краски на определенный объем пигмента. Показатель маслоемкости зависит от суммарной площади поверхности частиц, а кроме того, от физико-химических характеристик масла, применяемого в роли связующего.

Следующий существенный показатель, на который влияют пигменты — скорость высыхания краски. Часть красителей, к примеру, кобальт и свинцовые белила, делают процесс сушки более интенсивным. Некоторые же пигменты (газовая сажа, краплак и др.), наоборот, замедляют высыхание.

Пигмент должен соответствовать определенному эталону цветового фона, который определяется структурой его частиц, их возможностями по преломлению, отражению и поглощению лучей света.

Еще одно требование к красителю — необходимая степень дисперсности. Под этим качеством понимается степень измельченности, которой добиваются механическим дроблением, отстаиванием, осаждением в смеси растворов (мокрый метод) или за счет нагревания в особых печах (сухой метод). Чем ниже дисперсность, тем прозрачнее лакокрасочный материал, как и наоборот.

Дисперсность красителя в некоторых красках определяет их оттенок. К примеру, тонко измельченные цинковые белила дают синий оттенок, а сиена увеличивает насыщенность тона. В масляных составах повышенная дисперсность приводит к снижению показателя пластичности.

Дисперсность влияет и на другой показатель пигмента — укрывистость. Эта характеристика показывает количество красителя, необходимое на квадратный метр окрашиваемой поверхности. При этом подразумевается, что под слоем краски не будет видна находящаяся ниже поверхность или грунт. Показатель укрывистости зависит от внутренней структуры кристаллов, которым свойственны разные коэффициенты преломления лучей света.

Красители с невысокой дисперсностью находятся в основе корпусных и кроющих лакокрасочных составов, а пигменты с высокой дисперсностью имеются в составах лессировочных (более прозрачных) красок.

Интенсивность, как характеристика пигмента, это его способность менять тональность слоя краски при взаимодействии с другими пигментами. Наибольшая интенсивность свойственна красителям органического типа с высокой степенью дисперсности.

Читайте также:  Жидкие гвозди как выбрать?
Ссылка на основную публикацию