Хемија за сите

Карминска киселина

Некои работи е подобро да не се знаат. Прехранбена боја од бубачки

Ако ве згрози помислата да јадете инсекти, лошата вест е што веројатно сте го направиле тоа многу, многу пати. Кога сте ја бакнале вашата сакана, кога сте ставиле кечап на пицата, кога сте јаделе пудинг од јагоди...Тоа е затоа што една од најкористените црвени прехранбени бои - кармин - е направена од згмечени бубачки.

karmin

Инсектите што се користат за правење кармин се нарекуваат кохинеални бубачки и потекнуваат од Латинска Америка, каде што живеат на кактуси. Сега се одгледуваат главно во Перу, и милиони мали инсекти се собираат секоја година за да се добие оваа боја. Основен производ на глобалната прехранбена индустрија, карминот, се додава во сè, од јогурт и сладолед, до овошни пити, безалкохолни пијалоци, кекси и крофни. Карминот продолжува да се користи нашироко бидејќи е многу стабилен, безбеден и долготраен додаток, чија боја е стабилна под влијание на топлина или светлина.

Поддржувачите, исто така, истакнуваат дека тоа е природен производ првпат откриен и користен од Маите, а потоа и од Ацтеките пред повеќе од пет века. Тие тврдат дека е многу поздрав од вештачките алтернативи, како што се боите за храна направени од јаглен или нафтени нуспроизводи. Но, дури и љубителите на карминот се согласуваат дека тој треба да биде појасно означен, а има се поголем број на алтернативи за природни црвени бои кои не доаѓаат од инсекти. Употребата на екстракт од бубачки во храната не треба да алармира бидејќи количината на инсекти што останува во пигментот е мала - и покрај тоа, многу прехранбени производи се сметаат за безбедни и одобрени за продажба, дури и ако содржат мали количини на цели или фрагментирани инсекти.

Кохинеалните бубачки - инсекти соовална форма, долги околу 1cm - се собираат и се претвораат во природни бои, екстракт од кохинеа, кармин и чист пигментна карминска киселина. Денес, сепак, традиционалните трудоинтензивни методи на берба се под притисок поради зголемената побарувачка, а цените за природниот пигмент се зголемени. Така, некои научници истражуваат генетски инженеринг за да произведат карминска киселина на она што тие се надеваат дека може да биде поевтин, побрз и поодржлив начин. Напорите, иако експериментални во моментов, би можеле да ги смират и оние кои сакаат неживотински извори на бои во нивната храна, велат овие научници.

Историски преглед

Приказната за карминската киселина води илјадници години наназад до светло-црвените феникиски облеки обоени од кршен инсект од родот Kermess. Името кармин се користи за два слични пигменти добиени од различни инсекти.

Пигментот на кармин кермес е изведен од лушпестиот инсект наречен кермес кој живее како паразит на дрвото Скарлетен даб. Главното средство за боење, во овој случај, е кермезинска киселина.

formulakaktuscrveno

Нијанси собрани од роднината на бубачката од Америка, Dactylopius coccus, украсувале црвена боја за време на владеењето на империите на Маите и Ацтеките. Во 1500-тите, Шпанците документирале широко распространето берење кохинеи во Новиот свет заедно со подготовката и трговијата со бојата. Скарлетната боја се раширила низ светот како шумски пожар: финансирала империи, обојувала религиозни облеки - станувајќи скапоцена стока која им конкурирала на среброто и златото. Луѓето од минатото сакаа светли и јаки бои, но само богатите можеа да си дозволат скапи бои и ткаенини. Толку цврста била врската помеѓу аристократијата и бојата што во многу општества, со закон ги ограничувале силните бои, како црвената или виолетовата, само за одредени луѓе.

Употребата на карминска киселина во нејзините различни форми во текстилот и уметноста ослабна со индустријализацијата и развојот на синтетички бои во средината на 1800-тите. Но, пигментот продолжил да ја бои храната, лековите и козметиката, за да го подобри нивниот изглед.

Денес, Перу е најголемиот комерцијален производител на инсектот D. coccus cochineal, па следуваат Мексико, Чиле, Аргентина.

Инсектите се сушат и се продаваат на преработувачите, кои извлекуваат карминска киселина, која сочинува околу 20 проценти од сувата тежина на телото на кохинеалниот инсект. Мелници ги мелеат бубачките во прав a потоа прашокот се спојува со соли за да се изолира карминот - најчесто продаваниот производ од кохинеални инсекти, кој содржи 50 до 60 проценти карминска киселина.Со сегашните методи на берба, се проценува дека се потребни околу 140.000 бубачки за да се произведе еден килограм сушен инсект и една петтина од килограм карминска киселина.

Додека се гостат со кактуси, женските кохинеални инсекти се покриени со бел восок. Откако работниците ќе ги фатат бубачките од растенијата домаќини, тие мора да го отстранат восокот и да ги исушат телата за да ја обработат бојата.

kqarmin od bubacki

Употребата на карминска киселина од кохинеалните инсекти флуктуирала со текот на времето. Подемот на синтетичките бои, кои беа поевтини за производство, предизвика пад на употребата на кохинеалните инсекти почнувајќи од средината на 1800-тите. Но, од околу 1970-тите, здравствените грижи за овие синтетики почнаа да се зголемуваат - што произлегува од извештаите за врската помеѓу боите и хиперактивноста кај децата, како и некои студии на клетки и животни кои сугерираат дека одредени бои може да го зголемат ризикот од рак. Ова ја поттикна евентуалната забрана на некои од нив, како што се Црвена 2 и Црвена 4. Боите од природно потекло, како карминската киселина, почнаа пак да стануваат попопуларни, како резултат на тоа.

Синтетичките бои сè уште се широко користени во американската храна, а има се поголем број вегани, вегетаријанци и активисти за правата на животните кои не сакаат ненамерно да јадат производ од инсекти како карминот. Некои студии објавија алергиски реакции на кохинеална боја кај мал дел од луѓето поради преостанатите молекули на инсекти - но на нивоа не повисоки од другите вообичаени алергени.

Има ли друг пат?

Во последниве години, истражувачите се свртеа кон метаболичко инженерство - манипулација со природни клеточни реакции за да ги дадат посакуваните производи - за да видат дали можат да осмислат одржливо решение за тесното грло во производството, како и да ја решат загриженоста за адитиви и алергии кај животните. Идејата е биосинтетички да се манипулираат метаболичките патишта во микробите за да се создаде карминска киселина.

Но, постојат предизвици. На пример, карминската киселина има комплицирана структура: централна структура со три прстени наречена антрахинон на која се прикачени молекула на глукоза и неколку други хемиски групи. Тоа ја отежнува синтезата во големи количини.

Карминска киселина

Карминската киселина (C22H20O13) е црвен гликозиден хидроксиантрапурин кој природно се јавува кај некои инсекти, кои ја произведуваат киселината како одбрана од предаторите.

formulavrski

Хемиската структура на карминската киселина се состои од јадро со антрахинонска структура поврзана со глукозна единица шеќер. Научниците сè уште не ја знаат целосната биохемиска патека што ја користат кохинеалните инсекти за да го направат соединението но решија да започнат со структурата на крајниот производ - карминска киселина - и да откријат како да ја направат со реверсното инженерство, со ензими од познати биохемиски патишта.

Започнале со предвидување на потребните почетни состојки и биохемиски чекори, како и ензими за катализирање на тие чекори. Тие смислиле осум потенцијални биохемиски патишта кои би можеле да создадат карминска киселина и тестирале неколку домаќини за да го направат својот генетски инженеринг, на крајот да се потпрат на добро проучената габа наречена Aspergillus nidulans.

Преку обиди и грешки, тимот го создал јадрото со три прстени на карминска киселина откако избришале некои гени од габата (за да ги оневозможи конкурентните биохемиски патишта) и додале неколку други (еден од растение и два од бактерии) кои ги обезбедиле соодветните ензими. Ова јадро потоа било обработено од непознат ензим во Aspergillus за да произведе интермедиерна структура наречена кермезинска(кермесичка) киселина.

Конечно, додавањето на ген од самиот кохинеален инсект обезбедил ензим кој ја конвертирал кермезинската киселина во карминска киселина. Кога габата била дизајнирана со сите овие гени, „супата“во која растела станала црвена, а тестовите го потврдиле присуството на бојата во супата и во габата.

gaba

Но, ефикасноста на реакцијата не била доволно висока за да се разгледа производството во големи размери. И бидејќи еден од ензимите останал непознат,било тешко да се оптимизира производството.
Студијата од 2021 година од друг тим смислила алтернативна биосинтетичка патека за карминска киселина, овојпат внесувајќи гени во добро познатата бактерија E. coli, избрана поради нејзината леснотија на манипулација и потенцијал за производство во големи размери.

Меѓу другото, научниците успеале да изградат биосинтетички пат во кој секој чекор беше познат (за разлика од работата на Aspergillus со неговиот непознат ензим за габи). За последниот чекор на патеката, тие користеле ензим од растение наместо ензим од кохинеална бубачка. Кога процесот сè уште не произведувал карминска киселина, тимот спровел студии за компјутерско моделирање за да ги предвиди структурните промени во некои од ензимите кои ќе ја подобрат ефикасноста на биосинтетската патека. Потоа ги вовеле тие промени правејќи прецизни мутации во гените.

Конечно, почнувајќи од глукозата - која може да се произведе од обновлива биомаса - тие успешно произведоа карминска киселина.

hemiski karmini

Иако обемот на експериментот бил мал, научниците пресметале дека ако се зголеми и ако се претпостави производство од 5 грама карминска киселина на литар, одгледувањето на инженерската E. coli пет дена во ферментер од 100.000 литри може да произведе исто толку карминска киселина како кохинеални бубачки кои растат на лисја од бодликава круша на хектар земја за една година.

Дветестудии покажуваат дека е можно да се создадат нови биосинтетички патишта без директно копирање на патеката што се користи во природата (иако сè уште сакаат да ги откријат биохемиските процеси што ги користат кохинеалните инсекти за да направат карминска киселина).

Правењето карминска киселина на овој начин би можело да ја смири загриженоста на потрошувачите за производи од животинско потекло и можните алергии, но од друга страна, некои сè уште не може да се откажат од стравувањата за генетски модифицирана храна.

Автор на статијата: Блаже Димески
28 април 2024
Велигденска хемија

Од хемиски аспект да ја разгледаме традицијата на боење на велигденски јајца

Роберт Бунзен не е заслужен само за пламеникот...

Овој генијален научник е многу, многу повеќе од иноватор на таа практична алатка

Сите бои на крвта

Црвената не е единствената боја на крвта

>> Прочитај повеќе слични содржини!   

донирај

Генерален спонзор

генерален спонзор

Пријатели на науката

спонзор
спонзор
спонзор

Презентации и поимници

Презентации за основно образование

e hemija

Презентации за средно образование

hemija .ppt

Контактни информации:

e-hemija logo

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката
„Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп

Испрати порака:
e-hemija контакт

Е-Хемија на Facebook:
e-hemija facebook

Е-Хемија на Twitter:
e-hemija facebook

Пријатели на науката:

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката „Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп
Copyright © 2024 ehemija.mk

WebDesign www.nainternet.mk

e-hemija