金属イオンや糖類を用いたアントシアニンの安定化－塩基性における変色時間からの検討－
愛媛県立松山南高等学校 色素班
宮岡愛奈

橘円香

小田村莉見

指導教諭 兵頭英樹

１．はじめに自然界には多くの美しい色素が存在する。その中で、私たちはアントシアニンという色素に注目した。
アントシアニンは、花や果実などに広く分布する代表的な植物色素であり、アントシアニジンという色素の本体に、糖、有機酸、金属などが結合したものの総称である（図１）。中川ら(2006)は、アントシアニ
図１ アントシアニンの構造
ンは、酸性・中性・塩基性で少しずつ分子構造が変わる。そのために分子が吸収する光の波長が変わるた
め、色素液の色が変化すること、㏗変化で、つまり、OH の付き方によって色が変わる。赤色、紫色、青色以外の緑色や黄色にも変化すること、塩基性では色素が不安定なことなどを報告している（図２）。
そこで、私たちは、ムラサキキャベツに含まれる色素が、なぜ、緑色や黄色になるのか、また、どのようにすれば色素が安定になるのかを明らかにしたいと考え、本研究を行うことにした。
２．方法
図２ ㏗による構造変化(1) アントシアニンの抽出ムラサキキャベツを蒸留水に入れ、加熱しながら色素液を抽出することが一般的であるが、なるべく濃い色を抽出するために、今回私たちは細かく切ったムラサキキャベツを凍結保存し、解凍した際に細胞壁が破れることを利用することとし、５ｇの凍結
ムラサキキャベツを 100mL の蒸留水の中に入れて色素液を得た。
(2) 各㏗におけるアントシアニンの発色㏗＝１から 13 の水溶液 5mL に、(1)の色素液をそれぞれ 1ｍL ずつ加えて、発色を調べた。
(3) 塩基性におけるアントシアニンの色調変化㏗＝1～3 では色素は安定なので、先行研究で色素が不安定な㏗＝11、12、13 の水溶液 5mL に、(1)の色素液を 1ｍL ずつ加えて、経時時間と色調変化について調べ、吸光光度計を用いて測定した。
(4) 金属イオンによるアントシアニンの安定化(1)の色素液 30mL に、0.01mol／L の MgCl2aq、FeCl3aq、AlK(SO4)3aq（ミョウバン水溶液）をそれぞれ 20mL ずつ加え、金属イオンを含む色素液を調製した。これを㏗＝11、12、13 の水溶液 5mL に 1ｍL ずつ加え、経時時間と色調変化について調べた。また、㏗=13 における経時時間と色調変化について吸光光度計を用いて測定した。
(5) 糖によるアントシアニンの安定化(1)の色素液 30mL に、単糖類である C6H12O（ガラクトース）、C6H12O6、6
図３ myo-イノシトールの（グルコース）、またその異性体の C6H12O6（myo-イノシトール）（図構造３）を 0.1mol／L の濃度でそれぞれ６mL ずつ加え、糖を含む色素液を調製した。これを㏗＝11、12、13 の水溶液 5mL に 1ｍL ずつ加え、経時時間と色調変化について調べ、吸光光度計を用いて測定した。
３．結果と考察(1) 各㏗におけるアントシアニンの発色
凍結ムラサキキャベツの色素液を㏗＝１～13 の溶液に加えると、赤色、桃色、紫色、青色と鮮やかに変化した。また、強塩基性の領域
図４ pH による色変化
上段㏗＝１～６
では、いったん緑色になった後、黄色に変化した（図４、表１）。
中下段ｐＨ＝７～13
さらに㏗ =11～13 について吸光光度計を用いて測定したところ、

28600nｍ付近で吸光度が最大となった（図５）。
国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構のデータベー
スで調べてみると、植物体内でアントシアニンが形成される途中物質に図６のフラボノールがあり、この色素は酸性・中性では無色であるが、塩基性では黄色に変色すると書かれていた。そこで、私た
ちは、アントシアニン以外に含まれる色素Ｘはフラボノールであると考えた。
次に、アントシアニンの安定性を調べるために、㏗＝12、13 でいったん黄緑色、黄色になったものに、㏗＝１の塩酸を加え、色が戻るか調べた。すると、㏗＝１の塩酸を数滴加えたところで、紫色に戻ることが分かった。
また、短時間であればアントシアニンの色は可逆反応することが分かった。
(2) 塩基性下の経過時間と色調変化
そこでさらに、㏗＝11、12、13 の溶液の経過時間と吸光度の変化の関係を吸光光度計を用いて測定した。その結果、次のような結果が得られた。㏗＝11 では青緑色、㏗＝13 では黄緑色という結果が得られ、30 分間での色調変化はほとんど無かった。また、㏗＝
13 では、30 分で黄緑色から黄色に変化したという結果が得られ、㏗＝13 における吸収最大波長である 614nm の吸光度が時間とともに 11.2％も減少したことが分かった（図７）。

図５ 吸光度の測定

図６ フラボノール

図７ ｐH＝13 における吸収最大
波長 614nm の吸光度と経過時間との関係
表１ ムラサキキャベツ色素液の pH による色変化㏗12345678910111213色

赤薄い赤桃紫紫紫紫紫紫青青緑

黄緑

黄

表２ 色素 X が存在すると仮定した塩基性領域での青緑、黄緑、黄に関する考察㏗12345678910アントシアニン

赤薄い赤ピンク

紫

紫

紫

紫

紫

紫

色素X無無無無無無無無無アントシアニンと色素Ｘが合わさった色

赤

薄い赤ピンク

紫

紫

紫

紫

紫

紫(2) 金属イオンによる色素の安定化㏗＝11、12 でいったん青緑色、黄緑色になったものを放置すると、それぞれ 54 秒後、32 秒後に黄色に変色すること、さらに長期間放置するとその黄色もなくなり、無色になることが分かった。私たちは、塩基性が強いほど、アントシアニンの青色が無色に変化する速度が速く、また、黄色のフラボノールも長期間で無色に変化するのではないかと考えた。
そこで、先行研究をもとに、金属イオンによる色素の安定化について調べることにした。30mL のムラサキキャベツ色素

29111213青青薄い青無無薄い黄黄黄青青緑

黄緑

黄色素液
✛
MgCl₂aq

色素液
色素液✛✛FeCl₃aq
AlK(SO₄)₂aq

図８ 左からムラサキキャベツ液、
MgCl₂、FeCl₃、AlK(SO4)₂をそれぞれ加えた液

液に 0.01mol／L の MgCl₂aq､FeCl₃aq､AlK(SO₄)₂aq を２0mL加えると、もとの紫色と異なり、それぞれ、薄い紫色、青紫色、濃い紫色に変色した（図８）。
これらの金属イオンを加えた色素液を㏗＝11、12、13 の溶液に加え、色の変化を長期間調べた（図９）。その結果、次のような結果が得られた。金属イオンを加えずに放置した場
合、無色に変化したが、金属イオンを加えることで黄色が長期間保たれることが分かった（表３）。中でも、Fe3+は２週間以上経過しても黄色が保持されており、錯イオンとなって素を守るはたらきが強いと考えた。
さらに、㏗＝13 における、経過時間と色調変化について、吸光光度計を用いて測定した。その結果、次のような結果が得られた。㏗＝13 における吸収最大波長である 614nm の吸光度は、金属イオンを加えることで、経過時間による吸光度の減少を抑える効果があることが分かった。その効果は、Al³⁺＞Fe³⁺＞Mg²⁺の順番であった（図 10）。
私たちは、この結果から、なぜ金属イオンを用いると色素が安定したのかを考えた。Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺は、配位数が６の正八面体の錯イオンを形成している。そこで、アントシアニンと錯イオンを形成し、安定化したのでないかと考えた（図 11）。

図９ MgCl₂、FeCl₃、AlK(SO₄)₂を加えた色素液の 1 週間後の様子

図 10 金属イオン添加時の 614nm の吸収スペクトルと経過時間との関係(㏗＝13)

表３ 金属イオンを加えた色素液の pH による色変化㏗MgCl₂FeCl₃

A l K (SO₄ ) ₂112日(緑→無)3日(黄緑→薄い黄)3週間以上(青)123日(黄緑→無)

1週間以上(黄)4日(黄緑→無)13

1週間以上(無)2週間以上(黄)4日(黄→無)図 11 正八面体の分子構造(3) 糖によるアントシアニンの安定化
次に、糖によるアントシアニンの安定化について調べることにした。ムラサキキャベツ色素液に 0.1mol／L の C6H12O6（ガラクトース）、C6H12O6、（グルコース）また、その異性体の C6H12O6（myo-イノシトール）を 6mL ずつ加えた。金属イオンの時とは異なり、加えた際の色の変化は見られなかった。これらの糖を加えた色素液を、㏗＝11、12、13 の溶液に加え、色の変化を長期間調べた。その結果、次のような結果が得られた（図 12、表４）。
１日目では、㏗＝11 で紫色、㏗＝12 で青色、㏗＝13 で黄緑色のきれいな発色が見られた。さらに、２日目では、㏗＝11 で桃色、㏗＝12 で青色、㏗＝13 で黄色ときれいな発色が見られていた。さらに 7日後には㏗＝11 で桃色、㏗＝12 でも桃色、㏗＝13 で黄色となっていた。金属イオンを添加した場合よりきれいな発色が続き、1～4 日目までは特によく発色が見られた。糖を加えずに放置した場合、無色に変化したが、糖を加えることで濃い色が長期間保たれることが分かった。1 日目から強い発色であり、途中で㏗＝11，12 は酸性の時と同じ発色である、赤色や桃色となったまま色が保たれていた。

図 12

C6H12O6（ガラクトース）、C6H12O6、（グルコース）C6H12O6（myo-イノシトール）を加えた色素液の様子(左から順に 1 日目、3 日目、7 日目)

30さらに、㏗＝11、12、13 における、経過時間と色調変化について、吸光光度計を用いて測定した。その結果、次のような結果が得られた。㏗＝11、12、13 吸収最大波長である 614nm の吸収スペ
クトルは、糖を加えることで、経過時間による吸光度の減少を抑える効果があることが分かった（図 13）。
その効果は、C6H12O6（myo-イノシトール）＞C6H12O6（ガラクトース）＞C6H12O6、（グルコース）の順番であった。私たちは、この結果から、なぜ糖を加えることで色素が安定したのかを考えた。アントシアニンの元であるアントシアニジンという色素には、糖が含まれている。また、アントシアニンは、OH の付き方によって色が変わることが分かっている。C6H12O6（myoイノシトール）は糖の異性体であり、他の糖である、C6H12O（6 ガラクトース）、C6H12O6、（グルコース）に比べて OH の数が多い（図３）。そのため、分子構造の安定がしやすくなったのではないかと考えた。

図 13

表４ ガラクトース、グルコース、myo-イノシトールを加えた色素液の変化加えた糖類

ガラクトース

グルコース

myo-イノシトール

ｐＨ131211131211131211色変化
１日目

３日目

７日目

黄色青色
紫色
黄色青色
紫色
黄色青色
紫色

黄色青色
紫色
黄色青色
紫色
黄色青色
紫色

薄い黄色
薄い紫色
薄い紫色
薄い黄色
薄い紫色
薄い紫色
薄い黄色
薄い紫色
薄い紫色

C6H12O6（ガラクトース）、C6H12O6、（グルコース）C6H12O6（myo-イノシトール）添加時の614nm の吸収スペクトルと経過時間との関係(左から順に pH＝11、12、13)

４．研究のまとめ
本研究で分かったことは、主に次の 3 つである。
(1) ムラサキキャベツ色素液が、塩基性でアントシアニンの分子構造上、発色しないはずの青緑色、緑色、黄緑色、黄色へと変色したのは、アントシアニン以外に含まれるフラボノールの色が混合され発色したと考えた。
(2) 塩基性下で、ムラサキキャベツ色素液に金属イオン（MgCl₂aq、FeCl₃aq、AlK(SO₄)₂aq)を加えると、吸光度の減少が少なくなったことから、金属イオンはアントシアニンと錯体をつくることで色の退色を抑え、安定化させる効果があり、その効果は、Al³⁺＞Fe³⁺＞Mg²⁺の順であることが分かった。
(3) 塩基性下で、ムラサキキャベツ色素液に糖類（C6H12O6（ガラクトース）、C6H12O6、（グルコース）、C6H12O6（myo-イノシトール））を加えると、金属イオンを加えた時に比べて、より色素を安定させる効果があり、その効果は、myo-イノシトール＞ガラクトース＞グルコースの順であることが分かった。
５．今後の課題
今後は、アントシアニンが含まれる食材のアレルギーに対する効果について調べるために、糖類を用いて安定化させたアントシアニンの機能性について研究を深めていこうと考えている。現在、愛媛大学大学院農学研究科の石田萌子先生の御指導を受け、ジニトロフェニル等を用いてアントシアニンのアレルギーに対する効果を調べる研究を計画している。
６．参考文献および参照したサイト○中川裕子・一柳考志・小西徹也・松郷誠一(2006)「生理活性植物因子アントシアニンの色と構造」J. Jpn. Soc.
Colour Mater., 79 [3] , 113-119○国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 http://www.naro.affrc.go.jp/index.html

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