Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Identification of anthocyanidins in dyestuffs of plant origin by coupled techniques

Anna Chamska

Abstract

The presented work concerns identification of anthocyanidins in natural dyes of plant origin, ie. in the petals of black hollyhock. Anthocyanins, that belong to the flavonoids, are glucosidic derivatives of anthocyanidins. They are built on the basis of a joint skeleton, a flavylium cation. In plants they are responible for colors of flowers and friuts, and can be present in the glucosidic as well as in the sugar-free form. Due to their structure, they are sensitive to many factors, including temperature, pH, and light. Anthocyanins are very sensitive to pH changes and they are the most stable in acidic solutions. These compounds are strongly polar and therefore, their extraction is most commonly performed by polar solvents, eg. methanol or ethanol, with the addition of hydrochloric or formic acid. Anthocyanins in plants occur as a mixture, hence the identification must be preceded by a separation step. In this case the best way is using of high performance liquid chromatography HPLC, which coupled with the UV-Vis detector enables selective detection of anthocyanins in the visible range. Moreover mass spectrometer with electrospray ESI-MS provides information about the structure of the examined compounds. In the first step of the research, separation method was optimized using a Zorbax SB-C18 column and a mobile phase consisting of A: 0.1% trifluoroacetic acid in water and B: 0.1% trifluoroacetic acid in acetonitrile. The second step was focused on identification anthocyanins and anthocyanidins by the use of mass spectrometer. The research was preceded by in-depth literature research on the fragmentation of these compounds and by studying their structural formulas. The mass spectra were recorded at three different fragmentor voltages, at 70, 160 and 200 V. The MS spectra of glucosides show quasimolecular [M]+ and fragmentation ions Y+ corresponding to the loss of sugar moieties. Furthermore, the analysis of hydrolysed anthocyanins enabled identification of their aglycones. Registered signals were obtained by the loss of CH3• from petunidin ([M]+ at m/z 317) and peonidin ([M]+ at m/z 301), as well as H2O from delphinidin ([M]+ at m/z 303) and cyanidin ([M]+ at m/z 287). Consequently, the anthocyanins present in extracts of black hollyhock flowers was identified as: delphinidin 3-O-(6-O-p-coumaryl)glucoside, cyaniding 3-O-(6-O-p-coumaryl)glucoside, petunidin 3-O-(6-O-p-coumaryl)glucoside, peonidin 3-O-(6-O-p-coumaryl)glucoside, malvidin 3-O-(6-O-p-coumaryl)glucoside and delphinidin 3-O-glucoside, petunidin 3-O-glucoside, malvidin 3-O-glucoside. In the final stage of research, the influence of the acid used on the extraction was tested. It was observed that the extraction with hydrochloric acid is more effective than the one with addition of trifluoroacetic acid; more intense peaks of anthocyanins were observed. Because of their structure , the presence of a mineral acid such as hydrochloric acid, allows stabilisation of a flavylium cation.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Anna Chamska (FC) Anna Chamska,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Identyfikacja antocyjanidyn w barwnikach roślinnych za pomocą technik sprzężonych
Supervisor
Katarzyna Lech (FC/CAC) Katarzyna Lech,, Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
08-02-2016
Issue date (year)
2016
Reviewers
Katarzyna Lech (FC/CAC) Katarzyna Lech,, Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)Faculty of Chemistry (FC) Krzysztof Jankowski (FC/CAC) Krzysztof Jankowski,, Chair Of Analytical Chemistry (FC/CAC)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
antocyjany, antocyjanidyny, chromatografia cieczowa, spektrometria mas, HPLC, ESI MS, HPLC-ESI MS, techniki sprzężone, identyfikacja
Keywords in English
anthocyanins, anthocyanidins, liquid chromatography, mass spectrometry, HPLC, ESI MS, HPLC-ESI MS, coupled techniques, identification
Abstract in Polish
Praca dyplomowa dotyczy identyfikacji antocyjanidyn w naturalnych barwnikach roślinnych, tj. w płatkach kwiatów czarnej malwy. Antocyjany należą do flawonoidów i są glukozydami antocyjanidyn, których jednostką budulcową jest kation flawyliowy. Odpowiadają w roślinach głównie za ich barwę i występują zarówno w formach bezcukrowych, jak i w postaci glukozydów. Ze względu na swoją budowę są wrażliwe na wiele czynników, m.in. temperaturę, pH oraz światło. Antocyjany są bardzo podatne na zmiany pH, a największą stabilność wykazują w roztworach kwaśnych. Są to także związki silnie polarne dlatego też, do ekstrakcji wykorzystuje się najczęściej rozpuszczalniki polarne np. metanol lub etanol, z dodatkiem kwasu chlorowodorowego lub mrówkowego. Antocyjany występują w roślinach w postaci mieszanin, dlatego ich identyfikację musi poprzedzać etap rozdzielania. Idealnie sprawdza się w tym przypadku wysokosprawna chromatografia cieczowa HPLC, która w połączeniu z detektorem spektrofotometrycznym umożliwia ich selektywną detekcję w zakresie światła widzialnego, natomiast zastosowanie detektora spektrometrii mas z jonizacją poprzez elektrorozpraszanie pozwala uzyskać informacje o strukturze badanych związków niezbędne do ich bezwzorcowej identyfikacji. W pierwszym etapie prowadzonych badań zoptymalizowano metodę rozdzielania antocyjanów, z użyciem kolumny Zorbax SB-C18 oraz fazy ruchomej złożonej z A: 0,1% kwasu trifluorooctowego w wodzie i B: 0,1% kwasu trifluorooctowego w acetonitrylu). W drugim etapie prac badawczych skupiono się na identyfikacji antocyjanów i antocyjanidyn za pomocą spektrometru mas z jonizacją poprzez elektrorozpraszanie (ESI MS). Pracę poprzedzały dogłębne badania literaturowe dotyczące fragmentacji tych związków oraz analiza ich wzorów strukturalnych. Widma mas związków zawartych w trzech różnych ekstraktach po wcześniejszym ich rozdzielonych rejestrowano przy trzech różnych napięciach fragmentatora 70, 160 i 200V. Obserwowano charakterystyczne dla form cukrowych sygnały [M]+ oraz jony fragmentacyjne Y+ powstałe przez oderwanie jednostki glikozydowej. Ponadto analiza roztworu zhydrolizowanych antocyjanów umożliwiła na podstawie widm mas identyfikację ich aglikonów. Wśród rejestrowanych sygnałów obserwowano m.in. utratę fragmentu •CH3 z jonów pseudocząsteczkowych petunidyny ([M]+ o m/z= 317) i peonidyny ([M]+, m/z= 301) oraz H2O z jonów delfinidyny ([M]+, m/z= 303) i cyjanidyny ([M]+, m/z= 287). W konsekwencji tego antocyjany obecne w ekstraktach z kwiatów malwy czarnej zidentyfikowano jako: 3-O-(6-O-p-kumaryl)-glukozyd delfinidyny, 3-O-(6-O-p-kumaryl)-glukozyd cyjanidyny, 3-O-(6-O-p-kumaryl)-glukozyd petunidyny, 3-O-(6-O-p-kumaryl)-glukozyd peonidyny, 3-O-(6-O-p-kumaryl)-glukozyd malwinidyny, a także 3-O-glukozyd delfinidyny, 3-O-glukozyd petunidyny, 3-O-glukozyd malwinidyny. W ostatnim etapie prac porównano wpływ doboru kwasu na wydajność ekstrakcji. Zaobserwowano, iż ekstrakcja z wykorzystaniem kwasu chlorowodorowego jest bardziej korzystna niż z wykorzystaniem kwasu trifluorooctowego, ze względu na lepszą intensywność pików. Wynika to z budowy antocyjanów, dla których obecność kwasu mineralnego, jakim jest kwas chlorowodorowy, umożliwia tworzenie w roztworze stabilnych soli chlorkowych.
File
  • File: 1
    PRACA Anna Chamska.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 8403

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT619ce54013d64acfadde5e846b50fb35/
URN
urn:pw-repo:WUT619ce54013d64acfadde5e846b50fb35

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page