アントシアニン

アントシアニン（古代ギリシャ語の ἄνθος （ánthos）  「花」とκυάνεος / κυανοῦς （kuáneos/kuanoûs）  「濃い青」に由来）は、アントシアンとも呼ばれ、pHに応じて赤、紫、青、黒に見える水溶性の液胞色素です。1835年、ドイツの薬剤師ルートヴィヒ・クラモール・マルクヴァルトは、論文「花の色」の中で、花に青色を与える化合物をアントキアンと名付けました。アントシアニンを豊富に含む食用植物には、ブルーベリー、ラズベリー、黒米、黒大豆などがあり、赤、青、紫、黒のものは数多くあります。秋の葉の色のいくつかは、アントシアニンに由来しています。^{[1] [2]}

アントシアニンは、フェニルプロパノイド経路で合成されるフラボノイドと呼ばれる分子の親クラスに属します。高等植物の葉、茎、根、花、果実など、すべての組織に存在します。アントシアニンは、アントシアニジンに糖を加えることで生成されます。^[3]無臭で、中程度の収斂性があります。

アントシアニンは欧州連合では食品や飲料の着色料として承認されていますが、食品やサプリメントの成分として使用した場合の安全性が検証されていないため、食品添加物として使用することは承認されていません。^[4]アントシアニンが人間の生物学や病気に何らかの影響を与えるという決定的な証拠はありません。^{[4] [5] [6]}

花では、アントシアニンの蓄積によってもたらされる色が、多種多様な動物の花粉媒介者を引き付ける可能性があります。一方、果物では、同じ色が、赤、青、または紫色の食用になる可能性のある果物に草食動物を引き付けることで、種子の散布を助ける可能性があります。

アントシアニンは、植物を極端な温度から守る役割を果たしている可能性がある。^{[7] [8]}トマトの植物は、アントシアニンが活性酸素種に対抗することで寒冷ストレスから保護し、葉の細胞死率を低下させる。^[7]

アントシアニンの赤色の原因となる吸光パターンは、若いコナラの葉などの光合成活性組織の緑色クロロフィルの吸光パターンと相補的である可能性がある。緑色に惹かれる草食動物の攻撃から葉を守るためかもしれない。^[9]

アントシアニンは細胞液胞に存在し、主に花や果実に含まれていますが、葉、茎、根にも含まれています。これらの部分では、主に表皮や周辺の葉肉細胞などの外側の細胞層に含まれています。

自然界で最も頻繁に存在するのは、シアニジン、デルフィニジン、マルビジン、ペラルゴニジン、ペオニジン、ペチュニジンの配糖体である。光合成で固定された炭化水素の約2％が、フラボノイドやアントシアニンなどのその誘導体に変換される。すべての陸上植物にアントシアニンが含まれているわけではなく、ナデシコ科（サボテン、ビート、アマランサスを含む）では、アントシアニンはベタレインに置き換えられている。アントシアニンとベタレインが同じ植物で見つかったことはない。^{[10] [11]}

アントシアニン含有量を高めるために意図的に栽培されることもあるピーマンなどの観賞用植物は、珍しい料理や美的魅力を持つことがあります。^[12]

アントシアニンは、メコノプシス属の青いケシやその栽培品種など、多くの植物の花に含まれています。^{[13]アントシアニンは}、チューリップ・ゲスネリアナ、チューリップ・フォステリアナ、チューリップ・アイクレリなど、さまざまなチューリップの花にも含まれています。^[14]

アントシアニンが豊富な植物には、ブルーベリー、クランベリー、ビルベリーなどのスノキ属の植物、ブラックラズベリー、レッドラズベリー、ブラックベリーなどのキイチゴ属の果実、ブラックカラント、サクランボ、ナスの皮、黒米、ウベ、沖縄サツマイモ、コンコードグレープ、マスカットグレープ、赤キャベツ、すみれ色の花びらなどがあります。赤肉の桃やリンゴにもアントシアニンが含まれています。^{[29] [30] [31] [32]アントシアニンは、}バナナ、アスパラガス、エンドウ豆、フェンネル、ナシ、ジャガイモにはそれほど多く含まれておらず、グリーングーズベリーの特定の品種にはまったく含まれていない場合があります。^[16]

最も多く記録されているのは、黒大豆（Glycine max L. Merr.）の種皮で100gあたり約2g含まれているようです^[33] 。また、紫トウモロコシの粒と殻、クロチョークベリー（Aronia melanocarpa L.）の皮と果肉にも含まれています（表を参照）。アントシアニン含有量を決定するサンプルの起源、調製方法、抽出方法に重大な違いがあるため、^{[34] [35]}隣の表に示されている値は直接比較できません。

自然、伝統的な農法、植物の育種により、青または赤肉のジャガイモ、紫または赤のブロッコリー、キャベツ、カリフラワー、ニンジン、トウモロコシなど、アントシアニンを含むさまざまな珍しい作物が生み出されてきた。園芸用トマトは、チリとガラパゴス諸島原産の野生種の紫色の色の遺伝的基礎を定義するために、遺伝子組み換え生物の導入系統（最終的な紫色のトマトには組み込まれていない）を使用した育種プログラムの対象となった。^[36]「インディゴローズ」として知られる品種は、2012年に農業業界と家庭菜園で商業的に利用可能になった。^[36]アントシアニン含有量の高いトマトに投資すると、保存期間が2倍になり、収穫後のカビ病原体であるボトリティスシネレアの増殖が抑制される。^[37]

トマトの中には、果物に高濃度のアントシアニンを生成するために、キンギョソウの転写因子を使って遺伝子組み換えされたものもあります。 ^{[38]アントシアニンは自然に熟した}オリーブにも含まれており、^{[39] [40]}一部のオリーブの赤や紫の色の原因の一部となっています。^[39]

紫トウモロコシ、ブルーベリー、リンゴンベリーなどの色鮮やかな植物性食品の葉に含まれるアントシアニンの含有量は、食用の穀粒や果実に含まれるアントシアニンの約10倍です。^{[41] [42]}

ブドウの葉の色スペクトルを分析することで、アントシアニンの量を評価することができます。スペクトル分析に基づいて、果実の成熟度、品質、収穫時期を評価することができます。^[43]

秋の紅葉の赤や紫、そしてそれらの混合色は、アントシアニンに由来しています。カロテノイドとは異なり、アントシアニンは生育期を通して葉の中に存在しているわけではありませんが、夏の終わりに向かって活発に生成されます。^{[2]アントシアニンは、植物の内外の要因の}複雑な相互作用の結果として、夏の終わりに葉の細胞の樹液中に生成されます。その形成は、葉のリン酸レベルが減少するため、光の存在下で糖が分解されることに依存しています。 ^[1]秋のオレンジ色の葉は、アントシアニンとカロテノイドの組み合わせによって生じます。

アントシアニンは温帯地域の樹木の約10％に存在しますが、ニューイングランドなどの特定の地域では最大70％の樹木種がアントシアニンを生成する可能性があります。^[2]

アントシアニンは、欧州連合、オーストラリア、ニュージーランドで食品着色料として使用することが承認されており、着色料コードはE163です。^{[44] [45] 2013年、}欧州食品安全機関の科学専門家委員会は、さまざまな果物や野菜に含まれるアントシアニンは、安全性と毒性の研究によって十分に特徴付けられていないため、食品添加物として使用することを承認されていないと結論付けました。^{[4]ヨーロッパで生産される食品の着色に赤ブドウの皮の抽出物と}ブラックカラントの抽出物が安全に使用されてきた歴史を踏まえ、委員会は、これらの抽出物源は例外であり、十分に安全であることが証明されていると結論付けました。^[4]

アントシアニン抽出物は、米国では食品の着色料として認可されていませんが、着色料として認可されているブドウジュース、赤ブドウの皮、多くの果物や野菜のジュースには、天然のアントシアニンが豊富に含まれています。^[46]医薬品や化粧品の認可着色料の中にアントシアニン源は含まれていません。 ^[47]脂肪酸とエステル化すると、アントシアニンは食品の親油性着色料として使用できます。^[48]

アントシアニンは試験管内で抗酸化作用を持つことが示されているが^[49]、アントシアニンを多く含む食品を摂取した後のヒトにおける抗酸化作用の証拠はない。^{[5] [50] [51]}試験管内での制御された条件とは異なり、生体内でのアントシアニンの運命は、それらがあまり保存されていないこと（5％未満）を示しており、吸収されたもののほとんどは化学的に修飾された代謝物として存在し、急速に排泄される。^[52]アントシアニンを多く含む食品を摂取した後に見られる血液の抗酸化能の増加は、食品中のアントシアニンによって直接引き起こされるのではなく、食品中のフラボノイド（アントシアニン親化合物）の代謝に由来する尿酸値の上昇によって引き起こされる可能性がある。 ^{[52]摂取されたアントシアニンの代謝物は、}消化管で再吸収され、そこから血液に入り全身に分布し、より小さな分子として効果を発揮する可能性がある。^[52]

欧州食品安全機関は、アントシアニンによる「抗酸化特性」があると言われる食品を食べることによる健康上の利点に関する科学的証拠の2010年のレビューで、1) 食物中のアントシアニンが人間に有益な抗酸化作用をもたらす根拠はない、2)アントシアニンを豊富に含む食品の摂取とDNA、タンパク質、脂質の酸化損傷からの保護との間に因果関係を示す証拠はない、3) アントシアニンを豊富に含む食品の摂取が「抗酸化」、「抗がん」、「抗老化」、「健康的な老化」の効果があるという証拠は一般的にない、と結論付けました。^[5]

アントシアニン、すなわち糖基を持つアントシアニジンは、ほとんどがアントシアニジンの3-グルコシドです。アントシアニンは、糖を含まないアントシアニジン アグリコンとアントシアニングリコシドに分類されます。^[要出典] 2003年の時点で、400種類以上のアントシアニンが報告されていましたが、^[53] 2006年初頭の文献では、その数は550種類以上とされています。アントシアニンは、pHの変化に応じて化学構造が異なるため、酸性では赤、塩基性では青に変化するハロクロミズムと呼ばれるプロセスを経て、pH指示薬としてよく使用されます。

アントシアニンは、生体内および試験管内で生化学的に分解されると考えられている。構造、pH、温度、光、酸素、金属イオン、分子内会合、および他の化合物（共色素、糖、タンパク質、分解産物など）との分子間会合は、一般的にアントシアニンの色と安定性に影響を与えることが知られている。^[54] B環ヒドロキシル化状態とpHは、アントシアニンのフェノール酸とアルデヒド成分への分解を媒介することが示されている。^[55]実際、摂取されたアントシアニンの大部分は、摂取後に生体内でフェノール酸とアルデヒドに分解される可能性が高い。この特性は、生体内での特定のアントシアニンメカニズムの科学的分離を困難にしている。

アントシアニンは一般に高pHで分解されます。しかし、ペタニン（ペチュニジン3-[6- O -(4- O -( E )- p -クマロイル- O -α- l -ラムノピラノシル)-β- d -グルコピラノシド]-5- O -β- d -グルコピラノシド）などの一部のアントシアニンはpH8でも分解されにくく、食品着色料として効果的に使用できる可能性があります。^[56]

アントシアニンはpHに応じて色が変わるため、 pH指示薬として使用できます。酸性溶液（pH < 7）では赤またはピンク色、中性溶液（pH ≈ 7）では紫色、アルカリ性溶液（pH > 7）では緑がかった黄色、色素が完全に還元された非常にアルカリ性の溶液では無色になります。^[57]

1. アントシアニン色素は、他のすべてのフラボノイドと同様に、細胞内の 2 つの異なる化学原料の流れから 組み立てられます。
   • 1つはシキミ酸経路でアミノ酸フェニルアラニンを生成する経路である（フェニルプロパノイドを参照）。
   • もう一方のストリームは、 C ₂ユニット（アセチルCoA ）からC _{3ユニットの3つの}マロニルCoA分子を生成する。^[58]
2. これらのストリームは、カルコン合成酵素によって出会い、結合し、植物によく見られるポリケチド折り畳み機構を介して中間カルコン様化合物を形成する。
3. カルコンはその後、カルコンイソメラーゼ酵素によって異性化され、原型色素であるナリンゲニンとなる。
4. ナリンゲニンはその後、フラバノン水酸化酵素、フラボノイド3'-水酸化酵素、フラボノイド3',5'-水酸化酵素などの酵素によって酸化され、
5. これらの酸化生成物は、ジヒドロフラボノール4-還元酵素によってさらに還元され、無色のロイコアントシアニジンとなる。^[59]
6. ロイコアントシアニジンはかつて、次の酵素であるアントシアニジン合成酵素またはロイコアントシアニジンジオキシゲナーゼと呼ばれるジオキシゲナーゼの直接の前駆体であると考えられていました。ロイコアントシアニジン還元酵素 (LAR) の生成物であるフラバン-3-オールが、最近、その真の基質であることが示されました。
7. 得られた不安定なアントシアニジンは、UDP-3- O-グルコシルトランスフェラーゼなどの酵素によって糖分子とさらに結合し、^[60]最終的に比較的安定したアントシアニンを生成します。

したがって、これらの色素を合成するには 5 種類以上の酵素が必要であり、それぞれが協調して働いています。遺伝的要因または環境的要因によってこれらの酵素のメカニズムのいずれかが少しでも乱れると、アントシアニンの生成が停止します。アントシアニンを生成する生物学的負担は比較的大きいですが、植物はアントシアニンによってもたらされる環境適応、病気耐性、害虫耐性から大きな恩恵を受けています。

アントシアニン生合成経路では、L-フェニルアラニンは、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、シナメート4-ヒドロキシラーゼ、4-クマレートCoAリガーゼ、カルコンシンターゼ、カルコンイソメラーゼによってナリンゲニンに変換される。その後、次の経路が触媒され、フラバノン3-ヒドロキシラーゼ、フラボノイド3'-ヒドロキシラーゼ、ジヒドロフラボノール4-レダクターゼ、アントシアニジンシンターゼ、UDP-グルコシド：フラボノイドグルコシルトランスフェラーゼ、メチルトランスフェラーゼによる合成を通じて、複合アグリコンとアントシアニンが形成される。^[61]

フェノール代謝経路と酵素は遺伝子組み換えによって研究される可能性がある。アラビドプシスのアントシアニン色素1の生産を制御する遺伝子（AtPAP1）は他の植物種でも発現する可能性がある。^[62]

アントシアニンは光エネルギーを電気エネルギーに変換する能力があるため、有機太陽電池に使用されています。 ^{[63]従来の}pn接合シリコンセルの代わりに色素増感太陽電池を使用することで得られる多くの利点としては、純度要件が低く、構成材料が豊富にあること、またフレキシブル基板上に製造できるためロールツーロール印刷プロセスに適していることなどが挙げられます。^[64]

アントシアニンは蛍光を発するため、他の蛍光体を必要とせずに生きた細胞をイメージングできる植物細胞研究のツールとなる。^[65]アントシアニンの生産は、視覚的な識別を可能にするために遺伝子組み換え材料に組み込まれる可能性がある。^[66]

• ワイン中のフェノール化合物
• p-クマロイル化アントシアニン

• Andersen, OM (2006)。フラボノイド：化学、生化学および応用。フロリダ州ボカラトン：CRC Press。ISBN 978-0-8493-2021-7。
• Gould, K.; Davies, K.; Winefield, C. 編 (2008)。『アントシアニン：生合成、機能、応用』。Springer。ISBN 978-0-387-77334-6。

• アントシアニンに関するよくある質問 MadSci Network