Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten

Tillhör kategori: livsmedel, spektrum, ljus och färg, syror och baser, urval gammal version av experiment, vardagens kemi

Författare: Linda Nilsson, Ulrika Kommes Johansson, Annelie Sikström

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Irriterande Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 20 minuter

Tid för genomförande: 80 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Många hade under årens lopp försökt att tillverka röd växtfärg utan att komma någon vart. Men Lisa Johansson från Västerbotten kom på ett sätt. Du blir nu en av de som får tillgång till receptet på Vilhelminafruns röda växtfärg som du framställer med hjälp av rödbetor. Ta chansen att pröva!

Riktlinjer

Experimentet utförs lämpligen som par- eller grupparbete.

Säkerhet

Detta är en laboration med inte alltför riskabla moment. Om du tvättar ullen enligt alternativ 1, så ingår inga farliga kemikalier.

(Tvätt enligt alternativ 2 innehåller ammoniak. Ammoniak luktar starkt och är skadlig att få i ögonen. Skyddsglasögon är att rekommendera. Var också försiktig med att skära eller bränna dig. Se till att ha plåster och rinnande vatten i närheten så klarar du det.)

Överblivna lösningar kan spolas ned i avloppet.

Materiel

Förarbete

Innan du påbörjar laborationen så ska ullgarnet tvättas.

Alternativ 1

Detta gör du enklast i maskin, 40 °C fintvätt för ylle (använd syntettvättmedel).

Alternativ 2

Tvätta med tvålflingor och ammoniak enligt följande:
  1. Dosering till 100g garn:
    • 4 l vatten (40-45 °C)
    • 3 ml ammoniak
    • 6 g tvålflingor
  2. Ullgarn tål inte hastiga temperaturväxlingar så lägg ned det i grytan och värm sakta upp vattnet till 40 °C.
  3. Tvätta försiktigt, utan att gnugga, garnet rent från fett och smuts under 10-15 min. Upprepa detta om garnet är svårt smutsat.
  4. Skölj väl, börja i 40 °C och fortsätt med gradvis avsvalnande vatten. Vrid ej garnet.

Utförande

  1. Rödbetan eller rödbetorna läggs hela på ugnsplåten och steks i ugn vid en temperatur av 175-200 °C till dess att den/de mjuknat.
  2. Under tiden som rödbetorna steks så blötlägger man ullgarnet som ska färgas in i vatten.
  3. Därefter hackas rödbetorna i små bitar medan de fortfarande är varma.
  4. De hackade rödbetorna läggs sedan i ett stort rostfritt kärl vilket måste vara alldeles rent.
  5. När du gjort detta så häller du kokhett vatten, med en tillsats av 25 g alun och 10 g vinsten (per 100 g ullgarn), över rödbetorna.
  6. Nu har det blivit dags att lägga ned garnet som ska vara rentvättat och fuktigt i grytan. Detta ska sedan hanteras och röras om under tio minuter.
  7. Härefter ska garnet lämnas kvar i grytan som får stå i fyra dygn utan att röras.
  8. När väntetiden är över torkar du garnet utan att skölja ur det.

Du har nu om, allt gått som det ska, fått en beständig röd färg på ditt garn som står bra emot solens blekning.

Förklaring

För att ett färgämne ska lakas ut och lösa sig i vatten så måste de innehålla hydrofila grupper med några av vattenmolekylens egenskaper. De måste alltså uppfylla några av kriterierna som följer:

Saknas sådana grupper så är ämnet vattenfrånstötande och måste lösas i olja eller dylikt. Ju fler hydrofila grupper ämnet har desto bättre löses de i vatten. När färgämnet från rödbetorna har löst sig i vattnet och betämnena alun och vinsten tillsats så kan det röda färgämnet betanin lättare bindas till fibern.

Det finns oerhört många färgämnen med olika egenskaper. För att förstå färgningsprocessen behöver man gruppera färgämnena efter hur de löser sig i vattnet och hur de binder till fibern.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Historik kring växtfärgning

Växtfärgning inbegriper färgning och mönstring av textilier med ur naturen utvunna färgämnen från växter och djur. Växtfärgning är det äldsta sättet att färga garn och vävnader och var så gott som allenarådande till dess att den kemiska industrin började leverera färgämnen vid mitten av 1800-talet. Särskilt inom den mera hantverks- och hobbybetonade textilframställningen används fortfarande växtfärger i stor utsträckning, särskilt som de anses ha en mjukare och varmare färgskala än de syntetiska. Till Europa kom kunskapen om växtfärgning från Asiens och Nordafrikas gamla kulturer. Europas äldsta fynd är färgat yllegarn från bronsåldern.

Fenicierna utvecklade under årtusendet f.Kr. den svåra konsten att färga med purpur. Bland de rommerska färgarna var purpurfärgarna de förnämsta. I Pompeji har man funnit purpurfärgerier med bevarade flaskor som innehöll färgämnen. Den dyrbara purpurn förlorade sin ställning under medeltiden. I antikens Grekland kände man också till konsten att färga turkiskt rött, karmosinrött, krapprött, blått med vejde och gult med saffran och vau.

Med upptäckten av Amerika ökade tillgången på färgämnen kraftigt. Då fick man det starka röda färgämnet koschenill från en sköldlus som lever på kaktusar, röda, blå och bruna färger från bresiljeträd och andra sorters färgträ och färgbark.

Naturliga färgämnen

Naturfärgämnen delas in i kypfärgämnen och betfärgämnen. För att få färgen att fästa vid textilfibern prepareras den genom betning. Vinsten kan användas för att öka effekten av betmedlet.

Till betfärgämnena hör turkiskt rött, koschenill (karminrött, livsmedelstillsats E120, pdb) och krapp för rött, liksom orselj, en röd färg som utvinns ur vissa lavar. Gula färger kan utvinnas ur många växter men de flesta har låg ljushärdighet. Till de dyrbaraste hör färg ur saffran. Gurkmeja (innehåller kurkumin) och färgreseda är andra exempel på färgväxter som ger gul färg. I Sverige har man också använt många inhemska vilda växter för att få fram gula färger t.ex. björk och asp.

Kypfärgämnen är olösliga i vatten men löses genom alkalisk reduktion och kan då i färgbadet, kypen, fästa vid fibern. När färgstoffet utsätts för luftens syre oxiderar färgen och färgämnet återbildas. Till kypfärgämnena hör indigo och purpur, två mycket beständiga färger.

Betanin

Betanin
Betanin-molekylen som ger rödbetan och flugsvampen deras röda färger

Betanin är ett vattenlösligt färgämne som liknar antocyaninerna som finns i t ex blåbär och röda/violetta/blå blommor. Betanin finns inte bara i rödbetor, utan är även det ämne som ger den röda flugsvampen dess färg. Att betaninet är vattenlösligt förstår man när man ser hur regnet får flugsvamparna att blekna.


Ung flugsvamp Mogen flugsvamp Gammal flugsvamp
Foton: © Svante Åberg
Betaninets struktur

Den kemiska orsaken till vattenlösligheten är framför allt de många hydroxylgrupperna (-OH) som attraherar vattenmolekylerna med vätebindningar. Betanin är alltså ett mycket polärt ämne.


Lisa Johanssons recept med rödbetor

Många har under årens lopp försökt sig på att framställa en beständig röd färg med hjälp av olika växter men ingen hade lyckats. Till slut fick dock en äldre dam från Västerbotten, Lisa Johansson, efter tio års exprimenterande in en fullträff då hon lyckades framställa röd växtfärg med hjälp av rödbetor. Lisa hade under 25 års tid sysslat med att framställa växtfärger och hade producerat ca 400 olika nyanser. Hon kunde till dett lägga äran av att vara den första i Sverige att tillverka en beständig röd färg ur inhemskt växtmaterial.

Lisa Johansson har även skrivit böcker om växtfärgning enligt gamla recept i Västerbotten. Sök under författarnamnet Lisa Johansson i svenska bibliotek med Libris.

Betning

Betning innebär att man behandlar textilier eller avlägsnar oxidationsprodukter som bildats på metallytor vid t.ex. värmebehandling. I detta fall är vi intresserade av vad betningsmedel har för uppgift vid färgning av garn.

Betning kan ske med organiska medel och då använder man främst vinsten (kaliumsaltet av vinsyra), garvsyra (tannin) eller formaldehyd (metanal). Processen kan även ske med oorganiska medel såsom krom-, tenn- och järnsalter. (Obs: krom är cancer- och allergiframkallande använd därför alltid gummihanskar vid hanterlig av detta ämne. Undvik ämnet om det är möjligt.)

Alla dessa betningsmedel fungerar så att de går in och bildar kemiska föreningar med lösliga färgämnen. Färgämnena omvandlas då och blir mer svårlösliga vilket gör att de binds hårdare till fibern. Betning sker genom att man dränker i garnet med en saltlösning av en metall vars hydroxid inte är vattenlöslig. Betningen gör att metalljonerna blockerar de hydroxylgrupper som gör färgämnet vattenlösligt, så att det inte släpper fibern och löser sig igen i färgbadet. Betningen gör alltså att det kan bindas mer färgämnen till garnet och dessutom blir garnet och färgen mer tvätthärdigt.

Betningen ska ske före eller efter färgningen eftersom en tillsats under själva färgningen gör att färgämnet förlorar en del av sin löslighet och får sin sura hydroxylgrupp blockerad så att det inte kan bindas till fibern. Detta medför i sin tur att fibern inte kan binda ämnet till sig i samma utsträckning.


Vinsten

Vinsten, C4H5O6 - kaliumvätetartrat, ett vitt pulver som används som hjälpbetmedel för att ge ett jämnare färgningsresultat. Vinsten är det sura kaliumsaltet av den högervridande, naturligt förekommande vinsyran. Ämnet är svårlösligt i vatten och lättlöslig i etanol. Den fälls ofta ut som vita, hårda kristaller i framför allt kvalitetsviner. Vinsten används, förutom till vinsyraframställning, bl.a. som syra i bakpulver och i silverrengöringsmedel.


Kalialun

Alun, KAl(SO4)2·12 H2O - kaliumaluminiumsulfat, ett vitt pulver eller kristaller som är lättlösliga i varmt vatten. Alun används som betmedel och bevarar växtfärgens naturliga nyans. Alun är känt sedan antiken som läkemedel (sammandragande och blodstillande) och betmedel. Det ingår i mineralen kalunit och alunit och framställs genom behandling av bauxit med svavelsyra och kaliumsulfat eller genom kalcinering och lakning av alunhaltiga skiffrar. Det används vid vattenrening, garvning, färgning och limning av papper.


Ull

Färgade ullhärvor
Foto: © Karin Johansson, Midskogsskolan, Luleå.
Får har hållits som husdjur i vårt land åtminstone 6000 år och på andra håll i världen betydligt längre. Vår äldsta bevarade ylleväv är den berömda Gerumsmanteln, 3000 år gammal. Ull är från alla synpunkter det enklaste och mest tacksamma materialet att växtfärga. Ullfibern tar lätt upp färger, och dessa blir också starkare och klarare än på andra matrial. Ullen kan färgas ospunnen, i form av garn eller som färdigt tyg. Garnet är enklast att hantera. Olika kvaliteter av ull ger emellertid olika färgresultat, och olika typer av ullgarn tar också upp färgen olika. Man kan inte säga att någon speciell ulltyp eller garnkvalitet är bättre än andra. Det är helt beroende av vad den ska användas till. Färdiga ulltextilier kräver varsamhet vid färgning. Matrialet filtar sig gärna, och det krymper givetvis vid de höga temperaturerna. Textilierna måste under färgningen hållas i rörelse så mycket som möjligt för att inte bli flammiga.

Keratinet i ullen

Växtfärgat garn
De två garnerna till vänster är färgade med rödbetor, det mittersta på grått garn. Garnet till höger är färgat med koschenill som jämförelse.
Foto: © Karin Johansson, Midskogsskolan, Luleå.
Ullen består kemiskt sett av ett äggviteämne, keratin. Det är samma som våra egna naglar och hår liksom djurens hovar. Keratin har en mycket komplicerad uppbyggnad, precis som andra äggviteämnen. Det består av långa kedjor av aminosyror som har hydrofila grupper. Dessa återfinns i form av karboxyl- (-COOH), amino- (-NH2) och hydroxylgrupper (-OH). För att fibern ska kunna färgas så måste färgämnet innehålla någon av dessa ovannämnda grupper. Dessa grupper skapar en laddningsförskjutning i molekylen. Detta gör att två laddningsförskjutna molekyler kan attrahera varandra och skapa olika typer av bindningar.

Keratinkedjorna hålls samman av starka peptidbindningar som uppstår när en karboxylgrupp förenas med en aminogrupp. (se bild som vi kommer att skannas in)

Vissa obunda hydrofila grupper står till förfogande, och kan därför binda färgämnen på olika sätt, antingen genom vätebindning eller jonbindning.

Keratinets långa proteinkedja innehåller både sura och basiska atomgrupper, vilka kan binda basiska respektive sura färgämnen. Keratinet binder dessutom gärna till sig atomer från flera olika metaller som olika metaller, därför tillför man i en del färger spår av vissa metaller som oorganisk krom(III), nickel, kobolt eller koppar. Det är en av anledningarna till att man betar garn vid växtfärgning.

Keratinmolekylen är villig att delta i olika kemiska processer. Därför är ull lätt att färga. Keratin är känsligt för alkalier (basiska ämnen som soda, lut m.m.). Stark natronlut t.ex. kan helt och hållet lösa upp ullen. Däremot tål den att utsättas för ganska sura bad, även om temperaturen är hög.

De många bindningarna som finns i kolkedjorna hos olika organiska ämnen är svagare än de som finns hos oorganiska ämnena. Detta medför således att organiska ämnen är lättare att bryta ner och bygga upp. Ullen tål därför inte att utsättas för förändringar under längre perioder. Detta är en av orsakerna till att ull inte tål att kokas. Om man istället blötlägger ullen i varmt vatten (under kokpunkten) kommer dess fjäll på fibrerna att fastna i ett utspärrat läge. Detta gör att färgämnena har många ställen att tränga in och binda till. När ullen sedan kallnar lägger fjällen sig åter till rätta och färgämnena "stängs in".

Fördjupning

Livsmedel

Maten håller igång oss

Livsmedel behövs för att hålla igång vårt biologiska maskineri. Det är via maten som vi får energi att röra oss, tänka, men också att växa och reparera våra celler i kroppen. Kroppens maskineri är oerhört komplicerat, men det klarar att styra flödena av både energi och näring till kroppens olika delar vid rätt tillfälle. Kroppen hanterar också att ta hand om de restprodukter som vi måste göra oss av med.

Processerna i kroppen när maten bryts ned, fördelas, omvandlas och görs av med, är i grund och botten kemiska reaktioner som drivs av energin i maten. Maskinen är vår biologiska kropp, men de enskilda reaktionerna är kemiska. På så sätt kan man säga att vår kropp är en kemisk maskin.

Matens ursprung

Ursprungligen hittade vi vår föda i naturen. I det moderna samhället är de flesta livsmedlen processade på något sätt. Även livsmedel som inte är processade i sig är ofta odlade eller uppfödda med metoder som skiljer sig från det som sker i naturen. Syftet är att öka produktionen och att säkerställa kvalitén.

Att livsmedlen inte är helt naturligt producerade behöver inte vara ett problem. Det är bra att vi kan producera mera med mindre resurser. Det är också bra att vi har koll på kvalitén. Men vissa saker är inte bra. Tillsatser som gör att livsmedlen får längre hållbarhet, ser mer aptitliga ut och smakar bättre är inte alltid nyttiga, även som det kan verka så.

Grunden till all produktion av livsmedel är solens energi och växternas fotosyntes. I nästa steg kan djuren äta växterna och producera kött som vi sedan kan äta, men ursprunget är växterna. Men om inte djuren och människorna fanns, så skulle växterna till slut bli utan koldioxid som de behöver för sin fotosyntes. Djur och människor andas ut koldioxid. Kropparna bryts också ned till koldioxid och mineraler när de förmultnar. Detta tar växterna hand om, ofta med svamparna som mellanled. Det hela är ett kretslopp där både växter, svampar och djur ingår. Allt levande både äter och äts. Det som får kretsloppet att hålla igång är strålningen från solen.

Tycke och smak

Genom evolutionen har vi lärt oss att välja vad som är bra med hjälp av lukten och smaken. Oftast är det som vi gillar också nyttigt. När maten är skämd, brukar den börja lukta illa, vilket gör att vi inte äter det som kan göra oss sjuka.

Men det vi tycker om är inte nödvändigtvis bra för oss. Sötma är en signal att maten är bra, vilket stämde väl när människan levde nära naturen och behövde den energi man kunde finna. Men nu finns socker i överflöd. Det blir för mycket av det goda, så att vi blir feta och får sjukdomar som karies och diabetes.

Smaken för maten är också en kulturell fråga. Den mat vi lär oss tycka om från barnsben tycker vi oftast om resten av livet. Det finns också kulturella aversioner mot vissa typer av mat. I Sverige är vi inte vana att äta insekter, men insekter är förträfflig mat som är både nyttig och miljövänlig.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Löslighet

När atomer eller molekyler av ett ämne blandas på atom-/jon-/molekylnivå med ett annat ämne, så säger man att ämnet löser sig. Både fasta, flytande och gasformiga ämnen kan gå i lösning på detta sätt. Ämnet som tar emot partiklarna som löser sig, och som förekommer i större mängd, kallas lösningsmedel.

Exempel på lösningar är:

En lösning behöver alltså inte vara en vätska. Det finns både fasta, flytande och gasformiga lösningar.

Begränsad löslighet

Ofta är lösligheten begränsad. Det har att göra med den jämvikt som uppstår mellan ämnet i lösning och samma ämne i ren form. Till exempel löser sig koksalt i vatten upp till 36 g per 100 ml (motsvarande 26 vikts-%) vid 20 °C.

Jonerna i den fasta natriumkloriden löser sig med jämn hastighet, vilket tenderar till att öka koncentrationen av löst ämne. Men den motsatta reaktioner sker också. Natrium- och kloridjonerna i lösningen faller ut som fast natriumklorid. Den hastighet med vilken saltet faller ut beror på hur ofta natrium- och kloridjoner stöter på varandra i lösningen. Därför ökar utfällningen av salt med koncentrationen i natriumkloridlösningen. Vid 26 vikts-% NaCl är utfällningen lika snabb som upplösningen av koksaltet. Då sker ingen nettoförändring. Man har en dynamisk jämvikt där lösningen är mättad, dvs. innehåller maximal mängd koksalt.

Obegränsad blandbarhet

Ibland är lösligheten obegränsad och det lösta ämnet och lösningsmedlet är fullständigt blandbara i alla koncentrationer. Exempel på detta är etanol i vatten. Vilken proportion av etanol och vatten du än blandar, så kommer du att få en homogen lösning, dvs. en enda fas. Du kommer inte att se någon fasgräns mellan ämnena.

Lösning av gasformiga partiklar i en annan gas har alltid obegränsad blandbarhet. Det beror på att i en gas så är partiklarna så långt ifrån varandra att de inte påverkas av några attraktionskrafter som tenderar att klumpa samman ämnena i aggregat. Alla atomer/molekyler rör sig helt fritt i gaslösningen.

Bindningskrafterna avgör lösligheten - "Lika löser lika"

När det finns ett löst ämne och ett lösningsmedel, så finns det tre alternativa bindningar som kan uppstå mellan partiklarna (atomerna/molekylerna/jonerna):

Man brukar använda en tumregel: "Lika löser lika". Det syftar på polariteten, dvs. laddningen hos partiklarna. Ämnen löser sig lättast i varandra om de är ungefär lika polära. Vi ska förklara hur detta kommer sig.

Vatten är en starkt polärt ämne. Visserligen är molekylen som helhet oladdad, men det finns en laddningsförskjutning så att syreatomen är negativ och väteatomerna positiva. Två vattenmolekyler binder varandra ganska starkt genom att syret i den ena molekylen lägger sig nära vätet i den andra vattenmolekylen. Den negativa och positiva laddningen attraherar varandra. Vatten binder alltså varandra ganska starkt.

Kolvätena i bensin är ett mycket opolära. Kolvätena är oladdade molekyler som inte heller har någon laddningsförskjutning inom sig i molekylen. Det gör att kolväten bara binder varandra svagt med hjälp av Londonkrafter (Van der Waals-krafter).

Ju starkare bindningen är, desto större chans är det att partiklarna ska klumpa sig samman. Vatten i blandning med bensin ger mycket dålig löslighet. Vattenmolekylerna klumpar samman sig med sina starka krafter och bildar en egen fas. Kolvätemolekylerna blir över och bildar en annan fas. Kolvätena bildar inte en egen fas på grund av attraktion mellan kolvätena, utan därför att de inte få vara tillsammans med vattnet. De blir så att säga ratade av vattenmolekylerna.

Om två ämnen inte har samma polaritet, men ändå inte skiljer sig åt alltför mycket, så får de en god löslighet även om den är begränsad. En möjlighet att lösa ett ämne är därför att använda lösningsmedel i flera steg. Om du till exempel har fått smutsig motorolja på händerna, så är det svårt att tvätta bort med tvål. Motoroljan är alltför opolär för att tvålen riktigt ska kunna lösa den. I ett första steg kan du då smörja händerna med margarin, som är opolärt. Oljan löser sig i margarinet. I nästa steg tvättar du bort margarinet med hjälp av tvål och vatten. Oljan som är löst i margarinet följer då med margarinet när det tvättas bort med vatten.

Fotokemiska pigment

Solljuset är en energikälla som håller igång livsprocesserna på jorden. Liv är inte möjligt utan att växter och andra organismer kan växa, fortplanta sig och hålla igång de biokemiska processerna som ligger bakom detta. Det är växterna som samlar denna energi i fotosyntesen med hjälp av sitt klorofyll. Men det är inte bara klorofyllet som använder ljusets energi i sina kemiska omvandlingar, utan även andra pigment.

Gemensamt för dessa pigment är att de energier som det handlar om ligger i det synliga våglängdsområdet. När pigmenten absorberar vissa ljusvåglängder av det vita solljuset, ändras den spektrala sammansättningen så att ljuset blir färgat. Därför är alla fotokemiska pigment mer eller mindre starkt färgade.

I naturen ser vi grönt klorofyll i växternas blad, röda och blå antocyaniner i blommor och frukter, röda betalainer i rödbetor, gula och orange karotenoider i höstlöv och morötter. Pigmenten fångar ljusets energi, skyddar mot skadlig UV-strålning, guidar de pollinerande insekterna och skyddar oss med sina antioxidanter mot cancer och nedbrytande processer i våra celler.

Så uppkommer färgerna hos växtpigmenten

Ljus består av fotoner, där varje foton har en bestämd mängd energi. Ju kortare våglängd ljuset har desto större energi har fotonen. De fotoner vars energi överensstämmer med energiskillnaden mellan två elektrontillstånd hos molekylen absorberas, övriga fotoner är opåverkade.

Allmänt gäller att elektroner som är hårt bundna till en viss position i molekylen tenderar att ligga på elektrontillstånd med högre skillnad mellan energinivåerna. Sådana molekyler absorberar utanför det synliga området i UV.

Molekyler där elektronerna är fria att röra sig över en större del av molekylen har energitillstånd som ligger tätare. Sådana molekyler absorberar ofta i det synliga vågländsområdet och blir därför ofta starkt färgade.

Typiskt är att alternerande dubbel- och enkelbindningar (konjugerade bindningar) gör att elektronerna kan röra sig längs hela kedjan med bindningar via en mekanism som kallas resonans. Sök efter alternerande enkel- och dubbelbindningar i strukturformeln för att bedöma om molekylen är starkt färgad.

Färgerna hos klorofyll

När klorofyll utsätts för solljus kommer fotoner med våglängd kring 430, 453, 642 och 663 nm att absorberas. Det är ljus som uppfattas som blått respektive rött, vilket resulterar i att vi ser växter som gröna - den färg som inte absorberats.


Klorofyll-a och klorofyll-b har maximal ljusabsorption i blått och rött, medan våglängsområdet kring grönt inte absorberas. Klorofyll är därför grönt.
Bild: Svante Åberg

Alternerande enkel- och dubbelbindningar gör att klorofyller absorberar synligt ljus och därför blir färgade för ögat.

Klorofyll A och klorofyll B har något olika nyanser av grönt beroende på att den ena har en metylgrupp och den andra en aldehydgrupp. Denna skillnad gör också att klorofyll A är mer hydrofob än klorofyll B.


Klorofyll A har en metylgrupp där klorofyll B har en aldehydgrupp. Denna lilla skillnad påverkar färgnyansen.
Bild: Svante Åberg
Färgerna hos karotenoider

Beta-karoten har alternerande enkel- och dubbelbindningar som sänker energin för elektrontillstånden så att pigmentet absorberar i det synliga våglängdsområdet.


Beta-karoten har alternerande enkel- och dubbelbindningar.
"Structure of beta-carotene" av NEUROtiker" Public Domain Mark

Beta-karoten absorberar mera av det gröna än klorofyll A och B, men inget i det röda våglängdsområdet.
Bild: Svante Åberg

Absorptionen sker främst i blått (våglängdsområdet 400-500 nm) och i UV-området. Det ljus som inte absorberas är rött, gult och en del grönt, vilket tillsammans ger beta-karoten en orange färg.

Moroten har gett sitt namn åt ämnet karoten och hela gruppen av karoten-liknande substanser, karotenoiderna. Karotenoider är gula eller orange pigment med låg vattenlöslighet.

Karotenoider finns inte bara i morötter, utan även i tomater (lykopen), många blommor med gul eller orange färg, i de gula höstlöven och äggula (xantofyll såsom lutein), mm.


Morötter är rika på kartoten.
"Carrot diversity" av Larsinio" Public Domain Mark
Färgerna hos antocyaniner

Att färgerna för antocyaniner varierar efter pH beror på att energinivåerna för elektronerna i molekylen påverkas av molekylens utseende och laddningsfördelning.


Cyanin är en antocyanin. Färgerna är typiska för antocyaniner i allmänhet, men med små skillnader i färg och vid viket pH som färgen ändras.
Bild: Svante Åberg
Färgerna hos betalainer

Betalainer är vattenlösliga växtpigment som visserligen påminner om antocyaniner, men som har en annan kemisk struktur där kväve ingår.

Ung flugsvamp Mogen flugsvamp Gammal flugsvamp
Att betaninet är vattenlösligt förstår man när man ser hur regnet får flugsvamparna att blekna.
Bilder: Svante Åberg

Betalainer finns av två typer med olika färger. Betaxantinerna har nyanser mellan gult och orange, betacyaninerna mellan rött och violett.


Betaxantin och betacyanin, de två huvudtyperna av betalainer. Notera att kväve ingår i strukturen, något som skiljer betalainerna från antocyaninerna.
"Betalains" av Harris et al; licensee BioMed Central Ltd. 2012" Public Domain Mark

Klorofyller


Fotosyntesen sker i bladens gröna kloroplaster, där klorofyllet finns.
"Plagiomnium affine laminazellen" av Fabelfroh" (CC BY-SA 3.0)

Klorofyller är gröna pigment som finns i cyanobakterier, och i cellernas kloroplaster i alger och växter. Klorofyll är den viktigaste molekylen för att fånga solljusets energi och bygga in det i kolhydrater som växterna syntetiserar. Växterna utgör sedan föda för djuren. På så vis kan den fångade solenergin spridas i hela ekosystemet.

Fotosyntes med hjälp av klorofyll-a och b

Klorofyll-a och b ingår i växternas fotosyntes. Molekylerna är inbäddade i tylakoidmembranen i kloroplasterna, där fotosyntesen sker.

Varianter av klorofyll

De vanligaste klorofyllerna är klorofyll-a och klorofyll-b, men det finns också klorofyll c1, c2, d och f:

Klorofyll-a finns är universell och finns i alla organismer som innehåller klorofyll.
Klorofyll-b finns mest i växter
Klorofyll-c1 och c2 finns i olika alger
Klorofyll-d och f finns i cyanobakterier


Kloringruppen innehåller en magnesiumjon. Just denna klorinvariant ingår i klorofyll-a.
"Chlorin Chlorophyll d" av charlesy" Public Domain Mark

Klorofyll-a finns i alla organismer med fotosyntes, inklusive alger. Absorptionsmaxima ligger i det våglängdsområde där solljuset är intensivt. Energin fångas och kanaliseras till att driva sönderdelningen av vatten och vidare reaktion med koldioxid för att bilda kolhydrater.

Klorofyll-b finns även den i växter och gröna alger. Eftersom absorptionsmaxima för klorofyll-b är förskjutna en del i förhållande till klorofyll-a, så kompletterar klorofyll-b absorptionen av solljuset.

Klorofyll-c finns i vissa typer av alger, inklusive dinoflagellater. På samma sätt som klorofyll-b bidrar den till att fånga solljuset, men kolorfyll-c deltar inte själv i de fotokemiska reaktionerna som sedan följer.

Klorofyll-d finns i cyanobakterier och röda alger. Ljusabsorptionen sker i det långvågiga området vid 710 nm strax utanför det synliga området. Det är en anpassning till det ljus som finns tillgängligt på måttliga djup i havet.

Klorofyll-f absorberar också långvåglig ljus, ännu längre in i det infraröda våglängdsområdet som ligger utanför det synliga spektrat. Klorofyll-f finns i cyanobakterier.

Gemensamt för alla klorofylltyper är tetrapyrrolringen (klorin) som binder en magnesiumjon i centrum. Denna grupp är mycket lika hem-gruppen i hemoglobin, som i stället binder en järnjon.

När klorofyllet bryts ned på hösten

Kloringruppen i klorofyllet bryts ned till en färglös förening.
"Nonfluorescent chlorophil catabolite" av Ronhjones" Public Domain Mark

När hösten kommer, bryts bladens klorofyll ned samtidigt som antocyaniner bildas. Det leder till att det gröna försvinner och ersätts av röda och gula höstfärger.

Xantofyller är karotenoider besläktade med pigment som karoten och quercetin. Xantofyller är gula och orangefärgade. Visserligen finns de i bladen på sommaren, men de döljs av det gröna klorofyllet. När klorofyllet bryts ned blir de gula och orange färgerna synliga.

Antocyaniner bildas av socker med hjälp av solljuset under hösten. Bildningen gynnas av att hösten är relativt långdragen, men samtidigt kylig och solig. Även antocyaninernas färger blir tydliga av att klorofyllets kraftiga gröna färg försvinner.

Nedbrytningen av klorofyllet gör det möjligt för trädet att återvinna kvävet som finns i klorofyllet, innan trädet fäller sina blad.

Karotenoider

Färgerna hos tre vanliga karotenoider. Beta-karoten är en karoten eftersom den är ett kolväte. Lutein och violaxantin är xantofyller eftersom de innehåller syre.
Bilder: Svante Åberg

Karotenoiderna delas in i karotener och xantofyller. Karotenerna är kolväten. Xantofyllerna innehåller, förutom kol och väte, dessutom grundämnet syre.

Karotenoiderna innehåller alternerande enkel- och dubbelbindningar i kolvätekedjan. Kedjan är alltså en polymer av isoprengrupper, -C(CH3)=CH-.

Dessutom spegelvänds denna kolvätekedja i mitten av molekylen. Karotenoiden är alltås symmetrisk så att den kan delas i två likadana halvor.

De mest kända karotenoiderna är beta-karoten och lykopen. Beta-karoten finns i morötter och många vegetabilier som vi äter. Beta-karoten är också en färgämne i livsmedel med nummer E 160a. Lykopen är det röda pigment som ger färgen åt tomater.

Karotenoider är omättade kolväten som är mycket hydrofoba. De är olösliga i vatten, men i stället fettlösliga. Därför lagras karotenoider i fettvävnader i kroppen, men även i muskler, hud och ögon. Om man ska ta bort fläckar av karoten, måste man använda fettlösande borttagningsmedel. Ett trick är att gnugga fläcken med lite smör först, och sedan tvätta med tvål och vatten.

Karotenoider bidrar till ljusinsamlingen i fotosyntesen. De absorberar våglängder i det blågröna våglängdsområdet som klorofyllerna inte fångar upp.


Retinol, som bildas ur en halv beta-karoten, är en av de vanligare varianterna av A-vitamin.
"Retinol" av NEUROtiker" Public Domain Mark

Karotenoiderna skyddar också växterna mot alltför stark strålning. De omvandlar energin i strålningen till värme. Utan detta skydd skulle en del proteiner och cellmembraner i växterna ta skada.

När vi äter karotenoider, så spjälkas molekylen i två delar vid matsmältningen och bildar två molekyler A-vitamin. Vitamin A behövs för att foster ska utvecklas i den tidiga delen av graviditeten, och för att vi ska få en fullgod syn.

Lykopen är dock en karotenoid som inte bildar A-vitamin eftersom den saknar den cykliska kolvätegruppen som finns i A-vitamin.

Människor äter många olika karotenoider. Vi äter mest av β-karoten, lykopen, lutein, zeaxantin, β-kryptoxantin, och α-karoten, som tillsammans utgör 90 % av karotenoiderna i vår diet.

Karotenoiderna är också nyttiga. De har antioxidativ effekt och man har kunnat konstatera att de motverkar cancer.

Antocyaniner

Antocyaniner hittar vi i nästan alla frukter och bär, i många röda och blå blommor, och i höstlöv som blir röda när växtsäsongen lider mot sitt slut. Blåbär är särskilt rika på antocyaniner. Det är också gott om antocyaniner i rödkål.

Antocyaninerna innehåller många OH-grupper och sockergrupper, som ju är polära. Därför är antocyaninerna lättlösliga i vatten.

Eftersom antocyaninerna är antioxidanter, så anser man att de kan skydda mot fria radikaler som kan skada cellerna i kroppen. För mycket fria radikaler orsakar något som man kallar oxidativ stress. En hypotes är att de fria radikalerna bidrar till åldrandet och att antioxidanter skulle saktar ner åldringsprocessen något. Det finns tecken på att antocyaniner och andra flavonoider skulle ha ett flertal positiva hälsoeffekter.

Antocyaniner bryts ganska lätt ner av värme, syre och ljus. De är därför inte lätta att förvara. Om man vill behålla antocyaninerna, så är infrysning en möjlighet. Så länge som antocyaninerna finns i de frukter, bär och andra växter där de bildades, är dock nedbrytningen långsammare.

Betalainer

Betalainer påminner mycket om antocyaniner, till exempel vad gäller deras vattenlöslighet. Betalainer innehåller dock kväve, vilket antocyaninerna inte gör. Det har också visat sig att betalainer och antocyaniner aldrig förekommer tillsammans i samma växt.

Betalainer är antioxidanter, vilket betyder att de har förmågan att oskadliggöra fria radikaler som förekommer i kroppens celler. Fria radikaler är mycket reaktiva och kan bryta ner DNA och andra ämnen i kroppen. Om betalainerna verkligen fungerar i kropppen (in vivo) återstår att visa vetenskapligt, men hypotesen är att de skulle kunna minska risken för cancer och kärlsjukdomar. Man har kunnat visa att betalainer har viss hämmande effekt mot malaria och andra parasiter och att de har antimikrobiell effekt.

Det finns två typer av betalainer, nämligen betacyaniner och betaxantiner.

Betanin är färgen i rödbetor

Strukturen för betanin, det röda färgämnet i rödbetor.
"Betanin" av Shaddack" Public Domain Mark

Den mest kända betalainen är betanin, som finns i rödbetor och röda flugsvampar.

Betanin är ett livsmedelsfärgämne med nummer E162. Betanin är inte så stabilt. Det bryts ned av ljus, värme och syre. Det använd därför i frysta livsmedel. Det är lätt att utvinna betanin ur rödbetor eftersom det är så vattenlösligt.

Betaninens färg är pH-beroende med pKa1 = 3,3 och pKa2 = 8,5. Vid pH under 8 är färgen ljusare röd med dragning åt magenta. Vid pH över 9 är färgen blåviolett och mörkare. Vid vid tillräckligt höga pH sönderfaller betanin och färgen bleknar till en gröngul nyans.

Rödbetssaft kan användas som pH-indikator, men är inte lika bra som rödkålsindikatorn.

Litteratur

  1. Carla & Erik Sundström, Färga med svampar, 1983, ICA-förlaget AB, Västerås.
  2. Hilkka Rådberg, Färga garn och tyg, 1983, ICA-förlaget AB, Västerås.
  3. Annika Langlet, Växtfärgningsboken, 1987, LTs förlag, Helsingborg.
  4. Margret Kållberg, Färg för ull silke bomull lin, 1987, LTs förlag, Helsingborg.
  5. Sören (efternamn?), Tidningsartikel: Vilhelminafru lyckades framställa röd växtfärg, (år?, nummer?), Västerbottens Folkblad, Umeå.
  6. Lisa Johansson, Tidningsartikel: Gamla, i lappmarken kända växtfärgningsrecept, 1948, Västerbottens Folkblad, Umeå.
  7. Lisa Johansson, Gamla, i lappmarken kända växtfärgningsrecept, 1981, Riksförb. 4H, Solna.
  8. Nationalencyklopedin band 1, 19 och 20, 1989/1996, Bokförlaget Bra Böcker AB, Höganäs.
  9. Så färgar du ull och lin på vikingatida sätt, Susanna Broomé
    http://hem.passagen.se/susbrom/VAXTFARG.HTM (2003-05-22)
  10. Färgväxter, Den Virtuella Floran
    http://linnaeus.nrm.se/flora/listor/fargvaxt.html (2003-05-22)
  11. A Costuming Idiot's Guide to Basic Natural Dyeing (cochineal dyeing), Jennifer Thompson
    http://homepage.mac.com/festive_attyre/research/dyes/dyeing.html (2003-05-22)
  12. E120 Cochineal, Carminic acid, Carmines, A Rough Guide to E-Numbers, University of Bristol
    http://www.chemsoc.org/exemplarchem/entries/2001/anderson/colourings.htm#e120 (2003-05-22)
  13. Structural Protein, Clackamas Community College
    http://dl.clackamas.cc.or.us/ch106-08/structur1.htm (2003-05-22)
  14. Textile Pests, Pied Piper Northern Limited
    http://www.the-piedpiper.co.uk/th8.htm (2003-05-22)
  15. Alun, Shenet
    http://www.shenet.se/ravaror/alun.html (2003-11-29)
  16. Växtpigmentens kemi, Svante Åberg, Umeå Stads Trädgårdssällskap
    http://www.umeatradgard.se/artikel_vaxtpigment.html (2005-04-26)

Fler experiment


livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blev disken ren?
Blå himmel och röd solnedgång
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Diska med äggula
Doft och stereoisomeri
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Flyter isen i matoljan?
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Fruktmörade proteiner
Gelégodis i vatten
Göra lim av kasein
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur mycket vatten finns i maten?
Höna med gummiben?
Innehåller koksaltet jod?
Kallrörd vaniljkräm och saliv
Kan man tapetsera med abborrar?
Koka Cola
Koka knäck
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Modellmassa av mjölk
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Pektin och marmeladkokning
Popcorn
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Skär sig majonnäsen?
Släcka fett på rätt sätt
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Syror och baser i konsumentprodukter
Testa C-vitamin i maten
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Vispa grädde
Äta frusen potatis

spektrum, ljus och färg
Blå himmel och röd solnedgång
Cyanotypi - den gammeldags blåkopian
Dokumentäkta bläck ur te
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framkalla fotopapper
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gör din egen limfärg
Klorofyllets röda fluorescens
Osynligt bläck
Pelargonens färg
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Se genom papper
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka fotopapper
Varför färgas textiler olika?

syror och baser
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Badbomber
Brus-raketen
Den tunga koldioxiden
En märklig planta
Flaskor mun mot mun
Försvinnande bläck
Göra lim av kasein
Höna med gummiben?
Indikatorpärlor
Kemi i en plastpåse
Kemiskt snöfall
Löslighet och pH - En extraktion
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Modellmassa av mjölk
Osmos i ett ägg
Pelargonens färg
pH i kokt mineralvatten
pH-förändringar vid fotosyntes
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Saltkristaller av en aluminiumburk
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Tag bort rostfläcken med det ämne som gör rabarber sura
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Älskling, jag krympte ballongen

urval gammal version av experiment
Att göra bly
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framkalla fingeravtryck med jodånga
Fruktmörade proteiner
Försvinnande bläck
Hur moget är äpplet?
Höna med gummiben?
Kemi med zinkjodid, del 1: Framställning
Platta yoghurtburkar

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis