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Biosintesi delle antocianine

Il ruolo delle basse temperature nel determinare il colore delle arance

Negli ultimi anni l’interesse per le arance rosse è aumentato notevolmente grazie alla scoperta dei numerosi effetti benefici sulla salute umana derivanti dal consumo di questi alimenti con la dieta. In questo articolo approfondiremo lo studio delle antocianine, classe particolare di composti che ritroviamo in grande quantità nel succo e nella scorza di questi frutti.

Biosintesi delle antocianine

Le arance possono essere facilmente suddivise in due gruppi, rosse e bionde, sulla base della loro differente colorazione. Tale differenza è dovuta al fatto che le arance rosse sintetizzano ed accumulano sia nella scorza che nel succo grandi quantità di antocianine, che al contrario non sono prodotte dai frutti di arancia bionda.

Le antocianine sono pigmenti idrosolubili appartenenti alla famiglia dei flavonoidi, classe molto importante di metaboliti secondari prodotti dalle piante responsabili della diversa colorazione di fiori e frutti, ma non solo: esse sono infatti coinvolte anche in altri aspetti dello sviluppo e della difesa delle piante, come la protezione dai raggi UV, la difesa da agenti patogeni e la risposta a stress di natura abiotica[2]. Tra le varietà di arancia rossa particolarmente ricche in antocianine troviamo le varietà siciliane Tarocco, Moro e Sanguinello, in cui i pigmenti si accumulano nella buccia e nel succo durante le fasi avanzate di maturazione.

Il ruolo delle basse temperature

L’accumulo di antocianine nel succo e nella scorza delle arance rosse comincia ad essere visibile durante la fase di maturazione dei frutti e risulta essere influenzato da numerosi fattori  come la temperatura, il luogo di coltivazione, il genotipo della coltura e il tipo di suolo. Nonostante siano necessari ulteriori studi per stabilire inequivocabilmente quali siano i fattori pre-raccolta che influenzano il contenuto finale in antocianine, è possibile affermare che un ruolo chiave nella loro biosintesi ed accumulo è svolto dalle basse temperature[3].

Per comprendere meglio come le basse temperature favoriscano un’aumentata produzione di antocianine in frutto è opportuno ricordare come le piante, in virtù della loro condizione sessile, siano continuamente soggette a cambiamenti nelle condizioni ambientali esterne. Tali cambiamenti sono percepiti dalle piante molto velocemente attraverso appositi sensori presenti sulla membrana delle loro cellule. Un volta percepito il segnale di stress, in questo caso una alterazione della fluidità della membrana dovuta alle basse temperature, si attivano una serie di meccanismi molecolari molto complessi che portano ad una vera e propria riprogrammazione dell’espressione genica nelle cellule del frutto.

Numerosi studi hanno evidenziato come l’accumulo delle antocianine indotto dalle basse temperature sia in realtà il risultato di un’aumentata espressione dei geni coinvolti nella loro biosintesi[4]. A fronte di questi importanti risultati si rende quindi necessario comprendere meglio quale sia effettivamente l’influenza dello stoccaggio post-raccolta a basse temperature  sull’accumulo delle antocianine, dal momento che la colorazione viola ottimale delle arance si ottiene quando queste vengono esposte a basse temperature per un periodo di tempo sufficientemente adeguato.

Tale aspetto risulta difatti limitare la produzione commerciale delle arance rosse a pochissime regioni in tutto il mondo e nonostante la domanda per i succhi di arancia rossa stia sempre più aumentando, i climi caldi delle due zone principali deputate alla sua produzione, Florida negli Stati Uniti e San Paolo in Brasile, ne impediscono la realizzazione.

A fronte di queste importanti considerazioni, negli ultimi anni è emerso come lo stoccaggio post-raccolta delle arance a basse temperature possa rappresentare una buona pratica per migliorare la colorazione viola dei succhi. Un recente studio[2] ha comparato l’efficienza dello stoccaggio post-raccolta per 45 giorni a due differenti basse temperature (4°C e 9°C)  nelle varietà di arancia rossa Moro utilizzando come controllo la varietà di arancia bionda Pera.

Al termine dell’esperimento il contenuto di antocianine era aumentato progressivamente durante tutto il periodo di conservazione, con risultati visibilmente più accentuati durante lo stoccaggio a 9°C piuttosto che a 4°C. Non solo, dai risultati è emerso che sia il pH che il colore del succo non hanno subito alcun tipo di alterazione, rendendo di fatto questa pratica un buon metodo per preservare la qualità dei frutti e per estendere la data di scadenza del prodotto a livello industriale.

Aspetto del succo di arancia
Aspetto del succo di arancia rossa Moro e bionda Pera durante il periodo di stoccaggio. Da Carmona et al.,2017

Via metabolica di sintesi

La sintesi delle antocianine inizia a partire dall’amminoacido fenilalanina e vede coinvolti un gran numero di enzimi[3]. I principali intermedi della  biosintesi sono rappresentati dall’acido cumarico e dalla naringenina, quest’ultima poi substrato per la successiva formazione dei diidroflavonoli (DHF). Questo è un punto molto importante per la regolazione metabolica delle antocianine poiché è la quantità iniziale di DHF, in concomitanza con la presenza di basse temperature, a far sì che il percorso biosintetico viri verso verso la produzione di antocianine.

I diidroflavonoli vengono infatti successivamente ridotti a leucoantocianidine, le quali subiscono poi una reazione di ossidazione che le trasforma in antocianidine, pigmenti incolori e diretti precursori delle antocianine. Quest’ultime si formano infine a seguito di una reazione di glicosilazione, cioè per aggiunta di un gruppo glicosilico, per poi essere trasferite ed accumulate all’interno dei vacuoli cellulari grazie al trasportatore della glutatione s-transferasi.

biosintesi di antocianine
Schema riassuntivo la biosintesi di antocianine in arancia rossa e conseguente accumulo nei vacuoli cellulari. Da Carmona et al., 2017

Degradazione delle antocianine

Per quanto riguarda la loro degradazione, ancora oggi non ci sono conoscenze approfondite riguardo la loro stabilità ed il catabolismo in pianta[3]. Quel che è certo è che la loro degradazione è un fenomeno che viene in ogni modo evitato dalle aziende agricole produttrici, in quanto la conseguente perdita della caratteristica colorazione rossa risulta essere un tratto commercialmente poco gradito.

Conclusioni

Le antocianine contenute nei frutti di arancia rossa sono molecole bioattive di notevole importanza per il benessere e la salute umana. La biosintesi delle antocianine avviene durante la fase di maturazione del frutto e le condizioni di stoccaggio post-raccolta risultano essere fondamentali per favorirne un sufficiente accumulo nel succo. Mantenere i frutti a 9°C per almeno 15 o 30 giorni  potrebbe essere una pratica fattibile per aumentarne il contenuto, in special modo nei paesi tropicali tra i maggiori produttori di succo di arancia rossa al mondo.

Referenze

  1. Alharbi, M. H., Lamport, D. J., Dodd, G. F., Saunders, C., Harkness, L., Butler, L. T., &Spencer, J. P. E. (2016). Flavonoid-rich orange juice is associated with acute improvements in cognitive function in healthy middle-aged males. European Journal of Nutrition, 55(6), 2021–2029;
  2. Carmona L., Alquézar B., Marques V.V., Peña L. (2017). Anthocyanin biosynthesis and accumulation in blood oranges during postharvest storage at different low temperatures. Food Chemistry, 237, 7-14;
  3. Lo Piero, A. R. (2015). The state of the art in biosynthesis of anthocyanins and its regulation in pigmented sweet oranges (Citrus sinensis L. Osbeck). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(16), 4031–4041;
  4. Zou, Z., Xi, W., Hu, Y., Nie, C., & Zhou, Z. (2016). Antioxidant activity of Citrus fruits. Food Chemistry, 196, 885–896.
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