Het aantonen van synthetische kleurstoffen in levensmiddelen

Het aantonen van synthetische kleurstoffen in levensmiddelen

Bronvermelding

cc-by-nc-sa

Instituut voor Didactiek en Onderwijsontwikkeling Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen is de beheerder van de rechten van dit arrangement.
Nijenborgh 9, 9747 AG Groningen
tel. 0503634365 / fax 0503634500

Inleiding

Nadat in 1858 het fabriekje van W.H. Perkin begon met de productie van synthetische kleurstoffen, werden deze al spoedig, behalve in de verf- en textielindustrie, ook in de levensmiddelenindustrie toegepast.

Het resultaat, na een ontwikkeling van ruim een eeuw, is een aanbod van ongeveer 30 synthetische kleurstoffen, op basis van steenkoolteer, die op de lijsten van toegestane kleurstoffen in de diverse landen voorkomen.

De factoren, die de keuze van een kleurstof bepaalden, waren in afnemende volgorde van belangrijkheid: het kleureffect, de prijs, de afwezigheid van smaakeffecten en de onschadelijkheid voor de gezondheid.

Vanwege de laatstgenoemde factor is de controle op de aanwezigheid van kleurstoffen, die vroeger vooral in verband met mogelijke vervalsingen (zoals bijvoorbeeld het geel kleuren van witte hooiboter om deze als grasboter te kunnen verkopen) werd uitgevoerd, de laatste jaren aanzienlijk uitgebreid.

Sinds de ontdekking van T. Yoshida in 1932- 1934 dat botergeel (p-dimethylaminoazobenzeen – C12H15N3-) kanker veroorzaakt, is men op dit punt wel heel wat voorzichtiger geworden. Er worden dan ook meer stoffen van de kleurstoffenlijst afgevoerd dan eraan toegevoegd.

Volgens het kleurstoffen besluit d.d. 29 december 1964, is de toepassing van synthetische kleurstoffen in levensmiddelen beperkt tot kleurstoffen, die in water oplosbaar zijn; de synthetische in vet oplosbare kleurstoffen zijn verboden.

Kleurstoffen die in Nederland (nog) gebruikt mogen worden zijn o.a. : amarant, azorubine, cochenillerood, erythrosine (die allen rood zijn), chinolinegeel, tartrazine (geel), zonnegeel (oranje) en patentblauw.

Analysemethoden

Om de aanwezigheid van een bepaalde kleurstof in een voedingsmiddel aan te tonen, zal de kleurstof geëxtraheerd en het extract sterk geconcentreerd moeten worden, aangezien de kleurstoffen door hun intensieve kleur slechts in geringe hoeveelheden in voedingsmiddelen voorkomen.

Het praktische probleem daarbij is de scheiding van de kleurstof en andere bestanddelen van het voedingsmiddel, zoals suikers, vetten, eiwitten, bindmiddel etc.

De extractie kan volgens drie methoden uitgevoerd worden.

De wollen draad methode

De chinoline methode

De polyamide methode

Wollen draad methode

De kleurstof moet hierbij hechten aan een wollen draad, die in een kokende, aangezuurde oplossing wordt gehouden, waarna de kleurstof met verdunde ammonia van de draad wordt gedesorbeerd. De methode lijkt eenvoudig, maar geeft in de praktijk vaak moeilijkheden omdat de kwaliteit van de wol een belangrijke factor is1.

Chinoline methode

De kleurstof wordt met chinoline geëxtraheerd. Na verdunnen met ether wordt met water uitgeschud. De identificatie van de kleurstof in de verkregen oplossing, volgens de papierchromatografische methode, verloopt echter meestal niet bevredigend, waardoor een speciale chromatografie techniek vereist is1.

Polyamide methode

De kleurstof wordt in zure oplossing geabsorbeerd aan polyamidepoeder (dit is een zwak basische anionenwisselaar). Door te wassen met water en aceton worden suikers, zetmeel, eiwitten en basische kleurstoffen verwijderd, waarna de kleurstof van het poeder wordt gedesorbeerd met alkalische methanol. Na aanzuren en indampen wordt een geschikte oplossing verkregen voor eenvoudige papierchromatografie.

Met de papierchromatografie kunnen de kleurstoffen in verschillende extracten vergeleken worden. Volledige identificatie is mogelijk als met de zuiver kleurstoffen vergelijkingsoplossingen worden gemaakt. De aard van de kleurstof in het voedingsmiddel kan variëren als een ander merk van het voedingsmiddel wordt onderzocht.De methode is verder uitgewerkt voor de extractie van de kleurstof uit:

- limonade-essence of limonadesiroop

- huishoudjam (aardbeien)

- snoepjes

- puddingpoeder 

Bereiding extracten

Het bereiden van het extract is afhankelijk van het gebruikte voedingsmiddel: de voorbeelden geven een indruk van de mogelijkheden.

De benodigde tijd hangt sterk af van de filtreersnelheden en indampsnelheden: 2 à 3 lesuren zijn zeker nodig. De proef kan wel gemakkelijk onderbroken worden: b.v. als de kleurstof aan het poeder is geadsorbeerd of voor- of na het indampen.

Benodigdheden

 Glasfilter  ø 4 cm (of büchnertrechter)

 2 afzuigkolven

250 mL

 waterstraalpomp 

 9 bekerglazen   

50 mL

 kookplaat

 erlenmeyer     

100 mL

 balans

 3 maatcilinders  

10 mL

 magneetroerder 

 3 maatcilinders  

25 mL

 capillairen

 3 maatcilinders  

50 mL

 föhn

 erlenmeyer      

250 mL

 brander

 chromatografiepapier

 kooksteentjes

 chromatografeertank

Chemicaliën

 methanol

 ethanol 50%

 azijnzuur (99-100%)

 ammonia (25%)

 natriumhydroxide

 natriumcitraat

 aceton

 heet gedestilleerd water

 universeel indicatorpapier

 gedestilleerd water

 chromatografeerpapier 

 limonadesiroop of limonade-essence

 polyamidepoeder b.v. Merck 'polyamide 1 ‘ voor D.L.C. chromatografie’

 kleurstoffen:

          amarant

          azorubine

          cochenillerood

          erythrosine

          chinolinegeel

          tartrazine

          zonnegeel

          patentblauw

 Snoepjes

 aardbeienjam

 Limonadesiroop

puddingpoeder

Bereiding loopvloeistof

Maak de loopvloeistof door 1 g natriumcitraat op te lossen in 40 mlLgedestilleerd water en hieraan 10 mL 25% ammonia en 6 mL methanol toe te voegen.

Giet de loopvloeistof in de chromatografeertank, zodat de vloeistofhoogte in de tank ca. 3 cm is.

Bereiding alcoholische methanol

Voeg 0,2 g (1 pil) natriumhydroxide in een erlenmeyer van 250 mL. Voeg 70 mL methanol en 30 mL water en schud totdat de natriumhydroxide is opgelost.

bereiding methanol-ammonia mengsel

Breng in een erlenmeyer van 300 mL achtereenvolgens 190 mL methanol en 10 mL ammonia( 25%) en meng dit goed.

Extract uit limonadesiroop

Verdun in een erlenmeyer 10 mL essence of siroop met 25 mL gedestilleerd water en verwarm de oplossing enkele minuten. Breng zonodig de pH van de oplossing met enkele druppels azijnzuur op 5 (controleer dit met universeel indicatorpapier).

Voeg 2 g polyamidepoeder toe en schud 5 à 10 minuten.

Zuig het poeder af op een glasfilter (of een büchnertrechter) en was het 7x met 30 mL heet gedestilleerd water en 3x met 20 mL aceton.

Het poeder moet nu nog gekleurd zijn. Het filtraat dat meestal kleurloos is, kan weggegooid worden.

Plaats het filter nu op een schone afzuigkolf.

Het poeder moet nu vrijwel wit zijn en het gekleurde filtraat wordt overgegoten in een bekerglas van 50 mL.

Na aanzuren met azijnzuur tot pH=5 (controleer dit met universeel indicatorpapier) en toevoegen van kooksteentjes wordt het filtraat op een kookplaat (eventueel met magneet roerder) tot ongeveer 1 mL ingedampt.
Als er kristallisatie optreedt moet eerder met indampen worden gestopt.

Na afkoelen kan het neerslag meestal door toevoegen van een weinig methanol opgelost worden; zo niet, dan kan gefiltreerd worden.

De verkregen oplossing is geschikt voor chromatografie.

Extract uit aardbeienjam

Los 15 à 30 g huishoudjam (aardbeien) zo volledig mogelijk op in 30 mL warm gedestilleerd water. Verwijder de vaste bestanddelen door filtratie, vang het filtraat op in een erlenmeyer. Voeg 2 à 4 g polyamidepoeder toe en schud 10 minuten. Zuig het poeder af op een glasfilter of büchnertrecher. Het lichtbruin of lichtrood gekleurde filtraat kan worden weggegooid.

Was het rode poeder 7x met 30 mL heet gedestilleerd water en 3x met 20 mL aceton; plaats het filter daarna op een schone afzuigkolf: verwarm 20 mL alkalische methanol op een kookplaat en overgiet het poeder met 2x 10 mL alkalische methanol. Zuur het filtraat daarna aan met azijnzuur tot de pH ongeveer 5 is (controleer dit met universeel indicatorpapier).

Damp de oplossing in op een kookplaat (onder roeren en met kooksteentjes) tot enkele mL oplossing over zijn. Voeg als bij afkoelen kristallisatie optreedt een beetje methanol toe of filtreer eventueel.

De helder rode oplossing is geschikt voor chromatografie. 

Extract uit snoepjes

Maak ongeveer 25 g snoepjes in een mortier goed fijn en los het poeder op in 90 mL heet gedestilleerd water.

Verwijder de vaste bestanddelen door filtratie, vang het filtraat op in een erlenmeyer.

Voeg 2 à 4 g polyamidepoeder toe en schud 10 minuten.

Zuig het poeder af op een glasfilter of büchnertrecher.

Het filtraat kan worden weggegooid.

Was het poeder 7x met 30 mL heet gedestilleerd water en 3x met 20 mL aceton; plaats het filter daarna op een schone afzuigkolf: verwarm 20 mL alkalische methanol op een kookplaat en overgiet het poeder met 2x 10 mL alkalische methanol.

Zuur het filtraat daarna aan met azijnzuur tot de pH ongeveer 5 is (controleer dit met universeel indicatorpapier).

Damp in op een kookplaat (onder roeren en met kooksteentjes) tot enkele mL oplossing over zijn.

Voeg als bij afkoelen kristallisatie optreedt een beetje methanol toe of filtreer eventueel.

De verkregen oplossing is geschikt voor chromatografie.

Extract uit puddingpoeder

Hierbij is het nodig het aanwezige zetmeel uit de oplossing te houden.

Voeg daartoe bij 15-30 g puddingpoeder 100-150 mL van het methanol-ammonia-mengsel.

Laat het zetmeel bezinken en giet de oplossing door een filter.

Zuur het filtraat met azijnzuur aan tot pH ongeveer 5 (controleer dit met universeel indicatorpapier) en verdun met een gelijk volume gedestilleerd water.

Voeg 2 g polyamidepoeder toe en schud 5 à 10 minuten.

Zuig het poeder af op een glasfilter (of een büchnertrechter) en was het 7x met 30 mL heet gedestilleerd water en 3x met 20 mL aceton.

Het poeder moet nu nog gekleurd zijn. Het filtraat dat meestal kleurloos is, kan weggegooid worden.

Plaats het filter nu op een schone afzuigkolf.

Giet 2x 10 mL hete alkalische methanol (kookplaat gebruiken!) over het filter.

Het poeder moet nu vrijwel wit zijn en het gekleurde filtraat wordt overgegoten in een bekerglas van 50 mL.

Na aanzuren met azijnzuur tot pH=5 (controleer dit met universeel indicatorpapier) en toevoegen van kooksteentjes wordt het filtraat op een kookplaat (eventueel met magneet roerder) tot ongeveer 1 mL ingedampt.

Als er kristallisatie optreedt moet eerder met indampen worden gestopt.

Na afkoelen kan het neerslag meestal door toevoegen van een beetje methanol opgelost worden; zo niet, dan kan gefiltreerd worden.

De verkregen oplossing is geschikt voor chromatografie.

Uitvoering chromatografie

Een chromatografeertank bestaat uit een glazenbak van ongeveer 10 cm breedte, 30 cm lengte en 40 cm hoogte. De glazenbak is afsluitbaar met een glazenplaat.

Knip een vel filtreerpapier (WHATMAN) in de gewenste maat (25 cm bij 35 cm). Verontreinig het papier niet, raak het zo weinig mogelijk aan met de vingers en leg het nooit op de werktafel, maar steeds op een schoon vel papier. Teken op de strook papier op 4 cm van de onderkant een startlijn, zie figuur 1.

                                                          figuur 1.

 

Los 0,3 g van de zuivere kleurstoffen op in 25 ml 50% ethanol om de vergelijkingsoplossingen te maken.

Breng deze oplossingen en het verkregen extract, met behulp van capillairen, in kleine hoeveelheden op de startlijn aan.

Het monster (M) breng je op de startlijn aan, op circa 2,5 cm van de linkerrand van het papier.

Doop een capillair in een oplossing, tik dit capillair even op het papier: de oplossing verdeelt zich in een klein cirkeltje op het papier (hoe korter het capillair in aanraking is met het papier, des te kleiner is de cirkel ). Droog het papier met een koude luchtstroom (föhn).

Afhankelijk van de intensiteit van de kleur van cirkeltje, kun je dit aantippen en drogen herhalen.

De tweede oplossing breng je op ca. 2,5 cm van het middelpunt van de eerste oplossing aan, enz.

De breedte van het papier bepaalt hoeveel oplossingen je op de startlijn kunt aanbrengen.

Je kunt gerust een tweede chromatogram maken met het monster en de andere zuivere kleurstoffen.

 

Figuur 1: Het maken van een papierchromatogram (plaatje uit chemguide)

Vouw het andere eind van de papierstrook om en klem deze vast. Hang de papierstrook om de glazenstaaf, zodanig in de chromatografeertank, dat de onderkant van de papierstrook in de vloeistof hangt met de startlijn 2 cm boven het vloeistofoppervlak; zorg ervoor dat de papierstrook vrij van de wand hangt, zie figuur 2.

Figuur 2: Chromatografertank met papierchromatogram overgenomen uit Wikipedia

Ontwikkel het chromatogram zolang, dat het vloeistoffront ongeveer driekwart van de lengte van de papierstrook heeft afgelegd. Haal het papier uit de chromatografeertank, trek eerst met potlood een streep op het vloeistoffront en droog het daarna met een koude föhn.

Bepaal de Rf-waarde van de verschillende vlekken: de afstand van de door de vlek (stof) afgelegde weg gedeeld door de afstand die de vloeistof heeft afgelegd.

Identificeer zo mogelijk de samenstelling van het gemaakt extract. 

 

Figuur 3: Voorbeeld van een papierchromatogram aan het einde van de proef (plaatje uit chemguide)

 

Je kunt ook de volgende video bekijken:

http://www.jce.divched.org/JCESoft/web/cplsample/Modules/paprchrom/paprchromdesc.htm

Literatuur

1. H. Onrust, F. Hoeke, Chemisch Weekblad 54 (1958) 465-470

2. H. Onrust, Chemisch Weekblad 55 (1959) 637-640

3. G. Lehmann e.a., Journal of the AOAC 53 ( 1970) l182

4. Warenwet deel I . 18e druk (1974)

P.J. Rijke en W. v.d. Veer m.m.v. J.E. Jager, E. Klei en L.J. Lijk, RIS-publicatie X.

  • Het arrangement Het aantonen van synthetische kleurstoffen in levensmiddelen is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Dick Naafs Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2013-05-31 18:48:19
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Een kleurstof wordt in een zure oplossing geadsorbeerd aan een polyamidepoeder. Door te wassen met water en aceton worden suikers, zetmeel, eiwitten en basische kleurstoffen verwijderd, waarna de kleurstof van het poeder wordt gedesorbeerd met alkalische methanol. Na aanzuren en indampen wordt een geschikte oplossing verkregen voor eenvoudige papierchromatografie.
    Leerniveau
    MBO, Niveau 2: Basisberoepsopleiding; VO; Volwasseneneducatie, Niveau 1; MBO, Niveau 3: Vakopleiding; Volwasseneneducatie, Niveau 4; VWO 6; MBO, Niveau 4: Middenkaderopleiding; HAVO; MBO, Niveau 1: Assistentenopleiding; HBO; Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie; HAVO 5; Volwasseneneducatie, Niveau 3; HBO - Master; Volwasseneneducatie, Niveau 2; VWO 5; HBO - Bachelor;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur en 50 minuten
    Trefwoorden
    analysetechnieken, chromatografie, huishoudjam, kleurstoffen, onderzoeksvaardigheden, papierchromatografie, polyamide, puddingpoeder, ris-publicatie, ris-publicatie x, snoepjes, synthetische kleurstoffen, technisch-instrumentele vaardigheden, voedingsmiddelen
  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Meer informatie voor ontwikkelaars

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.