Bronvermelding
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.
