CC BY
30
УДК 667.27:549
doi 10.24411/2221-0458-2022-93-49-55
СОРБЦИОННО-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОКСИДОВ
Чаш-оол Н.Н.
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
SORPTION AND SPECTROSCOPIC DETERMINATION OF SYNTHETIC FOOD DYES WITH THE USE OF MODIFICATION OXIDES
N.N. Chash-ool Siberian Federal University, Krasnoyarsk
В данной работе были синтезированы и продемонстрированы сорбционные материалы на основе оксидов кремния и алюминия (SiO2-lll МГ и Al2O3-l 1ГМГ) для предварительного концентрирования синтетических пищевых красителей (индигокармин и желтый «солнечный закат») из различных пищевых продуктов перед спектрофотометрическим анализом. Для достижения оптимальной эффективности сорбции были систематически исследованы и оценены влияющие факторы, такие как рН образца и время адсорбции. На основе полученных данных разработаны сорбционно-фотометрические методики определения синтетических пищевых красителей в различных продуктах питания. Методики показали хорошую линейность с коэффициентом корреляции (R ) > 0,995. Разработанные методики с использованием SiO2-nrMr и Al2O3-nrMr в качестве сорбентов в сочетании со спектрофотометрией был успешно применен для анализа синтетических красителей в реальных образцах.
Ключевые слова: сорбция; спектрофотометрия; синтетические пищевые красители; полиамин; степень извлечения
In this work, sorption materials based on silicon and aluminum oxides (SiO2-PGMG and Al2O3-PGMG) were synthesized and demonstrated for the preliminary concentration of synthetic food dyes (indigo carmine and yellow "sunset") from various food products before spectrophotometric analysis. To achieve optimal sorption efficiency, influencing factors such as sample pH and adsorption time were systematically investigated and evaluated. Based on the data obtained, sorption-photometric methods for determining synthetic food dyes in various food products have been developed. The methods showed good linearity with a correlation coefficient (R2) > 0.995. The developed methods using SiO2-PGMG and AhO3-PGMG as sorbents in combination with spectrophotometry were successfully applied to the analysis of synthetic dyes in real samples.
Keywords: sorption; spectrophotometry; synthetic food dyes; polyamine; degree of extraction
Синтетические пищевые красители имеют более яркую и интенсивную окраску и обладают технологическими
преимуществами (хорошая стабильность, высокая эффективность, низкая цена). Поэтому, они все более широко применяются в пищевой промышленности. Поскольку, существующие на данный момент методики для определения синтетических пищевых красителей в различных продуктах питания сопровождаются сложной предварительной пробо-подготовкой, то разработка более простых и доступных методик остается актуальной.
Сорбционное концентрирование является одним из основных методов выделения красителей из сложных матриц. Для этого используются оксиды кремния и алюминия, последовательно модифицированных полиаминами (полигексаметилен-гуанидином) с последующим определением методом спектрофотометрии.
Целью настоящего исследования явилась разработка способов концентрирования и определения синтетических пищевых красителей в различных продуктах питания с использованием неорганических оксидов, модифицированных полиаминами.
Все синтетические красители относятся к органическим соединениям. По химическому происхождению большинство синтетических пищевых красителей можно отнести к азокрасителям (Е102, Е110, Е122, Е124, Е129, Е151, Е155) и триарилметановым (Е131, У133, Е142),
кроме того, среди них есть хинолиновый (Е104), индигоидный (Е132) и ксантеновый (Е127) [1].
Синтетические пищевые красители выпускаются промышленностью в виде их натриевых солей, растворимых в воде, с содержанием основного красящего вещества не менее 85 % или же в виде алюминиевых лаков (нерастворимых в воде), с содержанием основного красящего вещества 10-40 % (таблица 1).
В пищевой промышленности используются 1% водных растворов красителей. В настоящее время список разрешенных синтетических пищевых красителей сужается, так как их основным недостатком считается их токсичность. Под токсичностью в данном контексте имеются в виду различные негативные влияния на организм человека в результате употребления синтетических пищевых красителей выше допустимой концентрации (величины допустимого суточного поступления приведены в таблице 1) [2].
Синтетические пищевые красители используются при производстве различных продуктов, таких как парфюмерные и косметические товары, лекарственные средства, безалкогольные напитки, кисломолочные продукты, мясные и рыбные продукты, кондитерские изделия, макаронные изделия, алкоголь (особенно ликеры), соусы, приправы, консервиро-ванные фрукты и овощи, мороженое, жевательная резинка и другие [3]. Из всех разрешенных действительно в производстве используются только самые недорогие и стойкие (светостойкость, термостойкость, кислото-
стойкость, в том числе и к фруктовым кислотам).
Таблица 1 - Перечень некоторых синтетических пищевых красителей
Индекс Наименование Массовая доля основного ДСП, мг/кг Примечание
красителя красящего вещества, % веса тела
Азокрасители
Е102 Тартразин 85 7,5 в РФ запрещен при производстве лекарственных средств
Е110 Желтый «солнечный закат» БСБ 85 2.5 Запрещен для окрашивания лекарственных средств
Е123 Амарант 85 0,5 в РФ считается канцерогеном и запрещен
Е124 Понсо 4Я 80 4,0 Запрещен для окрашивания лекарственных средств
Е129 Красный очаровательный АС 85 7,0 в РФ запрещен для окрашивания лекарственных средств
Триарилметановые
Е133 Синий блестящий БСБ 85 12,5 в РФ запрещен для окрашивания лекарственных средств
Е143 Зеленый прочный БСБ 85 25 в РФ запрещен при производстве лекарственных средств
Хинолиновый
Е104 Хинолиновый желтый 70 10,0 Разрешен при производстве лекарственных средств
Индигоидный
Е132 Индигокармин 85 5,0 в РФ разрешен для окрашивания лекарственных средств
Ксантеновый
Е127 Эритрозини 87 0,1 Запрещен при регистрации и производстве лекарственных средств
Желтый «солнечный закат» БСБ оранжево-жёлтый искусственный пищевой краситель, зарегистрированный как пищевая добавка Е110. Краситель С16Н1оК2О782Ка2 представляет собой оранжево-красный порошок или гранулят.
Химическое название динатрий-6-гидроски-5-[(4-сульфофенил)-азо]-2-нафталинсульфонат [2]. На рисунке 1 представлена структурная формула синтетического пищевого красителя желтый «солнечный закат».
МаЭОз ^ ^ ЭОзМа
Рисунок 1 - Структурная формула красителя Е110
Краситель Е110 (натриевая соль) легко растворяется в воде, образуя растворы оранжевого цвета (^^=480 нм).
Желтый «солнечный закат» получают диазотированием 4-амино-азобензол-
сульфокис-лоты (сульфаниловой кислоты) и сочетанием с 2-нафтол-6-сульфокислотой (кислотой Шеффера). Краситель выпускается промышленностью в форме натриевой соли с содержанием основного вещества 85-87 % и в форме алюминиевого лака с содержанием основного красящего вещества 10-40 % [2].
В качестве натурального красителя оранжевого цвета часто используются каротиноиды, которые широко
распространены в природе. Среди всех каротиноидов наиболее важным является Р-каротин, который гидролитически расщепляется в организме, образуя две молекулы витамина А - ретинола, тогда как из остальных каротиноидов образуется одна молекула. На рисунке 2 представлена структурная формула натурального пищевого красителя Р-каротина.
Р-каротином богато красное пальмовое масло, из растительных продуктов России его больше всего в красной моркови (9 мг%), затем - в зеленом луке, красном перце (2 мг%), абрикосах (1,6 мг%), тыкве (1,5 мг%) и помидорах (1 мг%).
Рисунок 2 - Структурная формула натурального красителя Р-каротина
Индигокармин Е132 (C16H8N2O8S2Na2) выпускается в форме порошка натриевой соли, который хорошо растворим в воде с образованием раствора синего цвета (^^=610 нм). Химическое название: динатриевая соль индиго-5,5'-
дисульфокислоты (рисунок 3). В
промышленности краситель выпускается в виде порошка или гранулята с содержанием основного красящего вещества не менее 85 %, а также в форме алюминиевого лака с содержанием основного красящего вещества 10 - 40 % [2].
Рисунок 3 - Структурная формула красителя Е132
В РФ индигокармин разрешен к применению в пищевой промышленности, как краситель в безалкогольных напитках, кондитерских и мучных изделиях, десертах и супах в количестве до 50 мг/кг; в алкогольных напитках, плодовых винах до 200 мг/кг; в соусах, приправах, декоративных покрытиях и фарше до 500 мг/кг.
Кроме продуктов питания
индигокармин часто применяется при окрашивании лекарственных препаратов в виде таблеток в голубые и синие цвета. Также индигокармин используется в медицине при диагностировании заболеваний почек и мочеточников [4].
Натуральный пищевой краситель индиго (СхбНюО^) представляет собой
голубой порошок с медным блеском, который не растворяется в воде и обычных органических растворителях (растворяется в керосине) [2]. Поэтому в качестве натурального красителя голубого цвета можно использовать экстракт спирулины (голубая спирулина - фикоцианин). Больше всего фикоцианина синтезируется водорослью спирулиной, поэтому ее и используют для добычи этого яркого пигмента. Естественно, фикоцианин широко используют в качестве синего и голубого пищевого красителя. Так как цвет она дает чистый, яркий (все оттенки голубого и синего), отлично растворяется в воде и не придает продуктам привкуса и постороннего запаха.
Рисунок 4 - Структурная формула экстракта спирулины (фикоцианин)
Сорбция является одним из удобных способов отделения синтетических пищевых красителей от матричных компонентов. В качестве основы для получения сорбентов использовали SiO2 и Л12О3. Способ получения сорбентов заключается в обработке неорганических оксидов водным раствором ПГМГ. В результате получается сорбент БЮ2-ПГМГ или А12О3-ПГМГ, который не обладает
собственной окраской. Именно отсутствие собственной окраски позволяет определять синтетические пищевые красители непосредственно в фазе сорбента, так как в процессе сорбции поверхность сорбента окрашивается в цвет исследуемого красителя.
Содержание красителей в водном растворе и в фазе сорбента определяли, измерением оптической плотности
растворов до и после сорбции при максимумах поглощения в спектральных областях.
В результате проведенной работы установлено, что условия количественного извлечения и условия образования максимально интенсивной окраски на поверхности сорбентов совпадают вне зависимости от основы сорбента. Время установления сорбционного равновесия для исследуемых синтетических пищевых красителей не превышает 10 мин. Полученные сорбенты количественно (степень извлечения > 85 %) извлекают красители индигокармин и желтый «солнечный закат» в широком диапазоне рН (таблица 2).
Натуральные пищевые красители (Р-каротин, голубая спирулина) не содержат в своем составе отрицательно заряженных сульфо-групп, следовательно, они не могут извлекаться предложенными сорбентами. Исследуемые натуральные красители могут извлекаться предложенными сорбентами при рН>5, но при обработке раствором этанола десорбируются с поверхности сорбентов в отличие от синтетических красителей индигокармина и желтого солнечного заката. Поэтому, за счет эффективной кислотности среды и последующей обработки раствором этанола проводится разделение синтетических красителей от натуральных.
Таблица 2 - Условия количественного (85 %) извлечения синтетических пищевых красителей сорбентами SiO2- ПГМГ и А1203- ПГМГ при рН=5
Сорбент Время контакта фаз, мин СЕ, мкмоль/г
Индигокармин
SiO - ПГМГ 2 2,5-10 20
Al O - ПГМГ 2 3 2,5-10 12
Желтый «Солнечный закат»
SiO - ПГМГ 2 2,5-10 22
Al O - ПГМГ 2 3 2,5-10 91
При оптимальных условиях построены градировочные зависимости для определения Е132 и Е110 (0,1 г сорбента, У=10 мл, рН 1,0, п=3, Р=0,95 для SiO2-ПГМГ и 0,05 г сорбента, У=5 мл, рН 1,0, п=3, Р=0,95 для ЛЬОз-ПГМГ). На основе полученных данных разработаны методики сорбционно-спектроскопического определения синтетических красителей Е132 и
Е110 с использованием модифицированных полиамином оксидов кремния и алюминия.
Разработанные методики опробованы при анализе газированных напитков, правильность подтверждена методом добавок. Так как газированные напитки содержат в своем составе лимонную, аскорбиновую, бензойные кислоты и другие компоненты, было изучено
ISSN 2077-5326
мешающее влияние этих компонентов при определении пищевых красителей. Селективность определения индигокармина и желтого «солнечного заката» при рН=1,0 выше, чем при рН=6, так как при рН> 5 данные компоненты извлекаются предложенными сорбентами вместе с красителями, что приводит к уменьшению степени извлечения красителей.
Таким образом, синтезированы и исследованы сорбционные материалы на основе SiO2 и Al2O3, модифицированных полигексаметиленгуанидином. Предложенные сорбенты количественно (> 85 %) извлекают синтетические пищевые
красители индигокармин и желтый «солнечный закат» в широком диапазоне рН. Время установления сорбционного равновесия не превышает 10 мин. Разработаны сорбционно-спектроскопичес-кие методики определения синтетических пищевых красителей в различных газированных напитках, правильность полученных результатов подтверждена методом добавок. Сорбционному концентрированию и определению при рН=1 красителей Е132 и Е110 не мешают избытки аскорбиновой, бензойной и лимонной кислот, глюкозы и цитрата.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 52481-2005. Красители пищевые. Термины и определения. - Введ. 2007-01-01. -Москва : Стандартинформ, 2006. - 11 с. - Текст : непосредственный.
2. Болотов, В. М. Пищевые красители : классификация, свойства, анализ, применение / В. М. Болотов, А. П. Нечаев, Л. А. Сарафанова. -Санкт-Петербург : ГИОРД, 2008. - 240 c. - Текст : непосредственный.
3. Бессонов, В. В. Система контроля использования красителей при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации. Порядок выбора объектов исследования / В. В. Бессонов. - Текст : непосредственный// Вопросы питания. - 2010. - Т. 76. - №1. - С. 59 - 65.
4. Mittal A. Batch and bulk removal of hazardous dye, indigo carmine from wastewater through adsorption / Mittal A., Mittal J., Kurup L. // Journal of Hazardous Materials - 2006. Vol. 137, No 1. - P.591-602.
References
1. GOST R 52481-2005. Krasiteli pishhevye. Terminy i opredelenija [GOST R 52481-2005. State Standards of the Russian Federation on Food Dyes. Terms and definitions. Introduction. 2007-01-01]. Moscow, Standartinform, 2006. 11 p. (In Russian)
2. Bolotov V.M., Nechaev A.P., Sarafanova L.A. Pishhevye krasiteli: klassifikacija, svojstva, analiz, primenenie [Food dyes: classification, properties, analysis, application]. St. Petersburg, GIORD Publ., 2008. 240 p. (In Russian)
3. Bessonov V.V. Sistema kontrolja ispol'zovanija krasitelej pri proizvodstve pishhevyh produktov v Rossijskoj Federacii. Porjadok vybora ob#ektov issledovanija [Control system of the use of dyes in the production of food products in the Russian Federation. The order of selection of research objects]. Voprosy pitaniya [Nutrition Issues]. 2010. Vol. 76. No. 1, pp. 59-65. (In Russian)
4. Mittal A., Mittal J., Kurup L. Batch and bulk removal of hazardous dye, indigo carmine from wastewater through adsorption. Journal of Hazardous Materials, 2006. Vol. 137, No 1. P.591-602.
Чаш-оол Надежда Начин-ооловна, аспирант, Сибирский федеральный университет, г.Красноярск, Россия, e-mail: [email protected]
Nadezhda N. Chash-ool, Postgraduate, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, email: [email protected]
Статья поступила в редакцию 01.06.2022
