Unterabschnitte

• Azofarbstoffe
• $\beta$-Carotin
• Extraktion* von $\beta$-Carotin aus roter Paprika, Karotte und Mango
• Dünnschichtchromatographie**
• Tartrazin

Lebensmittelfarbstoffe

Lebensmittelfarbstoffe werden unserer Nahrung in erster Linie zugesetzt, um ihr ein frisches, appetitliches Aussehen zu verleihen, damit wir sie letztendlich kaufen, denn nicht jede Wurst ist ursprünglich so rosafarben wie wir sie in der Auslage des Fleischers angeboten bekommen.

Azofarbstoffe

Maria Krusche

Viele dieser Farbstoffe gehören zur Gruppe der Azofarbstoffe, welche die größte Farbstoffklasse darstellt. Alle diese Stoffe sind durch die Azo-Gruppe (-N=N-) zwischen zwei aromatischen Resten charakterisiert. Ende des 19. Jahrhunderts gelang es Azofarbstoffe zu synthetisieren, wodurch die Farbenindustrie - besonders aufgrund der Textilfarben - einen enormen Aufschwung erlebte, da man nun Farbstoffe in allen Schattierungen und von großer Brillanz herstellen konnte. Die Synthese der Azofarbstoffe erfolgt in zwei Schritten: 1.die Diazotierung des Anilins, einem Bestandteil des Steinkohlenteers, und 2.der anschließenden Azokupplung mit einer aromatischen Verbindung.

Diazotierung von Anilin:

Aromatische Amine, wie hier Anilin, reagieren mit salpetriger Säure sowie Schwefelsäure als Katalysator zu Diazonium-Ionen. Da diese Ionen thermisch sehr leicht zersetzt werden, muss Die Diazotierung bei Temperaturen unter 5$^\circ$C durchgeführt werden, was sich mittels Eiswasser realisieren lässt.

Azokupplung:

Die Azokupplung ist eine elektrophile Substitution, die typische Reaktionart der Aromaten, wobei das Diazonium-Ion als elektrophiles Teilchen wirkt. Als Kupplungskomponente werden aktivierte Aromaten wie Phenol- oder Anilinderivate eingesetzt.

Durch die möglichen Variationen der Diazokomponente und der Kupplungskomponente erreicht man eine Vielzahl an Farbnuancen und Eigenschaften. Eine Sulfonsäure-, oder Hydroxy-Gruppe beispielsweise macht die Stoffe wasserlöslich, was eine wichtige Eigenschaft der Lebensmittelfarbstoffe ist, unter anderem weil mit ihnen auch Getränke wie z.B. Limonaden gefärbt werden sollen.

Die Azofarbstoffe, die in Nahrungsmitteln eingesetzt werden dürfen, müssen zusätzlich strenge Kriterien erfüllen und werden genauestens auf z.B. allergene Wirkungen untersucht. Bezeichnend dafür ist die sogenannte E-Nummernliste. Während unserer Kursarbeit haben wir diverse Lebensmittel auf ihre Farbstoffe untersucht und diese extrahiert*. So enthalten insbesondere Süßwaren eine Vielzahl an Zusatzstoffen, die in der E-Nummernliste aufgeführt sind. M&Ms z.B. enthalten folgende Farbstoffe:

E-Nummern	Farbstoffe	Farbe
104	Chinolingelb	gelb
110	Gelborange s	gelb
122	Azorubin	rot
124	Cochenillerot	rot

Desweiteren findet man in M&Ms die Stoffe E 129, E 133 sowie E 171 (Titandioxid). Das ,,E`` stand ursprünglich für Europa und bedeutet heute, dass ein in der Liste aufgenommener Stoff die strengen Tests des SCF (Scientific Committee of Food) durchlaufen und bestanden hat und in der EU im Rahmen der geltenden Bestimmungen als sicher eingestuft wird und in festgesetzten Dosen in Lebensmitteln eingesetzt werden darf. Trotzdem löst eine Vielzahl von E-Nummern auf Zutatenlisten in weiten Teilen der Bevölkerung reinste Horrorvisionen über die Schädlichkeit dieser Stoffe aus und so entstehen oft Diskussionen - nicht immer unberechtigt - über die Unbedenklichkeit dieser Stoffe, wie z.B. über den gelben Azofarbstoff Tartrazin.

Literaturverzeichnis

Tausch/. Wachtendonk: Chemie SII. Bamberg 1993. S.307.
www.tierundnatur.de/umwe-enr.htm am 11.07.2001

$\beta$-Carotin

Vera Cloosters

$\beta$-Carotin gehört zu der Gruppe der Carotinoide. Im menschlichen Körper wird $\beta$-Carotin dazu genutzt, Vitamin A zu bilden. Nur etwa 50 der über 400 in der Natur existierenden Carotinoide besitzen Provitamin-A-Aktivität. $\beta$-Carotin ist in vielen Früchten, Gemüse und Blattgemüse sowie z.B. in Limonade und Margarine als Farbstoff enthalten. Zu einer Überdosierung von Vitamin A kann es nicht kommen, da nur so viel $\beta$-Carotin umgewandelt wird, wie Bedarf besteht. Der Rest wird vorwiegend im Fettgewebe gespeichert. Abgesehen von der Eigenschaft, die Bildung des Vitamin A zu sichern, hat das $\beta$-Carotin die Fähigkeit, reaktive Sauerstoffradikale zu inaktivieren, was in Bezug auf manche Krankheiten präventiven Charakter haben kann. Sowohl die Aktivierung des Immunsystems als auch der Schutz vor Licht- und Augenschäden wird dem $\beta$-Carotin zugeschrieben. Außerdem wurde bemerkt, dass bei einer hohen Zufuhr des Stoffes bestimmte Krebsformen verringert auftreten. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt eine tägliche Zufuhr von 2 mg.

Extraktion* von $\beta$-Carotin aus roter Paprika, Karotte und Mango

Versuchsdurchführung und -beobachtung

Das jeweilige Lebensmittel wird zerkleinert und anschließend nach Zugabe von Seesand mit dem Mörser bearbeitet. Der dadurch entstehende ,,Brei`` wird mit etwa der doppelten Menge Aceton versetzt. 5 ml der Lösung werden filtriert und mit 1 ml n-Heptan versetzt. Nach kräftigem Schütteln wird so lange Wasser hinzugegeben, bis sich eine intensiver gefärbte Phase oben im Reagenzglas absetzt. Selbige wird mit Hilfe eines Scheidetrichters von der weniger intensiv gefärbten Phase getrennt.

Versuchsauswertung

Der im Mörser hinzugegebene Seesand vergrößert die Reiboberfläche. Das Reiben führt zu einer Zerstörung der Zellen, wodurch der Farbstoff herausgelöst wird. Aceton ist ein organisches Lösungsmittel mit folgender Strukturformel:

Aus der unterschiedlichen Elektronegativität von Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff lässt sich ableiten, dass Aceton sowohl einen unpolaren als auch einen polaren Anteil hat. Aus der Strukturformel von $\beta$-Carotin ergibt sich, dass es stark unpolar und damit in Aceton löslich ist.

Wird n-Heptan zu der Lösung aus Aceton hinzugegeben, löst sich das unpolare $\beta$-Carotin nun besser im n-Heptan, da dieses deutlich unpolarer ist als das Aceton. Möglicherweise vorhandene andere Farbstoffe bzw. Substanzen des Lebensmittels bleiben in der Phase mit dem Aceton, sofern sie teilweise polaren Charakter haben.

Die bei der Vermischung von n-Heptan und Aceton beobachtete Schlierenbildung bestätigt das unterschiedliche Polaritätsverhalten. Die Zugabe von Wasser beschleunigt die Trennung in zwei Phasen: Wasser ist nämlich stark polar und hat die größte Dichte der drei Stoffe ($\delta$(Wasser)$\approx$1 g/cm$^3$); es setzt sich im unteren Teil des Reagenzglases ab. Auf dem Weg dorthin muss es die Mischung aus n-Heptan und Aceton durchlaufen. Während n-Heptan sich nicht mit dem polaren Wasser vermischt, kann sich das Aceton in geringen Mengen sowohl mit dem n-Heptan als auch mit dem Wasser vermischen. Die obere Phase ist also n-Heptan ($\delta$(n-Heptan)$\approx$0,68 g/cm$^3$), in welchem sich unpolare Substanzen gelöst haben.

Dünnschichtchromatographie**

Versuchsdurchführung und -beobachtung

Die Extraktproben (Mango, rote Paprika und Karotte) werden auf die Chromatographieplatten aufgetragen. Ein 2-Propanol-Benzin-Gemisch im Verhältnis 1:10 dient als Fließmittel. Die Farbpunkte erreichen alle dieselbe Höhe auf der DC-Platte. Das Paprikaextrakt bringt den intensivsten, das Mangoextrakt den schwächsten Farbfleck.

Versuchsauswertung

Da $\beta$-Carotin in Karotten enthalten ist und die Farbflecken aller Proben vom Fließmittel auf die gleiche Höhe transportiert werden, ist nachgewiesen, dass sich in den beiden anderen Lebensmitteln - Mango und rote Paprika - ebenfalls $\beta$-Carotin befindet.

Je höher die Konzentration des $\beta$-Carotins in dem jeweiligen Lebensmittel ist, desto intensiver ist die Färbung des Farbflecks. Also ist die Konzentration in roter Paprika größer als bei Karotten, deren Konzentration 6,6 mg pro 100 g beträgt, oder als in Mango, deren Konzentration bei 2,9 mg pro 100 g liegt. Die weitverbreitete Annahme, dass die Karotte das typische $\beta$-Carotin-haltige Lebensmittel ist, ist damit widerlegt.

Literaturverzeichnis

http://www.gesundheit.com/vitumin/vitumin/vitumin18_7.html vom 09.07.2001
http://www.uni-hohenheim.de/$\sim$wwwin140/vitamine/carotin.htm vom 16.07.2001

Tartrazin

Yvonne Schneider

Tartrazin gehört zu den Azofarbstoffen, seine Summenformel lautet: C$_{16}$H$_{9}$N$_{4}$Na$_{3}$O$_{9}$S$_{2}$ (s. Abbildung 1). Tartrazin ist ein oranges Pulver, das in Wasser gelöst eine sehr intensive, sonnengelbe Farbe hat.

Es wird in Backpulver, Dessertspeisen, Backwaren, Fruchtweinen und -likören, Puddingpulver, Senf und Süßwaren sowie zur Färbung von Käserinde und Kunstdärmen eingesetzt. Es kann aber auch Medikamenten zugesetzt werden.

Die Wasserlöslichkeit des Tartrazins lässt sich mit den Hydroxy-, Sulfonat-, und Carboxylgruppen erklären, da diese in der Lage sind, Wasserstoffbrückenbindungen zu den Wassermolekülen auszubilden. Tartrazin kann in fast allen Lebensmitteln eingesetzt werden, da diese entweder Wasser enthalten oder ihnen vor dem Verzehr Wasser zugesetzt wird (z. B. Puddingpulver).

Die unterschiedlichen Farben des Feststoffs und der gelösten Form lassen sich ebenfalls mit Hilfe der Molekülstruktur erklären.

Als Pulver erscheint uns Tartrazin orange. Das bedeutet, dass es Licht der Komplementärfarbe, in diesem Fall blau, absorbiert (Wellenlänge: 435 - 500 nm). In der gelben Lösung wird violettes Licht der Wellenlänge 400-435 nm absorbiert. In gelöstem Zustand muss also mehr Energie aufgewendet werden, um die Elektronen anzuregen (s. Kapitel 1, Farbigkeit). Wenn man sich nun also die Reaktion ansieht, die beim Lösen in Wasser abläuft, erkennt man, dass das Tartrazin in drei Natriumkationen und ein Tartrazinanion zerfällt, welches an je einem Sauerstoffatom der Sulfonatgruppe eine negative Ladung trägt (s. Abbildung 2). Die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs können sich nun bewegen und zu einer Doppelbindung umklappen. Diese Struktur ist mesomeriestabilisiert.

In der Schweiz und in Deutschland gab es seit Mitte der 80er bzw. Anfang der 90er Jahre strenge Beschränkungen für den Einsatz von Tartrazin. Es durfte in Deutschland nur noch in geringen Mengen in Frucht- und Kräuterlikören eingesetzt werden. In der Schweiz war es sogar ganz verboten. Diese Vorschriften entstanden vor dem Hintergrund, dass Tartrazin, wie auch andere Azofarbstoffe, in starkem Verdacht steht, Allergien auszulösen. Untersuchungen zeigten, das Tartrazin bei Personen, die auf Acetylsalicylsäure (vgl. Aspirin) allergisch reagieren, Asthma oder starke Hautstörungen auslösen kann. Schätzungen der Deutschen Allergikerinformation zu folge gibt es allein in den USA 45.000 bis 94.000 Tartrazin-Allergiker. Schwerer wiegt allerdings der Verdacht, Tartrazin könnte krebserregend sein. Allerdings konnte beides bis jetzt nicht eindeutig bewiesen werden.

Trotz dieser Bedenken wurde seit 1998 das Tartrazin durch eine neue EU- Regelung wieder für die oben genannten Lebensmittel zugelassen. Im Anschluss an die Neuregelung glich die BRD ihr Lebensmittelgesetz an die EU-Vorschrift an. Um die neuen europäischen Standards auch bei sich zu etablieren, zog die Schweiz nach und lockerte ihrerseits die Richtlinien, obwohl sie von der EU unabhängig ist. Es wurde jedoch befürchtet, dass die Schweiz sonst vom Markt verdrängt werden könnte. In Deutschland liegt die zulässige Höchstmenge an Tartrazin in Lebensmitteln je nach Anwendung bei 50 bis 500 mg/kg.

Die Schweizer Zeitung ,,Schweizerzeit`` informierte: ,,Tartrazin, auch unter der Bezeichnung E102 bekannt, gehört zur Gruppe der sogenannten Azofarbstoffe. Diese sind, weil im Verdacht stehend, krebserregend zu sein, sogar in Gebrauchsgegenständen verboten. Ausgerechnet in Lebensmitteln sollen diese bedenklichen Stoffe nun inskünftig wieder verwendet werden dürfen.`` Der Autor kommentierte weiter: ,,Die Schweizer Medien haben bis auf wenige Ausnahmen über den drohenden Niveau-Verlust des schweizerischen Lebensmittelrechts nicht oder bloß am Rande berichtet. Ob das Schweigen der in ökologischen Fragen sonst überaus sensiblen Medien in diesem Fall etwas mit ihrer notorisch EU-freundlichen Haltung zu tun hat`

In Deutschland kann man Ähnliches beobachten. Die Tartrazin-Diskussion der Verbraucherschützer und Lebensmittelrechtler ist in der Öffentlichkeit kaum bekannt. In den Internetarchiven der großen Zeitungen bleibt die Suchanfrage ,,Tartrazin`` ohne Ergebnis.

Literaturverzeichnis

www.schweizerzeit.ch
www.acros.be
www.zusatzstoffe.online.de
alle vom 10.07.2001