UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

ŞCOALA DOCTORALĂ DE ŞTIINŢE

DOMENIUL FIZICĂ

REZUMATUL

TEZEI DE DOCTORAT

ASPECTE FIZICE ALE COMPORTĂRII

MATERIALELOR BIOLOGIC ACTIVE

Conducător ştiinţific

Prof Univ Dr Petre ROTARU

Doctorand

Marian LEULESCU

CRAIOVA

2019

1

Aspecte fizice ale comportării materialelor biologic active

CUPRINS 1

Introducere 3

Coloranţii azoici alimentari studiaţi 4

Capitolul 1 Metode şi tehnici de studiu folosite la determinarea proprietăţilor coloranţilor

azoici alimentari 5

1 Metode şi tehnici de studiu 5

11 Metode şi tehnici pentru determinare proprietăţilor optice şi spectrale 5

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase 5

11b Determinarea birefringenţei 5

11c Determinarea spectrului de Infraroşu 6

11d Determinarea spectrului Raman 6

11e Determinarea spectrului UV-Vis 6

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser 6

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 6

11h Determinarea spectrului de THz 7

12 Metode de determinare a proprietăţilor morfologice şi structurale 7

12a Scanning Electron Microscope (SEM) 7

12b Difracţia razelor X 7

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice 7

13a Analiza termică 7

13b Analiza calorimetrică 8

14 Metode de determinare a caracteristicilor fizico chimice 8

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase 8

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] 8

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii 8

15a Spectroscopia UV-Vis 8

15b Spectroscopia FTIR 8

15c Determinarea activităţii antioxidante 9

15d Determinarea fitotoxicităţii 9

Capitolul 2 Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari 9

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari 9

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari 9

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi 10

21c Analiza Fourier Transform Infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al coloranţilor

azoici alimentari 10

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari 12

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari 12

2

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari 13

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari 14

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari 15

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari 16

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari 16

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţie de raze X 16

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari 17

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari 17

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari 19

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari icircn soluţii apoase 19

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari 19

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari 20

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu

proteinele din Albumina Serică Bovină 20

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia

cu proteinele din colagen 21

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari prin metoda

Folin-Ciocacirclteu 21

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu gracircul 22

Concluzii 22

Bibliografie 25

Perspective de continuare a cercetărilor iniţiate icircn această teză de doctorat 29

Lista lucrărilor publicate şi comunicate 30

A Lista lucrărilor publicate 30

B Lista lucrărilor comunicate la conferinţe internaţionale 30

3

Introducere

Fizica materialelor evoluează icircntr-un context interdisciplinar cu chimia biofizica

biochimia şi celelalte ramuri ale ştiinţei construind permanent un arbore al cunoaşterii

ştiinţifice al teoriilor conceptelor şi observaţiilor despre cum ne explicăm mediul icircn care

convieţuim cu alte specii privind spre limitele observabile ale macrocosmosului şi icircn interior

spre microcosmos ambele abordări condiţionacircndu-se şi influenţacircndu-se reciproc

Bios (gr βίος) şi logos (gr λόγος) [1]Viaţă şi cuvacircnt cuprinse icircn dorinţa noastră de a

icircnţelege şi de a ne explica minunile naturii de a ne cunoaşte pe noi icircnşine şi de a privi cacirct mai

departe spre orizontul cunoaşterii ştiinţifice Icircn acest univers icircn care descoperim noi şi

surprinzătoare abilităţi ale vieţii de a se adapta şi de a depăşi dificultăţile oricărui mediu

imaginabil cunoaşterea materialelor biologice studiate de ştiinţele vieţii - biologia chimia

fizica matematica şi de toate ştiinţele care icircnsumează conceptele cunoaşterii reprezintă o

imensă provocare pentru spiritul şi gacircndirea umană

Cel mai facil mod icircn care intrăm icircn contact cu materialele biologic active este prin

intermediul aerului pe care icircl respirăm al alimentelor şi lichidelor pe care le procesăm

bioenergetic şi al căror conţinut energetic şi informaţional icircl utilizăm

Modul icircn care hrana şi metodele de preperare şi de conservare a acesteia au evoluat pe

parcursul istoriei consemnate sau a rămas icircn folclorul gastronomic al omenirii este icircn stracircnsă

legătură cu evoluţia abilităţilor fizice şi intelectuale care ne caracterizează ca specie Calitatea

alimentelor proprietăţile fizico-chimice ale acestora sunt foarte importante pentru icircnsăşi

existenţa noastră

Atunci cacircnd apreciem dacă un aliment este comestibil interacţionăm la nivel

energetic cu materia Accesacircnd memoria de lungă durată şi memoria emoţională alegem

alimentele bazacircndu-ne pe propria experienţă sau pe informaţii acumulate şi transmise icircn

cadrul comunităţilor cărora le aparţinem

Conservarea şi de icircmbunătăţirea calităţii alimentelor presupun tehnici de procesare

utilizacircnd substanţe numite aditivi alimentari iar dintre aceştia conservanţii şi coloranţii

alimentari au un rol semnificativ

Coloranţii alimentari sunt substanţe biologic active [2-13] cu un puternic impact icircn

aspectul vizual al alimentelor Cacircnd alegem ce macircncăm privirea este prima modalitate de

selecţie iar culoarea alimentelor este un indicator foarte important referitor la proprietăţile

fizico-chimice prospeţimea şi calitatea lor

Coloranţii [14-17] sunt utilizaţi icircn mai multe domenii cum sunt vopsirea textilelor a

pielii a maselor plastice a suprafeţelor metalice etc [14-17] ca medii opice de stocare

senzori [18] icircn lasere [19] icircn domeniul cosmeticelor [20] al produselor medicale şi

farmaceutice [2122] icircn aditivii alimentari [23-26] etc

Deşi coloranţii azoici prezintă un interes deosebit icircn industriile bunurilor de consum

(icircn industria coloranţilor alimentari a jucăriilor etc) [27] există totuşi rezerve din cauza

posibilei formări de amine aromatice cancerigene [28-30] Modificările de culoare ale

produselor pot fi cauzate de interacţiunea cu mediul icircn care sunt procesate şi utilizate [31]

sau datorită degradării chimice induse termic [32]

Aditivii alimentari printre care se numără şi coloranţii alimentari pot fi extracte

naturale sau substanţe sintetice obţinute prin procedee chimice Utilizarea coloranţilor icircn

4

procesarea alimentelor este reglementată de organizaţii specializate la nivel mondial de Food

and Agriculture Organization şi World Health Organization (FAOWHO) [33] iar icircn Europa

de European Food Safety Authority (EFSA) [34-39]

Cea mai importantă clasă de coloranţi este reprezentată de coloranţii azoici [12]

Dintre coloranţii alimentari icircn această lucrare au fost cercetaţi coloranţii alimentari azoici

Aceştia sunt coloranţi sintetici folosiţi pentru icircmbunătăţirea aspectului produselor pe care le

colorează oferindu-le nuanţe de galben roşu sau brun roşcat etc [40]

Proprietăţile fizice biofizice biochimice şi farmaceutice ale coloranţilor azoici

alimentari au format obiectul cercetării şi pentru alte studii multidisciplinare [4142]

interesul deosebit generat de continua actualitate a acestui domeniu ştiinţific justificacircnd pe

deplin continuarea cercetărilor

Scopul acestei lucrări este de a cerceta aspectele fizice ale comportării coloranţilor

azoici alimentari privind proprietăţile lor optice şi spectrale morfologice şi structurale

termice fizico-chimice fitotoxicitatea şi activitatea lor biologică

De asemenea pentru a determina domeniile de stabilitate termică şi chimică ale

azoderivaţilor aromatici şi limitele de utilizare a acestora icircn prelucrarea tehnologică a

materialelor care conţin coloranţi azoici alimentari sau pe care sunt aceştia aplicaţi (aplicaţii

care pot necesita temperaturi icircnalte de utilizare sau pentru aplicaţii cu temperatură controlată

[43-45] ori pentru studii despre efectele poluante asupra mediului icircnconjurător [46]) sunt

necesare studii termoanalitice studiul comprtamentului termic al evoluţiei pH-ului icircn funcţie

de temperatură şi de concentraţia soluţiilor de coloranţi azoici alimentari aceste studii fiind

efectuate icircn această lucrare Teza conţine 214 pagini fiind structurată icircn două capitole

Icircn capitolul 1 al tezei se analizează metodele şi tehnicile de studiu ale coloranţilor

azoici alimentari determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase a birefringenţei a

spectrului de Infraroşu a spectrului Raman a spectrului UV-Vis a spectrului de fluorescenţă

laser a spectrului EDXS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy a spectrului de THz

metodele morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice cum sunt Scanning

Electron Microscope (SEM) difracţia razelor X metodele de determinare a proprietăţilor

termice analiza termică şi analiza calorimetrică metodele fizico-chimice determinarea pH-

ului soluţiilor apoase determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen şi metode de

determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

Icircn capitolul 2 al tezei sunt prezentate rezultatele determinării caracteristicilor fizice

ale coloranţilor azoici alimentari E102 - tartrazina E110 - sunset yellow E122 - azorubina

E124 - ponceau 4R şi E155 - brown HT [35-3947] O parte a capitolului 2 este consacrată

stabilirii bioactivităţii şi fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Finalul tezei cuprinde concluziile perspectivele de continuare a cercetărilor

bibliografia şi lista lucrărilor publicate şi comunicate

Coloranţii azoici alimentari studiaţi

Coloranţii sunt compuşi care au culoare proprie (absorbţie specifică icircn domeniul

vizibil al spectrului) şi care sunt capabili să confere această culoare unui suport Coloranţii au

icircn compoziţia lor pe lacircngă grupări cromofore şi grupări auxocrome care le permit fixarea

prin interacţie cu suportul [12]

Dintre coloranţii azoici icircn această lucrare au fost studiaţi coloranţii azoici alimentari

[35-39] Coloranţii alimentari azoici utilizaţi au fost achiziţionaţi de la SC ORIETTA

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

1

Aspecte fizice ale comportării materialelor biologic active

CUPRINS 1

Introducere 3

Coloranţii azoici alimentari studiaţi 4

Capitolul 1 Metode şi tehnici de studiu folosite la determinarea proprietăţilor coloranţilor

azoici alimentari 5

1 Metode şi tehnici de studiu 5

11 Metode şi tehnici pentru determinare proprietăţilor optice şi spectrale 5

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase 5

11b Determinarea birefringenţei 5

11c Determinarea spectrului de Infraroşu 6

11d Determinarea spectrului Raman 6

11e Determinarea spectrului UV-Vis 6

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser 6

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 6

11h Determinarea spectrului de THz 7

12 Metode de determinare a proprietăţilor morfologice şi structurale 7

12a Scanning Electron Microscope (SEM) 7

12b Difracţia razelor X 7

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice 7

13a Analiza termică 7

13b Analiza calorimetrică 8

14 Metode de determinare a caracteristicilor fizico chimice 8

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase 8

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] 8

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii 8

15a Spectroscopia UV-Vis 8

15b Spectroscopia FTIR 8

15c Determinarea activităţii antioxidante 9

15d Determinarea fitotoxicităţii 9

Capitolul 2 Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari 9

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari 9

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari 9

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi 10

21c Analiza Fourier Transform Infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al coloranţilor

azoici alimentari 10

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari 12

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari 12

2

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari 13

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari 14

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari 15

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari 16

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari 16

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţie de raze X 16

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari 17

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari 17

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari 19

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari icircn soluţii apoase 19

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari 19

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari 20

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu

proteinele din Albumina Serică Bovină 20

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia

cu proteinele din colagen 21

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari prin metoda

Folin-Ciocacirclteu 21

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu gracircul 22

Concluzii 22

Bibliografie 25

Perspective de continuare a cercetărilor iniţiate icircn această teză de doctorat 29

Lista lucrărilor publicate şi comunicate 30

A Lista lucrărilor publicate 30

B Lista lucrărilor comunicate la conferinţe internaţionale 30

3

Introducere

Fizica materialelor evoluează icircntr-un context interdisciplinar cu chimia biofizica

biochimia şi celelalte ramuri ale ştiinţei construind permanent un arbore al cunoaşterii

ştiinţifice al teoriilor conceptelor şi observaţiilor despre cum ne explicăm mediul icircn care

convieţuim cu alte specii privind spre limitele observabile ale macrocosmosului şi icircn interior

spre microcosmos ambele abordări condiţionacircndu-se şi influenţacircndu-se reciproc

Bios (gr βίος) şi logos (gr λόγος) [1]Viaţă şi cuvacircnt cuprinse icircn dorinţa noastră de a

icircnţelege şi de a ne explica minunile naturii de a ne cunoaşte pe noi icircnşine şi de a privi cacirct mai

departe spre orizontul cunoaşterii ştiinţifice Icircn acest univers icircn care descoperim noi şi

surprinzătoare abilităţi ale vieţii de a se adapta şi de a depăşi dificultăţile oricărui mediu

imaginabil cunoaşterea materialelor biologice studiate de ştiinţele vieţii - biologia chimia

fizica matematica şi de toate ştiinţele care icircnsumează conceptele cunoaşterii reprezintă o

imensă provocare pentru spiritul şi gacircndirea umană

Cel mai facil mod icircn care intrăm icircn contact cu materialele biologic active este prin

intermediul aerului pe care icircl respirăm al alimentelor şi lichidelor pe care le procesăm

bioenergetic şi al căror conţinut energetic şi informaţional icircl utilizăm

Modul icircn care hrana şi metodele de preperare şi de conservare a acesteia au evoluat pe

parcursul istoriei consemnate sau a rămas icircn folclorul gastronomic al omenirii este icircn stracircnsă

legătură cu evoluţia abilităţilor fizice şi intelectuale care ne caracterizează ca specie Calitatea

alimentelor proprietăţile fizico-chimice ale acestora sunt foarte importante pentru icircnsăşi

existenţa noastră

Atunci cacircnd apreciem dacă un aliment este comestibil interacţionăm la nivel

energetic cu materia Accesacircnd memoria de lungă durată şi memoria emoţională alegem

alimentele bazacircndu-ne pe propria experienţă sau pe informaţii acumulate şi transmise icircn

cadrul comunităţilor cărora le aparţinem

Conservarea şi de icircmbunătăţirea calităţii alimentelor presupun tehnici de procesare

utilizacircnd substanţe numite aditivi alimentari iar dintre aceştia conservanţii şi coloranţii

alimentari au un rol semnificativ

Coloranţii alimentari sunt substanţe biologic active [2-13] cu un puternic impact icircn

aspectul vizual al alimentelor Cacircnd alegem ce macircncăm privirea este prima modalitate de

selecţie iar culoarea alimentelor este un indicator foarte important referitor la proprietăţile

fizico-chimice prospeţimea şi calitatea lor

Coloranţii [14-17] sunt utilizaţi icircn mai multe domenii cum sunt vopsirea textilelor a

pielii a maselor plastice a suprafeţelor metalice etc [14-17] ca medii opice de stocare

senzori [18] icircn lasere [19] icircn domeniul cosmeticelor [20] al produselor medicale şi

farmaceutice [2122] icircn aditivii alimentari [23-26] etc

Deşi coloranţii azoici prezintă un interes deosebit icircn industriile bunurilor de consum

(icircn industria coloranţilor alimentari a jucăriilor etc) [27] există totuşi rezerve din cauza

posibilei formări de amine aromatice cancerigene [28-30] Modificările de culoare ale

produselor pot fi cauzate de interacţiunea cu mediul icircn care sunt procesate şi utilizate [31]

sau datorită degradării chimice induse termic [32]

Aditivii alimentari printre care se numără şi coloranţii alimentari pot fi extracte

naturale sau substanţe sintetice obţinute prin procedee chimice Utilizarea coloranţilor icircn

4

procesarea alimentelor este reglementată de organizaţii specializate la nivel mondial de Food

and Agriculture Organization şi World Health Organization (FAOWHO) [33] iar icircn Europa

de European Food Safety Authority (EFSA) [34-39]

Cea mai importantă clasă de coloranţi este reprezentată de coloranţii azoici [12]

Dintre coloranţii alimentari icircn această lucrare au fost cercetaţi coloranţii alimentari azoici

Aceştia sunt coloranţi sintetici folosiţi pentru icircmbunătăţirea aspectului produselor pe care le

colorează oferindu-le nuanţe de galben roşu sau brun roşcat etc [40]

Proprietăţile fizice biofizice biochimice şi farmaceutice ale coloranţilor azoici

alimentari au format obiectul cercetării şi pentru alte studii multidisciplinare [4142]

interesul deosebit generat de continua actualitate a acestui domeniu ştiinţific justificacircnd pe

deplin continuarea cercetărilor

Scopul acestei lucrări este de a cerceta aspectele fizice ale comportării coloranţilor

azoici alimentari privind proprietăţile lor optice şi spectrale morfologice şi structurale

termice fizico-chimice fitotoxicitatea şi activitatea lor biologică

De asemenea pentru a determina domeniile de stabilitate termică şi chimică ale

azoderivaţilor aromatici şi limitele de utilizare a acestora icircn prelucrarea tehnologică a

materialelor care conţin coloranţi azoici alimentari sau pe care sunt aceştia aplicaţi (aplicaţii

care pot necesita temperaturi icircnalte de utilizare sau pentru aplicaţii cu temperatură controlată

[43-45] ori pentru studii despre efectele poluante asupra mediului icircnconjurător [46]) sunt

necesare studii termoanalitice studiul comprtamentului termic al evoluţiei pH-ului icircn funcţie

de temperatură şi de concentraţia soluţiilor de coloranţi azoici alimentari aceste studii fiind

efectuate icircn această lucrare Teza conţine 214 pagini fiind structurată icircn două capitole

Icircn capitolul 1 al tezei se analizează metodele şi tehnicile de studiu ale coloranţilor

azoici alimentari determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase a birefringenţei a

spectrului de Infraroşu a spectrului Raman a spectrului UV-Vis a spectrului de fluorescenţă

laser a spectrului EDXS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy a spectrului de THz

metodele morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice cum sunt Scanning

Electron Microscope (SEM) difracţia razelor X metodele de determinare a proprietăţilor

termice analiza termică şi analiza calorimetrică metodele fizico-chimice determinarea pH-

ului soluţiilor apoase determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen şi metode de

determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

Icircn capitolul 2 al tezei sunt prezentate rezultatele determinării caracteristicilor fizice

ale coloranţilor azoici alimentari E102 - tartrazina E110 - sunset yellow E122 - azorubina

E124 - ponceau 4R şi E155 - brown HT [35-3947] O parte a capitolului 2 este consacrată

stabilirii bioactivităţii şi fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Finalul tezei cuprinde concluziile perspectivele de continuare a cercetărilor

bibliografia şi lista lucrărilor publicate şi comunicate

Coloranţii azoici alimentari studiaţi

Coloranţii sunt compuşi care au culoare proprie (absorbţie specifică icircn domeniul

vizibil al spectrului) şi care sunt capabili să confere această culoare unui suport Coloranţii au

icircn compoziţia lor pe lacircngă grupări cromofore şi grupări auxocrome care le permit fixarea

prin interacţie cu suportul [12]

Dintre coloranţii azoici icircn această lucrare au fost studiaţi coloranţii azoici alimentari

[35-39] Coloranţii alimentari azoici utilizaţi au fost achiziţionaţi de la SC ORIETTA

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

2

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari 13

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari 14

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari 15

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari 16

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari 16

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţie de raze X 16

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari 17

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari 17

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari 19

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari icircn soluţii apoase 19

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari 19

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari 20

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu

proteinele din Albumina Serică Bovină 20

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia

cu proteinele din colagen 21

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari prin metoda

Folin-Ciocacirclteu 21

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari icircn interacţia cu gracircul 22

Concluzii 22

Bibliografie 25

Perspective de continuare a cercetărilor iniţiate icircn această teză de doctorat 29

Lista lucrărilor publicate şi comunicate 30

A Lista lucrărilor publicate 30

B Lista lucrărilor comunicate la conferinţe internaţionale 30

3

Introducere

Fizica materialelor evoluează icircntr-un context interdisciplinar cu chimia biofizica

biochimia şi celelalte ramuri ale ştiinţei construind permanent un arbore al cunoaşterii

ştiinţifice al teoriilor conceptelor şi observaţiilor despre cum ne explicăm mediul icircn care

convieţuim cu alte specii privind spre limitele observabile ale macrocosmosului şi icircn interior

spre microcosmos ambele abordări condiţionacircndu-se şi influenţacircndu-se reciproc

Bios (gr βίος) şi logos (gr λόγος) [1]Viaţă şi cuvacircnt cuprinse icircn dorinţa noastră de a

icircnţelege şi de a ne explica minunile naturii de a ne cunoaşte pe noi icircnşine şi de a privi cacirct mai

departe spre orizontul cunoaşterii ştiinţifice Icircn acest univers icircn care descoperim noi şi

surprinzătoare abilităţi ale vieţii de a se adapta şi de a depăşi dificultăţile oricărui mediu

imaginabil cunoaşterea materialelor biologice studiate de ştiinţele vieţii - biologia chimia

fizica matematica şi de toate ştiinţele care icircnsumează conceptele cunoaşterii reprezintă o

imensă provocare pentru spiritul şi gacircndirea umană

Cel mai facil mod icircn care intrăm icircn contact cu materialele biologic active este prin

intermediul aerului pe care icircl respirăm al alimentelor şi lichidelor pe care le procesăm

bioenergetic şi al căror conţinut energetic şi informaţional icircl utilizăm

Modul icircn care hrana şi metodele de preperare şi de conservare a acesteia au evoluat pe

parcursul istoriei consemnate sau a rămas icircn folclorul gastronomic al omenirii este icircn stracircnsă

legătură cu evoluţia abilităţilor fizice şi intelectuale care ne caracterizează ca specie Calitatea

alimentelor proprietăţile fizico-chimice ale acestora sunt foarte importante pentru icircnsăşi

existenţa noastră

Atunci cacircnd apreciem dacă un aliment este comestibil interacţionăm la nivel

energetic cu materia Accesacircnd memoria de lungă durată şi memoria emoţională alegem

alimentele bazacircndu-ne pe propria experienţă sau pe informaţii acumulate şi transmise icircn

cadrul comunităţilor cărora le aparţinem

Conservarea şi de icircmbunătăţirea calităţii alimentelor presupun tehnici de procesare

utilizacircnd substanţe numite aditivi alimentari iar dintre aceştia conservanţii şi coloranţii

alimentari au un rol semnificativ

Coloranţii alimentari sunt substanţe biologic active [2-13] cu un puternic impact icircn

aspectul vizual al alimentelor Cacircnd alegem ce macircncăm privirea este prima modalitate de

selecţie iar culoarea alimentelor este un indicator foarte important referitor la proprietăţile

fizico-chimice prospeţimea şi calitatea lor

Coloranţii [14-17] sunt utilizaţi icircn mai multe domenii cum sunt vopsirea textilelor a

pielii a maselor plastice a suprafeţelor metalice etc [14-17] ca medii opice de stocare

senzori [18] icircn lasere [19] icircn domeniul cosmeticelor [20] al produselor medicale şi

farmaceutice [2122] icircn aditivii alimentari [23-26] etc

Deşi coloranţii azoici prezintă un interes deosebit icircn industriile bunurilor de consum

(icircn industria coloranţilor alimentari a jucăriilor etc) [27] există totuşi rezerve din cauza

posibilei formări de amine aromatice cancerigene [28-30] Modificările de culoare ale

produselor pot fi cauzate de interacţiunea cu mediul icircn care sunt procesate şi utilizate [31]

sau datorită degradării chimice induse termic [32]

Aditivii alimentari printre care se numără şi coloranţii alimentari pot fi extracte

naturale sau substanţe sintetice obţinute prin procedee chimice Utilizarea coloranţilor icircn

4

procesarea alimentelor este reglementată de organizaţii specializate la nivel mondial de Food

and Agriculture Organization şi World Health Organization (FAOWHO) [33] iar icircn Europa

de European Food Safety Authority (EFSA) [34-39]

Cea mai importantă clasă de coloranţi este reprezentată de coloranţii azoici [12]

Dintre coloranţii alimentari icircn această lucrare au fost cercetaţi coloranţii alimentari azoici

Aceştia sunt coloranţi sintetici folosiţi pentru icircmbunătăţirea aspectului produselor pe care le

colorează oferindu-le nuanţe de galben roşu sau brun roşcat etc [40]

Proprietăţile fizice biofizice biochimice şi farmaceutice ale coloranţilor azoici

alimentari au format obiectul cercetării şi pentru alte studii multidisciplinare [4142]

interesul deosebit generat de continua actualitate a acestui domeniu ştiinţific justificacircnd pe

deplin continuarea cercetărilor

Scopul acestei lucrări este de a cerceta aspectele fizice ale comportării coloranţilor

azoici alimentari privind proprietăţile lor optice şi spectrale morfologice şi structurale

termice fizico-chimice fitotoxicitatea şi activitatea lor biologică

De asemenea pentru a determina domeniile de stabilitate termică şi chimică ale

azoderivaţilor aromatici şi limitele de utilizare a acestora icircn prelucrarea tehnologică a

materialelor care conţin coloranţi azoici alimentari sau pe care sunt aceştia aplicaţi (aplicaţii

care pot necesita temperaturi icircnalte de utilizare sau pentru aplicaţii cu temperatură controlată

[43-45] ori pentru studii despre efectele poluante asupra mediului icircnconjurător [46]) sunt

necesare studii termoanalitice studiul comprtamentului termic al evoluţiei pH-ului icircn funcţie

de temperatură şi de concentraţia soluţiilor de coloranţi azoici alimentari aceste studii fiind

efectuate icircn această lucrare Teza conţine 214 pagini fiind structurată icircn două capitole

Icircn capitolul 1 al tezei se analizează metodele şi tehnicile de studiu ale coloranţilor

azoici alimentari determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase a birefringenţei a

spectrului de Infraroşu a spectrului Raman a spectrului UV-Vis a spectrului de fluorescenţă

laser a spectrului EDXS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy a spectrului de THz

metodele morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice cum sunt Scanning

Electron Microscope (SEM) difracţia razelor X metodele de determinare a proprietăţilor

termice analiza termică şi analiza calorimetrică metodele fizico-chimice determinarea pH-

ului soluţiilor apoase determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen şi metode de

determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

Icircn capitolul 2 al tezei sunt prezentate rezultatele determinării caracteristicilor fizice

ale coloranţilor azoici alimentari E102 - tartrazina E110 - sunset yellow E122 - azorubina

E124 - ponceau 4R şi E155 - brown HT [35-3947] O parte a capitolului 2 este consacrată

stabilirii bioactivităţii şi fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Finalul tezei cuprinde concluziile perspectivele de continuare a cercetărilor

bibliografia şi lista lucrărilor publicate şi comunicate

Coloranţii azoici alimentari studiaţi

Coloranţii sunt compuşi care au culoare proprie (absorbţie specifică icircn domeniul

vizibil al spectrului) şi care sunt capabili să confere această culoare unui suport Coloranţii au

icircn compoziţia lor pe lacircngă grupări cromofore şi grupări auxocrome care le permit fixarea

prin interacţie cu suportul [12]

Dintre coloranţii azoici icircn această lucrare au fost studiaţi coloranţii azoici alimentari

[35-39] Coloranţii alimentari azoici utilizaţi au fost achiziţionaţi de la SC ORIETTA

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

3

Introducere

Fizica materialelor evoluează icircntr-un context interdisciplinar cu chimia biofizica

biochimia şi celelalte ramuri ale ştiinţei construind permanent un arbore al cunoaşterii

ştiinţifice al teoriilor conceptelor şi observaţiilor despre cum ne explicăm mediul icircn care

convieţuim cu alte specii privind spre limitele observabile ale macrocosmosului şi icircn interior

spre microcosmos ambele abordări condiţionacircndu-se şi influenţacircndu-se reciproc

Bios (gr βίος) şi logos (gr λόγος) [1]Viaţă şi cuvacircnt cuprinse icircn dorinţa noastră de a

icircnţelege şi de a ne explica minunile naturii de a ne cunoaşte pe noi icircnşine şi de a privi cacirct mai

departe spre orizontul cunoaşterii ştiinţifice Icircn acest univers icircn care descoperim noi şi

surprinzătoare abilităţi ale vieţii de a se adapta şi de a depăşi dificultăţile oricărui mediu

imaginabil cunoaşterea materialelor biologice studiate de ştiinţele vieţii - biologia chimia

fizica matematica şi de toate ştiinţele care icircnsumează conceptele cunoaşterii reprezintă o

imensă provocare pentru spiritul şi gacircndirea umană

Cel mai facil mod icircn care intrăm icircn contact cu materialele biologic active este prin

intermediul aerului pe care icircl respirăm al alimentelor şi lichidelor pe care le procesăm

bioenergetic şi al căror conţinut energetic şi informaţional icircl utilizăm

Modul icircn care hrana şi metodele de preperare şi de conservare a acesteia au evoluat pe

parcursul istoriei consemnate sau a rămas icircn folclorul gastronomic al omenirii este icircn stracircnsă

legătură cu evoluţia abilităţilor fizice şi intelectuale care ne caracterizează ca specie Calitatea

alimentelor proprietăţile fizico-chimice ale acestora sunt foarte importante pentru icircnsăşi

existenţa noastră

Atunci cacircnd apreciem dacă un aliment este comestibil interacţionăm la nivel

energetic cu materia Accesacircnd memoria de lungă durată şi memoria emoţională alegem

alimentele bazacircndu-ne pe propria experienţă sau pe informaţii acumulate şi transmise icircn

cadrul comunităţilor cărora le aparţinem

Conservarea şi de icircmbunătăţirea calităţii alimentelor presupun tehnici de procesare

utilizacircnd substanţe numite aditivi alimentari iar dintre aceştia conservanţii şi coloranţii

alimentari au un rol semnificativ

Coloranţii alimentari sunt substanţe biologic active [2-13] cu un puternic impact icircn

aspectul vizual al alimentelor Cacircnd alegem ce macircncăm privirea este prima modalitate de

selecţie iar culoarea alimentelor este un indicator foarte important referitor la proprietăţile

fizico-chimice prospeţimea şi calitatea lor

Coloranţii [14-17] sunt utilizaţi icircn mai multe domenii cum sunt vopsirea textilelor a

pielii a maselor plastice a suprafeţelor metalice etc [14-17] ca medii opice de stocare

senzori [18] icircn lasere [19] icircn domeniul cosmeticelor [20] al produselor medicale şi

farmaceutice [2122] icircn aditivii alimentari [23-26] etc

Deşi coloranţii azoici prezintă un interes deosebit icircn industriile bunurilor de consum

(icircn industria coloranţilor alimentari a jucăriilor etc) [27] există totuşi rezerve din cauza

posibilei formări de amine aromatice cancerigene [28-30] Modificările de culoare ale

produselor pot fi cauzate de interacţiunea cu mediul icircn care sunt procesate şi utilizate [31]

sau datorită degradării chimice induse termic [32]

Aditivii alimentari printre care se numără şi coloranţii alimentari pot fi extracte

naturale sau substanţe sintetice obţinute prin procedee chimice Utilizarea coloranţilor icircn

4

procesarea alimentelor este reglementată de organizaţii specializate la nivel mondial de Food

and Agriculture Organization şi World Health Organization (FAOWHO) [33] iar icircn Europa

de European Food Safety Authority (EFSA) [34-39]

Cea mai importantă clasă de coloranţi este reprezentată de coloranţii azoici [12]

Dintre coloranţii alimentari icircn această lucrare au fost cercetaţi coloranţii alimentari azoici

Aceştia sunt coloranţi sintetici folosiţi pentru icircmbunătăţirea aspectului produselor pe care le

colorează oferindu-le nuanţe de galben roşu sau brun roşcat etc [40]

Proprietăţile fizice biofizice biochimice şi farmaceutice ale coloranţilor azoici

alimentari au format obiectul cercetării şi pentru alte studii multidisciplinare [4142]

interesul deosebit generat de continua actualitate a acestui domeniu ştiinţific justificacircnd pe

deplin continuarea cercetărilor

Scopul acestei lucrări este de a cerceta aspectele fizice ale comportării coloranţilor

azoici alimentari privind proprietăţile lor optice şi spectrale morfologice şi structurale

termice fizico-chimice fitotoxicitatea şi activitatea lor biologică

De asemenea pentru a determina domeniile de stabilitate termică şi chimică ale

azoderivaţilor aromatici şi limitele de utilizare a acestora icircn prelucrarea tehnologică a

materialelor care conţin coloranţi azoici alimentari sau pe care sunt aceştia aplicaţi (aplicaţii

care pot necesita temperaturi icircnalte de utilizare sau pentru aplicaţii cu temperatură controlată

[43-45] ori pentru studii despre efectele poluante asupra mediului icircnconjurător [46]) sunt

necesare studii termoanalitice studiul comprtamentului termic al evoluţiei pH-ului icircn funcţie

de temperatură şi de concentraţia soluţiilor de coloranţi azoici alimentari aceste studii fiind

efectuate icircn această lucrare Teza conţine 214 pagini fiind structurată icircn două capitole

Icircn capitolul 1 al tezei se analizează metodele şi tehnicile de studiu ale coloranţilor

azoici alimentari determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase a birefringenţei a

spectrului de Infraroşu a spectrului Raman a spectrului UV-Vis a spectrului de fluorescenţă

laser a spectrului EDXS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy a spectrului de THz

metodele morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice cum sunt Scanning

Electron Microscope (SEM) difracţia razelor X metodele de determinare a proprietăţilor

termice analiza termică şi analiza calorimetrică metodele fizico-chimice determinarea pH-

ului soluţiilor apoase determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen şi metode de

determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

Icircn capitolul 2 al tezei sunt prezentate rezultatele determinării caracteristicilor fizice

ale coloranţilor azoici alimentari E102 - tartrazina E110 - sunset yellow E122 - azorubina

E124 - ponceau 4R şi E155 - brown HT [35-3947] O parte a capitolului 2 este consacrată

stabilirii bioactivităţii şi fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Finalul tezei cuprinde concluziile perspectivele de continuare a cercetărilor

bibliografia şi lista lucrărilor publicate şi comunicate

Coloranţii azoici alimentari studiaţi

Coloranţii sunt compuşi care au culoare proprie (absorbţie specifică icircn domeniul

vizibil al spectrului) şi care sunt capabili să confere această culoare unui suport Coloranţii au

icircn compoziţia lor pe lacircngă grupări cromofore şi grupări auxocrome care le permit fixarea

prin interacţie cu suportul [12]

Dintre coloranţii azoici icircn această lucrare au fost studiaţi coloranţii azoici alimentari

[35-39] Coloranţii alimentari azoici utilizaţi au fost achiziţionaţi de la SC ORIETTA

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

4

procesarea alimentelor este reglementată de organizaţii specializate la nivel mondial de Food

and Agriculture Organization şi World Health Organization (FAOWHO) [33] iar icircn Europa

de European Food Safety Authority (EFSA) [34-39]

Cea mai importantă clasă de coloranţi este reprezentată de coloranţii azoici [12]

Dintre coloranţii alimentari icircn această lucrare au fost cercetaţi coloranţii alimentari azoici

Aceştia sunt coloranţi sintetici folosiţi pentru icircmbunătăţirea aspectului produselor pe care le

colorează oferindu-le nuanţe de galben roşu sau brun roşcat etc [40]

Proprietăţile fizice biofizice biochimice şi farmaceutice ale coloranţilor azoici

alimentari au format obiectul cercetării şi pentru alte studii multidisciplinare [4142]

interesul deosebit generat de continua actualitate a acestui domeniu ştiinţific justificacircnd pe

deplin continuarea cercetărilor

Scopul acestei lucrări este de a cerceta aspectele fizice ale comportării coloranţilor

azoici alimentari privind proprietăţile lor optice şi spectrale morfologice şi structurale

termice fizico-chimice fitotoxicitatea şi activitatea lor biologică

De asemenea pentru a determina domeniile de stabilitate termică şi chimică ale

azoderivaţilor aromatici şi limitele de utilizare a acestora icircn prelucrarea tehnologică a

materialelor care conţin coloranţi azoici alimentari sau pe care sunt aceştia aplicaţi (aplicaţii

care pot necesita temperaturi icircnalte de utilizare sau pentru aplicaţii cu temperatură controlată

[43-45] ori pentru studii despre efectele poluante asupra mediului icircnconjurător [46]) sunt

necesare studii termoanalitice studiul comprtamentului termic al evoluţiei pH-ului icircn funcţie

de temperatură şi de concentraţia soluţiilor de coloranţi azoici alimentari aceste studii fiind

efectuate icircn această lucrare Teza conţine 214 pagini fiind structurată icircn două capitole

Icircn capitolul 1 al tezei se analizează metodele şi tehnicile de studiu ale coloranţilor

azoici alimentari determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase a birefringenţei a

spectrului de Infraroşu a spectrului Raman a spectrului UV-Vis a spectrului de fluorescenţă

laser a spectrului EDXS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy a spectrului de THz

metodele morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice cum sunt Scanning

Electron Microscope (SEM) difracţia razelor X metodele de determinare a proprietăţilor

termice analiza termică şi analiza calorimetrică metodele fizico-chimice determinarea pH-

ului soluţiilor apoase determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen şi metode de

determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

Icircn capitolul 2 al tezei sunt prezentate rezultatele determinării caracteristicilor fizice

ale coloranţilor azoici alimentari E102 - tartrazina E110 - sunset yellow E122 - azorubina

E124 - ponceau 4R şi E155 - brown HT [35-3947] O parte a capitolului 2 este consacrată

stabilirii bioactivităţii şi fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Finalul tezei cuprinde concluziile perspectivele de continuare a cercetărilor

bibliografia şi lista lucrărilor publicate şi comunicate

Coloranţii azoici alimentari studiaţi

Coloranţii sunt compuşi care au culoare proprie (absorbţie specifică icircn domeniul

vizibil al spectrului) şi care sunt capabili să confere această culoare unui suport Coloranţii au

icircn compoziţia lor pe lacircngă grupări cromofore şi grupări auxocrome care le permit fixarea

prin interacţie cu suportul [12]

Dintre coloranţii azoici icircn această lucrare au fost studiaţi coloranţii azoici alimentari

[35-39] Coloranţii alimentari azoici utilizaţi au fost achiziţionaţi de la SC ORIETTA

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

5

IMPEX SRL furnizor care garantează un conţinut de 100 colorant alimentar icircn pulbere Icircn

aceştia sunt acceptaţi ca aditivi săruri de sodiu calciu potasiu sub formă de cloruri sau

sulfaţi [1134-3948] Au fost studiaţi următorii coloranţi azoici alimentari E102 tartrazina

(C16H9N4Na3O9S2) E110 sunset yellow (C16H10N2Na2O7S2) E122 azorubina

(C20H12N2Na2O7S2) E124 ponceau 4R (C20H11N2Na3O10S3) şi E155 brown HT

(C27H18N4Na2O9S2) [34-39]

Specificaţiile pentru coloranţii alimentari azoici studiaţi icircn această lucrare au fost

definite icircn Directiva UE a Comisiei Europene 1282008CE şi icircn Codex Alimentarius [33-

39]

Coloranţii alimentari azoici studiaţi sunt descrişi ca săruri de sodiu Sărurile de calciu

şi potasiu sunt de asemenea permise (Directiva 1282008CE) [33-39] Puritatea este

specificată ca fiind nu mai puţin de 85 (pentru tartrazină sunset yellow azorubină) 80

icircn cazul ponceau 4R şi 70 icircn cazul brown HT substanţe colorante totale calculate ca sare

de sodiu Restul de 15 - 30 poate fi reprezentat de clorură de sodiu sau sulfat de sodiu

(dar acest lucru nu este menţionat icircn mod explicit) materii insolubile icircn apă nu mai mult de

02 materii colorante auxiliare nu mai mult de 10 - 10 şi compuşi organici alţii

decacirct coloranţi nu mai mult de 05 - 07 Aminele aromatice primare nesulfonate pot fi

prezente la niveluri de le 001 (calculate ca anilină) provenind din procesul de fabricaţie

[33-39]

Coloranţii alimentari studiaţi icircn această lucrare pot fi utilizaţi (cu respectarea dozelor

aprobate) ca aditivi alimentari (descrişi ca sare de sodiu) icircn unele băuturi şi alimente [34-39]

Capitolul 1

Metode şi tehnici de studiu

11 Metode optice şi spectrale

11a Determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase

Indicele de refracţie este o icircnsuşire caracteristică a fiecărei substanţe [4950]

Fenomenul de refracţie a luminii are aplicaţii practice icircn multe domenii (caracterizarea şi

identificarea substanţelor organice determinarea concentraţiei soluţiilor a purităţii

substanţelor determinări de structură refracţie moleculară refracţie şi polarizabilitate)

Indicele de refracţie este utilizat frecvent pentru caracterizarea substanţelor organice lichide

Pentru determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de coloranţi azoici alimentari

studiaţi icircn această lucrare a fost utilizat refractometrul RA-520N de la Kioto Electronics [51]

care dispune de o prismă confecţionată din safir rezistent chimic rigid şi cu conductivitate

termică ridicată iar sursa de lumină este de tip LED

11b Determinarea birefringenţei

Unele materiale prezintă proprietatea optică numită birefringenţă sau dublă refracţie

Birefringenţa poate fi naturală sau artificială

Pentru studierea anizotropiei optice [4350-57] şi a birefringenţei unor coloranţi azoici

alimentari icircn stare cristalizată icircn această lucrare a fost utilizat microscopul cu lumină

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

6

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

11c Determinarea spectrului de Infraroşu

Moleculele organice pot icircnmagazina energie sub formă de energie de translaţie de

rotaţie de vibraţie atomică şi de tranziţie electronică Interacţia acestora cu moleculele poate

fi identificată prin spectroscopia IR

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) din această lucrare au fost efectuate cu

spectrometrul Spectrum 100 PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400

cm-1

cu o rezoluţie de 050-6400 cm-1

Spectrele au fost obţinute utilizacircnd un accesoriu

universal de atenuare totală a reflectanţei (UATR) la o rezoluţie de 4 cm-1

cu 10 scanări şi

corecţie CO2 H2O [58-82]

11d Determinarea spectrului Raman

O altă metodă utilizată pentru identificarea grupărilor funcţionale şi pentru a

determina structura chimică a materialelor studiate este şi spectroscopia Raman care este

complementară spectroscopiei icircn infraroşu [5059-61666775-77]

Pentru obţinerea spectrelor Raman ale coloranţilor azoici alimentari (pudră) studiaţi icircn

această lucrare a fost utilizat un microscop Raman de la Renishaw

11e Determinarea spectrului UV-Vis

Absorbţia moleculară icircn domeniul UV şi vizibil este utilizată pentru determinări

cantitative pe baza legii Lambert Beer obţinacircndu-se şi informaţii calitative şi structurale

[5983]

Determinările UV-Vis pentru această lucrare s-au efectuat cu Ocean Optics S2000

UV-Vis Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm

Pentru achiziţionarea spectrelor UV-Vis au fost folosite fibre optice cuplate la

spectrofotometru Acesta are un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori

11f Determinarea spectrului de fluorescenţă laser

Spectroscopia de fluorescenţă este unul dintre principalele instrumente de cercetare icircn

biofizică şi icircn biochimie [83-88]

Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi icircn această

lucrare a fost obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut

puterea de 440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent

Pentru achiziţionarea spectrelor de fluorescenţă laser (a semnalelor optice de

fluorescenţă) au fost folosite fibre optice cuplate la spectrofotometrul Ocean Optics S2000

care dispune de un sistem CCD cu 2048 detectori cu semiconductori Aceştia detectează şi

măsoară pulsul laser care a produs fluorescenţa icircn proba analizată iar pentru prelucrarea şi

analiza datelor a fost utilizat un soft specializat

11g Determinarea spectrului EDXS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Spectroscopia cu raze X cu dispersie energetică (EDXS) este o tehnică analitică

utilizată pentru analiza elementară sau chimică şi caracterizarea unui eşantion [89-91]

Morfologia şi compoziţia elementară a pulberilor coloranţilor alimentari azoici au fost

studiate icircntr-un microscop electronic cu scanare prin emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

7

Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X de dispersie energetică (EDXS) de la

Oxford Instruments

EDXS poate fi utilizat pentru a determina ce elemente chimice sunt prezente icircntr-o

probă şi poate estima procentajul atomic

11h Determinarea spectrului de THz

Partea centrală relativ neexplorată a spectrului terahertz (60 GHz-4 THz = 2-133 cm-1

)

este un instrument puternic pentru studierea dinamicii moleculelor icircn cristale [92-95]

Sondarea interacţiunilor intermoleculare face ca spectroscopia terahertz să fie o

metodă ideală pentru studiul polimorfismului unde o moleculă prezintă capacitatea de a se

icircmpacheta icircn două sau mai multe forme cristaline

Montajul experimental utilizat icircn această lucrare este un sistem TDS-THz (un kit

Ekspla THz cu un laser FemtoFiberreg produs de TOPTICA) [93] )

12 Metode morfologice şi structurale de determinare a proprietăţilor fizice

12a Scanning Electron Microscope (SEM)

Microscopia electronică de baleaj (SEM) este una dintre cele mai folosite tehnici icircn

fizica şi ingineria materialelor [53]

Pentru această lucrare a fost utilizat microscopul SEM cu scanare icircn emisie de cacircmp

SU8010 de la Hitachi care a icircnregistrat imagini folosind tensiunea de 2 kV şi curentul de

7400-8600 nA la magnificaţii icircntre 400 şi 45000times cu detalierea scalei icircntre 1 şi 50 μm

Microscopia electronică de baleaj (SEM) are aplicaţii şi icircn multe alte domenii cum

sunt chimia biologia medicina agricultura sau criminalistica [53]

12b Difracţia razelor X

Razele X sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă icircntre 02-200 Ǻ avacircnd

lungimea de undă mai mică decacirct a radiaţiilor ultraviolete şi mai mare decacirct cea a radiaţiilor

gama

Structura cristalină a coloranţilor studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin

difracţie de raze X cu Rigaku SmartLab X-Ray Diffractometer [96] Difractometrul

funcţionează cu radiaţie CuKα (λ = 154059 Aring) la tensiunea de 40 kV şi curentul de 30 mA

icircntre 10 şi 90ordm 2θ

Modelul de difracţie poate oferi multiple informaţii fiind chiar o amprentă a

compoziţiei chimice a probei care poate fi identificată cu softuri moderne icircn baze de date

specializate

13 Metode de determinare a proprietăţilor termice ale materialelor

Metodele de determinare a proprietăţilor termice utilizate icircn această lucrare sunt

analiza termică şi analiza calorimetrică [5397-108]

13a Analiza termică

Metodele experimentale de cercetare a materialelor printre care şi metodele termice

de analiză permit caracterizarea probelor prin măsurarea modificărilor care apar icircn unele

mărimi fizico-chimice icircn condiţiile variaţiei liniare a temperaturii icircn timp [53]

Metodele termoanalitice includ termogravimetria (TG) analiza termogravimetrică

(TGA) analiza termică diferenţială (Differential Thermal Analysis - DTA) analiza

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

8

termogravimetrică derivată (DTG) calorimetria de scanare diferenţială (Differential

Scanning Calorimetry - DSC) şi analiza termomecanică (TMA)

13b Analiza calorimetrică

Calorimetria este o tehnică prin care se poate determina cantitatea de căldură care este

absorbită sau eliberată de o substanţă care suferă o schimbare fizică sau chimică Acest gen

de schimbări modifică energia internă a substanţei [98ndash100]

Icircn acestă lucrare măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG

termogravimetrie derivată DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare

diferenţială DSC ) au fost efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la

PerkinElmer icircn atmosferă dinamică de aer sau azot cu un debit de 150 cm3 min

-1 la o viteză

de icircncălzire de 10 degC min-1

de la temperature camarei (RT) pacircnă la 1000 degC utilizacircnd

creuzeţi de alumină

14 Metode fizico chimice

14a Determinarea pH-ului soluţiilor apoase

Prin definiţie [139] pH-ul reprezintă aciditatea unui mediu şi se exprimă prin

logaritmul zecimal cu semn negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie [109-

114]

Măsurarea pH-ului soluţilor apoase de coloranţi azoici alimentari a fost efectuată cu

un dispozitiv pH and Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco

Scientific

14b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+]

Din valoarea pH-ului soluţiei de coloranţi azoici [110] se poate calcula concentraţia

ionilor de hidrogen [H+] măsurată icircn mol L

-1

Reacţia organismului (concentraţia ionilor de H+ din organism) este menţinută icircn

limite normale prin acţiunea sistemelor-tampon şi a mecanismului fizico-chimic de

menţinere a echilibrului acidobazic [113]

15 Metode de determinare a activităţii biologice şi a fitotoxicităţii

15a Spectroscopia UV-Vis

Pentru a identifica interacţiunea coloranţilor azoici cu corpul uman este important să

se studieze interacţiunea lor cu proteinele Icircn cazul coloranţilor azoici alimentari studiaţi a

fost ales colagenul (care reprezintă 88 din proteinele din piele) şi albumina serică bovină

(BSA) care este o proteină similară albuminei serice umane [115-119]

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale interacţiei dintre coloranţii azoici alimentari şi proteinele din

BSA au fost achiziţionate cu specrometrul UV-Vis Varian Cary 50 şi softul Cary Win

15b Spectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Spectroscopia FTIR este frecvent utilizată pentru identificarea substanţelor organice şi

pentru studiul interacţiei acestora cu diferite alte substanţe Spectroscopia IR cu transformată

Fourier (FTIR) este o tehnică utilizată pentru obţinerea unui spectru infraroşu de absorbţie

sau emisie a unui solid lichid sau gaz [5977120121] Icircn acest mod pot fi achiziţionate

informaţii despre compoziţia chimică a probei

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

9

Spectrele de vibraţie şi de rotaţie icircn domeniul 4000-550 cm-1

au fost achiziţionate cu

spectrometrul FTIR Bruker ATR Zn-Se

15c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari

Pentru atenuarea contracararea şi eliminarea potenţialelor efecte nocive ale

substanţelor şi ale fenomenelor fizice cu care se confruntă organismul uman sunt studiate

anumite substanţe care prezintă proprietăţi anioxidante anticancerigene substanţe şi

compuşi biologic activi utilizate icircn activitatea de prevenire şi combatere a bolilor [5620-22

35-3942 73]

Icircn această lucrare activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari [35-39] a

fost determinată comparativ cu activitatea antioxidantă a acidului galic prin metoda

spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu [122-128] Absorbanţele au fost determinate cu

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500

15d Determinarea fitotoxicităţii

Fitotoxicitatea este definită ca icircntacircrzacircierea germinării seminţelor inhibiţia creşterii

plantelor sau alte efecte adverse cauzate plantelor de substanţe specifice (fitotoxice) sau de

condiţiile de creştere [129130]

Pentru testarea fitotoxicităţii este folosit frecvent gracircul Icircn această lucrare au fost

efectuate testări ale fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari E102 E110 E122 E124 şi

E155 pe gracircu (Triticum aestivum)

Metoda folosită a fost similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010

şi icircn 2017 [131]

Capitolul 2

Determinarea caracteristicilor fizice ale coloranţilor azoici alimentari

21 Caracteristici optice şi spectrale ale coloranţilor azoici alimentari

21a Analiza indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

Indicii de refracţie ai soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubina

(E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

Indicele de refracţie al soluţiilor apoase este o proprietate optică importantă Indicii de

refracţie ai soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari studiate au fost măsuraţi cu

refractometrul RA-520N icircn intervalul de temperatură 15-50 C la două concentraţii (c = 1

şi c = 5 ) Separat au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi a fost

calculată susceptibilitatea electrică a apei distilate utilizată icircn soluţiile coloranţilor studiaţi

A fost observată o scădere liniară a valorii indicilor de refracţie odată cu creşterea

temperaturii fapt care este icircn concordanţă cu specificaţiile de calibrare ale refractometrului

RA-520N

Indicii de refracţie ai colorantului azoic alimentar brown HT (E155)

Indicii de refracţie ai soluţiilor apoase de brown HT scad odată cu creşterea

temperaturii la concentraţiile de 1 şi 5 Susceptibilitatea electrică a fost reprezentată icircn

funcţie de inversul pătratului temperaturii pentru pentru soluţiile apoase de brown HT c =1

şi c = 5

Susceptibilitatea electrică prezintă o dependentă liniară de inversul pătratului temperaturii

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

10

Aceste funcţii liniare sunt fitări teoretice ale dependenţei susceptibilităţii electrice a

coloranţilor azoici alimentari studiaţi de inversul pătratului temperaturii [80]

Similar au fost măsuraţi indicii de refracţie icircn funcţie de temperatură şi au fost

calculate susceptibilităţile electrice ale soluţiilor de tartrazină (E102) sunset yellow (E110)

azorubină (E122) şi ponceau 4R (E124)

21b Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase de diferite

concentraţii ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Anizotropia optică şi fenomenul de birefringenţă observate la cristalele obţinute prin

uscarea la temperatura camerei (RT ndash room temperature) a soluţiilor apoase ale coloranţilor

azoici alimentari cu concentraţiile de 1 şi 5 au fost studiate cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd) Coloranţii azoici alimentari studiaţi au fost examinaţi icircntre polarizoarele

icircncrucişate ale microscopului cu lumină polarizată Probele au fost expuse pe lamele de sticlă

pentru microscopie optică COVN-024-200 (24 x 24 mm 013 - 016 mm grosime) COVER

GLAS produse de Labbox [435657]

Rezultatele au indicat prezenţa anizotropiei optice la coloranţii azoici studiaţi

proprietăţile acestora avacircnd o distribuţie spaţială neuniformă icircn funcţie de direcţia luminii

incidente Icircn timpul unei rotaţii de 360deg a suportului pe care sunt dispuse probele sunt

observate patru poziţii de extincţie şi patru poziţii de iluminare maximă care se datoresc

fenomenului de birefringenţă (dublă refracţie) bazat pe legile electromagnetismului [5657]

Birefringenţa cristalelor obţinute prin uscarea soluţiilor apoase ale coloranţilor azoici

alimentari este evidenţiată icircn figurile următoare (icircn Fig 1 au fost reprezentate selectiv

imaginile unei poziţii de extincţie şi a unui maxim de iluminare)

a) α = 45deg b) α = 90deg

Fig1 E110 sunset yellow c=1 (imagini selectate de la marginea probei valoarea segmentului = 10 μm)

Icircn mod similar a fost analizată anizotropia şi prezenţa fenomenului de birefringenţă şi

la ceilalţi coloranţi studiaţi

Probele de coloranţi azoici alimentari analizate prezintă anizotropie optică iar unele

cristale ale acestora sunt birefringente Acest fenomen fizic poate permite utilizarea

coloranţilor azoici alimentari icircn scopuri medicale

21c Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurătorile spectrale icircn infraroşu (IR) s-au efectuat cu spectrometrul Spectrum 100

PerkinElmer care explorează numerele de undă icircntre 4000-400 cm-1

cu o rezoluţie de 050-

6400 cm-1

pentru fiecare spectru a fost reţinută media a 10 spectre achiziţionate

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

11

Spectrul IR al E155 (brown HT)

Analiza Fourier transform infrared (FTIR) a spectrului de Infraroşu al brown HT a

fost efectuată icircn domeniul 4000-550 cm-1

cu o rezoluţie de 4 cm-1

reprezentarea spectrului

FTIR este icircn modul absorbanţă (Fig2)

Fig 2 Spectrul FTIR al Brown HT Fig 3 Spectrul Raman al brown HT

Spectrul FTIR al brown HT pretintă benzi specifice intense la 1173 1118 1032

1005 983 669 635 625 618 595 581 575 567 562 şi 556 cm-1

care sunt atribuite

grupărilor gtS=O OminusH aromatic CndashH minusCndashCminus RndashSO3minusNa

+ CndashO minusCH2ndashOH ndashSO3

minus minusCH2ndash

R1minusC6H4ndashR minusCOH RminusC6H4ndashR1ndashCOH C6H1ndash(RR1R2R3R4) şi ndashSO3minusNa

+

Benzile tipice sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nndash) care are maxime la 1617 cm-1

1497 cm-1

şi la 1387 cm-1

Cele mai intense benzi de absorbţie identificate icircn spectrul IR al

brown HT au fost atribuite următoarelor legături chimice [895059-6266-7173-82]

minus Liniile de absorbţie de la 831 635625 567 şi 562 cm-1

sunt atribuite compuşilor aromatici

di-substituiţi (di-substituted benzenes)

minus Liniile de absorbţie de la 899 831 581 575 567 562 şi 556 cm-1

sunt atribuite compuşilor

aromatici penta-substituiţi (penta-substituted benzenes) de grupările azo şi hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1387 831 799 635 şi 625 cm-1

sunt atribuite grupărilor

naftalene naftalene mono şi dindashsubstituite

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1331 1173 1118 1032 şi 983 cm-1

sunt atribuite

compuşilor aromatici meta-substituiţi de grupările sulfoxil

minus Liniile de absorbţie de la 138713311173 708 689 669 635 625 şi 618 cm-1

sunt

atribuite grupărilor fenol

minus Liniile de absorbţie de la 3411 1617 708 689 669 635 618 595 581 şi 575 cm-1

sunt

atribuite grupărilor hidroxil

minus Liniile de absorbţie de la 669 581 şi 575 cm-1

sunt atribuite grupărilor ndashSO3minusM

+ (Na

+)

minus Liniile de absorbţie de la 1387 1275 1173 1118 1032 1005 983 899 831 799 746

708 689 şi 669 cm-1

sunt atribuite grupărilor CminusH and minusCH2minus

minus Liniile de absorbţie de la 1617 1032 şi1005 cm-1

sunt atribuite grupărilor minusCndashCminus şi

minusC=Cminus

minus Liniile de absorbţie de la 1497 cm-1

sunt atribuite grupării azo (ndashN=Nminus)

Similar au fost efectuate analizele FTIR ale spectrelor de Infraroşu ale tartrazinei

(E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122 şi ponceau 4R (E124)

40000 3000 2000 1500 1000 5500

0019

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

0170

Wavenumber cm-1

Ab

sorb

ance

a

u

341053

161749

156839

149726

147464

138731

133114

127497

117337

111785

103152

100489

98346

89894

83104

79948

74640

70759

68926

66928

63490

6250061820

59526

58107

57471

56689

56197

55579

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

12

21d Spectrul Raman al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectrele Raman au fost obţinute cu un microscop Raman de la Renishaw şi au fost

comparate cu cele ale unor compuşi similari investigaţi prin aceeaşi metodă [60666775-

79]

Spectrul Raman al E 155 brown HT

Poziţiile intensităţilor deplasărilor Raman pentru brown HT sunt prezentate icircn tabelul

10 unde se prezintă o atribuire a vibraţiilor cele mai caracteristice Din valorile frecvenţelor

de vibraţie au fost identificate grupele funcţionale ale brown HT (Fig3) Cele mai importante

maxime pot fi atribuite următoarelor grupe funcţionale [60666775-79]

ndash Maximul foarte intens de la 1515 cm-1

a fost atribuit legăturii azo (N=N) legăturilor

CndashH şi grupărilor naftalenice [6667]

ndash Maximul foarte intens de la 1573 cm-1

a fost atribuit vibraţiei de icircntindere a

inelului aromatic vibraţiei de icircntindere a inelului CndashC şi benzilor caracteristice observate icircn

spectrul Raman al benzenului substituit icircn acest caz benzenului penta-substituit [60]

ndash Maximul foarte intens de la 1363 cm-1

a fost atribuit grupărilor 1-

naphthalenesulfonate (C10H7NaO3S) şi ndashCndashN=NndashCndash [606671]

ndash Maximul foarte intens de la 1278 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de deformare icircn plan

a grupării aromatice CndashH [60]

ndash Modul de vibraţie de deformare icircn afara planului a legăturii CndashH din legătura

inelului fenil la gruparea azo a fost observant la 1439(s) 1122(w) 910(vw) 777(vw)

729(w) 681(m) 655(w) şi la 467(m) cm-1

[6667]

ndash Vacircrful mediu de la 1048 cm-1

a fost atribuit vibraţiilor de alungire ale CminusSO3-Na

+

vacircrful puţin intens de la 955 cm-1

a fost atribuit modului de vibraţie de alungire simetric al

SO3- vacircrful foarte puţin intens de la 777 cm

-1 şi vacircrfurilr puţin intense de la 729 cm

-1 şi 501

cm-1

au fost atribuite modului de vibraţie de icircndoire al SO3- [6667]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor Raman ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21e Spectrul UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Majoritatea compuşilor anorganici şi aproape toţi compuşii organici au absorbţii

caracteristice icircn IR pe cicircnd icircn domeniul vizibil al spectrului electromagnetic prezintă

absorbţii caracteristice numai substanţele colorate iar icircn spectrul ultraviolet numai anumite

clase de compuşi icircn special cei aromatici sau cu sisteme conjugate [61]

Spectrele de absorbţie UV-Vis ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi au fost

obţinute utilizacircnd un fotospectrometru UV-Vis Ocean Optics S2000 Sursa de lumină a fost

de laserul simplu ionizat Ar+ [8384] Probele au fost soluţii apoase de diferite concentraţii ale

coloranţilor azoici alimentari icircn cuvete cu grosimea de 10 mm Din spectrele obţinute s-au

observat benzi de absorbţie cu diferite lungimi de undă

Spectrul de absorbţie UV-Vis al tartrazinei

Concentraţia soluţiei apoase de tartrazină a fost de 0001 Din spectrul de absorbţie

al tartrazinei am observat o bandă de absorbţie cu un vacircrf la λ = 43636 nm (Fig 4)

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

13

Fig 4 Spectrul UV-Vis al tartrazinei Fig 5 Spectrul de fluorescenţă al soluţiei apoase de E155c = 5

Absorbanţa pentru această lungime de undă are valoarea 1011au Lungimea de undă

λ = 47648 nm este localizată icircn banda de absorbţie a E102 iar absorbanţa corespunzătoare

are o valoare de 0465 au Lungimea de undă λ = 4765 nm care este o radiaţie emisă de

laserul Ar+ este situată de asemenea aproape de λ = 47648 nm cu absorbanţa de 0465 au

care este lungimea de undă stabilită experimental

Spectrometrul are un număr de 2048 detectori discreţi şi nici unul nu corespunde

lungimii de undă λ = 4765 nm Detectorul cu cea mai apropiată lungime de undă de λ =

4765 nm este cel care icircnregistrează lungimea de undă de λ = 47648 nm prin urmare acesta

a fost ales pentru a obţine absorbanţa

Deoarece absorbanţa tartrazinei pentru λ = 47648 nm este de aproximativ 46 din

absorbanţa la λ = 43636 nm se poate concluziona că tartrazina are o eficienţă cuantică bună

pentru fluorescenţa laser la λ = 4765 nm

Similar a fost efectuată analiza spectrelor UV-Vis ale sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) ponceau 4R (E124) şi brown HT (E155)

21f Spectrul de fluorescenţă laser al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Coloranţii azoici alimentari studiaţi prezintă spectru de fluorescenţă laser Puterea

sursei pentru radiaţia de excitaţie (λ = 4765 nm) a avut valoarea de 440 mW şi a fost

măsurată utilizacircnd un contor de putere Max Field Top 2 de la Coherent Cuva este realizată

din cuarţ şi are o grosime de 10 mm Spectrele de fluorescenţă au fost icircnregistrate cu o fibră

optică poziţionată perpendicular pe fasciculul de excitaţie Fibra optică este cuplată la

spectrometru care este conectat la computer Spectrele de fluorescenţă laser obţinute sunt

evidenţiate icircn grafice din care utilizacircnd baza de date NIST Atomic Database [8687] au fost

determinate lungimile de undă corespunzătoare radiaţiilor de dezexcitare respectiv liniile

spectrale ale tranziţiilor icircntre nivelele de energie ale elementelor chimice din coloranţii

alimentari azoici studiaţi Precizia determinării lungimilor de undă ale radiaţiilor de

fluorescenţă este de plusmn031 nm

Spectrul de fluorescenţă laser al brown HT

Brown HT este un colorant azoic pentru care icircn soluţia apoasă cu concentraţia c = 5

a fost obţinut spectrul de fluorescenţă laser din Fig 5

Energiile corespunzătoare nivelurilor de energie implicate icircn tranziţii şi configuraţiile

lor electronice pentru aceste linii spectrale sunt rezumate icircn tabele [8687] S-a constatat că

spectrul fluorescenţei pentru brown HT nu are spectru de emisie icircn domeniul spectral

corespunzător benzii de absorbţie icircn domeniul spectral 60000 - 68502 nm Explicaţia

400 500 600 700 800 900

00

02

04

06

08

10

12

A=0465=47648 nm

A=1011

=43636 nm

E102

c=0001

Ab

so

rban

ce a

u

Wavelength nm

400 500 600 700 800 900

0

500

1000

1500

2000

2500

47

68

4

73

83

47

50

77

76

37

77

72

92

80

14

18

11

35

82

70

9

84

21

18

53

09

E155

c=5

exc

=4765 nm

79

51

8

Inte

nsit

y a

u

Wavelength nm

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

14

absenţei liniilor de emisie icircn acest domeniu spectral se bazează pe fenomenul auto-absorbţiei

Icircn acest domeniu spectral elementele chimice prezente icircn structura lui brown HT (C O S N

Na) nu se manifestă icircn spectrul de fluorescenţă tocmai datorită fenomenului de auto-

absorbţie

Icircn mod similar au fost identificate tranziţiile electronice (fluorescenţa) şi ale

celorlalte elementelor chimice (O S N Na) ale moleculei brown HT

Liniile de fluorescenţă laser ale lui brown HT sunt icircn concordanţă cu cele din bazele

de date şi din datele experimentale obţinute de alţi autori [86-88] Tranziţiile electronice de

la lungimile de undă de 80141 nm (vs) 84211 nm (nm) şi 75077 nm (s) care sunt atribuite

fluorescenţei mai multor elemente (ioni) sunt prezentate icircntr-un tabel distinct Aceasta este

explicaţia intensităţii ridicate a unora dintre liniile spectrale ale fluorescenţei laser

Similar a fost efectuată analiza spectrelor de fluorescenţă laser ale tartrazinei (E102)

sunset yellow (E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21g Spectrul EDXS al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Spectroscopia cu raze X de dispersie energetică EDXS la energia fasciculului de 15

keV a fost utilizată pentru a evalua compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici icircn mai multe puncte Microscopul electronic cu scanare a icircnregistrat

imaginile la 2 kV şi 74-86 μA la o mărire de pacircnă la 45000times şi un detaliu al scalei icircntre 1-

50 μm

Spectrul EDXS al brown HT

Caracterizarea morfologică a brown HT a fost efectuată prin analiza EDXS icircn cinci

puncte ale probei

Fig 6 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 1 Fig 7 Brown HT Compoziţia masică icircn poziţia 2

Icircn interpretarea rezultatelor din Fig 6 şi 7 trebuie să se ţină cont de aşezarea pulberii

de brown HT pe suportul de carbon Valoarea deosebit de ridicată a procentului mediu de

carbon identificat experimental (6661 masic) faţă de valoarea procentului de carbon

calculat din formula chimică a brown HT de 4965 masic se explică prin distribuţia

neuniformă a cristalelor pe suportul de carbon aşa cum se vede din tabelul 1

Tabelul 1 Compoziţiile pulberii de brown HT icircn punctele de pe suprafaţa probei analizate prin EDXS

Element

Spectrul

1

Spectrul

2

Spectrul

3

Spectrul

4

Spectrul

5 Maximul Minimul Media

Deviaţia

Standard

C 6514 7296 6299 6566 6633 7296 6299 6661 376

N 621 566 1172 51 858 1172 51 745 273

O 583 1215 164 2018 1696 2018 583 143 553

Na 23 364 44 411 396 44 23 368 082

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

15

S 1844 511 317 403 333 1844 317 682 654

Cl 072 027 081 ndash 035 081 027 ndash ndash

K 137 02 052 092 05 137 02 07 045

Total 100 100 100 100 100

Icircn tabelul 1 pe lacircngă elementele conţinute de brown HT icircn spectrele 123 şi 5 apare

şi clorul şi de asemenea potasiul care apare icircn toate cele cinci spectre Aceste elemente

provin din clorurile de sodiu şi de potasiu care sunt admise icircn mici cantităţi [39]

Similar a fost efectuată analiza spectrelor EDXS ale tartrazinei (E102) sunset yellow

(E110) azorubinei (E122) şi ponceau 4R (E124)

21h Spectrul de THz al coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Prin identificarea frecvenţelor caracteristice de absorbţie ale substanţelor cercetate icircn

diferite medii se poate stabili o adevărată ldquosemnăturărdquo a substanţei după frecvenţele

caracteristice ale radiaţiilor care poate fi evidenţiată icircn orice mediu [92-95]

Spectrele de absorbţie icircn domeniul 02-45 THz ale coloranţilor alimentari azoici (Fig

8) au fost realizate pentru trei forme ale acestora pulbere solidă (E - curba neagră) soluţie

apoasă de concentraţie masică 5 (LE - curba roşie) şi aceeaşi soluţie impregnată icircn hacircrtie

poroasă uscată ulterior la 105 oC (UE - curba albastră)

Analizacircnd icircn detaliu frecvenţele radiaţiilor absorbite de către coloranţii alimentari

azoici icircn cele trei forme ale acestora icircn această lucrare s-a stabilit o bdquosemnăturărdquo

corespunzătoare maximelor comune Frecvenţele conţinute de bdquosemnăturărdquo permit

identificarea coloranţii alimentari azoici icircn orice aliment care foloseşte aceşti aditivi

alimentari drept colorant Icircn Fig 8 este prezentat spectrul THz al E124

Fig 8 Spectrul de absorbţie icircn domeniul THz al ponceau 4R

Semnăturile spectrale de THz ale coloranţilor alimentari azoici studiaţi obţinute prin

prelucrarea datelor numerice de spectroscopie de THz sunt prezentate icircn tabelele 46-50

unde ν (THz) este frecvenţa spectrului de transmisie a probei (02-45 THz) şi absorbanţa

(au) este valoarea transmisiei pentru frecvenţa corespunzătoare pentru cele trei forme E LE

şi UE Similar au fost identificate şi semnăturile THz ale celorlalţi coloranţi studiaţi

Spectroscopia de THz poate oferi o posibilitate de identificare a coloranţilor din

alimente prin marcarea frecvenţelor caracteristice ale acestora (semnătura) din domeniul

THz

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

16

22 Caracteristici morfologice şi structurale ale coloranţilor azoici alimentari

22a Analiza imaginilor SEM ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Microscopul electronic (SEM) cu scanare icircn emisie de cacircmp (SU8010 de la Hitachi) a

achiziţionat imagini ale coloranţilor E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122

(azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155 (brown HT)

Imaginile SEM ale tartrazinei (E102) sunt prezentate icircn Fig 9-10

Fig 9 Imagine SEM E102 la o mărire de 2000times Fig 10 Imagine SEM E102 la o mărire de 5000times

Din imaginile SEM se constată că pulberea de tartrazină conţine cristalite bine

formate la care se remarcă planele de cristalizare şi dispersia icircntre 1 şi 10 μm Figurile 9 10

au vizat aceleaşi puncte de pe suprafaţă la măriri diferite

Icircn mod similar au fost analizate caracteristicile morfologice şi structurale ale celorlalţi

coloranţi studiaţi

22b Analiza coloranţilor azoici alimentari prin difracţia de raze X

Structura cristalină a coloranţilor azoici alimentari E102 (tartrazina) şi E155 (brown

HT) care au fost studiaţi icircn această lucrare s-a determinat prin difracţie de raze X cu Rigaku

SmartLab X-Ray Diffractometer

Difracţia de raze X a brown HT

Măsurătorile XRD ale tartrazinei s-au efectuat la temperatura camerei şi s-a folosit

radiaţia monocromatică CuKα cu λ = 154059 Aring

Fig11 evidenţiază maximele de difracţie de raze X ale pulberii de brown HT

Fig 11 Maximele de difracţie ale brown HT

Pudra de brown HT este cristalină şi stabilă la temperatura camerei Parametrii

structurali ai pulberii de brown HT au fost evaluaţi prin analiza modelului utilizacircnd software-

ul FullProf [96] Rezultatele au fost rezumate icircntr-un tabel distinct

Reflexiile observate au fost indexate structurii cristaline monoclinice (grup spaţial

P1) Grupul spaţial este acentric (centrosimetrie acentric) Caracteristicile structurale ale

brown HT obţinute prin prelucrarea rezultatelor difracţiei de raze X [53] sunt sintetizate icircn

Tabelul 2

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

17

Tabelul 2 Caracteristicile de difracţie de raze X ale brown HT

Nr

vacircrf

2θ

grade

Intensitatea

impulsuri

(experimental)

II0

Indicii Miller

dhkl

Aring

Intensitatea

impulsuri

(2θTOF) h k l

1 1902 18911 8213 0 -1 3 4626 235

2 2624 17686 7681 0 3 0 3362 2997

3 2728 14700 6384 2 -2 0 3274 229

4 2804 13080 5680 2 2 1 3205 151

5 3166 23027 100 0 -3 3 2824 1096

6 3208 10872 4721 -2 -1 4 2780 81

7 3378 8153 3540 0 -2 5 2655 43

8 3858 7617 3308 0 -2 6 2313 113

9 454 10889 4729 0 -5 1 2001 262

10 4874 4727 2053 1 1 8 7871 12

11 5518 3896 1692 -3 -2 7 1633 26

12 564 4454 1934 5 -2 0 1630 114

13 594 3107 1349 -5 -2 3 1555 14

14 6616 3109 1350 -6 0 2 1411 35

15 6636 2687 1167 1 4 9 1410 8

16 7522 3378 1467 0 8 0 1261 52

17 7546 2876 1249 -2 -5 9 1258 2

18 8392 4684 2034 -7 -3 1 1152 88

19 8418 3316 1440 -3 -8 1 1151 9

calculate cu software-ul Full Prof

Tabelul 2 conţine rezultate obţinute cu software-ul FullProf [96]

23 Caracteristici termice şi calorice ale coloranţilor azoici alimentari

23a Analiza calorimetrică stabilitatea termică şi caracterizarea coloranţilor azoici

alimentari

Analiza termică este folosită la identificarea proprietăţilor termice ale multor

substanţe organice printre care şi coloranţii azoici [748897-108] Din parcurgerea literaturii

de specialitate se observă un interes deosebit pentru studiul coloranţilor azoici şi icircn particular

al coloranţilor alimentari azoici Cu toate acestea există puţine lucrări despre comportarea lor

termică [101]

Icircn această lucrare s-a efectuat un studiu termic detaliat al coloranţilor alimentari azoici

E102 (tartrazina) E110 (sunset yellow) E122 (azorubina) E124 (ponceau 4R) şi E155

(brown HT) pe un domeniu de temperatură cuprins icircntre RT şi 1000 ordmC

Studiul de analiză termică şi calorimetrie al ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

18

Fig12 Curbele termoanalitice ale ponceau 4R icircn atmosferă dinamică de aer

Sinteza rezultatelor numerice obţinute şi identificarea proceselor care se petrec icircn

cazul ponceau 4R sunt conţinute de tabelul 3

Tabelul 3 Analiza termică a ponceau 4R

Intervalul de

temperatură

degC

Pierderea de

masă

(experimental)

Pierderea de

masă

(teoretic)

Identificarea

grupărilor

pierdute

ΔH

Jg-1

Observaţii

1673-70 977 979 4H2O 2617 Efect termic

endotermic slab

70-201 547 547 CO2 - Efect termic

neglijabil

290-407 749 734 2HCN -4658

Efect termic

exotermic slab

407-591 4732 4551 HCl SO3

H2S C15H4

-824113 Efecte termice

exotermice

591-787 194 244 H2O - Efect termic

neglijabil

854-1000 +081 +081 +O Efect termic

exotermic slab

Creşterea masei

se datoreşte

oxidării carburii

de sodiu

Analiza termică efectuată icircn aer cu termobalanţa DIAMOND TG DTA de la

PerkinElmer indică eliminarea a patru molecule de apă de cristalizare pacircnă la 70 degC (efect

termic 1 din Fig 13) după care compusul prezintă stabilitate termică pacircnă la 305 oC

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

19

Fig 13 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer Fig 14 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer

cu 10 oC min la 1000

oC efect termic 1 cu 10

oC min la 1000

oC efectele termice 2 3 4 şi 5

Descompunerea oxidativă are loc icircn 4 etape exoterme cu un slab efect exoterm icircntre

355ndash388 degC (efect termic 2 din Fig14 ) cu pierderea grupării HCN iar cele mai puternice

efecte exoterme icircntre 411ndash591 degC ΔH = - 8241 J g-1

(efectele termice 3 4 5 din Fig 14) cu

pierderea grupărilor HCl SO3 H2S şi C15H4

Pierderi de masă

Fig15 Ponceau 4R icircn atmosferă de aer cu 10 oC min la 1000

oC pierderi masă

Reziduul este Na2SO4 (sulfat de sodiu) şi Na2C2 (carbid de sodiu) cu un procent

teoretic de 2844 iar la 800 oC s-a obţinut un reziduu experimental de 2736 (Fig 15)

Rezultatele analizei termice confirmă formula chimică şi compoziţia colorantului

azoic alimentar ponceau 4R Compoziţia este C20H11N2Na3O10S3+4H2O+NaCl

Prin analiza termică a ponceau 4R s-a stabilit că temperatura maximă la care se poate

procesa termic un aliment care conţine acest colorant alimentar este de 290 degC graficul

pierderilor de masă icircn intervalul 201 degC - 290 degC indicacircnd o foarte uşoară pierdere de masă

de la 84754 la 84386 probabil datorită pierderii de CO2 colorantul alimentar fiind

considerat stabil termic pacircnă la 290 degC

Similar a fost efectuată analiza termică a tartrazinei (E102) sunset yellow (E110)

azorubinei (E122) şi brown HT (E155)

24 Caracteristici fizico-chimice ale soluţiilor apoase de coloranţi azoici alimentari

24a Aciditatea coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn soluţii apoase

24b Determinarea concentraţiei ionilor de hidrogen [H+] din soluţiile apoase ale

coloranţilor azoici alimentari studiaţi

Măsurarea pH-ului soluţiei apoase de tartrazină a fost efectuată cu pH and

Temperature Sensor PasPort with Data Studio soft PS-2102 de la Pasco Scientific

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

20

Măsurătorile de pH ale coloranţilor azoici alimentari studiaţi funcţie de temperatură au fost

realizate folosind ca referinţă apa distilată icircncepacircnd de la temperatura camerei (RT) pacircnă la

aproximativ 55 C

La temperatura de 2341 C pH-ul apei are valoarea 811 icircnsă pe măsură ce

temperatura creşte alcalinitatea apei scade pană la pH = 659 (la 35 C) La creşterea

temperaturii apa redevine alcalină ajungacircnd la pH = 776 (la 50006 C) Pentru obţinerea

soluţiilor apoase de coloranţi a fost folosită apa distilată

Aciditatea brown HT şi calculul concentraţiei [H+] din soluţia de coloranţi alimentari

Soluţia de brown HT are la temperatura de 23 C un caracter slab acid

corespunzător unui pH = 661 iar la creşterea temperaturii aciditatea probei creşte pH-ul

atingacircnd valoarea de 612 la temperatura de 55 C

Din valoarea pH-ului soluţiei apoase c = 1 de brown HT s-a calculat concentraţia

ionilor de hidrogen

Concentraţia ionilor de hidrogen din soluţia de brown HT creşte la mărirea

temperaturii de la valorea de 241546middot10-7

molmiddotL-1

corespunzătoare temperaturii de 2319

C la valoarea de 756832middot10-7

molmiddotL-1

pentru temperatura de 5528 C

Similar au fost efectuate măsurătorile de pH şi calculele concentraţiilor ionilor de

hidrogen ale soluţiilor apoase ale tartrazinei (E102) sunset yellow (E110) azorubinei (E122)

şi ponceau 4R (E124)

25 Caracteristicile biologice şi de fitotoxicitate ale coloranţilor azoici alimentari

25a Determinarea spectrului UV-Vis al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din Albumina Serică Bovină (BSA Bovine Serum Albumin)

Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu BSA a fost analizată prin

spectroscopie UV-Vis cu spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50

Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de undă mai mici odată cu creşterea

concentraţiei coloranţilor demonstrează că BSA poate lega colorantul [119]

Deplasarea se datorează deplierii proteinei şi modificării polarităţii mediului din jurul

resturilor aminoacizilor aromatici din structura proteinei [119] Aceste observaţii dovedesc

faptul că proteina poate lega colorantul pentru a forma un complex BSA-colorant

Fig16 Spectrul de absorbţie UV-Vis BSA - E155 Fig 17 Spectrul FTIR al pielii tratată (a) şi netratată

(b)

cu soluţie apoasă de E155 c = 5

Icircn sistemul BSA - brown HT au fost observate icircn UV maxime la aproximativ 277 -

279 nm reprezentacircnd o scădere faţă de maximul de la 280 nm al BSA (curba e Fig 16) De

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

21

asemenea brown HT mai prezintă un maxim de absorbţie icircn domeniul UV la 315 nm şi două

maxime icircn domeniul vizibil la 485 nm şi respectiv la 631nm datorate tranziţiilor nrarrπ din

grupa azo (Fig 16)

Prin urmare s-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu

coloranţii azoici alimentari studiaţi

25b Detarminarea spectrului de Infraroşu al coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn

interacţia cu proteinele din colagen

Icircn această lucrare a fost studiată interacţiunea colagenului pielii cu coloranţii

alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate cu soluţii

de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul FTIR

Bruker ATR Zn-Se

Benzile de absorbţie din regiunea caracteristică 1450-1000 cm-1

se datoresc vibraţiilor

de deformare a legăturilor din grupările CH3 vibraţiilor de icircntindere ale legăturilor CndashN şi de

icircndoire ale legăturilor CndashOH ale proteinelor din piele Icircn acest domeniu coloranţii azoici

prezintă o absorbţie slabă datorită concentraţiei lor scăzute [67117]

Icircn figura 17 este prezentat spectrul FTIR ale pielii tratate (a) şi netratate (b) cu soluţie

apoasă de brown HT cu concentraţie de 5

Vibraţiile caracteristice ale benzilor amidice I şi II apar la aceleaşi valori ale

numerelor de undă 1651 cm-1

şi respectiv 1549 cm-1

Similar a fost efectuată analiza FTIR a spectrelor pielii tratată (a) şi netratată (b) cu

soluţie apoasă de tartrazină (E102) sunset yellow (E110) azorubină (E122) şi ponceau 4R

(E124)

25c Determinarea activităţii antioxidante a coloranţilor azoici alimentari studiaţi prin

metoda Folin-Cicacirclteu

Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu rezultatele fiind raportate icircn echivalenţi ai

acidului galic (GAE) Reactivul FC reacţionează cu substanţa reducătoare (antioxidantă) icircn

mediu alcalin cu formarea de cromogeni care pot fi detectaţi prin spectrofotometrie la 660

nm sau la 750 nm [122-125]

Capacitatea antioxidantă este exprimată icircn echivalenţi acid galic (mgmiddotL-1

) [122] prin

referire la o curbă de etalonare obţinută prin reprezentarea grafică a absorbanţelor citite la

spectrofotometrul UV-Vis JASCO V-500 icircn funcţie de concentraţia acidului galic Curba de

etalonare este o dreaptă descrisă de o ecuaţie de gradul icircntacirci

Prin utilizarea curbei de etalonare s-a identificat activitatea antioxidantă (GAE

mgmiddotL-1

) pentru cele trei concentraţii ale fiecărui colorant

Tartrazina are activitate antioxidantă (3078 mgmiddotL-1

GAE) pentru cea mai mare

concentraţie (025 ) icircn timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are

activitate antioxidantă (are activitate oxidantă) Activitatea antioxidantă a tartrazinei la

concentraţii mai mari (peste 025) se datoreşte probabil grupării hidroxilice care este legată

la inelul pirazolic care se presupune că induce această activitate

Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate cele trei

concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 care probabil se

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

22

datoresc grupărilor hidroxil fenolice (mai reactive decacirct gruparea hidroxilică legată la inelul

pirazolic) Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin toxici decacirct E102

Brown HT are activitate antioxidantă (63463 şi 362488 mgmiddotL-1

GAE) la concentraţii

de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de 001 brown HT are activitate oxidantă Icircn

concluzie brown HT are activitate oxidativă la c = 001 şi activitate antioxidantă ridicată

la c = 005 şi la c = 025 care se datoreşte grupării hidroxil fenolice care se presupune

că induce această activitate antioxidantă intensă

25d Determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari studiaţi icircn interacţia cu

gracircul

Pentru determinarea fitotoxicităţii coloranţilor azoici alimentari au fost investigate

patru probe care au fost introduse icircn cutii Petri fiecare cutie conţinacircnd 5 boabe de gracircu şi au

fost tratate zilnic cu 10 ml soluţie apoasă de coloranţi alimentari cu concentraţiile c = 001

005 şi 025 O cutie Petri a conţinut proba martor (M) tratată zilnic cu 10 ml apă ultrapură

Măsuracircnd lungimea rădăcinilor şi observacircnd aspectul tulpinilor de gracircu (Triticum

aestivum) s-a evidenţiat o uşoară inhibare a creşterii atunci cacircnd au fost tratate cu soluţiile

apoase ale coloranţilor alimentari E102 E122 E124 şi E155 icircn comparaţie cu proba M

efectul de inhibare fiind direct proporţional cu creşterea concentraţiei soluţiei

Icircn cazul gracircului tratat cu E110 (sunset yellow) s-a observat o creştere suplimentară

faţă de proba martor Măsurătorile rădăcinilor au fost efectuate zilnic icircn decurs de 5 zile

pentru fiecare dintre cele 5 boabe de gracircu din fiecare cutie Petri şi s-a calculat media

aritmetică pentru a găsi lungimile medii ale probei M şi ale probelor tratate cu cele trei

concentraţii diferite de coloranţi Lungimile medii ale rădăcinilor au fost reprezentate grafic

icircn funcţie de timpului de creştere (0-96 ore) şi de concentraţia colorantului alimentar

Icircn mod similar au fost efectuate aceleaşi proceduri şi pentru ceilalţi coloranţi

alimentari studiaţi şi se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu

sunt nocivi pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea

gracircului icircn comparaţie cu proba martor M

Concluzii

Cercetarea proprietăţilor fizice a proprietăţilor termice şi a bioactivităţii coloranţilor

alimentari studiaţi au condus la următoarele concluzii

1 Studiul indicilor de refracţie a fost efectuat cu refractometrul RA-520N de la Kioto

Electronics

- Din studiul indicilor de refracţie ai coloranţilor alimentari s-a observat că odată cu

creşterea temperaturii icircn intervalul 15-50 C valoarea indicilor de refracţie ai coloranţilor

scade liniar atacirct pentru concentraţia de 1 cacirct şi pentru cea de 5 cu excepţia azorubinei

la c = 5 acest comportament fiind corelat cu puritatea lor Aciditatea şi proprietăţile optice

(indicii de refracţie şi susceptibilitatea electrică) ale soluţiilor apoase de coloranţi alimentari

depind de concentraţii acest aspect avacircnd implicaţii directe icircn identificarea mai uşoară prin

metode fizice a conţinutului de coloranţi icircn alimente

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

23

Anizotropia coloranţilor alimentari studiaţi a fost efectuată cu microscopul cu lumină

polarizată LEICA DM 2500 P echipat cu o cameră video de icircnregistrare (Linkam Scientific

Instruments Ltd)

- Studiul anizotropiei coloranţilor alimentari a evidenţiat prezenţa fenomenului de

birefringenţă icircn cristalitele obţinute prin uscarea la temperatura camerei a soluţiilor de

coloranţi cu diferite concentraţii şi analiza lor icircntre nicoli icircncrucişaţi cu microscopul cu

lumină polarizată

2 Spectrele FTIR ale coloranţilor studiaţi au fost achiziţionate cu spectrometrul

Spectrum 100 PerkinElmer spectrele UV-Vis cu Ocean Optics S2000 UV-Vis

Spectrophotometer folosind radiaţia laser Ar+ cu lungimea de undă de 4765 nm şi spectrele

Raman cu microscop Raman de la Renishaw

- Analizele spectrale ale colorantilor alimentari azoici pudră şi a soluţiilor lor apoase

(spectrele FTIR UV-Vis şi Raman) au determinat liniile şi benzile de absorbţie a radiaţiilor

au fost identificaţi atomii grupurile de atomi şi legăturile cărora le sunt atribuite aceste

absorbţii

3 Fluorescenţa atomică a soluţiilor de coloranţi azoici alimentari studiaţi a fost

obţinută cu Ar+ INNOVA 308C laser de la Coherent Radiaţia de excitare a avut puterea de

440 mW şi a fost măsurată cu un power meter Max Field Top 2 de la Coherent Spectrele de

fluorescenţă laser au fost achiziţionate folosind fibre optice cuplate la spectrofotometrul

Ocean Optics S2000

- Prin iradierea cu laser cu Ar+ (λ = 4765 nm) s-a produs fluorescenţa coloranţilor

alimentari şi s-au stabilit tranziţiile la dezexcitarea electronilor tuturor elementelor din

compunerea coloranţilor Aceste rezultate deschid posibilitatea identificării coloranţilor

alimentari icircn alimentele icircn care sunt adăugaţi

4 Caracteristicile morfologice structurale şi compoziţia elementară a pulberilor

coloranţilor alimentari azoici au fost studiate cu un microscop electronic cu scanare prin

emisie icircn cacircmp (SEM) SU8010 de la Hitachi echipat cu o unitate de spectroscopie cu raze X

de dispersie energetică (EDXS) de la Oxford Instruments

- Din studiul caracteristicilor morfologice şi structurale ale coloranţilor prin analiza

imaginilor SEM şi prin difracţia de raze X s-a stabilit că la temperatura camerei pulberea de

tartrazină este un material cristalin cu structură monoclinică (grup spaţial C2 c) cu cristale

de dimensiuni icircntre 1 şi 10 μm pulberea de brown HT este o substanţă cristalină cu structură

triclinică (grup spaţial P1) cu cristale icircntre 1 şi 50 μm iar pulberile coloranţilor E110 icircntre 5-

20 μm E122 icircntre 02 şi 20 μm şi E124 are cristale cu dimensiuni icircntre 02-15 μm Prin

analiza elementară EDXS au fost evaluate compoziţiile chimice ale pulberilor coloranţilor

alimentari azoici studiaţi S-a stabilit că pe lacircngă elementele chimice din formulele

structurale unii dintre coloranţii azoici studiaţi mai conţin clor potasiu şi aluminiu elemente

provenite probabil din procesul de producere şi admise (icircn limitele permise) de legislaţia

care reglementează acest domeniu de activitate

5 Măsurătorile de analiză termică (termogravimetrie TG termogravimetrie derivată

DTG analiză termică diferenţială DTA şi calorimetrie de scanare diferenţială DSC ) au fost

efectuate cu o termobalanţă orizontală DIAMOND TGDTA de la PerkinElmer icircn atmosferă

dinamică de aer sau azot Din analiza şi interpretarea acestor măsurători a reieşit că

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

24

- tartrazina este stabilă termic icircn aer pacircnă la 200 degC şi icircn argon (sau icircn atmosferă

inertă) pacircnă la 300 deg C (astfel că dacă procesarea termică are loc icircn mediu sărac icircn oxigen icircn

vase icircnchise aceasta se poate face pacircnă la 300 degC) sunset yellou pacircnă la 330 degC (cu

specificaţia că icircntre 188 degC-330 degC alimentele care conţin sunset yellow este recomandat să

fie procesate termic icircn atmosferă săracă icircn oxigen) azorubina pacircnă la 310 degC ponceau 4R

pacircnă la 290 degC iar brown HT pacircnă la 230 degC (iar dacă procesarea termică se face icircn

atmosferă săracă icircn oxigen utilizacircndu-se vase icircnchise temperatura maximă de procesare

poate fi de 280 degC)

Comportamentul termic al coloranţilor azoici studiaţi a fost analizat şi s-a stabilit

temperatura maximă la care produsele alimentare care conţin aceşti coloranţi pot fi prelucrate

termic

6 Bioactivitatea coloranţilor alimentari a fost evidenţiată prin interacţiunea lor cu

proteine (albumină serică bovină şi colagen) şi prin efectele activităţii antioxidante şi

fitotoxicitatea acestora asupra gracircului (Triticum aestivum)

- Interacţiunea coloranţilor azoici alimentari studiaţi cu Albumina Serică Bovină

(BSA-Bovine Serum Albumin) a fost analizată prin spectroscopie UV-Vis cu

spetrofotometrul UV-Vis Varian Cary 50 Deplasarea maximelor de absorbţie spre lungimi de

undă mai mici odată cu creşterea concentraţiei coloranţilor a demonstrat că BSA poate lega

coloranţii

S-a concluzionat că albumina serică bovină poate forma un complex cu coloranţii

azoici alimentari studiaţi

- Icircn această lucrare a fost studiată şi interacţiunea proteinelor din colagenul pielii cu

coloranţii alimentari prin spectrul FTIR al unor probe de piele naturală tratate sau netratate

cu soluţii de coloranţi azoici alimentari cu concentraţia de 5 A fost utilizat spectrometrul

FTIR Bruker ATR Zn-Se

- Activitatea antioxidantă a coloranţilor azoici alimentari a fost determinată prin

metoda spectrofotometrică Folin-Ciocacirclteu

Tartrazina are activitate antioxidantă pentru cea mai mare concentraţie (025 ) icircn

timp ce pentru concentraţiile de 001 şi 005 tartrazina nu are activitate antioxidantă ci are

activitate oxidantă Sunset yellow azorubina şi ponceau 4R au activitate antioxidantă la toate

cele trei concentraţii cele mai mari valori fiind cele de la concentraţia c = 025 Brown

HT are activitate antioxidantă la concentraţii de 005 şi 025 icircn timp ce la concentraţia de

001 brown HT are activitate oxidantă Coloranţii E110 E122 E124 şi E155 par mai puţin

toxici decacirct E102

- Pentru determinarea fitotoxicităţii au fost efectuate testări ale fitotoxicităţii

coloranţilor azoici alimentari studiaţi pe gracircu (Triticum aestivum) Metoda folosită a fost

similară standardului IDT ISO 11269-11993 revizuit icircn 2010 şi icircn 2017

S-a observat o uşoară icircndoire a tulpinilor de gracircu tratate cu coloranţi alimentari (la

concentraţii de 001 şi 005 ) şi o decolorare a tulpinilor (la concentraţii de 005 şi 025 )

Icircn zilele patru şi cinci de tratare cu coloranţii azoici alimentari E110 E122 E124 şi E155 s-a

observat că gracircul a dezvoltat rădăcini noi probabil icircn corelaţie cu activitatea antioxidantă mai

intensă a acestora comparativ cu cea a E102

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

25

Se poate concluziona că la concentraţii scăzute coloranţii alimentari nu sunt nocivi

pentru gracircu dar la concentraţii mai mari de 025 apar modificări icircn creşterea gracircului icircn

comparaţie cu proba martor M

Bibliografie selectată

1 Crăciun T Crăciun LL Dicţionar de biologie Ed Albatros Bucureşti 1989

2 Simionescu C I etal Enciclopedia de Chimie Ed Ştiinţifică şi Enciclopedică Bucureşti 1983

3 Mogoş Ghe Sitcai N Toxicologie clinică Ed Medicală Bucureşti 1990

4 Sbicircrnă LS Chimie generală Bazele teoretice ale chimiei anorganice Tipografia Universităţii din Craiova

2006

5 Crivoi A etal Substanţele biologic active ca factori sanogeni ai organismelor vii Studia Universitatis

Moldaviae Seria bdquoŞtiinţe reale şi ale naturiirdquo 2018 Nr1

6 Zălaru CM Ioniţă P Zarafu I Marinescu M Nicolau I şi Ruţă L Chimia organică compuşi biologic activi

Ed Universităţii din Bucureşti 2016

7 Chilom CG Biofizica şi bioenergetica sistemelor vii Ed Universităţii din Bucureşti 2014

8 Leulescu M Rotaru A Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Bubulică MV Florian G

Hărăbor A Rotaru P Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely employed

synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1) 209-231

9 Leulescu M Pălarie I Moanţă A Cioateră N Popescu M Moricircntale E Văruţ MC Rotaru P Brown HT

Physical thermal and biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-

1268

10 Florian G Gabor Augusta Raluca Nicolae CA Iacobescu Gabriela Stănică N Mărăşescu P Petrişor I

Leulescu M Degeratu Sonia Gicircngu Oana Rotaru P Physical properties (thermal thermomechanical

magneticand adhesive) of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208

11 Booth G Zollinger H McLaren K Gibbard Sharples W Westwell A Dyes general survey Ullmannrsquos

Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 2000

12 Floru L Langfeld HW Tărăbăşanu-Mihăilă C Coloranţi azoici Ed Tehnică 1981

13 Raman CV and Bhagavantam S The relation between colour and molecular structure in organic compounds

In Scattering of light Indian J Phys 19294 57-78

14 Abel AG Pigments for paint In Lambourne R Strivens TAeditors Chapter 3 in paint and surface

coatings theory and practice vol 3 Cambridge Woodhead Publishing 1999 p 91ndash165

15 Velho SRK Brum LFW Petter CO dos Santos JHZ Simunic S Kappa WH Development of structured

natural dyes for use into plastics Dyes Pigments 2017136248ndash54

16 Holme I Recent developments in colorants for textile applications Surf Coat Int B Coat Trans

200285243 64

17 Cioni F Bartolucci G Pieraccini G Meloni S Moneti G Development of a solid phase microextraction

method for detection of the use of banned azo dyes in coloured textiles and leather Rapid Commun Mass

Spectrom 1999131833ndash7

18 Seto J Tamura S Asai N Kishii N Kijima Y Matsuzawa N Macrocyclic functional dyes applications to

optical disk media photochemical hole burning and non-linear optics Pure Appl Chem 199668(7)1429ndash34

19 Fukuda M Kodama K Yamamoto H Mito K Evaluation of new organic pigments as laser-active media for

solid-state dye laser Dyes Pigments 200463115ndash25

20 Rafii F Hall JD Cerniglia CE Mutagenicity of azo dyes used in foods drugs and cosmetics before and after

reduction by Clostridium species from the human intestinal tract Food Chem Toxicol 199735897ndash901

21 Antimicrobial cationic dyes part 2-thermaland hydrolytic stability Dyes Pigments 20046339ndash49

22 Karci F Sener N Yamac M Sener I Demircali A The synthesis antimicrobial activity and absorption

characteristics of some novel heterocyclic disazo dyes Dyes Pigments 20098047ndash52

23 httpsenwikipediaorgwikiFood_coloring accesed at 26052019

24 Freeman IP Margarines and shortenings Ullmannrsquos encyclopedia of industrial chemistry Weinheim

Wiley-VCH 2005

25 Delwiche J The impact of perceptual interactions on perceived flavor Food Qual Prefer 200314(2)137ndash

46

26 Food Ingredients amp Colors International Food Information Council June 29 2010

26

27 IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd ed (the lsquolsquoGold Bookrsquorsquo) (1997) Online corrected

version 2009

28 Ahlstrom LH Sparr Eskilsson C Bjorklund E Determination of banned azo dyes in consumer goods

Trends Anal Chem 20052449ndash56

29 Golka K Kopps S Myslak ZW Carcinogenicity of azo colorants influence of solubility and

bioavailability Toxicol Lett 2004151203ndash10

30 Puntener A Page C European Ban on certain azo dyes Quality and Environment 20041ndash3

31 Fragoso CT Battisti R Miranda C de Jesus PC Kinetic of the degradation of CI Food Yellow 3 and CI

Food Yellow 4 azo dyes by the oxidation with hydrogen peroxide J Mol Catal A Chem 2009301(1ndash2)93ndash7

32 Rotaru A Brătulescu G Rotaru P Thermal analysis of azoic dyes part I Non-isothermal decomposition

kinetics of [4-(4- chlorobenzyloxy)-3-methylphenyl](p-tolyl)diazene in dynamic air atmosphere Thermochim

Acta 200948963ndash9

33 Compendium of food additive specifications Food and Agriculture Organization and World Health

Organization Rome 2016

34 Regulation (EU) No 11292011 of 11 November 2011 amending Annex II to Regulation (EC) No

13332008 of the European Parliament and of the Council by establishing a Union list of food additives OJ L

295 12112011

35 EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) Scientific Opinion on the

reevaluation tartrazine (E102) on request from the European Commission EFSA Journal 20097 1331

36 EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) Scientific Opinion on the re-

evaluation of Sunset Yellow FCF (E 110) as a food additive on request from the European Commission EFSA

Journal 20097(11) 1330

37 EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) Scientific Opinion on the re-

evaluation of AzorubineCarmoisine (E 122) as a food additive on request the European Commission EFSA

Journal 20097(11) 1332

38 EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food Scientific Opinion on the reevaluation

of Ponceau 4R (E 124) as a food additive on request from the European Commission EFSA Journal2009

7(11) 1328 EFSA (European Food Safety Authority) Refined exposure assessment for Ponceau 4R (E 124)

EFSA Journal 201513(4)4073

39 EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources (ANS) Scientific Opinion on the re-evaluation of

Brown HT (E 155) as a food additive EFSA Journal 2010 8(3) 1536

40 Koumlnig J Food colour additives of synthetic origin in Colour Additives for Foods and Beverages

Woodhead Publishing Cambridge 2015

41 Amin KA Abdel Hameid H II Abd Elsttar AH Effect of food azo dyes tartrazine and carmoisine on

biochemical parameters related to renal hepatic function and oxidative stress biomarkers in young male rats

Food Chem Toxicol 201048(10)2994ndash9

42 Samide A Iacobescu GE Tutunaru B and Tigae C Electrochemical and AFM Study of Inhibitory Properties

of Thin Film Formed by Tartrazine Food Additive on 304L Stainless Steel in Saline Solution Int J Electrochem

Sci 2017122088 ndash 2101

43 Moanta A Ionescu C Rotaru P Socaciu M Harabor A Structural characterization thermal investigation

and liquid crystalline behavior of 4-[(4-chlorobenzyl) oxy]-3 40- dichloroazobenzene J Therm Anal Calorim

20101021079ndash86

44 Rotaru A Constantinescu C Rotaru P Moanta A Dumitru M Socaciu M Dinescu M Segal E Thermal

analysis and thin films deposition by matrix assisted pulsed laser evaporation of a 4CN type azomonoether J

Therm Anal Calorim 200892279ndash84

45 Kucerik J David J Weiter M Vala M Vynuchal J Ouzzane I Salyk O Stability and physical structure test

of piperidyl and morpholinyl derivatives of diphenyl-diketo-pyrrolopyrroles (DPP) J Therm Anal Calorim

2012108467ndash73

46 Moanta A Organic chemistry and pollution SITECH House Craiova 2009 p 78ndash86

47 Class Names and the International Numbering System for food additives CACGL 36ndash1989 Codex

Alimentarius FAO WHO 2017

48 Hill F Barlow SM Barrows JN Yoon HJ Wallin HC Tartrazine in safety evaluation of certain food

additives World Health Organization Press WHO Food Additives Series Geneva 201773219ndash67

49 Neniţescu CD Tratat elementar de chimie organică Vol I EdTehnică Bucureşti 1956

50 Pogany I Banciu M Metode fizice icircn chimia organică Ed Ştiinţifică Bucureşti 1972

51 Manualul de utilizare al refractometrului RA 500N

52 Pălărie I Optica materialelor anizotrope Ed Universitaria Craiova 2010

53 Pop V Chicinaş I Jumate N Fizica materialelor Metode experimentale Presa universitară Clujeană Cluj ndash

Napoca 2001

27

54 Shortley G Williams D Elements of Physics Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1971

55 Iacobescu G Moţoc C Cristale Lichide Proprietăţi fizice şi aplicaţii Ed Universitaria Craiova 2004

56 Jianu D Soare B Matei L Proprietăţile optice microscopice ale mineralelor transparente icircn lumină

polarizată oldunibucro 2007 Accesed at jun 2018

57 httpswwwmicroscopyucomtechniquespolarized-lightprinciples-of-birefringence Accesed at oct 2018

58 httpswwwperkinelmercomCMSResourcesImages46-74472BRO_Spectrum100FTIRpdf

PerkinElmer Spectrum 100 series user`s guide Accesed at 18062019

59 Dăneţ AF Analiză instrumentală Partea I Ed Universităţii din Bucureşti 2010

60 Podstawka E Swiatłowska M Borowiec E Proniewicz LM Food additives characterization by infrared

Raman and surface-enhanced Raman spectroscopies J Raman Spectrosc 200738356ndash63

61 Beral E Zapan M Chimie organică Ed tehnică Bucureşti 1973

62 Pavia DL Lampman GM Kriz GS and Vyvyan JR Introduction to Spectroscopy BrooksCole Cengage

Learning Belmont USA 2009

63 Murgulescu IG Segal E Introducere icircn chimia fizică volII1 Teoria molecular cinetică a materiei Ed

Academiei RSR Bucureşti 1979

64 Străjescu M Teodor F Elemente de chimie bioanorganică Ed Dacia Cluj-Napoca 1979

65 Davydov AS Quantum mechanics NEO Press Michigan 1966

66 Peica N Vibrational spectroscopy and density functional theory calculations on biological molecules

Dissertation Wuumlrzburg 2006

67 Socrates G Infrared and Raman characteristic group frequencies tables and charts 3rd ed Chichester

Wiley 2004

68 httpwwwspectroscopictools-science-and-fundetools Accesed at 24 Oct 2017

69 Atkins PW and de Paula J Physical Chemistry for the Life Sciences W H Freeman and Company New

York 2006

70 Silverstein RM Webster FX and Kiemle DJ Spectrometric identification of organic compounds John

Wiley amp sons Inc New York 2005

71 httpspubchemncbinlmnihgovcompoundSodium-1-naphthalenesulfonatesection=FTIR-Spectra

Accesed at 19042019

72 Rotaru P Fizică Notiţe de curs Ed Universitaria Craiova 2013

73 Moanta A Ionescu C Dragoi M Tutunaru B Rotaru P A new azo-ester 4-(phenyldiazenyl)phenyl benzene

sulfonatemdashspectral thermal and electrochemical behavior and its antimicrobial activity J Therm Anal Calorim

20151201151ndash61

74 Rotaru A Moanta A Constantinescu C Dumitru M Manolea HO Andrei A Dinescu M Thermokinetic

study of CODA azoic liquid crystal and thin films deposition by matrix-assisted pulsed laser evaporation J

Therm Anal Calorim 201712889ndash105

75 Gunasekaran S Sailatha E Seshadri S Kumaresan S FTIR FT Raman spectra and molecular structural

confirmation of isoniazid Indian J Pure Appl Phys 20094712ndash8

76 Lin-Vien D Colthup NB Fateley WB Graselli JG The handbook of infrared and raman characteristic

frequencies of organic molecules Boston Academic Press 1991

77 Schrader B Ramaninfrared atlas of organic compounds 2nd ed Weinkeim VCH-Verl-Ges 1989

78 Hineno M Infrared spectra and normal vibrations of b-D-glucopyranose Carbohydr Res 197756219

79 Rotaru P Scorei R Harabor A Dumitru MD Thermal analysis of a calcium fructoborate sample

Thermochim Acta 20105068ndash13

80 Harabor A Rotaru P Scorei I Harabor NA Non-conventional hexagonal structure for boric acid J Therm

Anal Calorim 20141181375ndash84

81 Rotaru A Jurca B Moanta A Salageanu I Segal E Kinetic study of the thermal decomposition of some

aromatic ortho-chlorinated azomonoethers 1 Decomposition of 4-[(2-chlorobenzyl)oxi]-40- triflouromethyl-

azobenzene Rev Roum Chim 200651373ndash8

82 Moanta A Samide A Rotaru P Ionescu C Tutunaru B Synthesis and characterization of novel furoate

azodye using spectral and thermal methods of analysis J Therm Anal Calorim 20151191039ndash45

83 Pălărie I Spectroscopie Lucrări practice Ed Universităţii din Craiova 2004

84 Palarie I Varut MC Chirigiu LME Method of Determination of Rivanol by Laser Induced Fluoroscence

Rev Chim Bucharest 201970No1

85 Lakowicz JR Principles of Fluorescence Spectroscopy Springer Science+Business Media LLC New York

2006

86 httpswwwnistgovpmlatomic-spectra-database Accesed at 17042019

87 httpsphysicsnistgovPhysRefDataASDlines_formhtml Accesed at 17042019

27

54 Shortley G Williams D Elements of Physics Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1971

55 Iacobescu G Moţoc C Cristale Lichide Proprietăţi fizice şi aplicaţii Ed Universitaria Craiova 2004

56 Jianu D Soare B Matei L Proprietăţile optice microscopice ale mineralelor transparente icircn lumină

polarizată oldunibucro 2007 Accesed at jun 2018

57 httpswwwmicroscopyucomtechniquespolarized-lightprinciples-of-birefringence Accesed at oct 2018

58 httpswwwperkinelmercomCMSResourcesImages46-74472BRO_Spectrum100FTIRpdf

PerkinElmer Spectrum 100 series user`s guide Accesed at 18062019

59 Dăneţ AF Analiză instrumentală Partea I Ed Universităţii din Bucureşti 2010

60 Podstawka E Swiatłowska M Borowiec E Proniewicz LM Food additives characterization by infrared

Raman and surface-enhanced Raman spectroscopies J Raman Spectrosc 200738356ndash63

61 Beral E Zapan M Chimie organică Ed tehnică Bucureşti 1973

62 Pavia DL Lampman GM Kriz GS and Vyvyan JR Introduction to Spectroscopy BrooksCole Cengage

Learning Belmont USA 2009

63 Murgulescu IG Segal E Introducere icircn chimia fizică volII1 Teoria molecular cinetică a materiei Ed

Academiei RSR Bucureşti 1979

64 Străjescu M Teodor F Elemente de chimie bioanorganică Ed Dacia Cluj-Napoca 1979

65 Davydov AS Quantum mechanics NEO Press Michigan 1966

66 Peica N Vibrational spectroscopy and density functional theory calculations on biological molecules

Dissertation Wuumlrzburg 2006

67 Socrates G Infrared and Raman characteristic group frequencies tables and charts 3rd ed Chichester

Wiley 2004

68 httpwwwspectroscopictools-science-and-fundetools Accesed at 24 Oct 2017

69 Atkins PW and de Paula J Physical Chemistry for the Life Sciences W H Freeman and Company New

York 2006

70 Silverstein RM Webster FX and Kiemle DJ Spectrometric identification of organic compounds John

Wiley amp sons Inc New York 2005

71 httpspubchemncbinlmnihgovcompoundSodium-1-naphthalenesulfonatesection=FTIR-Spectra

Accesed at 19042019

72 Rotaru P Fizică Notiţe de curs Ed Universitaria Craiova 2013

73 Moanta A Ionescu C Dragoi M Tutunaru B Rotaru P A new azo-ester 4-(phenyldiazenyl)phenyl benzene

sulfonatemdashspectral thermal and electrochemical behavior and its antimicrobial activity J Therm Anal Calorim

20151201151ndash61

74 Rotaru A Moanta A Constantinescu C Dumitru M Manolea HO Andrei A Dinescu M Thermokinetic

study of CODA azoic liquid crystal and thin films deposition by matrix-assisted pulsed laser evaporation J

Therm Anal Calorim 201712889ndash105

75 Gunasekaran S Sailatha E Seshadri S Kumaresan S FTIR FT Raman spectra and molecular structural

confirmation of isoniazid Indian J Pure Appl Phys 20094712ndash8

76 Lin-Vien D Colthup NB Fateley WB Graselli JG The handbook of infrared and raman characteristic

frequencies of organic molecules Boston Academic Press 1991

77 Schrader B Ramaninfrared atlas of organic compounds 2nd ed Weinkeim VCH-Verl-Ges 1989

78 Hineno M Infrared spectra and normal vibrations of b-D-glucopyranose Carbohydr Res 197756219

79 Rotaru P Scorei R Harabor A Dumitru MD Thermal analysis of a calcium fructoborate sample

Thermochim Acta 20105068ndash13

80 Harabor A Rotaru P Scorei I Harabor NA Non-conventional hexagonal structure for boric acid J Therm

Anal Calorim 20141181375ndash84

81 Rotaru A Jurca B Moanta A Salageanu I Segal E Kinetic study of the thermal decomposition of some

aromatic ortho-chlorinated azomonoethers 1 Decomposition of 4-[(2-chlorobenzyl)oxi]-40- triflouromethyl-

azobenzene Rev Roum Chim 200651373ndash8

82 Moanta A Samide A Rotaru P Ionescu C Tutunaru B Synthesis and characterization of novel furoate

azodye using spectral and thermal methods of analysis J Therm Anal Calorim 20151191039ndash45

83 Pălărie I Spectroscopie Lucrări practice Ed Universităţii din Craiova 2004

84 Palarie I Varut MC Chirigiu LME Method of Determination of Rivanol by Laser Induced Fluoroscence

Rev Chim Bucharest 201970No1

85 Lakowicz JR Principles of Fluorescence Spectroscopy Springer Science+Business Media LLC New York

2006

86 httpswwwnistgovpmlatomic-spectra-database Accesed at 17042019

87 httpsphysicsnistgovPhysRefDataASDlines_formhtml Accesed at 17042019

28

88 Rotaru A Dumitru M Thermal behaviour of CODA azoic dye liquid crystal and nanostructuring by drop

cast and spin coating techniques J Therm Anal Calorim 201712721ndash32

89 httpsenwikipediaorgwikiEnergy-dispersive_X-ray_spectroscopy Accesed at 21062019

90 Heinrich KFJ Newbury DE Myklebust RL and Fiori CE Energy Dispersive X-Ray Spectrometry

Biomedical Engineering Instrumentation Branch National Institutes of Health National Bureau of Standards

Special Publication 604 Bethesda1981

httpsnvlpubsnistgovnistpubsLegacySPnbsspecialpublication604pdf

Accesed at 21062019

91 httpscfammucredudocumentseds-intropdf Accesed at 21062019

92 Strachan CJ Rades T Newnham DA Gordon KC Pepper M and Taday PF Using terahertz pulsed

spectroscopy to study crystallinity of pharmaceutical materials Chem Phys Lett 2004390 20

93 Bojan M Damian V Fleaca C and Vasile T Terahertz spectroscopic investigations of hazardous substances

Proceedings of the SPIE Proc Ser 2016Vol 10010 6 pp

94 Zeitler JA Shen Y Baker C Taday PF Pepper M and Rades T Analysis of Coating Structures and

Interfaces in Solid Oral Dosage Forms by Three Dimensional Terahertz Pulsed Imaging Wiley InterScience

2006

95 Newnham DA and P F Taday PF Pulsed terahertz attenuated total reflection spectroscopy Appl Spectrosc

200862 394ndash8

96 Roisinel T Rodriguez-Carvajal J A windows tool for powder diffraction patterns analysis In Delhez R

Mittemeijer EJ editors Proceedings of the seventh European powder diffraction conference (EPDIC 7)

2000118ndash23

97 Segal E Fătu D Introducere icircn cinetica neizotermă Ed Academiei Bucureşti 1983

98 Brown ME Introduction to thermal analysis Techniques and applications Kluwer Academic Publishers

New York 2004

99 Brown ME Handbook of Thermal Analysis and calorimetry Vol1 Elsevier Science New York 1998

100 Rotaru P Proprietăţi termice şi procese termice ale materialelor Ed SITECH Craiova 2010

101 Vlase T Vlase G Modra D Doca N Thermal behaviour of some industrial and food dyes J Therm Anal

Calorim 200788389ndash93

102 Constantinescu C Morintale E Emandi A Dinescu M Rotaru P Thermal and microstructural analysis of

Cu(II) 220-dihydroxy azobenzene and thin films deposition by MAPLE technique J Therm Anal Calorim

2011104707ndash16

103 Rotaru A Gosa M Segal E Isoconversional linear integral kinetics of the non-isothermal evaporation of

4-[(4-chlorobenzyl) oxy]-40-trifluoromethyl-azobenzene Stud Univ Babes Bolyai Chem 201154185ndash92

104 Rotaru A Moanta A Salageanu I Budrugeac P Segal E Thermal decomposition kinetics of some

aromatic azomonoethers Part I Decomposition of 4-[(4-chlorobenzyl)oxy]-40-nitroazobenzene J Therm Anal

Calorim 200787395ndash400

105 Rotaru A Kropidlowska A Moanta A Rotaru P Segal E Thermal decomposition kinetics of some

aromatic azomonoethers Part II Non-isothermal study of three liquid crystals in dynamic air atmosphere J

Therm Anal Calorim 200892233ndash8

106 Rotaru A Moanta A Rotaru P Segal E Thermal decomposition kinetics of some aromatic azomonoethers

Part III Non-isothermal study of 4-[(4-chlorobenzyl)oxy]-40-chloroazobenzene in dynamic air atmosphere J

Therm Anal Calorim 200995161ndash6

107 Badea M Emandi A Marinescu D Cristurean E Olar R Braileanu A Budrugeac P Segal E Thermal

stability of some azoderivatives and their complexesmdash1-(2-benzothiazolyl)-3-methyl- 4-azo-pyrazil-5-one

derivatives and their Cu(II) complexes J Therm Anal Calorim 200372(2)525ndash31

108 Rotaru A Moanta A Popa G Rotaru P Segal E Thermal decomposition kinetics of some aromatic

azomonoethers Part IV Non-isothermal kinetics of 2-allyl-4-((4-(4-methylbenzyloxy) phenyl) diazenyl)phenol

in air flow J Therm Anal Calorim 200997485ndash91

109 Burnea I Burnea L Teoria energo ndash structurală o nouă concepţie asupra fenomenului acido bazic Scrisul

Romacircnesc Craiova 1988

110 Bărbicircnţă ndash Pătraşcu ME Biochimie icircndrumar de laborator Fizică Ed Universităţii din Bucureşti 2018

111 Lorentz Jaumlntschi L Naşcu HI Chimie analitică şi instrumentală Academic Pres amp Academic Direct Cluj ndash

Napoca 2009

112 Ion I Ion A Chimie analitică Echilibre chimice Ed Printech Bucureşti 1999

113 Ranga V Teodorescu Exarcu I Anatomia şi fiziologia omului Ed Medicală Bucureşti 1970

114 Beral E Zapan M Chimie anorganică Ed tehnică Bucureşti 1977

29

115 Reichel I Chimia şi tehnologia coloranţilor azoici Ed Academiei Republicii Populare Romacircne Bucureşti

1955

116 Rus V Gherman C Miclăuş V Mihalca A Nadăş GC Comparative toxicity of food dyes on liver and

kidney in guinea pigs a histopathological study Annals of RSCB 2010Vol XV Issue 1

httpwwwannalsofrscbroarchive152011583-6258XV-1-2010161-165pdf Accesed at 27062019

117 Pellegrini D Corsi M Bonanni M Bianchini R DrsquoUlivo A Bramanti E Study of the interaction between

collagen and naturalized and commercial dyes by Fourier transform infrared spectroscopy and

thermogravimetric analysis Dye Pigments 201511665ndash73

118 Bhusan Jena B Satish L Sekhara Mahanta C Ranjan Swain B Sahoo H Dash BP and Satapathy R

Interaction of carborane-appended trimer with bovine serum albumin a spectroscopic investigation Inorg Chim

Acta (2019)

119 Wen MG Zhang XB Tian JN Ni SH Bian HD Huang YL Liang H Binding interaction of xanthoxylin

with bovine serum albumin J Solut Chem 200938391ndash401

120 Simon Z Biochimie cuantică şi interacţii specifice Ed Ştiinţifică Cluj 1973

121 Daudel AP and Daudel R Chemical Carcinogenesis and Molecular Biology Interscience New York

1966

122 Folin O Ciocalteu V On tyrosine and tryptophane determinations in proteins J Biol Chem 192773627

123 Singelton VR Orthifer R Lamuela-Raventos RM Analysis of total phenols and other oxidation substrates

and antioxidants by means of FolinndashCiocalteu reagent Method Enzymol 1999299152ndash78

124 Wojdyłoa A Oszmiańskia J Czemerysb R Antioxidant activity and phenolic compounds in 32 selected

herbs Food Chem 2007105940ndash9

125 Buumlyuumlktuncel E Porgali E Ccedilolak C Comparison of total phenolic content and total antioxidant activity in

local red wines determined by spectrophotometric methods Food Nutr Sci 201451660ndash7

126 Frankel E and Meyer A The problems of using one-dimensional methods to evaluate multifunctional food

and biological antioxidants J Sci Food Agric 2000801925-1941

127Huang D Ou B and Prior R The chemistry behind antioxidant capacity assays J Agric Food Chem

2005531841-1856

128 httpswwwtgagovausitesdefaultfilestartrazine-toxicity-1402pdf Accesed at 02072019

129httpswwwsciencedirectcomtopicsagricultural-and-biological-sciencesphytotoxicityAccesed at

03072019

130 httpsenwikipediaorgwikiPhytotoxicity Accesed at 03072019

131 httpswwwisoorgstandard51388html Accesed at 03072019

Perspective de continuare a cercetărilor iniţiate icircn această teză de doctorat

- Utilizarea coloranţilor alimentari pentru gestionarea selectivă a microbiotei tractului gastro-

intestinal

- Coloranţii azoici alimentari - potenţial de implant molecular icircn formule similare

substanţelor biologic active (colesterol)

- Conceperea unui biosenzor pe bază de coloranţi azoici alimentari pentru identificarea unor

compuşi biologici icircn salivă

- Conceperea unui sistem telemetric video asistat pentru măsurarea noncontact a parametrilor

dimensionali ai plantelor din testele de fitotoxicitate

- Conceperea unui dispozitiv pe bază de coloranţi alimentari pentru detectarea unor celule

maligne

- Conceperea unui compus biologic activ pe bază de extracte vegetale şi colorant alimentar

pentru tratarea HPV (Human Papilloma Virus)

- Conceperea unui compus biologic activ pe bază de extracte vegetale şi colorant alimentar

pentru tratarea aluniţelor (nevi)

30

Lista lucrărilor publicate şi comunicate

A Lista lucrărilor publicate

1 Leulescu Marian Rotaru Andrei Pălarie Ion Moanţă Anca Cioateră Nicoleta

Popescu Mariana Moricircntale Emilian Bubulică Maria Viorica Florian Gabriel Hărăbor Ana

Rotaru Petre Tartrazine Physical thermal and biophysical properties of the most widely

employed synthetic yellow food ndash colouring azo dye J Therm Anal Calorim 2018134 (1)

209-231 IF = 2471 APĂRUT

2 Florian Gabriel Gabor Augusta Raluca Nicolae Cristian Andi Iacobescu Gabriela

Stănică Nicolae Mărăşescu P Petrişor Iulian Leulescu Marian Degeratu Sonia Gicircngu

Oana Rotaru Petre Physical properties (thermal thermomechanical magneticand adhesive)

of some smart orthodontic wires J Therm Anal Calorim 2018134189-208 IF = 2471

APĂRUT

3 Leulescu Marian Pălarie Ion Moanţă Anca Cioateră Nicoleta Popescu Mariana

Moricircntale Emilian Văruţ Marius Ciprian Rotaru Petre Brown HT Physical thermal and

biophysical properties of the food azo dye J Therm Anal Calorim 2019136 (3) 1249-1268

IF = 2471 APĂRUT

4 Leulescu Marian Iacobescu Gabriela Bojan Mihaela Rotaru Petre Ponceau 4R

azoic red dye Thermal behavior optical anisotropy and terahertz spectroscopy study J

Therm Anal Calorim JTAC-D-19-00345 DOI101007s10973-019-08680-0 2019 IF =

2471 ACCEPTAT

B Lista lucrărilor comunicate la conferinţe internaţionale

1 Leulescu Marian Pălărie Ion Moanţă Anca Cioateră Nicoleta Popescu Mariana

Moricircntale Emilian Rotaru Petre Thermal behaviour and physical properties of food azo

dyes biologically active I Tartrazine CEEC-TAC 4 Central and Eastern European

Conference on Thermal Analysis and Calorimetry 28-31 August 2017 Chişinău Moldova

2 Leulescu Marian Pălărie Ion Hărăbor Ana Moanţă Anca Cioateră Nicoleta

Ciocicirclteu (Bubulică) Maria Viorica Văruţ Marius Ciprian Moricircntale Emilian Petrişor Iulian

Rotaru Petre Thermal behaviour and physical properties of food azo dyes biologically

active II Sunset yellow CEEC-TAC 4 Central and Eastern European Conference on

Thermal Analysis and Calorimetry 28-31 August 2017 Chişinău Moldova

3 Bojan Mihaela Rotaru Andrei Leulescu Marian Ion Valentin Damian Victor

Moldovan Antoniu Dinescu Maria Spectroscopic and microscopic investigation of azoic

food dyes CEEC-TAC 4 Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis

and Calorimetry 28-31 August 2017 Chişinău Moldova

4 Leulescu Marian Iacobescu Gabriela Rotaru Petre Thermal properties and

optical anisotropy of Ponceau 4R ESTAC 12 12th

European Symposium on Thermal

Analysis and Calorimetry 27-30 August 2018 Braşov Romacircnia

5 Leulescu Marian Iacobescu Gabriela Rotaru Andrei Pălarie Ion Moanţă Anca

Cioateră Nicoleta Popescu Mariana Moricircntale Emilian Bojan Mihaela Rotaru Petre

Thermal behaviour spectral properties optical anisotropy and biological activity of

Azorubine CEEC-TAC5 amp Medicta 27-30 August 2019 Roma

6 Carabet Carla Alice Moanţă Anca Pălărie Ion Leulescu Marian Iacobescu

Gabriela Popescu Mariana Rotaru Petre Thermal stability physical properties and

31

biological activity of bis [(phenyl azo) biphenyleneoxymethylene] anthracene CEEC-TAC5

amp Medicta 27-30 August 2019 Roma

31

biological activity of bis [(phenyl azo) biphenyleneoxymethylene] anthracene CEEC-TAC5

amp Medicta 27-30 August 2019 Roma