Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Пробоподготовка и методы определения синтетических красителей в продуктах питания (обзор литературы) 10
1.1 Номенклатура и области применения синтетических пищевых красителей 10
1.2 Способы извлечения синтетических красителей из пищевых продуктов 13
1.3 Методы определения синтетических пищевых красителей
1.3.1 Спектрофотометрия 25
1.3.2 Хроматография 32
1.3.3 Электрохимические методы 41
1.3.4 Капиллярный электрофорез 48
ГЛАВА 2. Методы исследования, аппаратура, реактивы
2.1 Предварительные испытания 52
2.2 Методы исследования 55
2.3 Реактивы 63
ГЛАВА 3. Фазовое расслоение, физико-химические и экстракционные характеристики мицеллярной фазы в системе (ОП-10) – Н2О 66
3.1 Политермическое изучение водных растворов ОП-10 66
3.2 Макромолекулярный лиганд - ОП-10: взаимодействие с ионами щелочных и щелочноземельных металлов в водной и мицеллярной фазах 71
3.3 Об изотропном состоянии мицеллярной фазы ОП-10 77
3.4 Влияние гидрофобности и заряда ионных форм синтетических красителей на параметры мицеллярной экстракции 82
ГЛАВА 4. Политермическое исследование водно-солевых растворов ОП-10 88
4.1 Влияние сильных электролитов на температуру помутнения водных растворов ОП-10 88
4.2 Влияние режима нагрева и концентрации соли на фазовое расслоение в системе (ОП-10) – Н2О – Na2SO4 и состояние мицеллярной фазы 95
4.3 Факторы, влияющие на мицеллярную экстракцию пищевых красителей Е122 и Е133 106
4.4 Мицеллярная экстракция красителей Е102, Е110, Е124, Е129 и Е151 в оптимальных условиях 116
ГЛАВА 5. Изотермическое исследование системы (ОП-10) – Н2О – электролиты (25С) 123
5.1 Установление границ фазового расслоения и моделирование бинодальных кривых 123
5.2 Влияние концентрации Na2SO4 на фазовое расслоение и физико-химические характеристики мицеллярных фаз ОП-10 134
5.3 Влияние кислот и оснований на фазовое расслоение 136
5.4 Применение системы (ОП-10) – H2O – Na2SO4 для мицеллярной экстракции синтетических пищевых красителей 143
ГЛАВА 6. Практическое применение 151
6.1 Методология применения систем нПАВ – Н2О – электролиты для мицеллярной экстракции и фотометрического определения синтетических красителей в пищевых продуктах 151
6.2 Методики определения синтетических красителей в продуктах питания
6.2.1 Определение Е110, Е122 и Е133 в безалкогольных напитках 152
6.2.2 Определение Е102, Е110 и Е122 в мармеладе и желатиновых десертах 155
6.2.3 Определение Е110 и Е124 в концентратах желе 158
6.2.4 Определение Е124 в концентрате киселя 160
Выводы 166
Список сокращений 168
Список литературы .
- Способы извлечения синтетических красителей из пищевых продуктов
- Макромолекулярный лиганд - ОП-10: взаимодействие с ионами щелочных и щелочноземельных металлов в водной и мицеллярной фазах
- Мицеллярная экстракция красителей Е102, Е110, Е124, Е129 и Е151 в оптимальных условиях
- Применение системы (ОП-10) – H2O – Na2SO4 для мицеллярной экстракции синтетических пищевых красителей
Способы извлечения синтетических красителей из пищевых продуктов
Чаще всего для извлечения СПК используют полимерные сорбенты, из которых преобладает группа полиамидов, применяемых в виде картриджей и порошков. Обязательной стадией является десорбция СПК с сорбентов после концентрирования. В зависимости от метода анализа элюенты имеют разный состав, часто включающий метанол, аммиак и др. (табл. 2).
С твердофазной экстракцией часто связана достаточно сложная пробоподготовка. Так, в [11] вначале к образцам алкогольных напитков добавляют ледяную уксусную кислоту, нагревают (80-90С, 5-6 мин), затем пропускают анализируемый раствор через патрон для ТФЭ, заполненный оксидом алюминия, предварительно промытым уксусной кислотой. Для достижения полноты сорбции используют 1-5 патронов. Промывают патроны с сорбированными красителями уксусной кислотой (10 г/дм3), красители затем десорбируют раствором аммиака (25%) до полного обесцвечивания сорбента. Элюат выпаривают на водяной бане, сухой остаток растворяют в дистиллированной воде и затем анализируют.
Стандартом [13] регламентировано извлечение СПК из сухих пряностей с последующей идентификацией методом ТСХ. Извлечение водорастворимых СПК предполагает приготовление водного экстракта пряности и сорбции красителей из полученного раствора на твердофазном патроне с оксидом алюминия, затем десорбцию аммиаком, удалении последнего выпариванием. Процедуру приготовления водного экстракта пряностей проводят дистиллированной водой при перемешивании на магнитной мешалке (30 мин), смесь центрифугируют 15 мин (4500 об/мин), водный экстракт декантируют, остаток заливают дистиллированной водой и вновь центрифугируют. Водные экстракты объединяют и для удаления взвешенных частиц отфильтровывают через бумажный фильтр. В работе [43] для извлечения красителей из безалкогольных напитков применяли картриджи для ТФЭ промышленного производства – Waters OasisTM WAX. Через картридж, предварительно обработанный метанолом и водой, пропускали анализируемый напиток и промывали последовательно муравьиной кислотой (2%) и метанолом. Десорбировали красители раствором аммиака в метаноле (5%), элюат высушивали током азота, сухой остаток обрабатывали 50% раствором метанола и фильтровали. Содержание красителей в полученном растворе определяли методом ВЭЖХ.
Для извлечения красителей из креветочных хлопьев в работе [41] применяли колонку HLB C18. Хлопья гомогенизировали и экстрагировали красители смесью этанол-аммиак-вода (7:2:1), раствор выдерживали в ультразвуковой ванне 20 мин, экстракт центрифугировали при 10000 об/мин в течение 15 мин. Эту процедуру проводили трижды, экстракты объединяли, этанол и аммиак удаляли на роторном испарителе. Сухой остаток разбавляли дистиллированной водой, доводили до рН 3,0-3,5 и экстракт пропускали через колонку HLB C18, предварительно обработанную метанолом и дистиллированной водой. Элюировали красители метанолом, содержащим 0,1% аммиака. Элюат высушивали в токе азота и сухой остаток растворяли водой. Перед ВЭЖХ определением растворы фильтровали через нейлоновую мембрану.
При спектрофотометрическом определении красителей для извлечения СПК методом ТФЭ из конфет, безалкогольных напитков, фруктовых соков, желе применяли полиамидный порошок [22-24]. Основная процедура заключалась в растворении измельченных твердых образцов в горячей воде, предварительном дегазировании напитков при нагревании, подкислении раствором соляной [22] или лимонной [23] кислот, добавлении полиамидного порошка, тщательном перемешивании до полной сорбции красителя и обесцвечивания раствора. После фильтрования адсорбент промывали горячей дистиллированной водой [23, 24], пропаноном [22]. Для десорбции красителей применяли 5% раствор NaOH [22], раствор аммиака [23], смесь этанол: аммиак (90:10) [24] до полного удаления с сорбента. Полученный раствор либо нейтрализовали добавлением HCl [22], либо нагревали на водной бане до удаления аммиака и спирта и доводили 20 % - ным раствором лимонной кислоты до рН 4 [23, 24].
Таким образом, твердофазная экстракция, хотя и применяется для извлечения СПК из ряда пищевых продуктов, однако можно отметить ряд существенных ограничений: необходимость десорбции СПК перед определением, многостадийность пробоподготовки и ее трудоемкость, применение токсичных растворителей.
Экстракция органическими растворителями (табл. 3). Применению органических растворителей для извлечения красителей из пищевых продуктов посвящены немногочисленные работы (13). В табл. 3 обобщены сведения об экстрагентах, условиях проведения экстракции, пищевых объектах, содержащих СПК, а также методах их определения после соответствующей пробоподготовки. С помощью этого способа извлекают не более 15 красителей в основном из модельных растворов и ограниченного числа пищевых продуктов.
Чаще всего в качестве экстрагентов применяют ацетон и его смеси (с изопропанолом, диоксаном) в сочетании с высаливателем сульфатом аммония.
В качестве примеров приводим процедуры пробоподготовки, включающие экстракцию [51, 52]. Так извлечение из безалкогольных напитков красителей Е123, Е102, Е122, Е133, Е124, Е110, Е142, оранжевого G н-бутанолом в виде ионных ассоциатов с октадецилтриметиламмоний бромидом предложено в работе [52]. Для этого к аликвотам дегазированных ультразвуком образцов добавляют фосфатный буферный раствор (рН 5,6) и для минимизации помех матрицы 0-0,3 мл стандартного раствора соответствующего красителя(1 мг/мл). Если образец содержал высокое содержание натурального сока, добавляют хлороформ для удаления натуральных красителей, хлороформный слой после встряхивания отбрасывают. Затем добавляют раствор октадецилтриметиламмония бромида (0,5 %) в н-бутаноле, встряхивают и центрифугируют (1000 об/мин) до полного разделения фаз. Содержание красителя в органической фазе определяют спектрофотометрическим методом.
В работе [51] извлечение красителей Е102 и Е110 из концентрата безалкогольных напитков, желатинового десерта и заварного крема проводили экстракцией толуолом ионных ассоциатов красителей с бромидом триоктилметиламмония. Для этого образцы растворяли в воде и к аликвотам полученных растворов добавляли ацетатный буферный раствор (рН 4,6), разбавляли деионизированной водой, добавляли толуол и кПАВ (1 г/л) и интенсивно встряхивали в течение 1 мин. После разделения фаз органическую фазу центрифугировали. Спектры поглощения регистрировали в диапазоне 340-600 нм.
Способ концентрирования СПК с помощью органических растворителей мало разработан, не нашел широкого применения на практике, связан с трудностью подбора экстрагентов для соответствующих матриксов пищевых продуктов, а также токсичностью органических растворителей. Такой способ пробоподготовки в основном применялся при определении СПК методом ТСХ и, частично, в спектрофотометрии.
Макромолекулярный лиганд - ОП-10: взаимодействие с ионами щелочных и щелочноземельных металлов в водной и мицеллярной фазах
Методом 2Н ЯМР спектроскопии проводили исследования структуры мицелярных фаз, выделенных после расслоения при температуре помутнения модельных систем (ОП-10) – D2O и (ОП-10) – D2O – Na2SO4. Масса раствора составляла 5,0000 г, концентрация (ОП-10) – 10 %, Na2SO4 – 0,2 М. Использовали D2O (99,9%) фирмы «Deutero GmbH». ЯМР спектры снимали на спектрометре Varian 400 (400 МГц, внутренний стандарт -тетраметилсилан) с программным обеспечением Vnmrj Version 3.2 Revision A. Спектры дейтерия фиксировали при 61,3 МГц, длительность импульса – 200 мкс, усиление – 42 Дб. Структурно-фазовые переходы изучали для системы (ОП-10) – D2O – Na2SO4 в интервале температур 20-60С с погрешностью ±0,5С. Спектры снимали в стандартных ампулах (5 мл.)
Получение мицеллярной фазы в системе (ОП-10) – D2O: в пробирку помещали точно взвешенную навеску ОП-10 массой 0,6250 г и добавляли 4,3750 г D2O. Смесь тщательно перемешивали и оставляли на сутки для гомогенизации. Полученный раствор нагревали на водяной бане до температуры расслоения со скоростью 1C/мин, охлаждали. Образовавшуюся мицеллярную фаз отделяли от водной, помещали в ампулу для ЯМР спектрометра и снимали спектры 2Н ЯМР.
Получение мицеллярной фазы в системе (ОП-10) - D2O – Na2SO4: в градуированную мерную пробирку помещали навески ОП-10 массой 0,6250 г, Na2SO4 – 0,1420 г и D2О – 4,2330 г. Смесь тщательно перемешивали и оставляли на сутки. Фазовое разделение проводили при нагревании на водяной бане в двух режимах: 1) от 20 до 80С со скоростью 1С/мин; 2) выдерживание растворов 10 мин при 80С. После охлаждения при 15С в обоих случаях отделяли мицеллярную фазу и помещали в ампулу ЯМР спектрометра для дальнейших исследований.
Методом поляризационной микроскопии проводили исследование мицеллярных фаз, выделенных в системах (ОП-10) – H2O и (ОП-10) – H2O – Na2SO4 при СОП-10 = 10% и СNa2SO4 = 0,2М. Применяли лабораторный поляризационный микроскоп ПОЛАМ Л-213 с измерительной 12-битной цифровой видеокамерой Видеоскан-285/П-2001 (Кафедра оптики и биофотоники физического факультета СГУ, г. Саратов). Методика приготовления образцов мицеллярных фаз для поляризационной спектроскопии. Для фазового разделения в системе (ОП-10) – Н2О в градуированные пробирки помещали 5 мл 20% раствора ОП-10 и 5 мл дистиллированной воды. Тщательно перемешивали, нагревали до температуры расслоения (89С) со скоростью 1,0С/мин. После охлаждения при 15-20С мицеллярную фазу отделяли от водной.
Для получения мицеллярной фазы в системе (ОП-10) – H2O – Na2SO4 в градуированные пробирки помещали 5 мл 20% раствора ОП-10, 2 мл 1М раствора Na2SO4 и 3 мл дистиллированной воды. Нагревание растворов проводили на водяной бане в двух режимах: 1) от 20 до 80С со скоростью 1С/мин; 2) выдерживание растворов 10 мин при 80С. После охлаждения при 15С в обоих случаях отделяли мицеллярную фазу.
Для дальнейших исследований полученные мицеллярные фазы помещали между двумя предметными стеклами для предотвращения высыхания. На предметное стекло (65х25 мм) помещали прозрачную пластину (35х25 мм) толщиной 100 мкм с вырезанным отверстием размером (15х15 мм). Внутрь отверстия помещали каплю мицеллярной фазы ( 10-20 мкл), накрывали предметным стеклом того же размера и по периметру закупоривали жидким парафином. В таком состоянии мицеллярная фаза могла сохраняться без видимых изменений в течение 1-2 недель.
Визуально-политермическим методом [167] исследовали фазовое расслоение в системах (ОП-10) – Н2О и (ОП-10) – Н2О – электролиты при варьировании концентрации ОП-10 от 1 до 10% и электролитов от 0,05-1,0 М.
Растворы для изучения фазового разделения в системе (ОП-10) – Н2О готовили в градуированных пробирках, в которые помещали различные аликвоты 20%-ного раствора ОП-10, доводили дистиллированной водой до общего объема 10 мл. После перемешивания растворы нагревали на водяной бане со скоростью 1,0С/мин до температуры расслоения, охлаждали до комнатной температуры, фиксировали объемы фаз.
Фазовое разделение в системе (ОП-10) – Н2О – электролиты проводили при фиксированной концентрации ОП-10 (10%). Растворы готовили смешиванием 5 мл 20% раствора ОП-10, соответствующей аликвоты исходного 1-2 М раствора соли и разбавлением дистиллированной водой до общего объема 10 мл. Дальнейшую процедуру проводили, как описано выше.
Методом изотермического титрования одного компонента другим [167] определяли границы областей расслоения в системе (ОП-10) – Н2О – неорганическая соль при 25С.
Исследуемые соли – Na2CO3, Na3PO4, Na2HPO4, Na2SO4, NaH2PO4, NaHSO4, (NH4)2SO4, Li2SO4 – растирали в фарфоровой ступке до мелкодисперсного состояния, сушили в сушильном шкафу СНОЛ (интервал рабочих температур 0 – 300оС) при температуре 110 – 120С до постоянной массы. Термогравиметрически в высушенных солях и ОП-10 определяли содержание воды, учитываемое при приготовлении растворов (табл. 13). Исходные растворы солей и ОП-10 (25 %) готовили растворением точной навески, взвешенной с погрешностью ±0,0001 г в бидистиллированной воде.
Добавляли бидистиллированную воду до общей массы раствора 5,0000 г. Пикнометры помещали в водяную баню с температурой 25,0С, которую контролировали при помощи ртутного термометра с погрешностью ± 0,5 С. В каждый пикнометр с определенной массовой долей ОП-10 добавляли по каплям при постоянном перемешивании исходный раствор соли до визуального помутнения. Взвешивали пикнометр с мутным раствором и определяли массу пошедшего на титрование раствора соли по разнице массы раствора до и после титрования. Определяли массовую долю ОП-10 и соли в полученной смеси.
Помутневшие растворы оставляли для расслоения на сутки. На следующий день все растворы расслаивались на две прозрачные фазы: вязкую, локализованную в верхней части раствора, и невязкую водную. В пикнометры добавляли по каплям бидистиллированную воду до получения прозрачного раствора, взвешивали и определяли составы систем.
Изучение фазового расслоение в системе (ОП-10) - H2O - Na2SO4 при 25С при варьировании массы соли. Для этого различные навески соли (0,75-0,86 г) помещали в градуированные пробирки вместимостью 10,0 мл (V0) и растворяли в 5,0 мл дистиллированной воды. Затем добавляли 5,0 мл исходного 20%-го раствора ОП-10, тщательно перемешивали и оставляли до полного расслоения фаз при 25С. В течение 30 минут визуально отмечали время начала расслоения, объем и характеристики мицеллярной фазы.
Изучение фазового расслоение в системе (ОП-10) - H2O - Na2SO4 при 25 С при добавлении кислот (HCl, H2SO4, HNO3), растворов аммиака и NaOH. Для этого в градуированные пробирки вместимостью 10 мл (V0) помещали навеску соли массой 0,75 г (или 0,84 г) и растворяли в 5 мл раствора кислоты (основания) соответствующей концентрации, добавляли 5,0 мл 20%-го раствора ОП-10, тщательно перемешивали и оставляли до полного расслоения фаз при 25С. В течение 30 минут визуально отмечали время начала расслоения, объем и характеристики мицеллярной фазы.
Спектрофотометрические измерения проводили на спектрофотометре Shimadzu UV - 1800 с программным обеспечением UVProbe-2.31. Спектральный диапазон 190 - 1100 нм, l=1 см. Пределы допустимых значений абсолютной погрешности по шкале ± 0,3 нм, по коэффициенту пропускания ± 1%.
Методика мицеллярной экстракции синтетических красителей (система (ОП - 10) - Н2О - Na2S04) при температуре помутнения. В градуированные пробирки помещали аликвоту 0,1 г/л исходного раствора синтетического красителя, 5 мл 20% раствора ОП-10, 2 мл 1М раствора Na2S04 и добавляли дистиллированную воду до общего объема 10 мл. Смесь тщательно перемешивали, пробирку помещали в водяную баню с температурой 80С и выдерживали 10 минут. После охлаждения при 15С водную фазу декантировали, мицеллярную разбавляли водой до 5 мл при нагревании 40-50С. Распределение красителей между фазами контролировали спектрофотометрически, измеряя светопоглощение водных растворов до и после расслоения фаз; мицеллярной фазы - после разбавления ее до 5 мл дистиллированной водой в диапазоне 360-800 нм. Концентрации красителей в водной и мицеллярной фазах рассчитывали с помощью градуировочных графиков.
Мицеллярная экстракция красителей Е102, Е110, Е124, Е129 и Е151 в оптимальных условиях
Рассмотрим возможные взаимодействия вводимых ионов с полиоксиэтиленовыми фрагментами мицелл ОП-10: - комплексообразование катионов металлов с полиоксиэтиленовой цепью; - адсорбцию анионов на полиоксиэтиленовой цепи; - влияние ионной силы вводимых электролитов. На величину высаливающего действия солей оказывает влияние комплексообразование ионов металлов с полиоксиэтиленовой цепью ОП-10. Взаимодействие ионов металлов с нПАВ изучались разными авторами и методами применительно к разным задачам (флотация, ионометрия) и соответственно в разных условиях и концентрационных интервалах. Отмечались высаливающие и всаливающие эффекты солей, образование разных стехиометрических соединений в растворах. Исследовались выделенные в твердом состоянии соединения металлов с нПАВ [200].
Согласно современным представлениям, молекулы полиэтоксилатов в водном растворе имеют спиральную конформацию (псевдо краун-структуру), в полости которой могут включаться катионы за счет ион-дипольного взаимодействия [207, 208]. Радиус витка спирали составляет 1,3. Один катион может взаимодействовать с 8-14 оксиэтильными фрагментами. Устойчивость образующихся комплексов зависит от природы и числа донорных центров лиганда, жесткости и длины цепи, типа концевых групп, заряда и радиуса катиона, его поляризующей способности [208].
Равновесие комплексообразования между ионом металла и полиэтоксилатом значительно отличается от аналогичного взаимодействия с низкомолекулярными соединениями. Трудность, в основном, определяется существованием электростатического взаимодействия вдоль оксиэтильной цепи. В связи с этим при количественном описании комплексообразования полиэтоксилат-ион металла следует учитывать три фактора: гидрофобное и электростатическое взаимодействия; конформационное изменение полимерной цепи вследствие комплексообразования. Гидрофобное и электростатическое взаимодействия зависят от внутримолекулярного расстояния между комплексообразующими узлами на полимерной цепи. Анализ табл. 23 по вкладу в наблюдаемые эффекты катионов металлов (вертикальные столбцы 1 и 2) свидетельствует о том, что поведение щелочных и щелочноземельных металлов с одинаковыми анионами (NO3- и Cl-) и равномолярными концентрациями не одинаково. В случае щелочных металлов большее понижение температуры помутнения наблюдается для иона натрия, как в случае нитратов, так и хлоридов, что может свидетельствовать о его минимальном взаимодействии с полиоксиэтиленовой цепью. Об этом также свидетельствуют данные масс-спектрометрии, фиксируя более интенсивные сигналы с калиевыми соединениями, чем с натриевыми, при одинаковой концентрации ионов металла. Для ионов щелочноземельных металлов Са2+, Sr2+, Ba2+ наблюдаемые эффекты менее выражены, чем для иона натрия, достаточно близки между собой, что может свидетельствовать также о наличии взаимодействия этих ионов с полиоксиэтиленовым слоем, причем для Ba2+ отмечается несколько более сильное взаимодействие по сравнению с Са2+ и Sr2+, что согласуется с известными литературными сведениями [207, 209] и связано с наибольшим соответствием радиуса катиона бария (0,143 нм) размеру полости полиоксиэтильной спирали ( 0,13 нм).
Проведенное нами исследование методом МС МАЛДИ водно-солевых растворов ОП-10 показало, наличие продуктов взаимодействия с ионами щелочных и щелочноземельных металлов (табл. 15-17), что является одним из факторов высаливающего действия катионов. Адсорбция анионов. В наших исследованиях охвачен диапазон температур (65-85 С), в котором возможны конформационные изменения в полиоксиэтиленовых цепях. Это значит, что дипольный момент цепи может изменяться в зависимости от поляризуемости аниона так, что сильно поляризующиеся ионы будут активно адсорбироваться в полиоксиэтиленовом слое, сообщая ему полиэлектролитные свойства. Как следствие, устойчивость системы к фазовому разделению повышается и точка помутнения также повышается. Поясним это на примере галогенид ионов, вводимых с солями калия (табл. 23). Так в ряду галогенидов калия наиболее сильно поляризующимся ионом является иодид. Таким образом, в ряду J- Br- Cl- t, С составляет соответственно +8, -6 и -15. Т.е. сильная адсорбция иодид-иона приводит к «всаливающему» эффекту, бромид адсорбируется слабее и обладает уже «высаливающим» эффектом, который почти в 2,5 раза увеличивается для мало поляризующегося хлорид-иона.
Таким образом, максимальные «высаливающие» эффекты таких анионов как сульфат, фосфат и карбонат могут быть связаны, с одной стороны, с невозможностью накопления в полиоксиэтиленовом слое мицелл ОП-10 за счет геометрического фактора и малой поляризуемости, т.е. с увеличением ионной силы раствора (концентрации) имеет место лишь «высаливающий» эффект, связанный с дегидратацией полиоксиэтиленовых цепей вследствие гидратации указанных анионов и возможного влияния их на структуру воды. Следует также отметить и общую тенденцию понижения точки помутнения при увеличении концентрации солей до 1 М (рис. 4.1-4.3), что типично для всех изученных солей, и может быть объяснено увеличением ионной силы раствора, т.е. усилением процессов гидратации при больших концентрациях вводимых солей, и, следовательно, усилением «высаливающего» эффекта. Таким образом, наибольшее влияние на понижение температуры расслоения водного раствора ОП-10 оказывают соли щелочных металлов (фосфаты, карбонаты, сульфаты), особенно соли натрия. Меньшую эффективность проявляют соли щелочноземельных металов и алюминия, для которых эффект высаливания выражен меньше вследствие преобладающего взаимодействия ионов с полиоксиэтиленовыми цепями ОП-10. Рассмотрению роли анионов, оказывающих наиболее сильное влияние на понижение температуры помутнения, посвящен материал 5 главы.
Применение системы (ОП-10) – H2O – Na2SO4 для мицеллярной экстракции синтетических пищевых красителей
Добавление NaOH и дальнейшее увеличение концентрации щелочи приводит к более быстрому процессу фазового расслоения (рис. 5.13). Так, в системе с m(Na2SO4) = 0,75 г в присутствии NaOH расслоение начинается на 1-й минуте, то есть практически сразу после смешивания компонентов, а без щелочи расслоение начинается с 6-й минуты. Для растворов, содержащих 0,84 г Na2SO4, время начала расслоения и формирования мицеллярных фаз практически совпадают как в присутствии щелочи, так и без нее.
Установлено, что добавление NaOH оказывает влияние на оптическую прозрачность образующихся мицеллярных фаз. Для растворов, содержащих 0,75 г соли только при концентрации NaOH 0,05 М образующаяся
Для растворов, содержащих 0,84 г Na2SO4, образующиеся мицеллярные фазы при всех изученных концентрациях не были прозрачными. Увеличение концентрации щелочи приводило к образованию аморфных хлопьев, которые локализовались в верхней части раствора. Таким образом, фактически не наблюдали образование двух жидких фаз, пригодных для экстракционных целей. В обоих случаях ПАВ-обогащенная фаза локализовалась в верхней части, а водная фаза – в нижней части раствора.
При добавлении NH3H2O в систему, содержащую 0,75 г Na2SO4, фазовое расслоение сохранялось до концентрации аммиака 2,0 моль/л, при содержании соли 0,84 г – до 6,0 моль/л включительно (табл. 37). Для системы с меньшим содержанием соли (0,75 г) введение аммиака приводило к увеличению объема мицеллярной фазы. Для растворов, содержащих 0,84 г Na2SO4, увеличение объема мицелярной фазы было выражено незначительно (рис. 5.14).
Мы полагаем, что влияние кислот на фазовое расслоение в системе (ОП-10) – Н2О – Na2SO4 связано с образованием в растворе ионов гидроксония, которые могут локализоваться в полиоксиэтильной цепи ОП 10, взаимодействуя с атомами кислорода, повышать ее гидрофильность. Это приводит к увеличению гидратации ПАВ, и как следствие, при увеличении концентрации кислоты увеличивается объем мицеллярной фазы и в дальнейшем происходит гомогенизация раствора. Большее количество соли в системе позволяет сохранять фазовое расслоение при более высоких концентрациях кислоты, поскольку соль обладает выраженным дегидратирующим действием, что способствует сохранению гидрофобизации мицелл нПАВ и сохранению тенденции к расслоению. Эти взаимопротивоположные процессы влияют и на скорость формирования мицеллярной фазы, которая существенно зависит от массы соли.
Иной характер влияния на фазовое расслоения наблюдается при добавлении растворов NaOH, который связан прежде всего с выраженной способностью -ОН группы к гидратации, что приводит к дополнительной дегидратации полиоксиэтильных цепей. Это проявляется и при уменьшении объема мицеллярной фазы и при увеличении скорости ее формирования.
При введении в систему раствора аммиака таких закономерностей не наблюдается. Это, вероятно, связано с низкой степенью диссоциации соединения и, в результате, недостаточного количества гидроксильных групп, способных дополнительно дегидратировать мицеллы ОП-10.
Применение системы (ОП-10) – H2O – Na2SO4 для мицеллярной экстракции синтетических пищевых красителей Применение двухфазных жидких систем на основе ОП-10 для экстракции пищевых красителей при температуре 25С в литературе не описано. В связи с этим были изучены экстракционные возможности системы (ОП-10) – Н2О – Na2SO4 для извлечения красителей Е102, Е110 и Е124. Как было показано ранее (разд. 4.5), эти соединения извлекаются мицеллярными 143 фазами ОП-10 при температуре помутнения, однако степень извлечения не превышает 85%. При использовании небольших объемов (10 мл) в процедуре извлечения возникает некоторая трудность отделения мицеллярной фазы от водной. В связи с этим нами проводилась процедура экстракции в шприцах. Для этого аликвоту раствора красителя помещали в пробирку, добавляли дистиллированной воды до общего объема 5 мл и тщательно перемешивали.
К полученному раствору добавляли необходимое количество кристаллического сульфата натрия и перемешивали до полного растворения соли. Полученный раствор помещали в шприц объемом 10 мл. В этот же шприц помещали 5 мл 20 % раствора ОП-10. Тщательно перемешивали содержимое шприца интенсивными движениями «вверх-вниз» в течение 1-2 мин. Раствор в шприце после перемешивания мутнел и для полного фазового расслоения, не снимая иглы и не двигая поршень, ставили шприц вертикально вниз иглой и поршнем вверх в термостат с контролируемой температурой (25С) на 30 минут. После достижения полного фазового разделения в нижнем слое находилась водная фаза, в верхнем – ПАВ обогащенная фаза с экстрагированным красителем.
Разделение фаз проводили, сливая сначала водную, а затем мицеллярную фазу. Объем мицеллярной фазы разбавляли до 5 мл дистиллированной водой. Измеряли оптическую плотность полученного мицеллярного раствора при характеристической длине волны красителя на спектрофотометре и по градуировочному графику находили содержание вещества. Водную фазу спектрофотометрировали без разбавления.
По полученным данным рассчитывали коэффициент распределения (D) и степень извлечения (R, %).
Спектры поглощения исходных растворов красителей, растворов водной и мицеллярной фаз после экстракции были идентичны. Введение красителя в систему практически не оказывало влияния на физико-химические характеристики образующихся фаз. Было оценено влияние ряда факторов на параметры экстракции СПК (рН, концентрации высаливателя, ОП-10, красителя).
Влияние рН. Представляло интерес изучение экстракционной способности мицеллярных фаз системы (ОП-10) – Н2О – Na2SO4 в присутствии кислот и оснований. В качестве модельного соединения был выбран Е110, экстракцию которого проводили в присутствии различных концентраций HCl, HNO3, H2SO4, NaOH и NH3 (табл. 43).
Влияние кислотности среды, мицелл ОП-10 на состояние красителя подробно обсуждалось в разд. 4.5. На диаграмме представлено распределение ионных форм красителя в Содержание ионизированных форм красителя НА2- (1) и А3- (2) в водном растворе в зависимости от рН. Процедуру экстракции проводили по методике: в пробирку помещали 0,5 мл исходного раствора красителя с концентрацией 0,1 г/л и соответствующие количества дистиллированной воды и кислоты (основания). К полученному раствору добавляли 0,84 г безводного сульфата натрия. Смесь тщательно перемешивали до полного растворения соли. Полученный раствор помещали в шприц объемом 10 мл. В этот же шприц добавляли 5 мл исходного 20 % раствора ОП-10. Смесь в шприце тщательно перемешивали до помутнения (1-2 мин.) и помещали в термостат с температурой 25С. Выдерживали при этой температуре 30 минут.
Фазы разделяли, мицеллярную фазу разбавляли дистиллированной водой до 5 мл. Измеряли светопоглощение растворов мицеллярной и водной фаз. Концентрацию красителя в фазах определяли по градуировочному графику (табл. 43). На основании полученных данных рассчитывали степень извлечения (R) и коэффициенты распределения (D) красителя (табл. 44).
