Fabricarea colorantilor

Ministerul Educaţiei şi Tineretului al Republicii Moldova

Universitatea de Stat din Moldova

Facultatea Chimie şi Tehnologie Chimică

Catedra Chimie Industrială şi Ecologică

 

 

 

 

Referat

 

 

Fabricarea colorantilor

 

 

 

 

A eloaborat: 
Varanita Mihaela 
Specialitatea Tehnologia produselor cosmetice si medicinale

 

 

Controlat :

Gladchi Viorica

Dr. conf. univ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014

Cuprins:

 

 

 

Introducere……………………………………………………………………………………..…3    

                               

1. Coloranti. Definitie. Coloranti naturali. Coloranti alimentari………………………………....4

 

1. Coloranti. Definitie………………………………………………………………..4

 

2. Clasificarea colorantilor…………………………………………………………...5

 

 

3. Coloranti naturali…….………………………………………………….………...6

 

4. Coloranti alimentari.………………………………………………………………8

 

 

5. Tehnica fabricarii colorantilor…………………………………..……………….13

 

2. Coloranti sintetici……………………………………………………………………………15

 

1. Sinteza colorantilor sintetici……………………………………………………..17

 

2. Coloranti azoici…………………………………………………………………..18

 

3. Tehnologia de producere a unui colorant azoic: crisoidina……………………...19

 

 

Concluzii…………………………………………………………………………………..……23

 

  Bibliografie……………………………………………………………………………………..24

                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introducere

 

Arta de a colora coincide probabil cu primele inceputuri ale acrtivitatii artistice ale finite umane. Primele informatii sigure privind utilizarea colorantilor dateaza din jurul 2650 i. e. din China. De atunci si pina aproximativ la jumatatea secolului trecut numeroase documente istorice descriu preocuparea diferitor popoare din Asia, Europa, Africa si America de a colora, procesele inregistrate de acestea in mestesugul vopsitului si diversivitatea de coloranti naturali utilizati.

  Locul de nastere a oricarui colorant este laboratorul chimistului. Aici, cercetatorul, cunoscind legile transformarii chimice, imbina in cele mai curioase moduri produsi intermediari, realizind o noua structura, o noua culoare. Ideea- la inceput numai probabilitate-devine cu incetul realitate. Prin munca ea capata viata in eprubeta, in pahar, in balon… 
Un precipitat, o pulbere, citeva cristale marunte pot insemna mult sau… nimic. Stuctura presupusa trebuie confirmata prin analiza. Daca rezultatul lor este cel asteptat, colorantul obtine “certificatul de nastere”. In multe cazuri acest certificate este chiar brevetul de inventie, menit, intre altele, sa protejeze o eventuala fabricatie industriala. 
           Spunem eventuala, deoarece nu orice descoperire a laboratorului devine si industrie. Pentru a fi fabricat, colorantul trebuie sa indeplineasca anumite conditii, sa aiba anumite proprietati tinctoriale. Aceasta se refera la capacitatea de a vopsi, de a fi rezistent la actiunea diversilor agenti chimici( apa, soda, sapun, acizi) sau fizici(lumina, caldura, frecare). De aceea, colorantul este supus unor minutioase examene, ale caror rezultate se concretizeaza sub forma de note de la 1 la 8. Daca notele obtinute sunt destul de mari, iar pretul materiilor prime sufficient de scazut, fabricantul va trece in fabricatia industriala; in caz contrar, el ramine doar o cucerire stiintifica. Asa se explica de ce din cei peste 50000 de coloranti descoperiti, noi nu fabricam industrial decit 5000.  
Astazi, munca de cercetare stiintifica in acest domeniu duce annual la descoperirea si caracterizarea a 150-200 de noi coloranti, dar deseori trec mai multi ani pina se realizeaza o fabricatie noua. 
Din eprubete sau din balonul cercetatorului din laborator abia daca rezulta citeva grame de colorant; consumul cere insa sute si mii de tone. Pentru aceasta, chimistului ii vin in ajutor proiectanti si ingineri, arhitecti si economist, unindu-si eforturile in vederea unui scop unic: fabricatia industriala.

1. Coloranti. Definitie. Coloranti naturali. Coloranti alimentari.

 

                1.1.1.  Coloranti. Definitie.

 

Coloranţii sunt substanţe organice naturale sau sintetice colorate, care absorb lumina in domeniul vizibil al spectrului si au proprietatea de a colora corpurile pe care sunt aplicate(fibre textile, piele, hartie, etc.), rezista in timp la lumina, spălare, frecare. Culoarea substanţelor se datorează prezentei in molecula a unor grupe de atomi, numite grupe cromofore sau cromofori, care absorb selective diferite radiaţii ale luminii, fiecărui cromofor corespunzandu-i una sau mai multe benzi de absorbţie in spectrul vizibil. Poziţia benzilor de absorbţie ale fiecărui cromofor este influenţata de existenta in molecula a altor cromofori, nuanţa culorii unei substanţe colorate depinzand de intreaga structura chimica a substanţei[1].

              Cele mai importante grupe cromofore sunt:

a) grupa nitrozo -N=O

b)grupa nitro -NO2

c)grupa azo -N=N

d)grupa cetonica -C=O

e)dubla legătura >C=C<

 

Substanţele care conţin in molecula lor unul sau mai mulţi cromofori si se numesc cromogene si sunt colorate. Pentru ca o substanţa sa devină si mai colorata, trebuie sa contina in molecula, pe langă cromofori, si alte grupe, numite auxocrome.

Principalele grupe auxocrome sunt:

a)grupa amino -NH2

b)grupa hidroxil fenolica ( si derivaţii ei alchilati)

 

Grupele auxocrome, pe langă faptul ca imprima substanţei proprietatea de a

colora, produc o inchidere si o intensificare a culorii[1].

 

 

1.1.2.Clasificarea colorantilor

 

 

Colorantii se clasifica :

• dupa natura lor:
• naturali
• Sintetici

 

• dupa proprietatile tinctoriale:

• galbeni
• oranj
• rosii
• albastri
• verzi
• bruni
• negrii, cu nuante diverse

• după structura lor chimica se deosebesc următoarele clase de coloranţi:

• coloranţi azoici-conţin in molecula lor drept grupe cromofore  una sau mai multe grupe azo, -N=N- si sunt coloranţii cei mai raspanditi si cei mai uşor de preparat

• coloranţi antrachinonici- care deriva de la antrachinona
• coloranţi trifenilmetanici- din clasa trifenil-metanului
• coloranţi indantrenici
• coloranţi de indigo
• coloranţi de sulf

 

• după proprietatile lor tinctoriale(comportarea in vopsitorie) se deosebesc următoarele tipuri de coloranţi:

• coloranţi bazici- au un caracter bazic datorita grupelor amino –NH2 libere, pe care le conţin in molecula lor. Ei vopsesc fibrele proteice(lâna si mătase) in soluţie neutra, fixarea lor pe fibra făcându-se prin combinare cu grupele acide –COOH ale acestora. Pot vopsi si fibre celulozice(bumbac) tratate in prealabil cu mordanţi(tanin), cei mai importanţi coloranţi bazici sunt coloranţii azoici, trifenil-metanici, etc.
• coloranţi acizi- au in molecula lor grupe sulfonice –SO3H, hidroxil –OH sau carboxil –COOH libere,  care le dau proprietati acide. Ei vopsesc fibrele proteice (lâna si mătasea) in soluţie slab acida, fixându-se pe fibre prin combinare cu grupele –NH2, cu caracter bazic, ale acestora din punct de vedere structural, coloranţii acizi fac parte din clasa coloranţilor azoici, antrachinonici, etc[1].

 

1.1.3.COLORANTI ORGANICI NATURALI

 

Sunt substanţe colorate, prezente în mod natural în produse comestibile, din care se obţin prin extracţie.

Coloranții naturali reprezintă pigmenți naturali de origine animală(ex. cerneală de sepie) sau vegetală(ex. suc de sfeclă roșie).

 

           

Proprietăţile tehnologic-funcţionale ale coloranţilor naturali:

• SOLUBILITATEA , mai precis dacă sunt solubili în apă, soluţii alcoolice sau solvenţi nepolari, pentru alegerea corectă în funcţie de destinaţie.
• STABILITATEA LA pH: pH-ul influenţează solubilitatea, tenta culorii şi stabilitatea.
• STABILITATEA TERMICĂ: unii coloranţi naturali necesită utilizarea unor antioxidanţi, aşa cum este cazul carotenilor, deoarece creşterea temperaturii accelerează procesele de oxidare[2].

Limitele folosirii coloranţilor naturali:

• de regulă, sunt mai scumpi
• puterea colorantă poate varia cu lotul şi este mai redusă decât cea a coloranţilor sintetici
• sunt neeconomici comparativ cu cei sintetici, deoarece pentru realizarea aceleiaşi nuanţe este necesară o cantitate mai mare
• frecvent, posedă gust şi/sau miros
• sunt instabili la căldură şi lumină
• cei solubili în apă sunt higroscopici
• sunt compatibili numai cu anumite sisteme de producţie[2].

 

Clasificarea colorantilor naturali :

• antociani
• betaciani
• carotenoide
• coloranţi porfirinici(clorofila şi pigmenţii sangelui)
• coloranţi chalconici (curcumina)
• coloranţi antrachinonici (roşu de coşenilă)
• coloranţi flavinici (riboflavin-5’-fosfat monosodic)
• alţi coloranţi (caramel)

 

Materii prime de obtinere :

Prin extractie:

• din pielita strugurilor si tescovina, sfecla rosie si  varza  rosie, afine, coacăze negre, vişine, cireşe, mure, zmeura (antociani)
• din ardei rosu(capsantina)  
• din tomate (licopina)
• prin macinarea copului uscat al insectei femelă Dactylopius coccus/

Primii coloranti organici utilizati au fost cei de origine vegetala si in mica parte

cei de origine animala[2].

· Coloranti de origine vegetalã:

• ROIBA : obţinuta din radacinile plantelor din familia rubiaceelor.

 

• INDIGOUL: extras din plante care fac parte din familia Indigofera.

           

 

• àALBASTRUL: extras din lemnul de bacan

      [2]

 

1.1.4. Coloranti alimentari

 

Culoarea este o insusire a calitatii senzoriale a unui produs alimentar, perceputa vizual.

Colorantii alimentari sunt combinatii organice, naturale sau de sinteza, ele insele colorate si care au proprietatea de a colora. Cei naturali sunt fabricati din surse naturale. Exemple de aditivi naturali : lecitina, derivate din soia, porumb si fructe colorate, sfecla rosie. Aditivii artificiali sunt adesea folositi cand un aditiv natural nu poate fi gasit sau este mai economic.

Prin culoare se intelege interactiunea colorant-substrat de colorat, in urma careia substratului i se confera culoare. Prin aceasta interactiune colorantul se fixeaza de substrat.

Coloranții utilizați în industria alimentară reprezintă o clasă importantă  de aditivi alimentari. Aceștia sunt compuși chimici responsabili de aspectul produselor alimentare. Utilizarea lor pe scară largă este determinată de creșterea exigenții cumpărătorilor față de calitățile estetice ale produsului alimentar aflat în comerț[2].

Conditiile care trebuie sa le indeplineasca un colorant

Conditiile care trebuie sa le indeplineasca un colorant

• sa nu fie toxic si sa nu fie cancerigen la diferite niveluri de utilizare;
• sa nu contina impuritati toxice;

• sa aiba solubilitate adaptata la incorporarea sa in faza apoasa si/sau in faza lipidica din produsul alimentar;

• sa nu imprime gust si miros particular produsului alimentar in care se introduce;
• sa fie stabil la lumina atunci cand este introdus in produs;

• sa nu fie afectat de temperaturile la care se face tratamentul termic (pasteurizare, fierbere, sterilizare);

• sa fie stabil in timpul depozitarii produsului alimentar in care s-a introdus;
• sa nu reactioneze cu urmele de metale si nici cu agentii oxidanti sau reducatori;
• sa poata fi pus in evidenta in produsul alimentar prin tehnici analitice adecvate;
• sa fie disponibil si relativ economic sub aspectul pretului; sa fie aprobat prin legislatia sanitara in vigoare[2]; 

În industria alimentară se folosesc coloranți naturali și coloranți sintetici de origine organică sau anorganică. Din pigmenții naturali , cei mai utilizați sunt carotenoizii, antocianii, clorofila și flavonoidele. Ei nu sunt nocivi.

 

 

 

Codul	Denumirea aditivilor	Funcții tehnologice
E 100	Curcumine	Colorant galben
E 101	(i) Riboflavine (ii) sarea de sodiu a riboflavinei-5-fosfat	Colorant galben
E 120	Carmine	Colorant glben
E 132	Indigotină/indigocarmină	Colorant albastru
E140	Clorofila	Colorant verde
E 150 a, b, c, d,	Caramel	Colorant brun
E 160 a, b, c, e, f	Caroteni, licopen, beta-apo-caroten	Coloranți galbeni, galben-portocalii, roșu-portocalii
E 161 a, b, c, e, f	Xantină, derivații xantinei	Coloranți portocalii
E 162	Betaină	Colorant roșu
E 163	(i) Antociani, (ii) ectract din coajă de struguri, (iii) extract din coacăză	Coloranți roșii, violeți, albaștri, galbeni

 

1. Antocianii

Sunt flavonoide prezente în flori, fructe, frunze, având culoare roşie, violetă, albastră.

Exemple:               

• pelargonidina (roşu-orange)
• cianidina (roşu-intens)
• delfinidina (albastru-violet)
• petunidina (roşu-violet)
• malvidina (roşu)

Sursele industriale:

• pieliţa strugurilor şi tescovina
• sfecla roşie şi varza roşie
• afinele, coacăzele negre, vişinile, cireşele, murele, zmeura

Figura 1. Structura generală a antocianilor.

Tabelul de mai jos prezintă codificarea E a acestor compuşi, folosiţi ca aditivi alimentari (coloranţi):

 

Tabelul 1. Codificări E.

Compus sau extract	Cod E
Cianidina	E 163a
Delfinidina	E 163b
Malvidina	E 163c
Pelargonidina	E 163d
Peonidina	E 163e
Petunidina	E 163f
Extract din pieliţa strugurilor	E 163(i)
Mixtură antocian	E 163(ii)
Extract de coacăze	E 163(iii)

 

 

Figura 2. Structuri chimice ale antocianidelor

 

   Pelargonidina                         Cianidina                                      Delfinidina

 

Tabelul 2. Surse industriale de antociani.

 

Sursa	Antocianii prezenţi majoritar
Pieliţa strugurilor şi tescovina	Cianidina, delfinidina, petunidina şi peonidina ca monoglucozide libere sau acilate cu acid acetic, p-cumaric şi cafeic
Varza roşie	Cianidina, glucozida acilată cu acid p-cumaric şi ferulic
Afinele	Cianidina şi peonidina sub formă de monogalactozide şi arabinozide
Caliciile de Rosella (Hibiscus sabdariffa)	Cianidina şi delfinidina sub formă de glucozide
Coacăze negre	Cianidina şi delfinidina ca diglicozide libere şi acilate
Fructe de soc	Cianidina diferite glicozide simple sau acilate cu acid p-cumaric

 

Utilizare:

• depinde de pH-ul produsului alimentar. La pH=2,5 – 3, antocianele au culoare purpurie iar la pH=4,0 – 4,5, au culoare violet.
• colorarea băuturilor nealcoolice şi alcoolice, precum şi a sucurilor de fructe.
• Sunt sensibile la căldură dar prezenţa sulfitului de sodiu le stabilizează.

2. Betacianidele

Reprezentantul aceastei grupe este colorantul roşu de sfeclă, care conţine atât pigmenţi roşii (betacianele) cât şi pigmenţi galbeni (betaxantinele).

Colorantul roşu de sfeclă este utilizat în:

băuturi nealcoolice

produse de patiserie şi panificaţie

deserturi pe bază de gelatină, budinci

supe, amestecuri pulbere.

Este sensibil la căldură şi la pH. Totuşi, se poate folosi pentru colorarea cărnii tocate în amestec cu derivate proteice texturate, destinate obţinerii de hamburgeri, chiftele, perişoare, deoarece virarea culorii de la roşu la brun este, în aceste cazuri, dorită.