OBS5 TP 4 Les colorants alimentaires La chimie des couleurs 1S Elém ents de correction Les colorants sont des substances naturelles, synthétiques ou artificielles qui sont solubles dans leur milieu d'emploi. Ce sont des composantes essentielles de l'industrie agroalimentaire et textile. PARTIE 1 : Notion de spectrophotométrie Lorsqu'on envoie de la lumière blanche sur un échantillon contenant une substance chimique colorée, une partie des radiations qui composent la lumière blanche est absorbée. Le spectre de la lumière qui ressort de l'échantillon est donc «appauvri». Pour chaque longueur d'onde, le spectrophotomètre mesure les intensités de la radiation monochromatique incidente et de la radiation transmise. Il calcule alors pour chaque longueur d'onde l'absorbance A : une grandeur qui reflète le rapport entre l'intensité de la lumière transmise et de la lumière incidente. Ainsi, pour une longueur d'onde λ donnée, l'absorbance A est d'autant plus grande que la radiation de longueur d'onde λ est absorbée par la solution. Le graphique représentant l'absorbance en fonction de la longueur d'onde de la radiation émise A = f ( λ) s'appelle le spectre d'absorption. Protocole pour l obtention du spectre d'absorption du bleu patenté V REA 1 1) Attention : Les cuves du spectrophotomètre doivent être remplies aux 2/3 de leur hauteur maximum. 2) Remplir la cuve du spectrophotomètre avec le solvant (ici de l'eau distillée) pour "faire le blanc". 3) On verse ensuite dans la cuve la solution de bleu patenté V et on lance l acquisition de son spectre d'absorption. Compléter sur l annexe 1 distribuée le spectre d absorption A = f (λ). COM 1 ANA 1 Au vu du spectre obtenu et à l aide de l étoile des couleurs complémentaires, expliquer en quelques lignes sur votre compte-rendu pourquoi le bleu patenté V est bleu. En réalisant le spectre d absorption du bleu patenté V, nous pouvons observer que ce colorant absorbe pour un maximum de λ = 640 nm ( voir document 4) qui correspond à la couleur orange. Cela signifie que ce même colorant diffuse très bien dans la couleur complémentaire de celle qui peut parfaitement absorber à savoir dans ce cas, la couleur bleue ( complémentaire de l orange). Cette courbe d absorption justifie bien la couleur bleue du bleu patenté V. 1
PARTIE 2 : Séparation des colorants présents dans un sirop de menthe REA 2 Suivre le protocole de chromatographie sur colonne proposé décrit en annexe 2. Réaliser un schéma soigné et légendé du montage dans le cadre proposé en annexe 2. Bécher Colonne de chromatographie COM 2 Erlenmeyer Titre : chromatographie sur colonne du sirop de menthe A+B : colorants du sirop de menthe A : colorant bleu B :colorant jaune Eluant : eau Sur votre compte rendu, rédiger un petit paragraphe de quelques lignes expliquant le déroulement d une chromatographie sur colonne. Il faudra veiller à impérativement employer les mots suivants : phase fixe phase mobile éluant constituants du mélange affinité vitesse de migration - séparer - recueillir La chromatographie du sirop de menthe (mélange) est basée sur le fait que les constituants du mélange traversant une matière poreuse (gel de silice) sont plus ou moins retenus dans leur progression selon leurs affinités pour le support poreux. ANA 2 En effet, les vitesses de migration des colorants ne sont pas les mêmes. Le colorant jaune migre plus rapidement dans la colonne que le colorant bleu. La matière poreuse, le gel de silice, contenu dans la colonne ne va pas se déplacer : c est ce qu on appelle la phase fixe. L eau qui tombe par gravité dans la colonne est appelée phase mobile. Le mélange est entraîné dans la colonne par un solvant,ici dans le TP, l eau. Ce solvant est appelé éluant. L'entraînement étant variable suivant les colorants, le mélange est séparé. Il suffit enfin de recueillir les colorants dans des récipients distincts. 2
Compléter le cadre conclusion en annexe 3. ANA 3 Ø La chromatographie sur colonne est une technique expérimentale qui permet de séparer les constituants d un mélange. Ici, la chromatographie a permis de séparer deux colorants d un sirop de menthe. PARTIE 3 : Identification des colorants extraits du sirop de menthe Afin d éviter l utilisation de colorants toxiques pour la santé dans les sirops, la DGCCRF doit analyser les sirops et vérifier que la couleur verte est bien due au colorant mentionné sur l étiquette et que ceux-ci sont bien autorisés par l Union Européenne. A l aide du spectrophotomètre et des documents fournis, indiquer de quelle façon est obtenue la couleur verte du sirop de menthe fourni et si les données de l étiquette de sirop sont exactes. Nous nous proposons de réaliser le spectre d absorption de chaque fraction recueillie précédemment par chromatographie : Fraction «jaune» : ANA 4 + REA 3 Fraction «bleue» : Le colorant jaune présent dans le sirop de menthe est la tartrazine caractérisé par un maximum d absorption à la longueur d onde de 425 nm.le colorant bleu présent dans le sirop de menthe est du bleu patenté V caractérisé par un maximum d absorption à la longueur d onde de 635 nm. 3
En effet, nous pouvons comparer ces profils spectraux à ceux proposés dans le document 4. Ils coincident. Le sirop de menthe étudié contient donc un mélange de tartrazine ( colorant E102) et de bleu patenté V ( colorant E131). Les données fournis par le fabriquant sont exactes concernant les colorants annoncés. Rédiger un paragraphe clair exposant vos manipulations, vos résultats et votre conclusion. Nous allons résumer ce que nous avons découvert lors de ce TP : Ø La chromatographie sur colonne est une technique expérimentale qui permet de séparer les constituants d un mélange. Son avantage principal, comparée à la CCM est de pouvoir récupérer les composants purs des échantillons analysés ( appelés les fractions dans le TP) Son inconvénient majeur est sa durée très longue, qui nécessite une attention constante et la quantité importante de solvant utilisée. Ø La spectrophotométrie permet d analyser des substances colorées en se basant sur le principe de l absorbance. Un spectrophotomètre envoie une lumière blanche sur un échantillon de solution colorée (contenu dans une cuve) et mesure, pour chaque radiation, l intensité de la lumière incidente et celle de la lumière transmise. /4 COM 3 Pour chaque radiation, l appareil calcule automatiquement le rapport suivant : P /P 0 Ce rapport reflète une nouvelle grandeur physique : l absorbance A. Ø Comment interpréter le spectre obtenu? Une solution qui absorbe une couleur du spectre transmet la couleur complémentaire : ce sera la couleur apparente de la solution. Une couleur primaire et une couleur secondaire obtenue à partir des deux autres couleurs primaires sont dites complémentaires. ( ex : le rouge et le cyan, le magenta et le vert etc ) Lorsqu on mélange deux solutions colorées, la couleur obtenue résulte de la synthèse soustractive. Le sirop de menthe apparaît vert car, d une part on observe un pic d absorption dans le bleu ( couleur complémentaire le jaune) et un pic d absorption dans le rouge ( couleur complémentaire cyan). Sa couleur apparente résulte de la synthèse soustractive des couleurs jaune et cyan ce qui donne du vert. 4
Document 1 Document 2 Etoile des couleurs complémentaires Document 3 Liste des colorants à usage alimentaire déterminée par une circulaire européenne du 13.12.1973 couleur numéro Dénomination usuelle couleur numéro Dénomination usuelle Jaune E 100 curcumine bleu E 130 Bleu antraquinonique Jaune E 101 Lactoflavine bleu E 131 Bleu patenté V Jaune E 102 Tartrazine bleu E 132 Indigotine Jaune E 103 Chrysoïne S vert E 140 Chlorophylles Jaune E 104 Jaune de quinoléine vert E 141 Complexes cuivriques des chlorophylles Jaune E 105 Jaune solide vert E 142 Vert acide brillant BS Orange E 110 Jaune orange S Brun noir E 150 Caramel Orange E 111 Orange GGN Brun noir E 151 Noir brillant BN Rouge E 120 Cochenille, acide carminique Brun noir E 152 Noir 7984 Rouge E 121 Orseille orcéine Brun noir E 153 Carbo medicinalis vegetalis Rouge E 122 Azorubine Rouge E 123 Amarante divers E 160 Caroténoïdes Rouge E 124 Rouge cochenille A divers E 161 Xantophylles Rouge E 125 Écarlate GN divers E 162 Rouge de betterave Rouge E 126 Rouge ponceau GR divers E 163 anthocyanes Rouge E 127 érythrosine Document 4 Quelques spectres d absorption de colorants alimentaires Jaune de tartrazine Bleu patenté V 5
Annexe 2 Schéma du montage Protocole de chromatographie sur colonne 1) Remplir la colonne d éluant (ici de l eau distillée) jusqu à ce qu elle soit saturée. 2) Une fois la phase fixe saturée d éluant, verser quelques gouttes (2 ou 3) de sirop de menthe en tête de colonne. 3) Procéder à l élution en versant un peu d éluant en tête de colonne et veiller à ce que celle soit toujours recouverte de liquide, en ajoutant si besoin, et délicatement, quelques gouttes d éluant. 4) Lorsque la 1 ERE fraction colorée arrive au bas de la colonne, la recueillir entièrement dans un bécher propre, puis disposer un autre bécher en bas de la colonne. 5) Lorsque la 2 EME fraction colorée arrive en bas de la colonne, la recueillir entièrement dans un autre bécher. Annexe 3 : Conclusion : A quoi sert une chromatographie sur colonne? 6