Light sensitivity of carotenoids used as food colours

Summary The quantum yield for the photobleaching of the carotenoid pigments lutein und-carotene solubilized in aqueous solutions has been determined for monochromatic light at different wavelengths to provide an objective measure of the light sensitivity of these natural food colours. The quantum yields are proportional to the square root of the partial pressure of oxygen, indicative of a complex photo-oxidation mechanism in carotenoids. In UV light, lutein is more sensitive than-carotene. Quantum yields for air-saturated solutions at 20° C are 7.8–10^–3 mol einstein^–1 at 313 nm and 5.1·10^–4 at 366 nm for lutein compared with 4.7·10^–3 and 3.9·10^–4 for-carotene. For visible light, photo-oxidation is less severe and quantum yields at 436 nm are less than 3·10^–5 for lutein and 3.7·10^–5 for-carotene, respectively. The photobleaching of an alfalfa extract used as colorant in beverages, and in which the pigment is a complex mixture of geometrical isomers of mainly lutein palmitate, is also significant, although the quantum yield is generally lower than that for lutein. Sensitized photodegradation with initial light absorption by other pigments could be important to such extracts, as has been demonstrated in a model system with rose bengal as a light absorber. The dependence of the quantum yield on the oxygen partial pressure shows that at least two reaction paths are of importance to the sensitized photo-oxidation and a large deuterium isotope effect provides evidence for the involvement of singlet-oxygen in the sensitized photodegradation.

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Lichtempfindlichkeit von als Lebensmittelfarbstoffe verwendeten Carotenoide Abhängigkeit der Quantenausbeute von Wellenlängen und Sauerstoffdruck bei direktem und sensibilisiertem Photoabbau von solubilisiertem Lutein und -Carotin

Zusammenfassung Die Quantenausbeute bei der Lichtentfärbung der in wäßrigen Lösungen solubilisierten Carotinpigmente Lutein und-Carotin wurde für monochromatisches Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen bestimmt, um ein objektives Maß der Lichtempfindlichkeit dieser natürlichen Lebensmittelfarbstoffe zu erhalten. Die Quantenausbeuten sind proportional der Quadratwurzel des Sauerstoffpartialdrucks. Dies indiziert einen komplizierten Photooxidationsmechanismus der Carotenoide. Gegen UV-Licht ist Lutein empfindlicher als-Carotin, und für Lutein sind Quantenausbeuten der luftgesättigten Lösungen bei 20 °C und 313 nm 7,8×10^–3 mol Einstein^–1 und bei 366 nm 5,1×10^–4, im Vergleich mit 4,7×10^–3 beziehungsweise 3,9×10^–4 für-Carotin. Bei sichtbarem Licht ist die Photooxidation weniger ausgesprochen und die Quantenausbeuten bei 436 sind weniger als 3×10^–5 für Lutein, beziehungsweise 3,7×10^–5 für-Carotin. Signifikant ist auch die Lichtentfärbung eines Luzernenextraktes, der als Getränkefarbstoff dient, und worin das Pigment eine komplizierte Mischung von geometrischen Isomeren (hauptsächlich von Lutein-Palmitat) ist, obwohl die Quantenausbeute im allgemeinen niedriger als diejenige für Lutein ist. Für solche Extrakte könnte der sensibilisierte Photoabbau mit Initiallichtabsorption von anderen Pigmenten wichtig sein, wie es in einem Modellsystem mit Rose-bengal als Lichtabsorbierer nachgewiesen wurde. Die Abhängigkeit der Quantenausbeute vom Sauerstoffpartialdruck zeigt, daß für die sensibilisierte Photooxidation wenigstens zwei Reaktionswege wichtig sind, und ein großer Deuterium-Isotop-Effekt leistet den Beweis dafür, daß Singlet-Sauerstoff irgendwie mit dem sensibilisierten Photoabbau verbunden sein muß.