Tartrazin

Tartrazin ist ein farbechter Azofarbstoff, der unter der Bezeichnung E 102 als zitronengelber bis orangefarbener Lebensmittelfarbstoff eingesetzt wird.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Tartrazin
Andere Namen	Trinatrium-5-hydroxy-1-(4-sulfonato­phenyl)-4-[(4-sulfonatophenyl)diazen-1-yl]-1H-pyrazol-3-carboxylat (IUPAC) C.I. Acid Yellow 23 C.I. Food Yellow 4 C.I. 19140 Säuregelb Flavazin 1-Aminobenzol-4-sulfosäure→1-(4′-Sulfophenyl)-5-pyrazolon-3-carbonsäure (Natriumsalz) E 102 ACID YELLOW 23 (INCI)
Summenformel	C16H9N4Na3O9S2
Kurzbeschreibung	gelbes bis orangefarbenes geruchloses Pulver
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1934-21-0 EG-Nummer 217-699-5 ECHA-InfoCard 100.016.091 PubChem 164825 ChemSpider 21374365 Wikidata Q407158
Eigenschaften
Molare Masse	534,37 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	> 300 °C
Löslichkeit	leicht löslich in Wasser (160 g·l^−1 bei 20 °C) wenig in Ethanol nahezu unlöslich in pflanzlichen Ölen
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 317​‐​334 P: 261​‐​280​‐​342+311
Toxikologische Daten	14 μg·kg^−1 (TDLo, Mensch, oral) 12.750 mg·kg^−1 (LD50, Maus, oral) > 2 g·kg^−1 (LD50, Ratte, i.p.)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

Tartrazin wurde 1884 vom Schweizer Chemiker Johann Heinrich Ziegler (1857–1936) in den Laboratorien der Bindschedler'schen Fabrik für chemische Industrie in Basel (CIBA) entwickelt und in Deutschland 1885 von der BASF patentiert (D.R.P 34294). 1887 erfolgte die Veröffentlichung in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft. Die ursprüngliche Synthese erfolgte durch Umsetzung von Tetrahydroxybernsteinsäure mit Phenylhydrazin-4-sulfonsäure. Für die Verbindung formulierte Ziegler das Dinatriumsalz eines Osazons:

Von Ziegler vorgeschlagene Tartrazin-Struktur (1887)

1893 wurde durch Ziegler ein alternatives Herstellverfahren patentiert (Britisches Patent 5693). Ausgehend von der Überlegung, dass ein Hydrazon eine tautomere Form einer Azoverbindung darstellt (Azo-Hydrazo-Tautomerie), gelang ihm die Synthese von Tartrazin durch Azokupplung von diazotierter Sulfanilsäure mit dem Umsetzungsprodukt von Oxalessigsäurediethylester mit Phenylhydrazin-4-sulfonsäure und anschließender alkalischer Verseifung.

Hydrazo-Azo-Tautomerie

1897 konnte Richard Anschütz zeigen, dass die von Ziegler veröffentlichte Struktur nicht zutreffend ist, sondern dass es sich bei der Verbindung um ein Pyrazolonderivat handelt.

Struktur des Tartrazins in der Hydrazo- und der tautomeren Azo-Form

Anfangs wurde Tartrazin als lichtechter Farbstoff für Wolle eingesetzt.

Herstellung

Bei der ersten Synthese von Tartrazin 3 wurde Phenylhydrazin-4-sulfonsäure 1 unter alkalischen Bedingungen mit der Tetrahydroxybernsteinsäure 2 umgesetzt:

Erstsynthese von Tartrazin nach Ziegler (1887)

Bei der heute noch gängigen Alternativsynthese wird Sulfanilsäure 1 diazotiert und das Diazoniumsalz 2 auf die Pyrazolonverbindung 5 gekuppelt. Diese erhält man durch Kondensation von Phenylhydrazin-4-sulfonsäure mit Oxalessigsäureethylester in Gegenwart von Natriumacetat. Anschließend wird der Ester 6 mit Natronlauge zum Tartrazin 7 verseift.

Synthese von Tartrazin über eine Azokupplung

Verwendung

Tartrazin wird für Liköre, Spirituosen, Weine, nicht-alkoholische Getränke, Brausen und Brausepulver, Bubble Teas, Backwaren, Süßwaren, Knabberartikel, Puddingpulver, Dessertspeisen, Senf, Schmelzkäse, Fisch- und Krebspasten, in Wasabi-Imitat, als Farblack für Dragees und zum Färben von Käserinden und Kunstdärmen verwendet. Außerdem kann Tartrazin in Reinigungsmitteln, Textilien, Kosmetika und Arzneimitteln ohne gesetzlich geregelten Grenzwert verwendet werden. Tartrazin kann durch eine Mischung von Chinolingelb (E 104) und Gelborange S (E 110) ersetzt werden.

Rechtliche Situation

In Deutschland wurde durch die Farbstoff-Verordnung ab 1959 die Verwendung von Tartrazin in Lebensmitteln zugelassen. Zur Übernahme der Richtlinie des Rats zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für färbende Stoffe, die in Lebensmitteln verwendet werden dürfen in nationales Recht wurde die Farbstoff-Verordnung 1966 angepasst und für Tartrazin die E-Nummer E 102 aufgenommen. Ab 1978 wurde die Verwendung durch die Zusatzstoff-Zulassungsverordnung geregelt. In dieser wurde 1990 die Verwendung von Tartrazin in Lebensmitteln stark eingeschränkt und es war nur noch für Frucht-, Kräuter- und Gewürzliköre und Gerwürzbrandweine zugelassen. Zur Umsetzung der Richtlinie 94/34/EG in nationales Recht wurde die Zusatzstoff-Zulassungsverordnung 1998 erneut geändert und die Verwendung von Tartrazin in Lebensmitteln war wieder im weiten Bereich zugelassen.

In Österreich und der Schweiz war Tartrazin ab 1989 zum Schutz von Allergikern weitestgehend verboten, wobei in Österreich das Verbot sogar für Gebrauchsgegenstände galt. Mit der Einführung einer einheitlichen Regelung in der Europäischen Union wurde Tartrazin für bestimmte Lebensmittel unter Bedingungen ab 1993 wieder zugelassen.

Tartrazin ist aktuell in der gesamten EU durch die Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 als Lebensmittelfarbstoff zugelassen. In dieser Verordnung wird auch geregelt, dass eine Verwendung nur in bestimmten Lebensmitteln und nur mit einer maximalen Dosiermenge zulässig ist. So sind z. B. in Schmelzkäse und weinhaltige Getränken max. 100, in verschiedenen Milchprodukten wie Sahne oder Speiseeis max. 150, in Süßwaren max. 200, in Senf max. 300 und in Rührteigen bis zu 500 mg/kg erlaubt. Dabei wird die maximale Dosiermenge oft für die Summe eine Gruppe von Farbstoffen (E 100, E 102, E 120, E 122, E 160e und E 161b) festgelegt. Für Käserinde gibt es keine Mengenbeschränkung (quantum satis). Der Einsatz in festen und flüssigen Nahrungsergänzungsmitteln mit maximalen Mengen von 300, bzw. 100 mg/kg ist ebenfalls erlaubt. Unter Ausnahme von Getränken mit mehr als 1,2 % Alkohol müssen Lebensmittel, denen E 102 zugesetzt ist, zusätzlich mit der Angabe „Kann Aktivität und Aufmerksamkeit bei Kindern beeinträchtigen“ gekennzeichnet sein. In der Schweiz ist die Verwendung von Tartrazin analog durch die Zusatzstoffverordnung (ZuV) (Stand: Juli 2020) geregelt.

In Norwegen ist Tartrazin verboten. In der USA ist Tartrazin als FD&C Yellow No. 5 zugelassen, aber das Vorhandensein von Tartrazin in Lebensmitteln oder Arzneimitteln muss deklariert werden. Auf verschreibungspflichtigen Arzneimitteln muss es eine Aufschrift geben, dass Tartrazin im Produkt enthalten ist. In Kanada ist Tartrazin ebenfalls zugelassen und muss auch gekennzeichnet werden.

Gesundheit

Der biologische Wirkungsmechanismus von Tartrazin auf Lebewesen ist noch nicht genau bekannt. Es gibt verschiedene Studien über die Toxizität von Tartrazin, die jedoch auf unterschiedliche Ergebnisse kommen und teilweise umstritten sind. Tartrazin wird nur bis zu 2 % im Körper absorbiert. Dazu wird die Verbindung in der anaeroben Darmflora metabolisiert. Die Metabolite sind Sulfanilsäure und Aminopyrazole, welche aber auch stärker vom Körper aufgenommen werden können. Versuche mit Ratten zeigen, dass Sulfanilsäure die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann.

Die zulässige erlaubte Tagesdosis (englisch: acceptable daily intake (ADI)) beschreibt die Menge eines Stoffes, welche ein Leben lang täglich konsumiert werden kann, ohne die Gesundheit des Konsumenten zu gefährden. Dieser Wert wurde von dem Sachverständigenausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe der Welternährungsorganisation (FOA) und der Weltgesundheitsorganisation (WHO) erstmals 1964 auf 7,5 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag beschränkt und 2016 auf 10 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag erhöht. Die geschätzte Exposition von Tartrazin bei Kindern zwischen ein und zehn Jahren lag unter der zuvor geltenden Obergrenze. Die Einnahme von 10 mg pro Kilogramm Körpergewicht und Tag ruft nach Aussage des Ausschusses kein gesundheitliches Risiko hervor. Dieser bezieht sich auf einen NOAEL (no observed adverse effect level) von 984 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag, also die höchste Dosis, bei der keine nachweisbare nachteilige Wirkung zu beobachten ist.

Tartrazin ist allergieauslösend und damit für Allergiker problematisch. Er kann zu Atemschwierigkeiten, Hautausschlägen, Heuschnupfen, verschwommenem Sehen und Hautflecken führen. Da keine Antikörper festgestellt werden können, spricht man von einer Pseudoallergie.

Tartrazin wird als Auslöser von Hyperaktivität diskutiert. Dieser Verdacht hat sich 2008 durch Studien erhärtet. Die Auslösung von Reizbarkeit, Unruhe und Schlafstörungen bei Kindern durch Tartrazin wurden ab 10 mg/kg Körpergewicht beobachtet und waren dosisabhängig. Eine Kreuzallergie gegen Benzoesäure oder Acetylsalicylsäure (Aspirin) ist bekannt.

Einzelnachweise

1. Eintrag zu E 102: Tartrazine in der Europäischen Datenbank für Lebensmittelzusatzstoffe, abgerufen am 27. Juni 2020.
2. Eintrag zu ACID YELLOW 23 in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 28. Dezember 2020.
3. Datenblatt Tartrazin bei Alfa Aesar, abgerufen am 30. März 2010 (PDF) (JavaScript erforderlich).
4. Eintrag zu Tartrazin in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 21. November 2022. (JavaScript erforderlich)
5. Eintrag zu Tartrazin. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 21. Mai 2014.
6. Vorlage:CL Inventory/nicht harmonisiertFür diesen Stoff liegt noch keine harmonisierte Einstufung vor. Wiedergegeben ist eine von einer Selbsteinstufung durch Inverkehrbringer abgeleitete Kennzeichnung von Trisodium 5-hydroxy-1-(4-sulphophenyl)-4-(4-sulphophenylazo)pyrazole-3-carboxylate im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 17. Februar 2021.
7. Datenblatt Tartrazine bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. April 2011 (PDF).
8. Eintrag zu Tartrazine in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM) (Seite nicht mehr abrufbar, Inhalt nun verfügbar via PubChem ID 164825)
9. S. D. LOCKEY: Allergic reactions due to F D and C Yellow No. 5, tartrazine, an aniline dye used as a coloring and identifying agent in various steroids. In: Annals of allergy. Band 17, 1959 Sep-Oct, S. 719–721, PMID 14417794.
10. FAO Nutrition Meetings Report Series. Vol. 38B, S. 88, 1966.
11. Patent DE34294C: Verfahren zur Darstellung von organischen Farbstoffen durch Condensation von Hydrazinen mit Dioxyweinsäure. Angemeldet am 18. Juni 1885, veröffentlicht am 2. Januar 1886, Anmelder: Badische Anilin- und Sodafabrik.‌
12. Johann Heinrich Ziegler: Ueber die Tartrazine, eine neue Klasse von Farbstoffen. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 20, Nr. 1, 1887, S. 834 ff., doi:10.1002/cber.188702001188. 
13. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Tetrahydroxybernsteinsäure: CAS-Nummer: 76-30-2, EG-Nummer: 200-951-3, ECHA-InfoCard: 100.000.866, PubChem: 6439, ChemSpider: 6199, Wikidata: Q27291294.
14. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Phenylhydrazin-4-sulfonsäure: CAS-Nummer: 98-71-5, EG-Nummer: 202-694-2, ECHA-InfoCard: 100.002.450, PubChem: 66825, ChemSpider: 60189, Wikidata: Q27277588.
15. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu Oxalessigsäurediethylester: CAS-Nummer: 108-56-5, EG-Nummer: 203-594-1, ECHA-InfoCard: 100.003.268, PubChem: 66951, ChemSpider: 60310, Wikidata: Q27251741.
16. Johann Heinrich Ziegler: 104. Nekrologe. In: Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich. Band 81, Nr. 3-4, 1936, S. 313–314 (ngzh.ch [PDF]): „Es ist hier nicht der Ort, diese zweite Synthese zu beschreiben, nur das sei gesagt, dass ZIEGLER als einer der ersten die sogenannte Tautomerie organischer Verbindungen erkannte und sofort praktisch verwertete.“ 
17. R. Anschütz: Ueber die Constitution des Tartrazins. In: Justus Liebig’s Annalen der Chemie. Band 294, Nr. 2, 1897, S. 219, doi:10.1002/jlac.18972940207. 
18. Tartrazin (E102) https://utopia.de/ratgeber/tartrazin-e102-weshalb-der-farbstoff-kritisch-ist/
19. BGBl. 1959 I S. 756 vom 19. Dezember 1959
20. BGBl. 1966 I S. 74 vom 20. Januar 1966
21. BGBl. 1990 I S. 1053 vom 13. Juni 1990
22. BGBl. 1998 I S. 230 vom 29. Januar 1998
23. Angela Clausen: Azofarbstoffe in Lebensmitteln. In: Gesundheitsberatung. Verband für Unabhängige Gesundheitsberatung, abgerufen am 17. Februar 2021. 
24. Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2008 über Lebensmittelzusatzstoffe in der konsolidierten Fassung vom 8. August 2021
25. Anh. 5 zu Art. 24 Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 vom 16. Dezember 2008 über Lebensmittelzusatzstoffe (PDF), abgerufen am 16. November 2019.
26. Verordnung des EDI über die zulässigen Zusatzstoffe in Lebensmitteln. (PDF) Das Eidgenössische Departement des Innern (EDI), 1. Juli 2020, abgerufen am 20. Dezember 2020. 
27. List of Permitted Colouring Agents (Lists of Permitted Food Additives). Government of Canada, 8. Februar 2021, abgerufen am 17. Februar 2021 (englisch). 
28. Fatma Zohra Ameur, Nabila Mehedi, Cristina Soler Rivas, Antonio Gonzalez, Omar Kheroua, Djamel Saidi: Effect of tartrazine on digestive enzymatic activities: in vivo and in vitro studies. In: Toxicological Research. Band 36, 21. November 2019, S. 159–166, doi:10.1007/s43188-019-00023-3. 
29. BRUNO MOREIRA SOARES, TAÍSSA MAÍRA THOMAZ ARAÚJO, JORGE AMANDO BATISTA RAMOS, LAINE CELESTINO PINTO, BRUNA MEIRELES KHAYAT, MARCELO DE OLIVEIRA BAHIA, RAQUEL CARVALHO MONTENEGRO, ROMMEL MARIO RODRÍGUEZ BURBANO and ANDRÉ SALIM KHAYAT: Effects on DNA Repair in Human Lymphocytes Exposed to the Food Dye Tartrazine Yellow. In: Anticancer Research. Band 35, Nr. 3, März 2015, S. 1465–1474 ([1] [PDF]). 
30. Gadah Albasher, Najla Maashi, Saleh Alfarraj, Rafa Almeer, Tarfa Albrahim, Fatimah Alotibi, May Bin-Jumah, Ayman M. Mahmoud: Perinatal Exposure to Tartrazine Triggers Oxidative Stress and Neurobehavioral Alterations in Mice Offspring. In: Antioxidants. Band 9, Nr. 1, Januar 2020, S. 53, doi:10.3390/antiox9010053. 
31. Bewertungen des Gemeinsamen FAO/WHO-Expertenausschusses für Lebensmittelzusatzstoffe (JECFA): Tartrazin
32. European Food Safety Authority: Glossary
33. Manjeet S. Bhatia: Allergy to Tartrazine in Psychotropic Drugs. In: The Journal of Clinical Psychiatry. Band 61, Nr. 7, 15. Juli 2000, S. 473–476, doi:10.4088/jcp.v61n0703. 
34. Donna McCann, Angelina Barrett u. a.: Food additives and hyperactive behaviour in 3-year-old and 8/9-year-old children in the community: a randomised, double-blinded, placebo-controlled trial. In: The Lancet. 370, 2007, S. 1560, doi:10.1016/S0140-6736(07)61306-3.
35. EFSA: Assessment of the results of the study by McCann et al. (2007) on the effect of some colours and sodium benzoate on children’s behaviour. (PDF; 437 kB) The EFSA Journal (2008) 660, 1–53.
36. Rowe, Katherine S.; Rowe, Kenneth J. Synthetic food coloring and behavior: A dose response effect in a double-blind, placebo-controlled, repeated-measures study. The Journal of Pediatrics 1994, 125 (5) 691– 698.