Кармин

Кармин
Общие
Традиционные названия	Кармин, E120, C.I. Natural Red 4, C.I. 75470, CI 75470 (INCI)
Хим. формула	C44H39O28AlCa ⋅ 2H2O
Рац. формула	Ca[Al(C22H13O13)2(H2O)OH] ⋅ 2H2O
Внешний вид	Тёмно-красное твёрдое вещество без запаха
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	1118,8538 г/моль
Термические свойства
Температура
• плавления	136 °C
Химические свойства
Растворимость
• в воде	Почти нерастворим в холодной, малорастворим в горячей
• в этаноле	Неограниченно растворим
Классификация
Рег. номер CAS	1390-65-4
PubChem	14950
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Карми́н — это натуральный пигмент насыщенного красного цвета, извлекаемый из карминовой кислоты. Данное вещество синтезируется женскими особями насекомых, принадлежащих к семейству кошенилей (Dactylopiidae) . Этимология термина «кармин» восходит к французскому carmin, образованному путем слияния арабского «кирмиз» (означающего кошениль) и латинского minium (киноварь).

Процесс получения кармина включает перевод водорастворимой карминовой кислоты пурпурного оттенка в нерастворимый комплекс. Процесс достигается путем взаимодействия кислоты с неорганическими солями алюминия и кальция, что приводит к формированию интенсивно окрашенной комплексной соли.

В пищевой промышленности кармин известен под кодом E120 и широко применяется в качестве красителя. Кроме того, этот пигмент дал название особому оттенку в красно–пурпурной гамме, обогатив палитру цветовых определений.

История

Первые упоминания о кармине как красителе встречаются в трактате De Materia Medica, составленном древнегреческим врачом Диоскоридом в I веке нашей эры. В своем труде он отмечает различные источники этого пигмента, ранжируя их по качеству:

ἀρίστη δέ ἐστιν ἡ Γαλατικὴ καὶ Ἀρμενιακή, ἔπειτα ἡ Ἀσιανὴ καὶ Κιλίκιος, ἐσχάτη δὲ πασῶν ἡ Σπάνη.

Позднее, в VII веке, армянский ученый Анания Ширакаци описывает производство красной краски в регионе Айрарат, упоминая о червях, извлекаемых из корней определенных растений.

В X веке арабский географ Абу Исхак аль–Истахри, описывая столицу Армении, отмечает местное производство текстиля и красителя «кирмиз», получаемого из насекомых, напоминающих шелкопрядов.

В Армении кармин, известный как «кармин вортан», широко применялся для иллюминирования древних манускриптов и евангелий.

В прошлом столетии Институт зоологии Академии наук Армянской ССР вел разработки по промышленному производству кармина из эндемичного вида насекомых — Араратской кошенили (Porphyrophora hamelii).

Получение

Основным источником кармина служат женские особи мексиканской кошенили (Dactylopius coccus), разводимые на кактусах рода Опунция. Однако существуют и альтернативные виды насекомых, пригодные для производства этого красителя. К примеру, в Армении используется эндемичный вид — Араратская кошениль (Porphyrophora hamelii).

Ключевым компонентом кармина выступает карминовая кислота — дериват 1-гидроксиантрахинона. Примечательно, что цвет этого соединения варьируется в зависимости от pH среды: от оранжевого при pH 3 до красного при pH 5,5 и пурпурного при pH 7. Карминовая кислота обладает способностью формировать комплексы с ионами металлов, в частности алюминия, что приводит к образованию насыщенных красных пигментов.

Технология получения кармина включает сбор насекомых на стадии, предшествующей яйцекладке, их механическое удаление с растений и последующую сушку. Затем высушенную биомассу измельчают в порошок, который обрабатывают раствором аммиака или карбоната натрия. После фильтрации к очищенному раствору карминовой кислоты добавляют алюмокалиевые квасцы, инициируя реакцию с ионами алюминия и образование осадка.

Для контроля скорости осаждения и модификации оттенков используются различные добавки, включая дихлорид олова, лимонную кислоту, тетраборат натрия, желатин, а также известь и соли других металлов. Конечный продукт представляет собой комплексную соль состава Ca[Al(C22H13O3)2(H2O)OH] ⋅ 2H2O, известную как кармин (код C.I.75470).

Несмотря на трудоемкость процесса и высокую себестоимость по сравнению с синтетическими аналогами, натуральный кармин остается востребованным. Перу является лидером в производстве этого красителя, контролируя 95% мирового рынка. В 2017 году экспорт кармина из этой страны достиг 647 тонн.

Скопление самок мексиканской кошенили (Dactylopius coccus) на опунции

Свойства

Оптические характеристики

Спектроскопические исследования показали, что кармин преимущественно отражает световые волны красного спектра. Диапазон длин волн отраженного света варьируется от 497 нм, что соответствует темно–пурпурно–красному оттенку, до 612 нм, дающего ярко–красный цвет. Точный оттенок кармина определяется наличием и концентрацией ионов различных металлов в структуре комплексной соли. В частности, присутствие незначительных количеств ионов цинка придает кармину малиновый тон.

Светопропускающие свойства

Степень прозрачности кармина напрямую зависит от используемого связующего вещества. При смешивании с маслами краситель сохраняет полупрозрачность, что делает его идеальным компонентом для создания глазурей. В то же время, при соединении с темперными красками кармин приобретает непрозрачность.

Устойчивость к внешним воздействиям

Кармин характеризуется относительно низкой стойкостью к внешним факторам. Его цветостойкость подвержена влиянию различных условий, включая освещенность и влажность. Особенно чувствителен кармин к воздействию света, под влиянием которого может приобретать коричневатые оттенки. В живописи долговечность красочного слоя с кармином зависит от типа используемого связующего: пигменты на основе льняного масла демонстрируют большую стабильность по сравнению с составами на основе гуммиарабика. Наиболее уязвимым к световому воздействию является кармин в составе акварельных красок.

Для повышения стабильности кармина применяется метод частичной стабилизации на стадии осаждения карминовой кислоты. Этот эффект достигается путем добавления солей олова (II) к раствору алюминиевых квасцов.

Применение

Кармин, известный с античных времен, традиционно использовался для окрашивания текстильных изделий, включая пряжу для изготовления ковров различных типов. Этот пигмент также нашел применение в создании миниатюр на древних пергаментах, придавая им яркие и насыщенные оттенки.

В современном мире спектр применения кармина значительно расширился. Он востребован в производстве декоративных цветов, лакокрасочных материалов, чернил пурпурного цвета, косметической продукции и даже некоторых фармацевтических препаратов. В области микроскопии кармин применяется для окрашивания гистологических образцов по методу Беста.

Несмотря на возможность синтетического производства карминовой кислоты, этот процесс остается экономически невыгодным из-за своей сложности и высокой стоимости. Поэтому натуральный кармин сохраняет свою актуальность. Однако его относительно низкая химическая стабильность ограничивает использование в текстильной промышленности и производстве красок, хотя это не является существенным недостатком для косметической отрасли.

Использование в пищевой индустрии

В пищевой промышленности кармин зарегистрирован под кодом E120 и широко применяется как краситель и ароматизатор. Его использование охватывает различные сегменты:

1. Мясоперерабатывающая и рыбная промышленность: жидкий экстракт кармина применяется при производстве колбасных изделий и для придания цвета цельномышечным деликатесам.

2. Молочная и кондитерская отрасли: краситель используется для придания продукции привлекательного внешнего вида.

3. Производство напитков: кармин входит в состав некоторых алкогольных и безалкогольных напитков. Примечательны итальянский ликер Алькермес, чье название, как и термин «кармин», восходит к персидскому слову «кирмиз», и популярный аперитив Кампари, обязанный своим характерным цветом именно кармину.

Безопасность

В 1983 году Объединенный экспертный комитет по пищевым добавкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН и Всемирной организации здравоохранения (JECFA) установил норму допустимого суточного потребления (ДСП) кармина. Согласно этому решению, безопасным считается употребление не более 5 милиграммов красителя на килограмм массы тела человека в сутки.

Три десятилетия спустя, в 2015 году, Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) провело комплексную оценку влияния кармина на здоровье человека. Исследования охватывали широкий спектр потенциальных рисков, включая острую и хроническую токсичность, а также возможные канцерогенные, репродуктивные и тератогенные эффекты. На основании полученных данных эксперты EFSA пришли к заключению о безопасности использования кармина в качестве пищевой добавки в рамках установленных ранее норм ДСП. Таким образом, необходимость в пересмотре существующих нормативов потребления кармина не была выявлена.