Искусственные красители

Искусственные красители — это синтетические химические соединения, природного происхождения не имеющие, используемые для придания, восстановления или изменения цвета различным материалам, продуктам питания, текстилю, косметике и лекарственным средствам. В отличие от натуральных красителей, получаемых из растений, животных или минералов, искусственные красители производятся путём органического синтеза, как правило, из продуктов переработки нефти, каменноугольной смолы или других углеводородных источников. Ключевыми характеристиками искусственных красителей являются высокая интенсивность окрашивания, стабильность цвета, устойчивость к свету, температуре, кислотности и микроорганизмам, а также широкая цветовая палитра и воспроизводимость оттенков.

История

Открытие первых синтетических красителей

История искусственных красителей началась в середине XIX века. До этого все красители были исключительно природными — индиго, ализарин, пурпур, кармин. Первый синтетический краситель был получен случайно в 1856 году английским химиком Уильямом Генри Перкином. Пытаясь синтезировать хинин — лекарство от малярии, он окислил анилин и получил фиолетовое вещество, которое назвал мовеином (от фр. mauve — мальва). Мовеин стал первым коммерчески успешным синтетическим красителем, положив начало анилиновой промышленности. В 1858 году немецкий химик Август Гофман синтезировал фуксин — краситель красного цвета, а в 1868 году Карл Гребе и Карл Либерман разработали промышленный синтез ализарина — красного красителя, ранее добываемого из корней марены.

Развитие промышленности в XIX—XX веках

К концу XIX века химическая промышленность Германии, Великобритании и Швейцарии стала лидером в производстве синтетических красителей. Были открыты классы азокрасителей, антрахиноновых, трифенилметановых красителей. В 1880 году немецкий химик Адольф фон Байер разработал синтез индиго — синего красителя, который ранее получали из растений рода Indigofera. Промышленное производство индиго началось в 1897 году компанией BASF, что привело к резкому падению спроса на натуральное индиго из Индии и Центральной Америки. В первой половине XX века объёмы производства искусственных красителей росли, особенно в СССР, где в 1920—1930-е годы были построены крупные заводы — Рубежанский, Дорогомиловский, Кемеровский. К 1960-м годам синтетические красители полностью вытеснили природные из текстильной промышленности и начали активно применяться в пищевой отрасли.

Современное состояние

В XXI веке мировой рынок искусственных красителей оценивается в миллиарды долларов. Основные производители — компании Китая, Индии, Германии, США и Японии. В России производство искусственных красителей осуществляется на нескольких предприятиях, в частности на «Пигмент» (Тамбов), «Химпром» (Новочебоксарск) и других. Однако значительная часть красителей импортируется. В последние десятилетия усилились требования к безопасности красителей, особенно пищевых, что привело к запрету ряда веществ в некоторых странах и к развитию альтернатив — натуральных красителей и микробиологических пигментов.

Классификация

По химическому строению

Искусственные красители подразделяются на несколько основных классов в зависимости от структуры хромофорной группы (группы атомов, ответственной за поглощение света и цвет):

• Азокрасители — содержат одну или несколько азогрупп (-N=N-). Самый многочисленный класс (около 60-70% всех синтетических красителей). Примеры: тартразин (E102), понсо 4R (E124), амарант (E123).
• Антрахиноновые красители — производные антрахинона. Отличаются высокой светостойкостью. Примеры: ализарин, дисперсный синий 56.
• Трифенилметановые красители — производные трифенилметана. Дают яркие, насыщенные цвета, но часто нестабильны к свету. Примеры: малахитовый зелёный, кристаллический фиолетовый, фенолфталеин.
• Фталоцианиновые красители — содержат фталоцианиновое кольцо. Отличаются высокой прочностью и яркостью. Примеры: фталоцианиновый синий, фталоцианиновый зелёный.
• Индигоидные красители — структурно близки к индиго. Примеры: индиго (E132), тиоиндиго.
• Ксантеновые красители — производные ксантена. Примеры: эозин, флуоресцеин, родамин.

По области применения

• Пищевые красители — используются для окрашивания продуктов питания и напитков. В России и странах Евразийского экономического союза (ЕАЭС) им присваиваются индексы E100–E199. Примеры: E102 (тартразин), E110 (жёлтый «солнечный закат»), E124 (понсо 4R), E133 (бриллиантовый синий FCF).
• Текстильные красители — для окрашивания волокон (хлопок, шерсть, полиэстер, нейлон). Делятся на прямые, кислотные, основные, активные, дисперсные, кубовые, сернистые.
• Косметические красители — для производства губных помад, теней, лаков для ногтей, шампуней. Примеры: CI 42090 (синий 1), CI 19140 (жёлтый 5), CI 17200 (красный 33).
• Красители для лекарственных средств — для окрашивания таблеток, капсул, сиропов. Примеры: E171 (диоксид титана), E132 (индигокармин).
• Промышленные красители — для окрашивания пластмасс, резины, бумаги, кожи, строительных материалов, чернил, красок.

По растворимости

• Водорастворимые — легко растворяются в воде. Используются в пищевой, фармацевтической, косметической промышленности.
• Маслорастворимые — растворяются в жирах и органических растворителях. Применяются в производстве восков, жиров, масел, пластмасс.
• Дисперсные — нерастворимы в воде, но диспергируются в виде мелких частиц. Используются для окрашивания синтетических волокон (полиэстер, ацетат).

Характеристики и свойства

Цвет и интенсивность

Цвет искусственного красителя определяется его химической структурой — наличием хромофорных групп (азо-, нитро-, нитрозо-, карбонильной, хиноидной) и ауксохромных групп (амино-, гидроксильной, сульфо-, карбоксильной), которые усиливают и смещают цвет. Интенсивность окрашивания (красящая способность) у искусственных красителей в десятки и сотни раз выше, чем у натуральных: для окрашивания 1 кг продукта достаточно нескольких миллиграммов красителя.

Светостойкость и термостойкость

Светостойкость — способность сохранять цвет под воздействием солнечного света. У разных классов красителей она варьирует: фталоцианиновые и антрахиноновые красители обладают высокой светостойкостью, трифенилметановые — низкой. Термостойкость — способность выдерживать высокие температуры без разложения. Пищевые красители обычно термостойки до 200–250 °C, что позволяет использовать их в выпечке, варке, стерилизации.

Устойчивость к химическим воздействиям

Искусственные красители различаются по устойчивости к кислотам, щелочам, окислителям, восстановителям. Например, азокрасители часто разрушаются в щелочной среде, а антрахиноновые — устойчивы к кислотам. Это свойство учитывается при выборе красителя для конкретного продукта или материала.

Токсикологические свойства

Токсичность искусственных красителей зависит от их химической структуры. Многие красители, особенно старые (например, амарант E123, цитрусовый красный 2), были признаны потенциально опасными и запрещены в ряде стран. Современные красители проходят строгие токсикологические испытания, включая тесты на мутагенность, канцерогенность, аллергенность. В России и ЕАЭС допускаются к применению только красители, включённые в Технический регламент Таможенного союза «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» (ТР ТС 029/2012).

Применение

Пищевая промышленность

Искусственные красители широко используются в производстве кондитерских изделий (конфеты, драже, мармелад, жевательная резинка), безалкогольных напитков, мороженого, йогуртов, сыров, колбасных изделий, соусов, приправ, чипсов, завтраков. Они позволяют придать продуктам привлекательный внешний вид, восстановить цвет, потерянный при переработке, или стандартизировать оттенок. В России и других странах ЕАЭС разрешено применение около 20 синтетических пищевых красителей. Наиболее распространённые: тартразин (E102), жёлтый «солнечный закат» (E110), азорубин (E122), понсо 4R (E124), бриллиантовый синий (E133), зелёный S (E142), индигокармин (E132).

Текстильная промышленность

Искусственные красители являются основой окрашивания текстиля. Они применяются для окрашивания всех типов волокон: натуральных (хлопок, лён, шерсть, шёлк) и синтетических (полиэстер, нейлон, акрил, полипропилен). Для каждого типа волокна используются определённые классы красителей: активные — для хлопка, кислотные — для шерсти и шёлка, дисперсные — для полиэстера. Процесс окрашивания включает стадии подготовки (отбеливание, мерсеризация), нанесения красителя, фиксации (закрепления) и промывки.

Косметика и парфюмерия

В косметике искусственные красители используются для окрашивания губных помад, блесков для губ, теней для век, подводок, лаков для ногтей, румян, тональных кремов, шампуней, гелей для душа, мыла. В России и ЕАЭС их применение регулируется Техническим регламентом «О безопасности парфюмерно-косметической продукции» (ТР ТС 009/2011). Допускаются только красители из перечня, утверждённого Комиссией Таможенного союза.

Фармацевтика

В производстве лекарственных средств искусственные красители применяются для окрашивания таблеток (например, в оболочку), капсул, сиропов, суспензий. Это позволяет улучшить внешний вид, облегчить идентификацию препарата, повысить приверженность пациентов лечению. В России и ЕАЭС перечень разрешённых красителей для лекарств установлен в Государственной фармакопее.

Другие отрасли

Искусственные красители используются в производстве пластмасс, резины, бумаги, кожи, строительных материалов (краски, лаки, эмали), чернил для принтеров, маркеров, фломастеров, в химическом анализе (индикаторы), в биологии и медицине (окрашивание гистологических препаратов), в микроскопии (флуоресцентные красители).

Критика и безопасность

Аллергические реакции

Некоторые искусственные красители, особенно тартразин (E102) и жёлтый «солнечный закат» (E110), могут вызывать аллергические реакции у чувствительных людей, включая крапивницу, отёк Квинке, астматические приступы. В Европейском союзе с 2010 года действует требование указывать на упаковке продуктов, содержащих E102, E110, E122, E124, E129, предупреждение: «может оказывать отрицательное влияние на активность и внимание детей».

Связь с гиперактивностью

Ряд исследований, в частности Саутгемптонское исследование 2007 года, выявили возможную связь между потреблением некоторых искусственных красителей (E102, E110, E122, E124, E129) и повышением гиперактивности у детей. В результате в Великобритании и других странах ЕС производители добровольно отказались от использования этих красителей в некоторых продуктах. В России и ЕАЭС эти красители по-прежнему разрешены, но с ограничениями по максимальным дозировкам.

Канцерогенность

Некоторые искусственные красители были признаны потенциальными канцерогенами. Например, амарант (E123) запрещён в США, Великобритании, России и других странах из-за подозрений на канцерогенность. Цитрусовый красный 2 (E121) запрещён в ЕС и России. В 2010 году Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицировало некоторые красители, используемые в текстильной промышленности, как возможные канцерогены для человека.

Регулирование в России

В России и других странах ЕАЭС применение искусственных красителей регулируется Техническим регламентом ТР ТС 029/2012. Для каждого красителя установлены максимально допустимые уровни содержания в продуктах питания (в мг/кг). Запрещены к использованию в пищевых продуктах красители: E121 (цитрусовый красный 2), E123 (амарант), E128 (красный 2G), E154 (коричневый FK), E155 (коричневый HT), E173 (алюминий), E174 (серебро), E175 (золото) и другие. Контроль за соблюдением требований осуществляет Роспотребнадзор.

Источники

1. Технический регламент Таможенного союза «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» (ТР ТС 029/2012).
2. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности парфюмерно-косметической продукции» (ТР ТС 009/2011).
3. Государственная фармакопея Российской Федерации (XIV издание).
4. «Красители синтетические органические» — статья в Большой российской энциклопедии, 2015.
5. «Химия и технология органических красителей» — учебник для вузов, под ред. Б. И. Степанова, 2010.
6. «Food Additives: A Practical Guide» — R. Wood, 2018.
7. «Colour Chemistry» — R. M. Christie, 2015.
8. «The Chemistry of Synthetic Dyes» — K. Venkataraman, 2012.