Farbstoffe – Was ist das Eigentlich ?

Was sind Farbstoffe ?

Farbstoffe sind färbende Substanzen, welche anders den Pigmenten, in Flüssigkeiten gelöst sind. Sie sind Einteilbar nach ihrem Ursprung, ihrer Anwendung und Struktur. Sie sind seit Jahrtausenden bekannt, und bereits 2500 v Chr. Wurde die Indigopflanze angebaut und zum Färben verwendet. Im Altertum benutze man besonders Indigo und Purpur, aber auch Alizarin, Henna, Kermes, Safran und Kurkuma. Um 1834 wurden Farben aus Steinkohleteer gewonnen, und um 1843 wurden die Verfahren zum isolieren dieser stark ausgeweitet. Gegen 1856 wurde der erste synthetische Farbstoff, auf Basis der Witts Farbstofftheorie entdeckt, das violette Mauveine. Das echte Purpur wird mittlerweile nur noch für religiöse Zwecke verwendet, da seine Gewinnung aus der Purpurschnecke teuer ist^[1].

Was sind Farben überhaupt und wie entstehen sie ?

Die Farben die wir sehen sind nur ein sehr kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Das menschliche Auge sieht nur einen Wellenlängenbereich von 380(violett) bis 780 (rot)nm. Vor dem Bereich des sichtbaren Lichts liegt der UV-Bereich (Ultraviolett), nach dem sichtbarem Licht liegt der Infrarotbereich, beide unsichtbar für das menschliche Auge. Jegliche Körper sind farbig wenn sie einen bestimmten Teil des Lichts absorbieren, und einen anderen reflektieren. Reflektiert ein Körper alle Wellenlängen, so erscheint er Weiß, da sich alle Farben gegenseitig ausgleichen. Absorbiert ein Körper alle Wellenlängen, so erscheint er schwarz, da kaum Reflexionen von unseren Augen aufgenommen werden. Je nachdem welche Wellenlängen absorbiert und reflektiert werden erhält der Körper für das menschliche Auge eine Farbe. Metalle sind meist glänzend und reflektiv, da sie das Licht schwächer streuen als z.B. ein Salz^[2].

Wieso sind Farbstoffe farbig ?

Organische Farbstoffe erhalten ihre Farbe durch ihre Struktur und funktionellen Gruppen. Beschrieben wird dies durch die Witts Farbstofftheorie. Sie besagt, dass Moleküle aus Chromophoren, Systemen mit delokalisierten π-Elektronen, auxochromen Gruppen mit +M-Effekt und antiauxochromen Gruppen mit -M-Effekt bestehen. All diese Eigenschaften geben einem Stoff seine Färbung. Chromophore sind Moleküle mit konjugierten Doppelbindungen, also Doppelbindungen mit einer Bindung Abstand zu einander. So z.B. im Benzen, und damit bei allen aromatischen Verbindungen. Auxochrome Gruppen sind funktionelle Gruppen welche ein freies Elektronenpaar besitzen, welches es an das Molekül abgeben kann, so z.B. Hydroxy- oder Aminogruppen. Sie verstärken die Färbung eines Stoffes. Antiauxochrome Gruppen sind solche, welche eine Doppel- oder Dreifachbindung besitzen, und deshalb die Elektronendichte erhöhen. So z.B. Nitro- und Carbonsäuregruppen. Sie verringern die Färbung des Stoffes. Die Mischung aus Chromophoren, auxochromen und antiauxochromen wurde von Witts als Grund für die Färbung genannt, und basierend auf dieser Theorie konnte der erste synthetische Farbstoff Mauvein hergestellt werden^[3].

Wo kommen Farbstoffe her, und wofür werden sie benutzt ?

Farbstoffe werden oft in der Textilindustrie verwendet um Textilien zu färben, so werden Jeans seit je her mit dem Farbstoff „Indigo“ gefärbt. Indigo ist ein sogenannter Küpenfarbstoff, welche eine in Wasser unlösliche farbige, und eine in Wasser lösliche nicht farbige Form habt. Sie werden z.B. auch als sogenannte Dispersionsfarben für Lacke benutzt. Zudem gib es noch eine große Anzahl an unterschiedlichen Anwendungen und Strukturen. Die bekanntesten sind hierbei die Azo-, Methin-, und Nitrofarbstoffe. Zudem finden sie Anwendung in Lebensmitteln und Verbrauchsgütern. Diese Farbstoffe sind mit E Nummern von E100 bis E163 + E180 betitelt, und werden in vielen Lebensmitteln und Kosmetika eingesetzt. In Lebensmitteln und Kosmetika sind sie meist dazu die Produkte zu verschönern, oder ein appetitlicheres Aussehen zu verleihen. Es gibt zudem die Unterscheidung in natürlich und synthetische Farbstoffe. Natürliche sind z.B. Indigo, Hena, Alizarin, Crocetin, Basilin, Chlorophyll, Karmin, Curcurmin und Riboflavin. Synthetische sind z.B. Tatrazin, Chinolingelb, Erythrosin, Brilliantschwarz BN oder Litholrubin BK. Natürliche Farbstoffe sein meist arg schwach in Farbkraft, Lichtechtheit, Glanz und Beständigkeit^[4].

Was machen Farbstoffe in Kosmetika ?

Wie bei Lebensmittel sind sie dazu da das Produkt zu verschönern und ansehnlicher zu machen. Farbstoffe wie Chlorophyll (Das natürliche Blattgrün), oder andere seiner Derivate, meistens mit Kupfer statt Magnesium in Zentrum, dienen dazu viele Produkte grüner zu machen. Zudem enthalten viele Pflanzenextrakte noch ihre eigenen Farbstoffe, und färben so das Produkt ohne den Zusatz von Farbstoffen^[5].

Sind Farbstoffe bedenklich ?

Viele Farbstoffe gelten als ungefährlich, aber sie können zu Allergien und Pseudoallergien führen. So reagieren manche Menschen empfindlich gegenüber bestimmten Farbstoffen. Ebenfalls stehen die Azofarbstoffe im verdacht bei Kindern Hyperaktivität und Aufmerksamkeitsstörungen zu verursachen. Dies habe eine Studie in 2007 ergeben^[6], aufgrund welcher die EFSA, trotz bezweifelter Aussagekraft, die ADI´s von 3 dieser Stoffe Heruntergesetzt hat. (ADI = Allowed Daily Intake, EFSA = European Food Safety Authority). Zudem müssen Lebensmittel mit diesen Farbstoffen den Warnhinweis „Kann Aktivität und Aufmerksamkeit bei Kindern beeinträchtigen“ tragen. Der Farbstoff Chinolingelb ist in den USA verboten. Die Verwendung von Azofarbstoffen in Nahrungsmittel ist seit dem Beschluss der EU-Kommission 2010, stark zurückgegangen, da ein solcher Warnhinweis das Marketing erschwert^[7].

Geht es auch ganz ohne Farbstoffe ?

Nur sehr selten, da selbst ein mit „ohne Farbstoffe“ betiteltes Produkt auch Farbstoffe aus z.B. Fruchtsäften enthalten kann, welche nicht explizit als Farbstoffe deklariert werden müssen. Aber bei weitem nicht alle Farbstoffe haben negative Eigenschaften, so gelten viele als gänzlich sicher. Farbstoffe zu suchen und explizit zu vermeiden ist schwer möglich, und teilweise auch überflüssig. Hält man sich an bestimmte Grenzwerte, und ernährt sich nicht ausschließlich von Fertigprodukten, sondern kocht des öfteren mit frischen Zutaten, so kann man die Farbstoffeinnahme ein gutes Stück vermindern^[8].

Quellen:

Wikipedia ^{[1][2][3][4][5][7][8]}

Studie zu Azofarbstoffen ^[6]