Leuchtend rote Bonbons, Limonaden oder Würstchen enthalten oft den Farbstoff Karmin, der auf der Zutatenliste meist als Zusatzstoff E120 auftaucht. Gewonnen wird die Substanz aus getrockneten weiblichen Cochenille-Schildläusen – und zwar schon seit Jahrtausenden. Historische Quellen legen nahe, dass das tierische Extrakt schon um 700 vor Christus zum Färben von Textilien eingesetzt wurde. Auch Künstler wie Rembrandt und Van Gogh malten mit Karmin. Dabei zeichnet sich das Pigment durch eine leuchtend rote Farbe aus, die auch im Laufe der Zeit kaum verblasst.
Poröse Struktur
„Aufgrund seiner weit verbreiteten historischen und heutigen Verwendung wurde über die Struktur von Karmin und eine mögliche Erklärung für seine besondere Farbbrillanz und Beständigkeit viel spekuliert“, berichtet ein Team um Erik Svensson Grape von der University of Oregon. „Doch obwohl Karmin eine kristalline Substanz ist, war eine Analyse mit traditionellen Methoden wie der Einkristall-Röntgenbeugung nicht möglich, weil man keine ausreichend große Kristalle dafür züchten konnte.“ Svensson Grape und sein Team nutzten deshalb moderne Techniken der Elektronenmikroskopie, darunter die sogenannte 3D-Elektronenbeugung, die auch Kristalle mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer analysieren kann.
Dabei stießen die Forschenden auf eine erstaunliche Struktur: Das Karmin besteht aus winzigen Mikrokristallen mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,6 Mikrometern, zusammengesetzt aus schmetterlingsförmigen Metallkomplexen. Diese enthalten in ihrem Inneren jeweils zwei Calcium- und Aluminium-Ionen, umgeben von vier Karminsäure-Molekülen. Wenn sich mehrere dieser molekularen Schmetterlinge zusammenlagern, entsteht eine Struktur mit winzigen Poren mit einem Durchmesser von etwa 1,8 Nanometern.
Herstellung nach historischem Rezept
„Es war wirklich überraschend, dass ein seit langem verwendetes Pigment, das aus einem natürlich vorkommenden Molekül hergestellt wird, diese Art von Struktur aufweist“, sagt Svensson Grape. „Chemiker haben erst vor kurzem begonnen, Materialien mit dieser Art poröser Architektur gezielt zu entwickeln und einzusetzen – beispielsweise in der Katalyse, der Schadstoffabscheidung und der Energiespeicherung. Die ersten kommerziell erhältlichen nanoporösen Materialien wurden erst Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt.“
