För att ta itu med de problem som den traditionella europeiska färgämnesindustrin möter, forskare har utvecklat ett nytt och miljövänligt sätt att tillverka färgämnen.
Problemen som den traditionella europeiska färgindustrin möter går från brist på innovation och svag konkurrenskraft på marknaden till toxicitet, miljöfaror och hälsorisker för dem som arbetar i den. Färgämnesindustrin är baserad på kemi och processer designade för mer än ett sekel sedan, varav några är mycket energikrävande och potentiellt farliga för arbetarna. För att förhindra explosiva reaktioner vid blandning av kemikalierna, processen måste kylas ner till iskalla temperaturer, som drar mycket energi. Förutom, vissa färgämnen kan vara giftiga och det finns en risk att de kan passera huden genom svett. Dessutom, 10-15% av alla färgämnen som används i industrin släpps ut i miljön under tillverkning eller användning, utgör en viss risk för levande organismer. I ljuset av detta förbjöd EU många av dessa giftiga färgämnen men alternativ fanns inte tillgängliga för dem alla.
För att övervinna denna partiskhet, forskare i det EU-finansierade forskningsprojektet SOPHIED som leds av det katolska universitetet i Louvain, i Belgien, har extraherat speciella proteiner, kallas enzymer, från svampar. Även om de valda exemplaren inte ser särskilt färgglada ut, de kan producera de enzymer som behövs för att skapa ekofärgämnena. Dessa ämnen användes för att syntetisera färgämnen för färgning av textilier och läder.
"Vi visste redan att det finns ett helt spektrum av färger i svamparna och att enzymerna kan bilda nya färgföreningar under bioremedieringsdelen, det är den process genom vilken mikroorganismernas metabolism tar bort föroreningar. Vad vi inte visste var om det var möjligt att göra textilfärger eftersom dessa har speciella egenskaper och kemiska funktioner som man inte kan hitta i naturen”, säger Estelle Enaud från Earth and Life Institute - Applied Microbiology vid Université Catholique de Louvain. Enaud var post-doc forskare i Sophie Vanhulles team. Sophie Vanhulle, projektkoordinatorn, dog för två år sedan. "Utmaningen var om det var möjligt att använda enzymet på ett ämne som inte är naturligt, och det visade sig att det var det!”.
För att extrahera enzymerna stoppas svamparna i en vätska som innehåller näringsämnen, vilket gör att de kan växa och frigöra de önskade proteinerna. Efter att ha tagit bort svamparna, kiseldioxidpartiklar tillsätts till vätskan. "Kombinationen av enzymer och kiseldioxidpartiklar ger en stabilisering av enzymet och eliminerar proteiner i slutet av vår färgprodukt, eftersom de kan provocera fram allergier", påpekar Estelle Enaud. "Den partikel vi använde mest hade en medelstorlek på 100 µm, mycket större än nano. Nanostorleken och nanodelen av projektet berör de enzymer som är nanokatalysatorer och kan även kallas biologiska nanoverktyg”, förklarar hon. "Jag måste erkänna att jag inte riktigt gillar att använda ordet nano för även om allt jag jobbar med som biokemist är nano, biokemi är inget nytt vetenskapsområde”.
De nya färgämnena har kemiska egenskaper som gör att de kan fästa direkt på polyamidfibrerna, ull eller siden, vilket gör det onödigt att tillsätta extra kemikalier som kan förorena vatten och framkalla allergier. "Innan den här produkten släpptes på marknaden, det skulle vara viktigt att kontrollera dess toxicitet”, Victor Puntes, ansvarig för 'gruppen för oorganiska nanopartiklar' vid ICN (Institut Català de Nanotecnologia) påpekar. "I princip stora kiseldioxidpartiklar är mer giftiga än deras nanomotsvarighet:å ena sidan, eftersom de är större har de svårt att komma in i cellen, på den andra, när några av dem har kommit in, de kan producera kronisk inflammation som kan resultera, kanske 20 år senare, i någon form av cancer”, Puntes förklarar. Enaud ser till att kiseldioxidpartiklarna som de använder inte är giftiga. Hon tillägger att partiklarna vanligtvis används i tandkräm, som ingrediens i trädgårdsodling, och i betong är inte klassificerade som farliga ämnen.
En av de främsta fördelarna med traditionella färgämnen är att de tål tvättning, mekanisk nötning och blekning av solljus. De första testerna på de nya ekofärgämnena visar att färgerna bara börjar blekna i solljus. När du arbetar med en metod för att göra dem ljusbeständiga, forskare föreslår att de kan användas för att färga kläder som har en begränsad exponering för solljus, som underkläder och strumpor. "Vi behöver fortfarande optimera processen, för för tillfället är det verkligen vattenförbrukande”, Enaud erkänner.
Den enzymatiska tekniken i projektet kan ha breda tillämpningar inte bara inom textilen utan även inom läder- och kosmetikindustrin. Enligt Enaud, det kan också användas för bioremediering av giftig förening i färgämnesindustrin, tillämpas på viss bearbetning som förbättrar eller ändrar färgens utseende på mat eller dryck, utöver att användas som desinfektionsmedel för medicinska och personliga vårdtillämpningar och till och med, som en potentiell ny applikation, som biobränsleceller.
Dessa högteknologiska alternativ till traditionella textilier är endast tillgängliga i EU, vilket ger europeisk industri, hittills lidit förflyttning till utvecklingsländerna, en betydande fördel gentemot de asiatiska färgämnesmarknaderna.
