Wetenschappers hebben een baanbrekende methode ontwikkeld om gekleurd textiel rechtstreeks uit bacteriën te produceren, waardoor traditionele, vervuilende verfprocessen overbodig worden. Het onderzoek, gepubliceerd in Trends in Biotechnology, demonstreert een duurzame en efficiënte manier om in één stap levendige, regenboogkleurige stoffen te creëren.
Het probleem met traditionele textielproductie
Conventionele textielproductie is sterk afhankelijk van chemische synthese- en nabehandelingsprocedures die energie-intensief, milieubelastend en arbeidsintensief zijn. Deze processen genereren aanzienlijke broeikasgasemissies en zorgen ervoor dat gevaarlijke zware metalen en kankerverwekkende stoffen in het milieu terechtkomen. De afhankelijkheid van de industrie van fossiele brandstoffen en vervuilende chemicaliën heeft de zoektocht naar duurzamere alternatieven gestimuleerd.
Bacteriële cellulose als oplossing
Onderzoekers hebben bacteriële cellulose – een natuurlijk polymeer geproduceerd door micro-organismen – gebruikt als een veelbelovend alternatief voor conventionele textielvezels. Veel bacteriën zetten glucose om in cellulose, waardoor een materiaal ontstaat dat lijkt op katoen, maar met een lagere ecologische voetafdruk. Bacteriële cellulose is echter van nature wit en vereist een afzonderlijk verfproces.
Technische kleur in het proces
Om dit aan te pakken, hebben wetenschappers onder leiding van Sang Yup Lee van het Korea Advanced Institute of Science and Technology Escherichia coli (E. coli)-stammen ontwikkeld om tegelijkertijd zowel cellulose als natuurlijke kleurstoffen te produceren. Het team manipuleerde de bacteriën om twee klassen kleurstoffen te creëren: violaceïnes (die paarse, blauwe en groene tinten produceren) en carotenoïden (die rode, oranje en gele tinten produceren).
De tweestapsverfmethode
De aanvankelijke aanpak omvatte het genetisch modificeren van Komagataeibacter xylinus om de celluloseproductie te verbeteren, terwijl violaceïne-producerende E. coli aan het reactievat werd toegevoegd. Dit resulteerde in paars, blauw en groen geverfde stoffen. Het bereiken van warmere tinten bleek echter een grotere uitdaging, omdat de bacteriën niet voldoende kleurstof produceerden.
Om dit te ondervangen, introduceerde het team een co-cultuurmethode. Voorgekweekte en behandelde cellulose werd toegevoegd aan een cultuur van carotenoïdenproducerende E. coli, wat met succes rood-, oranje- en geelgeverfde stoffen opleverde. Deze tweestapsaanpak maakte het regenboogpalet van het team compleet.
Voordelen en stabiliteit
Deze methode elimineert de noodzaak van afzonderlijke verf- en wasprocessen, waardoor het chemisch afval en het waterverbruik worden verminderd. De gekleurde bacteriële cellulose vertoonde een sterke stabiliteit tegen zuren, basen, hittebehandelingen en wassen.
Toekomstige richtingen
Verder onderzoek is nodig om de duurzaamheid van deze materialen tegen industriële wasmiddelen en mechanische slijtage volledig te beoordelen. Het team is van plan het kleurenspectrum uit te breiden tot voorbij de huidige zeven tinten en het proces voor industriële productie op te schalen met behoud van een consistente kwaliteit. Het veranderen van de bacteriële celluloseproductie zou ook deuren kunnen openen voor biologisch afbreekbare verpakkingen en andere toepassingen.
Deze doorbraak biedt een veelbelovende weg naar een duurzamere textielproductie, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd en de productkwaliteit en veelzijdigheid behouden blijven
