Od ponad pięciu tysiącleci jedwabniki wykorzystywane są przez ludzi do przędzenia luksusowych, białych włókien przeznaczonych do produkcji najlepszych ubrań. Jednak obecnie stosowane metody barwienia tkanin uważne są za jedne z najbardziej szkodliwych w przemyśle, ze względu na wytwarzanie toksycznych ścieków. Naukowcy z CSIR-National Chemical Laboratory w Indiach zaproponowali nowy sposób farbowania, który polega na przejściu jedwabników na specjalną “dietę”, wpływający na kolor przędzy.
Wytwarzanie tkanin oraz produktów końcowych w postaci ubrań to drugi co do wielkości rynek zbytu, zaraz po żywności. Produkcja materiałów włókienniczych obejmuje kilka “mokrych” etapów, m.in. czyszczenie, wybielanie, farbowanie i wykańczanie włókien. Większość wyrobów włókienniczych (zarówno włókna naturalne i syntetyczne) poddawane są procesowi barwienia w celu uzyskania pożądanych kolorów. Niestety pomimo upływu czasu metody pozyskiwania barw nie uległy znaczącej ewolucji i nadal wykorzystują duże ilości wody. Procedura farbowania dalej pozostaje jednym z najbardziej zanieczyszczających procesów chemicznych, którego produktem ubocznym są duże ilości toksycznych ścieków. Dlatego każdy zakład produkcyjny musi posiadać skuteczny i kosztowny system oczyszczania płynów odpadowych.
Jedwab to gładkie, śliskie, błyszczące, przyjemne w dotyku włókno wytwarzane przez różne owady, mole i robaki. Składa się on z dwóch białek: serycyny i fibroiny. Serycyna tworzy zewnętrzną powłokę ochronną, natomiast fibroina jest głównym białkiem strukturalnym. Serycyna ma charakter hydrofilowy (jest zdolna do oddziaływania z substancjami polarnymi – wodą) i może być łatwo usunięta przez gotowanie włókien w roztworze alkalicznym. Fibroina nadaje jedwabiu charakterystyczny połysk i gładkość. Białka fibroiny występujące w przyrodzie są cząsteczkami amfifilowymi, co oznacza, że składają się one z naprzemiennie ułożonych struktur hydrofilowych i hydrofobowych (odpychających wodę). Producenci wykorzystują właściwości i znajomość składu podczas fabrykacji, do uzyskania odpowiednich jedwabnych tkanin.
Włókna jedwabiu produkowane przez jedwabnika morwowego są zazwyczaj białe. Jednakże, istnieją inne szczepy jedwabników, które mogą produkować kokony w kolorze różowym, żółtym, brązowym lub zielonym. Ostatnie badania naukowców koncentrowały się na korelacji barwienia i genów jedwabników odpowiedzialnych za transport pigmentu z liści, którymi się żywią. Niestety włókna produkowane przez te odmiany jedwabników traciły kolor w momencie odśluzowania, czyli usunięcia serycyny. W celu zastosowania naturalnie barwionych włókien w nowoczesnym przemyśle włókienniczym naukowcy z Indii zaproponowali zmianę dotychczasowego pożywienia larw Bombyx mori, czyli jedwabnika morwowego. Do rozdzielonych zbiorników z paszą z liści morwy dodali siedem różnych, tanich barwników azowych, wykorzystywanych w produkcji farb i lakierów. Do trzeciego dnia rozwoju larwy karmione były świeżymi liśćmi, po czym zmieniano je na te zmodyfikowane. Początkowo wszystkie barwniki testowane były w jednakowym stężeniu – 0,08% wagowych. Jeśli zmiany koloru kokonu nie były widoczne, zwiększano stężenie nawet do 1% wagowego. Spośród siedmiu barwników tylko trzy zostały przyjęte przez larwy. Ich organizmy rozwijały się prawidłowo, nie zanotowano różnicy w śmiertelności populacji. Najszybsze nabycie zdolności barwienia zaobserwowano dla koloru czerwonego (Direct Acid Fast Red).
Zmodyfikowany pokarm zawierający roztwór barwnika okazał się być skutecznym i ekologicznym sposobem barwienia włókien jedwabiu. Uważne obserwacje potwierdziły, że masa cząsteczkowa barwnika większa niż 400 g/mol uniemożliwiała jego przedostawanie się przez błony układu pokarmowego larwy, a w rezultacie do przędzy. Ważny był również współczynnik podziału barwnika pomiędzy białka włókien, który określa jego stosunek wiązań z serycyną i białkami fibroiny. Przy odpowiednim współczynniku włókno zarachowywało kolor po usunięciu ochronnej warstwy serycyny. Naukowcy pracują obecnie nad wytworzeniem innowacyjnych cząsteczek pigmentu, które pozwolą produkować jedwab różnych kolorach i odcieniach.
Źródło:
[1] Uptake of Azo Dyes into Silk Glands for Production of Colored Silk Cocoons Using a Green Feeding Approach. Anuya Nisal, Kanika Trivedy, Hasan Mohammad, Suyana Panneri, Sayam Sen Gupta, Ashish Lele, Ramesh Manchala, Nirmal S. Kumar, Mugdha Gadgil, Harish Khandelwal, Snehal More, R. Seeta Laxman. ACS Sustainable Chem. Eng. DOI: 10.1021/sc400355k
[2] http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/sc400355k [18.12.2013]
[3] http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/sc400355k/suppl_file/sc400355k_si_001.pdf [18.12.2013]
[4] http://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2013/acs-presspac-december-4-2013/silkworms-spin-colored-silks-while-on-a-green-dyed-leaf-diet.html [18.12.2013]
[5] Pheasant Handspun by sand_and_sky, flickr.com, CC BY-SA 2.0