Foto: Bax Lindhardt

Blå jeans på en grøn måde

mandag 10 dec 18

Kontakt

Ditte Hededam Welner
Groupleader of Enzyme Engineering
DTU Biosustain
93 51 34 98

Hvad er indigo?

For mere end 7.800 år siden fandt et folkefærd i Peru ud af, at de kunne farve bomuld blåt med pigment fra bladene fra indigoplanten.

For omkring 6.000 år siden begyndte man i Indien at udtrække det mørkeblå farvestof i større stil. Snart efterspurgte hele verden det dyrebare farvestof. Efterspørgslen blev faktisk så stor i 1800-tallet, at det var umuligt at dyrke nok indigoplanter.

I 1870’erne fandt fysikeren, matematikeren og amatørkemikeren Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer ud af, hvordan indigo kunne fremstilles ved kemisk syntese. I 1905 modtog han Nobelprisen i kemi for at have forbedret den organiske kemi og kemiske industri gennem sit arbejde med farver og hydroaromatiske stoffer.

Om forskningen på DTU

• Ditte Hededam Welner er gruppeleder for Enzyme Engineering and Structural Biology på DTU Biosustain. Gruppen har specifikt fokus på at bruge enzymer som biokatalysatorer til eksempelvis bæredygtig produktion af lægemidler, farvestoffer og dufte (parfumer og aromaer).

• DTU Biosustain er grundlagt med finansiering af Novo Nordisk Fonden i 2011. Centerets forskere udvikler cellefabrikker baseret på f.eks. gærceller, E. coli og dyreceller. Cellerne er optimerede til at producere store mængder af medicin, fødevareingredienser og kemikalier på bæredygtig vis.

• Cellefabrikker bygges ved at flytte de gener, der instruerer en celle i at producere et interessant molekyle, over til en mikroorganisme ved hjælp af moderne genteknologi.

• Med ny viden og teknologi er missionen at drive omlægningen fra den oliebaserede kemikalieindustri til en mere bæredygtig biobaseret produktion.

biosustain.dtu.dk

Forskere udnytter E. coli-bakterien til en ny og grønnere produktion af indigo til farvning af jeans. Opfindelsen har potentiale til at revolutionere denimproduktionen og gøre den langt mere bæredygtig end i dag.

En af verdens mest udbredte stykker tøj er de blå jeans. De produceres i milliardvis, men faktisk er denimfarvning med den eftertragtede indigofarve ikke særligt bæredygtig. I dag fremstilles op mod 50.000 tons blå indigofarve om året ved kemisk syntese – en produktionsmetode, som er skadelig for miljøet, fordi den involverer både kemikalier, tungmetaller, syreaffald og et stort vandforbrug.

Nu har forskere fra UC Berkeley, Joint BioEnergy Institute (JBEI) og DTU Biosustain udviklet en mere bæredygtig metode til at fremstille indigo ved brug af såkaldt skræddersyede bakterier. Bakterier og andre mikroorganismer kan nemlig manipuleres – f.eks. få tilføjet fremmede gener til deres arvemasse – så de bliver i stand til at producere et ønsket molekyle. Forskerne håber, at metoden kan hjælpe tøjindustrien til at forurene mindre:

”Vi håber, at den biologiske metode kan være med til at fremskynde den grønne omstilling og supplere den kemiske produktion,” siger Ditte Hededam Welner, forsker ved DTU Biosustain. Hun arbejdede på JBEI, da hun og hendes samarbejdspartnere opdagede et planteenzym kaldet PtUGT1, der kunne overkomme et af de sværeste trin i biosyntese af indigo.

Inspiration i naturen

Indigo er et uopløseligt farvestof, som ved kemisk syntese fremstilles i store blokke. Det kræver et såkaldt reducerende kemikalie at gøre indigo vandopløseligt, så det kan bruges til farvning. For at producere indigo i bakterier undersøgte forskerne, hvordan de kunne efterligne naturens måde at fremstille den blå farve på. Indigoplantens blade er grønne, men danner blåt farvestof, hvis de beskadiges. Først producerer bladene et ustabilt mellemprodukt, indoxyl, som hurtigt ilter til uopløselig indigofarve, hvis ikke det stabiliseres. Forskerne kunne forholdsvis enkelt få E. coli-bakterier til at producere indoxyl og dermed indigo, da denne metode allerede var beskrevet i litteraturen. Men indigoen ville stadig være uopløselig og kræve kemisk efterbehandling. Problemet med at bruge barske kemikalier var dermed ikke løst.

Næste trin i plantens indigoproduktion gav imidlertid forskerne en idé til, hvordan indoxyl kunne stabiliseres. I stedet for at omdanne indoxyl direkte til indigofarve tager plantecellen nemlig en omvej og omdanner ustabilt indoxyl til det farveløse og ikke mindst stabile stof indikan.

I den japanske indigoplante fandt forskerne det enzym, som kunne omdanne indoxyl til indikan.

Enzymet, som de kaldte glukosyltransferase 1 (PtUGT1), kan stabilisere indoxyl ved at forbinde det med et sukkermolekyle, så man får skabt indikan. Forskerne tog derefter PtUGT1-genet og satte det ind i E. coli-bakterien, og på den måde fik de fremstillet indikan.

Efterfølgende afprøvede forskerne metoden på små stykker stof og et tørklæde. Det hvide stof blev først sprayet med biologisk fremstillet indikan fra bakterierne. Efterfølgende blev stoffet dyppet i et velkendt enzym, som kan omdanne indikan tilbage til indoxyl. Stoffet blev til sidst hængt til tørre for at ilte indoxylet til blå indigo direkte på tøjet. Og vupti – blå farve udviklede sig!

Ny måde, men samme resultat

Spørgsmålet er, om et par blå Levi’s jeans vil se ens ud, hvad enten de produceres med den nye eller den konventionelle metode. Og det vil de, ifølge Ditte Hededam Welner.

”Hvis de ikke ser helt ens ud, så vil folk ikke købe produktet. I vores studier har vi farvet forskellige bomuldsprodukter, og der er stort set ingen forskel, fordi farvestoffet er præcis det samme,” siger hun.

Den nye metode til fremstilling af indigo er endnu ikke testet i stor skala, og i øjeblikket kan den give et udbytte på omkring fire-syv gram pr. liter ’bakteriesuppe’. For at blive interessant for industrien skal forskerne gerne op at producere mindst 100 gram farve pr. liter.

Partnere står klar i kulissen

Forskningen i den bæredygtige indigoproduktion er støttet af virksomheden Levi’s, der har fokus på at gøre tøjproduktionen grønnere og mere bæredygtig. Og i takt med at flere og flere mærkevareproducenter brander sig som bæredygtige, kan den bæredygtige indigo-produktion vinde indpas, vurderer Richard Jones, professor i brand management og brand governance ved Copenhagen Business School:

”Mærkevarefirmaer har generelt stor interesse i at kommunikere, at de ikke kun tænker på profit, men også ser sig selv som en del af en værdikæde, hvor de hjælper samfundet med at løse problemer. Det har en meget stærk symbolsk værdi, hvis man kan lave en historiefortælling om at være bæredygtig og miljøvenlig. Så mange mærker vil finde det interessant at være frontløbere på et stort marked som dette,” siger Richard Jones.