Các ứng dụng đa năng của
nguyên liệu sinh học trong gia
công dệt

Trong bối cảnh toàn cầu hóa về thương mại như hiện nay, mối quan tâm ưu tiên của các
nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng toàn cầu đang thay đổi mạnh mẽ. Trong sự cạnh
tranh toàn cầu, chất lượng và các qui trình xử lý, sản xuất thân thiện với môi trường có
một vai trò quan trọng.
Bài viết dưới đây giới thiệu một cách tổng quan các nghiên cứu trong các lĩnh vực khác
nhau về công nghệ sinh học có thể áp dụng trong công nghiệp dệt để có được các sản
phẩm chất lượng qua quá trình xử lý thân thiện môi trường. Các tiến bộ trong lĩnh vực
sản xuất và biến tính xơ, việc sử dụng các loại enzyme khác nhau trong xử lý dệt và việc
quản lý chất thải dệt bằng cách sử dụng công nghệ sinh học cũng được đề cập đến.
1. Giới thiệu chung
Công nghiệp dệt đang đối mặt với các thách thức về vấn đề chất lượng và hiệu quả do
vấn đề toàn cầu hóa của thị trường thế giới. Khi áp lực cạnh tranh ngày càng lớn và giới
hạn sinh thái trở nên chặt chẽ hơn thì ý thức về chất lượng và sinh thái trở thành mối
quan tâm chính của các cơ sở gia công dệt. Điều này tạo nên sự tiến bộ và thay đổi trong
quá trình gia công. Kết quả là các chiến lược nghiên cứu và phát triển của các nhà gia
công dệt sẽ được tập trung cao hơn và sẽ tác động đến nhiều thay đổi trong công nghiệp
dệt. Công nghệ sinh học là một lĩnh vực mà đang làm thay đổi việc gia công theo truyền
thống sang việc gia công thân thiện với môi trường trong ngành dệt.
Công nghệ sinh học là một ứng dụng của các sinh vật sống và thành phần của chúng
trong sản xuất và gia công công nghiệp. Vào năm 1981, Hiệp hội công nghệ sinh học
châu Âu đã định nghĩa công nghệ sinh học là sự sử dụng kết hợp các nghiên cứu của sinh
hóa, vi trùng học, và kỹ thuật hóa học để đạt được ứng dụng công nghệ về khả năng của
vi khuẩn và các tế bào nuôi cấy mô. Công nghệ sinh học cũng đã có rất nhiều ứng dụng
trong công nghiệp dệt, đặc biệt trong quá trình xử lý dệt và quản lý dòng thải. Sự hiểu
biết, mong muốn cho vải có chất lượng tốt hơn và nhận thức về các vấn đề môi trường là
hai hướng quan trọng cho công nghiệp dệt thông qua công nghệ sinh học trong các lĩnh
vực khác nhau của chúng.

bông. Sau nhiều năm nghiên cứu, một loại công cụ hoàn toàn mới đã được hoàn thiện cho
những người trồng bông tránh được sâu bông hồng, một trong những loài phá hoại chính
của cây bông.
Khoảng mười năm trước, tại Monsanto, một công ty hóa chất toàn cầu, các nhà khoa học
đã thu được một gen độc từ các vi khuẩn ở đất được gọi là BT (Tên gọi tắt của Bacillus
Thuingiensis) và đưa nó vào cây bông để tạo một loài chống lại sâu bướm. Gen là một
DNA giúp sản xuất các protein độc. Độc tính sẽ giết sâu bướm bằng cách làm tê liệt hệ
tiêu hóa của sâu bướm khi chúng ăn phải chất độc này. Các cây có gen độc BT sẽ tự sản
sinh ra chất độc và do đó có thể giết sâu bướm ở tất cả các mùa mà không cần phun thuốc
trừ sâu. Bởi vì chất độc làm chết sâu bướm nhưng không có hại tới các tổ chức khác nên
nó an toàn cho con người và môi trường.
Monsanto đã đăng ký công nghệ gen BT của họ cho bông biến đổi gen dưới nhãn hiện
thương mại là Bollgard và các công ty hạt giống được lựa chọn ủy quyền để phát triển
các loại bông mang gen đã được cấp bản quyền. Ổn định hơn, bền vững hơn, và hiệu quả
hơn, các loại gen BT đang được phát triển để ngăn chặn các loại sâu đo và các loại sâu
khác trên cây bông. Việc chống lại sâu bệnh vẫn đang được phát triển theo hướng sử
dụng một tổ chức gen gây tổn thương có khả năng phát ra một liều lượng độc tố lớn
nhưng khoanh vùng ở mức độ cao trong vòng 30-40 giây khi côn trùng cắn.
3.3 Bông mầu
Việc phát triển xơ có chứa ánh màu mong muốn trong các màu đậm và bền màu có thể
thay đổi bộ mặt của toàn thể ngành công nghiệp xử lý. Bông mầu đang được sản xuất
không chỉ bởi theo cách lựa chọn di truyền thông thường mà còn bởi kỹ thuật DNA trực
tiếp. Mặc dù có thể làm thay đổi mầu tự nhiên của bông bằng các phương pháp gây giống
truyền thống nhưng không thể tạo được mầu xanh lơ bằng các cách này. Do mầu xanh lơ
được yêu cầu nhiều trong công nghiệp dệt, đặc biệt cho các sản phẩm jean nên cần sử
dụng các thuốc nhuộm vải tổng hợp.
Tuy nhiên, thành phần của các thuốc nhuộm tổng hợp này thường độc hại và chất thải của
chúng gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, mất rất nhiều thời gian và năng lượng để xử lý
chúng trên vải. Bông mầu xanh lơ tự nhiên sẽ không có sự bất lợi này do đó sẽ có tiềm
năng thương mại lớn. Công ty Monsanto hy vọng sẽ sớm có được bông mang mầu xanh

Việc sử dụng các loại cây trồng biến đổi gen cho sản xuất qui mô lớn các protein polyme
và các loại protein tổng hợp khác đang được khảo sát.
Mọi nỗ lực trong việc tổng hợp sinh học đã được thực hiện theo hướng chuẩn bị các
polymer được xác định cách chính xác ở ba dạng như sau:
(1) Các protein tự nhiên như tơ tằm, elastin, chất keo tụ, chất kết dính sinh học từ các loài
động vật thân mềm dưới nước;
(2) Các dạng biến đổi của các polyme sinh học trên chẳng hạn như chu trình lặp được
đơn giản hóa của protein tự nhiên
(3) Các protein tổng hợp được thiết kế từ ban đầu không có tính tương tự tự nhiên gần
gũi.
Mặc dù sự tổng hợp này đòi hỏi các vấn đề kỹ thuật lớn, nhưng các khó khăn này đã
được khắc phục hoàn toàn trong những năm gần đây. Cùng với việc sử dụng công nghệ
này, người ta đang tạo ra một loại hoàn toàn mới của các protein tổng hợp với các tính
năng tiến bộ và biết đến như các nguyên liệu kỹ thuật sinh học.
4.2 Tơ nhện
Tơ mạng nhện là một vật liệu kỹ thuật đa năng, có thể thực hiện cho một số chức năng
yêu cầu. Các tính chất cơ học của tơ mạng nhện vượt trội hơn hẳn nhiều loại xơ tổng hợp
khác. Tơ mạng nhện bền hơn thép ít nhất 5 lần, độ đàn hồi gấp hai lần nylon, không thấm
nước và có khả năng kéo dãn. Hơn nữa, nó thể hiện đặc điểm khác thường đó là độ bền
kéo đứt thực tế tăng lên cùng với việc tăng của biến dạng.
4.3 Các nguồn xơ mới khác
Còn có nhiều nữa các polyme sinh học mà đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cho vệ
sinh và băng bó vết thương, bao gồm xenlulo vi khuẩn và các polisaccarit như chất chitin,
alginat, dextrin và hyaluronic axid. Dưới đây là một vài loại trong nhóm này:
4.3.1 Các chitin và chitosan
Cả chitin và chitosan đều có thể tạo sợi bền. Chitin được tìm thấy trong vỏ của loài giáp
xác như cua, tôm hùm, tôm Tương tự như xenlulo, chitin gồm các phân tử polyme dài
dạng thẳng là glycan được nối tại vị trí beta 1-4. Nguyên tử carbon tại vị trí số 2 được tạo
nhóm amin và acetyl. Vải dệt từ chúng có tính kháng khuẩn và thích hợp cho các sản
phẩm băng quấn vết thương và làm tất chống nấm. Chitosan cũng có các ứng dụng đầy

với các loại xơ hóa dầu chẳng hạn như nylon và polyeste. Do nguyên liệu thích hợp với
cơ thể con người nên nó đang được sử dụng cho các ứng dụng bảo vệ sức khỏe và đồ
dùng gia đình.
Ngoài quần áo, công ty còn thúc đẩy các ứng dụng khác, ví dụ như các ứng dụng trong
xây dựng, nông nghiệp, sản xuất giấy, bọc ghế xe ô tô, và các ứng dụng trong gia đình.
Năng lượng yêu cầu cho sản xuất xơ ngô thấp và xơ có khả năng thoái biến sinh học. Hơn
nữa, không có khí độc tạo ra khi đốt xơ và lượng calo yêu cầu cho đốt cháy chỉ bằng 1/3
hoặc 1/2 yêu cầu cho polyethylen hoặc polypropylen. Xơ phân hủy một cách an toàn
thành carbon dioxit, hidro và nước khi ở trong đất. Lactron đang được sản xuất ở nhiều
dạng chẳng hạn như vải dệt thoi, chỉ và vải không dệt
4.2.4 Xơ polyeste
Người ta biết từ năm 1926 rằng các polyeste nào đấy được tổng hợp và được làm đọng
trong xenlulo ở dạng hạt bằng các vi khuẩn. Một số trong các nguyên liệu này được tạo
thành xơ. Polyhydroxybutyrat (PHB) là một vật liệu trữ năng lượng được sản xuất bởi rất
nhiều loại vi khuẩn trong sự đối phó lại với căng thẳng môi trường. Xơ này được sản xuất
thương mại từ loài vi khuẩn Alcaligene eutrophus bởi công ty Zeneca Bioproducts và bán
dưới tên thương mại là Biopol. Do PHB có khả năng thoái biến sinh học, nên nó rất phù
hợp cho việc sử dụng làm bao gói để giảm tác động của túi rác thải đến môi trường Do
vậy, nó được ứng dụng trong thương mại để làm các túi đựng đặc biệt. Do có khả năng
tương thích miễn dịch với mô con người nên PHB còn được ứng dụng làm kháng sinh,
giải phóng thuốc, làm chỉ khâu và làm xương nhân tạo.
4.2.5. Vải sinh học
Sự phát triển của các loại vải chống khuẩn đã được dựa trên ý tưởng của các loại vải hoạt
hóa với các chất hóa học phản ứng để tác động tới các đặc tính mong muốn. Tuy nhiên
nghiên cứu gần đây nhất hướng đến việc sản xuất vải có chứa các dòng vi khuẩn và tế
bào được biến đổi di truyền để sản xuất các chất hóa học trong vải dệt, như vậy sẽ tạo ra
các chất hóa học tự bổ xung trên vải. Một dự án hợp tác giữa nhóm nghiên cứu khoa học
dệt thuộc trường đại học tổng hợp Masachusett, Dartmouth và các kỹ sư sinh học tại
trường y thuộc đại học Harvard đã quan tâm đến việc sản xuất một loại vải với các tính
năng đặc biệt được gọi là vải sinh học. Vải sinh học sẽ chứa các xơ có hoạt tính sinh học

chất xử lý và nước sử dụng. Người ta đã đánh giác các đặc tính như độ trắng, tính hút
nước, khả năng nhuộm, độ bền căng của vải.
Việc sử dụng xúc tác sinh học trong công nghiệp dệt là một lĩnh vực mới nhất trong xử lý
bông. Việc nghiên cứu và phát triển lĩnh vực này được tập chung chủ yếu vào: Tối ưu hóa
và tạo thông lệ sử dụng các enzyme kỹ thuật trong các quá trình đã được thiết lập trong
công nghiệp dệt hiện nay; Chuẩn bị các công thức pha chế thuốc nhuộm, chất trợ và các
hỗn hợp hóa chất tương thích với enzym; Tạo ra các đặc tính mới hoặc được cải thiện cho
sản phẩm dệt bằng xử lý enzym; Cung cấp các thuốc nhuộm, các chất trợ được sản xuất
theo công nghệ sinh học, phù hợp cho sản xuất công nghiệp, và có thể có khả năng tổng
hợp tại chỗ.
6. Các vi khuẩn extremophil
Rất nhiều loại vi khuẩn có thể sống trong các điều kiện môi trường khác nhau và khắc
nghiệt, chẳng hạn như trong môi trường nhiệt độ cao, trong điều kiện môi trường a xít và
kiềm, trong môi trường muối. Các vi khuẩn extremophil này sống tại các vùng khắc
nghiệt nhất trên trái đất. Nơi mà các vi khuẩn khác không thể sống được thì người ta vẫn
tìm thấy chúng trong các vùng biển sâu nhất với áp suất trên 100 bar, trong miệng núi lửa
có nhiệt độ trên 100oC, trong các vùng băng giá, trong các hồ muối (với nồng độ lên đến
30%) và trong môi trường với giá trị pH cực kỳ khắc nghiệt (pH9). Thành phần tế bào
(các enzym, màng nhầy) của vi khuẩn extremophil được biến đổi để thích nghi một cách
tối ưu trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt và có các đặc tính như bền vững, tính
năng đặc biệt và có tính hoạt động. Những điểm này đã làm các vi khuẩn này rất phù hợp
cho các ứng dụng công nghệ sinh học.
Tại trường đại học Tổng hợp công nghệ Hamburg- Đức, một nghiên cứu tổng thể về vi
khuẩn extremophil để phân lập các vi khuẩn extemophil (ví dụ tinh bột, protein,
hemixenlulo) đã được thực hiện để có thể tạo ra các enzyme phân hủy các polyme sinh
học, các ancan, các polyaromatic carbonhydrat (PAK) cùng với các chất béo và dầu.
Trong phần chính của các nghiên cứu này, một nhóm các enzym có liên quan đến công
nghệ sinh học như men phân giải tinh bột amilaza, xylanaza, proteaza, lipaza và các
polymeraza DNA đã được làm giầu và mô tả đặc tính.
6.1 Chuyển đổi các polyme tự nhiên bằng các extremozym

Các enzym xylanolytic tạo nên nhóm khác. Xylan là phân tử không đồng nhất (thành
phần cơ bản: đường xylose), tạo nên phần lớn nhất trong hemixenlulo thành phần của
thành tế bào thực vật. Vi khuẩn xylanolytic có tiềm năng công nghệ sinh học rất lớn.
Trong những năm vừa qua, xylanaza đặc biệt được sử dụng nhiều để tẩy trắng giấy bằng
enzym. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng việc xử lý giấy bằng enzym là một phương
pháp sinh học và kinh tế thay thế cho quá trình tẩy trắng bằng clo hiện đang được sử
dụng ngày nay. Các enzym mà có thể phá hủy được mầu trên bông rất được quan tâm
trong công nghiệp dệt. Khối lượng của soda và muối cần cho công đoạn tẩy peroxit có
thể được giảm bớt nếu thực hiện tẩy bằng enzym như trên.
Hiện nay, có thể sử dụng lại dung dịch tẩy sau khi tẩy hydro peroxit bằng sử dụng enzym
catalaza sau khi tẩy. Enzym này phá hủy hydro peroxit còn dư, làm cho có thể sử dụng lại
dung dịch tẩy cho công đoạn hoàn tất khác. Công ty Windel Textil GmbH & Co. (D) đã
sử dụng quá trình làm sạch dung dịch tẩy mà trong đó các phần thừa của chất tẩy được
loại bỏ khỏi sản phẩm dệt, kết quả là giảm được năng lượng, thời gian và các quá trình
giặt nhiều nước với nhiệt độ cao.
Các dự án nghiên cứu tại viện nghiên cứu len Đức (DWI) tại Aachen đã tập trung vào
việc sử dụng enzym trong xử lý len, bao gồm cả việc loại bỏ các tạp thực vật trong len,
tăng độ trắng, cải thiện cảm giác sờ tay, cải thiện khả năng nhuộm bằng cách tăng cường
độ mầu và cho hoàn tất chống co. Vấn đề thu hút sự quan tâm trong thực tiễn là hoàn tất
phòng co của len. Một enzym chưa từng được sử dụng trước đây trong công nghiệp dệt
đã làm biến đổi bề mặt giống như vẩy của xơ len để ngăn ngừa sự dính bết của các xơ.
Ennzym Lanazym cho đến nay mới chỉ được sử dụng trong quá trình nhuộm không liên
tục.
6.5 Khử màu thuốc nhuộm bằng sử dụng công nghệ sinh học
Các thuốc nhuộm tổng hợp được sản xuất theo cách mà chúng trở nên bền vững đối với
thoái biến vi khuẩn dưới các điều kiện ưa khí. Ngoài ra, khả năng hòa tan trong nước và
phân tử lượng cao làm hạn chế sự thẩm thấu qua các màng tế bào sinh học. Các quá trình
xử lý kị khí biến đổi phần lớn các chất gây ô nhiễm hữu cơ thành mêtan và carbon dioxit,
chiếm không gian ít hơn thông thường, xử lý chất thải có COD lên tới 30000 mg/l, chi
phí xử lý thấp hơn và tạo ra ít bùn hơn. Các loại thuốc nhuộm azo nhạy cảm với thoái

Myceliophtora Thermiphilia khử mầu có hiệu quả trên các loại thuốc nhuộm có cấu trúc
khác nhau. Nghiên cứu này cũng cho thấy rằng tỷ lệ phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc của
thuốc nhuộm và enzym.
Có thể sử dụng các hệ thống bùn hoạt hóa cũng để xử lý dòng thải nhuộm. Nhưng vấn đề
khó khăn chính của các hệ thống bùn hoạt hóa là không có đủ thời gian tiếp xúc thực tế
giữa vi khuẩn trong hệ thống với chất thải lơ lửng và không tan. Bộ phận phản ứng sinh
học thu hồi vi khuẩn là nơi cần thiết để tăng sự tiếp xúc giữa vi khuẩn và chất thải mà
không đi kèm với việc tạo ra quá nhiều các chất rắn sinh học, bằng cách sử dụng một loại
chất nền rắn nhưng xốp giúp cho phép một lượng lớn hơn các vi khuẩn tham gia vào việc
phân hủy chất thải.
7. Kết luận
Các ứng dụng tiến bộ công nghệ sinh học trong xử lý dệt đã mở ra một chân trời rộng lớn
cho việc sản xuất các sản phẩm dệt nhiều mầu sắc chất lượng cao và thân thiện với môi
trường với sự hợp tác chặt chẽ của ngành sinh học và các ngành liên quan. Ngày nay, nền
công nghiệp dệt lớn mạnh đang hướng tới các ứng dụng rộng lớn của công nghệ sinh học
thân thiện với môi trường và không gây tổn hại đến mạng lưới lương thực hoặc chu trình
sống của các thực thể sống khác. Nhận thức như vậy đang làm thay đổi dần yêu cầu về
các xu hướng thời trang. Một bước phát triển lớn trong công nghiệp dệt là việc sẵn sàng
ứng dụng các công nghệ sinh học này.