Biến màng sinh học kombucha thành vải thân thiện với môi trường

Có thể nhuộm, may và xử lý chất liệu cellulose vi khuẩn để tạo ra nhiều kết cấu khác nhau

Đối với những ai tự làm trà kombucha, SCOBY (hỗn hợp cộng sinh giữa vi khuẩn và nấm men) chắc chắn là một thuật ngữ quen thuộc. Đây chính là lớp màng sinh học rất dễ nhận biết trên bề mặt thức uống thơm ngon này.

Tuy có hình hài không ưa nhìn nhưng SCOBY rất đa năng. Chỉ cần cho "ăn" trà hoặc cà phê pha đường, con giống này có thể sinh trưởng nhanh chóng trong các hộp chứa lớn. Trà hoặc cà phê là nguyên liệu cần thiết bởi caffeine có chứa nitơ, giúp kích thích sự phát triển của vi sinh vật. Các loài vi khuẩn trong SCOBY như komagataeibacter xylinus có khả năng kỳ lạ là ăn đường và nhả cellulose vi khuẩn.

Lý do nhóm nghiên cứu tại RMIT và các nhà khoa học khác chú tâm nghiên cứu loại vật liệu kỳ lạ này là vì cellulose là loại chất cực kỳ hữu dụng. Cotton và sợi lanh (nguyên liệu làm vải linen) có thành phần chủ yếu là cellulose, mà cellulose từ vi khuẩn có ưu điểm là bền hơn cotton khoảng 10 lần.

Môi trường đang phải trả giá đắt cho các hoạt động sản xuất quần áo theo phương thức thông thường. Nếu có thể mở rộng quy mô sản xuất cellulose vi khuẩn bằng các nguyên liệu dễ tìm như đường và trà, chúng ta có thể sản xuất ra một loại vải mới đa năng và bền vững. Trong nghiên cứu mới của chúng tôi, loại cellulose này đã được thử nghiệm dùng làm ví và vải bạt vẽ.

PGS Rajkishore Nayak và PGS Donna Cleveland (phải)

Cellulose vi khuẩn có gì tốt?

Khả năng chế tạo cellulose từ vi khuẩn không phải là điều mới mẻ mà được phát hiện lần đầu vào năm 1886 nhưng công dụng chính được khai thác từ thời điểm đó chủ yếu là trong ngành thực phẩm và đồ uống.

Kombucha - đôi khi còn được biết đến với tên gọi nấm thủy sâm - được cho là ra đời ở Trung Quốc. Còn tại Philippines, từ lâu người dân đã lên men nước ép dứa hoặc nước dừa để sản xuất SCOBY làm món tráng miệng dai, dạng thạch. Nhưng nguồn cellulose này có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác.

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm hiểu cách sử dụng phế thải thực phẩm để tạo ra loại cellulose này.

Cellulose vi khuẩn được tạo ra bằng cách nuôi SCOBY trong trà có pha đường, giống như cách người ta vẫn làm trà kombucha. Nhưng thay vì chiết xuất thức uống từ đây thì kết quả mà chúng tôi muốn thu được chính là SCOBY. Khi vi khuẩn ăn đường, chúng sẽ nhả sợi cellulose và tạo thành một tấm dày đặc có thể thu hoạch và chế biến sau đó.

Mặc dù không có nguồn gốc thực vật nhưng cellulose vi khuẩn có tính chất rất giống với cellulose từ cây bông. Về một số phương diện thì cellulose vi khuẩn còn ưu việt hơn - nó cực kỳ tinh khiết, có khả năng thấm hút cao và có độ bền và kéo dãn ấn tượng. Nó hoàn toàn tự nhiên, không độc hại, có dấu chân sinh thái thấp và có thể phân hủy sinh học.

Những đặc điểm như vậy khiến chất liệu này có khả năng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng, từ sản xuất quần áo đến ứng dụng y sinh như làm băng gạc do có đặc tính kháng khuẩn tự nhiên. Có thể nhuộm, may và xử lý chất liệu này để tạo ra nhiều kết cấu khác nhau. Cellulose vi khuẩn cũng có thể được sử dụng để thay thế chất liệu da trong quần áo, giày dép và phụ kiện.

Tuy nhiên, quần áo là lĩnh vực tiềm năng hơn cả. Các nhà khoa học đã tìm ra cách nuôi cấy cellulose vi khuẩn trong khuôn có hình dạng giống như các mảnh quần áo để tránh lãng phí 15&-20% vật liệu khi cắt vải.

Cellulose vi khuẩn có thể giúp con người giảm phụ thuộc vào các loại sợi thông thường đang được dùng để làm quần áo - những vật liệu vốn đi kèm với chi phí môi trường đáng kể, dù chúng có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp.

Quá trình trồng cây bông cần rất nhiều nước, cũng như thuốc trừ sâu và thuốc diệt côn trùng. Để tạo ra một ký sợi bông cần từ 8.000 đến 22.000 lít nước sạch. Các loại vải tổng hợp như polyester và nylon thì được làm từ dầu, một loại nhiên liệu hóa thạch.

Ngành công nghiệp dệt may gây ô nhiễm nặng nề, tiêu thụ lượng lớn nước và năng lượng. Khi xu hướng thời trang nhanh ngày càng tăng tốc, nhiều loại quần áo hiện nay chỉ có tuổi thọ ngắn trước khi trở thành rác thải. Sợi tổng hợp thải ra lượng lớn vi nhựa ở mọi giai đoạn trong vòng đời của chúng.

Cellulose vi khuẩn được tạo ra bằng cách nuôi SCOBY trong dung dịch trà pha đường. Nó có ưu điểm là bền hơn cotton khoảng 10 lần

Thách thức của quá trình lên men

Trong những năm gần đây, lên men chính xác (precision fermentation) đang thu hút nhiều sự chú ý. Phương pháp này tận dụng tốc độ sinh trưởng nhanh của vi khuẩn để sản xuất thực phẩm và vật liệu mà con người mong muốn, chẳng hạn như sữa được tạo ra mà không cần bò sữa.

Một trong những thách thức lớn với các cách tiếp cận trên là quy mô hạn chế. Cellulose vi khuẩn trải qua cách lên men tương tự nên cũng phải đối mặt với thách thức về khả năng mở rộng quy mô và hiệu quả. Mặc dù vật liệu này đầy triển vọng, nhưng câu hỏi đặt ra là liệu nó có thể được sản xuất với giá rẻ và ở quy mô lớn hay không.

Cho đến nay, chúng tôi vẫn chưa tìm ra cách mở rộng quy mô chế tạo cellulose vi khuẩn lên mức cần thiết để đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất quần áo lớn. Hiện tại, quá trình lên men cũng đòi hỏi nhiều nước và khi lên men thì nước sẽ có tính axit nên không thể dễ dàng tái sử dụng.

Sợi cellulose vi khuẩn có thể dễ dàng thay thế sợi bông, nhưng lại không có độ bền và độ đàn hồi rất cao như một số loại sợi tổng hợp.

Quy trình làm cellulose vi khuẩn

Con đường phía trước ra sao?

Môi trường hiện đang phải trả giá rất đắt cho cách con người sản xuất thời trang. Cellulose vi khuẩn có thể đem đến cách sản xuất quần áo với chi phí thấp hơn rất nhiều cho Trái đất.

Mặc dù vẫn còn nhiều băn khoăn về khả năng tạo ra sản phẩm có tính cạnh tranh từ vật liệu này, các nhà khoa học ở một số quốc gia - bao gồm cả nhóm nghiên cứu của chúng tôi - đang tiếp cận vấn đề từ nhiều góc độ khác nhau. Nếu các nhà nghiên cứu thành công, một ngày nào đó chúng ta có thể sống trong một thế giới nơi quần áo và giày dép được làm từ đường và trà.

PGS Rajkishore Nayak - PGS Donna Cleveland, Khoa Truyền thông & Thiết kế, ĐH RMIT Việt Nam