世界上第一种合成染料首次出现在 1856 年，自偶然间经石化工艺产出之后，合成染料已经遍布全世界。现在，绝大部分的工业染料均来自于石油和化石原料，因为它们比天然染料生产更快、更容易、成本也更低。
然而，严重的污染问题与化工行业相伴相生，其引发的问题不仅在于对环境的破坏，具有毒性的化学染料还可能引发皮肤病和癌症风险。
当环境与健康面临巨大威胁时，人们决定回归于自然，去寻找健康、可持续的染料生产技术。特别是在基因编辑、微生物发酵技术出现飞跃性进展的今天，基于可持续、清洁的微生物及化学方法制造染料将是该行业的未来趋势。
放眼国际，先后有诺贝尔奖得主兼 CRISPR 科技发明者 Jennifer Doudna、演艺明星兼环保人士莱昂纳多·迪卡普里奥等宣布投资可持续生物基染料企业，为环保事业发声；聚焦国内，包括杭州唯铂莱生物科技有限公司、乐象永续科技（杭州）以及道生生物等多家企业布局生物基染料领域，为我国的可持续发展提供动力。
基于精密发酵的生物基颜料持续火热
去年 5 月，合成生物学明星Ginkgo Bioworks与丹麦企业Octarine Bio达成合作，将生物基颜料再次带到聚光灯下。
Octarine Bio成立于 2018 年，该公司基于精密微生物发酵技术来生产染料，由此带来开创性的染色解决方案 OB-CLR。与大多呈暗淡、朴实的天然颜料不同，OB-CLR 的色谱可呈现鲜艳的紫色、蓝色、粉色和绿色。目前，Octarine Bio 专注于紫罗兰素及其衍生物的研究与制造。紫罗兰素具有强大的生物活性特性，包括抗微生物、抗氧化、和紫外线防护性能。
本次合作中，双方将利用微生物发酵技术来设计具有生物活性的颜料，从而协助时尚行业寻找合成染料的可持续替代品。除此之外，考虑到监管原因，后续双方也将探讨在食品领域中的应用。
近年以来，具备“可持续性”的工业产品正在成为“时尚”的代名词。尽管现在还处于发展初期，但已有众多潮牌公司开始与生物技术企业合作。这些举措不仅获得了环保人士的追捧，同时为生物基染料行业带来了更多机遇。
▲图丨全球部分生物基颜料及食用色素生产企业（来源：生辉整理）
纵观生物基颜料市场领域，继 2012 年 Stony Creek Colors 开始更新农业科技种植靛蓝之后，利用微生物精密发酵技术进行生产制造已经成为了热门赛道。该技术最先惠及的群体莫过于牛仔服装生产商。
去年 10 月，加州生物基染料初创公司Huue收获了来自牛仔布制造企业 AGI Denim 的合作机会，现已进入产业化阶段。而在更早之前，全球知名牛仔裤品牌李维斯（Levi's）利用美国的可再生化工企业Nature Coatings旗下的黑色生物基染料生产服装。
由此带来的好处是，传统染料生产与染色工艺所需的大量不可再生能源和水资源显著降低。有业内人士称，1 吨染料的生产需要使用近 1000 立方米的水、100 吨重石油化合物、以及 10 吨有毒和腐蚀性的化学品，以及至少 100 兆焦耳的能源。而基于微生物的染料制造工艺为缓解石油资源短缺提供了解决之道。
例如，微生物染料初创企业Colorifix宣称，其染色过程只需要三个小时和一次洗涤，这意味着可以节省大量的能源和水。该公司还表示，即使是小规模生产，新染料的成本也在可控范围内，只比市场上最便宜的染料贵了 20% 左右。
（来源：Pili）
除了微生物发酵工艺之外，部分创新企业还通过更新化学工艺获得生物基颜料，这些尝试为部分难以获得的天然染料提供了有效的解决方法。
来自美国的可再生化工企业Nature Coatings使用创新、清洁的闭环制造工艺和循环系统，基于木材废弃物生产出高性能、碳负的黑色生物基颜料—— BioBlackTX。该公司独辟蹊径，使用无氧的加工方法解决了黑色生物基染料的制造难题。
“黑色实际上是一种很难制作的颜色，因为其生产通常需要混合各种不同颜色。”英国生物基染料制造商Colorifix的首席科学官 Jim Ajioka 表示，目前，该公司也正在寻求从真菌中提取黑色素来制造优质黑色染料。
国内方面，杭州唯铂莱生物科技有限公司、乐象永续科技(杭州）以及道生生物等企业先后布局。其中，唯铂莱团队自主研发的天然蓝色素（英文名：Indigoidine）已获得专利；乐象永续科技（杭州）专攻生物基色素分子合成修饰技术，已经解决了天然颜料上色、固色等难题；而道生生物利用微生物发酵合成天然色素，其靛蓝项目已完成中试。
在实验室中生产天然色素
除染料工业领域之外，利用微生物发酵获得食品色素也在近年来逐渐兴起。这其中，既有合成食品色素所导致的污染因素，也有天然色素种植业带来的土地资源紧张问题。
“与其使用这些也可以用来养活人类的高价值原材料，不如将天然食用色素的生产转移到实验室。只需提供糖作为原料，就可以实现非常高效的转化，你甚至可以使用副产品在田间施肥。”旨在利用微生物发酵解决天然色素供应问题的丹麦生物技术公司Chromologics首席执行官兼联合创始人 Gerit Tolborg 对此表示。
自 2017 年成立以来，Chromologics致力于探索精密发酵技术以生产红色色素。长期以来，Tolborg 和同事们致力于测试其颜料的毒性和稳定性，并解决工业规模化问题。
（来源：Chromalogics）
Tolborg 表示，红色食用色素的需求量很大，占所有食用色素的 50%。但是目前这一市场存在巨大空白，因为大多数食品和饮料制造商都希望远离人工色素。与此同时，他们也不想使用目前主流的天然红色食用色素胭脂红，因为它是由甲虫制成的，并不适宜素食人群。
“像星巴克、金巴利等等，许多这样的大型餐饮机构开始停止使用胭脂红，但他们仍然需要稳定的颜色。然而目前为止，他们的替代产品并没有真正做到这一点。这就是差距，”Tolborg 对此指出。
目前为止，尽管时尚和食品行业还处于可持续发展的早期阶段，但无论是在技术领域，政策发布以及投资市场中，人们对于可持续技术的关注已经空前高涨。
早在 2021 年，Ginkgo就与Huue达成合作，以加速可持续靛蓝染料的生产。2022 年，Huue 宣布完成 1460 万美元的 A 轮融资，其投资者包括诺贝尔奖得主兼 CRISPR 科技发明者 Jennifer Doudna 等。2023 年 3 月，法国生物技术公司 Pili Bio 获得了 1580 万美元的 A 轮融资，帮助其生产第一吨高性能生物基靛蓝。
据美国市场调研公司 Fact.MR 统计报告指出，2022 年全球生物基颜料及染料市场估值已达到 303.05 亿美元。到 2032 年，这一数据可能会涨至 470 亿美元。
相关业内人士评价认为，“可持续发展曾经是‘拥有就好’，现在它是‘必须’。我们需要从更大的角度来看待这个世界将如何生存。为了实现真正的系统性变革，解决方案必须经济实惠，并证明对人类和地球有效。”
素材来源官方媒体/网络新闻
免责声明：本文旨在传递合成生物学最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
热门跟贴