植物、動物、微生物等生物所生產的染料皆屬生物合成染料，環境相容性高是此類染料重要的特性。近年環保意識抬頭，對於化學染料有毒中間體的高風險性，歐盟、美國與非政府組織等皆投入規範化學物質法規與提高安全使用標準。因此，纖維紡織用染料產業再度回歸無毒的天然染料，其中以可工業化量產的生物合成染料最具潛力。工研院材化所多年來投入大量資源與人力開發微生物生產高值化學品，目前已成功利用大腸桿菌生產藍色染料與紅色染料，下一步將利用微生物導入黑色和黃色染料的生產開發。
本文將從以下大綱，介紹四種重要色系—紅、藍、黃與黑色其生物合成染料目前的現況與發展。
‧前言
‧紅色染料
‧藍色染料
1. 生物合成靛藍染料
2. 藻藍蛋白
‧黃色染料
‧黑色染料
‧生物合成染料之應用
1. 生物合成染料於紡織品的應用
2. 生物合成染料應用於食物
3. 生物合成染料應用於染髮
4. 生物合成染料的其他應用
【內文精選】
生物合成染料(Bio-synthetic Dyestuffs)亦被稱為生質染料，包含動、植物與微生物來源。生物合成染料市場在美國有31億美元規模，2014~2018年年增率皆達7%以上，顯示這個新興領域的發展潛力。全球纖維染料市值預估到2023年將達87.5億美元（圖一），纖維紡織用染料每年產量約3百萬噸，其中，黑色染料市場總需求量約為42萬噸，產值11億美元。因應REACH規範，含聯苯胺之黑色染料全面禁用，預期生物合成的黑色染料需求提高、具發展潛力；而不僅是黑色染料的需求，黃色、藍色與紅色等其他色系染料也需有替代之環保染料。
表一為生物合成染料相關企業的發展現況。紡織化學品大廠Archroma開發出一系列EarthColors®，這是從農業廢料中萃取的染料，取自100%的可再生資源，Archroma與美國知名服裝品牌Patagonia合作開發使用EarthColors®染料的系列服飾產品，帶動全球對於纖維紡織環保染料的創新技術。（想要了解更多品牌及企業的發展嗎？請登入會員下載下方附檔）
表一、生物合成染料相關發展現況
黑色染料
從頂尖時尚設計師到一般消費者，黑色一直是最受歡迎且接受度高的一個顏色，然而黑色也是困難度最高的一種染料。十五世紀初，黑色開始出現在貴族服飾中，起初黑色多是以靛藍或菘藍複雜多次覆染，十六世紀文藝復興時期，西班牙發展出有別於傳統的黑色染色法，並快速在歐洲盛行，使用的植物即為原生於墨西哥與中美洲地區的蘇木(Haematoxylum campechianum)，利用蘇木與硫酸鐵作為媒染劑，俗稱綠礬，可使纖維快速上染黑色，一直大量的使用到十九世紀。
除了植物來源外，科學家開始研究生物體內的黑色素(Melanin)，黑色素具有極佳的抗UV特性，也是人類膚色與髮色差異性的重要原因。軟體動物的墨魚在欺敵時噴出如墨水般的墨魚粉黑色素，已有團隊研究能將其體內的黑色素純化並應用於纖維染色。黑色素在生物體內代謝路徑複雜（圖六），產生黑色素的關鍵酵素—酪胺酸酶，已有許多市售的產品，多來自…（想要了解更深入的內容嗎？請登入會員下載下方附檔）
圖六、生物合成黑色素代謝路徑，可產生多種顏色染料（黑色、棕色、黃色、紅色）
生物合成染料之應用
歸納目前生物合成染料的功能性應用分類如圖七所示，包括纖維染色、食用色素、化妝品、染料敏化太陽能電池、數位印花、組織學染色、pH指示劑等。以下介紹於紡織品、染髮劑與其他應用領域的發展現況。
1. 生物合成染料於紡織品的應用
生物合成染料於紡織品的染色應用，自古以來都是最廣泛被應用的領域，而現在因使用化學合成染料製造生產時中間體的有毒致癌性問題以及紡織工業大量的水污染，天然材料的永續性、生物降解性與環保特性越來越具有優勢。生物合成染料於纖維染色技術的研究，可分為使用傳統的方法以及非傳統方法，如超音波、微波、壓染、高溫高壓染色、接觸染色和其他創新的染色方法...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：張珮菁、黃偕倫、林忠德、林玉如／工研院材化所；張晉源／國立交通大學
★本文節錄自「工業材料雜誌」381期，更多資料請見下方附檔。