BINKS - Tạo mực vẽ từ rau củ quả dư thừa

Lấy sắc màu từ tự nhiên

Rất lâu trước khi thuốc nhuộm và bột màu tổng hợp ra đời, người ta đã tận dụng các sản phẩm tự nhiên như khoáng chất, côn trùng và thực vật để tạo ra các loại màu đơn giản nhưng hiệu quả. Có rất nhiều màu sắc vẫn còn được dùng trong đời sống hiện tại, như màu mực đen từ bồ hóng, màu chàm từ vỏ cây chàm, màu đỏ son từ rệp sáp, màu vàng từ củ nghệ tây, màu tím từ hoa diên vĩ... Mỗi loại màu sắc đều có một cách chế tạo và ứng dụng riêng, tạo nên một bảng màu đa dạng và phong phú.

Trong thực vật, có một nhóm các hợp chất hữu cơ tạo ra màu cam, đỏ, tím, xanh và gần như đen nằm trong hoa, quả, lá và rễ của một số loại rau quả, gọi là Anthocyanin. Các phân tử Anthocyanin chứa các cấu trúc dạng vòng có khả năng hấp thụ ánh sáng, do vậy chúng hoạt động như một loại kem chống nắng, bảo vệ các tế bào của cây. Khi ánh sáng chiếu đến các tế bào, những bước sóng ánh sáng không được Anthocyanin hấp thụ sẽ bị phản xạ lại, tạo ra màu của hoa quả. Màu sắc này sẽ giúp thực vật thu hút các loài thụ phấn và phát tán hạt giống, do đó đóng vai trò quan trọng cho sự sinh sản của cây.

Một điểm độc đáo là dung dịch Anthocyanin có thể thay đổi màu sắc theo độ pH. Nó thường hiển thị màu đỏ trong môi trường axit (pH<7) và màu lam trong môi trường kiềm (pH>7), tuy nhiên người ta cũng có thể quan sát được các màu ở giữa tùy thuộc vào độ pH và chất Anthocyanin cụ thể. Điều này là do khi thêm hoặc bớt các ion hydro (H+) khỏi cấu trúc phân tử của sắc tố Anthocyanin thì cũng làm thay đổi tính chất điện tử của nó, và do đó làm thay đổi bước sóng ánh sáng mà sắc tố hấp thụ.

Chẳng hạn, nếu dùng bắp cải tím để nhuộm vải, thường thì ta sẽ thu được màu tím sẫm. Nhưng nếu cho thêm giấm vào dung dịch nhuộm thì nước ngâm sẽ chuyển sang màu hồng nhạt, còn nếu cho thêm baking soda vào thì nước ngâm sẽ chuyển thành màu xanh dương.

Tính chất biến hóa này cho phép chúng ta sử dụng chiết xuất thực vật để xác định pH của các vật liệu hoặc chuẩn độ axit/bazơ, như trong thí nghiệm chỉ thị bắp cải nổi tiếng (Terci & Rossi, 2002). Ngược lại, nó cũng cho phép dùng các chiết xuất thực vật để sản xuất các loại mực màu sắc khác nhau cho cọ vẽ, tranh in dấu hoặc in lụa.

An toàn với người dùng

Ra đời vào tháng 6/2023, dự án “Mực thực vật - Botanical Inks (BINKS)” của các sinh viên Đà Nẵng áp dụng hoàn toàn nguyên lý đó. Năm nhà sáng lập trẻ đã lựa chọn một cách tiếp cận độc đáo là chiết xuất Anthocyanin từ phế phẩm nông sản nhằm tạo ra các loại mực viết và màu vẽ an toàn cho trẻ em.

“Mỗi ngày có hàng tấn rau củ quả bị vứt đi tại các chợ và siêu thị, gây lãng phí rất lớn và ô nhiễm môi trường. Trong khi đó, rất nhiều phụ huynh quan tâm đến tính an toàn của các loại mực viết, màu vẽ mà con em họ sử dụng. Chúng tôi nghĩ rằng, tại sao không kết hợp hai nhu cầu đó lại và thế là dự án BLINKS ra đời”, Trần Nhân Kiệt, sinh viên năm thứ hai ngành Khoa học Y sinh và là trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ.

Mặc dù không tiết lộ chi tiết về công nghệ độc quyền này, nhưng Kiệt cho biết cậu đã dành ra 16 tháng để nghiên cứu và phát triển nó trong phòng thí nghiệm. Quá trình về cơ bản bao gồm: thu thập rau củ, sơ chế/nghiền nát rau củ, phân loại, tách chiết Anthocyanin bằng các dung môi thích hợp như methanol hoặc ethanol, cô đặc chiết xuất thu được, gia nhiệt để thu được chiết xuất khô, kiểm định lần một, phối trộn với một số dạng kết dính để tạo ra mực vẽ, kiểm định lần hai, cuối cùng đóng gói sản phẩm. Trong suốt quá trình, họ hầu như không sử dụng đến các chất hóa học độc hại tạo màu nào.

Tuy nhiên, để thành công trong việc tạo ra các loại mực mong muốn, nhóm sinh viên phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa quá trình chiết xuất và ổn định màu sắc của mực. Như nhiều nghiên cứu chỉ ra, Anthocyanin và màu sắc của chúng ở dạng cô đặcrất nhạy cảm với các yếu tố ngoại sinh, dễ bị thoái hóa hoặc phai màu trong quá trình chế tác. Có một số kỹ thuật có thể cải thiện điều này, chẳng hạn như bao bọc (encapsulation), đồng sắc tố (copigmentation), hoặc thêm các ion kim loại để tăng cường sự ổn định của hợp chất Anthocyanin.

BINKS không nói rõ họ sử dụng kỹ thuật nào để đạt được hiệu quả ổn định cuối cùng, nhưng các sinh viên cho biết đã trải qua hàng trăm lần điều chỉnh thông số nhiệt độ và độ pH trước khi ra được công thức hợp lý. Trong quá trình sản xuất, các thành viên cũng nhận được sự giúp đỡ từ các giảng viên chuyên ngành Hóa sinh, Hóa phân tử và Hóa ứng dụng của Viện Nghiên cứu và Đào tạo Việt Anh (VNUK) và trường Đại học Y Dược (Đại Học Đà Nẵng).

Qua thử nghiệm, BINKS cho biết màu vẽ của họ không chỉ có tốc độ khô màu nhanh gấp sáu lần so với màu nước vẽ trên thị trường (khoảng 3-4 phút so với 25-30 phút), mà còn khả năng chống phai màu cao gấp ba lần so với mực vẽ phổ thông (chỉ phai màu khoảng 10% sau ba tháng sử dụng).

Được thẩm định là dễ thực hiện ở quy mô lớn và nhân rộng, dự án này đã thành công phối trộn ba màu cơ bản đỏ, xanh, vàng và rất nhiều màu hỗn hợp: xanh lá, xám, đen, trắng, cam, đỏ dâu, hồng, tím,... để đáp ứng nhu cầu về màu sắc cho thị trường tất cả các loại màu đã được kiểm định an toàn với người dùng tại Quatest.

Yếu tố sáng tạo của BINKS không chỉ ở việc biết tận dụng nguồn phế phẩm rau, củ, quả để chiết xuất màu sắc tự nhiên mà còn nắm bắt nhu cầu, thị hiếu viết, vẽ của học sinh cần tính thân thiện, an toàn. “Trước khi thực hiện dự án, chúng tôi đã khảo sát hơn 800 người dùng tiềm năng tại Đà Nẵng, và nỗi đau người dùng là con số biết nói. Gần 65% phụ huynh, học sinh quan tâm đến độ an toàn với môi trường của các loại màu vẽ; và 15% e ngại về thành phần [hóa học] của các sản phẩm màu truyền thống”, Trần Nhân Kiệt chia sẻ tại buổi thuyết trình SURF hồi cuối tháng tám.

Rõ ràng, bài toán mà BINKS đang giải quyết rất quan trọng: tái tạo các loại thực phẩm bị thải bỏ cũng đồng nghĩa với việc giảm ô nhiễm không khí, đất, nước và tiết kiệm các nguồn lực để xử lý ô nhiễm. Trong nhiều trường hợp, nó cũng là một phương án tuyệt vời để thay thế cho các loại màu vẽ mà thành phần tạo màu của chúng có nguồn gốc từ kim loại hoặc khoáng chất (ví dụ, màu đất: Sienna, Umber; màu xanh: Coban, màu vàng cam: Cadmium v.v), vốn sẽ tác động đến môi trường thông qua khai thác mỏ, sản xuất nguyên liệu thô và xử lý chất thải sản xuất.

Trên cơ sở này, BINKS đã đưa các loại mực tự nhiên của mình vào thử nghiệm thị trường ở một số lớp học vẽ và trung tâm sáng tạo trên địa bàn thành phố. Đại bản doanh của nhóm là Không gian sáng chế Maker Innovation Space của VNUK, nơi các sinh viên thường xuyên qua lại để trải nghiệm màu vẽ. Ngoài ra, họ cũng đã kết nối với một tổ chức phi chính phủ và một công ty giải trí chuyên về các thí nghiệm khoa học dành cho trẻ em tên là Labroom để dùng thử sản phẩm. Bá Hương, một họa sĩ đã dùng mực thực vật để tạo ra các bức tranh của mình, cho biết anh rất ấn tượng bởi màu sắc tươi sáng và khả năng tạo ra những đường nét mềm mại khi dùng màu này, khiến cho tác phẩm của anh trông “sáng hơn” và thu hút sự chú ý của người xem.

Đại diện BINKS tiết lộ, dù sản phẩm rất mới và việc sản xuất mới chỉ ở quy mô nhỏ nhưng họ đã có vài trăm đơn hàng đang đợi để cung cấp tại xưởng. Mỗi ngày, họ có thể tạo ra từ 100-200 sản phẩm mực với giá thành khoảng 150.000 đồng/sản phẩm, và có thể mở rộng năng lực sản xuất khi nhu cầu tăng lên.

Họ đang cố gắng kết nối với một số trường mẫu giáo và tiểu học. “Đây sẽ là một nhóm khách hàng quan trọng, bởi xu hướng tương lai sẽ là vừa giáo dục cho các em về bảo vệ môi trường vừa cho các em sử dụng các sản phẩm “xanh”, đại diện BINKS chia sẻ.