การผลิตเอนไซม์ตรึงสำหรับประยุกต์ใช้ในการกำจัดโครเมียมจากน้ำทิ้งในกระบวนการฟอกหนัง

Abstract

การฟอกหนังเป็นอุตสาหกรรมที่พบได้ทั่วไปในทุกประเทศซึ่งทิ้งสารปนเปื้อนความเข้มข้นสูงที่ไม่สามารถสลายทางชีวภาพได้ออกมากับน้ำทิ้ง ที่จำเป็นต้องอาศัยเทคโนโลยีในการกำจัดที่มีประสิทธิภาพเพื่อรักษาสิ่งแวดล้อมต่อไป หนึ่งในสารปนเปื้อนหลักที่พบในน้ำทิ้งจากอุตสาหกรรมฟอกหนังนี้ คือโครเมียม ซึ่งเฮกซาวาเลนซ์โครเมียมหรือ Cr(VI) นั้นจัดเป็นรูปวาเลนซ์ของโครเมียมที่มีอันตรายจัดเป็นสารก่อมะเร็งที่สามารถละลายน้ำได้ในทุกค่าพีเอช การรีดักชั่น Cr(VI) ด้วยแบคทีเรียได้มีการยืนยันแล้วว่าเป็นวิธีการกำจัด Cr(VI) ที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ประสิทธิภาพของแบคทีเรียที่จะใช้ในการกำจัดยังคงมีข้อจำกัดตามปัจจัยทางกายภาพ เช่น ค่าพีเอช อุณหภูมิ และหรือความเค็มของน้ำทิ้งที่จะใช้ในการบำบัด ด้วยเหตุนี้งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์ที่จะค้นหาแบคทีเรียชนิดใหม่ที่มีศักยภาพสูงในการกำจัด Cr(VI) ทางชีวภาพ โดยทำการคัดเลือกจากแบคทีเรียที่พบมีในห้องปฏิบัติการ ผ่านการมีของชิ้นยีนที่กำหนดการสร้างเอนไซม์โครเมทรีดักเทส ซึ่งเป็นเอนไซม์หลักที่ใช้ในการรีดักชั่นโครเมียม ผลการทดลองพบแบคทีเรียจำ นวน 5 ชนิด ได้แก่ Acinetobacter baylyi, Bacillus megaterium, B. cereus, B. subtilis และ Streptococcus sciuri มียีนที่กำหนดการสร้างเอนไซม์โครเมทรีดักเทส ซึ่งสามารถผลิตเอนไซม์ได้ที่ค่าแอคติวิตีในช่วง 2-10 หน่วยต่อมิลลิลิตร โดยพบว่าแบคทีเรีย จำนวน 3 ชนิดในสกุล Bacillus คือ B. megaterium, B. cereus และ B. subtilis สามารถเจริญและทดต่อสภาวะที่มี Cr(VI) ความเข้มข้นสูง (≤ 50 มิลลิกรัมต่อลิตร) ได้โดยสามารถกำจัด Cr(VI) ได้อย่างสมบูรณ์ในสภาวะที่มีเกลือสูงถึงร้อยละ 7.5 (น้ำหนักต่อปริมาตร) ด้วยเหตุนี้จึงเลือกแบคทีเรียทั้งสามชนิดนี้มาทำการศึกษาต่อไป การศึกษาการกำจัด Cr(VI) ที่ความเข้มข้น 20 มิลลิกรัมต่อลิตร ในระบบแบบแบทพบว่า B. megaterium สามารถกำจัด Cr(VI) ได้อย่างสมบูรณ์ภายในเวลา 12 ชั่วโมง ภายใต้สภาวะเหมาะสมคือ อุณหภูมิ 30-45 องศาเซลเซียส ค่าพีเอชเท่ากับ 7.0 โดยใช้ความเร็วในการเขย่าเท่ากับ 250 รอบต่อนาที โดยพบว่าทริปโตนและฟรุคโตสเป็นตัวให้อิเล็กตรอนที่เหมาะสมต่อการเจริญและการรีดักชั่น Cr(VI) ของ B. megaterium นอกจากนี้ยังพบประสิทธิภาพในการรีดักชั่น Cr(VI) ที่สูงมากกว่าร้อยละ 90 เมื่อใช้กลีเซอรอล กลูโคส โซเดียมอะซิเตท และแลคโตสเป็นตัวให้อิเล็กตรอน สำหรับการปนเปื้ออนของโลหะหนักในระบบไม่พบการรบกวนประสิทธิภาพในการรีดักชั่นของ Cr(VI) โดยแบคทีเรีย ยกเว้นการมีของ Ag+ และ Hg2+ เซลล์อิสระของ B. cereus สามารถรีดักชั่น Cr(VI) ความเข้มข้น 25 มิลลิกรัมต่อลิตร ได้สมบูรณ์ในสภาวะหมาะสมคือ อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ค่าพีเอช 7.0 ความเร็วในการกวน 50 รอบต่อนาที และหัวเชื้อร้อยละ 25 โดยใช้ฟรุคโตสเป็นตัวให$อิเล็กตรอน ในสภาวะที่ไม่มีไอออนของโลหะหนักที่ไม่ใช้ Cu2+ และ Ba2+ ขณะที่ B. subtilis สามารถกำจัด Cr(VI) ในน้ำเสียสังเคราะห์ที่ใช้ทริปโตนเป็นตัวให้อิเล็กตรอนและมี Cr(VI) ความเข้มข้นเริ่มต้น 20 มิลลิกรัมต่อลิตร ได้อย่างสมบูรณ์ที่ค่าพีเอช 7.0 อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ด้วยการกวนที่ความเร็ว 200 รอบต่อนาทีและใช้หัวเชื้อตั้งต้นร้อยละ 10 โดยพบว่าประสิทธิภาพในการรีดักชั่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีไอออนของ Zn2+ และ Cu2+ ปนเปื้อน ผลการทดลองที่ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ B. megaterium, B. cereus และ B. subtilis ที่จะนำมาใช้ในการกำจัด Cr(VI) ที่ปนเปื้อนมากับน้ำทิ้งจากกระบวนการอุตสาหกรรมต่อไปในอนาคต