การผลิตเอนไซม์ตรึงสำหรับประยุกต์ใช้ในการกำจัดโครเมียมจากน้ำทิ้งในกระบวนการฟอกหนัง

จิตติมา เจริญพานิช

dc.contributor.author	จิตติมา เจริญพานิช
dc.contributor.other	มหาวิทยาลัยบูรพา. คณะวิทยาศาสตร์
dc.date.accessioned	2022-03-16T02:36:12Z
dc.date.available	2022-03-16T02:36:12Z
dc.date.issued	2561
dc.identifier.uri	http://dspace.lib.buu.ac.th/xmlui/handle/1234567890/4309
dc.description	โครงการวิจัยประเภทงบประมาณเงินรายได้จากเงินอุดหนุนรัฐบาล (งบประมาณแผ่นดิน) ประจำปีงบประมาณ พ.ศ. 2560	th_TH
dc.description.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	th_TH
dc.description.sponsorship	สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ	th_TH
dc.language.iso	th	th_TH
dc.publisher	คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา	th_TH
dc.subject	เอนไซม์	th_TH
dc.subject	การฟอกหนัง	th_TH
dc.title	การผลิตเอนไซม์ตรึงสำหรับประยุกต์ใช้ในการกำจัดโครเมียมจากน้ำทิ้งในกระบวนการฟอกหนัง	th_TH
dc.title.alternative	Construction of an immobilized enzyme for application in chromium removal from tannery wastewater	en
dc.type	Research	th_TH
dc.author.email	jittima@buu.ac.th	th_TH
dc.year	2561	th_TH
dc.description.abstractalternative	Leather tanning is a wide common industry all over the world. The high concentrations of pollutants with low biodegradability in tannery wastewater represent a serious and actual technological and environmental challenge. Chromium is one of the major contaminants in the effluents and demands special attention. Among the two stable valence states of chromium, the hexavalent chromium, Cr(VI) is remarkably hazardous because its properties of carcinogenic and water soluble in the full pH range. Reduction of Cr(VI) by bacteria has been found to be an efficient and environmental friendly strategy to solve chromate pollution. However, the performance of these bacteria suffers when pH, temperature, and/or salinity fluctuate. This study aims to explore a novel bacterium with potential to biological removal of Cr(VI). Bacteria from laboratory stock were preliminary screened as candidate of Cr(VI) reducers based on the presence of a chromate reductase gene. Five bacteria including Acinetobacter baylyi, Bacillus megaterium, B. cereus, B. subtilis and Streptococcus sciuri contained the chromate reductase gene. Assay of chromate reductase activity revealed enzyme production in the range of 2-10 U/mL. However, three bacteria in the genus Bacillus, B. megaterium, B. cereus and B. subtilis exhibited relatively high tolerance to Cr(VI) (≤ 50 mg/L) and whole reduction of Cr(VI) in the salty condition up to 7.5% (w/v). Hence, these bacteria were selected for further studies. Study on the removal of 20 mg/L Cr(VI) in batch experiments by B. megaterium showed complete reduction of Cr (VI) within 12 hours under optimized conditions of temperature 30-45 °C, pH 7.0 and 250 rpm. Tryptone and fructose were found to be an effective electron donor for growth of B. megaterium and Cr (VI) reduction. High reduction of Cr (VI) (≥ 90%) was also obtained for glycerol, glucose, sodium acetate and lactose. Presence of metal ions except Ag+ and Hg2+ did not affect reduction ability of B. megaterium. Free-cells of B. cereus showed complete reduction of 25 mg/L Cr(VI) at the optimum condition of temperature 37 °C, pH 7.0, shaking velocity (50 rpm) and biomass dose (25% culture inoculums) in the absence of metal ions except Cu2+ and Ba2+ and use of fructose as electron donor. B. subtilis showed complete reduction of 20 mg/L Cr(VI) at pH 7.0 and 37 °C, 200 rpm of shaking velocity by using 10% of biomass dose. Tryptone was found to be the best electron donor for the Cr(VI) reduction and the presence of Zn2+ and Cu2+ did not affect reduction ability of B. subtilis. Our finding evidently shows that B. megaterium, B. cereus and B. subtilis are a potential candidate to practically biotreat the industrial effluents containing Cr(VI) in the future	en