- Trang Chủ
- Hoá học
- Bước đầu nghiên cứu phân giải màu Congo Red bằng các chủng vi sinh được lựa chọn và phân lập từ nước thải dệt nhuộm
Xem mẫu
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHÂN GIẢI MÀU CONGO RED BẰNG CÁC
CHỦNG VI SINH ĐƯỢC LỰA CHỌN VÀ PHÂN LẬP
TỪ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
Nguyễn Hồ Cát Dung1, Nguyễn Xuân Bình1, Phan Thị Mỹ Hạnh1,
Lê Thị Ánh Hồng2, Trần Thành1*
1
Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
2
Viện Sinh học Nhiệt đới – Viện Hàn lâm và Khoa học Việt Nam
*Tác giả liên lạc: tthanh@ntt.edu.vn
(Ngày nhận bài: 11/04/2017; Ngày duyệt đăng: 08/05/2017)
TÓM TẮT
Nghiên cứu nhằm phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật từ nước thải dệt
nhuộm có khả năng phân giải màu Congo Red. Các chủng vi sinh được nuôi cấy và
thử nghiệm hoạt tính trên môi trường PDA, độ màu suy giảm được đánh giá bằng
cách so màu UV-VIS trên thang màu nồng độ Congo Red và Pt-Co, các thí nghiệm về
đánh giá hình thái và định danh cũng được triển khai. Kết quả bước đầu cho thấy từ
nguồn nước thải dệt nhuộm đầu ra đã phân lập được 8 chủng vi sinh vật có khả năng
phân giải màu và có đường kính phân giải từ 17 – 47mm. Thử nghiệm định lượng
trong môi trường tăng sinh có bổ sung Congo Red nồng độ 1 mg/L ban đầu cho thấy
sau bảy ngày các chủng đã phân giải làm giảm độ màu đi khoảng 4 lần so với nồng độ
ban đầu.
Từ khóa: Congo Red, vi sinh vật khử màu.
INITIAL STUDY ON CONGO RED DECOLORATION BY
MICROORGANISM STRAINS ISOLATED FROM DYE TEXTILE
WASTEWATER
Nguyen Ho Cat Dung1, Nguyen Xuan Binh1, Phan Thi My Hanh1,
Le Thi Anh Hong2, Tran Thanh1*
1
NTT Hi-Tech Institute - Nguyen Tat Thanh University
2
Institute of Tropical Biology, Vietnam Academy of Science and Technology
*Corresponding Author: tthanh@ntt.edu.vn
ABSTRACT
This research aims to isolate and select microbial strains from dyeing textile dyes
capable of degrading the color of Congo Red. Microbial strains cultured and tested
for activity in PDA medium, degradation of colors were evaluated by UV-VIS on
Congo Red and Pt-Co concentration scale, morphological tests and identifiers are
also deployed. Initial results showed that from the source of textile wastewater
isolated 8 species of microorganisms were capable of color decolorization with
resolution of 17-47mm diameter. Quantitative testing in PDA medium with initial
Congo Red concentration of 1 mg/L showed that after seven days, the strains resolved
reduced the color to about 4 times that of the original concentration.
Keywords: Congo Red, biodecolourization.
TỔNG QUAN đóng góp to lớn vào sự phát triển kinh tế
Thuốc nhuộm tổng hợp được sử dụng của đất nước thì các thuốc nhuộm tổng
rộng rãi trong ngành dệt, giấy, thực phẩm, hợp cũng mang lại không ít nhũng tác
mỹ phẩm và dược phẩm. Bên cạnh những động tiêu cực đến môi trường sinh thái.
1
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
Sự thất thoát thuốc nhuộm trong quá trình được nghiên cứu, bao gồm vi khuẩn (Sani
nhuộm đã dẫn đến 10-15% chất nhuộm & Banerjee, 1999), nấm (Swamy &
không sử dụng vào trực tiếp nước thải Ramsay, 1999), xạ khuẩn (Zhou &
(Spadarry, Isebelle, & Renganathan, Zimmermann, 1993) và tảo (Dilek,
1994). Độ màu có trong nước thải cho Taplamacioglu, & Tarlan, 1999). Hầu hết
thấy cảm quan rõ ràng về nước bị ô các thuốc nhuộm azo đều được giảm
nhiễm và có thể trực tiếp làm hỏng nguồn xuống bằng phương pháp kị khí với các
nước tiếp nhận. Trong số đó, thuốc amin tương ứng thông qua sự phân chia
nhuộm azo đặc biệt được quan tâm khi đi liên kết azo bằng azoreductase vi khuẩn
vào nguồn nước tự nhiên sẽ dẫn đến sự nhưng chúng rất khó phân hủy sinh học
chuyển đổi nhóm azo sang các amin thơm hiếu khí (Banat et al., 1996). Do đó, có
tạo thành việc tích tụ sinh học có thể gây rất nhiều nghiên cứu về xử lý nước thải
ra các tác động độc hại lên sinh vật thủy dệt nhuộm bằng phương pháp sinh học
sinh và thậm chí gây ra các tác động gây nhiều năm gần đây như Ruijing Li, Xun-
ung thư và gây biến đổi gen trên người, an Ning và cộng sự (2015) đã nghiên cứu
điển hình như Congo Red là một loại sự phai màu và phân hủy sinh học của
thuốc nhuộm diazo dựa trên benziđin màu Congo Red bởi Acinetobacter
([1,1'-biphenyl]-1,4' diamin) được biết baumannii YNWH 226 với mục đích làm
đến là chất gây ung thư (Zollinger, 2003). giảm Congo Red (CR) trong điều kiện
Các sinh vật trong nước khi phơi nhiễm hiếu khí (Li et al., 2015), Mohamed
lâu dài những thuốc nhuộm này có thể S.Mahmoud và cộng sự (2016) đã nghiên
gây ra những ảnh hưởng lâu dài như tổn cứu về xử lý sinh học thuốc nhuộm Red
hại đến di truyền và khả năng sinh sản (JS Azo trong nước thải dệt nhuộm bằng
& HS, 2007). Aspergilus Niger strain (S.Mahmoud,
Hiện nay, xử nước nước dệt nhuộm đặc K.Mostafa, A.Mohamed, A.Sobhy, & Nasr,
biệt là màu nhuộm thường bằng các quá 2016), M-X. Wang và cộng sự (2014) đã
trình xử lý vật lý hoặc hóa học để đạt nghiên cứu về một phương pháp xử lý
được sự khử màu tốt hơn, nhưng các sinh học được thực hiện bằng cách sử
phương pháp này nói chung là tốn kém, dụng có nguồn gốc từ vi sinh vật -
kém hiệu quả và có hạn chế là tạo ra janthinellum Penicillium căng P1 (Wang,
nhiều các chất thải nguy hại (bùn hóa Zhang, & Yao, 2014), Hala Yassin El-
phẩm) khó phân huỷ. Do đó để thay thế Kassas, Laila Abdelfattah Sallam (2014)
và khắc phục các nhược điểm của quá đã nghiên cứu xử lý sinh học nước thải
trình hóa lý, việc xử lý bằng phương pháp dệt nhuộm bằng Chlorella Vulgaris (El-
sinh học đã ngày càng nhận được sự quan Kassas & H.Y., 2014),… Nhìn chung, quá
tâm do hiệu quả về chi phí của chúng, khả trình thử nghiệm xử lý sinh học các màu
năng tạo ra ít bùn hơn và thân thiện môi nhuộm đang được nghiên cứu phát triển
trường hơn (Banat, Nigam, Singh, & mạnh mẽ ở các nước để tìm ra phương
Marchant, 1996). Do đó, để phát triển pháp xử lý thân thiện môi trường cho màu
một quy trình phương pháp sinh học thực nói riêng và nước thải dệt nhuộm, in ấn
tế để xử lý nước thải có chứa chất nhuộm nói chung, tuy nhiên ở Việt Nam, các
có ý nghĩa rất quan trọng. nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn nhiều
Hiệu quả của việc khử màu bằng vi sinh hạn chế.
vật phụ thuộc vào khả năng thích ứng với Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi
điều kiện môi trường và khả năng hoạt báo cáo về những bước đầu trong quá
động của từng loại vi sinh được chọn. trình phân lập và thử nghiệm khả năng
Trong thập kỷ qua, nhiều vi sinh vật có phân giải màu Congo Red với mục đích
khả năng phân hủy chất nhuộm azo đã tìm ra các chủng vi sinh thích hợp để thử
2
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
nghiệm trong phòng thí nghiệm phương Nguyên tắc chung: Các ống nghiệm môi
pháp xử lý bằng sinh học từ đó làm tiền trường tăng sinh loãng 10 ml có bổ sung
đề để mở rộng và mở ra lối đi cho 1ml màu nhuộm Congo Red (50mg/L).
phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm Các chủng được nuôi lắc tăng sinh và
bằng các chế phẩm sinh học an toàn, thân được sử dụng ở nồng độ 107 (bằng pp trải
thiện môi trường và kinh tế hơn cho đĩa thạch với vi khuẩn và cấy trên môi
ngành dệt nhuộm ở Việt Nam. trường bán rắn với nấm) mỗi chủng được
hút 50 l dịch tăng sinh bổ sung vào ống
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP nghiệm. Từ đó sau các khoảng thời gian
NGHIÊN CỨU chu kỳ 1 ngày/lần sẽ đánh giá sự thay đổi
Nguồn vi sinh và môi trường màu và đánh giá trên đường chuẩn đơn
Nguồn vi sinh vật để phân lập từ nước màu của màu đỏ. So màu ở bước sóng =
thải dệt nhuộm của Công ty TNHH Dệt 498 nm (Congo Red).
Nhuộm Hưng Phát Đạt - Khu Công Ngoài ra, theo tiêu chuẩn xả thải của Việt
Nghiệp Xuyên Á (Long An). Mẫu nước Nam về nước thải dệt nhuộm (QCVN 13)
thải được lấy về trong can nhựa 2L và quy định về độ màu được tính trên đơn vị
bảo quản lạnh 4oC. Pt – Co. Để thử nghiệm hiệu quả phân
Môi trường sử dụng phân lập là PDA giải màu gần thực tế nhất, nghiên cứu
(Potato Dextrose Agar) được chuẩn bị và cũng đồng thời đánh giá độ màu phân giải
khử trùng bằng nồi hấp ở 121oC trong 15 dựa vào phương trình đường chuẩn màu
phút. Pt – Co (bước sóng 455nm).
Màu nhuộm azo sử dụng là Congo Red Đo độ hấp thu Abs của mẫu và tính toán
(Sigma). nồng độ màu phân giải bằng máy so màu
Quá trình sàng lọc và phân lập UV-VIS Thermo scientific- Evolution
Các chủng vi sinh được phân lập bằng 60S.
phương pháp pha loãng nối tiếp và cấy - Định danh các chủng vi sinh vật có khả
trên đĩa thạch PDA. Các khuẩn lạc xuất năng phân giải màu dệt nhuộm Congo
hiện trên đĩa thạch có tạo vòng phân giải Red
hoặc biến đổi màu đỏ (Congo red) ban Phương pháp giải trình tự 16S và 28S
đầu sẽ được ghi nhận về đặc điểm hình rDNA bằng cách gửi mẫu đến phòng thí
thái và địa hình như hình dạng, bề mặt, độ nghiệm Nam Khoa (q7, Tp.HCM). Sau
cao, sắc tố, cạnh, độ mờ đục (vi khuẩn - quá trình giải trình tự, các chủng sẽ được
xạ khuẩn), màu sắc bào tử và phân bào, tra tên bằng BLAST SEARCH để đánh
phân bố bào tử (nấm). giá độ tương đồng.
Quá trình đánh giá khả năng phân giải
màu của các chủng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- Xác định khả năng phân giải màu bằng Kết quả phân lập và sàng lọc chủng
phương pháp định tính: cấy ziczac Sau khi phân lập từ nước thải dệt nhuộm,
Nguyên tắc chung: Cấy ziczac các khuẩn chúng tôi đã thu được 8 chủng vi sinh có
lạc từ ống giống lên đĩa petri để test hoạt khả năng phân giải màu nước thải dệt
tính sơ bộ và sàng lọc lựa chọn những nhuộm. Tất cả 8 chủng vi sinh đó đều là
chủng có khả năng phân giải cao nhất lần nấm và được kí hiệu từ R1 đến R8. Các
1 với số lần lặp lại thí nghiệm là 3 chủng đã tìm thấy được trình bày ở bảng
đĩa/mẫu. Tiêu chí để xác định hoạt lực 1.
mạnh hay yếu của enzym dựa vào đường Bảng 1. Các chủng vi sinh vật có khả
kính phân giải sơ bộ D (mm). năng phân giải sinh học nước màu dệt
- Xác định hoạt tính phân giải màu bằng nhuộm
phương pháp định lượng màu biểu kiến:
3
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
Ký Ký
Mô tả Hình ảnh Mô tả
hiệu hiệu
Nấm,
Nấm, mọc mọc sát
nổi trên bề bề mặt,
mặt, rìa rìa mép
R1 R5
mép căng méo, lan
tròn, nhân rộng,
tròn vàng nhân
tròn đỏ
Nấm,
Nấm, mọc mọc nổi
nổi trên bề trên bề
R2 mặt, nhân R6 mặt,
tròn màu nhân
đỏ tròn màu
đỏ
Nấm, mọc Nấm,
nổi trên bề mọc nổi
R3 mặt, nhân R7 trên bề
tròn màu mặt,
đỏ nhân đen
Nấm,
Nấm, mọc mọc nổi
sát bề mặt, trên bề
R4 rìa mép R8 mặt,
méo, nhân nhân
tròn đỏ tròn
trắng
Đánh giá khả năng phân giải màu thạch Agar. Đánh giá khả năng phân giải
Sau phân lập, chúng tôi tiến hành đánh màu dựa vào đường kính phân hủy được
giá định tính khả năng phân giải màu của trình bày tại bảng 2:
các chủng bằng phương pháp cấy trên
4
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
Bảng 2. Đường kính của các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải màu nước dệt
nhuộm Congo Red
Kích Kích
Ký Ký
thước Hình ảnh thước Hình ảnh
hiệu hiệu
(mm) (mm)
R1 25 R5 18
R2 17 R6 17
R3 20 R7 47
R4 37 R8 19
Từ kết quả định tính phân giải màu trên mm và chủng R7 có khả năng phân giải
môi trường thạch tạm cho thấy, đường màu tốt nhất là 47 mm.
kính phân giải các chủng trung bình dao Tiếp theo, chúng tôi tiến hành định lượng
động từ 17 mm đến 47 mm trong đó các chủng có khả năng phân giải màu
chủng R2 và R6 có khả năng phân giải nước thải dệt nhuộm Congo Red và kết
thấp nhất với đường kính phân giải là 17 quả cho được là:
Hình 1. Kết quả phân giải màu bằng phương pháp định lượng màu biểu kiến
5
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
Dựa trên kết quả phân giải màu bằng khác biệt hẳn so với Control, đặc biệt
phương pháp định lượng màu biểu kiến chủng R7 cho kết quả màu tốt nhất, màu
(hình 1), màu đỏ của các nghiệm thức đỏ gần như được phân giải hết và còn lại
nhạt dần so với mẫu Control. Sau 7 ngày, màu xám trong.
có thể nhận thấy độ màu của các chủng
Hình 2. (A) Đồ thị thể hiện hàm lượng màu tính theo Pt-Co; (B) Đồ thị thể hiện hàm
lượng màu tính theo mg/l Congo Red của các chủng phân giải màu
Kết quả đồ thị (A) cho thấy quá trình khả năng phân giải màu tốt nhất từ nồng
giảm màu của các nghiệm thức, sau 7 độ 1 mg/l ban đầu còn gần 0,3 mg/l ở
ngày thử nghiệm tất cả các chủng đều có ngày thứ 7 (giảm hơn 3 lần).
khả năng phân giải màu trong đó chủng Xem xét hình thái và định danh
R4 cho kết quả kém nhất (từ R7 4.467 Pt- Dựa vào kết quả định lượng và định tính
Co ban đầu xuống còn 2.217 Pt-Co) và cho thấy hiệu quả phân giải màu ở thuốc
chủng R1 có khả năng phân giải màu tốt nhuộm Congo Red ở chủng R7 đạt hiệu
nhất từ 4.467 Pt-Co ban còn gần 1.000 Pt- quả tốt nhất, chúng tôi tiến hành đánh giá
Co ở ngày thứ 7 (giảm hơn 4 lần). hình thái và định danh chủng. Chủng vi
Kết quả đồ thị (B) cho thấy, sau 7 ngày sinh vật R7 được nuôi cấy trong đĩa petri
thử nghiệm tất cả các chủng đều có khả và sau ba ngày, kết quả hình thái và soi
năng phân giải màu trong đó chủng R7 có bào tử trên kính hiển vi (x100) như sau:
Hình 3. (A) Kết quả hình thái của chủng R7 nuôi cấy trên đĩa pettri; (B) Hình ảnh soi
bào tử chủng R7 trên kính hiển vi
So sánh chuỗi 16S rRNA và 28S rRNA di truyền sử dụng các chương trình
của vi sinh vật với các ngân hàng dữ liệu BLAST, kết quả cho thấy như sau:
6
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
Hình 4. Kết quả so sánh dữ liệu di truyền trên BLAST search của chủng R7
Như vậy, dựa vào kết quả giải mã gen và chủng đều có khả năng phân giải màu
so sánh với cơ sở dữ liệu thông qua Congo Red nhưng trong đó chủng R7 có
BLAST search cho thấy chủng R7 có khả năng phân giải màu tốt nhất. Tính
tương thích cao với chủng vi nấm theo nồng độ màu 1mg/l ban đầu, chủng
Aspergillus niger. Chủng nấm này cũng R7 phân giải còn gần 0,3 mg/l ở ngày thứ
đã được vài nghiên cứu quan tâm ghi 7 (giảm hơn 3 lần) và tính theo độ màu
nhận và đánh giá cao về khả năng phân Pt-Co, chủng R7 cũng cho kết quả tốt
giải màu. nhất hạ màu từ 4467 Pt-Co ban còn gần
1000 Pt-Co ở ngày thứ 7 (giảm hơn 4 lần).
KẾT LUẬN Qua đánh giá đặc điểm hình thái, phân
Qua quá trình phân lập các vi sinh vật tích 28S rRNA và tra cứu BLAST search
phân giải màu trong nước thải dệt nhuộm, cho thấy chủng R7 tương tự như
nghiên cứu đã thu thập được tổng cộng 8 Aspergillus niger. Mặc dù, nghiên cứu
chủng có khả năng phân giải màu Congo cần phải trải qua nhiều giai đoạn thử
Red có đường kính phân giải từ 17 mm nghiệm và phát triển, nhưng những lợi ích
đến 47 mm trong đó tốt nhất là chủng R7 cho nó về môi trường và tiềm năng ứng
(47mm). Thử nghiệm định lượng phân dụng xử lý sinh học độ màu cho các nước
giải màu sau 7 ngày cho thấy tất cả các thải là rất hứa hẹn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
BANAT, I. M., NIGAM, P., SINGH, D., & MARCHANT, R. (1996). Microbial
decolorization of textile dye-containing effluents: a review. Bioresource
Technology, 58(3), 217 -227. doi: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(96)00113-
7.
DILEK, F. B., TAPLAMACIOGLU, H. M., & TARLAN, E. (1999). Colour and AOX
removal from pulping effluents by algae. Applied Microbiology and
Biotechnology, 52(4), 585 - 591. doi: 10.1007/s002530051564.
EL-KASSAS, & H.Y., S. (2014). L.A. Bioremediation of the textile waste effluent by
Chlorella vulgaris. Egyptian Journal of Aquatic Research.
JS, B., & HS, F. (2007). Aquatic toxicity evaluation of new directdyes to the Daphnia
magna. Dyes Pigments, 73, 81–85.
LI, R., NING, X.-A., SUN, J., WANG, Y., LIANG, J., LIN, M., & ZHANG, Y.
(2015). Decolorization and biodegradation of the Congo red by Acinetobacter
baumannii YNWH 226 and its polymer production’s flocculation and dewatering
potential. Bioresource Technology.
S.MAHMOUD, M., K.MOSTAFA, M., A.MOHAMED, S., A.SOBHY, N., & NASR,
M. (2016). Bioremediation of red azo dye from aqueous solutions by aspergillus
niger strain isolated from textile wastewater. Journal of Environmental Chemical
Engineering.
7
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017
SANI, R. K., & BANERJEE, U. C. (1999). Decolorization of triphenylmethane dyes
and textile and dye-stuff effluent by Kurthia sp. Enzyme and Microbial
Technology, 24(7), 433 - 437. doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0141-
0229(98)00159-8.
SPADARRY, J. T., ISEBELLE, L., & RENGANATHAN, V. (1994). Hydroxyl
radical mediated degradation of azo dyes: evidence for benzene generation.
Environ. Sci. Technol, 28(7), 1389-1393. doi: 10.1021/es00056a031.
SWAMY, J., & RAMSAY, J. A. (1999). The evaluation of white rot fungi in the
decolorization of textile dyes. Enzyme and Microbial Technology, 24, 130 - 137.
WANG, M.-X., ZHANG, Q.-L., & YAO, S.-J. (2014). A novel Biosorbent formed of
marine-derived Penicillium janthinellum mycelial pellets for removing dyes from
dye-containing wastewater. Chemical Engineering Journal.
ZHOU, W., & ZIMMERMANN, W. (1993). Decolorization of industrial effluents
containing reactive dyes by actinomycetes. FEMS Microbiology Letters, 107 (2-
3), 157 - 161.
ZOLLINGER, H. (2003). Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of
Organic Dyes and Pigments. Switzerland: Wiley-VCH.
8
nguon tai.lieu . vn