- Trang Chủ
- Hoá học
- Phân lập và lựa chọn chủng vi sinh vật có khả năng phân giải màu dệt nhuộm Congo Red
Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
PHÂN LẬP VÀ LỰA CHỌN CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG
PHÂN GIẢI MÀU DỆT NHUỘM CONGO RED
Nguyễn Hồ Cát Dung*, Nguyễn Xuân Bình, Phan Thị Mỹ Hạnh
Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
*
Tác giả liên hệ: CatDungnguyenho@ntt.edu.vn
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, đánh giá ảnh
hưởng của một số yếu tố môi trường lên khả năng phân giải màu và định danh cũng được
triển khai. Kết quả đề tài đã phân lập được 8 chủng vi sinh vật thể hiện được khả năng phân
giải màu thuốc nhuộm Congo Red với đường kính phân giải từ 17 – 47 mm và khả năng tổng
hợp enzyme laccase. Qua sàng lọc, chủng R7 là chủng vi sinh vật phân giải màu Congo Red
tốt nhất trong môi trường PDA với hiệu quả phân giải màu đơn sắc lên tới 89,12% trên hàm
lượng 200 mg/L ban đầu. Kết quả còn cho thấy với điều kiện lắc giúp cho các chủng vi sinh
phân giải màu Congo Red tốt hơn, hiệu quả phân giải màu Congo Red được gia tăng khi bổ
sung nguồn Carbon là Glucose vào trong môi trường nuôi cấy và việc thử nghiệm các môi
trường nuôi cấy khác nhau giúp thay đổi tốc độ phân giải màu thuốc nhuộm tốt hơn. Qua
đánh giá đặc điểm hình thái, định danh bằng 28S rRNA và tra cứu BLAST search cho thấy
chủng R7 tương tự như Aspergillus niger.
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 Dung*, Nguyen Xuan Binh, Phan Thi My Hanh
Nguyen Tat Thanh University
*Corresponding author: CatDungnguyenho@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. The results
showed that eight microbial strains exhibited the ability to dissolve Congo Red dye with a
resolution of 17 - 47 mm and the ability to synthesize the laccase enzyme. By screening, the
R7 strain is the best Congo Red color microorganism in the PDA environment with 89.1%
colorimetric resolution at the initial 200 mg / L. The results of the assessment of the effect of
some environmental factors on dye coloration of Congo Red dye showed that with shaking
conditions, the microflora strain can degrade color better Congo Red, effective color
resolution Congo Red Increased by supplementing the carbon source of glucose into the
culture medium and testing different cultured media to alter the dye removal rate better. By
morphological characterization, identification by 28S rRNA and BLAST search showed that
the R7 strain was similar to Aspergillus niger.
Keywords: Congo Red, decolourizing microorganism.
TỔNG QUAN nước thì các thuốc nhuộm tổng hợp cũng
Thuốc nhuộm tổng hợp được sử dụng rộng mang lại không ít những tác động tiêu cực
rãi trong ngành dệt, giấy, thực phẩm, mỹ đến môi trường sinh thái. Sự thất thoát thuốc
phẩm và dược phẩm. Bên cạnh những đóng nhuộm trong quá trình nhuộm đã dẫn đến
góp to lớn vào sự phát triển kinh tế của đất 10% - 15% chất nhuộm không sử dụng vào
551
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
trực tiếp nước thải (Spadarry & Renganathan, nghiệm xử lý sinh học các màu nhuộm đang
1994). Độ màu có trong nước thải cho thấy được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ ở các
cảm quan rõ ràng về nước bị ô nhiễm và có nước để tìm ra phương pháp xử lý thân thiện
thể trực tiếp làm hỏng nguồn nước tiếp nhận. môi trường cho màu nói riêng và nước thải
Trong số đó, thuốc nhuộm azo đặc biệt được dệt nhuộm, in ấn nói chung, tuy nhiên ở Việt
quan tâm khi đi vào nguồn nước tự nhiên sẽ Nam, các nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn
có thể gây ra các tác động độc hại lên sinh nhiều hạn chế.
vật thủy sinh và thậm chí gây ra các tác động Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi báo
gây ung thư và gây biến đổi gen trên người, cáo về những bước đầu trong quá trình phân
điển hình như Congo Red là một loại thuốc lập và thử nghiệm khả năng phân giải màu
nhuộm diazo dựa trên benziđin ([1,1'- Congo Red với mục đích tìm ra các chủng vi
biphenyl] -1,4' diamin) được biết đến là chất sinh thích hợp để thử nghiệm trong phòng thí
gây ung thư. nghiệm phương pháp xử lý bằng sinh học từ
Hiện nay, xử nước nước dệt nhuộm đặc biệt đó làm tiền đề để mở rộng và mở ra lối đi
là màu nhuộm thường bằng các quá trình xử cho phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
lý vật lý hoặc hóa học để đạt được sự khử bằng các chế phẩm sinh học an toàn, thân
màu tốt hơn, nhưng các phương pháp này nói thiện môi trường và kinh tế hơn cho ngành
chung là tốn kém, kém hiệu quả và có hạn dệt nhuộm ở Việt Nam.
chế là tạo ra nhiều các chất thải nguy hại
(bùn hóa phẩm) khó phân huỷ. Do đó để thay VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
thế và khắc phục các nhược điểm của quá NGHIÊN CỨU
trình hóa lý, việc xử lý bằng phương pháp Nguồn vi sinh và môi trường
sinh học đã ngày càng nhận được sự quan Nguồn vi sinh vật để phân lập từ nước thải
tâm do hiệu quả về chi phí của chúng, khả dệt nhuộm của Công Ty TNHH Dệt Nhuộm
năng tạo ra ít bùn hơn và thân thiện môi Hưng Phát Đạt - Khu Công Nghiệp Xuyên Á
trường hơn (Banat, Nigam, Singh, & (Long An). Mẫu nước thải được lấy về trong
Marchant, 1996). Do đó, để phát triển một can nhựa 2L và bảo quản lạnh 4oC.
quy trình phương pháp sinh học thực tế để xử Môi trường sử dụng phân lập là PDA (Potato
lý nước thải có chứa chất nhuộm có ý nghĩa Dextrose Agar) được chuẩn bị và khử trùng
rất quan trọng. bằng nồi hấp ở 121oC trong 15 phút.
Có rất nhiều nghiên cứu về xử lý nước thải Màu nhuộm azo sử dụng là Congo Red
dệt nhuộm bằng phương pháp sinh học nhiều (Sigma).
năm gần đây như Ruijing Li, Xun-an Ning và Quá trình sàng lọc và phân lập.
cộng sự (2015) đã nghiên cứu sự phai màu và Các chủng vi sinh được phân lập bằng
phân hủy sinh học của màu Congo Red bởi phương pháp pha loãng nối tiếp và cấy trên
Acinetobacter baumannii YNWH 226 với đĩa thạch PDA. Các khuẩn lạc xuất hiện trên
mục đích làm giảm Congo Red (CR) trong đĩa thạch có tạo vòng phân giải hoặc biến đổi
điều kiện hiếu khí (Li et al., 2015), Mohamed màu đỏ (congo red) ban đầu sẽ được ghi
S.Mahmoud và cộng sự (2016) đã nghiên cứu nhận về đặc điểm hình thái và địa hình như
về xử lý sinh học thuốc nhuộm Red Azo hình dạng, bề mặt, độ cao, sắc tố, cạnh, độ
trong nước thải dệt nhuộm bằng Aspergilus mờ đục (vi khuẩn - xạ khuẩn), màu sắc bào
Niger strain (S.Mahmoud, K.Mostafa, tử và phân bào, phân bố bào tử (nấm).
A.Mohamed, A.Sobhy, & Nasr, 2016), M-X. Quá trình đánh giá khả năng phân giải
Wang và cộng sự (2014) đã nghiên cứu về màu của các chủng.
một phương pháp xử lý sinh học được thực Xác định khả năng phân giải màu bằng
hiện bằng cách sử dụng có nguồn gốc từ vi phương pháp định tính: cấy ziczac
sinh vật - janthinellum Penicillium căng P1 Nguyên tắc chung: Cấy ziczac các khuẩn lạc
(Wang, Zhang, & Yao, 2014), Hala Yassin từ ống giống lên đĩa petri để test hoạt tính sơ
El-Kassas, Laila Abdelfattah Sallam (2014) bộ và sàng lọc lựa chọn những chủng có khả
đã nghiên cứu xử lý sinh học nước thải dệt năng phân giải cao nhất lần 1 với số lần lặp
nhuộm bằng Chlorella Vulgaris (El-Kassas lại thí nghiệm là 3 đĩa/mẫu. Tiêu chí để xác
& H.Y., 2014)…. Nhìn chung, quá trình thử định hoạt lực mạnh hay yếu của enzym dựa
552
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
vào đường kính phân giải sơ bộ D (mm). yếu tố môi trường lên khả năng phân giải
Xác định hoạt tính phân giải màu bằng màu thuốc nhuộm Congo Red
phương pháp định lượng màu biểu kiến: Mục tiêu nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh
Nguyên tắc chung: Đong 100 mL môi trường hưởng của một số yếu tố môi trường so sánh
PDA lỏng có bổ sung 100 mL (nồng độ 200 mới môi trường khác, trạng thái thí nghiệm
mg/L) thuốc nhuộm Congo Red vào bình tam lên khả năng phân giải màu thuốc nhuộm
giác Erlenmenyer 250 mL tiệt trùng. Sau đó, Congo Red của chủng VSV tuyển chọn.
bỏ các chủng VSV phân lập cho vào bình. Các chủng VSV thêm vào được chuẩn bị
Thí nghiệm được thực hiện với 3 lần lặp lại tăng sinh trong dịch lỏng. Sau đó, hút 50 µL
cho mỗi chủng vi sinh thử nghiệm và mỗi (dung dịch tăng sinh được xác định ở nồng
loại thuốc nhuộm. Nghiệm thức đối chứng độ 107) cho vào các erlen thí nghiệm.
cũng thực hiện tương tự như các nghiệm thức Định danh các chủng vi sinh vật có khả năng
khác, tuy nhiên, không bỏ bất kỳ chủng VSV phân giải màu dệt nhuộm Congo Red
nào vào. . Từ đó sau các khoảng thời gian Phương pháp giải trình tự 16S và 28S rDNA
chu kỳ 1 ngày/ lần sẽ đánh giá sự thay đổi bằng cách gửi mẫu đến phòng thí nghiệm
màu và đánh giá trên đường chuẩn đơn màu Nam Khoa (q7, Tp.HCM). Sau quá trình giải
của màu đỏ. So màu ở bước sóng = 498 nm trình tự, các chủng sẽ được tra tên bằng
Ngoài ra, theo tiêu chuẩn xả thải của Việt BLAST SEARCH để đánh giá độ tương
Nam về nước thải dệt nhuộm (QCVN 13) đồng.
quy định về độ màu được tính trên đơn vị Pt
– Co. Để thử nghiệm hiệu quả phân giải màu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
gần thực tế nhất, nghiên cứu cũng đồng thời Đánh giá khả năng phân giải màu
đánh giá độ màu phân giải dựa vào phương Sau phân lập, chúng tôi tiến hành đánh giá
trình đường chuẩn màu Pt – Co (bước sóng định tính khả năng phân giải màu của các
455nm). chủng bằng phương pháp cấy trên thạch agar.
Đo độ hấp thu Abs của mẫu và tính toán Khả năng đánh giá khả năng phân giải màu
nồng độ màu phân giải bằng máy so màu dựa vào đường kính phân hủy được trình bày
UV-VIS Thermo scientific- Evolution 60S. tại bảng 1.
Quá trình đánh giá ảnh hưởng của một số
Bảng 1. Đường kính của các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải màu nước dệt nhuộm
Congo Red
STT Ký hiệu STT Ký hiệu
Đường kính Đường kính
1 R1 ++ 5 R5 +++
2 R2 ++ 6 R6 +++
3 R3 +++ 7 R7 ++++
4 R4 +++ 8 R8 ++
* Ghi chú: Phân cấp các mức độ đường kính của các chủng vi sinh vật có khả năng
phân giải màu nước dệt nhuộm Congo Red như sau: ++: đường kính vòng phân
giải là: 10-30 mm; +++: 30-40 mm và ++++: 40-50 mm.
Kết quả phân lập và sàng lọc chủng cả 8 chủng vi sinh đó đều là nấm và được kí
Sau khi phân lập từ nước thải dệt nhuộm, hiệu từ R1 đến R8. Các chủng đã tìm thấy
chúng tôi đã thu được 8 chủng vi sinh có khả được trình bày ở bảng 2.
năng phân giải màu nước thải dệt nhuộm. Tất
553
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Bảng 2. Các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải sinh học nước màu dệt nhuộm
Kí
Kí hiệu Mô tả Hình ảnh Mô tả Hình ảnh
hiệu
Nấm, mọc Nấm, mọc
nổi trên bề sát bề mặt,
mặt, rìa rìa mép
R1 R5
mép căng méo, lan
tròn, nhân rộng, nhân
tròn vàng tròn đỏ
Nấm, mọc Nấm, mọc
nổi trên bề nổi trên bề
R2 mặt, nhân R6 mặt, nhân
tròn màu tròn màu
đỏ đỏ
Nấm, mọc
Nấm, mọc
nổi trên bề
nổi trên bề
R3 mặt, nhân R7
mặt, nhân
tròn màu
đen
đỏ
Nấm, mọc
Nấm, mọc
sát bề mặt,
nổi trên bề
R4 rìa mép R8
mặt, nhân
méo, nhân
tròn trắng
tròn đỏ
Từ kết quả định tính phân giải màu trên môi phân giải màu tốt nhất với đường kính là 47
trường thạch tạm cho thấy, đường kính phân mm.
giải các chủng trung bình dao động từ 17 mm Tiếp theo, chúng tôi tiến hành định lượng các
đến 47 mm trong đó chủng R2 và R8 có khả chủng có khả năng phân giải màu nước thải
năng phân giải thấp nhất với đường kính dệt nhuộm Congo Red và kết quả cho được
phân giải lần lượt là 17 mm và 18 mm. Bên là:
cạnh đó, chủng R7 lại là chủng có khả năng
Hình 1. Kết quả phân giải màu bằng phương pháp định lượng màu biểu kiến
Dựa trên kết quả phân giải màu bằng phương của các chủng khác biệt hẳn so với Control,
pháp định lượng màu biểu kiến (hình 1), màu đặc biệt chủng R7 cho kết quả màu tốt nhất,
đỏ của các nghiệm thức nhạt dần so với mẫu màu đỏ gần như được phân giải hết và còn lại
Control. Sau 7 ngày, có thể nhận thấy độ màu màu xám trong.
554
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Hình 2. (A) Đồ thị thể hiện hàm lượng màu tính theo mg/l Congo Red của các chủng phân
giải màu; (B) Đồ thị thể hiện hàm lượng màu tính theo Pt-Co
Kết quả đồ thị (A) cho thấy quá trình giảm Glucose thì nồng độ phân giải màu còn lại
màu của các nghiệm thức, sau 7 ngày thử sau 14 ngày chỉ còn 0,065 g/L (giảm 67,01%
nghiệm tất cả các chủng đều có khả năng so với ban đầu) trong khi đó mẫu không bổ
phân giải màu trong đó chủng R7 giảm mạnh sung nguồn đường nồng độ còn lại là 0,074
nhất với nồng độ còn lại là 0,021 mg/L (giảm g/L (giảm 62,44% so với ban đầu). Bên cạnh
89,12 % so với mẫu ban đầu) trong khi đó đó, nguồn đường khác nhau cũng ảnh hưởng
chủng R4 là chủng phân giải yếu nhất với đến khả năng phân giải màu. Cụ thể là nguồn
nồng độ còn lại là 0,088 g/L ( giảm 54,40 % đường là đường Sucrose sau 14 ngày nuôi
so với mẫu ban đầu). cấy thì nồng độ màu còn lại đến 0,104 mg/L
Kết quả đồ thị (B) cho thấy, sau 7 ngày thử (giảm đi 47,74% so với ban đầu) trong khi đó
nghiệm tất cả các chủng đều có khả năng mẫu có bổ sung nguồn đường là đường
phân giải màu trong đó chủng R7 là chủng có Glucose chỉ còn nồng độ màu là 0,065 g/L
khả năng phân giải nồng độ màu thuốc (giảm đi 67,37% so với ban đầu).
nhuộm Congo red tốt nhất với nồng độ còn Khi thay đổi môi trường nuôi cấy: môi
lại là 1339 Pt-Co (giảm 85,29% so với mẫu trường Czapek cho khả năng phân giải màu
ban đầu) còn chủng R4 là chủng có khả năng thuốc Congo Red tốt hơn môi trường PDA
phân giải màu kém nhất với nồng độ là (gấp gần 1,25 lần), các kết quả phân giải màu
5037Pt-Co (giảm 44,65% so với mẫu ban diễn ra nhanh hơn ở hầu hết các mốc thời
đầu). gian. Cụ thể là sau 14 ngày thử nghiệm nuôi
Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi cấy, chủng R7 trong môi trường PDA giảm
trường lên khả năng phân giải màu thuốc còn nồng độ là 0,045 g/L (giảm 77,16% so
nhuộm Congo Red với ban đầu) trong khi đó chủng R7 trong
Ở trạng thái lắc với tốc độ 185 vòng/phút môi trường Czapek giảm còn nồng độ là 0,05
giúp cho các chủng vi sinh vật phân giải màu g/L (giảm 74,62% so với ban đầu).
thuốc nhuộm Congo Red tốt hơn ở trạng thái Xem xét hình thái và định danh
không lắc (gấp 1,24 lần đối với chủng R7). Dựa vào kết quả định lượng và định tính cho
Cụ thể là ở trạng thái lắc có nồng độ màu sau thấy hiệu quả phân giải màu ở thuốc nhuộm
14 ngày là 0,045 g/L (giảm 77,16% so với CongoRed ở chủng R7 đạt hiệu quả tốt nhất,
ban đầu) và 0,074 g/L (giảm 62,44% so với chúng tôi tiến hành đánh giá hình thái và
ban đầu) ở trạng thái không lắc. định danh chủng. Chủng vi sinh vật R7 được
Thí nghiệm bổ sung nguồn đường khác nhau nuôi cấy trong đĩa petri và sau ba ngày, kết
cho thấy rằng khi bổ sung nguồn đường sẽ quả hình thái và soi bào tử trên kính hiển vi
giúp khả năng phân giải màu tốt hơn. Cụ thể (x100) như sau:
là khi bổ sung nguồn đường là đường
555
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
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 của độ 200 mg/L ban đầu. Kết quả đánh giá trên
vi sinh vật với các ngân hàng dữ liệu di thang màu chuẩn Pt-Co cho kết quả gần
truyền sử dụng các chương trình BLAST, kết tương tự như thang màu Congo Red do đánh
quả cho thấy như sau: giá phân giải màu đơn sắc. Thí nghiệm đánh
Như vậy, dựa vào kết quả giải mã gen và so giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường
sánh với cơ sở dữ liệu thông qua BLAST lên khả năng phân giải màu thuốc nhuộm
search cho thấy chủng R7 có tương thích cao Congo Red cho thấy rằng ở trạng thái lắc sẽ
với chủng vi nấm Aspergillus niger. Chủng cho khả năng phân giải màu tốt hơn đạt
nấm này cũng đã được vài nghiên cứu quan 77,16% và việc bổ sung đường Glucose giúp
tâm ghi nhận và đánh giá cao về khả năng việc phân giải màu nhanh hơn đạt 67,01% so
phân giải màu. với khi không bổ sung nguồn đường nào,
ngoài ra bên cạnh môi trường nuôi cấy PDA
KẾT LUẬN thì môi trường nuôi cấy Czapek cũng là môi
Qua quá trình phân lập các vi sinh vật phân trường tốt cho khả năng phân giảu màu đạt
giải màu trong nước thải dệt nhuộm, nghiên 74,62%. Qua đánh giá đặc điểm hình thái,
cứu đã thu thập được tổng cộng 8 chủng có phân tích 28S rRNA và tra cứu BLAST
khả năng phân giải màu Congo Red có search cho thấy chủng R7 tương tự như
đường kính phân giải từ 17 mm đến 47 mm Aspergillus niger. Mặc dù, nghiên cứu cần
trong đó tốt nhất là chủng R7 (47mm). Qua phải trải qua nhiều giai đoạn thử nghiệm và
đánh giá định lượng cho thấy hiệu quả phân phát triển, nhưng những lợi ích cho nó về
giải màu ở thuốc nhuộm Congo Red cho thấy môi trường và tiềm năng ứng dụng xử lý sinh
chủng R7 đạt hiệu quả tốt nhất trong các học độ màu cho các nước thải là rất hứa hẹn.
chủng phân lập được đạt 89,12% trên nồng
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
EL-KASSAS, & H.Y., S. (2014). L.A. Bioremediation of the textile waste effluent by
Chlorella vulgaris. Egyptian Journal of Aquatic Research.
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.
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.
556
nguon tai.lieu . vn