Xem mẫu

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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