การคัดแยกยีสต์และประสิทธิภาพในการกาจัดสีย้อมอะโซ

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการคัดแยกยีสต์และประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อมอะโซ โดยยีสต์ที่คัดแยกได้จากดินบริเวณทางน้ำทิ้งของโรงงานย้อมผ้าบาติก จังหวัดปัตตานี ยีสต์ที่คัดแยกได้ที่สามารถบำบัดสีย้อมอะโซที่ใช้ศึกษาได้ดีที่สุดคือ ไอโซเลต co 6 เมื่อนำไประบุสายพันธุ์ของยีสต์ชนิดนี้โดยการวิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีน 26S rRNA เทียบกับฐานข้อมูล พบว่ายีสต์สายพันธุ์ดังกล่าวคือ Pichia kudriavzevii และพบว่ายีสต์ P. kudriavzevii สามารถกำจัดสีย้อม Acid Red 73 ได้ดีที่สุดจากสีย้อมโซทั้ง 11 ชนิด โดยยีสต์ P. kudriavzevii สามารถบำบัดได้ 100% ภายเวลาในระยะเวลา 5 ชั่วโมง ด้วยกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพไม่ใช่การดูดซับบนผิวเซลล์ นอกจากนี้ได้มีการศึกษาผลของพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่มีต่อประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อม Acid Red 73 ด้วยยีสต์ P. kudriavzevii พบว่าที่ความเข้มข้นของสีเริ่มต้น 25-500 และ 800-1,000 มิลลิกรัมต่อลิตร ยีสต์สามารถบำบัดสีได้มากกว่า 99% ภายในเวลา 10 และ 24 ชั่วโมง ตามลำดับ และที่ความเข้มข้นของกลูโคสและซูโครส 2 กรัมต่อลิตร ยีสต์ P. kudriavzevii สามารถบำบัดสีได้ 100% ภายในเวลา 10 ชั่วโมง ซึ่งให้ผลไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (p≥0.05) ขณะที่แอมโมเนียมซัลเฟตและยูเรีย ความเข้มข้น 0.5-6 กรัมต่อลิตร มีผลต่อการบำบัดสีไม่แตกต่างกัน คือบำบัดได้มากกว่า 97% ภายในเวลา 10 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังพบว่าการไม่เติมแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจน ยีสต์ก็ยังสามารถบำบัดสีได้สูงถึง 64 และ 87% ตามลำดับ ยีสต์ P. kudriavzevii สามารถเจริญและทำงานได้ดีในสภาวะที่มีค่าพีเอช 4.0-9.0 อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส 160 รอบต่อนาที และทนต่อสภาวะที่มีความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) สูงถึง 50 กรัมต่อลิตร โดยสามารถบำบัดสีได้ 96% ภายในเวลา 24 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีของสีย้อม Acid Red 73 ก่อนและหลังการบำบัดด้วยเทคนิค UV–Visible spectrophotometry, Fourier Transform Infrared Spectro- scopy (FTIR) และ Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS) พบว่าโครงสร้างของสี Acid Red 73 หลังการบำบัดมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับสีย้อมก่อนบำบัด แสดงถึงการถูกย่อยสลายของสีเพื่อเปลี่ยนไปเป็นสารเมตาบอไลท์ชนิดอื่น ๆ ที่สามารถทำนายวิถีที่เป็นไปได้ในการย่อยสลายของสีย้อม Acid Red 73 และจากการศึกษาความเป็นพิษที่มีต่อต้นพืช 3 ชนิดคือ ถั่วเขียว (Vigna radiata) ผักบุ้ง (Ipomoea aquatica) และผักกาดกวางตุ้ง (Brassica pekinensis) พบว่าสารละลายสีย้อมหลังการบำบัดมีความเป็นพิษต่อพืชที่ใช้ในการทดลองลดลงเมื่อเทียบกับสีย้อมก่อนการบำบัด นอกจากนี้ได้มีการศึกษาการกำจัดสีย้อม Acid Red 73 ในระบบถังปฏิกรณ์แบบต่อเนื่อง (Continuous system) พบว่ายีสต์ P. kudriavzevii สามารถกำจัดสีได้มากกว่า 95% ตลอดระยะ เวลาการทดลองต่อเนื่อง 10 วัน ที่ความเข้มข้นของสีย้อม Acid Red 73 100 มิลลิกรัมต่อลิตร และผลการศึกษาพบว่าสารละลายหลังจากการบำบัดมีค่าซีโอดีลดลงจาก 4,417 มิลลิกรัมต่อลิตร เหลือ 641 มิลลิกรัมต่อลิตรในสารละลายหลังบำบัด โดยคิดเป็นประสิทธิภาพการกำจัดซีโอดีได้เท่ากับ 85% ดังนั้นจึงมีความน่าสนใจในการศึกษาต่อยอดงานวิจัยนี้เพื่อนำยีสต์ P. kudriavzevii ไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนด้วยสีย้อมต่อไปThis work presents an isolation of yeast capable of azo dye decolori- zation from soil collected from wastewater discharging route of batik dyeing factory in Pattani Province. It was found that the isolated yeast strain co.6 could effectively decolorize azo dyes. By nucleotide sequential analysis based on 26S rRNA and compared to the database, the strain was identified as Pichia kudriavzevii. Among 11 types of azo dye used in this study, P. kudriavzevii exhibited the best performance for decolorizing Acid Red 73 with 100% efficiency within 5 hours. The decolorization took place via biodegradation mechanism without absorbing on the cell surface. Furthermore, various parameters affecting the performance of P. kudriavzevii on Acid Red 73 decolorization were investigated. At the initial dye concentrations of 25-500 mg/L and 800-1000 mg/L, P. kudriavzevii decolorized the dye more than 99% efficiency within 10 and 24 hours, respectively. At a concentration of 2 g/L of glucose and sucrose, P. kudriavzevii showed 100% of decolorization efficiency within 10 hours with insignificant difference (p≥0.05). ammonium sulfate ((NH4)2SO4) and urea in the range of 0.5-6 g/L insignificantly resulted in a complete decolorization more than 97% within 10 hours. It was also found that, without adding carbon and nitrogen source, P. kudriavzevii still exhibited high decolorization efficiency of 64 and 87%, respectively. P. kudriavzevii grew and worked well at pH 4.0-9.0, 35 °C, 160 rpm, and could tolerate high sodium chloride (NaCl) concentrations up to 50 g/L with 96% decolorization efficiency within 24 hours. In addition, the structure of Acid Red 73 before and after degradation was studied using UV-Visible spectrophotometry, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS). It was found that the dye structure after treatment changed compared to that before treatment, indicating that the dye molecule was degraded to form metabolites. These metabolites could be used for proposing the possible pathway for the degradation of Acid Red 73. The toxicity of the metabolites was also tested with 3 types of plants which were Vigna radiata, Ipomoea aquatica and Brassica pekinensis. The metabolites were found to be less toxic to plants than the dye before decolorization. Deolorization of Acid Red 73 in a continuous flow reactor was also performed in this study. It was found that, at the initial dye concentration of Acid Red 73 100 mg/L, P. kudriavzevii maintained decolorization efficiency higher than 95% throughout 10 days of the experiment. This continuous treatment system also effectively reduced COD of the dye solution, decreasing from 4,417 mg/L in the influent to 641 mg/L in the effluent with 85.4% COD removal. Therefore, the results indicate that the isolated yeast P. kudriavzevii has a potential for the application of treating azo dye contaminated wastewater.