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

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.

Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (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* Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Viện Sinh học Nhiệt đới – Viện Hàn lâm 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 tuyển chọn chủng vi sinh vật từ nước thải dệt nhuộm có khả phân giải màu Congo Red Các chủng vi sinh ni cấy thử nghiệm hoạt tính môi trường PDA, độ màu suy giảm đánh giá cách so màu UV-VIS thang màu nồng độ Congo Red Pt-Co, thí nghiệm đánh giá hình thái định danh triển khai Kết bước đầu cho thấy từ nguồn nước thải dệt nhuộm đầu phân lập chủng vi sinh vật có khả phân giải màu có đường kính phân giải từ 17 – 47mm Thử nghiệm định lượng mơi trường tăng sinh có bổ sung Congo Red nồng độ mg/L ban đầu cho thấy sau bảy ngày chủng phân giải làm giảm độ màu khoảng 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* NTT Hi-Tech Institute - Nguyen Tat Thanh University 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 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 mg/L showed that after seven days, the strains resolved reduced the color to about times that of the original concentration Keywords: Congo Red, biodecolourization đóng góp to lớn vào phát triển kinh tế đất nước thuốc nhuộm tổng hợp mang lại khơng nhũng tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái TỔNG QUAN Thuốc nhuộm tổng hợp sử dụng rộng rãi ngành dệt, giấy, thực phẩm, mỹ phẩm dược phẩm Bên cạnh   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017 Sự thất thoát thuốc nhuộm q trình nhuộm dẫn đến 10-15% chất nhuộm khơng sử dụng vào trực tiếp nước thải (Spadarry, Isebelle, & Renganathan, 1994) Độ màu có nước thải cho thấy cảm quan rõ ràng nước bị ô nhiễm trực tiếp làm hỏng nguồn nước tiếp nhận Trong số đó, thuốc nhuộm azo đặc biệt quan tâm vào nguồn nước tự nhiên dẫn đến chuyển đổi nhóm azo sang amin thơm tạo thành việc tích tụ sinh học gây tác động độc hại lên sinh vật thủy sinh chí gây tác động gây ung thư gây biến đổi gen người, điển Congo Red loại thuốc nhuộm diazo dựa benziđin ([1,1'-biphenyl]-1,4' diamin) biết đến chất gây ung thư (Zollinger, 2003) Các sinh vật nước phơi nhiễm lâu dài thuốc nhuộm gây ảnh hưởng lâu dài tổn hại đến di truyền khả sinh sản (JS & HS, 2007) Hiện nay, xử nước nước dệt nhuộm đặc biệt màu nhuộm thường trình xử lý vật lý hóa học để đạt khử màu tốt hơn, phương pháp nói chung tốn kém, hiệu có hạn chế tạo nhiều chất thải nguy hại (bùn hóa phẩm) khó phân huỷ Do để thay khắc phục nhược điểm trình hóa lý, việc xử lý phương pháp sinh học ngày nhận quan tâm hiệu chi phí chúng, khả tạo bùn thân thiện mơi trường (Banat, Nigam, Singh, & Marchant, 1996) Do đó, để phát triển quy trình phương pháp sinh học thực tế để xử lý nước thải có chứa chất nhuộm có ý nghĩa quan trọng Hiệu việc khử màu vi sinh vật phụ thuộc vào khả thích ứng với điều kiện mơi trường khả hoạt động loại vi sinh chọn Trong thập kỷ qua, nhiều vi sinh vật có khả phân hủy chất nhuộm azo nghiên cứu, bao gồm vi khuẩn (Sani & Banerjee, 1999), nấm (Swamy & Ramsay, 1999), xạ khuẩn (Zhou & Zimmermann, 1993) tảo (Dilek, Taplamacioglu, & Tarlan, 1999) Hầu hết thuốc nhuộm azo giảm xuống phương pháp kị khí với amin tương ứng thông qua phân chia liên kết azo azoreductase vi khuẩn chúng khó phân hủy sinh học hiếu khí (Banat et al., 1996) Do đó, có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp sinh học nhiều năm gần Ruijing Li, Xunan Ning cộng (2015) nghiên cứu phai màu phân hủy sinh học màu Congo Red Acinetobacter baumannii YNWH 226 với mục đích làm giảm Congo Red (CR) điều kiện hiếu khí (Li et al., 2015), Mohamed S.Mahmoud cộng (2016) nghiên cứu xử lý sinh học thuốc nhuộm Red Azo nước thải dệt nhuộm Aspergilus Niger strain (S.Mahmoud, K.Mostafa, A.Mohamed, A.Sobhy, & Nasr, 2016), M-X Wang cộng (2014) nghiên cứu phương pháp xử lý sinh học thực cách sử dụng có nguồn gốc từ vi sinh vật janthinellum Penicillium căng P1 (Wang, Zhang, & Yao, 2014), Hala Yassin ElKassas, Laila Abdelfattah Sallam (2014) nghiên cứu xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm Chlorella Vulgaris (ElKassas & H.Y., 2014),… Nhìn chung, trình thử nghiệm xử lý sinh học màu nhuộm nghiên cứu phát triển mạnh mẽ nước để tìm phương pháp xử lý thân thiện mơi trường cho màu nói riêng nước thải dệt nhuộm, in ấn nói chung, nhiên Việt Nam, nghiên cứu vấn đề cịn nhiều hạn chế Do đó, nghiên cứu báo cáo bước đầu trình phân lập thử nghiệm khả phân giải màu Congo Red với mục đích tìm chủng vi sinh thích hợp để thử   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017 Nguyên tắc chung: Các ống nghiệm môi trường tăng sinh lỗng 10 ml có bổ sung 1ml màu nhuộm Congo Red (50mg/L) Các chủng nuôi lắc tăng sinh sử dụng nồng độ 107 (bằng pp trải đĩa thạch với vi khuẩn cấy môi trường bán rắn với nấm) chủng hút 50 l dịch tăng sinh bổ sung vào ống nghiệm Từ sau khoảng thời gian chu kỳ ngày/lần đánh giá thay đổi màu đánh giá đường chuẩn đơn màu màu đỏ So màu bước sóng = 498 nm (Congo Red) Ngồi ra, theo tiêu chuẩn xả thải Việt Nam nước thải dệt nhuộm (QCVN 13) quy định độ màu tính đơn vị Pt – Co Để thử nghiệm hiệu phân giải màu gần thực tế nhất, nghiên cứu đồng thời đánh giá độ màu phân giải dựa vào phương trình đường chuẩn màu Pt – Co (bước sóng 455nm) Đo độ hấp thu Abs mẫu tính tốn nồng độ màu phân giải máy so màu UV-VIS Thermo scientific- Evolution 60S - Định danh chủng vi sinh vật có khả phân giải màu dệt nhuộm Congo Red Phương pháp giải trình tự 16S 28S rDNA cách gửi mẫu đến phịng thí nghiệm Nam Khoa (q7, Tp.HCM) Sau q trình giải trình tự, chủng tra tên BLAST SEARCH để đánh giá độ tương đồng nghiệm phịng thí nghiệm phương pháp xử lý sinh học từ làm tiền đề để mở rộng mở lối cho phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm chế phẩm sinh học an toàn, thân thiện môi trường kinh tế cho ngành dệt nhuộm Việt Nam VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguồn vi sinh môi trường Nguồn vi sinh vật để phân lập từ nước thải dệt nhuộm Công ty TNHH Dệt Nhuộm Hưng Phát Đạt - Khu Công Nghiệp Xuyên Á (Long An) Mẫu nước thải lấy can nhựa 2L bảo quản lạnh 4oC Môi trường sử dụng phân lập PDA (Potato Dextrose Agar) chuẩn bị khử trùng nồi hấp 121oC 15 phút Màu nhuộm azo sử dụng Congo Red (Sigma) Quá trình sàng lọc phân lập Các chủng vi sinh phân lập phương pháp pha loãng nối tiếp cấy đĩa thạch PDA Các khuẩn lạc xuất đĩa thạch có tạo vịng phân giải biến đổi màu đỏ (Congo red) ban đầu ghi nhận đặc điểm hình thái địa hình dạng, bề mặt, độ cao, sắc tố, cạnh, độ mờ đục (vi khuẩn xạ khuẩn), màu sắc bào tử phân bào, phân bố bào tử (nấm) Quá trình đánh giá khả phân giải màu chủng - Xác định khả phân giải màu phương pháp định tính: cấy ziczac Nguyên tắc chung: Cấy ziczac khuẩn lạc từ ống giống lên đĩa petri để test hoạt tính sơ sàng lọc lựa chọn chủng có khả phân giải cao lần với số lần lặp lại thí nghiệm đĩa/mẫu Tiêu chí để xác định hoạt lực mạnh hay yếu enzym dựa vào đường kính phân giải sơ D (mm) - Xác định hoạt tính phân giải màu phương pháp định lượng màu biểu kiến: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết phân lập sàng lọc chủng Sau phân lập từ nước thải dệt nhuộm, chúng tơi thu chủng vi sinh có khả phân giải màu nước thải dệt nhuộm Tất chủng vi sinh nấm kí hiệu từ R1 đến R8 Các chủng tìm thấy trình bày bảng Bảng Các chủng vi sinh vật có khả phân giải sinh học nước màu dệt nhuộm   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017 Ký hiệu Mô tả R1 Nấm, mọc bề mặt, rìa mép căng trịn, nhân trịn vàng R2 Nấm, mọc bề mặt, nhân tròn màu đỏ R3 Nấm, mọc bề mặt, nhân tròn màu đỏ R4 Nấm, mọc sát bề mặt, rìa mép méo, nhân trịn đỏ Hình ảnh Đánh giá khả phân giải màu Sau phân lập, tiến hành đánh giá định tính khả phân giải màu chủng phương pháp cấy Mô tả R5 Nấm, mọc sát bề mặt, rìa mép méo, lan rộng, nhân trịn đỏ R6 Nấm, mọc bề mặt, nhân tròn màu đỏ R7 Nấm, mọc bề mặt, nhân đen R8 Nấm, mọc bề mặt, nhân tròn trắng thạch Agar Đánh giá khả phân giải màu dựa vào đường kính phân hủy trình bày bảng 2:   Ký hiệu Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017 Bảng Đường kính chủng vi sinh vật có khả 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 định tính phân giải màu mơi trường thạch tạm cho thấy, đường kính phân giải chủng trung bình dao động từ 17 mm đến 47 mm chủng R2 R6 có khả phân giải thấp với đường kính phân giải 17 mm chủng R7 có khả phân giải màu tốt 47 mm Tiếp theo, tiến hành định lượng chủng có khả phân giải màu nước thải dệt nhuộm Congo Red kết cho là: Hình Kết phân giải màu phương pháp định lượng màu biểu kiến   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017 Dựa kết phân giải màu phương pháp định lượng màu biểu kiến (hình 1), màu đỏ nghiệm thức nhạt dần so với mẫu Control Sau ngày, nhận thấy độ màu chủng khác biệt hẳn so với Control, đặc biệt chủng R7 cho kết màu tốt nhất, màu đỏ gần phân giải hết cịn lại màu xám Hình (A) Đồ thị thể hàm lượng màu tính theo Pt-Co; (B) Đồ thị thể hàm lượng màu tính theo mg/l Congo Red chủng phân giải màu Kết đồ thị (A) cho thấy trình khả phân giải màu tốt từ nồng giảm màu nghiệm thức, sau độ mg/l ban đầu gần 0,3 mg/l ngày thử nghiệm tất chủng có ngày thứ (giảm lần) khả phân giải màu chủng Xem xét hình thái định danh R4 cho kết (từ R7 4.467 Pt- Dựa vào kết định lượng định tính Co ban đầu xuống cịn 2.217 Pt-Co) cho thấy hiệu phân giải màu thuốc chủng R1 có khả phân giải màu tốt nhuộm Congo Red chủng R7 đạt hiệu từ 4.467 Pt-Co ban gần 1.000 Pt- tốt nhất, tiến hành đánh giá Co ngày thứ (giảm lần) hình thái định danh chủng Chủng vi Kết đồ thị (B) cho thấy, sau ngày sinh vật R7 nuôi cấy đĩa petri thử nghiệm tất chủng có khả sau ba ngày, kết hình thái soi phân giải màu chủng R7 có bào tử kính hiển vi (x100) sau:   Hình (A) Kết hình thái chủng R7 ni cấy đĩa pettri; (B) Hình ảnh soi bào tử chủng R7 kính hiển vi So sánh chuỗi 16S rRNA 28S rRNA di truyền sử dụng chương trình vi sinh vật với ngân hàng liệu BLAST, kết cho thấy sau:   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (1), 2017   Hình Kết so sánh liệu di truyền BLAST search chủng R7 Như vậy, dựa vào kết giải mã gen chủng có khả phân giải màu so sánh với sở liệu thông qua Congo Red chủng R7 có BLAST search cho thấy chủng R7 có khả phân giải màu tốt Tính tương thích cao với chủng vi nấm theo nồng độ màu 1mg/l ban đầu, chủng Aspergillus niger Chủng nấm R7 phân giải gần 0,3 mg/l ngày thứ vài nghiên cứu quan tâm ghi (giảm lần) tính theo độ màu nhận đánh giá cao khả phân Pt-Co, chủng R7 cho kết tốt hạ màu từ 4467 Pt-Co ban gần giải màu 1000 Pt-Co ngày thứ (giảm lần) Qua đánh giá đặc điểm hình thái, phân KẾT LUẬN Qua trình phân lập vi sinh vật tích 28S rRNA tra cứu BLAST search phân giải màu nước thải dệt nhuộm, cho thấy chủng R7 tương tự nghiên cứu thu thập tổng cộng Aspergillus niger Mặc dù, nghiên cứu chủng có khả phân giải màu Congo cần phải trải qua nhiều giai đoạn thử Red có đường kính phân giải từ 17 mm nghiệm phát triển, lợi ích đến 47 mm tốt chủng R7 cho môi trường tiềm ứng (47mm) Thử nghiệm định lượng phân dụng xử lý sinh học độ màu cho nước giải màu sau ngày cho thấy tất thải 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)001137 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   Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (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/S01410229(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 (23), 157 - 161 ZOLLINGER, H (2003) Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments Switzerland: Wiley-VCH   ... vi sinh có khả phân giải màu nước thải dệt nhuộm Tất chủng vi sinh nấm kí hiệu từ R1 đến R8 Các chủng tìm thấy trình bày bảng Bảng Các chủng vi sinh vật có khả phân giải sinh học nước màu dệt nhuộm. .. kính phân giải sơ D (mm) - Xác định hoạt tính phân giải màu phương pháp định lượng màu biểu kiến: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết phân lập sàng lọc chủng Sau phân lập từ nước thải dệt nhuộm, thu chủng vi. .. rRNA tra cứu BLAST search phân giải màu nước thải dệt nhuộm, cho thấy chủng R7 tương tự nghiên cứu thu thập tổng cộng Aspergillus niger Mặc dù, nghiên cứu chủng có khả phân giải màu Congo cần