6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.8.2. Hạt chùm ngây và một số nghiên cứu keo tụ
Chùm ngây (tên khoa học: Moringa oleifera, nổi tiếng nhất trong số 13 loài của Moringa) có nguồn gốc từ Ấn Độ, hiện nay chùm ngây mọc hoang dã và được trồng rộng khắp các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới (Hình 1.10). Cây gỗ nhỏ, cao 5-10 m. Lá kép 3 lần hình lông chim, lá chét hình trứng, màu xanh mốc, mọc đối. Hoa trắng, mọc thành chùm ở nách lá. Quả nang có 3 cạnh, dài 25-30cm, có rãnh dọc theo quả và hơi gồ lên ở chỗ có hạt. Hạt già màu đen, tròn, to bằng hạt đậu Hà Lan, có 3 cạnh và cánh trắng dạng màng. Cây có nguồn gốc ở Ấn Độ nhưng đã được trồng ở nhiều nước vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, cây này được trồng ở nhiều tỉnh Nam Trung Bộ đến Kiên Giang và cả đảo Phú Quốc. Tại Bình Định cây chùm ngây được trồng ở nhiều nhà dân huyện Tuy Phước và các vùng đồi ở phường Nhơn Phú và Nhơn Bình thành phố Quy Nhơn.
Hình 1.10. Cây và hạt chùm ngây
Ở thập niên 70 của thế kỷ trước phụ nữ Sudan đã sử dụng hạt chùm ngây cho vào túi vải sau đó nghiền mịn để xử lý nước bẩn thành nước sinh hoạt. Tuy nhiên quá trình xử lý này vẫn còn mang tính tự phát trong từng hộ gia đình.
Nhiều nghiên cứu của Schulz và Okun, 1983 [207]; Olsen, 1987 [175]; Jahn, 1988 [101]; Muyibi và cộng sự, 1995 [160]; Ndabigengesere và cộng sự, 1995 [167]; Muyibi và Evison, 1996 [161],… đã được thực hiện để làm rõ hiệu suất của chiết xuất hoạt chất keo tụ trong hạt chùm ngây bằng nước cất như là một chất trợ keo tụ hoặc chất keo tụ thay thế cho xử lý nước và nước thải. Mặc dù dịch chiết thu được bằng nước cất có hoạt tính keo tụ cao, nhưng nó chỉ hiệu quả đối với nước đục cao [160]. Một nhược điểm khác của việc chiết bằng nước cất trong xử lý nước là làm tăng carbon hữu cơ hòa tan (DOC) trong nước đã xử lý vì DOC được coi là nguồn gốc của mùi, màu, vị và là tiền chất của sản phẩm phụ khử trùng trong xử lý nước uống. Những nhược điểm này đã ngăn cản việc ứng dụng bột chùm ngây trong xử lý nước uống [15], [167]. Trong nghiên cứu của Okuda và các cộng sự, việc chiết xuất thành phần keo tụ từ hạt chùm ngây sử dụng dung dịch muối được tìm thấy là hiệu quả hơn so với phương pháp sử dụng nước thông thường. Khả năng keo tụ của hạt chùm ngây chiết bằng dung dịch NaCl 1M cao hơn 7,4 lần so với chiết với nước cất để loại bỏ kaolin lơ lửng ở mẫu có độ đục thấp (50 mg kaolin/lít) [173].
Nhiều nghiên cứu đã công bố về các protein hoạt tính trong hạt chùm ngây loại bỏ độ đục [205] và ức chế các loại vi khuẩn [181], hấp phụ được chất tẩy rửa [22], thuốc nhuộm [23], arsenic [123], cadmium [210], và các chất có màu từ dung dịch nước [186]. Các protein dạng cation hòa tan trong nước có trong hạt chùm ngây hoạt động như chất keo tụ [167]. Cơ chế keo tụ chính của bột hạt chùm ngây trong xử lý nước là sự hấp phụ-trung hòa điện tích và sự hấp phụ - bắc cầu của các hạt bị mất ổn định [111]. Hai cơ chế này có thể diễn ra đồng thời. Sự keo tụ của các hạt tích điện âm (tạp chất) là kết quả của sự liên kết của các polymer tích điện dương (protein) với bề mặt của các hạt keo bằng lực Coulomb. Sự trung hòa một phần điện tích bề mặt và giảm lực đẩy tĩnh điện dẫn đến sự kết tụ của các hạt. Trong khi đó, chỉ một phần nhỏ polymer tích điện liên kết với bề mặt của một hạt, ngay cả khi phần chính có thể tự do liên kết với bề mặt của hạt khác. Điều này dẫn đến sự kết tụ và hình thành các phao bằng cách bắc cầu giữa các hạt tích điện âm. Các cation polypeptide kết bông phân lập từ hạt chùm ngây cho thấy hoạt tính kháng khuẩn
bằng cách làm hỏng màng tế bào vi khuẩn [202], [211] .
Hiện tại, rào cản chính trong việc sử dụng hạt chùm ngây để sản xuất nước uống là sử dụng hạt chùm ngây sẽ giải phóng các protein và chất hữu cơ hòa tan trong nước, làm tăng nồng độ chất hữu cơ hòa tan trong nước. Sự hiện diện của các chất này hỗ trợ sự tái sinh của mầm bệnh trong nước được xử lý, nên không thể cất trữ lâu ngày. Mặc dù bột hạt chùm ngây có tác dụng kháng khuẩn nhưng những tác dụng này chưa được tìm thấy để khắc phục đáng kể sự phát triển của vi sinh vật. Jerri và các cộng sự đã nghiên cứu hấp phụ và cố định các protein hoạt tính này vào các hạt cát để làm trong nước và diệt khuẩn E. Coli [105]. Nhìn chung, những kết quả này mở ra khả năng cố định protein hoạt tính trên cát có thể cung cấp một quy trình đơn giản, bền vững tại địa phương để sản xuất nước uống có thể lưu trữ. Tuy nhiên vẫn còn hạn chế về diện tích bề mặt hấp phụ, khi bề mặt đã bão hòa thì không thể diệt vi khuẩn. Năm 2017, Madrona và các cộng sự đã nghiên cứu kết hợp quá trình keo tụ- tạo bông bằng hạt chùm ngây với màng lọc siêu lọc UF để nâng cao chất lượng nước cho nước uống và giảm tắc màng. Hiệu quả xử lý được báo cáo là loại bỏ gần 99,99% tổng
Coliforms và E. Coli thu được khi kết thúc quá trình [145].