intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Phân lập một số chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy nhựa tổng hợp từ các mẫu đất ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST
Báo xấu
3
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, hai chủng có khả năng phân hủy nhựa PE, PET được công bố về đặc tính sinh học và khả năng phân hủy sinh học 2 loại nhựa này. Kết quả cho thấy cả 2 chủng đều thuộc chi Bacillus, có khả năng sinh trưởng tốt ở 35oC, pH 7, có hoạt tính phân hủy các hợp chất như protein, tinh bột và cellulose.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân lập một số chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy nhựa tổng hợp từ các mẫu đất ở Việt Nam

  1. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 ISOLATION OF SOME PLASTIC-DEGRADING BACTERIAL STRAINS FROM SOIL SAMPLES IN VIETNAM Nguyen Thi Tam Thu1*, To Lan Anh1, Nguyen Thi Kim Linh2, Pham Kien Cuong1 1Institute of New Technology/ Academy of Military Science and Technology 2Northern Mountainous Agriculture and Foretry Science Institute - NOMAFSI ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 23/6/2024 Plastics are materials that are widely used in various applications, especially food packaging. However, these synthetic polymers such as Revised: 16/10/2024 PE, PET were synthesized from fossil fuels that are very difficult to Published: 17/10/2024 degrade naturally and cause serious environmental pollution. One promising and safe solution to handle this problem is using KEYWORDS microorganisms for plastic biodegradation. Natural microorganisms show the potential ability to degrade many persistent and toxic Microorganisms pollutants such as dioxin as well as other inert compounds. In this PE plastic study, two strains capable of degrading PE and PET plastics were Bacillus reported for their biological properties and biodegradability of these plastics. Both strains were identified to belong to genus Bacillus and Biodegradation showed the ability to grow well at 35oC, pH 7 as well as to degrade Persistant protein, starch, cellulose. However, the decomposition of PE and PET plastic efficiency only reached 4% respectively in 60 days based on imaging the film surface using a scanning electron microscope, FTIR spectrum, weight loss and changes in tensile strength and elongation. PHÂN LẬP MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY NHỰA TỔNG HỢP TỪ CÁC MẪU ĐẤT Ở VIỆT NAM Nguyễn Thị Tâm Thư1*, Tô Lan Anh1, Nguyễn Thị Kim Linh2, Phạm Kiên Cường1 1Viện Công nghệ mới/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự 2Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Ngày nhận bài: 23/6/2024 Nhựa là nguyên liệu được sử dụng phổ biến hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác nhau điển hình như sản xuất bao gói thực phẩm. Tuy nhiên, Ngày hoàn thiện: 16/10/2024 các loại polyme tổng hợp này (như PET - Polyethylene terephthalate, Ngày đăng: 17/10/2024 PE-polyethylene), có nguồn gốc dầu mỏ rất khó phân hủy trong điều kiện tự nhiên và gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Một trong những TỪ KHÓA giải pháp an toàn, tiềm năng được quan tâm nhất hiện nay để ứng phó với tình trạng này là sử dụng vi sinh vật trong phân hủy nhựa. Nhiều Vi khuẩn vi sinh vật cho thấy khả năng ưu việt trong việc phân hủy các chất gây Nhựa PE ô nhiễm khó phân hủy và độc hại như dioxin và nhiều hợp chất trơ Bacillus khác. Trong nghiên cứu này, hai chủng có khả năng phân hủy nhựa PE, PET được công bố về đặc tính sinh học và khả năng phân hủy sinh học Phân hủy sinh học 2 loại nhựa này. Kết quả cho thấy cả 2 chủng đều thuộc chi Bacillus, có Khó phân hủy khả năng sinh trưởng tốt ở 35oC, pH 7, có hoạt tính phân hủy các hợp chất như protein, tinh bột và cellulose. Tuy nhiên, hiệu suất phân hủy nhựa PE, PET chỉ đạt 4% tương ứng trong thời gian 60 ngày. Khả năng phân hủy của nhựa PE, PET sau khi phân hủy được đánh giá thông qua chụp ảnh bề mặt màng bằng kính hiển vi điện tử quét, phổ FTIR, sự giảm khối lượng và sự thay đổi độ bền kéo, độ dãn dài. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.10653 * Corresponding author. Email: thu.3t.cnm@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn 40 Email: jst@tnu.edu.vn
  2. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 1. Giới thiệu Polymer có nguồn gốc từ dầu mỏ hay nhựa tổng hợp có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, chi phí thấp, khả năng định hình dễ nên chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như bao bì, các vật dụng sinh hoạt hàng ngày. Ngày nay, nhựa tổng hợp ngày càng phát triển và được sử dụng nhiều làm các vật dụng dùng 1 lần (túi nilon, ống hút, cốc, chai lọ…). Do đó, lượng rác thải do nhựa sinh ra ngày càng lớn. Do nhựa tổng hợp là các hợp chất trơ rất khó phân hủy trong tự nhiên, có nhiều loại nhựa mất hàng trăm đến hàng nghìn năm để phân hủy hoàn toàn. Lượng rác thải nhựa không chỉ gây mất mỹ quan mà còn gây xói mòn đất, ô nhiễm biển và đại dương. Vi sinh vật thường tương tác với các yếu tố phi sinh học, chẳng hạn như nhiệt và ánh sáng, để thay đổi cấu trúc polyme, giúp tăng khả năng phân giải của các enzyme [1]. Nhựa được phân hủy sinh học bởi vi khuẩn, nấm và tảo được tìm thấy trong nước rỉ bãi rác, bùn thải và phân hữu cơ. Những vi sinh vật này sinh tổng hợp các enzyme có khả năng phân hủy cả polyme tự nhiên và tổng hợp [2]. Hầu hết các vi khuẩn có khả năng phân huỷ nhựa là các vi khuẩn ưa nhiệt, với nhiệt độ tối ưu là 30 - 60°C. Tuy nhiên, do trong tự nhiên chúng phân bố rải rác trong đất, nước, không khí, điều kiện sống chưa tối ưu nên chưa phát huy hết khả năng tiềm tàng của chúng. Để thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện nhất định, các vi sinh vật cần tuyển chọn, nuôi cấy ở các điều kiện tối ưu để chúng sinh lượng lớn sinh khối, sau đó đưa ra môi trường dưới dạng kích thích hoặc tăng cường sinh học để chúng phát triển tốt nhất và phân hủy các chất trơ, khó phân hủy. Trên thế giới đã có một số công bố về khả năng phân hủy các thành phần nhựa khác nhau (PE, PP, HDPE, LDPE) bởi một số nhóm vi sinh vật ở các tốc độ khác nhau. Chủng Pseudomonas fluorescens phân hủy 18% PE trong 270 ngày [3]. Chủng Bacillus vallismortis phân hủy LDPE với tỷ lệ 75% trong 120 ngày [2], [4], [5]. Các chủng Klebsiella pneumonia CH001 và Aspergillus flavus phân hủy HDPE với tỷ lệ 18,4 và 5,5% trong 60 và 100 ngày tương ứng [6], [7]. Các chủng có khả năng phân hủy LDPE với hiệu suất 5,13 - 36,4% trong 45 đến 112 ngày gồm các chi Bacillus cereus A5, Aspergillus oryzae A5, Trichoderma viride RH3, A. nominus RH06, B. siamensis [2], [5], [8]-[10]. Chi Pseudomonas có khả năng phân hủy nhiều loại nhựa khác nhau với tốc độ khác nhau như Pseudomonas sp. AKS2 phân hủy 15 mg LDPE trong 45 ngày mà không cần quá trình tiền xử lý, phân hủy 1,65 mg PES/ngày [11]. 2. Vật liệu và phương pháp 2.1. Vật liệu, hóa chất Các mẫu đất trong khu vực chứa chất thải nhựa tổng hợp (khu bãi rác) đang bị phân hủy tại Vân Nội, Đông Anh (Hà Nội). Các hóa chất dùng cho nuôi cấy vi sinh vật như các chất khoáng, nguồn cacbon dùng để phân lập là bột PE (polyethylene), PEG 400 (polyethylenglycol có khối lượng phân tử 400) nguồn nito đều có nguồn gốc từ Sigma, Trung Quốc. 2.2. Phương pháp 2.2.1. Phân lập vi khuẩn có khả năng phân hủy nhựa Từ các mẫu đất tại khu vực có chất thải nhựa đang phân hủy, lấy 10g đất hòa trong 100 ml nước muối sinh lý (nồng độ NaCl 0,85%) vô trùng. Trộn đều và tiến hành pha loãng mẫu theo dãy thập phân đến nồng độ 10-3, 10-4. Tiến hành gạt đĩa các mẫu đã pha loãng trên môi trường chứa bột PE (polyethylen) và PEG 400 là nguồn cacbon, có thành phần (g/l) như sau: K2HPO4 1, MgSO4.7H2O 0,5 KCl 1, NaNO3 2, PE 10, PEG 400 10; H2O bổ sung đến 1000 ml, môi trường thạch bổ sung thêm 18g agar. Ủ đĩa ở 35oC trong 7-10 ngày. Chọn lọc các khuẩn lạc riêng rẽ để đánh giá khả năng phân hủy nhựa [2]. 2.2.2. Định danh các chủng Các chủng đã phân lập được chụp ảnh khuẩn lạc trên đĩa thạch, ảnh tế bào trên kính hiển vi điện http://jst.tnu.edu.vn 41 Email: jst@tnu.edu.vn
  3. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 tử quét (SEM) và mô tả hình thái khuẩn lạc, tế bào để thấy sự khác biệt. Các chủng có khả năng phân hủy nhựa được định danh bằng phương pháp giải trình tự đoạn gen 16S rRNA. Các khuẩn lạc đã tinh sạch được sử dụng để tách DNA tổng số bằng kit Genomic DNA Extraction. Chất lượng ADN tổng số được kiểm tra bằng điện di trên gel agarose 1% trong đệm TAE 1X. Các đoạn ADN tổng số được sử dụng làm khuôn để nhân đoạn gen 16S rRNA. Thành phần phản ứng PCR (l): ADN tổng số 1; Mastermix 2x 12,5; Primer 27f (AGAGTTTGA TCCTGGCTCAG) và 1492R (GGTTACCTTGTTACGA CTT) 1/1; dH2O 9,5. Chu trình nhiệt của phản ứng nhân đoạn gen 16S rRNA (khoảng 1.500 bp) như sau: 95oC - 10 phút; 35 chu kỳ (95oC - 1 phút, 55oC - 1 phút, 72oC - 2 phút), 72oC - 7 phút; giữ nhiệt độ ở 4oC sau khi phản ứng kết thúc [12]-[14]. Các sản phẩm PCR được làm sạch và giải trình tự đoạn gen 16S rRNA trên thiết bị iSeq100 (Illumina). Các trình tự nucleotide hoàn chỉnh được so sánh với ngân hàng dữ liệu gen của NCBI bằng cách sử dụng công cụ BLAST và đăng ký mã số trên GenBank. Trình tự đoạn 16S rRNA của các chủng phân lập và chủng có quan hệ gần gũi được sử dụng để xây dựng cây phát sinh chủng loại dựa trên phần mềm Clustal W. 2.2.3. Nghiên cứu đặc điểm sinh học của các chủng - Các yếu tố như nhiệt độ, pH ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của các chủng lựa chọn được đánh giá bằng cách nuôi cấy trên môi trường chứa PEG (nguồn cacbon duy nhất) ở dải nhiệt độ 20, 25, 30, 35, 40, 45oC (pH cố định là 7) hoặc dải pH 4, 5, 6, 7, 8, 9 (nhiệt độ cố định là 35oC). Đánh giá khả năng sinh trưởng thông qua việc đo độ đục ở bước sóng 600 nm (OD600). - Khả năng sinh enzyme thủy phân tinh bột, protein, xenlulo được đánh giá thông qua việc đo vòng phân giải khi nuôi cấy chủng trên các môi trường chứa các cơ chất tinh bột, CMC và gelatin tương ứng. Sau 48h, nhuộm với cơ chất tương ứng là dung dịch lugol 1%, dung dịch đỏ Conggo 1% và dung dịch (NH4)2SO4 bão hòa. Vòng phân giải được tính là đường kính vòng phân giải (D, mm) trừ đi đường kính khuẩn lạc (d, mm). 2.2.4. Đánh giá khả năng phân hủy nhựa Khả năng phân hủy nhựa được đánh giá thông qua nuôi cấy các chủng có khả năng phân hủy nhựa trên nguồn cơ chất là nhựa PET, PE và nuôi lắc ở điều kiện tốt nhất. Sau 60 ngày, lấy miếng nhựa ra rửa sạch sinh khối và làm khô. Cân lượng nhựa còn lại và so sánh với lượng nhựa ban đầu [15]. Khả năng phân hủy còn được đánh giá thông qua quan sát bề mặt màng trên kính hiển vi điện tử SEM, đo độ bền kéo, độ dãn dài và phổ FTIR của màng sau quá trình phân hủy [15]. 2.2.5. Phân tích phổ FTIR Các mẫu nhựa trước và sau phân hủy được phân tích cấu trúc phổ trên máy quang phổ hồng ngoại biến đổi bằng máy FTIR Spectrum Two (Anh) của Viện Hóa học vật liệu để xác định các nhóm chức trong phân tử bị thay đổi trong quá trình phân hủy. Phổ IR được đọc từ bước sóng 400- 4000 cm-1 với khoảng cách 4 cm-1 trong áp suất chân không. 2.2.6. Quan sát bề mặt trên kính hiển vi điện tử quét Các mẫu màng nhựa trước và sau khi phân hủy được rửa sạch sinh khối và quan sát bề mặt dưới kính hiển vi điện tử quét Hitachi 4800 tại Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). 2.2.7. Đo độ bền kéo và độ dãn dài của màng Độ bền kéo và độ dãn dài của màng nhựa PE, PET trước và sau khi phân hủy được đo để đánh giá sự thay đổi về tính chất vật lý của màng [15]. Phép đo được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Các chỉ tiêu được phân tích trên Máy phân tích cơ lý đa năng GOTECH AI-7000M, theo tiêu chuẩn ASTM D882. 2.2.8. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của chủng http://jst.tnu.edu.vn 42 Email: jst@tnu.edu.vn
  4. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 Khả năng phân hủy sinh học được đánh giá theo TCVN 9494:2012 [16] thông qua việc xác định sự thay đổi khối lượng nhựa và lượng CO2 tạo thành trong quá trình phân hủy bởi vi sinh vật (VSV). 3. Kết quả 3.1. Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn có khả năng phân hủy nhựa Từ các mẫu đất thu thập được từ các vị trí ô nhiễm chất thải nhựa, 6 chủng VSV có khả năng sinh trưởng trên môi trường chứa PEG 400 và PE là nguồn cacbon được phân lập và ký hiệu lần lượt là PE13, PE20, PEX3, PETBs, PET6, PETG1. Các chủng này được nuôi cấy riêng rẽ và sử dụng để đánh giá khả năng phân hủy nhựa PE, PET. Kết quả trình bày trên Bảng 1 cho thấy chủng PEX3 có khả năng phân hủy PE và chủng PETBs có khả năng phân hủy PET cao hơn (có sự giảm khối lượng nhựa nhiều hơn) nên được chọn để phân loại bằng quan sát hình thái khuẩn lạc, tế bào và định danh bằng giải trình tự đoạn gen 16S rRNA. Bảng 1. Kết quả đánh giá khả năng phân hủy nhựa PE, PET của các chủng phân lập được % giảm với nhựa PE % giảm với nhựa PET TT Tên chủng m1 (mg) m2 (mg) % phân hủy m1 (mg) m2 (mg) % phân hủy 1. PETBs 98,3 97,8 0,51 80,8 79,3 1,86 2. PE13 86,3 85,9 0,46 83,2 82,8 0,48 3. PE20 89,2 88,9 0,34 85,4 84,9 0,59 4. PEX3 95,4 94,2 1,26 88,1 87,7 0,45 5. PET6 85,1 84,9 0,24 84,4 83,9 0,59 6. PETG1 89,2 88,9 0,34 96,1 95,7 0,42 Ghi chú: m1: khối lượng ban đầu; m2: khối lượng sau phân hủy. 3.2. Định danh các chủng phân hủy nhựa Hình 1. Hình ảnh tế bào và khuẩn lạc của 2 chủng Hình 2. Cây phát sinh chủng loại của 2 chủng PEX3 và PETBs phân lập được và các chủng liên quan gần gũi Hình thái khuẩn lạc 2 chủng lựa chọn được quan sát trên đĩa thạch, hình thái tế bào được làm tiêu bản và quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại 5000 lần. Hình thái khuẩn lạc và tế bào được thể hiện trên Hình 1. Sau khi giải trình tự đoạn gen 16S rRNA, 2 chủng PEX3 và PETBs đều thuộc chi Bacillus, trong đó chủng PEX3 có trình tự đoạn gen 16S rRNA tương đồng 99,3% với các chủng thuộc chi Bacillus như B. stercoris D7XPN1, B. subtilis BCRC 10255, B. subtilis JCM 1465 nên được đặt tên là Bacillus sp. PEX3. Chủng PETBs có trình tự đoạn gen 16S rRNA tương đồng 99,75% với các chủng thuộc loài Bacillus subtilis như B. subtilis BCRC 10255, NBRC 13719, DSM10 nên được đặt tên là Bacillus subtilis PETBs. Các chủng phân hủy http://jst.tnu.edu.vn 43 Email: jst@tnu.edu.vn
  5. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 nhựa thuộc chi Bacillus cũng đã được công bố [2], [15]. Cả 2 chủng PEX3 và PETBs đã được đăng ký trình tự gen 16S rRNA trên GenBank với mã số tương ứng là PP564737 và PP564738. Cây phát sinh chủng loại của 2 chủng này và các chủng liên quan gần gũi dược trình bày trên Hình 2. 3.3. Đặc điểm sinh học của các chủng lựa chọn Các đặc điểm sinh học như khả năng sinh enzyme ngoại bào thủy phân tinh bột, CMC, protein cùng như nhiệt độ và pH tối ưu được trình bày trên Bảng 2, Bảng 3. Kết quả trình bày trên Bảng 2 cho thấy cả 2 chủng đều có nhiệt độ sinh trưởng tốt nhất là 35oC, pH 7, có thể sinh trưởng ở dải nhiệt độ từ 25-45oC, pH từ 5-9. Cả 2 chủng đều có khả năng sinh enzyme thủy phân cả tinh bột, CMC, protein với hoạt tính khác nhau (Bảng 3). Chủng PETBs có khả năng sinh enzyme thủy phân các chất tinh bột, protein, CMC cao hơn so với chủng PEX3. Trong nhiều nghiên cứu đã chứng minh, chủng có khả năng thủy phân các cơ chất tinh bột, protein và CMC cũng có khả năng phân hủy hợp chất nhựa tổng hợp như PE, PP, PET [13], [14]. Bảng 2. Điều kiện sinh trưởng tốt nhất của 2 chủng PEX3 và PETBs Nhiệt độ ( C) o Chủng PEX3 Chủng PETBs pH Chủng PEX3 Chủng PETBs (OD600) (OD600) (OD600) (OD600) 25 0,873 0,892 5 0,884 0,762 30 1,231 1,328 6 1,368 1,435 35 1,642 1,763 7 1,893 1,963 40 1,102 1,218 8 1,268 1,321 45 0,535 0,542 9 0,878 0,842 Bảng 3. Khả năng sinh enzyme ngoại bào của các chủng Đường kính vòng phân giải (D-d) (mm) Chủng PEX3 Chủng PETBs Hoạt tính phân hủy tinh bột 18 22 Hoạt tính phân hủy protein 16 17,8 Hoạt tính phân hủy CMC 14,5 16,4 3.4. Khả năng phân hủy nhựa PET, PE của các chủng Khả năng phân hủy nhựa PET và PE của các chủng được đánh giá thông qua sự thay đổi bề mặt màng, cấu trúc phổ FTIR và sự thay đổi về khối lượng sau khi nuôi cấy ở phòng thí nghiệm. Kết quả phân tích phổ FTIR cho thấy cả 2 mẫu PE, PET sau khi phân hủy có xuất hiện 1 số peak giống và khác so với ban đầu (Hình 3), chứng tỏ đã có sự thay đổi trong cấu trúc màng. Tuy nhiên, vì tốc độ phân hủy sinh học rất chậm nên vẫn còn các peak như ban đầu (chưa bị phân hủy). Hình ảnh quan sát bề mặt màng cũng cho thấy có sự thay đổi rõ rệt giữa màng trước và sau phân hủy (Hình 4). Tuy nhiên, màng PE thấy có sự thay đổi rõ ràng hơn về cấu trúc bề mặt chứng tỏ có sự phân hủy trên bề mặt nhiều hơn. Tuy nhiên, cần xác định sự thay đổi về khối lượng (theo % khối lượng ban đầu). Kết quả đánh giá khả năng phân hủy về khối lượng trên Bảng 4 cho thấy nhựa PE bị phân hủy 4,08% sau 60 ngày và màng PET bị phân hủy khoảng 3,97% sau 60 ngày xử lý với các chủng PEX3 và PETBs tương ứng. Kết quả này là tương đương so với một số nghiên cứu trước đây về khả năng phân hủy màng nhựa tổng hợp [2], [13], [15]. Bảng 4. Khả năng phân hủy nhựa PE, PET sau 60 ngày Ban đầu (mg) Sau 60 ngày (mg) % phân hủy Nhựa PE 98,1 94,1 4,08 Nhựa PET 85,7 82,3 3,97 Để khẳng định về khả năng phân hủy sinh học, màng PE, PET trước và sau xử lý còn được đánh giá sự thay đổi về độ bền kéo, đô dãn dài của màng phản ánh bản chất của sự phân hủy màng. Kết quả trình bày trên Bảng 4 cho thấy màng PE giảm độ bền kéo từ 17,2 xuống con 12,6 Mpa và độ dãn dài giảm từ 4,8 xuống còn 3,2%. Màng PET có sự thay đổi ít hơn, độ bền kéo giảm từ 6,8 xuống 6,2 Mpa và độ dãn dài giảm từ 3,1 xuống còn 2,5%. http://jst.tnu.edu.vn 44 Email: jst@tnu.edu.vn
  6. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 (a) (b) (c) (d) Hình 3. Cấu trúc phổ FTIR của mẫu màng trước phân hủy (PE-a, PET-b) và sau phân hủy sinh học 60 ngày (PE-c, PET-d) (a) (b) (c) (d) Hình 4. Hình ảnh mẫu màng trước phân hủy (PE-a, PET-b) và sau phân hủy sinh học 60 ngày (PE-c, PET- d) quan sát trên kính hiển vi điện tử quét SEM (độ phóng đại 2000 lần) http://jst.tnu.edu.vn 45 Email: jst@tnu.edu.vn
  7. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 Bảng 5. Sự thay đổi độ bền kéo độ dãn dài của màng trước và sau phân hủy Độ bền kéo (Mpa) Độ dãn dài (%) Trước phân hủy Sau phân hủy Trước phân hủy Sau phân hủy Màng PE 17,2 12,6 4,8 3,2 Màng PET 6,8 6,2 3,1 2,5 3.5. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học Việc đánh giá khả năng phân hủy sinh học của màng được xây dựng theo TCVN 9494-2012 về việc đánh giá lượng CO2 tạo thành và phản ứng với dung dịch Ba(OH)2 tạo kết tủa. Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên Hình 5. Lượng CO2 sinh ra do quá trình phân hủy được so sánh với lượng CO2 hình thành của mẫu đối chứng (Bảng 6). Kết quả thí nghiệm trình bày trên Bảng 6 cho thấy khối lượng màng nhựa phân hủy khoảng 4,38 và 4,78 mg tương ứng với màng nhựa PE và PET sau 2 tháng. Kết quả này cho thấy 2 chủng đều có khả năng phân hủy màng nhựa PE và PET ở dạng màng mỏng. Tuy nhiên, tốc độ này so với 1 số chủng đã được công bố là tương đối chậm. Theo nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà [13], sau 30 ngày, chủng Bacillus sp. BCBT21 có khả năng phân hủy khoảng 4,4% so với 1 g ban đầu túi nhựa tổng hợp được gọi là túi phân hủy sinh học được mua tại siêu thị. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, sau 60 ngày, các chủng chỉ phân hủy khoảng 4% khối lượng màng nhựa tổng hợp PE, PET với khối lượng ban đầu khoảng 80-90 mg. Tốc độ phân hủy của các loại màng nhựa phụ thuộc vào bản chất của nhựa, độ dày màng, diện tích bề mặt. Kết quả này là hoàn toàn hợp lý so với các kết quả nghiên cứu trước đây [2], [5], [12], [14]. Bảng 6. Lượng CO2 tạo thành sau 60 ngày nuôi cấy Mẫu đối chứng (có VSV Mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm nhưng không có màng) màng PE màng PET Khối lượng kết tủa thu được (mg) 25,38 56,21 74,33 Khối lượng CO2 tương ứng (mg) 5,67 12,55 16,60 Khối lượng C trong phân tử nhựa 0 1,87 2,98 (mg) Khối lượng nhựa phân hủy (mg) 0 4,38 4,78 Hình 5. Mô hình thí nghiệm (trái) và sơ đồ mô tả mô hình (phải) để đánh giá khả năng phân hủy sinh học nhựa 4. Kết luận Nghiên cứu đã phân lập được 2 chủng có khả năng phân hủy màng nhựa tổng hợp PE, PET. Cả 2 chủng đều thuộc chi Bacillus, được đặt tên tương ứng là Bacillus sp. PEX3 và Bacillus subtilis PETBs và được đăng ký mã số trên GenBank với mã số tương ứng là PP564737 và PP564738. Chủng PEX3 có khả năng phân hủy PE và chủng PETBs có khả năng phân hủy màng PET với hàm lượng 3,97 - 4,08% sau 60 ngày nuôi cấy với hàm lượng ban đầu khoảng 80-90 mg. Khả năng phân hủy còn được đánh giá thông qua phổ FTIR, độ bền kéo, độ dãn dài và quan sát sự thay đổi trên bề mặt màng. http://jst.tnu.edu.vn 46 Email: jst@tnu.edu.vn
  8. TNU Journal of Science and Technology 230(01): 40 - 47 Lời cảm ơn Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ về kinh phí của đề tài cấp cơ sở “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử để phân lập và biểu hiện enzyme tái tổ hợp có khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải nhựa”. TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] G. Lear, J. M. Kingsbury, S. Franchini, V. Gambarini, S. D. M. Maday, J. A. Wallbank, L. Weaver, and O. Pantos, "Plastics and the microbiome: impacts and solutions," Environmental Microbiomes, vol. 16, no. 1, pp. 1-19, 2021, doi: 10.1186/s40793-020-00371-w. [2] Y. Zhang, J. Nedergaard, B. E. Eser, and Z. Guo, "Biodegradation of polyethylene and polystyrene: From microbial deterioration to enzyme discovery," Biotechnology Advances, vol. 60, no. 107991, pp. 1-19, 2022. [3] T. B. Thoha, B. T. Thomas, D. S. K. Olanrewaju-Kehinde, O. D. Popoola, and E. S. James, "Degradation of Plastic and Polythene Materials by Some Selected Microorganisms Isolated from Soil," World Appl. Sci. J, vol. 33, no. 12, pp. 1888-1891, 2015. [4] S. Skariyachan, A. S. Setlur, S. Y. Naik, A. A. Naik, M. Usharani, and K. S. Vasist, "Enhanced biodegradation of low and high-density polyethylene by novel bacterial consortia formulated from plastic-contaminated cow dung under thermophilic conditions," Environ. Sci. Pollut Res., vol. 24, pp. 8443-8457, 2017. [5] A. Zeenat, A. Elahi, D. A. Bukhari, S. Shamim, and A. Rehman, "Plastics degradation by microbes: A sustainable approach," Journal of King Saud University – Science, vol. 33, no. 101538, pp. 1-11, 2020. [6] S. Awasthi, P. Srivastava, P. Singh, D. Tiwary, and P. K. Mishra, "Biodegradation of thermally treated high-density polyethylene (HDPE) by Klebsiella pneumoniae CH001," Biotech, vol. 7, no. 5, pp. 332- 341, 2017, doi: 10.1007/s13205-017-0959-3. [7] N. Taghavi, I. A. Udugama, W. Q. Zhuang, and S. Baroutian, "Challenges in biodegradation of non- degradable thermoplastic waste: From environmental impact to operational readiness," Biotechnology Advances, vol. 49, pp. 1-10, 2021, doi: 10.1016/j.biotechadv.2021.107731. [8] L. Maroof, I Khan, H. Yoo, S. Kim, H. T. Park, B. Ahmad, and S. Azam, "Identification and characterization of low density polyethylene degrading bacteria isolated from soils of waste disposal sites," Environ. Eng. Res, vol. 167, pp. 1-27, 2021, doi: 10.4491/eer.2020. [9] C. N. Muhonja, G. Magoma, M. Imbuga, and H. M. Makonde, "Molecular characterization of Low- Density Polyethene (LDPE) degrading bacteria and fungi from Dandora dumpsite, Nairobi, Kenya," Int. J. Microbiol, vol. 1, pp. 1-10, 2018, doi: 10.1155/2018/4167845. [10] E. Munir, R. S. M. Harefa, N. Priyani, and D. Suryanto, "Plastic degrading fungi Trichoderma viride and Aspergillus nomius isolated from local landfill soil in Medan," IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, vol. 126, pp. 1-7, 2018, doi: 10.1088/1755-1315/126/1/012145. [11] R. A. Aristilde and L. Wilkes, "Degradation and metabolism of synthetic plastics and associated products by Pseudomonas sp.: capabilities and challenges," Journal of Applied Microbiology, vol. 123, pp. 582- 593, 2017, doi: 10.1111/jam.13472. [12] A. Kumari, D. R. Chaudhary, and B. Jha, "Destabilization of polyethyene and polyvinylchloride structure by marine bacteria strain," Environment Science and Pollution Research , vol. 14, pp. 1-10, 2018. [13] T. C. H. Dang, D. T. Nguyen, H. Thai, T. C. Nguyen, T. T. H. Tran, V. H. Le, V. N. Huynh, X. B. Tran, T. T. P. Pham, T. G. Nguyen, and Q. T. Nguyen, "Plastic degradation by thermophilic Bacillus sp. BCBT21 isolated from composting agriculture residual in Vietnam," Advances in Natural Sciences: Nanoscience and nanotechnology, vol. 9, no. 015014, pp. 1-11, 2018. [14] S. K. Kale, A. G. Deshmukh, M. S. Dudhare, and V. B. Patil, "Microbial degradation of plastic: A review," J. Biochem Tech, vol. 6, no. 2, pp. 952-961, 2015. [15] A. Chamas, H. Moon, J. Zheng, Y. Qiu, T. Tabassum, J. H. Jang, M. Abu-Omar, S. L. Scott, and S. Suh, "Degradation Rates of Plastics in the Environment," ACS Sustainable Chem.Eng, vol. 8, pp. 3494-3511, 2020. [16] Vietnamese Standard, "TCVN 9494:2012. ISO 17556:2005. Plastics - Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a respirometer or the amount of carbon dioxide evolved," Ministry of Science and Technology, pp. 1-35, 2012. http://jst.tnu.edu.vn 47 Email: jst@tnu.edu.vn
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2