การศึกษาการย่อยสลายไมโครพลาสติกชนิด polyethylene terephthalate (PET) โดยเห็ดเเละ Brewer's yeast
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
วัชรพงศ์ ภูเจริญ, คุณานนท์ เริงทรง, ปภพ บุญยกิจสมบัติ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
จิรดา สิงขรรัตน์, นิรมล ศากยวงศ์
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ปัจจุบันพลาสติกถูกผลิตขึ้นมาอย่างมากเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและราคาต่ำ แต่พลาสติกส่วนใหญ่นั้นไม่ได้ถูกกำจัดอย่างถูกต้อง (Chowdhury et al., 2016) โดยเฉพาะพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ซึ่งเมื่อพลาสติกเหล่านั้นกลายเป็นไมโครพลาสติกและปะปนในสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นในน้ำ ในดิน หรือลอยอยู่บนอากาศ ไมโครพลาสติกเหล่า นี้อาจทำให้เกิด อันตรายต่อระบบต่าง ๆ ภายในร่างกายของทั้งมนุษย์และสัตว์ เช่น การทิ้งขยะพลาสติกลงในทะเลจะทำให้ในน้ำทะเลมีการปนเปื้อนไมโครพลาสติก สัตว์ทะเลที่อยู่ในน้ำจะมีการปนเปื้อนไมโครพลาสติกจากทะเล เมื่อมนุษย์บริโภคสัตว์ทะเลเข้าไป จะได้รับไมโครพลาสติกเหล่านั้นมาด้วย ซึ่งสารพิษเหล่านั้นอาจไปรบกวนการทำงานของระบบร่างกาย รวมทั้งอาจเป็นสารก่อโรคต่าง ๆ เช่น โรคมะเร็ง โรคหลอดเลือดอุดตัน เป็นต้น (นันทวุฒิ, 2563) Polyethylene terephtalate (PET) เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างเอทิลีนไกลคอล กับ ไดเมทิลเทเรฟทาเลต PET ที่ได้จะมีน้ำหนักโมเลกุลสูงจะมีความเหนียว ทนทาน และมีความยืดหยุ่นต่อแรงกระทบกระแทก จึงไม่แตกเมื่อถูกแรงกดดัน การนำ PET มาผลิตวัสดุโดยการใช้เทคนิคการให้ความร้อน การทำให้เย็นที่อุณหภูมิและระยะเวลาต่าง ๆ ที่เรียกว่า "heat setting" จะทำให้ได้ PET ที่มีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น เป็นแผ่นฟิล์ม หรือขวดพลาสติกใส เป็นพลาสติกขุ่นสำหรับบรรจุภัณฑ์ หรือถาด ซึ่งสามารถทนต่อแรงกระแทก และอุณหภูมิ นอกจากนี้การเติมสารอื่น ๆ เพื่อเปลี่ยนแปลงสมบัติทางเคมีของ PET เช่น การเติม isophthalic acid (IPA หรือ 1,4 cyclohexanedimethanol) จะทำให้ได้แผ่นฟิล์ม หรือขวดที่มีความหนาขึ้น (พิมพ์เพ็ญ และนิธิยา, 2561) ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่มีสมบัติทางกายภาพแตกต่างกันเหล่านี้ล้วนมาจาก PET ที่มีสมบัติทางเคมีเหมือนกันทั้งสิ้น PET นำมาทำวัสดุบรรจุภัณฑ์ประเภทพลาสติกที่ได้รับการคิดค้นขึ้นมาเพื่อการบรรจุน้ำอัดลมโดยเฉพาะจากสมบัติเด่นทางด้านความใสเป็นประกาย ทำให้ได้รับความนิยมในการบรรจุน้ำมันพืชและน้ำดื่ม นอกจากขวดแล้ว PET ในรูปฟิล์มซึ่งมีสมบัติในการป้องกันการซึมผ่านของก๊าซได้เป็นอย่างดี จึงมีการนำไปเคลือบหลายชั้นทำเป็นซองสำหรับบรรจุอาหารที่มีความไวต่อก๊าซ เช่น อาหารขบเคี้ยว ถาดบรรจุอาหารที่เป็น Modified Atmosphere Packaging (MAP) เป็นต้น นอกจากนี้ฟิล์ม PET ยังมีสมบัติเด่นอีกหลายประการ เช่น ทนแรงยืดและแรงกระแทกเสียดสีได้ดี จุดหลอมเหลวสูง แต่มีข้อด้อย คือ ไม่สามารถปิดผนึกด้วยความร้อนและเปิดฉีกยาก ทำให้โอกาสใช้ฟิล์ม PET อย่างเดียวน้อยมากแต่มักใช้เคลือบกับพลาสติกชนิดอื่น ในปัจจุบันการย่อยสลายไมโครพลาสติกเป็นที่สนใจอย่างมากเนื่องจากความอันตรายของไมโครพลาสติก และมีรายงานการวิจัยมากมายที่กล่าวถึงการย่อยสลายไมโครพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตด้วยจุลินทรีย์ต่าง ๆ แต่เนื่องจากจุลินทรีย์บางชนิดที่มีแนวโน้มในการย่อยสลายไมโคร พลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตมีความอันตราย ซึ่งอาจก่อโรคได้ อีกทั้งการย่อยสลายไมโครพลาสติกโดยการใช้เห็ดยังไม่เป็นที่นิยมนัก และจากการหาข้อมูลพบว่าเห็ดโคนน้อยและเห็ดขอนขาวมีเอนไซม์ที่ช่วยในการย่อยสลายพลาสติกได้ โดยเห็ดโคนน้อย (Coprinopsis cinerea) เป็นเห็ดที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย สามารถพบได้ทั่วไปในประเทศไทย และใช้เวลาเพาะเชื้อเห็ดเพียง 7-10 วันก็สามารถเก็บดอกเห็ดได้ (ธาวิดา, 2563) เห็ดโคนน้อยเป็นหนึ่งในเห็ดที่สามารถผลิตเอนไซม์ cutinase ได้ (Chen et al., 2013) โดยเอนไซม์ cutinase เป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นการเกิดปฏิกิริยา hydrolysis ของโมเลกุลไมโครพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Sulaiman et al., 2011) ส่วนเห็ดขอนขาว (Lentinus squarrosulus Mont.) เป็นเห็ดที่มีการบริโภคกันทั่วไปในประเทศไทย โดยใช้เวลาเพาะเชื้อเห็ดประมาณ 7-10 วันก็สามารถเก็บดอกเห็ดได้ (เมธตา, 2560) เห็ดขอนขาวเป็นเห็ดที่สามารถผลิตเอนไซม์ manganese peroxidase ได้ (Ravichandran et al., 2019) โดยมีรายงานว่าเอนไซม์ manganese peroxidase เป็นหนึ่งในเอนไซม์หลักในการย่อยสลายไมโครพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (Iiyoshi et al., 1997) ผลผลิตที่ได้จากการย่อยสลายของทั้งเห็ดโคนน้อย และเห็ดขอนขาว คือ BHET, MHET, Ethylene glycol และ Terephthalate โดย Terephthalate, BHET และ MHET นั้นเป็นพิษต่ำมากและจะสามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ แต่ Ethylene glycol เป็นพิษปานกลางและจะถูกย่อยสลายต่อไปโดย Brewer’s yeast (Saccharomyces cerevisiae) ที่สามารถผลิตเอนไซม์ Alcohol dehydrogenase ย่อยสลาย Ethylene glycol ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ (McGinnis et al., 2000)
ดังนั้นในการวิจัยนี้คณะผู้จัดทำจะทำการศึกษาประสิทธิภาพในการย่อยสลายไมโครพลาสติกชนิด พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตโดยใช้ Coprinopsis cinerea หรือ เห็ดโคนน้อย และ Lentinus squarrosulus Mont. หรือ เห็ดขอนขาว และศึกษาประสิทธิภาพการย่อยสลายผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยสลายด้วยเห็ดทั้งสองชนิดโดยใช้ Saccharomyces cerevisiae หรือ Brewer's yeast