การประยุกต์ใช้กากน้ำตาลเป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากแบคทีเรียที่คัดแยกได้จากดินที่ปนเปื้อนน้ำมัน

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ฐิติวุฒิ แช่มสะอาด, พิมพ์ลภัสร์ บรรจง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

วิษณุ เลี้ยงอำนวย, ฐิติมา ละอองฐิติรัตน์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนสามเสนวิทยาลัย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2565

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

อุบัติการณ์น้ำมันดิบรั่วไหลจากท่อขนส่งน้ำมันใต้ทะเลยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เป็นอีกเหตุที่สร้างความเสียหายให้กับระบบนิเวศทางทะเลอย่างมหาศาล และยังส่งผลกระทบต่อเนื่องไปถึงภาคเศรษฐกิจและการท่องเที่ยวด้วย แม้หน่วยงานต่าง ๆ จะพยายามขจัดคราบน้ำมันที่กระจายทั่วผิวน้ำทะเลและตามบริเวณชายฝั่ง แต่ก็ยังคงมีมลพิษที่ตกค้างหลงเหลืออยู่ อันจะส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมและสัตว์ทะเลในระยะยาว หนึ่งในแนวทางขจัดปัญหาสารมลพิษตกค้าง คือจุลินทรีย์กินน้ำมัน ซึ่งประเทศไทยถือเป็นพื้นที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ในทะเลหรือพื้นที่ต่าง ๆ เป็นแหล่งทรัพยากรที่ดีของจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติในการย่อยสลายมลพิษและน้ำมันปิโตรเลียมประเภทต่าง ๆ

สารลดแรงตึงผิวเป็นสารเคมีประเภทหนึ่งที่นับว่าถูกนำมาใช้เพื่อประโยชน์ในชีวิตประจำวันได้มากมายหลากหลายด้าน โดยใช้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของผลิตภัณฑ์และเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการผลิตต่าง ๆ ได้แก่ 1) สารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด เช่น ผงซักฟอก สบู่ ยาสีฟัน ยาสระผม ครีมนวดผม และผลิตภัณฑ์ที่มีฟอง 2) สารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบในเครื่องสำอางและครีมกันแดด 3) สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์และการผลิตยา 4) สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม เช่น กระบวนการย้อมผ้า การเคลือบสีไม้หรือโลหะ การผลิตพลาสติก การทำหนังสัตว์ การผลิตเนยเทียม เค้กและไอศกรีม 5) สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น บำบัดน้ำเสีย มลพิษทางดิน ดูดซับของเสีย 6) สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในกระบวนการสกัดแยก เช่น การสกัดแยกแร่ การแยกน้ำมันออกจากน้ำ สารลดแรงตึงผิวสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ สารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ ผลิตได้จากกระบวนการทางเคมีจากสารปิโตรเลียมและการสังเคราะห์โดยสิ่งมีชีวิตเรียกว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (biosurfactant) สารลดแรงตึงผิวชีวภาพบางประเภทนั้นสามารถสร้างได้โดยจุลินทรีย์หลายชนิด เช่น แบคทีเรีย รา และยีสต์ โมเลกุลของสารประกอบด้วยที่มีส่วนชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ (hydrophilic and hydrophobic moieties) ซึ่งจุลินทรีย์แต่ละชนิดให้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีลักษณะโครงสร้างของโมเลกุลมีความหลากหลายขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์สภาวะในการผลิตมีความเป็นพิษต่ำและสามารถใช้ความดันปกติในการสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์มีสมบัติเป็นสารแอฟิพาติกโมเลกุล (amphiphatic molecules) คือ สามารถลดแรงตึงผิวและแรงตึงระหว่างผิวของของเหลวและสารผสมไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbon mixture) ดังนั้นจึงมีศักยภาพในการนำมาใช้ในกระบวนการอิมัลซิฟิเคชัน (emulsification) และการเก็บเกี่ยวน้ำมัน (oil recovery) และมีแนวโน้มที่จะนำมาใช้ประโยชน์มากขึ้น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีข้อดีกว่าสารสังเคราะห์ทางเคมีที่ได้จากปิโตรเลียม เช่น มีความเป็นพิษต่ำ ย่อยสลายในธรรมชาติได้รวดเร็วกว่า มีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มีความคงตัวในสภาวะอุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด-เบส และความเค็มสูง รวมทั้งสามารถสังเคราะห์ได้จากการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในอาหารที่เหลือทิ้งจากผลผลิตทางการเกษตรได้ สารออกฤทธิ์ต่อพื้นผิว (surface-active compound) จากจุลินทรีย์ แบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เรียกว่า สารลดแรงตึงผิว ที่มีสมบัติลดแรงตึงผิวระหว่างอากาศและน้ำ (air-water surface tension) และสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ซึ่งเรียกว่า สารอิมัลซิไฟเออร์ชีวภาพ (bioemulsifier) ที่มีสมบัติทำให้เกิดสภาพอิมัลชัน (emulsion) ของน้ำและน้ำมันได้ดี

จุลินทรีย์สามารถผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้หลากหลายชนิดและมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันทั้งลดแรงตึงผิวและทำให้เกิดความคงตัวของอิมัลชัน ซึ่งแบคทีเรียเป็นจุลินทรีย์กลุ่มที่สามารถควบคุมสภาวะในการเลี้ยงได้ง่ายและสามารถใช้แหล่งอาหารที่มีราคาถูกหรือวัสดุเศษเหลือในการเจริญและผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ดังนั้นผู้วิจัยจึงมีความสนใจในการจัดทำโครงงานเรื่อง การประยุกต์ใช้กากน้ำตาลเป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากแบคทีเรียที่คัดแยกได้จากดินที่ปนเปื้อนน้ำมัน โดยการคัดแยกและคัดเลือกแบคทีเรียที่สามารถผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากดินที่ปนเปื้อนน้ำมัน ทดสอบกิจกรรมการเกิดอิมัลชัน ศึกษาปริมาณกากน้ำตาลที่เหมาะสมในการเป็นแหล่งคาร์บอน ที่ใช้ในการเจริญของแบคทีเรีย