ประสิทธิภาพของสารสกัดไคโตซานจากเห็ดกระด้าง (Lentinus polychrous Lev.) ในการดูดซับไขมันและการยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ในน้ำเสีย

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

จิรัฏฐา จิรฐิติวงศ์, ปาริชาต บุริขันธ์

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

หิรัญ แซ่ลิ่ม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนเตรียมวิทย์พัฒนา

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

น้ำคือหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดของมนุษย์สำหรับใช้ในการอุปโภค หรือบริโภค หลังจากที่ใช้น้ำเสร็จแล้วน้ำเหล่านี้จะถูกระบายออกสู่ท่อระบายน้ำหรือสิ่งแวดล้อมโดยตรง ซึ่งมักจะปนเปื้อนสิ่งสกปรกมากมาย โดยเฉพาะเศษอาหารเหลือทิ้งจากการบริโภค ส่วนมากเป็นสารอินทรีย์ประเภทโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน โดยสารอินทรีย์เหล่านี้จะถูกย่อยสลายด้วยจุลินทรีย์ในน้ำแบบสภาวะที่มีการใช้ออกซิเจนส่งผลให้ระดับออกซิเจนในน้ำลดลง (Dissolved Oxygen) จนเกิดสภาพน้ำเน่าเสียได้ นอกจากนี้ไขมันที่เคลือบอยู่บนผิวน้ำยังส่งผลต่อการส่องผ่านของแสงทำให้พืชและสาหร่ายสังเคราะห์แสงได้น้อย และยังส่งผลต่อการแพร่ของแก๊สออกซิเจนลงสู่แหล่งน้ำ อีกทั้งไขมันยังสามารถจับกับอวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สของสัตว์น้ำส่งผลต่อการหายใจของสัตว์น้ำอีกด้วย ในน้ำเสียมีแก๊สไข่เน่าหรือแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ แก๊สมีเทน และแก๊สแอมโมเนีย ซึ่งเกิดจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ทำให้แหล่งนํ้ามีกลิ่นเหม็นและมีสภาพเสื่อมโทรม แบคทีเรียในน้ำเสียยังสามารถทำให้เกิดโรคต่อมนุษย์และสัตว์ได้ เช่น โรคผิวหนัง โรคตา โรคระบบทางเดินอาหาร โรคพยาธิใบไม้ในลำไส้ โรคเยื่อหุ้มสมองและสมองอักเสบขั้นปฐมภูมิ (สำนักงานคณะกรรมการข้อมูลข่าวสารของข้าราชการ) ดังนั้นทุกบ้านควรมีการบำบัดนํ้าเสียโดยเฉพาะไขมันก่อนที่จะระบายออกสู่สิ่งแวดล้อม เพื่อลดปัญหาน้ำเน่าเสียและป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อพาหะนำโรค

การบำบัดน้ำเสียในประเทศไทยมักพบในภาคอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ขณะที่ภาคครัวเรือนส่วนมากไม่มีการบำบัดน้ำเสียก่อนที่จะปล่อยลงสู่แหล่งน้ำมีเพียงการใช้ถังดักจับไขมัน ซึ่งอาศัยหลักการแยกไขมันโดยที่ไขมันจากน้ำเสียจะลอยขึ้นเหนือชั้นผิวน้ำแล้วจึงค่อยตักไขมันทิ้งไป ส่วนน้ำที่อยู่ใต้ชั้นไขมันจะไหลลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ การตักไขมันทิ้งจำเป็นต้องทำอย่างสม่ำเสมอเพราะอาจจะทำให้ไขมันปนเปื้อนไปกับน้ำทิ้งส่งผลทำให้น้ำเน่าเสียได้ ดั้งนั้นการพัฒนาวัสดุที่มีความสามารถในการดูดซับไขมันที่มีประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียให้อยู่ในเกณฑ์มาตรฐานก่อนปล่อยสูงแหล่งน้ำธรรมชาติและสามารถยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคในน้ำเสียที่สามารถผลิตได้ง่ายในท้องถิ่น และมีราคาไม่แพงเหมาะสมกับสภาพเศรษฐกิจและสภาพสังคมของชุมชนจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง

ปัจจุบันมีการนำวัสดุธรรมชาติมาใช้ในการดูดซับไขมันหลายชนิด เช่น ดอกธูปฤๅษี กาบมะพร้าว ฝ้าย วัสดุเหล่านี้มีความลอยตัวสูงทำให้น้ำมันสามารถเกาะติดที่ผิวได้ วัสดุเหล่านี้ยังสามารถกำจัดได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม จากการศึกษาของ ศิริพร พงศ์สันติสุข (2541) พบว่าฝ้ายสามารถดูดซับคราบไขมันได้มากกว่า 10 กรัมต่อฝ้าย 1 กรัม ในขณะที่กาบมะพร้าวและฟางข้าวมีความสามารถในการดูดซับคราบไขมันประมาณ 3 - 5 กรัมต่อวัสดุดูดซับไขมัน 1 กรัม จะเห็นได้ว่าวัสดุธรรมชาติเหล่านี้มีคุณสมบัติในการดูดวับไขมันที่ดีแต่ก็ยังไม่สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ก่อโรคในน้ำเสียได้ นอกจากนี้ยังมีการใช้ไคโตซานจากเปลือกกุ้งในการดูดซับไขมันจากน้ำเสียพบว่ามีประสิทธิภาพในการดูดซับไขมันได้สูงสุดร้อยละ 72 (สมปรารถนา วินิจฉัย, 2556) เนื่องจากไคโตซานมีคุณสมบัติในการดูดซับไขมัน และเป็นวัสดุชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ มีความปลอดภัยในการนำมาใช้งาน ไม่ไวไฟ และไม่เป็นพิษ (สุธิดา คงทอง, 2552) ไคโตซานยังเป็นตัวสร้างตะกอนและตกตะกอน (Flocculent and Coagulation Agent) ที่ดีเนื่องจากโมเลกุลประกอบด้วยหมู่อะมิโนจำนวนมากสามารถแตกตัวเป็นประจุบวกกับกรดไขมันทำให้ประจุลบของกรดไขมันสูญเสียเสถียรภาพ โดยอาศัยปฏิกิริยาการสะเทิน (ภรณ์ภิตา พงศ์ประสิทธ์, 2555 และ สุธิดา คงทอง, 2552)

ไคโตซานเป็นอนุพันธ์ของไคตินที่ได้จากการดึงหมู่อะซิทิล (Acetyl Group) ของไคตินออกโดย ปฏิกิริยา Deacetylation ทำให้โครงสร้างของไคตินจาก N-Acetyl Glucosamine เปลี่ยนเป็น Glucosamine ที่อยู่ในรูปที่พร้อมใช้งาน สามารถทำปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็วและละลายได้ในกรดอ่อน ไคโตซานและไคตินเป็นองค์ประกอบอยู่ในโครงสร้างภายนอกของสิ่งมีชีวิตในกลุ่มครัสเตเชียน เช่น ปู กุ้ง กลุ่มอาร์โทรพอด และเห็ด รา (วราวุฒิ พุทธให้, 2546) สามารถยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลลินทรีย์ได้ ไคโตซานที่สกัดจากเห็ดมีความแตกต่างจากไคโตซานที่สกัดจากครัสเตเชียน โดยมีน้ำหนักโมเลกุลและการกระจายตัวของกลุ่มโครงสร้างแตกต่างกันส่งผลถึงคุณสมบัติและการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ การสกัดไคโตซานจากเปลือกครัสเตเชียนจำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายที่รุนแรงและต้องใช้ความร้อนสูง มีกระบวนการในการทำความสะอาดหลายขั้นตอนและส่งกลิ่นเหม็น นอกจากนี้แล้วการสกัดไคโตซานจากเปลือกครัสเตเชียนยังมีข้อจำกัดในเรื่องฤดูกาล ในขณะที่การสกัดไคโตซานจากเห็ดมีกระบวนการในการสกัดที่สะดวกกว่าและใช้ตัวทำละลายที่มีความรุนแรงน้อยกว่า (จักรกฤษณ์ พลธิราช, 2561)

เห็ดกระด้างหรือเห็ดลม (Lentinus polychrous Lev.) เป็นเห็ดพื้นบ้านที่หาได้ง่ายพบได้ตามภูมิภาคตะวันออกเฉียงเหนือและภาคเหนือของประเทศไทย จากการศึกษาปริมาณไคโตซานจากเห็ดกินได้ทั้ง 7 ชนิด ได้แก่ เห็ดหอม เห็ดกระด้าง เห็ดหูหนูสีน้ำตาล เห็ดเผาะ เห็ดฟาง เห็ดนางฟ้า และเห็ดนางรม โดยมีปริมาณไคโตซานประมาณ 1.54%, 2.25%, 0.45%, 1.12%, 0.47%, 1.26% และ 0.50% ตามลำดับ พบว่าเห็ดกระด้างมีปริมาณไคโตซานสูงสุด (จันทรพร ทองเอกแก้ว, 2551) นอกจากนี้สารสกัดหยาบจากดอกเห็ดและเส้นใยเห็ดกระด้างยังมีความปลอดภัยในระดับสัตว์ทดลอง เห็ดกระด้างเป็นเห็ดที่ไม่ค่อยได้รับนิยมในการบริโภคจึงทำให้มีราคาไม่สูง ผู้วิจัยจึงมีความสนใจที่จะสกัดไคโตซานจากเห็ดกระด้างมาให้เป็นวัสดุในการดูดซับไขมันจากน้ำทิ้งเนื่องจากมีวิธีการสกัดที่ไม่ซับซ้อนแทนการใช้ไคโตซานจากเปลือกกุ้งที่มีราคาสูงและมีวิธีการสกัดหลายขั้นตอน เพื่อลดการปนเปื้อนไขมันในแหล่งน้ำธรรมชาติซึ่งเป็นสาเหตุของน้ำเน่าเสียได้ และเพื่อยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ในแหล่งน้ำ