การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์โดยใช้วัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเกษตร

ปัจจุบันผู้บริโภคหันมาใส่ใจในสุขภาพมากขึ้นและสนใจบริโภคผลิตภัณฑ์ปลอดสารเคมีที่ใช้ส่วนผสมจากธรรมชาติเพิ่มสูงขึ้น ส่งผลให้ภาคอุตสาหกรรมต้องมีการปรับตัวเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคและสร้างความสามารถในการแข่งขันในตลาดโดยการใช้สารจากธรรมชาติที่มีคุณสมบัติทดแทนสารเคมีได้ สารลดแรงตึงผิว(surfactants)  เป็นสารประกอบทางเคมีสำคัญที่อยู่ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ใช้ประจำวัน เช่น ผลิตภัณฑ์สารซักล้าง ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดในครัวเรือน เครื่องสำอาง อาหาร ยา และยังมีใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การเกษตร สิ่งพิมพ์ และปิโตรเลียม โดยใช้เป็นตัวช่วยลดความแรงตึงผิว ก่ออิมัลชั่น ช่วยในการละลาย สร้างฟอง ช่วยสกัดน้ำมันดิบออกจากดิน และช่วยยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ สารลดแรงตึงผิวส่วนใหญ่ที่ใช้ในปัจจุบัน เป็นสารสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งมีรายงานว่ามีผลเสียต่อมนุษย์โดยทำให้เกิดอาการระคายเคืองและก่อมลพิษต่อสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติเนื่องจากย่อยสลายในธรรมชาติได้ยาก จากผลเสียเหล่านี้ทำให้ภาคอุตสาหกรรมต้องการมองหาสารจากธรรมชาติมาทดแทนสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (Biosurfactant) เป็นทางเลือกหนึ่งให้แก่ภาคอุตสาหกรรมเนื่องจากมีโครงสร้างเป็นแอมฟิฟิลิก (Amphiphilic molecule) เช่นเดียวกับสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ อีกทั้งยังมีความหลากหลายของโครงสร้าง   มีความเป็นพิษต่ำ  มีฤทธิ์ทางชีวภาพ สามารถถูกย่อยสลายทางชีวภาพได้สูง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สารลดแรงตึงผิวชีวภาพสามารถผลิตได้จากจุลินทรีย์ โดยความสามารถในการลดแรงตึงผิวของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพนั้นขึ้นกับชนิดและโครงสร้างที่แตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ที่ผลิต สารลดแรงตึงชีวภาพที่ผลิตจากจุลินทรีย์มีแนวโน้มนำมาทดแทนสารเคมีสังเคราะห์ได้และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม ทำให้การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ได้รับความสนใจเพิ่มสูงขึ้น แต่เนื่องด้วยต้นทุนในการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่สูงและผลผลิตที่ต่ำ ทำให้ไม่สามารถแข่งขันราคากับสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ได้จึงไม่ได้รับความนิยมนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์มากนัก โดยแนวทางในการลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตให้ได้ผลผลิตที่สูงขึ้นนั้นทำได้โดยการใช้สายพันธุ์จุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพในการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ การควบคุมสภาวะให้เหมาะสมต่อการผลิต ได้แก่ แหล่งคาร์บอน แหล่งไนโตรเจน ค่าพีเอช การปั่นกวน และช่วงเวลาในการเก็บเกี่ยว และการลดต้นทุนในการผลิตโดยใช้วัตถุดิบที่เหลือทิ้งจากภาคอุตสาหกรรมที่หาได้ง่ายและมีราคาถูก เช่น วัตถุดิบเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมการเกษตรที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันตกค้าง เพื่อให้จุลินทรีย์นำไปใช้ในการเจริญเติบโตและผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ

จากรายงานแบคทีเรียที่สามารถผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้นั้น แบคทีเรียในกลุ่ม Bacillus เช่น B. subtilis, B. amyloliquefaciens และ B. licheniformis โดยส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรียที่มีความปลอดภัย เป็นที่ยอมรับและสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และเครื่องสำอางได้ แบคทีเรียในกลุ่ม Bacillus ส่วนใหญ่ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพประเภทไลโพเปปไทด์ ซึ่งมีรายงานว่ามีความเป็นพิษต่ำ ไม่เป็นอันตรายเมื่อเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ และสามารถลดแรงตึงผิวของน้ำได้จนถึง 27-34 มิลลินิวตันต่อเมตร มีความเหมาะสำหรับการใช้บนผิวหนังมนุษย์ นอกจากนี้ประเภทไลโพเปปไทด์ที่ผลิตจาก Bacillus subtilis มีรายงานว่ามีฤทธิ์ทางชีวภาพหลากหลายด้าน ได้แก่ ต้านเชื้อแบคทีเรีย รา และไวรัส มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเนื้องอกและกระตุ้นการทำลายตัวเองของเซลล์มะเร็ง กระตุ้นภูมิคุ้มกัน ต้านการอักเสบ นอกจากนี้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพชนิดไลโพเปปไทด์ยังมีฤทธิ์ต่อต้านริ้วรอยและกระตุ้นการสร้างคอลลาเจนและอีลาสติน เนื่องจากมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและคุณสมบัติให้ความชุ่มชื่น สารลดแรงตึงผิวชนิดไลโพเปปไทด์แสดงให้เห็นแล้วว่ามีฤทธิ์ทางชีวภาพในการรักษาโรคหลายด้าน ทำให้มีทางเลือกเพิ่มขึ้นในการรักษาสำหรับทางการแพทย์และเวชสำอาง

            ทั้งนี้ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีเอนไซม์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ได้คัดแยกเชื้อกลุ่ม Bacillus ที่มีความปลอดภัยและสามารถผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้สูง  ดังนั้นคณะผู้วิจัยสนใจคัดเลือกแบคทีเรียจากคลังจุลินทรีย์จากห้องปฏิบัติการฯ มาพัฒนากรรมวิธีการผลิตสารลดแรงตึงชีวภาพชนิดไลโพเปปไทด์โดยใช้วัตถุดิบเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมการเกษตร อย่างเช่น กากมันสำปะหลัง เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนในการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เพื่อเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร และยังสามารถต่อยอดในเชิงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ต่อไปได้