1. องค์ความรู้หลัก
เมล็ดมะรุม (Moringa oleifera Lam.) มีสารออกฤทธิ์ที่สามารถทำหน้าที่เป็นสารช่วยตกตะกอนจากธรรมชาติ โดยเฉพาะโปรตีนและพอลิเพปไทด์ที่มีประจุบวก ซึ่งมีศักยภาพในการจับและรวมอนุภาคแขวนลอย รวมถึงอนุภาคไมโครพลาสติกที่มีประจุลบบริเวณพื้นผิว
สารสกัดจากเมล็ดมะรุมจึงสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำ โดยช่วยให้อณูขนาดเล็กที่กระจายตัวอยู่ในน้ำรวมตัวเป็นกลุ่มขนาดใหญ่ขึ้น ก่อนถูกแยกออกด้วยการตกตะกอนหรือการกรอง
2. ปัญหาที่องค์ความรู้นี้มุ่งแก้ไข
ไมโครพลาสติกเป็นอนุภาคพลาสติกขนาดไม่เกิน 5 มิลลิเมตร ซึ่งเกิดจากการผลิตพลาสติกขนาดเล็กโดยตรง หรือเกิดจากการแตกตัวของขยะพลาสติกในสิ่งแวดล้อม
ความยากในการกำจัดไมโครพลาสติกเกิดจากปัจจัยสำคัญ ได้แก่
- อนุภาคมีขนาดเล็กและบางส่วนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
- มีรูปร่าง ความหนาแน่น และสมบัติพื้นผิวแตกต่างกัน
- สามารถกระจายตัวอยู่ในน้ำได้เป็นเวลานาน
+ กระบวนการกรองทั่วไปอาจไม่สามารถแยกอนุภาคขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ไมโครพลาสติกชนิดพอลิไวนิลคลอไรด์ หรือ PVC เป็นหนึ่งในมลพิษที่ได้รับความสนใจ เนื่องจาก PVC ถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์หลายประเภท เช่น ท่อ วัสดุก่อสร้าง สายไฟ และบรรจุภัณฑ์ เมื่อผลิตภัณฑ์เสื่อมสภาพ อนุภาคพลาสติกอาจแพร่กระจายเข้าสู่ดินและแหล่งน้ำ
3. หลักการทำงานของสารสกัดเมล็ดมะรุม
กลไกการกำจัดไมโครพลาสติกของสารสกัดเมล็ดมะรุมประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญ ดังนี้
1. อนุภาคไมโครพลาสติกและสารแขวนลอยในน้ำมีประจุลบบริเวณพื้นผิว
2. โปรตีนและสารออกฤทธิ์จากเมล็ดมะรุมมีประจุบวก
3. ประจุบวกจากสารสกัดเข้าจับกับพื้นผิวของอนุภาคที่มีประจุลบ
4. แรงผลักระหว่างอนุภาคลดลง และประจุบนพื้นผิวมีความเป็นกลางมากขึ้น
5. อนุภาคขนาดเล็กเริ่มเกาะรวมกันเป็นกลุ่มหรือฟล็อก
6. กลุ่มอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ขึ้นถูกแยกออกด้วยการตกตะกอนหรือการกรอง
กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า การสร้างตะกอนและการรวมตะกอน ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับการใช้สารช่วยตกตะกอนในระบบบำบัดน้ำทั่วไป
4. ผลการวิจัยสำคัญ
งานวิจัยของ Batista และคณะ ศึกษาการใช้สารสกัดด้วยน้ำเกลือจากเมล็ดมะรุมเพื่อกำจัดไมโครพลาสติก PVC จากน้ำดื่มสังเคราะห์ที่มีความขุ่นต่ำ
ภายใต้สภาวะเหมาะสมที่ pH 6 พบว่า สารสกัดเมล็ดมะรุมความเข้มข้น 30 มิลลิกรัมต่อลิตร กำจัดไมโครพลาสติก PVC ได้ร้อยละ 98.5 อะลูมิเนียมซัลเฟตความเข้มข้น 9 มิลลิกรัมต่อลิตร กำจัดไมโครพลาสติกได้ร้อยละ 98.7 สารทั้งสองชนิดลดความขุ่นของน้ำได้มากกว่าร้อยละ 98 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า สารสกัดจากเมล็ดมะรุมมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับอะลูมิเนียมซัลเฟตภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุม
อย่างไรก็ตาม ตัวเลขประสิทธิภาพร้อยละ 98.5 เป็นผลที่ได้จากการทดลองกับน้ำสังเคราะห์ ไมโครพลาสติก PVC และเงื่อนไขที่กำหนด ไม่ควรนำไปสรุปว่าเมล็ดมะรุมสามารถกำจัดไมโครพลาสติกทุกชนิดออกจากน้ำทุกประเภทได้ในระดับเดียวกัน
5. จุดเด่นของสารสกัดเมล็ดมะรุม
5.1 เป็นสารช่วยตกตะกอนจากธรรมชาติ
สารออกฤทธิ์จากเมล็ดมะรุมได้จากทรัพยากรชีวภาพและสามารถย่อยสลายได้ จึงมีศักยภาพในการลดการพึ่งพาสารช่วยตกตะกอนอนินทรีย์
5.2 มีประสิทธิภาพในช่วง pH ค่อนข้างกว้าง
สารสกัดเมล็ดมะรุมสามารถทำงานได้ในช่วง pH 5–8 ขณะที่อะลูมิเนียมซัลเฟตให้ผลเหมาะสมในช่วง pH 5–7 คุณสมบัตินี้อาจเป็นประโยชน์ต่อการบำบัดน้ำที่มีค่าความเป็นกรด–ด่างเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลหรือแหล่งกำเนิด
5.3 มีศักยภาพต่ออนุภาคหลายประเภท
งานวิจัยที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่า สารจากเมล็ดมะรุมสามารถช่วยลดความขุ่น ของแข็งแขวนลอย แบคทีเรียบางส่วน ไมโครพลาสติกบางประเภท จึงมีศักยภาพในการพัฒนาเป็นวัสดุบำบัดน้ำแบบหลายหน้าที่
5.4 เชื่อมโยงกับเศรษฐกิจชีวภาพ
การพัฒนาสารช่วยตกตะกอนจากเมล็ดมะรุมอาจสร้างห่วงโซ่มูลค่าใหม่ ตั้งแต่การปลูกมะรุม การคัดเลือกเมล็ด การสกัดสารออกฤทธิ์ การแปรรูป และการผลิตวัสดุบำบัดน้ำ
6. เงื่อนไขสำคัญในการนำไปใช้
6.1 ต้องใช้สารสกัด ไม่ใช่เมล็ดทั้งเมล็ด
งานวิจัยไม่ได้ใช้วิธีนำเมล็ดมะรุมใส่ลงในน้ำโดยตรง แต่ใช้สารสกัดที่ผ่านกระบวนการเตรียมอย่างเหมาะสม
วิธีการสกัดมีผลต่อ ปริมาณโปรตีนออกฤทธิ์ ประจุของสารสกัด ประสิทธิภาพการตกตะกอน ปริมาณสารอินทรีย์ที่ตกค้างในน้ำ
6.2 ต้องกำหนดปริมาณที่เหมาะสม
การใช้สารสกัดในปริมาณน้อยเกินไปอาจไม่สามารถรวมตะกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะที่การใช้มากเกินไปอาจเพิ่มปริมาณสารอินทรีย์ตกค้างในน้ำ
6.3 ต้องใช้ร่วมกับการกรองและการฆ่าเชื้อ
สารสกัดเมล็ดมะรุมมีหน้าที่หลักในการช่วยรวมและแยกอนุภาค ไม่ได้ทำให้น้ำปลอดภัยสำหรับการบริโภคโดยสมบูรณ์ น้ำหลังการบำบัดยังควรผ่านกระบวนการเพิ่มเติม เช่น การตกตะกอน การกรอง การฆ่าเชื้อ การตรวจสอบคุณภาพน้ำ และการควบคุมจุลินทรีย์และสารอินทรีย์ตกค้าง
7. ข้อจำกัดและความเสี่ยง
7.1 สารอินทรีย์ตกค้าง
สารสกัดจากเมล็ดมะรุมอาจเพิ่มปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ละลายน้ำ หากมีสารอินทรีย์ตกค้างมาก อาจกลายเป็นแหล่งอาหารของจุลินทรีย์และทำให้เกิดการเจริญกลับของเชื้อในน้ำ
7.2 ไม่ได้กำจัดไมโครพลาสติกโดยการทำลาย
กระบวนการตกตะกอนเป็นการย้ายไมโครพลาสติกออกจากน้ำไปสะสมในกากตะกอน ไมโครพลาสติกไม่ได้ถูกย่อยสลายหรือทำลาย
ดังนั้น ต้องมีระบบจัดการกากตะกอนอย่างเหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้ไมโครพลาสติกกลับเข้าสู่สิ่งแวดล้อม
7.3 คุณภาพวัตถุดิบอาจไม่สม่ำเสมอ
ประสิทธิภาพของสารสกัดอาจเปลี่ยนแปลงตาม
- พันธุ์มะรุม
- อายุและคุณภาพของเมล็ด
- สภาพพื้นที่ปลูก
- ฤดูกาล
- วิธีเก็บรักษา
- วิธีบดและสกัด
จึงจำเป็นต้องกำหนดมาตรฐานวัตถุดิบและกระบวนการผลิต
7.4 ยังขาดการทดสอบในน้ำจริงอย่างกว้างขวาง
น้ำธรรมชาติและน้ำเสียมีองค์ประกอบซับซ้อนกว่าน้ำสังเคราะห์ เช่น แร่ธาตุ สารอินทรีย์ สาหร่าย โลหะ จุลินทรีย์ และมลพิษอื่น ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของสารสกัด
7.5 ยังไม่สามารถสรุปว่ามีต้นทุนต่ำกว่าเสมอไป
แม้มะรุมเป็นพืชที่ปลูกได้ในประเทศเขตร้อน แต่ต้นทุนที่แท้จริงต้องรวมถึง
- การเพาะปลูก
- การเก็บเกี่ยว
- การคัดและบดเมล็ด
- การสกัด
- การกรอง
- การเก็บรักษา
- การควบคุมคุณภาพ
- การขนส่ง
- การจัดการกากตะกอน
จึงควรกล่าวว่าเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพด้านต้นทุน มากกว่าสรุปว่าเป็นวิธีราคาถูกที่สุด
8. การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้
องค์ความรู้นี้สามารถนำไปพัฒนาต่อยอดในหลายรูปแบบ ได้แก่
- สารช่วยตกตะกอนชีวภาพสำหรับระบบบำบัดน้ำ
- วัสดุกรองน้ำที่เคลือบโปรตีนจากเมล็ดมะรุม
- ระบบบำบัดน้ำระดับชุมชน
- กระบวนการลดไมโครพลาสติกในน้ำดิบ
- ระบบบำบัดน้ำเสียจากกิจกรรมการเกษตรและอุตสาหกรรม
- ผลิตภัณฑ์ชีวภาพในระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน
- การสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่เมล็ดมะรุมและผลผลิตทางการเกษตร
9. ประเด็นวิจัยที่ควรศึกษาเพิ่มเติม
การนำสารสกัดเมล็ดมะรุมไปใช้งานจริงควรมีการศึกษาต่อในประเด็นต่อไปนี้
- ประสิทธิภาพต่อไมโครพลาสติกชนิดอื่น เช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิสไตรีน และพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต
- ผลของขนาด รูปร่าง และสภาพพื้นผิวของไมโครพลาสติก
- ประสิทธิภาพในน้ำธรรมชาติและน้ำเสียจริง
- ความปลอดภัยของน้ำหลังการบำบัด
- ปริมาณสารอินทรีย์และจุลินทรีย์ตกค้าง
- วิธีทำให้โปรตีนออกฤทธิ์บริสุทธิ์
- การจัดการกากตะกอนที่มีไมโครพลาสติก
- ต้นทุนการผลิตในระดับชุมชนและอุตสาหกรรม
- ผลกระทบตลอดวัฏจักรชีวิต
- การกำหนดมาตรฐานวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์
10. บทเรียนจากองค์ความรู้
บทเรียนที่ 1
ภูมิปัญญาดั้งเดิมสามารถพัฒนาเป็นนวัตกรรมสมัยใหม่ได้ เมื่อมีการศึกษากลไกทางวิทยาศาสตร์และควบคุมกระบวนการอย่างเป็นระบบ
บทเรียนที่ 2
วัสดุธรรมชาติไม่ได้หมายความว่าปลอดภัยหรือพร้อมใช้ทันที ต้องผ่านการประเมินด้านคุณภาพ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยเช่นเดียวกับสารเคมีอุตสาหกรรม
บทเรียนที่ 3
ประสิทธิภาพสูงในห้องปฏิบัติการยังไม่เพียงพอต่อการยืนยันความสำเร็จในการใช้งานจริง จำเป็นต้องทดสอบในระดับนำร่องและภาคสนาม
บทเรียนที่ 4
การตกตะกอนช่วยแยกไมโครพลาสติกออกจากน้ำ แต่ไม่ได้กำจัดมลพิษออกจากระบบทั้งหมด จึงต้องให้ความสำคัญกับการจัดการตะกอนหลังการบำบัด
บทเรียนที่ 5
การพัฒนาสารสกัดเมล็ดมะรุมควรบูรณาการความรู้ด้านเกษตร เคมี วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม จุลชีววิทยา เศรษฐศาสตร์ และการจัดการทรัพยากร
11. สรุปองค์ความรู้
สารสกัดจากเมล็ดมะรุมมีศักยภาพเป็นสารช่วยตกตะกอนจากธรรมชาติสำหรับกำจัดไมโครพลาสติก PVC ในน้ำ โดยอาศัยสารออกฤทธิ์ที่มีประจุบวกในการลดแรงผลักและทำให้อนุภาคพลาสติกรวมตัวกัน
ภายใต้สภาวะทดลองที่เหมาะสม สารสกัดเมล็ดมะรุมสามารถกำจัดไมโครพลาสติก PVC ได้ร้อยละ 98.5 ซึ่งใกล้เคียงกับอะลูมิเนียมซัลเฟตที่กำจัดได้ร้อยละ 98.7
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีดังกล่าวยังอยู่ในขั้นการวิจัยและพัฒนา จำเป็นต้องศึกษาความปลอดภัย สารอินทรีย์ตกค้าง ประสิทธิภาพในน้ำจริง ต้นทุน การควบคุมคุณภาพ และการจัดการกากตะกอนก่อนนำไปประยุกต์ใช้ในระบบผลิตน้ำดื่มหรือระบบบำบัดน้ำในวงกว้าง
สารสกัดจากเมล็ดมะรุมจึงควรถูกมองว่าเป็นวัตถุดิบชีวภาพที่มีศักยภาพสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีบำบัดน้ำที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มากกว่าจะถูกนำเสนอเป็นวิธีสำเร็จรูปที่สามารถทดแทนสารเคมีหรือระบบบำบัดน้ำในปัจจุบันได้ทันที
เอกสารอ้างอิง
Avazpour, S., & Noshadi, M. (2024). Enhancing the coagulation process for the removal of microplastics from water by anionic polyacrylamide and natural-based Moringa oleifera. Chemosphere, 358, Article 142215. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142215
Batista, G. S., Ferreira, V. A. S., Godoy, L. G. R., Moruzzi, R. B., Sharifi, S., & Dos Reis, A. G. (2026). Removal of microplastics from drinking water by Moringa oleifera seed: Comparative performance with alum in direct and in-line filtration systems. ACS Omega, 11(4), 6602–6612. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c11569
Ferreira, R. S., Napoleão, T. H., Santos, A. F. S., Sá, R. A., Carneiro-da-Cunha, M. G., Morais, M. M. C., Silva-Lucca, R. A., Oliva, M. L. V., Coelho, L. C. B. B., & Paiva, P. M. G. (2011). Coagulant and antibacterial activities of the water-soluble seed lectin from Moringa oleifera. Letters in Applied Microbiology, 53(2), 186–192. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.2011.03089.x
Ghebremichael, K. A., Gunaratna, K. R., & Dalhammar, G. (2006). Single-step ion exchange purification of the coagulant protein from Moringa oleifera seed. Applied Microbiology and Biotechnology, 70(5), 526–532. https://doi.org/10.1007/s00253-005-0130-7
Ghebremichael, K. A., Gunaratna, K. R., Henriksson, H., Brumer, H., & Dalhammar, G. (2005). A simple purification and activity assay of the coagulant protein from Moringa oleifera seed. Water Research, 39(11), 2338–2344. https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.04.012
Jerri, H. A., Adolfsen, K. J., McCullough, L. R., Velegol, D., & Velegol, S. B. (2012). Antimicrobial sand via adsorption of cationic Moringa oleifera protein. Langmuir, 28(4), 2262–2268. https://doi.org/10.1021/la2038262
Jung, Y., Jung, Y., Kwon, M., Kye, H., Abrha, Y. W., & Kang, J.-W. (2018). Evaluation of Moringa oleifera seed extract by extraction time: Effect on coagulation efficiency and extract characteristic. Journal of Water and Health, 16(6), 904–913.
Okuda, T., Baes, A. U., Nishijima, W., & Okada, M. (2001). Isolation and characterization of coagulant extracted from Moringa oleifera seed by salt solution. Water Research, 35(2), 405–410. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00290-6
Suarez, M., Entenza, J. M., Doerries, C., Meyer, E., Bourquin, L., Sutherland, J., Marison, I., Moreillon, P., & Mermod, N. (2003). Expression of a plant-derived peptide harboring water-cleaning and antimicrobial activities. Biotechnology and Bioengineering, 81(1), 13–20. https://doi.org/10.1002/bit.10550