Bulan Oktober tahun 2004 lalu, sebuah majalah riset dan pengembangan Amerika Serikat (R and D Magazine) memilih 100 buah topik riset dan pengembangan yang telah mencapai outstanding technological achievement
tahun 2004 di Amerika Serikat. Salah satu di antaranya yang
menggembirakan masyarakat enzim (dan mikrobiologi) adalah isolasi dan
produksi enzim katalase ultrastabil.
Tim peneliti yang mendapat pengakuan tersebut adalah tim dari Laboratorium engineering
dan lingkungan, yang bernaung di bawah Departemen Energi, Idaho,
Amerika Serikat. Tim ini telah mempublikasikan hasil penelitian mereka
di jurnal Internasional Biotechnology Progress tahun 2003 (Thompson, et al., 2003).
Sebenarnya, tak ada yang “istimewa” dengan penelitian mereka. Isolasi atau purifikasi dan produksi suatu enzim dalam skala laboratorium telah dilakukan oleh beribu-ribu peneliti di dunia. Penelitian mereka menjadi signifikan, karena hasil penelitian mereka dapat menurunkan biaya proses bleaching dalam industri sekaligus menjadikan proses ini lebih ramah lingkungan.
Sejak tahun 1980-an, industri tekstil, kertas, dan industri lainnya telah mencoba menggantikan penggunaan klorin sebagai disinfektan ataupun pemutih dengan hidrogen peroksida (H2O2). Klorin yang telah digunakan oleh masyarakat industri selama seabad lebih ternyata terbukti sangat berbahaya, karena menghasilkan zat racun Dioksin yang bersifat menyebabkan kanker (karsinogenik) dan mengacaukan sistem hormon manusia.
Hidrogen peroksida selain digunakan sebagai agen bleaching atau pemutih di industri kertas atau tekstil, juga digunakan untuk melindungi buah dan sayuran segar dari bakteri patogen seperti Salmonella atau E.coli, pasteurisasi produk susu, ataupun digunakan dalam sterilisasi karton pembungkus jus atau susu segar sehingga tak perlu pendinginan.
Sebenarnya, hidrogen peroksidase juga bukan merupakan senyawa yang aman bagi manusia. Keberadaan hidrogen peroksida yang merupakan oksidan dapat menyebabkan kondisi dalam sel yang reduktif menjadi oksidatif. Karena itu, dapat dikatakan penggantian klorin ke hidrogen peroksida hanya mengurangi masalah dan bukan menyelesaikan masalah lingkungan.
Katalase adalah enzim yang dapat menguraikan hidrogen peroksida yang tidak baik bagi tubuh makhluk hidup menjadi air dan oksigen yang sama sekali tidak berbahaya. Selain itu, enzim ini di dalam tubuh manusia juga menguraikan zat-zat oksidatif lainnya seperti fenol, asam format, maupun alkohol yang juga berbahaya bagi tubuh manusia. Katalase terdapat hampir di semua makhluk hidup. Bagi sel, enzim ini adalah bodyguard yang melindungi bagian dalam sel dari kondisi oksidatif yang bagi kebanyakan orgnisme ekuivalen dengan kerusakan.
Karena itu, industri menggunakan enzim ini untuk menghilangkan hidrogen peroksida yang tersisa dalam limbah bleaching industri. Tetapi katalase konvensional yang dijual sekarang ini mempunyai banyak keterbatasan. Katalase dari mamalia seperti manusia, ataupun sapi, ataupun mikroba moderat (jamur) misalnya, hanya dapat berfungsi di antara suhu 37-40 derajat celcius, sebab organisme sumber katalase berasal hanya dapat bertahan hidup pada rentang suhu tersebut. Karena itulah, enzim dari organisme-organisme moderat ini tidak cukup ideal untuk proses pengolahan limbah industri yang biasanya berpH tinggi dan bertemperatur tinggi. Enzim konvensional secara alamiah rusak dengan kondisi ekstrem seperti ini.
Proses bleaching dalam industri selama ini telah mengeluarkan biaya ekonomi yang tidak sedikit untuk meringankan beban lingkungan. Penggantian bleaching yang menggunakan klorin ke bleaching dengan hidrogen peroksida memang telah memberikan alternatif yang lebih hijau dan lebih ramah lingkungan. Jika toksik yang dihasilkan oleh produk reaksi pemutihan dengan klorin sudah harga mati yang tidak ada alternatif pengolahan limbahnya, maka penggunaan hidrogen peroksida menawarkan alternatif pengolahan sampah hidrogen peroksida yang tersisa dengan enzim katalase komersial yang ada.
Namun begitu, bukan berarti persoalan biaya pengelolaan air limbah selesai. Penggunaan katalase komersial yang ada, tetap saja memerlukan ekstra biaya yang cukup besar. Sifat enzim katalase konvensional yang rentan terhadap suhu dan pH ekstrim, membuat industri hanya mempunyai dua pilihan. Pertama, menambahkan enzim katalase secara kontinyu ke dalam bak pengelolaan air buangan untuk menggantikan katalase yang rusak selama proses penguraian limbah hidrogen peroksida. Atau, menurunkan suhu dan pH air limbah ke kondisi yang dapat ditolerir oleh enzim katalase konvensional. Kesemuanya memerlukan biaya tinggi, energi besar, dan waktu yang lama untuk pengolahan limbah hingga menjadi air murni dan oksigen.
Akan tetapi penggunaan extremozim katalase yang diproduksi oleh tim dari Laboratorium Departemen Energi USA ini akan mendegradasi hidrogen peroksida secara aman sekaligus ekonomis. Limbah air tak memerlukan perlakuan lanjutan. Enzim katalase ekstremofilik ini sangat stabil pada suhu dan pH tinggi, kondisi yang sama dengan buangan reaksi bleaching hidrogen peroksida.
Katalase ekstremofilik ini mempunyai half life time atau waktu paruh 330 jam pada suhu 80 derajat celcius, sedangkan katalase komersial konvensional hanya 15 detik pada suhu yang sama. Atau terjadi peningkatan hampir 80.000 kali dengan penggunaan enzim katalase ultrastabil ini pada suhu yang sama. Ekstremozim ini juga mempunyai waktu paruh 15 hari di pH 10 suhu 70 derajat celcius, sementara enzim katalase dari sumber lainnya hanya empat jam di pH sama dan suhu lebih rendah (60 derajat celcius). Waktu paruh adalah waktu inkubasi enzim pada suatu suhu atau pH tertentu sampai enzim berkurang keefektifannya sehingga aktivitas enzim tinggal separuh dari semula. Waktu paruh memang biasa digunakan oleh ilmuwan untuk membandingkan stabilitas enzim.
Tidak sengaja
Para peneliti dari lembaga riset Departemen Energi AS itu mengisolasi enzim katalase ultrastabil dari mikroba penyuka lingkungan ekstrem (extremophile) Thermus brockianus yang hidup pada suhu 70 derajat celcius. Ekstremophiles ini sendiri diisolasi dari Taman Nasional Yellow Stone yang selama ini terkenal sebagai habitat ekstremofil. Sebenarnya, mereka tidak secara khusus memfokuskan penelitian mereka untuk mengisolasi enzim yang aplikatif untuk industri dalam hal ini pengolahan limbah bleaching. Mereka memang secara intens melakukan riset ekstremophiles, sebagai usaha awal mencari energi alternatif pengganti energi fosil yang sekarang bakal habis digunakan. Tetapi ketika menganalisa sang bakteri, para peneliti langsung terilhami akan aplikasi enzim yang dapat menguraikan hidrogen peroksida ini pada suhu dan pH tinggi di industri, yaitu proses bleaching.
Para peneliti sendiri saat ini masih belum mengetahui kenapa enzim ini tahan panas sekaligus tahan kondisi alkali. Sifat tahan panas bisa ditelusuri dari kesukaan Thermus brockianus hidup di lingkungan panas. Akan tetapi, mikroba ini suka habitat yang berpH moderat. Karena itu ketahanan enzim ini pH tinggi masih merupakan teka-teki. Apapun, enzim ini memang nyata bisa diaplikasikan untuk industri. Studi tentang mekanisme tahan panas dan tahan pH tinggi bisa dilakukan seiring dengan kajian aplikasinya.
Para peneliti yang menerima penghargaan ini sekarang sedang memikirkan aplikasi selanjutnya untuk feasibilitas penggunaannya industri. Setelah memproduksi ekstremozim ini secara skala besar di laboratorium, mereka berencana untuk menggunakan teknologi immobilisasi enzim yang ada.
Katalase ultrastabil ini akan diimmobilisasi secara kimiawi pada butir plastik kecil seukuran butir pasir. Lalu, butir-butir plastik yang telah berikatan dengan katalase ekstremofilik ini dimasukkan ke dalam kolom tabung yang digunakan sebagai filter untuk menyaring air buangan proses bleaching dan menguraikan hidrogen peroksida. Dengan immobilisasi seperti ini ekstremozim yang sudah stabil menjadi lebih stabil, dan reusable. Sehingga penyaringan berulang-ulang untuk volume limbah lainnya dapat dilakukan, dan biaya pengelolaan limbah dapat ditekan berlipat-lipat.
Saat ini para peneliti sedang membicarakan MOU dengan beberapa industri produsen enzim dunia untuk komersialisasi ekstremozim ini.
Penghargaan terhadap penelitian dari Laboratorium Departemen Energi Amerika Serikat ini adalah pengakuan akan pentingnya riset dasar, karena dapat memberi dampak penting dan signifikan bagi kemajuan industri.
http://www.kamusilmiah.com/biologi/katalase-ultrastabil-untuk-penguraian-limbah-bleaching/
Sebenarnya, tak ada yang “istimewa” dengan penelitian mereka. Isolasi atau purifikasi dan produksi suatu enzim dalam skala laboratorium telah dilakukan oleh beribu-ribu peneliti di dunia. Penelitian mereka menjadi signifikan, karena hasil penelitian mereka dapat menurunkan biaya proses bleaching dalam industri sekaligus menjadikan proses ini lebih ramah lingkungan.
Sejak tahun 1980-an, industri tekstil, kertas, dan industri lainnya telah mencoba menggantikan penggunaan klorin sebagai disinfektan ataupun pemutih dengan hidrogen peroksida (H2O2). Klorin yang telah digunakan oleh masyarakat industri selama seabad lebih ternyata terbukti sangat berbahaya, karena menghasilkan zat racun Dioksin yang bersifat menyebabkan kanker (karsinogenik) dan mengacaukan sistem hormon manusia.
Hidrogen peroksida selain digunakan sebagai agen bleaching atau pemutih di industri kertas atau tekstil, juga digunakan untuk melindungi buah dan sayuran segar dari bakteri patogen seperti Salmonella atau E.coli, pasteurisasi produk susu, ataupun digunakan dalam sterilisasi karton pembungkus jus atau susu segar sehingga tak perlu pendinginan.
Sebenarnya, hidrogen peroksidase juga bukan merupakan senyawa yang aman bagi manusia. Keberadaan hidrogen peroksida yang merupakan oksidan dapat menyebabkan kondisi dalam sel yang reduktif menjadi oksidatif. Karena itu, dapat dikatakan penggantian klorin ke hidrogen peroksida hanya mengurangi masalah dan bukan menyelesaikan masalah lingkungan.
Katalase adalah enzim yang dapat menguraikan hidrogen peroksida yang tidak baik bagi tubuh makhluk hidup menjadi air dan oksigen yang sama sekali tidak berbahaya. Selain itu, enzim ini di dalam tubuh manusia juga menguraikan zat-zat oksidatif lainnya seperti fenol, asam format, maupun alkohol yang juga berbahaya bagi tubuh manusia. Katalase terdapat hampir di semua makhluk hidup. Bagi sel, enzim ini adalah bodyguard yang melindungi bagian dalam sel dari kondisi oksidatif yang bagi kebanyakan orgnisme ekuivalen dengan kerusakan.
Karena itu, industri menggunakan enzim ini untuk menghilangkan hidrogen peroksida yang tersisa dalam limbah bleaching industri. Tetapi katalase konvensional yang dijual sekarang ini mempunyai banyak keterbatasan. Katalase dari mamalia seperti manusia, ataupun sapi, ataupun mikroba moderat (jamur) misalnya, hanya dapat berfungsi di antara suhu 37-40 derajat celcius, sebab organisme sumber katalase berasal hanya dapat bertahan hidup pada rentang suhu tersebut. Karena itulah, enzim dari organisme-organisme moderat ini tidak cukup ideal untuk proses pengolahan limbah industri yang biasanya berpH tinggi dan bertemperatur tinggi. Enzim konvensional secara alamiah rusak dengan kondisi ekstrem seperti ini.
Proses bleaching dalam industri selama ini telah mengeluarkan biaya ekonomi yang tidak sedikit untuk meringankan beban lingkungan. Penggantian bleaching yang menggunakan klorin ke bleaching dengan hidrogen peroksida memang telah memberikan alternatif yang lebih hijau dan lebih ramah lingkungan. Jika toksik yang dihasilkan oleh produk reaksi pemutihan dengan klorin sudah harga mati yang tidak ada alternatif pengolahan limbahnya, maka penggunaan hidrogen peroksida menawarkan alternatif pengolahan sampah hidrogen peroksida yang tersisa dengan enzim katalase komersial yang ada.
Namun begitu, bukan berarti persoalan biaya pengelolaan air limbah selesai. Penggunaan katalase komersial yang ada, tetap saja memerlukan ekstra biaya yang cukup besar. Sifat enzim katalase konvensional yang rentan terhadap suhu dan pH ekstrim, membuat industri hanya mempunyai dua pilihan. Pertama, menambahkan enzim katalase secara kontinyu ke dalam bak pengelolaan air buangan untuk menggantikan katalase yang rusak selama proses penguraian limbah hidrogen peroksida. Atau, menurunkan suhu dan pH air limbah ke kondisi yang dapat ditolerir oleh enzim katalase konvensional. Kesemuanya memerlukan biaya tinggi, energi besar, dan waktu yang lama untuk pengolahan limbah hingga menjadi air murni dan oksigen.
Akan tetapi penggunaan extremozim katalase yang diproduksi oleh tim dari Laboratorium Departemen Energi USA ini akan mendegradasi hidrogen peroksida secara aman sekaligus ekonomis. Limbah air tak memerlukan perlakuan lanjutan. Enzim katalase ekstremofilik ini sangat stabil pada suhu dan pH tinggi, kondisi yang sama dengan buangan reaksi bleaching hidrogen peroksida.
Katalase ekstremofilik ini mempunyai half life time atau waktu paruh 330 jam pada suhu 80 derajat celcius, sedangkan katalase komersial konvensional hanya 15 detik pada suhu yang sama. Atau terjadi peningkatan hampir 80.000 kali dengan penggunaan enzim katalase ultrastabil ini pada suhu yang sama. Ekstremozim ini juga mempunyai waktu paruh 15 hari di pH 10 suhu 70 derajat celcius, sementara enzim katalase dari sumber lainnya hanya empat jam di pH sama dan suhu lebih rendah (60 derajat celcius). Waktu paruh adalah waktu inkubasi enzim pada suatu suhu atau pH tertentu sampai enzim berkurang keefektifannya sehingga aktivitas enzim tinggal separuh dari semula. Waktu paruh memang biasa digunakan oleh ilmuwan untuk membandingkan stabilitas enzim.
Tidak sengaja
Para peneliti dari lembaga riset Departemen Energi AS itu mengisolasi enzim katalase ultrastabil dari mikroba penyuka lingkungan ekstrem (extremophile) Thermus brockianus yang hidup pada suhu 70 derajat celcius. Ekstremophiles ini sendiri diisolasi dari Taman Nasional Yellow Stone yang selama ini terkenal sebagai habitat ekstremofil. Sebenarnya, mereka tidak secara khusus memfokuskan penelitian mereka untuk mengisolasi enzim yang aplikatif untuk industri dalam hal ini pengolahan limbah bleaching. Mereka memang secara intens melakukan riset ekstremophiles, sebagai usaha awal mencari energi alternatif pengganti energi fosil yang sekarang bakal habis digunakan. Tetapi ketika menganalisa sang bakteri, para peneliti langsung terilhami akan aplikasi enzim yang dapat menguraikan hidrogen peroksida ini pada suhu dan pH tinggi di industri, yaitu proses bleaching.
Para peneliti sendiri saat ini masih belum mengetahui kenapa enzim ini tahan panas sekaligus tahan kondisi alkali. Sifat tahan panas bisa ditelusuri dari kesukaan Thermus brockianus hidup di lingkungan panas. Akan tetapi, mikroba ini suka habitat yang berpH moderat. Karena itu ketahanan enzim ini pH tinggi masih merupakan teka-teki. Apapun, enzim ini memang nyata bisa diaplikasikan untuk industri. Studi tentang mekanisme tahan panas dan tahan pH tinggi bisa dilakukan seiring dengan kajian aplikasinya.
Para peneliti yang menerima penghargaan ini sekarang sedang memikirkan aplikasi selanjutnya untuk feasibilitas penggunaannya industri. Setelah memproduksi ekstremozim ini secara skala besar di laboratorium, mereka berencana untuk menggunakan teknologi immobilisasi enzim yang ada.
Katalase ultrastabil ini akan diimmobilisasi secara kimiawi pada butir plastik kecil seukuran butir pasir. Lalu, butir-butir plastik yang telah berikatan dengan katalase ekstremofilik ini dimasukkan ke dalam kolom tabung yang digunakan sebagai filter untuk menyaring air buangan proses bleaching dan menguraikan hidrogen peroksida. Dengan immobilisasi seperti ini ekstremozim yang sudah stabil menjadi lebih stabil, dan reusable. Sehingga penyaringan berulang-ulang untuk volume limbah lainnya dapat dilakukan, dan biaya pengelolaan limbah dapat ditekan berlipat-lipat.
Saat ini para peneliti sedang membicarakan MOU dengan beberapa industri produsen enzim dunia untuk komersialisasi ekstremozim ini.
Penghargaan terhadap penelitian dari Laboratorium Departemen Energi Amerika Serikat ini adalah pengakuan akan pentingnya riset dasar, karena dapat memberi dampak penting dan signifikan bagi kemajuan industri.
http://www.kamusilmiah.com/biologi/katalase-ultrastabil-untuk-penguraian-limbah-bleaching/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar