Penghilangan Fenol dari Air Limbah Menggunakan Enzim Tirosinase pada Karbon Aktif dan Kitosan
Pendahuluan
Fenol dan turunannya banyak digunakan dalam berbagai industri sebagai bahan baku plastik, resin, pestisida, dan pelarut organik. Namun, pembuangan air limbah yang mengandung fenol tanpa pengolahan yang memadai dapat menyebabkan pencemaran serius karena fenol bersifat toksik, mutagenik, dan sulit terurai secara alami.
Metode penghilangan fenol konvensional seperti adsorpsi, oksidasi kimia, dan fotokatalisis memang efektif, namun seringkali mahal dan menghasilkan produk samping berbahaya. Oleh karena itu, pendekatan biokatalitik menggunakan enzim menjadi alternatif yang menarik karena ramah lingkungan dan selektif terhadap substrat.
Peran Enzim Tirosinase
Tirosinase (EC 1.14.18.1) adalah enzim oksidoreduktase yang mengkatalisis oksidasi fenol menjadi quinon, yang kemudian dapat mengalami polimerisasi menjadi senyawa tidak larut dan mudah diendapkan.
Reaksi utama yang dikatalisis oleh enzim tirosinase adalah:
Fenol+O2→Tirosinaseo-Kuinon+H2O\text{Fenol} + O_2 \xrightarrow{\text{Tirosinase}} \text{o-Kuinon} + H_2O
Fenol+O2Tirosinase
o-Kuinon+H2O
Enzim ini banyak ditemukan pada jamur, bakteri, dan tanaman, serta memiliki kemampuan untuk mengubah berbagai senyawa aromatik menjadi bentuk yang kurang toksik.
Namun, salah satu kelemahan penggunaan enzim bebas adalah kestabilan yang rendah terhadap suhu, pH, dan zat penghambat dalam air limbah. Untuk mengatasi hal tersebut, enzim perlu diimobilisasi pada bahan pendukung seperti karbon aktif atau kitosan.
Imobilisasi Enzim pada Karbon Aktif dan Kitosan
Imobilisasi enzim adalah proses menempatkan enzim pada atau dalam suatu bahan pendukung agar dapat digunakan berulang kali tanpa kehilangan aktivitas katalitiknya.
1. Karbon Aktif
Karbon aktif memiliki luas permukaan yang sangat besar dan struktur pori yang baik, sehingga mampu menyerap fenol sekaligus meningkatkan kontak antara substrat dan enzim. Selain itu, karbon aktif juga membantu mengadsorpsi hasil oksidasi fenol (quinon), mencegah penghambatan aktivitas enzim.
2. Kitosan
Kitosan merupakan biopolimer alami hasil deasetilasi kitin dari cangkang udang dan kepiting. Bahan ini biodegradabel, biokompatibel, dan memiliki gugus amina (-NH₂) yang dapat berinteraksi dengan enzim melalui ikatan ionik atau kovalen. Kombinasi enzim tirosinase dengan kitosan menghasilkan sistem imobilisasi yang stabil, mudah dipisahkan, dan efisien.
3. Kombinasi Karbon Aktif–Kitosan
Penggabungan karbon aktif dan kitosan menciptakan komposit hibrida yang mengombinasikan kemampuan adsorpsi karbon aktif dengan sifat biopolimer kitosan yang mendukung kestabilan enzim. Sistem ini memungkinkan terjadinya biodegradasi dan adsorpsi secara simultan, meningkatkan efisiensi penghilangan fenol dari air limbah.
Hasil dan Pembahasan
Beberapa studi menunjukkan bahwa sistem enzim tirosinase terimobilisasi pada karbon aktif–kitosan mampu menurunkan kadar fenol secara signifikan. Misalnya, penelitian menunjukkan:
- Efisiensi penghilangan fenol mencapai 90–95% dari konsentrasi awal 200 mg/L dalam waktu 6 jam.
- Aktivitas enzim tetap stabil hingga lima kali penggunaan ulang.
- Kondisi optimum dicapai pada pH 7, suhu 30°C, dan waktu reaksi 4–6 jam.
Keberhasilan sistem ini disebabkan oleh mekanisme ganda:
- Adsorpsi awal fenol oleh karbon aktif, yang menurunkan toksisitas lingkungan sekitar enzim.
- Oksidasi enzimatik oleh tirosinase, menghasilkan produk polimer quinon yang kemudian mengendap.
Selain efisien, sistem ini juga ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah kimia tambahan dan dapat digunakan kembali setelah regenerasi sederhana.
Kesimpulan
Penggunaan enzim tirosinase yang diimobilisasi pada karbon aktif dan kitosan terbukti efektif dalam menghilangkan fenol dari air limbah industri. Kombinasi ini memanfaatkan keunggulan biokatalitik enzim dan sifat fisik-adsorptif bahan pendukung, menghasilkan sistem pengolahan yang stabil, efisien, dan berkelanjutan.
Dengan pengembangan lebih lanjut, teknologi ini berpotensi diterapkan pada skala industri sebagai alternatif ramah lingkungan terhadap metode kimia konvensional dalam pengolahan air limbah fenolik.
