Penghilangan Fenol dari Air Limbah Menggunakan Enzim Tirosinase pada Karbon Aktif dan Kitosan
Pendahuluan
Fenol merupakan senyawa aromatik yang banyak digunakan dalam industri kimia sebagai bahan baku pembuatan resin, plastik, pestisida, dan obat-obatan. Meskipun bermanfaat, fenol bersifat toksik, korosif, dan sulit terurai secara alami, sehingga apabila masuk ke badan air, dapat menurunkan kadar oksigen terlarut serta mengganggu kehidupan biota perairan.
Konsentrasi fenol di atas 0,5 mg/L dalam air sudah dianggap berbahaya. Oleh karena itu, diperlukan metode pengolahan yang efektif untuk menurunkan kadar fenol dalam air limbah sebelum dibuang ke lingkungan.
Metode konvensional seperti adsorpsi dengan karbon aktif, oksidasi kimia, atau proses biologis dengan mikroorganisme telah banyak diterapkan, namun memiliki keterbatasan dalam hal biaya, waktu, dan efisiensi. Alternatif yang kini banyak dikembangkan adalah penggunaan enzim tirosinase yang diimobilisasi pada bahan pendukung seperti karbon aktif dan kitosan, yang mampu mengoksidasi fenol menjadi senyawa tidak berbahaya dengan efisiensi tinggi.
Enzim Tirosinase dan Mekanisme Reaksinya
Tirosinase merupakan enzim oksidoreduktase yang mengandung ion tembaga sebagai kofaktor. Enzim ini berperan dalam mengkatalisis oksidasi fenol menjadi o-kuinon, yang kemudian dapat mengalami reaksi polimerisasi menjadi senyawa berwarna gelap (melanin) dan mengendap dari larutan.
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
Produk o-kuinon yang terbentuk bersifat tidak larut dan mudah dipisahkan dari air limbah, sehingga menurunkan konsentrasi fenol secara efektif.
Namun, enzim bebas (free enzyme) memiliki kelemahan yaitu kestabilan rendah terhadap kondisi lingkungan (pH, suhu, dan zat penghambat). Oleh karena itu, teknik imobilisasi enzim digunakan untuk mempertahankan aktivitas enzim dalam waktu lama dan memudahkan pemisahan dari media reaksi.
Imobilisasi Enzim pada Karbon Aktif dan Kitosan
Imobilisasi adalah proses melekatkan enzim pada bahan pendukung tanpa menghambat aktivitas katalitiknya. Tujuan utama dari imobilisasi adalah meningkatkan kestabilan, aktivitas, dan kemudahan penggunaan ulang enzim.
3.1 Karbon Aktif
Karbon aktif memiliki luas permukaan yang besar, struktur pori yang baik, dan kemampuan adsorpsi tinggi terhadap senyawa organik seperti fenol. Ketika digunakan sebagai matriks imobilisasi, karbon aktif tidak hanya menahan enzim secara fisik tetapi juga membantu mengadsorpsi fenol dari air limbah, sehingga meningkatkan efisiensi penghilangan total.
3.2 Kitosan
Kitosan merupakan biopolimer alami yang diperoleh dari deasetilasi kitin (ditemukan pada cangkang udang dan kepiting). Kitosan bersifat biokompatibel, biodegradable, dan memiliki gugus amina (-NH₂) yang dapat berinteraksi dengan enzim melalui ikatan ionik atau kovalen. Hal ini membuat kitosan ideal sebagai pendukung imobilisasi karena mampu menjaga aktivitas enzim dan memperpanjang masa pakainya.
3.3 Kombinasi Karbon Aktif–Kitosan
Penggabungan karbon aktif dan kitosan menciptakan komposit hibrida yang mengombinasikan kemampuan adsorpsi karbon aktif dengan fleksibilitas serta kestabilan kimia kitosan. Struktur berpori dari komposit ini memungkinkan penetrasi substrat (fenol) yang lebih baik menuju enzim tirosinase, menghasilkan sistem biokatalitik ganda (adsorpsi dan oksidasi).
Hasil dan Pembahasan
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa penggunaan enzim tirosinase yang diimobilisasi pada karbon aktif–kitosan mampu menghilangkan fenol dengan efisiensi tinggi.
Sebagai contoh:
- Pada konsentrasi fenol 200 mg/L, efisiensi penghilangan mencapai 90–95% dalam 6 jam reaksi.
- Enzim tirosinase terimobilisasi mampu digunakan kembali hingga lima kali siklus tanpa penurunan aktivitas signifikan.
- Kondisi optimum diperoleh pada pH 7, suhu 30°C, dan waktu reaksi 4–6 jam.
Mekanisme penghilangan fenol melibatkan dua tahap utama:
- Adsorpsi awal fenol oleh karbon aktif dan kitosan yang menurunkan konsentrasi fenol bebas di larutan.
- Oksidasi enzimatik oleh tirosinase yang mengubah fenol menjadi o-kuinon, yang kemudian mengendap sebagai padatan tidak larut.
Kombinasi kedua proses ini menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan penggunaan karbon aktif atau enzim bebas secara terpisah.
Kesimpulan
Penggunaan enzim tirosinase yang diimobilisasi pada karbon aktif dan kitosan merupakan metode efektif dan ramah lingkungan untuk menghilangkan fenol dari air limbah industri. Kombinasi kedua bahan pendukung tersebut memberikan keuntungan sinergis berupa peningkatan stabilitas enzim, efisiensi oksidasi, serta kemampuan adsorpsi yang tinggi.
Dengan pengembangan lebih lanjut pada skala pilot dan optimasi kondisi operasional, teknologi ini berpotensi diterapkan secara luas sebagai alternatif hijau (green technology) dalam pengolahan air limbah yang mengandung senyawa fenolik.
