BIODEGRADASI SENYAWA ORGANIK PADA PLASTIK DAN LIMBAH OLEH MIKROORGANISME

Biodegradasi merupakan pemecahan cemaran organik oleh aktivitas mikroba yang melibatkan serangkaian reaksi enzimatik. Umumnya terjadi karena senyawa tersebut dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat). Biodegradasi yang lengkap disebut juga sebagai mineralisasi, dengan produk akhirnya berupa karbondioksida dan air. Plastik merupakan salah satu bahan yang paling banyak digunakan saat ini karena plastik memiliki banyak sifat-sifat yang menguntungkan bagi kehidupan manusia. Diantara pemanfaatan plastik adalah untuk memproduksi wadah makanan dan minuman, peralatan dapur dan rumah tangga, komponen listrik, serta mainan anak- anak. Plastik juga merupakan bahan anorganik buatan yang tersusun dari bahan-bahan kimia yang cukup berahaya bagi lingkungan.

Fenomena biodegradasi sangat penting untuk lingkungan yang harus bebas dari sampah dan limbah untuk membuat jalan bagi kehidupan baru. Pohon-pohon, tanaman, alga, bahwa semua organisme fotosintetik, berkat matahari mampu menyerap karbon dioksida di atmosfer dan menggunakannya untuk mensintesis gula, molekul organik di dasar semua zat organik banyak di biosfer. Melalui rantai makanan , aliran zat dan energi melewati dari tanaman ( produsen ) ke herbivora ( konsumen primer ) dan dari ini ke karnivora ( konsumen sekunder ). Mekanisme ini macet dengan cepat, namun, jika tidak ada pilihan terbalik, yaitu bahwa yang membebaskan karbon dari bahan organik mati, memastikan sirkulasi materi. Kemudian proses biodegradasi, dalam keseimbangan alam, martabat sama dengan proses fotosintesis yang hasilnya dan pada saat yang sama, keberangkatan. Biodegradasi dilakukan oleh dekomposer , mikro-organisme ( jamur , bakteri , protozoa ) yang tumbuh pada bahan organik mati, atau produk limbah dari ' ekosistem . Dari sudut pandang kimia, degradasi adalah oksidasi senyawa organik. Proses oksidasi yang paling penting adalah respirasi telepon yang memungkinkan pelepasan karbon dioksida dan penutupan siklus biogeokimia karbon.

Limbah daripada plastik ini sangatlah sulit untuk diuraikan secara alami. Untuk menguraikan sampah plastik itu sendiri membutuhkan kurang lebih 80 tahun agar dapat terdegradasi secara sempurna. Oleh karena itu penggunaan bahan plastik dapat dikatakan tidak bersahabat ataupun konservatif bagi lingkungan apabila digunakan tanpa menggunakan batasan tertentu. Sedangkan di dalam kehidupan sehari-hari, khususnya kita yang berada di Indonesia,penggunaan bahan plastik bisa kita temukan di hampir seluruh aktivitas hidup kita. Padahal apabila kita sadar, kita mampu berbuat lebih untuk hal ini yaitu dengan menggunakan kembali (reuse) kantung plastik yang disimpan di rumah. Dengan demikian secara tidak langsung kita telah mengurangi limbah plastik yang dapat terbuang percuma setelah digunakan (reduce). Atau bahkan lebih bagus lagi jika kita dapat mendaur ulang plastik menjadi sesuatu yang lebih berguna (recycle).

Plastik yang digunakan saat ini adalah plastik non-biodegradable (plastik yang tidak dapat terurai secara biologis) yang terbuat dari minyak bumi yang keberadaannya semakin menipis dan tidak dapat diperbaharui, akibatnya semakin banyak penggunaan plastik semakin meningkat pula pencemaran lingkungan seperti penurunan kualitas air dan tanah menjadi tidak subur karena plastik tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikroba di dalam tanah.

Untuk mengurangi pencemaran lingkungan tersebut, saat ini sedang dikembangkan plastik biodegradable, yakni plastik yang dapat duraikan kembali oleh mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan. Plastik biodegradable terbuat dari polimer alami. Jenisnya antara lain polyhidroksialkanoat acid (PHA) dan poli-asam amino yang berasal dari sel bakteri; polylactic acid (PLA) yang merupakan modifikasi asam laktat hasil perubahan zat tepung/pati oleh mikroorganisme; dan poliaspartat sintesis yang dapat terdegradasi. Bahan dasar plastik berasal dari selulosa bakteri, kitin, kitosan, atau tepung yang terkandung dalam tumbuhan, serta beberapa material plastik atau polimer lain yang terdapat di sel tumbuhan atau hewan.

Plastik banyak kegunaannya tetapi polimer sintetik plastik sangat sulit dirombak secara alamiah. Hal ini mengakibatkan limbah yang plastik semakin menumpuk dan dapat mencemari lingkungan. Akhir-akhir ini sudah mulai diproduksi plastik yang mudah terurai. Plastik terdiri atas berbagai senyawa yang terdiri polietilen, polistiren, dan polivinil klorida. Bahan-bahan tersebut bersifat inert dan rekalsitran. Senyawa lain penyusun plastik yang disebut plasticizers terdiri: (a) ester asam lemak (oleat, risinoleat, adipat, azelat, dan sebakat serta turunan minyak tumbuhan, (b) ester asam phthalat, maleat, dan fosforat. Bahan tambahan untuk pembuatan plastik seperti Phthalic Acid Esters (PAEs) dan Polychlorinated Biphenyls (PCBs) sudah diketahui sebagai karsinogen yang berbahaya bagi lingkungan walaupun dalam konsentrasi rendah.

Dari alam telah ditemukan mikroba yang dapat merombak plastik, yaitu terdiri bakteri, aktinomycetes, jamur dan khamir yang umumnya dapat menggunakan plasticizers sebagai sumber C, tetapi hanya sedikit mikroba yang telah ditemukan mampu merombak polimer plastiknya yaitu jamur Aspergillus fischeri dan Paecilomyces sp. Sedangkan mikroba yang mampu merombak dan menggunakan sumber C dari plsticizers yaitu jamur Aspergillus niger, A. Versicolor, Cladosporium sp.,Fusarium sp., Penicillium sp.,Trichoderma sp., Verticillium sp., dan khamir Zygosaccharomyces drosophilae, Saccharomyces cerevisiae, serta bakteri Pseudomonas aeruginosa, Brevibacterium sp. dan aktinomisetes Streptomyces rubrireticuli.

Untuk dapat merombak plastik, mikroba harus dapat mengkontaminasi lapisan plastik melalui muatan elektrostatik dan mikroba harus mampu menggunakan komponen di dalam atau pada lapisan plastik sebagai nutrien. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel seperti adipat, oleat, risinoleat, sebakat, dan turunan asam lemak lain cenderung mudah digunakan, tetapi turunan asam phthalat dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh, daya rentang meningkat dan daya ulur berkurang.

mikroorganisme alami pada tangki septik mendegradasi bahan organik lebih besar pada kondisi gelap. Mengingat bahwa sumber limbah domestik adalah rumah tangga yang banyak mengandung sabun dan deterjen untuk keperluan sehari-hari, maka hal ini mungkin menunjukkan bahwa konsentrasi kandungan sabun atau deterjen pada limbah domestik maupun sungai tercemar lebih tinggi daripada limbah pasar. Sabun dan deterjen merupakan bahan pencuci yang sering digunakan dalam industri maupun rumah tangga.Proses pengolahan limbah organik selain plastik  secara anaerob melibatkan proses fermentasi. Proses fermentasi ini merupakan reaksi reduksi-oksidasi yang menggunakan bahan organik sebagai donor dan acceptor elektronnya (Budiyanto, 2004). Fermentasi dibedakan menjadi foto fermentasi (photofermentation) dan fermentasi gelap (dark fermentation). Fermentasi gelap merupakan salah satu cara untuk memperoleh energi bersih masa depan sekaligus mengurangi polusi oleh limbah organik karena dapat dimanfaatkannya limbah pertanian dan limbah industri yang kaya akan karbohidrat sebagai substrat bakteri anaerobik dengan produk akhir H₂ dan CO₂ (Hawkes, 2002). Khususnya dengan mengolah limbah padat organik menjadi limbah cair dan dilanjutkan melalui proses teknologi anaerobic digestion, maka kemampuan degradasi limbah organik dapat mencapai 95% (Kirsten, 2007 dalam Wirda, 2009).

Penguraian bahan-bahan organik menjadi biogas secara anaerob dibagi menjadi 4 tahap, yaitu tahap hidrolisa dimana mikroorganisme hydrolytic mengurai senyawa organik kompleks menjadi molekul-molekul sederhana seperti glukosa, asam amino, asam organik, ethanol, karbondioksida dan hidrokarbon. Proses 3

hidrolisis dikatalis oleh enzim yang dikeluarkan oleh bakteriseperti selullase, protease, dan lipase.Tahap kedua adalahpembentukan asam(acidogenesis) yaitu pengubahan senyawasederhana menjadiasam organik sepertiasam asetat, asam butirat,asam propionat dan lainnya. Tahap ketiga adalah pembentukanasam (Acetogenis) yang dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasilasam yang terdiri dari sub divisiacids/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Pada tahapini terjadi pembentukan senyawa asetat, CO2dan hidrogen dari molekul-molekul sederhana yang tersedia oleh bakteri aceton penghasil hidrogen (ElHaq, 2010).Tahap terakhir adalah tahap pembentukan metan(methanogenesis) dimana terjadi pembentukan gas methan darisenyawa asetat, hidrogen atau CO2oleh bakteri methanogen (Budiyanto, 2004). Methan merupakan biogas yang saat inibanyak digunakan sebagai sumber energi alternatif seperti gas untukmemasak sebagai pengganti gas LPG (liquifiedpetroleumgas). Biogas N2 dapatdihasilkan dari proses nitrifikasi olehPseudomonassp. dan denitrifikasioleh Clostridiumsp.(Madigan et al., 1997). Sedangkan gas H2S dihasilkan oleh sulfat reducingbacteria(SRB) yang menggunakan SO4^2-sebagai elektronaseptorterakhir dalam proses respirasinya (Madiganet al., 1997).Terdapat beberapa bakteri lain yang berperan sebagai penghasilbiogas H2secara anaerob sepertiClostridiumsp., Enterobacteraerogenesdan Bacillus licheniformis (Kalia, 2007). H2 merupakan salah satu biogas yang efektif dan efisien sebagaisumber energi alternatif karena menghasilkan energi yang besarpada saat pembakaran(Miyamoto, 1997)dan tidakmenyisakangas rumah kaca seperti CO ataupun CO2 (Hansel, 1998).

Salah satu sumber mikroorganisme yang dapat dimanfaatkan sebagai agen bioremediasi penghasil biogas adalahdari tangki septik. Tangki septik merupakan tempat penampungan sementaralimbahorganikberupa tinja yang secara alami akan mengalami proses biodegradasi dalam kondisi anaerob oleh mikroorganisme dalam tangki septik (Anonim1, 2007). Menurut Nagamanidan Ramasamy(1999)tinja manusia dalam sistemPada kondisi gelap, dapat dilihat bahwa mikroorganisme alami tangki septik memiliki kemampuan mendegradasi bahan organik limbah pasar lebih baik daripada kontrol positif dan negatif terutama apabila dilihat dari parameter COD.

Mikroorganisme alami tangki septik memiliki kemampuan untuk mendegradasi bahan organik yang terkandung dalam limbah domestik, pasar dan sungai tercemar. Dari ketiga jenis limbah tersebut, proses degradasi bahan organik yang terbesar terjadi pada hari ke-5 pada limbah pasar. Hal ini ditunjukkan oleh perubahan nilai BOD, COD, TSS, TDS dan pH yang lebih tinggi. Mikroorganisme alami tangki septik lebih banyak mendegradasi bahan organik pada kondisi gelap daripada kondisi terang. Hal ini dapat dilihat dari penurunan nilai parameter BOD sebesar 64.1%, COD sebesar 96.5%, TSS sebesar 57.6% , TDS sebesar 18% dan pH dari 2 menjadi 10. Nilai parameter setelah hari ke-5 bersifat fluktuatif.

Bahan kandungan dalam plastik sebagai berikut :

·         Polietilen

Polietilen adalah bahan termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang lunak sampai yang kaku. Ada dua jenis polietilen:

·         polietilen densitas rendah (low-density polyethylene / LDPE). Sifat dari polietilen ini relatif lemas dan kuat, digunakan antara lain untuk pembuatan kantong kemas, tas, botol, industri bangunan, dan lain-lain.

·         polietilen densitas tinggi (high-density polyethylene / HDPE). Polietilen densitas tinggi sifatnya lebih keras, kurang transparan dan tahan panas sampai suhu 100⁰C. Campuran polietilen densitas rendah dan polietilen densitas tinggi dapat digunakan sebagai bahan pengganti karat, mainan anak-anak, dan lain-lain.

      Bahan kandungan didalam plastik adalah sebagai berikut :

·         Polipropilen

Polipropilen mempunyai sifat sangat kaku; berat jenis rendah; tahan terhadap bahan kimia, asam, basa, tahan terhadap panas, dan tidak mudah retak. Plastik polipropilen digunakan untuk membuat alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, komponen mobil, pembungkus tekstil, botol, permadani, tali plastik, serta bahan pembuat karung.

·         Polistirena

Polistiren adalah jenis plastik termoplast yang termurah dan paling berguna serta bersifat jernih, keras, halus, mengkilap, dapat diperoleh dalam berbagai warna, dan secara kimia tidak reaktif. Busa polistirena digunakan untuk membuat gelas dan kotak tempat makanan, polistirena juga digunakan untuk peralatan medis, mainan, alat olah raga, sikat gigi, dan lainnya.

·         Polivinil Klorida (PVC)

Plastik jenis ini mempunyai sifat keras, kuat, tahan terhadap bahan kimia, dan dapat diperoleh dalam berbagai warna. Jenis plastik ini dapat dibuat dari yang keras sampai yang kaku keras. Banyak barang yang dahulu dapat dibuat dari karet sekarang dibuat dari PVC. Penggunaan PVC terutama untuk membuat jas hujan, kantong kemas, isolator kabel listrik, ubin lantai, kulit imitasi untuk dompet dan pembalut kabel.

·         Politetrafluoroetilena (teflon)

Teflon memiliki daya tahan kimia dan daya tahan panas yang tinggi (sampai 260⁰C) Keistimewaan teflon adalah sifatnya yang licin dan bahan lain tidak melekat padanya. Penggorengan yang dilapisi teflon dapat dipakai untuk menggoreng telur tanpa minyak.

·         Polimetil Pentena (PMP)

Plastik poli metil pentena adalah plastik yang ringan dan melebur pada suhu 240⁰C. Barang yang dibuat dari PMP bentuknya tidak berubah bila dipanaskan sampai 200⁰C dan daya tahannya terhadap benturan lebih tinggi dari barang yang dibuat dari polistiren. Bahan ini tahan terhadap zat-zat kimia yang korosif dan tahan terhadap pelarut organik, kecuali pelarut organik yang mengandung klor, misalnya kloroform dan karbon tetraklorida. PMP cocok untuk membuat alat­-alat laboratorium dan kedokteran yang tahan panas dan tekanan, tanpa mengalami perubahan, Barang-barang dari bahan ini tahan lama.

Permasalahan : 

1. Pada sebuah penelitian dikatakan Mikroorganisme alami tangki septik memiliki kemampuan untuk mendegradasi bahan organik yang terkandung dalam limbah domestik, pasar dan sungai tercemar. Hal ini ditunjukkan oleh perubahan nilai BOD, COD, TSS, TDS dan pH yang lebih tinggi. Mikroorganisme alami tangki septik lebih banyak mendegradasi bahan organik pada kondisi gelap daripada kondisi terang.Mengapa mikroorganisme lebih banyak mendegradasi suatu bahan organik lebih banyak pada daerah gelap (anaerob) daripada daerah terang (aerob), faktor apa yang mempengaruhinya? dan bagaimana reaksi yang terjadi ketika mikroorganisme dapat mendegradasi bahan organik dalam keadaan gelap ?  
2.  Mikroorganisme misalnya Streptomyces rubrireticuli untuk dapat merombak plastik dengan mengkontaminasikan lapisan plastik melalui muatan elektrostatik dan harus mampu menggunakan komponen di dalam atau pada lapisan plastik sebagai nutrien. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel yaitu turunan asam lemak (adipat, oleat, risinoleat) cenderung mudah digunakan, tetapi ester asam phthalat, maleat, dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh. Mengapa ester asam phthalat,maleat dan fosforat sangat sulit di gunakan sebagai komponen nutrisi oleh mikroorganisme untuk mampu menghilangkan plasticizers agar plastik mudah untuk diuraikan atau dirapuhkan? Dan Bagaimana mekanisme mikroorganisme dapat menguraikan plastik yang mengandung turunan asam lemak misalnya oleat untuk merapuhkan plastik? Jelaskan mekanisme kejadian tersebut?