Penerapan Bioteknologi Dan Metode Enzimatik Pada Pengolahan Kain Katun(Bagian 1)

Potensi Industri Bioteknologi di Indonesia sangatlah besar dan menjadi salah satu kriteria untuk membentuk “Greener Textile Production”. Menurut istilahnya, bioteknologi adalah teknik untuk mengubah bahan mentah melalui proses biologi sehingga menghasilkan produk yang lebih berguna. Sedangkan bioteknologi industri adalah pengaplikasian bioteknologi untuk memenuhi tujuan aktivitas industri, mulai dari manufaktur, bioenergi hingga biomaterial. Termasuk penggunaan sel dan komponen sel seperti organel ataupun enzim untuk menghasilkan sebuah produk.

Bioteknologi telah berkembang di Indonesia sejak lama namun cenderung lambat dikarenakan beberapa faktor. Oleh karenanya, dibutuhkan penelitian bioteknologi guna meningkatkan kualitas dan kuantitas produk serta pengetahuan tentang bioteknologi.

Jenis enzim yang sering digunakan pada proses tekstil diantaranya yaitu enzim amilase pada proses desizing serat kapas dan proses biopolising pada pencucian denim. Metode enzimatik juga dapat diaplikasikan pada proses scouring, bleaching, penguraian pada serat yang berasal dari kulit pohon, proses scouring pada serat wol, degumming serat sutera, serta pencelupan dan penyempurnaan proses tekstil yang masih terus dikembangkan.

Saat ini, industri manufaktur tekstil dituntut agar lebih efektif, efisien, menekan biaya produksi dan menerapkan teknologi yang berkelanjutan supaya menghasilkan produk yang lebih “eco-friendly” dan higienis.

Perkembangan bioteknologi pada industri tekstil menunjukkan kemungkinan untuk mengurangi biaya produksi dan menurunkan kendala lingkungan. Kendali ini dapat diterapkan di hampir setiap tahap proses produksi dan penyempurnaan tekstil sehingga pengolahan limbah dapat lebih baik. Hak ini bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan kimia yang mahal, beracun, dan berpolusi sehingga produk tekstil yang dihasilkan lebih bersih dan “Greener Textile Production”.

Meskipun beberapa alat bioteknologi berhasil diterapkan dalam industri tekstil. Para peneliti masih berjuang keras untuk menemukan cara yang dapat diandalkan guna memperluas cakrawala bioteknologi tekstil dari skala laboratorium ke skala industri untuk memberikan manfaat terkait sistem dan kualitas produk.

Proses enzimatik pada pengolahan kain katun

Kali ini kita akan membahas proses enzimatik yang diaplikasikan pada serat kapas. Serat yang berasal dari biji kapas ini tediri 95% selulosa dan 5% campuran seperti hemiselulosa, malam, protein, asam amino dan zat organik/an-organik. Berikut ini tahapan proses yang diaplikasikan dalam pembuatan kain katun atau cotton fabric.

1.       Desizing

Desizing ialah proses penghilangan kanji dari kain greige atau blacu katun agar kain siap di print/dye (warna). Desizing dapat dilakukan secara kimiawi, fisik atau kombinasi dari keduanya. Proses desizing kimia diawali dengan cara pembusukan dimana kanji melalui hidrolisis (penguraian zat pada reaksi kimia oleh air). Sebagian akan diubah dalam keadaan larut untuk membentuk enzim mikroba kemudian sisa kanji tersebut akan dibersihkan melalui proses pencucian dan pembilasan.

Namun proses pembusukan ini dinilai kurang efisien dan waktu prosesnya pun lebih lama. Sehingga banyak yang beralih menggunakan metode desizing yang kedua yaitu menggunakan asam sulfat encer. Pada metode ini, kanji akan dihidrolisis dengan asam sulafat encer agar terbentuk satu larutan disperse.

Gambar 1 Alur Proses pembuatan kain katun

Penggunaan asam sulfat encer pada metode desizing fisik kemungkinan besar akan merusak serat kapas. Selain itu pada proses oksidasi membutuhkan variasi waktu pada suhu yang tinggi dan membutuhkan energi yang cukup besar untuk netralisasi. Sehingga metode ini dapat menyebabkan berbagai kerusakan lingkungan mulai dari pencemaran dan berbagai kerusakan serat.

Metode terakhir yaitu desizing melalui hidrolisis dengan bantuan enzim amilase. Enzim satu ini telah lama dikenal dan sering digunakan dalam proses desizing. Enzim amilase mampu mengubah larutan yang tidak larut menjadi dapat larut untuk mempermudah penghilangan kanji pada kapas dengan cara mencucinya.

Penggunaan enzim amilase akan mengurangi penggunaan zat-zat kimia yang berdampak pada lingkungan. Namun, secara komersial penggunaan enzim amilase tidak dapat memenuhi kebutuhan industri karena kurangnya daya tahan enzim terhadap suhu. Proses desizing dengan bantuan enzim amilase memerlukan suhu sekitar 70 C atau lebih. Bakteri Bacillus stearothermophilus mampu memproduksi enzim amilase yang lebih stabil pada suhu tinggi dan range aktivitas pH yang luas.

Bagan 1 Manfaat penggunaan enzim pada produksi tekstil

Beberapa dekade terakhir, metode enzimatik yang mulai diterapkan pada tahap proses pembuatan benang dan kain. Proses enzimatik pada kapas banyak tersedia di pasar seperti pada tabel

1. Enzim digunakan pada tahapan proses seperti desizing, bio-scouring, bleaching, dan bio-stoning.

Tabel 1 Jenis enzim yang ada di pasaran

2.       Bioscouring

Bagian kutikula pada serat kapas memiliki komposit yang rumit, mengandung kitin, malam, pektin dan protein. Pektin, hemiselulose dan protein tersambung pada dinding utama selulose microfibril seperti pada gambar 2.

Gambar 2 Hubungan antara komponen selulosa dan non-selulosa pada dinding utama selulose microfibril

Secara konvensional, hidrofobik non selulosa dapat dihilangkan menggunakan larutan alkali panas pada proses scouring guna memperbaiki daya serap dan memudahkan proses pencelupan atau dyeing dan pencapan/printing. Meski penggunaan alkali dinilai dapat lebih efektif tetapi dalam pelaksanaannya membutuhkan jumlah air, suhu dan pH yang tinggi.

Berdasarkan komposisi non-selulosa pada serat kapas, proses bioscouring ini dapat dilakukan dengan bantuan enzim pectinase, kutinase, selulase, protease, xylanase, lipase dan kombinasi dari semuanya. Penggunaan enzim pada proses scouring ini tidak memberikan dampak negatif untuk lingkungan atau serat kapa situ sendiri.

Dalam hal ini, znzim pektinase dinilai lebih efektif karena degradasi dan eliminasi membuat malam lebih mudah terlepas, meningkatkan daya serap dan meminimalisir kerusakan serat kapas seperti terlihat dari Analisa SEM pada gambar 3.

Gambar 3 Pengamatan menggunakan SEM (a) Scouring menggunakan enzim (b) Scouring menggunakan alkali

Bioscouring lebih efisien dibandingkan perlakuan alkali konvensional dalam mengatasi sifat fisikokimia seperti, daya serap, indeks putih, derajat polimerisasi, indeks kristalinitas, kepekatan warna, kecerahan, kelembutan, serta penurunan berat. Namun pada proses bioscouring ini mempunyai beberapa kekurangan seperti:

·         Mahalnya biaya pemrosesan

·         Laju reaksi yang relatif lambat

·         Efektivitas rendah, sehingga menghambat penerimaannya oleh industri tekstil.

3.       Bleaching

Tujuan utama dari proses bleaching ialah menghilangkan warna pigmen alami dan memberikan penampilan putih bersih. Biasanya proses bleaching menggunakan hydrogen peroksida (OH), pH alkali tinggi dan temperature yang hampir mendidih. Proses ini membutuhkan jumlah air yang cukup banyak untuk membersihkan sisa-sisa peroksida pada kain. Karena sisa peroksida ini akan mengganggu kelancaran proses pencelupan. Sayangnya, penggunaan hydrogen peroksida dapat menyebabkan reaksi radikal yang akan merusak serat tersebut.

Penggunaan enzim menjadi alternative pada proses bleaching untuk mengatasi permasalahan ini. Enzim laktase akan menyerang gugus hidroksil fenolik sehingga warna dan flavonoid kapas berwarna akan hilang. Namun, analisis biaya mengungkapkan bahwa menggunakan enzim laktase lebih mahal daripada proses konvensional.

Katalase terkenal karena kemampuannya untuk meningkatkan laju reaksi kimia pada langkah perubahan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Untuk mengurangi polusi pada proses bleaching, pembilasan konvensional untuk menghilangkan sisa hidrogen peroksida dapat diganti pembersihan enzimatik menggunakan katalase.

Proses bleaching menggunakan enzim belum banyak digunakan karena biaya yang tidak murah dan proses yang terlalu rumit. Sehingga diperlukan suatu upaya guna meningkatkan efisiensi proses dan meminimalisasi biaya.

Sumber: Buletin Tekstil Edisi 18