Para ilmuwan berhasil menemukan enzim baru yang mampu mengubah limbah lignin menjadi bahan kimia berharga melalui proses ramah lingkungan berbasis hidrogen peroksida. Inovasi ini menawarkan alternatif yang lebih bersih dan berkelanjutan dibandingkan metode berbasis petroleum.
Sekitar 98% lignin, produk sampingan industri kehutanan yang berasal dari tanaman, saat ini terbuang percuma. Namun, enzim yang baru ditemukan ini memungkinkan ekstraksi molekul berharga dari limbah tersebut dengan metode kimia hijau yang ramah lingkungan.
Molekul-molekul hasil ekstraksi ini berfungsi sebagai komponen dasar untuk produk seperti wewangian, perasa, bahan bakar, dan obat-obatan, mengubah aliran limbah yang sebagian besar tidak terpakai menjadi sumber daya bernilai.
"Proses kimia tradisional untuk sintesis bahan kimia semacam ini bergantung pada senyawa awal berbasis petroleum dan katalis logam berat, menjadikannya proses yang tidak terbarukan dan beracun," kata Dr. Fiona Whelan, Ahli Mikroskopi Cryo-electron dari Adelaide Microscopy di University of Adelaide, dalam penelitian yang dipublikasikan di Nature Communications.
Memahami Potensi Lignin
Lignin adalah polimer keras yang berfungsi sebagai pendukung mekanis pada kayu keras dan lunak, dan merupakan salah satu polimer paling melimpah di Bumi.
Sektor pertanian dan kehutanan menghasilkan sekitar 100 juta ton limbah lignin per tahun. Limbah ini berpotensi menjadi bahan baku terbarukan dan berkelanjutan untuk bahan kimia yang saat ini diperoleh dari bahan bakar fosil.
"Strategi penggunaan lignin melibatkan kombinasi proses kimia dan biologis," jelas Associate Professor Stephen Bell dari School of Physics, Chemistry and Earth Sciences University of Adelaide.
"Suhu tinggi, tekanan tinggi, asam kuat, dan pelarut beracun digunakan untuk memecah polimer dalam aliran limbah. Senyawa berharga yang terperangkap kemudian diekstraksi dan menjalani proses kimia lebih lanjut pada suhu di atas 400°C untuk 'memvalorasi' lignin. Proses ini mahal dan buruk bagi lingkungan."
Terobosan Biologis
Lignin kayu keras memiliki dua komponen kimia utama yang memerlukan pemrosesan untuk menghasilkan senyawa bermanfaat. Peneliti sebelumnya telah menemukan enzim yang dapat digunakan untuk memecah salah satu senyawa ini, yang juga ditemukan pada kayu lunak. Namun, belum ada proses penguraian biologis yang teridentifikasi untuk senyawa kayu keras yang lebih kompleks, yang mencakup sekitar 50 persen dari limbah.
"Penguraian biologis lignin terjadi dalam kuorum mikroba kompleks, dengan enzim jamur kemungkinan memecah polimer keras, dan bakteri mengambil senyawa kecil yang tidak reaktif dan memprosesnya untuk mendapatkan energi metabolik," jelas Dr. Whelan.
Dari penelitian terhadap dunia mikroba, tim menemukan bahwa bakteri tanah Amycolatopsis thermoflava mengandung enzim yang dapat memproses molekul dari lignin dengan murah, menggunakan hidrogen peroksida untuk mendorong reaksi—menjadikan valorisasi jauh lebih ramah lingkungan.
Tim peneliti telah menggunakan enzim baru ini sebagai model untuk meretrofit aktivitas berbasis hidrogen peroksida ke dalam enzim lain. Pendekatan ini bertujuan untuk menghasilkan metode kimia hijau di masa depan dalam pembuatan bahan kimia bernilai tinggi yang digunakan dalam industri perasa, wewangian, dan kimia medis.
