Manfaat Biofilm dalam Bidang Bioteknologi, Bioremediasi, Biofiltrasi dan Bioreaktor
Manfaat Biofilm dalam Bidang Bioteknologi
Biofilm ternyata juga bisa memberi keuntungan bagi manusia dan dapat dimanfaatkan sebagai solusi alternatif untuk stabilisasi bangunan yang berdiri di atas tekstur tanah yang rentan terhadap bencana gempa bumi. Penelitian ini dilakukan oleh para peneliti dari Lafayette College, Amerika Serikat.
Biofilm yang diaplikasikan ini adalah koloni dari bakteri Flavobacterium johnsoniae yang secara alami terdapat di tanah. Bakteri ini dipilih karena bersifat non-patogenik, terdapat secara alami pada aliran (pembuangan) air tanah, tidak perlu zat nutrien tinggi, bahkan dapat menguraikan molekul makro yang banyak terdapat dalam limbah seperti kitin, dan membentuk biofilm. Penggunaan bakteri ini diharapkan dapat secara alami membentuk polimer biofilm pada lapisan tanah yang rentan terhadap gempa tempat bangunan berdiri lewat aliran air tanah.
Baca juga : Stroke Iskemik Adalah : Pengertian, Konsep, Klasifikasi, Penyebab dan Gejala Klinis
Selain itu, manfaat dari biofilm juga dapat diaplikasikan dalam dunia industri, seperti:
a) Bioremediasi
Bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran. Bioremediasi bukanlah konsep baru dalam mikrobiologi terapan, karena mikroba telah banyak digunakan selama bertahun-tahun dalam mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari industri.
Selama beberapa dekade terakhir, perhatian luas telah dibayarkan pada pengelolaan pencemaran lingkungan disebabkan oleh polutan berbahaya seperti logam berat dan berbagai senyawa xenobiotik. Biofilm terstruktur komunitas mikroba di mana sel-sel mikroba ireversibel menempel pada permukaan atau antarmuka dan menjadi tertanam dalam matriks polimer ekstraseluler zat yang diproduksi oleh sel-sel ini.
Biofilm telah ditemukan untuk menjadi cocok untuk remediasi polutan karena biomassa mikroba yang tinggi dan kemampuan untuk melumpuhkan polutan. Penelitian biofilm dalam lingkungan alam tanah, pasir, sedimen dan vegetasi lahan basah telah mengungkapkan potensi biofilm memiliki kemampuan untuk mengobati air limbah bantalan beberapa polutan. Sistem biofilm sangat cocok untuk pengobatan senyawa bandel karena biomassa mikroba yang tinggi dan kemampuan untuk melumpuhkan senyawa polutan.
Lingkungan darat dan perairan yang terkontaminasi dengan berbagai jenis polutan . Di antaranya , Jumlah hidrokarbon minyak bumi ( TPHs ) , hidrokarbon aromatik polisiklik ( PAH ) dan pestisida dari antropogenik sumber menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Ada contoh sukses dari penggunaan positif biofilm yang disebut biofilm menguntungkan yang menawarkan sel anggota mereka beberapa manfaat , di antaranya perlindungan lingkungan dari efek berbahaya dari polutan beracun berdiri pertama. Reaktor biofilm berbasis umumnya digunakan untuk pengobatan volume besar air limbah industri dan kota.
Selain itu, manfaat dari biofilm juga dapat diaplikasikan dalam dunia industri, seperti:
a) Bioremediasi
Bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran. Bioremediasi bukanlah konsep baru dalam mikrobiologi terapan, karena mikroba telah banyak digunakan selama bertahun-tahun dalam mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari industri.
Selama beberapa dekade terakhir, perhatian luas telah dibayarkan pada pengelolaan pencemaran lingkungan disebabkan oleh polutan berbahaya seperti logam berat dan berbagai senyawa xenobiotik. Biofilm terstruktur komunitas mikroba di mana sel-sel mikroba ireversibel menempel pada permukaan atau antarmuka dan menjadi tertanam dalam matriks polimer ekstraseluler zat yang diproduksi oleh sel-sel ini.
Biofilm telah ditemukan untuk menjadi cocok untuk remediasi polutan karena biomassa mikroba yang tinggi dan kemampuan untuk melumpuhkan polutan. Penelitian biofilm dalam lingkungan alam tanah, pasir, sedimen dan vegetasi lahan basah telah mengungkapkan potensi biofilm memiliki kemampuan untuk mengobati air limbah bantalan beberapa polutan. Sistem biofilm sangat cocok untuk pengobatan senyawa bandel karena biomassa mikroba yang tinggi dan kemampuan untuk melumpuhkan senyawa polutan.
Lingkungan darat dan perairan yang terkontaminasi dengan berbagai jenis polutan . Di antaranya , Jumlah hidrokarbon minyak bumi ( TPHs ) , hidrokarbon aromatik polisiklik ( PAH ) dan pestisida dari antropogenik sumber menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Ada contoh sukses dari penggunaan positif biofilm yang disebut biofilm menguntungkan yang menawarkan sel anggota mereka beberapa manfaat , di antaranya perlindungan lingkungan dari efek berbahaya dari polutan beracun berdiri pertama. Reaktor biofilm berbasis umumnya digunakan untuk pengobatan volume besar air limbah industri dan kota.
Bakteri seperti, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter calcoaceticus, Arthrobacter sp.,Streptomyces viridans, dan lain-lain menghasilkan senyawa biosurfaktan / bioemulsi yangdapat menyerap berbagai jenis logam berat seperti Cd, Cr, Pb, Cu dan Zn dari tanah yang terkontaminasi. Berbagai jenis Baccillus yang membentuk biofilm pada permukaan perairan dapatmenyerap Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, dan Zn dari dalam air. Mikroba yang membentuk film dalam ekosistem perairan juga memiliki peranan yang penting dalam bioremediasi logam seperti Saccharomyces cerevisiae dan Candida sp dapat mengakumulasi Pb dari dalam perairan, Citrobacter san Rhizopus arrhizus memiliki memampuan menyerap uranium (Roane, et all. 1998).
Selain itu, biosorpsi kromium heksavalen menggunakan biofilm E. Coli didukung pada pasir karbon aktif juga dapat menghilangkan ion Cr lingkungan berair. Ilmuwan telah mengembangkan strain hasil rekayasa genetika, yaitu Escherichia coli yang bermanfaat untuk pembersihan merkuri dan logam berat lainnya. Beberapa bakteri hasil rekayasa genetika dapat mengabsorbsi merkuri secara langsung, sementara yang mengikat merkuri dari suplai air dapat tumbuh pada biofilm. Biofilm harus diganti secara periodik untuk menghilangkan bakteri yang mengandung merkuri. Hal yang sama terjadi pada sel tunggal alga yang diubah secara genetik yang mengandung gen metallothioniein dan bakteri yang disebut Cyanobakteri, yang telah menunjukkan kemampuan untuk mengabsorbsi cadmium, yaitu logam berat lain yang bersifat toksik yang dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius pada manusia.
Baca juga : Pengobatan Penyakit Stroke, Pemeriksaan Fisik dan Penunjang di RS
b) Biofiltrasi
Biofiltrasi adalah sebuah cara pemurnian limbah dengan bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Teknik biofiltrasi merupakan salah satu alternatif yang tepat untuk dikembangkan dalam upaya penyisihan polutan. Teknik ini memanfaatkan kemampuan aktifitas mikroba dalam mendegradasi/ mengeliminasi senyawa polutan. Pengembangan teknik biofiltrasi, memerlukan jenis media serta mikroba yang handal sehingga pemilihan biofilm tepat untuk digunakan dalam proses biofiltrasi. Contohnya: proses biofilter untuk menghilangkan senyawa amonia dengan menggunakan biofilm sebagai media penyangga.
Secara sederhana proses tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Lapisan terluar dari media penyangga adalah lapisan tipis zona aerobik. Senyawa amonia dioksidasi dan diubah ke dalam bentuk nitrit. Sebagian dari senyawa nitrit yang ada diubah menjadi gas dinitrogen dioksida (N2O). Proses tersebut disebut nitrifikasi. Semakin lama lapisan biofilm yang tumbuh dalam media penyangga semakin tebal sehingga oksigen tidak dapat masuk sehingga terbentuk zona anaerobik. Pada zona anaerobik senyawa nitrat yang diubah menjadi nitrit kemudian dilepaskan menjadi gas Nitrogen (N2).
c) Bioreaktor
Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan mikroorganisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari mikroorganisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik. Dengan kata lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya proses kimia yang melibatkan mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme.
Komponen utama bioreaktor terdiri atas tangki, sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor untuk mengontrol parameter. Tangki berfungsi untuk menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk. Volume tanki skala laboratorium berkisar antara 1 – 30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih dari 1 000 L. Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor dan berperan untuk memompa udara, dan mencegah pembentukan gelembung oksigen. Impeller berperan dalam agitasi dengan mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan oleh rotor. Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya efek pusaran air akibat agitasi yang dapat mengganggu agitasi yang seharusnya. Sensor berperan untuk mengontrol lingkungan dalam bioreaktor. Kontrol fisika meliputi sensor suhu, tekanan, agitasi, foam, dan kecepatan aliran. Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH, kadar oksigen, dan perubahan komposisi medium.
b) Biofiltrasi
Biofiltrasi adalah sebuah cara pemurnian limbah dengan bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari perairan. Teknik biofiltrasi merupakan salah satu alternatif yang tepat untuk dikembangkan dalam upaya penyisihan polutan. Teknik ini memanfaatkan kemampuan aktifitas mikroba dalam mendegradasi/ mengeliminasi senyawa polutan. Pengembangan teknik biofiltrasi, memerlukan jenis media serta mikroba yang handal sehingga pemilihan biofilm tepat untuk digunakan dalam proses biofiltrasi. Contohnya: proses biofilter untuk menghilangkan senyawa amonia dengan menggunakan biofilm sebagai media penyangga.
Secara sederhana proses tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Lapisan terluar dari media penyangga adalah lapisan tipis zona aerobik. Senyawa amonia dioksidasi dan diubah ke dalam bentuk nitrit. Sebagian dari senyawa nitrit yang ada diubah menjadi gas dinitrogen dioksida (N2O). Proses tersebut disebut nitrifikasi. Semakin lama lapisan biofilm yang tumbuh dalam media penyangga semakin tebal sehingga oksigen tidak dapat masuk sehingga terbentuk zona anaerobik. Pada zona anaerobik senyawa nitrat yang diubah menjadi nitrit kemudian dilepaskan menjadi gas Nitrogen (N2).
c) Bioreaktor
Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan mikroorganisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari mikroorganisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik. Dengan kata lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya proses kimia yang melibatkan mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme.
Gambar Bioreaktor untuk skala lab (kiri) dan skala industri (tengah) dan Bagian Bioreaktor (kanan)
Komponen utama bioreaktor terdiri atas tangki, sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor untuk mengontrol parameter. Tangki berfungsi untuk menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk. Volume tanki skala laboratorium berkisar antara 1 – 30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih dari 1 000 L. Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor dan berperan untuk memompa udara, dan mencegah pembentukan gelembung oksigen. Impeller berperan dalam agitasi dengan mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan oleh rotor. Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya efek pusaran air akibat agitasi yang dapat mengganggu agitasi yang seharusnya. Sensor berperan untuk mengontrol lingkungan dalam bioreaktor. Kontrol fisika meliputi sensor suhu, tekanan, agitasi, foam, dan kecepatan aliran. Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH, kadar oksigen, dan perubahan komposisi medium.
Posting Komentar untuk "Manfaat Biofilm dalam Bidang Bioteknologi, Bioremediasi, Biofiltrasi dan Bioreaktor"