MAKALAH REAKSI REDOKS
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Reaksi redoks memiliki banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari, baik yang merugikan maupun menguntungkan. Reaksi redoks yang menguntungkan misalnya saja reaksi yang berlangsung dalam proses respirasi pada tumbuhan. Dalam proses ini, karbohidrat dioksidasi menjadi karbondioksida dan uap air dengan melepas energi, adapun contoh redoks yang merugikan, yaitu korosi besi(besi berkarat ). Korosi ini sangat merugikan karena merusak banyak bangunan dan benda-benda yang terbuat dari besi.
Reaksi redoks memiliki aplikasi yang luas dalam bidang industri. Misalnya prinsip reaksi redoks mendasari pembuatan baterai dan aki, ekstrasi dan pemisahan logam dengan logam lain, seperti emas, perak, dan kromium. Selain itu, reaksi redoks juga digunakan untuk membuat senyawa kimia, seprti natrium hidroksida yang merupakan bahan baku dalam banyak kegiatan industri.
Proses oksidasi pada buah dapat kita dapat amati secara langsung, misalnya buah apel yng dikupas dan didiamkan beberapa saat maka buah tersebut akan berubah warna dari tidak bewarna menjadi kecoklatan. Pencoklatan pada apel setelah dikupas atau pada just apel terjadi karena senyawa polifenol teroksidasi, bentuk polifenol teroksidasi ini nantinya dapat bergabung satu sama lain membentuk senyawa makromolekul berwarna coklat, dimana senyawa makromolekul ini nantinya bisa membuat jus apel menjadi keruh.Begitu pula pada kulit tubuh manusia, proses oksidasi dapat berlangsung perlahan-lahan dalam jangka waktu yang relatif lama namun nampak jelas perubahan dari oksidasi kulit manusia ini. Proses oksidasi pada kulit manusia atau disebut pula proses penuaan terjadi karena adanya radikal bebas (-OH). Jika di suatu tempat terjadi reaksi oksidasi dimana reaksi tersebut menghasilkan hasil samping berupa radikal bebas (·OH) seperti asap kendaraan , rokok maupun polusi maka tanpa adanya kehadiran antioksidan radikal bebas ini akan menyerang molekul-molekul lain disekitarnya, seperti pada kulit tubuh manusia. Oksidasi sendiri adalah hancurnya jaringan tubuh karena pengaruh radikal bebas.
Antioksidan sangat dibutuhkan manusia dalam manghambat atau memperlambat proses oksidasi pada tubuh. Buah strawberry memiliki fungsi yang sangat besar terhadap prases penunda penuaan pada tubuh manusia. Buah ini memang banyak mengandung asam salisilat (salah satu jenis asam beta -hidroksi yang membantu mengencangkan kulit ) , silica, serta vitamin B , C, E dan K. Dengan kemampuannya menyehatkan dan meremajakan kulit, strwaberry cocok digunakan untuk hampir semua jenis kulit. Oleh karenanya strawberry banyak dimanfaatkan industri-industri kosmetik ( terutama industri sabun mandi).
1.2 RUMUSAN MASALAH
a. Apakah yang dimaksud dengan proses Reduksi Oksidasi...?
b. Bagaimana proses berlangsungnya oksidasi pada kulit tubuh manusia...?
c. Bagaimana menunda proses penuaan (oksidasi) pada manusia...?
1.3 TUJUAN
a. Untuk mengetahui pengertian dari proses redoks.
b. Untuk mengetahui proses oksidasi pada kulit tubuh manusia.
c. Untuk mengetahui penyebab penuaan dan cara menunda proses penuaan.
1.4 MANFAAT
a. Dapat mengartikan proses reduksi dan oksidasi.
b. Dapat mengetahui proses penuaan pada kulit tubuh manusia.
c. Dapat mengetahui cara menunda proses penuaan.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 PENGERTIAN REDOKS
Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetantransfer elektron yang rumit. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:
1. Oksidasi menjelaskan ;
a. pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
b. reaksi pengikatan oksigen dan
c. reaksi yang mengalami kenaikan bilangan biloks
2. Reduksi menjelaskan ;
a. penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion
b. reaksi pelepasan oksigen dan
c. reaksi yang mengalami penurunan bilangan biloks.
Pada reaksi Redoks terjadi transfer elektron dari fase satu ke yang lain dan elektron tersebut tidak hilang maupun diciptakan selama proses redoks. Oksidasi dan reduksi selalu terjadi bersama tidak ada suatu zat yang teroksidasi tanpa adanya zat lain yang mengalami reduksi. Zat yang menyebabkan zat lain mengalami oksidasi disebut oksidator, dan zat yang menyebabkan zat lain mengalami reduksi disebut reduktor. Oksidator akan mengalami reaksi reduksi sedangkan reduktor mengalami oksidasi.
Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di atas tidaklah persis benar. Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam prakteknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatankovalen).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi. Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi. Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur dengan bilangan oksidasi yang tinggi (sepertiH2O2, MnO4 , CrO3, Cr2O72 , OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya oksigen, fluorin, klorin, dan bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi. Reduktor melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi. Oleh karena ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi. Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan sebagai reduktor.
Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah. Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik, terutama dalam reduksi senyawa-senyawakarbonil menjadi alkohol. Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor mentransfer elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi disebut sebagai pasangan redoks
2.4 PENGERTIAN PENUAAN PADA MANUSIA
Penuaan adalah proses yang dinamis dan kompleks yang dihasilkan oleh perubahan-perubahan sel, fisiologis, dan psikologis. Sementara ada beberapa orang dewasa yang mengalami penurunan fungsi organ dan aktivitas metabolisme, ada juga sejumlah yang lain yang tidak mengalami penurunan keadaan fungsional selama penuaan. Kekhasan ini menyebabkan timbulnya pembedaan antara penuaan yang "berhasil" dan yang "biasa" yang mencerminkan patologi yang lebih sering dikaitkan dengan kebiasaan hidup yang buruk antara lain pola menu makanan yang tidak sehat, merokok, gemar minum, jarang olahraga, dan faktor-faktor yang berhubungan dengan stres lainnya, daripada dengan penuaan itu sendiri.
Penuaan dini adalah proses dari penuaan kulit yang lebih cepat dari seharusnya. Banyak orang yang mulai melihat timbulnya kerutan kulit wajah pada usia yang relatif muda, bahkan pada usia awal 20-an. Hal ini biasanya disebabkan berbagai faktor baik internal maupun eksternal.
Faktor internal ini biasanya disebabkan oleh adanya gangguan dari dalam tubuh. Misalnya sakit yang berkepanjangan, serta kurangnya asupan gizi. Sedangkan faktor eksternal bisa terjadi karena sinar matahari, polusi, asap rokok, makanan yang tidak sehat dan lain sebagainya.
Struktur Kulit
Fakta Ilmiah Tentang Kulit
Pada usia muda, kulit baru akan muncul ke lapisan epidermis setiap 28 – 30 hari. Dengan bertambahnya usia, proses regenerasi berkurang secara cepat. Dan setelah usia di atas 50 tahun prosesnya menjadi sekitar 37 hari.
Lapisan dermis kulit adalah lapisan kulit yang bertanggung jawab terhadap sifat elastisitas, dan kehalusan kulit. Berfungsi mensuplai makanan untuk lapisan epidermis, dan sebagai fondasi bagi kolagen serta serat elastin.
Vitamin C merangsang dan meningkatkan produksi kolagen kulit dengan cara meningkatkan kemampuan perkembangbiakan sel fibroblast tua dermis.
Struktur Kolagen
Kolagen adalah komponen utama lapisan kulit dermis (bagian bawah epidermis) yang dibuat oleh sel fibroblast. Pada dasarnya kolagen adalah senyawa protein rantai panjang yang tersusun lagi atas asam amino alanin, arginin, lisin, glisin, prolin, serta hiroksiproline. Sebelum menjadi kolagen, terlebih dahulu terbentuk pro kolagen.
Bilamana produksi kolagen menurun seiring dengan bertambahnya usia, dampaknya adalah meningkatnya proses "kulit kering" serta sifat elastisitasnya. Lapisan dermis inilah yang bertanggung jawab akan sifat elastisitas dan kehalusan kulit (skin smoothness) yang merupakan kunci utama untuk disebut "awet muda" serta memiliki kulit indah (beautiful skin).
Proses Penuaan Kulit
Proses Penuaan pada Kulit
Penuaan kulit pada dasarnya terbagi atas 2 proses besar, yaitu penuaan kronologi (chronological aging) dan 'photo aging'. Penuaan kronologi ditunjukkan dari adanya perubahan struktur, dan fungsi serta metabolik kulit seiring berlanjutnya usia. Proses ini termasuk, kulit menjadi kering dan tipis; munculnya kerutan halus, adanya pigmentasi kulit (age spot).
Sedangkan proses 'photo aging' adalah proses yang menyangkut berkurangnya kolagen serta serat elastin kulit akibat dari paparan sinar UV matahari. Paparan sinar sinar UV yang berlebihan, dapat menyebabkan kerusakan kulit akibat munculnya enzim proteolisis dari radikal bebas yang terbentuk. Enzim ini selanjutnya memecahkan kolagen serta jaringan penghubung di bawah kulit dermis.
Sehingga dari pengetahuan kita mengenai fakta dan proses penuaan kulit yang merupakan penyebab penuaan dini, kita perlu melakukan tindakan yang tepat untuk menangani penuaan dini. Salah satu tindakan yang tepat untuk menangani penuaan dini adalah memakai produk antiaging yang tepat.
2.3 PENGERTIAN RADIKAL BEBAS
Radikal bebas adalah molekul yang kehilangan satu buah elektron dari pasangan elektron bebasnya, atau merupakan hasil pemisahan homolitik suatu ikatan kovalen. Elektron memerlukan pasangan untuk menyeimbangkan nilai spinnya, sehingga molekul radikal menjadi tidak stabil dan mudah sekali bereaksi dengan molekul lain, membentuk radikal baru. Radikal bebas dapat dihasilkan dari hasil metabolisme tubuh dan faktor eksternal seperti asap rokok, hasil penyinaran ultra violet, zat pemicu radikal dalam makanan dan polutan lain. Penyakit yang disebabkan oleh radikal bebas bersifat kronis, yaitu dibutuhkan waktu bertahun-tahun untuk penyakit tersebut menjadi nyata. Contoh penyakit yang sering dihubungkan dengan radikal bebas adalah serangan jantung,kanker, katarak dan menurunnya fungsi ginjal. Untuk mencegah atau mengurangi penyakit kronis karena radikal bebas diperlukan antioksidan.
Tubuh manusia dapat menetralisir radikal bebas ini, hanya saja bila jumlahnya berlebihan, maka kemampuan untuk menetralisirnya akan semakin berkurang. Merokok, misalnya, adalah kegiatan yang secara sengaja memasukkan berbagai jenis zat berbahaya yang dapat meningkatkan jumlah radikal bebas ke dalam tubuh. Tubuh manusia didesain untuk menerima asupan yang bersifat alamiah, sehingga bila menerima masukan seperi asap rokok, akan berusaha untuk mengeluarkan berbagai racun kimiawi ini dari tubuh melalui prosesmetabolisme, tetapi proses metabolisme ini pun sebenarnya menghasilkan radikal bebas. Pada intinya, kegiatan merokok sama sekali tidak berguna bagi tubuh, walau pun dapat ditemui perokok yang berusia panjang.
Radikal bebas yang mengambil elektron dari sel tubuh manusia dapat menyebabkan perubahan struktur DNA sehingga terjadi mutasi Bila perubahan DNA ini terjadi bertahun-tahun, maka dapat menjadi penyakit kanker. Tubuh manusia, sesungguhnya dapat menghasilkan antioksidan, tetapi jumlahnya sering sekali tidak cukup untuk menetralkan radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh. Atau sering sekali, zat pemicu yang diperlukan oleh tubuh untuk menghasilkan antioksidan tidak cukup dikonsumsi. Sebagai contoh, tubuh manusia dapat menghasilkan Glutathione, salah satu antioksidan yang sangat kuat, hanya saja, tubuh memerlukan asupan vitamin C sebesar 1.000 mg untuk memicu tubuh menghasilkan glutahione ini. Keseimbangan antara antioksidan dan radikal bebas menjadi kunci utama pencegahan stres oksidatif dan penyakit-penyakit kronis yang dihasilkannya.
2.4 PENGERTIAN ANTIOKSIDAN
Antioksidan adalah suatu senyawa kimia yang dalam kadar tertentu mampu menghambat atau memperlambat kerusakan lemak dan minyak akibat proses oksidasi. Produk pangan tersusun dari berbagai komponen seperti protein, karbohidrat, lemak dan zat-zat lain yang jumlahnya kecil. Produk pangan yang kaya lemak mempunyai resiko yang besar terhadap oksidasi lemak. Oksidasi lemak akan menyebabkan penurunan nilai gizi, rasa, flavor dari produk yang bersangkutan. Selain oksidasi lemak, dapat pula terjadi oksidasi pada karbohidrat dan pigmen yang terikat dengan protein. Oksidasi pada karbohidrat dapat menyebabkan terjadinya pemucatan warna dan hilangnya flavor.
Antioksidan adalah bahan tambahan pangan yang digunakan untuk mencegah terjadinya ketengikan pada makanan akibat proses oksidasi lemak atau minyak yang terdapat di dalam makanan. Adanya antioksidan dalam produk pangan akan mengurangi kecepatan proses oksidasi. Antioksidan dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu antioksidan alami dan antioksidan buatan.
Antioksidan alami di dalam produk pangan dapat berasal dari :
a) senyawa antioksidan yang sudah ada dari satu atau dua komponen pangan,
b) senyawa antioksidan yang terbentuk dari reaksi-reaksi selama proses pengolahan,
c) senyawa antioksidan yang diisolasi dari sumber alami dan ditambahkan ke makanan sebagai bahan tambahan pangan. Antioksidan alami yang banyak digunakan dalam bahan pangan adalah tokoferol.
Tokoferol merupakan antioksidan yang banyak terdapat pada kecambah dan kacang-kacangan yang telah mengalami proses germinasi. Tokoferol memiliki karakteristik berwarna kuning terang, cukup larut dalam lipida karena rantai C panjang. Terdapat empat bentuk tokoferol, yaitu α, ß, γ, dan δ tokoferol. Didalam jaringan hidup, aktivitas antioksidan tokoferol cenderung α > ß > γ > δ tokoferol, tetapi dalam makanan aktivitas antioksidan tokoferol terbalik δ > γ > ß > α tokoferol, urutan tersebut kadang bervariasi tergantung pada substrat dan kondisi-kondisi lain seperti suhu. Tokoferol sebagai antioksidan berfungsi sebagai pemberi atom hidrogen secara cepat ke radikal lipida (R*, ROO*) dan mengubahnya ke bentuk lebih stabil, sementara turunan radikal tokoferol (A*) tersebut memiliki keadaan lebih stabil dibanding radikal lipida
Dalam industri pangan, tokoferol sering ditambahkan kedalam produk pangan sebagai antioksidan untuk mencegah reaksi oksidasi, tokoferol termasuk antioksidan yang stabil terhadap asam, panas, dan alkali, tetapi dapat dirusak oleh oksigen dan proses oksidasi dapat dipercepat jika ada cahaya. Jenis produk yang sering ditambahkan tokoferol adalah lemak dan minyak, mentega, margarin, daging olahan atau awetan, ikan beku, ikan asin, dan lain-lain. Batas penambahan tokoferol tergantung jenis pangannya, misalnya untuk kaldu, batas penambahan tokoferol adalah 50 mg/kg dan pada produk makanan bayi sebesar 300 mg/kg. Komite ahli gabungan pangan FAO/WHO tentang bahan tambahan pangan telah menetapkan ADI (acceptable daily intake) tokoferol sebesar 0,15 - 2,00 mg/kg, kelebihan tokoferol dapat menyebakan keracunan, yang ditandai dengan sakit kepala, lemah dan selalu lelah, serta pusing yang disertai gangguan penglihatan.
Tubuh kita terdiri dari triliunan sel. Disetiap sel terjadi reaksi metabolisme yang sangat kompleks. Diantara reaksi metabolisme tersebut melibatkan oksigen, seperti yang kita ketahui oksigen adalah unsur yang sangat reaktif. Keterlibatan oksigen dalam reaksi metabolisme di dalam sel dapat menghasilkan apa yang disebut sebagai "reaktif spesies oksigen" seperti H2O2, radikal bebas hydroksil (·OH), dan anion superoksida ( O2-).
Zat ini secara nyata mampu memperlambat atau menghambat oksidasi zat yang mudah teroksidasi meskipun dalam konsentrasi rendah. Antioksidan juga sesuai didefinisikan sebagai senyawa-senyawa yang melindungi sel dari efek berbahaya radikal bebas oksigen reaktif jika berkaitan dengan penyakit, radikal bebas ini dapat berasal dari metabolisme tubuh maupun faktor eksternal lainnya. Radikal bebas adalah spesies yang tidak stabil karena memiliki elektron yang tidak berpasangan dan mencari pasangan elektron dalam makromolekul biologi. Protein lipida dan DNA dari sel manusia yang sehat merupakan sumber pasangan elektron yang baik. Kondisi oksidasi dapat menyebabkan kerusakan protein dan DNA, kanker, penuaan, dan penyakit lainnya.
Komponen kimia yang berperan sebagai antioksidan adalah senyawa golongan fenolik dan polifenolik Senyawa-senyawa golongan tersebut banyak terdapat dialam, terutama pada tumbuh-tumbuhan, dan memiliki kemampuan untuk menangkap radikal bebas. Antioksidan yang banyak ditemukan pada bahan pangan, antara lain vitamin E, vitamin C, dan karotenoid.
Antioksidan diharapkan aman dalam penggunaan atau tidak toksik, efektif pada konsentrasi rendah (0,01-0,02%), tersedia dengan harga cukup terjangkau, dan tahan terhadap proses pengolahan produk. Antioksidan penting dalam melawan radikal bebas, tetapi dalamkapasitas berlebih menyebabkan kerusakan sel.
Berdasarkan asalnya, antioksidan terdiri atas antioksigen yang berasal dari dalam tubuh (endogen) dan dari luar tubuh (eksogen). Adakalanya sistem antioksidan endogen tidak cukup mampu mengatasi stres oksidatif yang berlebihan. Stres oksidatif merupakan keadaan saat mekanisme antioksidan tidak cukup untuk memecah spesi oksigen reaktif.Oleh karena itu, diperlukan antioksidan dari luar (eksogen) untuk mengatasinya.
Ada dua macam antioksidan berdasarkan sumbernya, yaitu antioksidan alami dan antioksidan sintetik .
Antioksidan alami biasanya lebih diminati, karena tingkat keamanan yang lebih baik dan manfaatnya yang lebih luas dibidang makanan, kesehatan dan kosmetik. Antioksidan alami dapat ditemukan pada sayuran, buah-buahan, dan tumbuhan berkayu. Metabolit sekunder dalam tumbuhan yang berasal dari golongan alkaloid, flavonoid, saponin, kuinon, tanin, steroid/ triterpenoid. Quezada et al. (2004) menyatakan bahwa fraksi alkaloid pada daun "Peumus boldus" dapat berperan sebagai antioksidan. Zin "et al". (2002) menyatakan bahwa golongan senyawa yang aktif sebagai antioksidan pada batang, buah, dan daun mengkudu berasal dari golongan flavonoid. Gingseng yang berperan sebagai antioksidan, antidiabetes, antihepatitis,antistres, dan antineoplastik, mengandung saponin glikosida (steroid glikosida) Uji aktivitas antioksidan yang dilakukan pada daun "Ipomea pescaprae" menunjukkan keberadaan senyawa kuinon, kumarin, dan furanokumarin. Tanin yang banyak terdapat pada teh dipercaya memiliki aktivitas antioksidan yang tinggi. Sementara itu, Iwalokum "et al".(2007) menyatakan bahwa "Pleurotus ostreatus" yang mengandung triterpenoid, tanin, dan sterois glikosida dapat berperan sebagai antioksidan dan antimikrob.
A. Penggolongan Antioksidan berdasarkan mekanisme kerjanya
Berdasarkan mekanisme kerjanya, antioksidan dibedakan menjadi antioksidan primer yang dapat bereaksi dengan radikal bebas atau mengubahnya menjadi produk yang stabil , dan antioksidan sekunder atau antioksidan preventif yang dapat mengurangi laju awal reaksi rantai serta antioksidan tersier. Mekanisme kerja antioksidan selular menurut Ong et al. (1995) antara lain, antioksidan yang berinteraksi langsung dengan oksidan, radikal bebas, atau oksigen tunggal; mencegah pembentukan jenis oksigen reaktif; mengubah jenis oksigen rekatif menjadi kurang toksik; mencegah kemampuan oksigen reaktif; dan memperbaiki kerusakan yang timbul.
1) Antioksidan primer
Antioksidan primer berperan untuk mencegah pembentukan radikal bebas baru dengan memutus reaksi berantai dan mengubahnya menjadi produk yang lebih stabil. Contoh antioksidan primer, ialah enzim superoksida dimustase (SOD), katalase, dan glutation dimustase.
Antioksidan primer juga senyawa yang dapat menghentikan reaksi berantai pembentukan radikal yang melepaskan hidrogen.Zat-zat yang termasuk golangan ini dapat berasal dari alam dan dapat pula buatan (sintetis). Antioksidan alam antara lain : toko fenol, lesitin,sesamol, fosfasida, dan asam askrobat. Antioksidan buatan adalah senyawa-senyawa fenol, misalnya : butylated hidroxytoluene (BHT).
2) Antioksidan Sekunder
Antioksidan sekunder berfungsi menangkap senyawa radikal serta mencegah terjadinya reaksi berantai.Contoh antioksidan sekunder diantaranya yaitu vitamin E, Vitamin C, dan β-karoten. Antioksidan sekunder juga suatu senyawa yang dapat mencegah kerja prooksidan yaitu faktor-faktor yang mempercepat terjadinya reaksi oksidasi terutama logam-logam seperti:Fe, Cu, Pb, Mn.
Beberapa macam senyawa yang dapat digunakan sebagai antioksidan.
No
Antioksidan
No
Antioksidan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Asam askorbat
Asam sitrat
Asam galakturonal
-Tocopherol
-Tocopherol
-Conidendrol
-Conidendrol
Norconidendrol
Gum-guaial
Hydroquinone
Sesamol
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Propyl gallate
Lauryl gallate
Asam gallate
Butylated Hidroxytoluena (BHT)
Butylated Hidroxyanisole (BHA)
Hexyl gallate
Di-ter-butyl-p-cresol
Nordhydroquaiaretic acid
Lechithin
Catechol
3) Antioksidan Tersier
Antioksidan tersier berfungsi memperbaiki kerusakan sel dan jaringan yang disebabkan oleh radikal bebas.Contohnya yaitu enzim yang memperbaiki DNA pada inti sel adalah metionin sulfoksida reduktase.
B. Metode pengujian antioksidan
Beberapa metode uji yang digunakan untuk melihat aktivitas antioksidan
1) Metode DPPH
Salah satu metode yang digunakan untuk pengujian aktivitas antioksidan adalah metode DPPH. Metode DPPH didasarkan pada kemampuan antioksidan untuk menghambat radikal bebas dengan mendonorkan atom hidrogen. Perubahan warna ungu DPPH menjadi ungu kemerahan dimanfaatkan untuk mengetahui aktivitas senyawa antioksidan. Metode ini menggunakan kontrol positif sebagai pembanding untuk mengetahui aktivitas antioksidan sampel. Kontrol positif ini dapat berupa tokoferol, BHT, dan vitamin C. Uji aktivitas antioksidan dengan metode DPPH menggunakan 1,1-difenil-2-pikrilhidra-zil (DPPH) sebagai radikal bebas. Prinsipnya adalah reaksi penangkapan hidrogen oleh DPPH dari senyawa antioksidan , misalnya troloks, yang mengubahnya menjadi 1,1-difenil-2-pikrilhidrazin.
2) Metode CR
Larutan Ce(IV) sulfat yang diberikan pada sampel akan menyerang senyawa antioksidan. Senyawa antioksidan dapat berperan sebagai pemindah elektron, maka perusakan struktur oleh elektron reaktif yang berasal dari oksidator kuat seperti Ce(IV) tidak terjadi. Metode ini berdasarkan spektrofotometri yang pengukurannya dilakukan pada panjang gelombang 320 nm. Panjang gelombang ini digunakan untuk mengukur Ce(IV) yang tidak bereaksi dengankuersetin dan senyawa flavonoid lain. Kapasitas reduksi Ce(IV) pada sampel dapat diukurkonsentrasi dan pH larutan yang sesuai membuat Ce (IV) hanya mengoksidasi antioksidan , dan bukan senyawa organik lain yang mungkin teroksidasi. Hal ini membuat penentuan panjang gelombang maksimum dan nilai pH larutan penting untuk diketahui dan dijaga selama pengukuran agar tidak terjadi pergeseran panjang gelombang selama pengukuran.
C. Mekanisme Kerja Antioksidan
Mekanisme antioksidan dalam menghambat oksidasi atau menghentikan reaksi berantai pada radikal bebas dari lemak yang teroksidasi, dapat disebabkan oleh 4(empat) macam mekanisme reaksi yaitu :
1. pelepasan hidrogen dari antioksidan.
2. pelepasan elektron dari antioksidan.
3. addisi asam lemak ke cicin aromatik pada antioksidan.
4. pembentukan senyawa kompleks antara lemak dan cicin aromatik dari antioksidan.
Prinsip kerja dari pada antioksidan dalam menghambat otooksidan pada lemak dapat dilihat sebagai berikut : " oksigen bebas di udara akan mengoksidaksi ikatan rangkap pada asam lemak yang tidak jenuh. Kemudian radikal bebas yang terbentuk akan bereaksi dengan oksigen sehingga akan menghasilkan peroksida aktif."
RH + O2 --> R* + OOH
Asam lemak tidak jenuh Oksigen Radikal bebas
R* + O2 --> ROO
Radikal bebas oksigen Peroksida aktif
Apabila dalam suatu asam lemak yang terdapat dalam minyak tidak mengandung antioksidan, maka peroksida aktif akan bereaksi dengan ikatan rangkap lemak.
O H
Energi
R1 C C C C R2 + *OH R1 C H + CH2 + CH C R2 + *OH
O* panas + sinar
Alkoksi peroksida Aldehid
Apabila ditambah suatu antioksidan, maka peroksida aktif akan bereaksi dengan antioksidan tersebut. Sehingga pembentukan radikal abebas dapat dihentikan dengan penambahan suatu antioksidan.
D. Jenis Antioksidan
Antioksidan dibagi dalam dua golongan besar yaitu yang larut dalam air dan larut dalam lemak. Setiap golongan dibagi lagi dalam grup yang lebih kecil. Sebagai contoh adalah antioksidan dari golongan vitamin, yang paling terkenal adalah Vitamin C dan Vitamin E. Vitamin C banyak kita peroleh pada buah-buahan sedangkan vitamin E banyak diperoleh dari minyak nabati.
Antioksidan dari golongan Enzim seperti golongan enzim Superoksida Dismutse (SODs), Katalase, dan Peroksidase. Antioksidan golongan Karotenoid seperti likopen dan Karoten yang banyak terdapat pada buah dan sayuran.
Golongan antioksidan lain yang terkenal adalah antioksidan dari senyawa polifenol dan yang paling banyak diteliti adalah dari golongan flavonoid yang terdiri dari flavonols, flavones, catechins, flavanones, anthocyanidins, dan isoflavonoids. Sumber senyawa polifenol adalah dari teh, kopi, buah-buahan, minyak zaitun, cinnamon, strawberry dan sebagainya.Contohnya yang terkenal adalah Resveratrol yang ditemukan pada buah anggur, Epigalokatekingalat adalah contoh senyawa polifenol yang terdapat pada teh hijau, theaflavin pada teh hitam dan sebagainya.
Antioksidan digunakan luas sebagai bahan kandungan suplemen makanan dengan harapan dapat membantu menjaga kesehatan dan mencegah penyakit-penyakit seperti kankerdan sakit jantung koroner. Walaupun kajian awal mensugestikan bahwa suplemen antioksidan mungkin dapat meningkatkan kesehatan, uji klinis lebih lanjut dalam skala besar tidak berhasil mendeteksi adanya keuntungan-keuntungan tersebut. Sebaliknya, asupan suplemen yang berlebihan malah dapat membahayakan tubuh. Selain itu, senyawa-senyawa antioksidan juga digunakan secara luas untuk keperluan industri, misalnya sebagai zat pengawet makanan dankosmetik.
BAB III
PEMBAHASAN
Reaksi reduksi oksidasi adalah reaksi yang ditandai dengan adanya serah terima elektron dari satu partikel kepada partikel yang lain. Reaksi redoks dapat diketahui dengan melihat perubahan bilangan oksidasi (BO) atom – atom sebelum dan sesudah reaksi. Atom yang BO-nya naik mengalami oksidasi atau melepas elektron, sedangkan yang BO-nya turun adlah reduksi atau menerima elektron.
Partikel (unsur , ion, atau senyawa yang dapat mengoksidasi partikel lain disebut pengoksidasi, tetapi ia sendiri terreduksi. Sebaliknya partikel yang mereduksi partikel lain disebut pereduksi, tetapi ia sendiri teroksidasi.
Pengoksidasi , partikel akan bersifat pengoksidasi bila ia mempunyai kecenderungan menarik elektron dari partikel lain. Pereduksi, partikel bersifat pereduksi bila mempunyai elektron yang terikat lemah, sehingga mudah lepas dan ditarik oleh partikel lain.
reaksi oksidasi kulit tubuh pada manusia atau proses penuaan memiliki berbagai faktor utama dalam reaksi oksidasi reduksi ini terutama adanya radikal bebas di alam yang cenderung berada bebas di alam, yang elektronnya sangat lemah dan mudah berikatan dengan elektron lain di sekitarnya sehingga elektron dari radikal bebas berusaha untuk mencari pasangan elektron di lingkungan tersebut. Sehingga dari reaksi ini ada peristiwa penerimaan elektron dari partikel lain dan ada pelepasan elektron dari partikel lainnya. Radikal bebas dapat dihasilkan dari hasil metabolisme tubuh dan faktor eksternal seperti asap rokok, hasil penyinaran ultra violet, zat pemicu radikal dalam makanan dan polutan lain. Penyakit yang disebabkan oleh radikal bebas bersifat kronis, untuk mencegah atau mengurangi penyakit kronis karena radikal bebas diperlukan antioksidan.
Proses penuaan, pada umumnya semua sel jaringan organ tubuh dapat menangkal serangan radikal bebas karena di dalam sel terdapat sejenis enzim khusus yang mampu melawannya, tetapi karena manusia secara alami mengalami degradasi atau kemunduran seiring dengan peningkatan usia, akibatnya pemusnahan radikal bebas tidak dapat terpenuhi dengan baik, maka Kerusakan jaringan terjadi secara perlahan-lahan. Contohnya: di kulit menjadi keriput karena kehilangan elastisitas jaringan kolagen serta otot, terjadinya bintik pigmen kecoklatan /flek pikun, parkinson, Alzheimer karena dinding sel saraf yang terdiri dari asam lemak tak jenuh ganda merupakan serangan empuk dari radikal bebas.
Istilah radikal bebas mengarah pada setiap molekul yang memiliki satu elektron bebas, dan elektron bebas inilah yang bereaksi dengan merusak molekul sehat di dalam tubuh. Karena molekul radikal bebas memiliki elektron ekstra, molekul ini membentuk beban negatif ekstra. Ketidakseimbangan energi ini menyebabkan radikal bebas mengikatkan diri ke molekul seimbang lain sebagai upaya untuk "mencuri" elektron. Hal ini menyebabkan molekul seimbang menjadi tidak seimbang dan akhirnya molekul ini pun menjadi radikal bebas. Sebagai analogi, hal ini dapat diibaratkan seperti tabrakan mobil beruntun yang merusak satu persatu bumper mobil secara beruntun.
Radikal bebas di dalam tubuh dapat berasal dari diet, obat-obatan, gaya hidup yang tidak sehat (seperti merokok dan alkohol), radiasi, dan lain-lain. Namun radikal bebas juga dapat diproduksi secara alami di dalam tubuh, yang merupakan hasil produksi energi, terutama di dalam mitokondria. Proses sederhana dari makan, minum, dan bernapas membentuk radikal bebas dari siklus produksi energi, saat tubuh memproduksi molekul energi universal Adenosine Triphosphate (ATP). Dalam hal ini, oksigen merupakan produser radikal bebas yang poten.
Radikal bebas juga diketahui merusak struktur membran sel, yang kemudian membentuk produk sampah metabolik. Akumulasi racun-racun ini mempengaruhi komunikasi antar sel, merusak DNA, RNA, dan sintesis protein, menurunkan level energi dan secara umum merusak proses kimia penting dalam tubuh.
Namun, radikal bebas dapat diubah oleh molekul yang melawan aksi radikal bebas yang disebut antioksidan. Antioksidan tertentu akan mengikat radikal bebas tertentu dan membantu menstabilkannya.
Radikal bebas terdapat dalam berbagai derajat berdasarkan kekuatan merusaknya, dari hydroxyl-radikal hingga superoxide-radikal di level tertinggi. Hal ini lah yang menyebabkan diperlukannya mengambil sampel antioksidan yang mewakili keseluruhan untuk proses eliminasi munculnya radikal bebas, atau dengan kata lain radikal bebas dengan daya merusak tinggi dapat dipecah menjadi beberapa radikal bebas berdaya rusak lebih rendah.
Beberapa sampel antioksidan luas termasuk zat-zat seperti beta-karoten, vitamin C, ekstrak biji buah anggur, vitamin E, dan juga beberapa zat yang mungkin lebih kuat seperti Hydergine, Melatonin dan Vinpocetine. Dari teori ini dapat diambil kesimpulan pentingnya antioksidan sebagai upaya untuk melawan efek radikal bebas yang menjadi salah satu penyebab proses penuaan.
Antioksidan dapat didefinisikan sebagai suatu zat yang dapat menghambat / memperlambat proses oksidasi. Oksidasi adalah jenis reaksi kimia yang melibatkan pengikatan oksigen, pelepasan hydrogen, atau pelepasan elektron. Proses oksidasi adalah peristiwa alami yang terjadi di alam dan dapat terjadi dimana-mana tak terkecuali di dalam tubuh kita.
Oksigen dilibatkan pada reaksi metabolisme. Seperti yang diketahui oksigen adalah unsur yang sangat reaktif. Keterlibatan oksigen dalam reaksi metabolisme di dalam sel dapat menghasilkan apa yang disebut sebagai "reaktif spesies oksigen" seperti H2O2, radikal bebas hydroksil (·OH), dan anion superoksida ( O2-).
Molekul-molekul ini memang diperlukan tubuh misalnya untuk menjalankan sistem metabolisme dan memberi signal pada sistem syaraf akan tetapi apabila jumlahnya berlebihan seperti pengaruh gaya hidup (merokok, stress, konsumsi obat, polusi lingkungan, pengaruh zat kimia tertentu pada tubuh, radiasi, dll) maka dapat merusak sel dengan cara memulai reaksi berantai lipid, mengoksidasi DNA dan protein. Oksidasi DNA berakibat adanya mutasi dan timbulnya kanker sedangkan oksidasi protein mengakibatkan nonaktifnya enzim yang dapat menghambat proses metabolisme. Disinilah pentinganya kita mengkonsumsi antioksidan.
Jika di suatu tempat terjadi reaksi oksidasi dimana reaksi tersebut menghasilkan hasil samping berupa radikal bebas (·OH) maka tanpa adanya kehadiran antioksidan radikal bebas ini akan menyerang molekul-molekul lain disekitarnya. Hasil reaksi ini akan dapat menghasilkan radikal bebas yang lain yang siap menyerang molekul yang lainnya lagi. Akhirnya akan terbentuk reaksi berantai yang sangat membahayakan.
Berbeda halnya bila terdapat antioksidan. Radikal bebas akan segera bereaksi dengan antioksidan membentuk molekul yang stabil dan tidak berbahaya. Reaksi pun berhenti sampai disini.
1. Tanpa adanya antioksidan maka,
Reaktan Produk + (-OH)
OH + (DNA,protein, lipid) Produk + Radikal bebas yang lain
Radikal bebas yang lain akan memulai reaksi yang sama dengan molekul yang adadisekitarnya.
2. Dengan adanya antioksidan
Reaktan Produk + ·OH
OH + antioksidan Produk yang stabil
Mengapa antioksidan cenderung bereaksi dengan radikal bebas terlebih dahulu dibandingkan dengan molekul yang lain? Antioksidan bersifat sangat mudah teroksidasi atau bersifat reduktor kuat dibanding dengan molekul yang lain. Jadi keefektifan antioksidan bergantung dari seberapa kuat daya oksidasinya dibanding dengan molekul yang lain. Semakin mudah teroksidasi maka semakin efektif antioksidan tersebut.
BAB IV
PENUTUP
1. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah disampaikan dapat diambil kesimpulan bahwa:
a. Dalam reaksi redoks terjadi adanya partikel (unsur, ion, atau senyawa) yang melepaskan elektron dan partikel (unsur, ion, atau senyawa) lain menangkap elektron.
b. Proses penuaan terjadi karena adanya faktor dari luar dan dalam. Faktor dari luar disebabkan oleh radikal bebas yang memiliki elektron ekstra, dan jika berikatan dengan elektron yang ada pada tubuh dapat merusak molekul-molekul di dalam tubuh tubuh yang menyebabkan penuaan dini.
c. Penuaan dapat diperlambat dengan cara mengkonsumsi antioksidan yang ada pada berbagai macam buah dan sayuran. Antioksidan dapat mengurangi aktivitas oksidasi pada tubuh, sehingga memperlambat proses penuaan.
2. SARAN
Gunakanlah antioksidan yang alami, yang berasal dari buah-buahan dan sayuran daripada menggunakan antioksidan buatan atau sintetik, ditakutkan adnya indikasi atau efek samping dari antioksidan buatan.
Penerapan Konsep Reaksi Redoks dalam Pengolahan Limbah (Lumpur Aktif)
Salah satu penerapan konsep reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari adalah dalam bidang pengolahan limbah. Prinsip dasar yang dipergunakan adalah teroksidasinya bahan-bahan organik maupun anorganik, sehingga lebih mudah diolah lebih lanjut.
Limbah merupakan salah satu pencemar lingkungan yang perlu dipikirkan cara-cara mengatasinya. Untuk menjaga dan mencegah lingkungan tercemar akibat akumulasi limbah yang semakin banyak, berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk memperoleh teknik yang tepat dan efisien sesuai kondisi lokal.
Berbagai tipe penanganan limbah cair dengan melibatkan mikroorganisme telah dikerjakan di Indonesia, yaitu sedimentasi, kolam oksidasi, trickling filter, lumpur aktif (activated sludge), dan septic tank. Pada uraian ini akan kita pelajari salah satu teknik saja, yaitu teknik lumpur aktif (activated sludge).
Proses lumpur aktif (activated sludge) merupakan sistem yang banyak dipakai untuk penanganan limbah cair secara aerobik. Lumpur aktif merupakan metode yang paling efektif untuk menyingkirkan bahan-bahan tersuspensi maupun terlarut dari air limbah. Lumpur aktif mengandung mikroorganisme aerobik yang dapat mencerna limbah mentah. Setelah limbah cair didiamkan di dalam tangki sedimentasi, limbah dialirkan ke tangki aerasi. Di dalam tangki aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam tangki aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium,
dan Pseudomonas. Bakter-bakteri tersebut membentuk gumpalan- gumpalan atau flocs. Gumpalan tersebut melayang yang kemudian mengapung di permukaaan limbah.
Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi(membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reactor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.
Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:
1. Tahap awal
Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, dan kerikil. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.
2. Tahap primer
Tahap ini disebut juga tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit seperti FeCl3, FeCl2, Al2(SO4)3, dan CaO.
3. Tahap sekunder
Tahap sekunder meliputi 2 tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap seperti H2S dan NH3 sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.
4. Tahap tersier
Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:
a. Nitrifikasi/denitrifikasi
Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat (NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:
2 NH4+(aq) + 3 O2(g) -> 2 NO2-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)
2 NO2- (aq) +O2(g)à2 NO3- (aq)
Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.
Senyawa NO3 à gas nitrogen bebas
b. Pemisahan fosfor
Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/ penggumpalan dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring.
Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq)à2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq) + 14 H2O(l)
5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq)à Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)
c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.
d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan virus.
e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih tersisa dalam air limbah.
5. Disinfektan
Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organic penyebab bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan industri, contoh: Cl2. Reaksi: Cl2(g) + H2O(l)àHClO(aq) + H+(aq) + Cl-(aq)
6. Pengolahan padatan lumpur
Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.
Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif menemui kendala-kendala seperti:
1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya berlangsung lama.
2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.
3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.
Konsep reaksi reduksi dan oksidasi mengalami perkembangan seiring kemajuan ilmu kimia. Awalnya, sekitar abad 18, konsep reaksi redoks didasarkan atas reaksi oksidasi yang melibatkan penggabungan oksigen dan reaksi reduksi yang melibatkan pelepasan oksigen, dilanjutkan dengan konsep pelepasan dan penerimaan elektron, lalu konsep kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi, serta perkembangan terakhir dengan konsep pelepasan dan pengikatan hidrogen.
B. Pengaplikasian Konsep Reaksi Redoks Untuk Mengatasi Limbah Cair
Salah satu jenis limbah dalam air kotor adalah limbah organik, yaitu limbah yang merupakan sisa-sisa makhluk hidup. Limbah seperti itu dapat berasal dari rumah tangga maupun industri. Limbah organik dapat diolah dengan memanfaatkan aksi bakteri pengurai yang disebut bakteri aerob. Air kotor (sewage) mengandung berbagai macam limbah, seperti bahan organik, lumpur minyak, oli, bakteri pathogen, virus, garam-garaman, pestisida, detergen, logam berat, dan berbagai macam limbah plastik. Oleh karena itu, air kotor harus diproses untuk mengurangi sebanyak mungkin limbah-limbah tersebut.
Berbagai macam parameter digunakan untuk menggambarkan untuk menggambarkan keadaan air limbah misalnya kekeruhan, zat padat tersuspensi, kandungan zat padat terlarut, keasaman (pH), jumlah oksigen terlarut (Dissolved Oxygen = DO), dan kebutuhan oksigen biokimia (Biochemical Oxygen Demand = BOD).
DO adalah ukuran jumlah oksigen terlarut. Oksigen terlarut dapat berasal dari udara atau dari hasil fotosintesis tumbuhan air. Oksigen terlarut ini dibutuhkan oleh hewan-hewan air untuk pernafasannya. Hewan-hewan air dapat bertahan hidup jika kandungan oksigenminimal 6 ppm. Jika konsentrasi oksigen terlarut kurang dari 6 ppm, kehidupan organisme akan terancam mati. Semakin kecil nilai DO, semakin rendah kualitas air, atau dapat dikatakan air terpolusi.
Oksigen terlarut juga digunakan oleh bakteri aerob dalam menguraikan sampah organik (oxygen-demanding materials) yang terdapat dalam air. Banyaknya oksigen yang diperlukan oleh bakteri aerob untuk menguraikan sampah organik dalam suatu contoh air disebut BOD. Semakin banyak sampah organik dalam air, semakin besar nilai BOD.
1. Pengolahan Air Limbah dengan Proses Lumpur Aktif
Lumpur aktif (activated sludge) adalah lumpur yang kaya akan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi (oxygen-demanding materials).
Pengolahan air limbah dengan proses lumpur aktif konvensional (standar) secara umum terdiri dari bak pengendap awal, bak aerasi dan bak pengendap akhir. Secara umum proses pengolahannya adalah air limbah ditampung ke dalam bak penampung air limbah. Bak penampung ini berfungsi sebagai bak pengatur debit air limbah serta dilengkapi saringan kasar untuk memisahkan kotoran yang besar. Kemudian air limbah dalam bak penampung di pompa ke dalam bak pengendap awal.
Bak pengendap awal berfungsi untuk menurunkan padatan tersuspensi (suspended solids) sekitar 30 – 40 %, serta BOD sekitar 25 %. Air limpasan dari bak pengendap awal dialirkan ke bak aerasi secara gravitasi. Di dalam bak aerasi, bakteri heterotrofik berkembang dengan pesatnya. Bakteri tersebut diaktifkan dengan adanya aliran udara (oksigen) untuk melakukan oiksidasi bahan-bahan organik. Bakteri yang aktif dalam bak aerasi adalah Escherichia coli, Enterobacter, Sphaerotilus natans, Beggatoa, Achromobacter, Flavobacterium, danPseudomonas. Setelah itu akan mengalami flokulasi membentuk padatan yang lebih mudah mengendap.
Dari bak pengendapan, sebagian lumpur dibuang, sebagian lain disirkulasikan ke dalam bak aerasi. Kombinasi antara bakteri dalam konsentrasi tinggi dan lapar (dalam lumpur yang disirkulasi) dengan jumlah nutrien yang banyak (dalam air kotor), memungkinkan penguraian dapat berlangsung dengan cepat. Peruraian dengan metode lumpur aktif hanya memerlukan beberapa jam, jauh lebih cepat dibandingkan dengan peruraian serupa yang terjadi secara alami dalam selokan atau air sungai.
Metode lumpur aktif memanfaatkan mikroorganisme (terdiri ± 95% bakteri dan sisanya protozoa, rotifer, dan jamur) sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung di dalam air limbah. Proses lumpur aktif merupakan proses aerasi (membutuhkan oksigen). Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok (lumpur) yang terdispersi sehingga terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reaktor yang dilengkapi recycle/umpan balik lumpur dan cairannya. Lumpur secara aktif mereduksi substrat yang terkandung di dalam air limbah.
Tahapan-tahapan pengolahan air limbah dengan metode lumpur aktif secara garis besar adalah sebagai berikut:
1. Tahap awal
Pada tahap ini dilakukan pemisahan benda-benda asing seperti kayu, bangkai binatang, pasir, kerikil, dll. Sisa-sisa partikel digiling agar tidak merusak alat dalam sistem dan limbah dicampur agar laju aliran dan konsentrasi partikel konsisten.
2. Tahap primer
Tahap ini disebut tahap pengendapan. Partikel-partikel berukuran suspensi dan partikel-partikel ringan dipisahkan, partikel-partikel berukuran koloid digumpalkan dengan penambahan elektrolit.
3. Tahap sekunder
Tahap sekunder meliputi dua tahap yaitu tahap aerasi (metode lumpur aktif) dan pengendapan. Pada tahap aerasi oksigen ditambahkan ke dalam air limbah yang sudah dicampur lumpur aktif untuk pertumbuhan dan berkembang biak mikroorganisme dalam lumpur. Dengan agitasi yang baik, mikroorganisme dapat melakukan kontak dengan materi organik dan anorganik kemudian diuraikan menjadi senyawa yang mudah menguap sehingga mengurangi bau air limbah. Tahap selanjutnya dilakukan pengendapan. Lumpur aktif akan mengendap kemudian dimasukkan ke tangki aerasi, sisanya dibuang. Lumpur yang mengendap inilah yang disebut lumpur bulki.
4. Tahap tersier
Tahap ini disebut tahap pilihan. Tahap ini biasanya untuk memisahkan kandungan zat-zat yang tidak ramah lingkungan seperti senyawa nitrat, fosfat, materi organik yang sukar terurai, dan padatan anorganik. Contoh-contoh perlakuan pada tahap ini sebagai berikut:
a. Nitrifikasi/denitrifikasi
Nitrifikasi adalah pengubahan amonia (NH3 dalam air atau NH4+) menjadi nitrat (NO3-) dengan bantuan bakteri aerobik. Reaksi:
2 NH4+(aq) + 3 O2(g) 2 NO2-(aq) + 2 H2O(l) + 4 H+(aq)
2 NO2- (aq) +O2(g) 2 NO3- (aq)
Denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi gas nitrogen bebas seperti N2, NO, dan NO2.
b. Pemisahan fosfor
Fosfor dapat dipisahkan dengan cara koagulasi/penggumpalan dengan garam Al dan Ca, kemudian disaring. Reaksi:
Al2(SO4)3+14H2O(s) + 2 PO43-(aq) 2 AIPO4(s) + 3 SO42-(aq) + 14 H2O(l)
5 Ca(OH)2(s) + 3 HPO42-(aq) Ca5OH(PO4)3(s) + 6 OH-(aq) + 3 H2O(l)
c. Adsorbsi oleh karbon aktif untuk menyerap zat pencemar, pewarna, dan bau tak sedap.
d. Penyaringan mikro untuk memisahkan partikel kecil seperti bakteri dan virus.
e. Rawa buatan untuk mengurai materi organik dan anorganik yang masih tersisa dalam air limbah.
5. Disinfektan
Disinfektan ditambahkan pada tahap ini untuk menghilangkan mikroorganisme seperti virus dan materi organik penyebab bau dan warna. Air yang keluar dari tahap ini dapat digunakan untuk irigasi atau keperluan industri.
6. Pengolahan padatan lumpur
Padatan lumpur dari pengolahan ini dapat diuraikan bakteri aerobik atau anaerobik menghasilkan gas CH4 untuk bahan bakar dan biosolid untuk pupuk.
Akan tetapi dalam pelaksanaannya metode lumpur aktif menemui kendala-kendala seperti:
1. Diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, karena prosesnya berlangsung lama.
2. Menimbulkan limbah baru yakni lumpur bulki akibat pertumbuhan mikroba berfilamen yang berlebihan.
3. Proses operasinya rumit karena membutuhkan pengawasan yang cukup ketat.
Berdasarkan berbagai penelitian, kelemahan metode lumpur aktif tersebut dapat diatasi dengan cara Menambahkan biosida, yaitu H2O2 atau klorin ke dalam unit aerasi. Penambahan 15 mg/g dapat menghilangkan sifat bulki lumpur hingga dihasilkan air limbah olahan cukup baik. Klorin dapat menurunkan aktivitas mikroba yang berpotensi dalam proses lumpur aktif.
BAB 3
PENUTUP
A. Kesimpulan
Konsep Redoks dapat digunakan dalam proses pemecahan masalah lingkungan dan kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapankonsep redoks adalah pengolahan air kotor atau limbah dengan metode lumpur aktif. Lumpur adalah materi yang tidak larut yang selalu nampak kehadirannya di dalam setiap tahap pengolahan, tersusun oleh serat-serat organik yang kaya akan selulosa dan di dalamnya terhimpun kehidupan mikroorganisme. Lumpur aktif adalah lumpur yang kaya dengan bakteri aerob, yaitu bakteri yang dapat menguraikan limbah organik dengan cara mengalami biodegradasi.
Pengolahan air limbah dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu tahap primer, sekunder, dan tersier. Pengolahan tahap primer dimaksudkan untuk memisahkan sampah yang tidak larut air, seperti lumpur, oli, dan limbah kasar lainnya. Hal ini dapat dilakukan dengan penyaringan dan pengendapan (sedimentasi). Tahap sekunder dimaksudkan untuk menghilangkan BOD, yaitu dengan cara mengoksidasinya. Selanjutnya, tahap tersier dimaksudkan untuk menghilangkan sampah lain yang masih ada, seperti limbah organikberacun, logam berat, dan bakteri. Pengolahan tahap tersier dilakukan untuk pengolahan air bersih.
Tahap sekunder dilakukan untuk menururunkan nilai BOD sehingga kadar oksigen meningkat. Kecepatan aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan limbah organik dapat ditingkatkan dengan melibatkan lumpur aktif. Proses ini melibatkan reaksi oksidasi limbah organik sebagai berikut.
(CH2O)n + nO2 nCO2 +nH2O + panas
Nilai BOD dapat menurun hingga 90% jika mengggunakan lumpur aktif. Semakin kecil nilai BOD, semakin sedikit mikroorganisme yang menguraikan limbah organik di dalam air. Hal ini menunjukan bahwa semakin sedikit limbah organik didalam air. Dengan demikian, dapat disimpulkan semakin kecil nilai BOD, semakin tinggi kualitas air.
