Transformasi Sisa Nanas kepada Produk Kimia Mesra Alam

Penulis: Swaathika A/P Suresh, Ts. Dr. Abdullah Amru Indera Luthfi

Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Ketua Sub-bidang (Teknologi Fermentasi),
Pusat Penyelidikan Teknologi Proses Mampan (CESPRO),
Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina, UKM

Industri makanan berasaskan pertanian semakin bertambah dengan pesat pada masa kini seiring dengan pertumbuhan populasi manusia yang turut meningkat. Statistik terkini melaporkan bahawa pengeluaran global tanaman utama meningkat sebanyak 52% antara tahun 2000 dan 2020, kepada 9.3 bilion tan pada tahun 2020. Salah satu sisa pertanian yang banyak dihasilkan adalah nanas.

Nanas (Ananas comosus) adalah buah tropika kedua terpenting di dunia dengan pengeluaran global sebanyak 25.9 juta tan. Berdasarkan Pangkalan Data Statistik Korporat Pertubuhan Makanan dan Pertanian (FAOSTAT) pada tahun 2021, Malaysia berada di kedudukan ke-5 tertinggi dari segi hasil pengeluaran nanas. Dengan permintaan nanas yang semakin meningkat di seluruh dunia, amalan tradisi pengurusan sisa nanas menjadi kebimbangan utama. Hal ini kerana, hampir 75% kandungan nanas yang terdiri daripada kulit, teras dan jambulnya dibuang ke tapak pelupusan lalu menyebabkan pencemaran alam sekitar. Sisa nanas juga menyebabkan keadaan pH dan permintaan oksigen biokimia (BOD) yang tinggi disebabkan ia terdiri daripada pepejal terampai dan bahan organik dengan kepekatan yang tinggi.

Oleh itu, antara kaedah yang mampan untuk menguruskan sisa nanas adalah dengan mengeksploitasi sisa nanas menjadi produk berharga kerana sifat dan komposisi biojisim nanas yang kaya dengan karbohidrat dan mengandungi sejumlah besar sifat antioksidan, gula, sebatian fenolik, serat tinggi dan protein. Asetik asid merupakan salah satu produk berharga yang dapat dihasilkan daripada sisa nanas. Asetik asid juga dikenali sebagai asid etanoik. Ia mempunyai formula kimia CH₃COOH dan berbentuk cecair. Di samping itu, asid ini digunakan dalam pelbagai industri seperti industri makanan, industri kimia, industri farmaseutikal bagi pengeluaran asid amino, vitamin dan antibiotik serta diganakan dalam industri tekstil. Nilai pasaran asid asetik adalah sebanyak kira-kira RM 106 bilion pada tahun 2022 dan dianggarkan akan meningkat sebanyak RM 160 bilion menjelang 2030. Terdapat dua kaedah untuk menghasilkan asetik asid iaitu melalui kaedah kimia dan kaedah biologi. Walaubagaimanapun, penghasilan asetik asid melalui kaedah biologi semakin mendapat perhatian pada masa kini disebabkan keperluan kos dan tenaga yang kurang dengan hasil yang tinggi, serta proses penghasilan yang mampan.

Kaedah biologi bagi penghasilan asid asetik melibatkan penggunaan bahan mentah yang boleh diperbaharui seperti biojisim lignoselulosa atau fermentasi gula yang diperoleh daripada tanaman pertanian. Dalam hal ini, sisa nanas adalah bahan berlignoselulosa yang amat berpotensi. Fermentasi adalah proses biokimia di mana mikroorganisma seperti bakteria atau yis digunakan untuk menguraikan substrat menjadi produk tertentu. Penghasilan asid asetik melalui proses fermentasi memerlukan dua sumber penting iaitu sumber karbon dan sumber nitrogen. Secara amnya, biojisim kulit nanas mengandungi karbohidrat struktur utama seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin, yang disusun padat untuk membentuk struktur yang tegar dan keras. Menurut kajian terkini, julat peratusan selulosa, hemiselulosa dan lignin adalah masing-masing sebanyak 21.98-43.53%, 21.88-74.96% dan 2.68-13.88%. Ini membuktikan bahawa kandungan gula yang tinggi  dalam sisa nanas menjadikannya sumber karbon dan substrat yang sesuai untuk penghasilan asid asetik.

Namun, akses kepada gula direncat oleh kerumitan dinding sel nanas yang mempunyai komponen lignin kompleks. Oleh itu, prarawatan diperlukan untuk mengatasi struktur lignoselulosa yang tegar dan membolehkan akses kepada selulosa dengan meningkatkan luas permukaan biojisim. Teknologi prarawatan melalui kaedah fizikal (pengisaran, pemotongan dan lain-lain.), biologi (bakteria, yis dan kulat), kimia (asid, alkali, pemendakan stim dll.) atau hidrolisis berenzim boleh menyingkirkan komponen lignin. Sehubungan itu, glukosa dan xilosa adalah gula utama yang terdapat dalam kulit nanas selepas prarawatan. Gula tersebut adalah adalah sumber karbon penting untuk pertumbuhan mikrob dan pembentukan produk dalam proses fermentasi. Pada masa yang sama, sumber nitrogen juga adalah penting bagi proses fermentasi. Kebiasaannya ekstrak yis digunakan sebagai sumber nitrogen kerana ia mengandungi pelbagai nutrien dan mempunyai kandungan nitrogen yang tinggi.

Proses penghasilan asid asetik dari biojisim nanas melalui fermentasi melibatkan beberapa langkah. Pertama, biojisim nanas yang terbiodegradasi dikumpulkan dan ditukarkan sebagai substrat untuk fermentasi. Kemudian, mikroorganisma yang dipilih ditambahkan ke dalam medium fermentasi yang sesuai yang mengandungi nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan dan aktiviti mikroorganisma. Sepanjang fermentasi, mikroorganisma ini akan menguraikan komponen-komponen biojisim nanas, seperti gula dan seterusnya menghasilkan asid asetik melalui tindakbalas biokimia.

Proses fermentasi sisa nanas untuk menghasilkan asid asetik menawarkan beberapa kelebihan utama. Pertama, penggunaan bahan biojisim seperti sisa nanas mengurangkan kebergantungan pada sumber bahan api fosil yang tidak boleh diperbaharui. Kedua, proses fermentasi menyumbang kepada pengurangan pelepasan gas rumah hijau berbanding dengan kaedah kimia. Hal ini menyokong kelestarian alam sekitar dan sumber terhad. Ketiga, fermentasi menggunakan mikroorganisma seperti bakteria memberi peluang untuk mendapatkan asid asetik dengan kualiti dan ketulenan yang tinggi.

Kesimpulannya, dengan menukarkan sisa buah nanas kepada asid asetik melalui proses fermentasi bukan sahaja mengurangkan pembaziran sisa buah nanas, tetapi juga mewujudkan satu alternatif untuk menghasilkan bahan kimia yang berguna dengan kaedah yang mesra alam. Dengan memanfaatkan sisa nanas yang banyak, kita dapat menghasilkan asid asetik yang berkesan dan mengurangkan kesan negatif terhadap alam sekitar. Justeru, kita dapat membangunkan gaya hidup yang lebih hijau dan mampan.