Kitosan sebagai Pilihan dalam Bidang Pertanian

Biopolimer ialah polimer yang dihasilkan daripada sumber semula jadi, sama ada disintesis secara kimia daripada bahan biologi ataupun dibiosintesis sepenuhnya oleh organisma hidup. Kebimbangan terhadap masalah sisa alam sekitar yang disebabkan oleh bahan berasaskan polimer petrokimia yang tidak boleh terbiodegradasi telah menyebabkan pengguna mencari alternatif lain yang boleh terbiodegradasi dan terdiri daripada sumber yang boleh diperbaharui.

Hal ini adalah selaras dengan Dasar Teknologi Hijau Negara yang menggariskan arah tuju kepada pembangunan mampan dan bersepadu bagi memulihara sumber asli untuk generasi pada masa ini dan masa hadapan. Satu daripada contoh sumber biopolimer semula jadi yang giat dikaji adalah daripada selulosa dan protein yang dikatakan setanding dengan biopolimer daripada sumber petrokimia.

Sejak kebelakangan ini, kesedaran tentang penggunaan biopolimer semula jadi dalam sains semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh kelebihan biopolimer yang meluas yang meliputi kebolehan biocompatibility dan biodegradasi. Kelebihan tambahan juga dilihat dari segi kesediaan biopolimer diubah suai kepada pelbagai terbitan secara kimia untuk kegunaan spesifik.

Kitin ialah biopolimer semula jadi kedua terbanyak selepas selulosa. Kitin ialah biopolimer berstruktur yang terdapat di dalam komponen dinding sel kulat dan komponen rangka krustasea. Penemuan kitosan dilaporkan pada sekitar tahun 1811 apabila kitin ditemui oleh Henri Braconnot, yang merupakan pengarah Taman Botani di Akademi Sains di Nancy, Perancis.

Sumber komersil kitin kebanyakannya diperoleh daripada ketam, udang dan kulat yang kebanyakannya terbuang dalam industri makanan laut. Cangkerang krustasea terdiri daripada protein, kalsium karbonat, kalsium fosfat dan kitin. Satu daripada terbitan penting kitin ialah kitosan.

Secara umumnya, perbezaan antara kitin dengan kitosan adalah berdasarkan tahap asetilasi. Kitin mempunyai tahap asetilasi melebihi 50 peratus, manakala kitosan mempunyai peratusan yang lebih rendah. Apabila dibandingkan, kitosan lebih berfungsi daripada kitin disebabkan oleh kumpulan berfungsi amino di sepanjang rantaian polimer. Rantaian kitosan terdiri daripada kopolimer β-(1→4)-2-unit acetamido-D-glukosa dan β-(1→4)-2-amino-D-glukosa. Kitosan secara struktur adalah serupa dengan selulosa yang hidroksil pada karbon-2 telah digantikan oleh acetamido atau kumpulan amino.

Berat molekul, sifat fizikokimia dan biologi serta ketulenan kitosan yang diekstrak sangat dipengaruhi oleh sumber kitosan dan kaedah pengekstrakan. Kini, terdapat pelbagai cara pengekstrakan kitosan daripada sumber cangkerang krustasea yang mesra alam, mengurangkan kos dan kesan kepada alam sekitar serta mampu menghasilkan kitosan dengan ketulenan yang tinggi. Ciri utama kitosan termasuklah tidak bersifat toksik kepada manusia, haiwan dan tumbuhan, hemostatik, keupayaan membentuk filem, penjerapan yang mantap, antibakteria dan antioksida. Semua ciri ini menjadikan kitosan sebagai komponen yang menarik dan selamat untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi bidang pertanian.

Dalam bidang pertanian, kitosan berguna sebagai matriks pelepasan kawalan sesuatu bahan. Kitosan merupakan polimer yang sesuai untuk aplikasi enkapsulasi kerana permukaan kumpulan berfungsinya yang berasaskan amino merentangi struktur rantaian. Kefungsian kitosan disebabkan oleh kehadiran kumpulan hidroksil dan amino di sepanjang rantaian molekul kitosan membolehkannya mengikat pelbagai jenis molekul organik dan bukan organik untuk pelepasan kawalan.

Pelepasan kawalan ditakrifkan sebagai pemindahan terkawal resapan bagi bahan aktif daripada takungan ke permukaan yang disasarkan untuk mengekalkan tahap kepekatan yang telah ditetapkan dalam tempoh masa tertentu. Matriks pelepasan kawalan boleh mengekalkan pembebasan sebatian aktif untuk masa yang lebih lama.

Pembajaan tanah merupakan amalan biasa dalam pertanian untuk membekalkan makronutrien dan mikronutrien untuk tanaman meningkatkan hasil dan kualitinya. Walau bagaimanapun, penggunaannya yang berlebihan boleh mengakibatkan pencemaran alam sekitar dan ketidakseimbangan pH tanah.

Kitosan mikro atau nanopartikel dan hidrogel telah dikaji sebagai strategi untuk meningkatkan kecekapan baja, mengurangkan pencemaran tanah dan menggalakkan pembebasan lestari molekul ini ke dalam tanah. Dalam tempoh lima tahun kebelakangan ini, nitrogen, kalium, fosfat, kuprum, zink, dan vitamin menjadi tumpuan dalam banyak kajian.

Dalam satu kajian, baja nano NPK disediakan dengan memuatkan nitrogen (N), fosforus (P) dan kalium (K) ke dalam zarah nano kitosan. Nanopartikel kitosan telah disediakan melalui penggelan ionik tripolifosfat dan larutan kitosan. Baja nano ini telah digunakan kepada anak benih kopi dalam keadaan rumah hijau. Keputusan menunjukkan bahawa baja nano ini meningkatkan penyerapan nutrien, fotosintesis dan pertumbuhan tumbuhan kopi. Penggubahan kitosan kepada saiz nano membolehkan nutrien memasuki stomata daun dan seterusnya sampai kepada pucuk dan akar lalu memperbaik pertumbuhan tumbuhan.

Kitosan juga boleh diubah suai menjadi filem hidrogel sebagai aplikasi pelepasan kawalan baja menurut satu kajian daripada Iftime pada tahun 2019. Kajian tersebut menunjukkan bahawa hidrogel menunjukkan keupayaan untuk secara beransur-ansur melepaskan beban bahan dalam persekitaran melalui penyerapan air. Hidrogel kitosan juga berkeupayaan menyerap air dan meningkatkan kapasiti pegangan air dalam tanah. Pembebasan urea daripada hidrogel kitosan dikesan secara perlahan selama 23 hari sehingga kesemua urea dibebaskan. Selain itu, penambahan nitrogen dalam tanah meningkatkan pertumbuhan pokok tomato sebanyak 70 peratus jika dibandingkan dengan tanah yang tidak dirawat.

Selain digunakan dalam teknik pembajaan, kitosan juga mampu dijadikan sebagai agen penghantaran bahan genetik seperti asid deoksiribonukleik (DNA), asid ribonukleik (RNA) dan protein kepada sel tumbuhan. Kitosan berpotensi sebagai penghantaran gen dan transformasi tumbuhan kerana keupayaannya untuk membentuk kompleks dengan bahan genetik bercas negatif melalui interaksi elektrostatik. Namun, kajian ini masih pada tahap awal, terutamanya dari segi keselamatan sisipan genetik dan interaksi gen tumbuhan dengan kitosan.

Kajian penting yang diterbitkan sejak beberapa tahun kebelakangan ini menunjukkan potensi kitosan untuk digunakan dalam formulasi racun rumpai dan racun perosak. Kawalan pelepasan racun rumpai dan racun perosak melalui kitosan juga mengurangkan ketoksikan dan kesan genotoksik pada tanah dan mikrobiotanya seiring dengan kecekapan herbisida yang lebih tinggi. Sistem untuk pelepasan perlahan dan pelepasan terkawal boleh merevolusikan kaedah pengurusan pertanian, menawarkan keselamatan yang lebih tinggi kepada petani semasa peringkat penyemburan dan membolehkan pengecaman tisu sasaran.

Walaupun penggunaan kitosan dalam bidang pertanian sebagai agen pelepasan kawalan masih di peringkat awal. Lebih banyak produk baharu berasaskan kitosan perlu dibangunkan untuk menyokong pembangunan mampan demi kepentingan alam sekitar. Kitosan boleh dijadikan sebagai pilihan yang berdaya maju untuk pengusahaan tanaman demi meningkatkan keselamatan makanan bagi populasi global yang semakin meningkat.

Dr. Melody Kimi ialah pensyarah di Pusat Pengajian Pra-Universiti, Universiti Malaysia Sarawak (UNIMAS).