Pemanfaatan Radioisotop dalam Pertanian dan Pangan

Bahan radioaktif terdiri dari atom-atom yang tidak stabil. Untuk menjadikan atom-atom yang tidak stabil menjadi stabil, mereka harus melepaskan kelebihan energi yang dikenal sebagai radiasi, melalui proses yang dinamakan peluruhan radioaktif. Radioisotop merupakan isotop dari unsur radioaktif yang menghasilkan sinar radioaktif. Radioisotop fosfor-32 memiliki kegunaan dalam sektor pertanian dan kesehatan. Dalam pertanian, radioisotop fosfor-32 dapat dimanfaatkan untuk melacak pergerakan pupuk di sekitar tanaman setelah diaplikasikan. Pergerakan pupuk jenis fosfat dari tanah menuju tumbuhan dapat dipantau dengan mencampurkan radioisotop tersebut ke dalam senyawa fosfat pada pupuk. Ini berguna untuk memahami pola penyebaran pupuk dan efektivitasnya dalam pemupukan.

Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Pertanian

A. Pembentukan Bibit Unggul                   

Di sektor pertanian, radiasi gamma dapat digunakan untuk menghasilkan bibit unggul. Sinar gamma membuat perubahan pada struktur dan karakteristik kromosom, sehingga memungkinkan terciptanya generasi yang lebih baik, seperti gandum yang memiliki waktu tumbuh lebih singkat. Selain sinar gamma, fosfor-32 (P-32) juga bermanfaat untuk menghasilkan benih yang memiliki sifat unggul dibandingkan tanaman induknya. Paparan radiasi ini pada tanaman induk akan menyebabkan ionisasi pada berbagai sel. Ionisasi inilah yang berakibat pada keturunan yang memiliki sifat berbeda dari induknya. Kekuatan radiasi diatur sedemikian rupa agar dihasilkan sifat yang lebih baik daripada induknya.

Pada pembentukan bibit unggul, terdapat beberapa keuntungan, yaitu: (1) Mutasi yang dihasilkan oleh fosfor-32 dapat menciptakan variasi tanaman yang lebih produktif dan tahan terhadap penyakit, sehingga dapat meningkatkan hasil panen secara signifikan. (2) Keragaman genetik: teknik ini dapat menciptakan variasi genetik yang lebih luas, memungkinkan petani memilih varietas yang paling cocok dengan kondisi tanah dan iklim daerah mereka. (3) Ketahanan terhadap hama dan penyakit: bibit unggul ini sering kali memiliki ketahanan terhadap hama dan penyakit, yang mengurangi kebutuhan akan penggunaan pestisida kimia.

Namun, metode ini juga memiliki beberapa kelemahan, yang meliputi: (1) Biaya Tinggi: Proses pembuatan bibit unggul menggunakan radioaktivitas memerlukan fasilitas dan teknologi yang mahal, termasuk alat untuk menangani isotop radioaktif. (2) Risiko Kesehatan: Paparan terhadap radiasi dapat menimbulkan risiko bagi peneliti dan staf laboratorium, meskipun di bawah pengawasan yang ketat. (3) Regulasi Ketat: Penggunaan bahan radioaktif dalam penelitian dan aplikasi di lapangan memerlukan izin khusus serta pengawasan yang ketat, yang dapat menghambat penelitian dan pengembangan lebih lanjut.

B. Pemupukan dan Pemberantasan Hama dengan Serangga Mandul

Radioisotop fosfor dapat digunakan untuk meneliti penggunaan pupuk oleh tanaman. Beberapa jenis tanaman mengambil fosfor dari tanah dan juga dari pupuk. Oleh karena itu, fosfor radioaktif dimanfaatkan untuk memahami cara distribusi pupuk dan seberapa efisien tanaman menyerap fosfor dari pupuk tersebut. Fosfor-32 adalah radioisotop yang digunakan dalam penelitian efisiensi pemupukan tanaman. Metode pelacakan dengan radioisotop ini dapat memberikan pendekatan pemupukan yang lebih tepat dan efisien. Selain itu, teknik radiasi juga dapat dipakai untuk membasmi hama dengan cara membuat serangga menjadi mandul.

Dengan penerapan radiasi, efek biologi dapat muncul, yang menyebabkan kemandulan pada serangga jantan. Kemandulan ini dihasilkan di laboratorium dengan meradiasi hama serangga sehingga jantan tersebut mandul. Setelah diradiasi, hama-hama tersebut dilepaskan di area yang sedang diserang, dengan harapan terjadi perkawinan antara hama lokal dan serangga jantan mandul tersebut, yang akan mengakibatkan tidak ada telur yang menetas.

Radioisotop juga dapat dimanfaatkan dalam usaha pemberantasan hama. Radioisotop dapat meradiasi sel kelamin pada hama jantan sehingga mereka menjadi mandul. Kemudian, hama jantan yang telah mandul dilepaskan kembali agar hama betina tidak dapat berkembang biak. Contohnya adalah: (1) Hama pada tanaman kubis, dengan metode pemberantasan menggunakan serangga jantan mandul, dan (2) Padi, yang melibatkan pemuliaan tanaman atau penciptaan varietas unggul.

Dalam proses menciptakan bibit unggul ini terdapat beberapa keuntungan, antara lain: (1) Ramah Lingkungan: Metode ini dianggap lebih baik untuk lingkungan dibandingkan dengan penggunaan pestisida kimia karena mengurangi jumlah hama tanpa merusak ekosistem. (2) Efektivitas Jangka Panjang: Penggunaan serangga mandul dalam mengendalikan hama dapat memberikan solusi yang berkelanjutan karena mampu mengurangi populasi hama secara konsisten.

Namun, metode ini juga memiliki beberapa kelemahan yang perlu dipertimbangkan, seperti: (1) Keberhasilan bergantung pada faktor eksternal: hasil dari metode ini sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan karakteristik biologis dari hama yang menjadi sasaran. (2) Investasi waktu dan sumber daya: sebelum mencapai hasil yang berarti, identifikasi dan penerapan teknik ini memerlukan banyak waktu, penelitian, dan biaya.

C. Pengawetan dan Penyimpanan Makanan                   

Pada saat panen, hasil dari pertanian sangat melimpah. Sebagian dari hasil tersebut akan cepat rusak atau bahkan bisa mulai bertunas. Makanan seperti kentang dan bawang akan mulai bertunas jika disimpan terlalu lama. Oleh karena itu, dibutuhkan teknologi untuk menjaga agar bahan pangan tersebut tetap awet. Salah satu metode yang bisa diterapkan adalah dengan menggunakan sinar radioaktif. Radiasi ini juga berfungsi untuk mencegah perkembangan bakteri dan jamur. Melalui radiasi, pertumbuhan bahan-bahan tersebut bisa ditekan. Dengan demikian, sebelum bahan pangan disimpan, mereka akan diproses dengan radiasi pada dosis tertentu sehingga tidak tumbuh tunas dan bisa disimpan lebih panjang.

Irradiasi makanan adalah teknik penyinaran yang diterapkan pada makanan menggunakan zat radioaktif atau akselerator untuk menghindari pembusukan dan kerusakan serta membasmi mikroorganisme berbahaya. Proses irradiasi pangan ini dianggap aman dan telah diakui oleh sekitar 50 negara di dunia, serta sudah dipraktikkan secara komersial selama bertahun-tahun di AS, Jepang, dan beberapa negara Eropa lainnya.

Dalam proses irradiasi makanan, sumber radiasi yang dapat digunakan antara lain: (a) Sinar gamma yang berasal dari radionuklida Cobalt-60 atau Cesium-137. (b) Sinar-X yang dihasilkan dari mesin sumber yang beroperasi pada energi hingga 5 MeV. (c) Elektron yang diproduksi oleh mesin dengan energi sampai 10 MeV.

Secara praktis, terdapat tiga kategori penggunaan radiasi ionisasi dan dosisnya. Pertama, irradiasi dengan dosis rendah, yaitu sampai 1 kGy (Kilogray). Pada dosis 0,05--0,15 kGy, radiasi digunakan untuk menghambat pertunasan pada kentang, bawang merah, bawang putih, jahe, ubi jalar, dan lainnya. Sementara pada dosis 0,15--0,5 kGy, radiasi mencegah serangan hama dan melakukan disinfeksi parasit pada produk seperti serealia, kacang, buah segar dan kering, serta daging dan ikan kering. Selanjutnya, dosis 0,25--1,0 kGy digunakan untuk menunda proses fisiologis pada sayur dan buah segar. Kedua, irradiasi dengan dosis sedang, yaitu di kisaran 1--10 kGy. Pada dosis 1,0--3,0 kGy, radiasi bertujuan untuk memperpanjang umur simpan ikan segar, stroberi, jamur, dan lain-lain. Dosis 1,0--7,0 kGy efektif untuk menghapus mikroba pembusuk serta patogen pada makanan laut yang segar atau beku, serta daging segar dan beku. Dosis 2,0--7,0 kGy bisa dipakai untuk meningkatkan kualitas pangan, seperti dalam pengolahan anggur dan sayuran kering. Ketiga, irradiasi dosis tinggi, yaitu di atas 10 kGy. Pada dosis 30--50 kGy, radiasi digunakan untuk sterilisasi dalam industri, termasuk daging, produk ternak, makanan laut, dan makanan steril untuk pasien di rumah sakit. Selain itu, dosis 10--50 kGy efektif untuk dekontaminasi bahan tambahan pangan seperti rempah-rempah, enzim, dan gum. Dengan dosis rendah, irradiasi membantu memperpanjang masa simpan produk, sedangkan pada dosis yang lebih tinggi, metode ini mampu membunuh serangga, jamur, bakteri, dan mikroorganisme lain yang berisiko.

Teknik Pengawetan dan Penyimpanan

Irradiasi makanan adalah metode pengolahan dan pengawetan yang memberikan hasil serupa dengan pembekuan atau pasteurisasi. Proses ini melibatkan paparan makanan terhadap dosis energi pengion atau radiasi.

Makanan terpapar radiasi pengion yang berasal dari sinar gamma, berkas elektron bertenaga tinggi, atau sinar-X yang kuat. Sinar gamma dan sinar-X merupakan jenis radiasi yang memiliki beberapa kesamaan dengan gelombang mikro, namun dengan tingkat energi dan daya tembus yang jauh lebih besar. Sinar tersebut dapat menembus makanan mirip dengan gelombang mikro dalam oven, tetapi tidak membuat makanan menjadi panas secara signifikan. Paparan sinar gamma tidak mengakibatkan makanan menjadi radioaktif. Berkas elektron dan sinar-X dihasilkan menggunakan energi listrik, yang dapat diaktifkan atau dinonaktifkan, dan tidak memerlukan bahan radioaktif.

Dalam kedua situasi tersebut, organisme yang menyebabkan pembusukan makanan, termasuk serangga, jamur, dan bakteri, serta beberapa bakteri penyebab keracunan makanan, dapat dimusnahkan. Namun, irradiasi makanan ini tidak efektif melawan virus.

Irradiasi makanan menawarkan berbagai keuntungan bagi industri pangan. Salah satu manfaatnya adalah pengurangan mikroorganisme patogen, sehingga risiko penyakit infeksi dan biaya perawatan bisa ditekan. Selain itu, irradiasi juga dapat secara efektif mendekontaminasi rempah-rempah tanpa merusak rasa dan aroma aslinya. Proses ini juga membantu memperpanjang masa simpan produk makanan, sehingga frekuensi transportasi untuk distribusi menjadi berkurang. Hal ini mengakibatkan penurunan emisi dari transportasi ke udara dan lingkungan serta pengurangan kebutuhan energi untuk transportasi. Selain itu, irradiasi juga dapat mencegah serangan serangga, sehingga mengurangi kerusakan pada gandum, tepung, sereal, dan kacang-kacangan karena serangan hama. Teknologi ini menghambat pertumbuhan pada beberapa jenis makanan, menjadikannya lebih ekonomis karena mengurangi jumlah produk yang terbuang akibat pembusukan. Proses irradiasi dapat diterapkan pada makanan dalam jumlah besar, baik dalam bentuk curah maupun kemasan, tanpa mengubah kesegaran produk karena tidak menggunakan panas.

Meski memiliki keunggulan, irradiasi juga memiliki beberapa kelemahan. Beberapa jenis makanan, seperti produk olahan susu dan telur, tidak dapat mengalami irradiasi karena dapat menyebabkan perubahan pada rasa atau tekstur. Namun, buah, sayuran, biji-bijian, rempah-rempah, dan daging (seperti ayam) dapat diiradiasi.

Irradiasi menyebabkan perubahan yang sangat sedikit pada komposisi kimia makanan, tetapi mungkin dapat mempengaruhi kandungan nutrisi pada beberapa makanan dengan mengurangi kadar beberapa vitamin B. Kehilangan ini mirip dengan yang terjadi saat makanan dimasak atau diawetkan dengan metode tradisional yang lain, seperti pengalengan atau blansir.

D. Upaya Mencegah Timbulnya Penyakit pada Tumbuhan

Penyakit yang disebabkan oleh jamur pada tanaman adalah masalah penting dalam bidang pertanian. Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan pengendalian penyakit secara kimia, yaitu dengan menggunakan radioisotop seperti sulfur-35, yang memungkinkan kita melakukan pengukuran terhadap pertumbuhan kimia dalam spora tunggal dan melacak zat kimia di seluruh bagian tanaman. Manusia dapat mempelajari siklus hidup mikroorganisme dan bagaimana suhu serta kelembaban mempengaruhi siklus tersebut.

Selain itu, manusia juga dapat mengidentifikasi perubahan kimiawi pada sel-sel tanaman yang menyebabkan tanaman tersebut rentan terhadap serangan jamur. Dengan menggunakan radioisotop, kita bisa mengetahui karakteristik predator yang suka memakan serangga hama yang merusak tanaman. Hama tersebut dijadikan radioaktif, dan jejaknya dapat dilacak menggunakan detektor dalam tubuh serangga predator.