NUR ATIFAH - Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu sebagai Sumber Karbon pada Produksi Bioplastik Po

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Departemen Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Nama : Nur Atifah

NIM : F351020031

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Ketua

Dr. Ir. Khaswar Syamsu, M.Sc. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, M.S.

Anggota Anggota

Diketahui

Ketua Departemen Dekan Sekolah Pascasarjana Teknologi Industri Pertanian

Dr. Ir. Irawadi Jamaran Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S.

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun ,

baik cetak, fotokopi, mikrofilm dan sebagainya.

Penulis dilahirkan di Temanggung Jawa Tengah pada tanggal 16 Juli 1977 sebagai anak ketujuh dari delapan bersaudara dari pasangan Syamsuddin (alm.) dan Hj. Maswiyah. Penu lis melangsungkan pernikahan dengan Hidayat Nasrun, Lc. S.Ag. dan telah dikaruniai dua orang putri, yaitu Syarifa Nurul Izzah dan Syifa Shabreena .

Pendidikan sarjana penulis tempuh di Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi (sekarang Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan), Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada tahun 1995 dan lulus pada tahun 2000 dengan predikat Cum Laude. Penulis pernah bekerja sebagai Penanggung Jawab Praktikum Analisis Mut u Mikrobiologi Pangan dan Sanitasi Pangan pada Program Studi Diploma Supervisor Jaminan Mutu Pangan (SJMP), Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi, Fateta IPB pada tahun 2000/2001. Sejak bulan April 2001 hingga sekarang penulis bekerja sebagai staf pengajar pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Malang. Pada tahun 2002 penulis mendapatkan kesempatan untuk melanjutkan studi S2 pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dengan beasiswa pendidikan BPPS Dikti tahun anggaran 2002-2005.

PRAKATA

Segala puji hanyalah milik Allah SWT semata yang telah memperkenankan penulis menyelesaikan penelitian dengan tema bioplastik dari bakteri dan menuangkan hasilnya dalam bentuk tesis yang berjudul “Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu sebagai Sumber Karbon pada Produksi Bioplastik Polihidroksialkanoat secara Fed-Batch oleh Ralstonia eutropha” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.

Penulis menyampaikan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, DEA, Bapak Dr. Ir. Khaswar Syamsu, M.Sc. dan Ibu Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, M.S. selaku dosen pembimbing atas segala bimbingan, motivasi, arahan dan bantuan finansial yang telah diberikan selama penelitian dan penyusunan tesis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M.S. selaku dosen penguji luar komisi yang bersedia menguji dan memberikan masukan dalam penulisan tesis.

Terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada suami dan anak- anak tercinta, ibunda Maswiyah dan Zainab, Mas Lutfi dan Mbak Nining, beserta keluarga besar ayahanda Syamsuddin (alm.) dan Ahmad (alm.) yang telah memberikan perhatian, kasih sayang, dorongan dan doa selama pelaksanaan tugas belajar. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada segenap pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan tugas akhir: rekan-rekan di TIP Brawijaya, para laboran di PPSHB (Mbak Peppy, Mbak Emi, Pak Mulya dkk) dan TIP IPB, Teteh Yuli serta teman-teman seperjuangan di berbagai kegiatan studi dan taklim. Atas segala hal yang telah diberikan, Allah-lah sebaik-baik pembalas amal perbuatan.

Penulis berharap karya kecil ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan. Semoga dengan mengetahui sekelumit hal tentang bioplastik bakteri ini, akan menambah keimanan kita kepada Dzat Yang Maha Pandai, Pencipta dan Pengatur alam semesta, Allah Subhanahu wa Ta’ala.

Bogor, Oktober 2006 Penulis

DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR ... xiii DAFTAR LAMPIRAN...xv PENDAHULUAN...1 Latar Belakang ... .1 Tujuan...3 Hipotesis ...4 Ruang Lingkup ...4 Manfaat...5 TINJAUAN PUSTAKA...6 Hidrolisat Pati Sagu (Metroxylon sp) ...6 Poli(3-Hidroksialkanoat) (PHA) ...7

Ralstonia eutropha dan Jalur Biosintes is PHB ...10 Proses Produksi PHA...14 Proses Hilir PHA...17 Kinetika Kultivasi ...18 Kultivasi Fed-batch...21 METODOLOGI...23 Metode Penelitian...23 Persiapan Substrat... 23 Kinetika Kultivasi BatchR. eutropha...26 Kultivasi Fed-batch dengan Pengumpanan Berbagai Jenis Substrat...27 Pembatasan Aerasi pada Kultivasi Fed -batch Terpilih ...28 Karakterisasi PHA...29 Tempat dan Waktu Penelitian ...29 Bahan dan Alat...29 Rancangan Percobaan ...31

Halaman HASIL DAN PEMBAHASAN ...32

Karakterisasi Hidrolisat Pati Sagu...32 Kinetika Kultivasi Batch R. eutropha...35 Kultivasi R. eutropha pada Labu Kocok 250 mL ...35 Kultivasi R. eutropha pada Bioreaktor 2 L ...41 Kultivasi Fed-batch...45

Pengaruh Jenis Substrat Pengumpan terhadap Konsentrasi Sel Kering pada Akhir Kultiv asi ...48 Pengaruh Jenis Substrat Pengumpan terhadap Konsentrasi PHA dan Kadar PHA dalam Sel pada Akhir Kultivasi...51 Pembatasan Aerasi pada Kultivasi Batch dan Fed -batch...54

Pengaruh Pembatasan Aerasi terhadap Konsentrasi Sel Kering pada Akhir Kultivasi...55 Pengaruh Pembatasan Aerasi terhadap Konsentrasi PHA dan Kadar PHA dalam Sel pada Akhir Kultivasi ...56 Evaluasi Perlakuan Terbaik ...58 Karakterisasi PHA...60

Sifat Termal PHA...60 Analisis Gugus Fungsional...63 Kemurnian Relatif terhadap PHB Standar...68 KESIMPULAN DAN SARAN ...70 DAFTAR PUSTAKA ...72 LAMPIRAN...78

Halaman 1 Aplikasi praktis PHA...9 2 Karakteristik hidrolisat pati sagu...32 3 Nilai µmaksR. eutropha yang ditumbuhkan pada berbagai konsentrasi gula

hidrolisat pati sagu ...37 4 Nilai Yx/sR. eutropha yang ditumbuhkan pada hidrolisat pati sagu...40

5 Parameter kinetika kultivasi batch R. eutropha yang ditumbuhkan pada

substrat hidrolisat pati sagu (bioreaktor 2 L) ...45 6 Konsentrasi sel kering, PHA dan kadar PHA dalam sel R. eutropha pada

akhir kultivasi batch dan fed-batch...48 7 Konsentrasi sel kering, PHA dan kadar PHA di dalam sel R. eutropha pada

akhir kultivasi batch dan fed -batch dengan dan tanpa pembatasan aerasi...55 8 Penentuan jenis ikatan pada pita spektrum FTIR ...64 9 Hasil identifikasi spektrum FTIR sampel PHA dari hidrolisat pati sagu ...66

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1 Struktur kimia PHA...8 2 Hasil scanning electron microscope granula PHB pada R. eutropha...11 3 Lintasan umum biosintesis dan degradasi PHB oleh mikroba (Ralstonia

eutropha, Azotobacter beijerinckii)...13 4 Skema tahapan umum produksi PHA ...14 5 Kurva pertumbuhan mikroba pada kultivasi batch ...19 6 Diagram alir penelitian...24 7 Diagram alir pembuatan hidrolisat pati sagu secara enzimatis ...25 8 Bioreaktor Biostat M skala 2 L yang digunakan untuk penelitian...30 9 Pola pertumbuhan R. eutropha secara batch pada berbagai konsentrasi total

gula (TG) hidrolisat pati sagu (labu kocok 250 mL)...36 10 Plot nilai µmaksR. eutropha yang ditumbuhkan secara batch pada berbagai

konsentrasi total gula (TG) hidrolisat pati sagu ...37 11 Pola konsumsi gula R. eutropha yang ditumbuhkan secara batch pada

berbagai konsentrasi total gula (TG) hidrolisat pati sagu ...39 12 Plot nilai Yx/sR. eutropha yang ditumbuhkan pada berbagai konsentrasi

total gula (T G) hidrolisat pati sagu ...40 13 Pola pertumbuhan sel dan pembentukan PHA oleh R. eutropha pada

hidrolisat pati sagu (batch, bioreaktor 2 L) ...42 14 Kecepatan pembentukan PHA oleh R. eutropha pada kultivasi batch...42 15 Pola dan kecepatan konsumsi gula dalam hidrolisat pati sagu oleh

R. eutropha selama kultivasi batch...43 16 Laju dilusi pada kultivasi fed-batch...47 17 Pertumbuhan sel R. eutropha pada kultivasi batch dan fed-batch

(bioreaktor 2 L) ...49 18 Sel R. eutropha (mikroskop cahaya, perbesaran 1000 kali)...51 19 Konsentrasi PHA dan kadar PHA dalam sel pada akhir kultivasi batch

pembatasan aerasi...56 21 Konsentrasi PHA dan kadar PHA dalam sel R. eutropha pada akhir kultivasi

batch dan fed-batch dengan tanpa pembatasan aerasi...57 22 Pertumbuhan sel dan pembentukan PHA oleh R. eutropha selama kultivasi

batch dan fed-batch...59 23 Serbuk PHA hasil kultivasi fed-batchR. eutropha dengan s umber karbon

hidrolisat pati sagu ...60 24 Spektra DSC PHB standar ...61 25 Spektra DSC PHA dari pati sagu ...61 26 Spektra FTIR PHA dari pati sagu ...65 27 Spektra FTIR PHB standar ...65 28 Struktur kimia PHB...67 29 Kromatogram hasil metanolisis PHB standar (menggunakan

kromatografi gas) ...68 30 Kromatogram hasil metanolisis PHA yang dihasilkan pada penelitian

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman 1 Prosedur analisis...78 2 Contoh penghitungan konsentrasi karbon dan nitrogen...81 3 Kurva standar untuk penentuan kadar total gula dengan

metode Fenol-Sulfat...82 4 Kromatogram hasil analisis HPLC larutan standar...83 5 Kromatogram hasil analisis HPLC hidrolisat pati sagu ...84 6 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultiva si batch (skala labu kocok 250 mL) dengan konsentrasi total gula (TG) awal 10, 20, 30, 40 dan 50 g/L ...85 7 Kinetika kultivasi R. eutropha secara batch pada bioreaktor 2 L ...86 8 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultivasi fed -batch dengan komposisi dan volume umpan seperti media awal pada tahap batch (F1)...87 9 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultivasi fed-batch dengan umpan hidrolisat pati sagu(F2) ...88 10 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultivasi fed -batch dengan umpan hidrolisat pati sagu + MgSO4(F3) ...89

11 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada kultivasi fed -batch dengan umpan hidrolisat pati sagu + MgSO4 +

(NH4)2HPO4 (F4) ...90

12 Penghitungan laju dilusi ...91 13 Rekapitulasi data data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultivasi batch (tanpa pengumpanan) dan aerasi dihentikan pada fase

stasioner(Ao) ...92 14 Rekapitulasi data konsentrasi sel kering R. eutropha dan gula sisa pada

kultivasi fed -batch dengan umpan hidrolisat pati sagu dan aerasi

dihentikan pada fase stasioner(F5) ...93 15 Analis is ragam pengaruh pengumpanan terhadap konsentrasi sel kering...94 16 Analis is ragam pengaruh pengumpanan terhadap konsentrasi PHA...95 17 Analis is ragam pengaruh pengumpanan terhadap kadar PHA dalam sel...96

sel kering, konsentrasi PHA dan kadar PHA dalam sel...97 19 Kromatogram hasil metanolisis PHB standar (menggunakan

kromatografi gas) ...99 20 Kromatogram hasil metanolisis PHA yang dihasilkan pada penelitian

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Plastik sangat dekat dengan kehidupan manusia karena fungsinya yang luas untuk berbagai tujuan penggunaan. Sebagai polimer sintetis, plastik diproduksi dari bahan-bahan petrokimia yang merupakan sumberdaya terbatas dan tidak terbaharukan. Semakin meningkatnya kebutuhan barang plastik akan menimbulkan masalah lingkungan yang serius karena limbah plastik tidak mudah diurai oleh alam, baik oleh curah hujan dan panas matahari maupun oleh mikroba. Paustin (1998) menyatakan bahwa se kitar 75 milyar pon (34 juta ton) plastik per tahun diproduksi oleh industri plastik dunia dan sekitar 40%-nya dibuang ke tempat penimbunan sampah (landfill area) yang kapasitasnya juga terbatas. Sementara itu, menurut Indonesia Plastic Industries kebutuhan plastik 220 juta penduduk Indonesia pada tahun 2003 mencapai sekitar 1,35 juta ton sedangkan kemampuan pemerintah mengolah sampah hanya 20-30% (Anonim 2002).

Penggunaan bahan plastik ramah lingkungan yang dapat didegradasi secara biologis oleh mikroba (bioplastik) sebagai substitusi plastik berbasis petrokimia merupakan salah satu alternatif pemecahan masalah lingkungan yang ditimbulkan oleh limbah plastik. Kebutuhan dunia akan bioplastik semakin meningkat dari tahun ke tahun. Potensi pasar bioplastik saat ini cukup besar, yaitu mencapai 20 ribu ton. Japan Biodegradable Plastic Society

memproyeksikan produksi bioplastik akan mencapai 1,2 juta ton pada tahun 2010. Industri bioplastik akan berkembang menjadi industri besar di masa yang akan datang (Pranamuda 2001).

Salah satu bahan bioplastik yang menjanjikan dan masih terus dikembangkan sampai saat ini adalah poli(3-hidroksialkanoat) (PHA). PHA merupakan polimer dari asam hidroksialkanoat yang diproduksi secara intraselular oleh sejum lah bakteri sebagai respon terhadap ketidakseimbangan nutrisi dalam media pertumbuhannya. Poli(3-hidroksibutirat) atau PHB merupakan salah satu jenis PHA yang paling menarik karena kopolimernya dengan polihidroksivalerat memiliki sifat yang mirip dengan poliolefin seperti polipropilen dan polietilen (Kansiz et al. 2000).

Dibandingka n bahan bioplastik lain seperti pati dan protein, PHB memiliki keunggulan karena sifatnya yang hidrofobik, resistensinya yang besar terhadap uap air dan permeabilitas oksigennya yang rendah. Hal tersebut membuat kalangan industri tertarik untuk memanfaatkannya sebagai bahan plastik ramah lingkungan dalam bidang pertanian, kelautan dan obat-obatan. PHB dapat diaplikasikan sebagai coating (pelapis), kemasan, kontainer, bahan-bahan sekali pakai, pembawa (carrier) bahan aktif pada bahan-bahan kimia dan obat-obatan, keperluan operasi bedah seperti benang jahit operasi, pembalut luka dan penyambungan tulang yang retak/patah (Lee et al. 1999, Paustin 1998).

Terkait dengan perkembangan riset PHA di Indonesia, Suryani et al. (2001, 2003), Syamsu et al. (2003) dan Wicaksono (2005) telah melakukan kajian produksi PHA oleh Ralstonia eutropha dengan sistem kultivasi batch

menggunakan minyak kelapa sawit sebagai sumber karbon. Penelitian Wicaksono (2005) tentang optimasi proses produksi PHA menggunakan sumber karbon hidrolisat minyak kelapa sawit menunjukkan bahwa pada skala labu kocok 250 mL produksi PHA tertinggi mencapai 10,9586 g/L (68,23% dari bobot kering sel) selama 7 hari kultivasi. Namun demikian, pada percobaan skala bioreaktor 2 L, produksi PHA tertinggi hanya mencapai 2,4644 g/L (72,62% dari bobot kering sel). Pada tahap optimasi selanjutnya didapatkan PHA dengan konsentrasi 10,6685 g/L (51,45% dari bobot kering sel). Meskipun PHA yang dihasilkan relatif tinggi dibandingkan penelitian Suryani et al. (2001, 2003) namun kadar PHA dalam sel masih tergolong rendah karena secara alami R. eutropha dapat mengakumulasi PHA hingga 80-90% berat selnya pada kondisi yang sesuai (Kim dan Lenz 2001, Madison dan Huisman 1999). Penelitian tersebut masih perlu ditindaklanjuti dan dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Disamping kelebihan-kelebihannya, terdapat kendala utama yang membatasi penggunaan PHA yaitu harganya yang jauh lebih mahal dibandingkan bahan plastik petrokimia. Paustin (1998) menyatakan harga jual PHA 5-7 kali plastik konvensional. Menurut Ayorinde et al. (1998) harga jual PHA di Eropa pada tahun 1995 mencapai sekitar US$ 17,00/kg sedangkan plastik berbasis petrokimia hanya sekitar US$ 1,00/kg. Lee dan Choi (2001) telah membuat

simulasi proses produksi PHB yang dapat menekan harga PHB menjadi US$ 3,31/kg.

Strategi yang dapat dilakukan untuk menurunkan biaya produksi PHB adalah dengan pengembangan galur bakteri yang lebih unggul, proses kultivasi dan pemisahan yang lebih efektif dan efisien serta penggunaan substrat/bahan baku yang murah dan terbaharukan (Godbole et al. 2003). Salah satu alternatif bahan baku murah dan terbaharukan yang melimpah di Indonesia adalah sagu. Indonesia merupaka n pemilik areal sagu terbesar di dunia dengan luas areal sekitar 1,128 juta ha atau 51,3% dari 2,201 juta ha areal sagu dunia. Namun dari segi pemanfaatannya Indonesia masih jauh tertinggal dibandingkan Malaysia dan Thailand yang masing-masing hanya memil iki areal sagu seluas 1,5% dan 0,2% dari areal sagu dunia (Abner dan Miftahorrahman 2002). Pati sagu sebagai hasil ekstraksi batang empulur sagu dapat dihidrolisis menjadi komponen lebih sederhana seperti glukosa, maltosa dan oligosakarida sehingga dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon yang relatif murah dalam proses produksi PHA.

Ralstonia eutropha merupakan salah satu jenis bakteri yang telah digunakan untuk produksi PHA secara komersial. Kultivasi fed-batch (semi sinambung) dapat diterapkan untuk meningkatkan akumulasi PHA di dalam sel R. eutropha, terutama untuk menciptakan ketidakseimbangan nutrisi pada media pertumbuhan. Teknik kultivasi fed-batch yang berfokus pada pengumpanan sumber karbon yang murah dan pembatasan nutrisi esensial lainnya (nitrogen, fosfat, magnesium, sulfat, oksigen) diharapkan dapat meningkatkan akumulasi PHA dalam sel sehingga ketika dipadukan dengan teknik pemisahan/isolasi yang mudah dan murah maka pada akhirnya dapat menurunkan biaya produksi PHA.

Tujuan

Tujuan penelitian ini secara umum adalah untuk mengetahui kemampuan

R. eutropha untuk tumbuh dan memproduksi PHA pada media dengan hidrolisat pati sagu sebagai sumber karbon tunggal. Penelitian ini secara khusus bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi hidrolisat pati sagu yang terbaik bagi pertumbuhan R. eutropha secara batch pada rentang konsentrasi gula yang

dicobakan (10, 20, 30, 40, 50 g/L), mendapatkan jenis substrat pengumpan/ pembatasan nutrisi yang tepat pada kultivasi fed-batch yang menghasilkan perolehan PHA tertinggi serta mengetahui karakteristik PHA yang dihasilkan.

Hipotesis

Hipotesis yang diajukan pada penelitian ini adalah :

1. Hidrolisat pati sagu diduga dapat digunakan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan dan pembentukan PHA oleh R. eutropha.

2. Sistem kultivasi fed-batch diduga dapat meningkatkan konsentrasi sel dan perolehan PHA dibandingkan dengan sistem kultivasi batch.

3. Pembatasan aerasi pada sistem kultivasi fed -batch diduga dapat meningkatkan perolehan PHA dibandingkan tanpa pembatasan aerasi.

4. Denga n menggunakan sumber karbon gula (hidrolisat pati sagu), R. eutropha

akan menghasilkan PHA jenis PHB.

Ruang Lingkup Ruang lingkup penelitian ini adalah :

1. Melakukan proses produksi hidrolisat pati sagu (Metroxylon sp) secara enzimatis menggunakan a -amilase dan amiloglukosidase (AMG) serta melakukan karakterisasi hidrolisat pati sagu yang dihasilkan (total gula , profil gula , kandungan nitrogen dan mineral).

2. Mengkaji kinetika pertumbuhan R. eutropha secara batch pada skala labu kocok 250 mL (volume kerja 100 mL) pada berbagai konsentrasi gula hidrolisat pati sagu (10, 20, 30, 40, 50 g/L).

3. Mengkaji kinetika kultivasi R. eutropha secara batch pada skala bioreaktor 2 L pada konsentrasi gula terpilih pada Tahap 2.

4. Mengkaji pengaruh pengumpanan beberapa jenis substrat/formula media umpan terhadap konsentrasi sel kering, konsentrasi PHA dan kadar PHA di dalam sel R. eutropha pada akhir kultivasi fed-batch.

5. Mengkaji pengaruh pembatasan aerasi terhadap konsentrasi sel kering, konsentrasi PHA dan kadar PHA di dalam sel R. eutropha pada akhir kultivasi fed -batch yang terpilih pada Tahap 4.

6. Melakukan karakterisasi PHA yang dihasilkan meliputi sifat termal, gugus- gugus fungsional, tingkat kemur nian relatif terhadap PHB standar serta menentukan jenis PHA.

Manfaat Secara umum manfaat penelitian ini adalah :

1. Meningkatkan nilai tambah pati sagu sebagai produk tanaman tropis alami Indonesia.

2. Memberikan sumbangan pemikiran dalam pengembangan proses produksi PHA sebagai bahan plastik ramah lingkungan.

3. Menjaga keanekaragaman haya ti (biodiversity) dengan mengembangkan bioplastik sebagai substitusi plastik konvensional berbasis petroleum.

4. Sebagai salah satu upaya untuk meningkatkan kompatibilitas dan penyelarasan bidang penelitian dalam kerangka pembangunan nasional dengan perkembangan isu lingkungan global.

5. Dengan mengintroduksi teknologi produksi bioplastik diharapkan dapat memberdayakan potensi ekonomi nasional yang berkelanjutan di masa yang akan datang.

Hidrolisat Pati Sagu (Metroxylon sp)

Pati sagu merupakan hasil ekstraksi pati dari batang empulur tanaman sagu. Sagu merupakan tumbuhan monokotil dari ordo Spadiciflorae, keluarga Palmae dan genus Metroxylon. Di Indonesia tanaman utama penghasil pati sagu adalah

Metroxylon yang tumbuh di lahan basah dan Arenga microcarpha (sagu baruk) yang tumbuh di lahan kering. Di Irian Jaya dan sebagian daerah Maluku, sagu merupakan bahan makanan pokok sedangkan di propinsi lain sagu dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dan bahan makanan. Pada produksi tahun 1999 sebesar 16178 ton sagu dikonsumsi oleh industri menengah besar dalam negeri, terutama di pulau Jawa, yang menggunakan sagu sebagai bahan baku makaroni, spagetti, bihun, soun dan bakso. Jepang memanfaatkan sagu sebagai bahan baku industri plastik biodegradabel (Abner dan Miftahorrahman 2002).

Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan a-glikosidik. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak larut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur rantai lurus dengan ikatan a-(1,4)-D-glukosa sedangkan amilopektin selain mempunyai rantai lurus juga mempunyai cabang dengan ikatan a -(1,6)-D- glukosa sebanyak 4-5% dari berat total (Winarno 1997). Kebanyakan pati terdiri dari amilosa dan amilopektin dengan perbandingan 1:3 (Pomeranz 1991).

Sirup glukosa adalah cairan jernih dan kental dengan komponen utama glukosa dan diperoleh dari proses hidrolisis pati dengan cara kimia atau enzimatik (SNI 01-2978-1992). Cara hidrolisis pati ada tiga macam, yaitu hidrolisis asam (pada umumnya HCl) yang disebut konversi asam, konversi asam-enzim dan konversi enzim-enzim. Cara terakhir paling banyak digunakan saat ini.

Konversi pati secara enzimatis terdiri dari dua tahap, yaitu likuifikasi dan sakarifikasi. Likuifikasi terjadi setelah gelatinisasi dengan adanya aktifitas a- amilase sedangkan sakarifikasi mengubah maltodekstrin secara lebih lanjut menjadi glukosa. Konversi enzimatik pati terlikuifikasi menjadi glukosa memerlukan waktu reaksi yang lama (24-96 jam), waktu yang dibutuhkan tergantung pada konsentrasi akhir glukosa yang diinginkan. Penggunaan

konsentrasi enzim yang tinggi, waktu hidrolisis reaksi yang lama dan konsentrasi substrat yang relatif tinggi (30-40% basis kering, b/b) pada proses industri dapat menyebabkan reaksi reversi (balik) yaitu sintesis kembali sa karida dari glukosa (Govindasamy et al. 1995)

a -amilase (a-1,4 glukan-4-glukonohidrolase) yang digunakan dalam tahap likuifikasi merupakan endoamilase, yaitu enzim yang memecah secara acak ikatan a -(1,4) yang terletak pada bagian dalam rantai polisakarida. Pemecahan ini menghasilkan glukosa, maltosa dan a -limit dekstrin, yaitu oligosakarida dengan empat atau lebih residu glukosa yang semuanya mengandung ikatan a -(1,6). Tahap ini ditandai dengan menurunnya viskositas suspensi pati dan daya pewarnaan larutan yodium terhadap amilosa. Pengaruh pH terhadap kestabilan dan keaktifan enzim sangat penting. a-amilase dari Bacillus subtilis mempunyai pH optimum antara 5,8 – 6,0 (Norman 1981).

Terdapat dua jenis endoamilase, yaitu termostabil dan termolabil. Endoamilase termostabil terutama berasal dari genus Bacillus. Amilase dari B. subtilis optimum pada suhu 65-70 oC dengan keberadaan Ca2+ sedangkan amilase dari B. licheniformis optimum pada suhu di atas 90 oC tanpa adanya Ca2+. Amilase termolabil berasal dari kapang, biasanya Aspergillus oryzae (Fullbrook 1984).

Glukoamilase atau amiloglukosidase atau AMG yang digunakan pada tahap sakarifikasi merupakan eksoenzim, yaitu enzim yang bekerja melepaskan unit glukosa secara berturut -turut dari ujung non reduksi pati. AMG mempunyai keaktifan optimal pada pH 4-5 dengan suhu 50-60 oC. Pada tahap sakarifikasi ini terjadi hidrolisis oligosakarida atau dekstrin menjadi glukosa. Tidak seperti likuifikasi yang hanya memakan waktu sekitar 60 menit, sakarifikasi biasanya memakan waktu yang lebih lama yaitu 24-96 jam (Fullbrook 1984).

Poli(3-Hidroksialkanoat) (PHA)

Poli(3-hidroksialkanoat) merupakan poliester hidroksialkanoat yang disintesis oleh sejumlah bakteri sebagai komponen simpanan energi dan karbon intraselular serta dikumpulkan sebagai granula dalam sitoplasma sel (Lee 1996). PHA disintes is jika salah satu elemen nutrisi seperti N, P, S, O atau Mg ada dalam jum lah terbatas namun sumber karbon ada dalam jumlah berlebih (Lee dan Choi

2001). Steinbüchel dan Valentin (1995) sebagaimana dikutip oleh Kim dan Lenz (2001) menyatakan bahwa lebih dari 90 unit monomer hidroksialkanoat yang telah dideteksi se bagai konstituen penyusun PHA. Hal ini menyebabkan PHA sebagai bahan termoplastik memiliki sifat mekanis yang bervariasi, misalnya sebagai penyusun polimer kristalin yang kuat atau karet elastis tergantung dari unit-unit monomer penyusunnya (Lee 1996).

Berdasarkan panjang unit penyusun polimernya, PHA diklasifikasikan menjadi 2 kelompok, yaitu PHA rantai pendek (short chain length PHA/poly

Dalam dokumen Pemanfaatan Hidrolisat Pati Sagu sebagai Sumber Karbon pada Produksi Bioplastik Polihidroksialkanoat secara Fed-Batch oleh Ralstonia eutropha (Halaman 134-200)