Produksi Bioplastik Polihidroksialkanoat secara Fed -Batch oleh Ralstonia eutropha. Dibimbing oleh ANI SURYANI, KHASWAR SYAMSU dan LIESBETINI HARTOTO.
Mengaitkan isu dampak negatif sampah plastik terhadap lingkungan, potensi pasar bioplastik yang prospektif dan keterbatasan aplikasi bioplastik polihidroksialkanoat (PHA) akibat harganya yang belum kompetitif maka penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan Ralstonia eutropha untuk tumbuh dan memproduksi PHA menggunakan substrat yang relatif murah yang berasal dari tanaman tropis khas Indonesia, yaitu hidrolisat pati sagu (Metroxylon
sp). PHA merupakan suatu polimer dari hidroksialkanoat yang dihasilkan sejumlah mikroba sebagai cadangan karbon dan energi. Akumulasi PHA di dalam sel R. eutropha ditingkatkan dengan menerapkan kultivasi fed-batch (semi sinambung).
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi hidrolisat pati sagu yang terbaik bagi pertumbuhan R. eutropha secara batch (curah), mengetahui jenis substrat pengumpan/pembatasan nutrisi yang tepat pada kultivasi fed -batch
yang menghasilkan perolehan PHA tertinggi serta mengetahui karakter istik PHA yang dihasilkan. Perlakuan jenis substrat yang dicobakan adalah umpan media lengkap (F1), hidrolisat pati sagu (F2), hidrolisat pati sagu + MgSO4 (F3) dan
hidrolisat pati sagu + MgSO4 + (NH4)2HPO4 (F4) dengan kontrol tanpa umpan
(batch). Kultivasi fed-batch dengan perlakuan pengumpanan terbaik selanjutnya dilakukan dengan pembatasan aerasi dan tanpa pembatasan aerasi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada rentang konsentrasi total gula awal hidrolisat pati sagu 10-50 g/L (labu kocok 250 mL, volume kerja 100 mL), R. eutropha tumbuh paling baik pada konsentrasi gula awal 30 g/L dengan laju pertumbuhan spesifik maksimal (µmaks) tertinggi 0,108/jam. Pada kultivasi batch
selama 96 jam (bioreaktor 2 L, volume kerja 1 L)didapatkan konsentrasi akhir sel, µmaks, Yx/s, Yp/x, Yp/s dan ?S/So berturut -turut sebesar 4,41 g/L, 0,109/jam, 0,15 g
sel/g gula, 0,38 g PHA/g sel, 0,06 g PHA/g gula dan 0,99.
Jenis substrat pada kultivasi fed-batch berpengaruh nyata terhadap konsentrasi akhir PHA dan kadar PHA dalam sel, namun tidak berpengaruh nyata terhadap konsentrasi akhir sel. Pembatasan aerasi pada kultivasi fed -batch tidak berpengaruh nyata terhadap konsentrasi sel, konsentrasi PHA dan kadar PHA dalam sel pada akhir kultivasi. Kultivasi fed-batch dengan substrat pengumpan hidrolisat pati sagu merupakan perlakuan terbaik yang menghasilkan konsentrasi akhir sel dan PHA tertinggi yaitu sebesar 4,86 g/L dan 3,72 g/L (76,54% dari bobot kering sel). Terdapat indikasi bahwa N, P, Mg, S merupakan nutrisi pembatas sedangkan oksigen bukan merupakan nutrisi pembatas yang signifikan untuk meningkatkan akumulasi PHA dalam sel R. eutropha.
PHA yang dihasilkan pada penelitian ini diduga termasuk jenis PHB (polihidroksibutirat) dengan titik leleh 163,96 oC dan tingkat kemurnian relatif terhadap PHB standar sekitar 76,6%. Gugus-gugus fungsional penciri khas struktur PHB yang muncul dari hasil analisis FTIR (Fourier Transform Infrared) adalah C=O,-C-O-,-CH2-,-CH3,-C-C- dan (C-O-C) polimer.
ABSTRACT
NUR ATIFAH. The Utilization of Hydrolyzed Sago Starch as Carbon Source in The Production of Polyhydroxyalkanoates by Fed-Batch Culture of Ralstonia eutropha. Under the direction of ANI SURYANI, KHASWAR SYAMSU and LIESBETINI HARTOTO.
The problems concerning the global environment and solid waste management caused by petrochemical based plastic disposal wastes have created much interest in the development of biodegradable plastics (bioplastics). Polyhydroxyalkanoates (PHAs) have been considered as one of the most promising bioplastics because of its similar physical properties to petrochemical plastics, biocompatibility and complete biodegradability. PHAs are the polymer of hydroxyalkanoates accumulated as a carbon and energy storage material in various microorganisms, usually under unfavorable growth conditions, such as limitation of N, P, S, Mg, or O2 in the presence of excess carbon source. However, one of the problems hindering commercialization of PHA is its high price. The utilization of hydrolyzed sago starch, an indigenous Indonesian crop, as main cultivation substrate is one effort to reduce the production cost of PHA.
This research was conducted to investigate the ability of Ralstonia eutropha
to grow and produce PHA on cultivation media containing hydrolyzed sago starch. The accumulation of intracellular PHA was increased by implementing fed-batch cultivations. The fed-batch treatment was the kind of substrate feedings, including complete media (F1), hydrolyzed sago starch (F2), hydrolyzed sago starc h + MgSO4 (F3), and hydrolyzed sago starch + MgSO4 + (NH4)2HPO4 (F4).
Limitation of aeration at stationary growth phase was then treated to the best fed- batch cultivation. The characteristics of PHA obtained were analy ze d.
As the results, R. eutropha grown on hydrolyzed sago starch with initial sugar concentration of 30 g/L showed the best value of maximum spe cific growth rate (µmax) of 0,108 h-1. Kinetic parameters in 96 hour-batch cultivation including
the final cell concentration, Yx/s, Yp/x, Yp/s and ?S/So were 4,41 g/L, 0,15 g cell/g
sugar, 0,38 g PHA/g cell, 0,06 g PHA/g sugar and 99%, respectively.
The kind of feeding substrate on fe d-batch cultivations affected the final PHA concentration and PHA content (P/X) but did not affect the final cell concentration (a = 0,05). Limitation of aeration and its interaction w ith the best fed-batch treatment did not affect the final cell concentration, PHA concentration and PHA content. Feeding with stock solution containing only hydrolyzed sago starch in fed-batch cultivation was the best treatment which resulted in 4,86 g/L of final cell concentration and 3,72 g/L of final PHA concentration (76,54% of cell dry mass). The fed-batch cultivation increased the final PHA concentration more than two folds compared to the batch one. It indicated that N, P, Mg, and S were limiting factors which could increase intracellularly PHA accumulation of R. eutropha but O2 was not.
PHA obtained from the experiment was poly-(3-hydroxybutyrate) (PHB) which had melting temperature of 163,96 oC and relative purity compared to the PHB standard of 76,6%. The PHB functional groups identified from FTIR (Fourier Transform Infrared) analysis were C=O, -C-O-, -CH2-, -CH3, -C-C- and
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul :
PEMANFAATAN HIDROLISAT PATI SAGU SEBAGAI SUMBER KARBON PADA PRODUKSI BIOPLASTIK POLIHIDROKSIALKANOAT SECARA FED-BATCH
OLEH Ralstonia eutropha
adalah benar merupakan hasil karya sendiri atas arahan komisi pembimbing dan belum pernah dipublikasikan. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Oktober 2006
Nur Atifah F351020031