PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
Dilahirkan pada tanggal 4 April 1984,
di Bogor
Tanggal Lulus: 7 Maret 2007
Ahmad Arban Khoiri. F 34102122. Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol, dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi. Di Bawah Bimbingan Krisnani Setyowati dan Khaswar Syamsu. 2007.
RINGKASAN
Saat ini, produksi berbagai jenis polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi di seluruh dunia telah mencapai 140 juta ton/tahun. Jumlah tersebut meningkat hingga 20 kali lipat jika dibandingkan dengan produksi polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi pada dekade 1950. Pertumbuhan penggunaan plastik yang signifikan ini dikarenakan oleh sifat plastik yang memiliki banyak keunggulan, seperti: (1) mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan; (2) bobot yang lebih ringan jika dibandingkan dengan bahan-bahan lain; (3) daya tahan yang sangat baik; (4) ketahanan terhadap bahan kimia, air, dan benturan; serta (5) biaya produksi yang tidak besar. Akan tetapi, sebagian besar polimer yang diproduksi dan dikonsumsi pada akhirnya akan menjadi limbah industri di lingkungan. Hal tersebut dikarenakan mayoritas polimer sintetis yang diproduksi merupakan polimer dengan ketahanan yang baik terhadap penguraian secara biologis.
Poli- -hidroksialkanoat merupakan salah satu jenis biopolimer yang mampu terdegradasi secara biologis. Poli- -hidroksialkanoat merupakan biopolimer yang berpotensi besar menjadi alternatif pengganti polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi. Salah satu karakteristik yang mengagumkan dari poli- -hidroksialkanoat adalah kemampuan terurainya pada kondisi lingkungan yang berbeda-beda. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat memiliki karakter yang kurang baik, seperti rapuh dan tidak elastis. Penambahan pemlastis merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat fisik dan mekanis bioplastik poli -hidroksialkanoat tersebut. Sebagai polimer yang dapat terdegradasi secara biologis, penambahan pemlastis akan mempengaruhi kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat untuk terdegradasi. Karena itu diperlukan suatu studi khusus untuk mengetahui proses biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat serta pengaruh penambahan pemlastis terhadap proses biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat.
Studi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat terhadap kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat untuk terdegradasi pada media cair berupa air danau dengan penambahan inokulum pendegradasi berupa limbah cair nata de coco pada kondisi udara terlimitasi, dengan melakukan pengukuran akumulasi produksi CO2 dan laju produksi CO2 sebagai parameter biodegradasi.
Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat, mampu terdegradasi secara biologis pada media cair dengan udara terlimitasi. Hal tersebut dibuktikan dengan diproduksinya CO2 selama proses biodegradasi.
Penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat memberikan pengaruh yang negatif bagi proses biodegradasi bioplastik. Akumulasi produksi CO2 lebih kecil dan laju produksi CO2 berlangsung lebih
lambat jika dibandingkan dengan jumlah CO2 yang dihasilkan pada proses
biodegradasi bioplastik tanpa pemlastis. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat tanpa penambahan pemlastis sebagai pembanding memiliki akumulasi produksi CO2
terbesar dan laju produksi CO2 paling cepat dengan akumulasi produksi CO2
Pada hari ke-50, bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 merupakan bioplastik dengan penambahan pemlastis yang paling cepat terdegradasi. Hal tersebut dibuktikan dengan akumulasi produksi CO2 tertinggi dan laju produksi CO2 tercepat jika
dibandingkan dengan sampel bioplastik dengan penambahan pemlastis lainnya. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 memiliki akumulasi produksi CO2 sebesar 23,76 mg dan laju produksi CO2
sebesar 0,48 mg CO2/hari, diikuti oleh bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan
penambahan pemlastis dietilen glikol dengan akumulasi produksi CO2 sebesar
18,92 mg dan laju produksi CO2 sebesar 0,38 mg CO2/hari. Bioplastik poli
-hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat merupakan bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis yang terdegradasi paling lambat. Hal tersebut dibuktikan dengan akumulasi produksi CO2 terkecil dan laju produksi CO2 paling lambat dibandingakan semua sampel.
Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat memiliki akumulasi produksi CO2 sebesar 16,72 mg, serta laju produksi CO2
sebesar 0,33 mg CO2/hari.
Pasokan udara yang terbatas berpengaruh negatif terhadap proses biodegradasi. Pasokan udara yang terbatas pada proses biodegradasi akan berakibat pada akumulasi produksi CO2 yang lebih kecil dan laju produksi CO2
Ahmad Arban Khoiri. F 34102122. Influence of Polyethylene Glycol 400, Diethylene Glycol, and Dimethyl Phthalate addition to Biodegradation Process of Poly- -hydrokxyalkanoates Bioplastic in Water Media with Air Limitation. Supervised by Krisnani Setyowati and Khaswar Syamsu. 2007.
SUMMARY
Nowadays, a wide variety of petroleum-based synthetic polymers are produced worldwide to the extent of approximately 140 million tones per year. It means that we produce and use 20 times more plastic today than we did in 1950s. The considerable growth in plastic use is due to the beneficial properties of plastics. These include: (1) extreme versatility and ability to be tailored to meet very specific technical needs; (2) lighter weight than competing materials; (3) extreme durability; (4) resistance to chemicals, water, and impact; (5) good safety and hygiene properties for food packaging; and (6) relatively inexpensive to produce. However, the majority of synthetic polymers are introduced in the ecosystem as industrial waste products. This problem occurred due to the majority of synthetic polymers are extremely resistant to microbial attack.
Poly- -hydroxyalkanoates is one of various biopolymers which are able to degrade biologically. Poly- -hydroxyalkanoates are a biopolymer with a great potential to substitute the petroleum based synthetic polymers, due to its ability to degrade in various environments. But unfortunately, poly- -hydroxyalkanoates have a rigid and brittle characteristic. An addition of plasticizer is needed to improve the physical and mechanical properties of poly- -hydroxyalkanoates. As a biodegradable polymer, the addition of plasticizer will give an influence to the poly- -hydroxyalkanoates biodegradability. A study is needed to determine the biodegradation process of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic and the influence of plasticizer addition to the biodegradation process of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic.
The objective of this study is to determine the influence of polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate addition towards biodegradability of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic in lake water media with nata de coco waste as degradation inoculums in limited air condition, by measuring the CO2 production accumulation and the production rate of CO2 as
the biodegradation parameter.
The poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate, were able to degrade biologically in water media with air limitation. This conclusion was made based on the CO2 production during the biodegradation process was conducted.
The addition of polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate has a negative influence to the poly- -hydroxyalkanoates bioplastic biodegradation process. The CO2 production accumulation has a smaller value
and the CO2 production rate has became slower compared to CO2 production
accumulation and CO2 production rate of non-plasticized poly
-hydroxyalkanoates bioplastic. The non-plasticized poly- --hydroxyalkanoates bioplastic, has the biggest value of CO2 production accumulation of 27,28 mg and
the fastest CO2 production rate of 0,55 mg CO2/day.
After 50 days test, the poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400 was the fastest to degrade plasticized bioplastic. The poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400 has the value of CO2 production accumulation of 23,76 mg and CO2 production
plasticized with diethylene glycol with CO2 production accumulation of 18,92 mg
and CO2 production rate of 0,38 mg CO2/day. The poly- -hydroxyalkanoates
bioplastic plasticized with dimethyl phthalate was the slowest to degrade plasticized bioplastic, with CO2 production accumulation of 16,72 mg and CO2
production rate of 0,33 mg CO2/day.
The air limitation during the biodegradation process has giving a negative influence to the biodegradation process. The air limitation during the biodegradation process has causing a smaller amount of CO2 production
accumulation and a slower CO2 production rate compared to biodegradation
LEMBAR PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
“Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol, dan
Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat
pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi” adalah karya asli saya sendiri,
dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas
ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Maret 2007
Yang Membuat Pernyataan
Nama : Ahmad Arban Khoiri
BIODATA RINGKAS
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 4 April 1984 dari pasangan H. M.
Tamsur Marse dan Dida Djamilah. Penulis merupakan anak ke-2 dari dua
bersaudara. Penulis memulai pendidikan dasarnya di SD Negeri Panaragan 2
Kota Bogor pada tahun 1990 dan menyelesaikannya pada tahun 1996. penulis
melanjutkan pendidikannya di SLTP Negeri 4 Bogor hingga tahun 1999, yang
kemudian dilanjutkan ke SMU Negeri 5 Bogor hingga selesai pada tahun 2002.
Pada tahun 2002, penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Departemen
Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) dan
menyelesaikan studinya pada tahun 2007.
Selama masa studinya di Departemen Teknologi Industri Pertanian,
penulis aktif terlibat dalam berbagai kegiatan. Penulis aktif menjadi asisten Mata
Kuliah Laboratorium Bioproses dan Mata Kuliah Sistem Informasi Manajemen
serta menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN)
periode 2003-2004 sebagai staf Departemen Kesekretariatan dan Sebagai Staf
Departemen Sosial dan Kesejahteraan Mahasiswa, Badan Eksekutif Mahasiswa
Fakultas Teknologi Pertanian periode 2004-2005.
Pada tahun 2005, penulis melakukan praktek lapang di PT. Badranaya
Putra Bandung dengan topik “Mempelajari Aspek Proses Produksi dan
Pengemasan Produk Sosis di PT. Badranaya Putra Bandung”. Pada tahun 2006
penulis melakukan penelitian di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian dengan judul penelitian “Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen
Glikol 400, Dietilen Glikol, dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi
Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi”.
Penulis menyelesaikan studinya di Departemen Teknologi Industri Pertanian dan
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena atas berkat kekuasaan
dan rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir penulis yang
berjudul “Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol,
dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli
-hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi”.
Selama pelaksanaan penelitian hingga selesainya tugas akhir ini, penulis
banyak mendapat bantuan, dorongan, dan bimbingan dari banyak pihak. Karena
itu pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Krisnani Setyowati, selaku dosen pembimbing I yang selama ini telah
memberikan arahan, bimbingan dan juga kesabarannya kepada penulis.
2. Dr. Ir. Khaswar Syamsu, M.Sc, selaku dosen pembimbing II atas ide-ide,
masukan, dan saran bagi penulis.
3. Prayoga Suryadarma, S.TP, MT, sebagai dosen penguji atas evaluasi dan
saran yang diberikan demi perbaikan tugas akhir ini.
4. Ayah, ibu, serta seluruh keluarga penulis atas dukungan tanpa henti dan cinta
tiada batas.
5. Staf pengajar Dept. Teknologi Industri Pertanian, atas semua ilmu yang
diberikan selama penulis berada di Departemen Teknologi Industri Pertanian.
6. Rekan-rekan penelitian Riset Unggulan Terpadu Bioplastik 2006 atas
kerjasama, bantuan, dan ikatan persahabatan yang erat.
7. Staf laboratorium Dept. Teknologi Industri Pertanian dan Pusat Antar
Universitas IPB atas bantuan dan fasilitas yang diberikan selama penulis
melakukan penelitian.
8. Rekan-rekan TIN kelas 2002 (TIN ’39). Terima kasih atas jalinan yang tercipta
PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGARUH PENAMBAHAN PEMLASTIS POLIETILEN GLIKOL 400,
DIETILEN GLIKOL, DAN DIMETIL FTALAT TERHADAP
PROSES BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKANOAT
PADA MEDIA CAIR DENGAN UDARA TERLIMITASI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
AHMAD ARBAN KHOIRI
F 34102122
Dilahirkan pada tanggal 4 April 1984,
di Bogor
Tanggal Lulus: 7 Maret 2007
Ahmad Arban Khoiri. F 34102122. Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol, dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi. Di Bawah Bimbingan Krisnani Setyowati dan Khaswar Syamsu. 2007.
RINGKASAN
Saat ini, produksi berbagai jenis polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi di seluruh dunia telah mencapai 140 juta ton/tahun. Jumlah tersebut meningkat hingga 20 kali lipat jika dibandingkan dengan produksi polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi pada dekade 1950. Pertumbuhan penggunaan plastik yang signifikan ini dikarenakan oleh sifat plastik yang memiliki banyak keunggulan, seperti: (1) mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan; (2) bobot yang lebih ringan jika dibandingkan dengan bahan-bahan lain; (3) daya tahan yang sangat baik; (4) ketahanan terhadap bahan kimia, air, dan benturan; serta (5) biaya produksi yang tidak besar. Akan tetapi, sebagian besar polimer yang diproduksi dan dikonsumsi pada akhirnya akan menjadi limbah industri di lingkungan. Hal tersebut dikarenakan mayoritas polimer sintetis yang diproduksi merupakan polimer dengan ketahanan yang baik terhadap penguraian secara biologis.
Poli- -hidroksialkanoat merupakan salah satu jenis biopolimer yang mampu terdegradasi secara biologis. Poli- -hidroksialkanoat merupakan biopolimer yang berpotensi besar menjadi alternatif pengganti polimer sintetis berbahan dasar minyak bumi. Salah satu karakteristik yang mengagumkan dari poli- -hidroksialkanoat adalah kemampuan terurainya pada kondisi lingkungan yang berbeda-beda. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat memiliki karakter yang kurang baik, seperti rapuh dan tidak elastis. Penambahan pemlastis merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat fisik dan mekanis bioplastik poli -hidroksialkanoat tersebut. Sebagai polimer yang dapat terdegradasi secara biologis, penambahan pemlastis akan mempengaruhi kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat untuk terdegradasi. Karena itu diperlukan suatu studi khusus untuk mengetahui proses biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat serta pengaruh penambahan pemlastis terhadap proses biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat.
Studi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat terhadap kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat untuk terdegradasi pada media cair berupa air danau dengan penambahan inokulum pendegradasi berupa limbah cair nata de coco pada kondisi udara terlimitasi, dengan melakukan pengukuran akumulasi produksi CO2 dan laju produksi CO2 sebagai parameter biodegradasi.
Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat, mampu terdegradasi secara biologis pada media cair dengan udara terlimitasi. Hal tersebut dibuktikan dengan diproduksinya CO2 selama proses biodegradasi.
Penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat memberikan pengaruh yang negatif bagi proses biodegradasi bioplastik. Akumulasi produksi CO2 lebih kecil dan laju produksi CO2 berlangsung lebih
lambat jika dibandingkan dengan jumlah CO2 yang dihasilkan pada proses
biodegradasi bioplastik tanpa pemlastis. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat tanpa penambahan pemlastis sebagai pembanding memiliki akumulasi produksi CO2
terbesar dan laju produksi CO2 paling cepat dengan akumulasi produksi CO2
Pada hari ke-50, bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 merupakan bioplastik dengan penambahan pemlastis yang paling cepat terdegradasi. Hal tersebut dibuktikan dengan akumulasi produksi CO2 tertinggi dan laju produksi CO2 tercepat jika
dibandingkan dengan sampel bioplastik dengan penambahan pemlastis lainnya. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 memiliki akumulasi produksi CO2 sebesar 23,76 mg dan laju produksi CO2
sebesar 0,48 mg CO2/hari, diikuti oleh bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan
penambahan pemlastis dietilen glikol dengan akumulasi produksi CO2 sebesar
18,92 mg dan laju produksi CO2 sebesar 0,38 mg CO2/hari. Bioplastik poli
-hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat merupakan bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis yang terdegradasi paling lambat. Hal tersebut dibuktikan dengan akumulasi produksi CO2 terkecil dan laju produksi CO2 paling lambat dibandingakan semua sampel.
Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat memiliki akumulasi produksi CO2 sebesar 16,72 mg, serta laju produksi CO2
sebesar 0,33 mg CO2/hari.
Pasokan udara yang terbatas berpengaruh negatif terhadap proses biodegradasi. Pasokan udara yang terbatas pada proses biodegradasi akan berakibat pada akumulasi produksi CO2 yang lebih kecil dan laju produksi CO2
Ahmad Arban Khoiri. F 34102122. Influence of Polyethylene Glycol 400, Diethylene Glycol, and Dimethyl Phthalate addition to Biodegradation Process of Poly- -hydrokxyalkanoates Bioplastic in Water Media with Air Limitation. Supervised by Krisnani Setyowati and Khaswar Syamsu. 2007.
SUMMARY
Nowadays, a wide variety of petroleum-based synthetic polymers are produced worldwide to the extent of approximately 140 million tones per year. It means that we produce and use 20 times more plastic today than we did in 1950s. The considerable growth in plastic use is due to the beneficial properties of plastics. These include: (1) extreme versatility and ability to be tailored to meet very specific technical needs; (2) lighter weight than competing materials; (3) extreme durability; (4) resistance to chemicals, water, and impact; (5) good safety and hygiene properties for food packaging; and (6) relatively inexpensive to produce. However, the majority of synthetic polymers are introduced in the ecosystem as industrial waste products. This problem occurred due to the majority of synthetic polymers are extremely resistant to microbial attack.
Poly- -hydroxyalkanoates is one of various biopolymers which are able to degrade biologically. Poly- -hydroxyalkanoates are a biopolymer with a great potential to substitute the petroleum based synthetic polymers, due to its ability to degrade in various environments. But unfortunately, poly- -hydroxyalkanoates have a rigid and brittle characteristic. An addition of plasticizer is needed to improve the physical and mechanical properties of poly- -hydroxyalkanoates. As a biodegradable polymer, the addition of plasticizer will give an influence to the poly- -hydroxyalkanoates biodegradability. A study is needed to determine the biodegradation process of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic and the influence of plasticizer addition to the biodegradation process of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic.
The objective of this study is to determine the influence of polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate addition towards biodegradability of poly- -hydroxyalkanoates bioplastic in lake water media with nata de coco waste as degradation inoculums in limited air condition, by measuring the CO2 production accumulation and the production rate of CO2 as
the biodegradation parameter.
The poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate, were able to degrade biologically in water media with air limitation. This conclusion was made based on the CO2 production during the biodegradation process was conducted.
The addition of polyethylene glycol 400, diethylene glycol, and dimethyl phthalate has a negative influence to the poly- -hydroxyalkanoates bioplastic biodegradation process. The CO2 production accumulation has a smaller value
and the CO2 production rate has became slower compared to CO2 production
accumulation and CO2 production rate of non-plasticized poly
-hydroxyalkanoates bioplastic. The non-plasticized poly- --hydroxyalkanoates bioplastic, has the biggest value of CO2 production accumulation of 27,28 mg and
the fastest CO2 production rate of 0,55 mg CO2/day.
After 50 days test, the poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400 was the fastest to degrade plasticized bioplastic. The poly- -hydroxyalkanoates bioplastic plasticized with polyethylene glycol 400 has the value of CO2 production accumulation of 23,76 mg and CO2 production
plasticized with diethylene glycol with CO2 production accumulation of 18,92 mg
and CO2 production rate of 0,38 mg CO2/day. The poly- -hydroxyalkanoates
bioplastic plasticized with dimethyl phthalate was the slowest to degrade plasticized bioplastic, with CO2 production accumulation of 16,72 mg and CO2
production rate of 0,33 mg CO2/day.
The air limitation during the biodegradation process has giving a negative influence to the biodegradation process. The air limitation during the biodegradation process has causing a smaller amount of CO2 production
accumulation and a slower CO2 production rate compared to biodegradation
LEMBAR PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
“Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol, dan
Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat
pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi” adalah karya asli saya sendiri,
dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas
ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Maret 2007
Yang Membuat Pernyataan
Nama : Ahmad Arban Khoiri
BIODATA RINGKAS
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 4 April 1984 dari pasangan H. M.
Tamsur Marse dan Dida Djamilah. Penulis merupakan anak ke-2 dari dua
bersaudara. Penulis memulai pendidikan dasarnya di SD Negeri Panaragan 2
Kota Bogor pada tahun 1990 dan menyelesaikannya pada tahun 1996. penulis
melanjutkan pendidikannya di SLTP Negeri 4 Bogor hingga tahun 1999, yang
kemudian dilanjutkan ke SMU Negeri 5 Bogor hingga selesai pada tahun 2002.
Pada tahun 2002, penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Departemen
Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) dan
menyelesaikan studinya pada tahun 2007.
Selama masa studinya di Departemen Teknologi Industri Pertanian,
penulis aktif terlibat dalam berbagai kegiatan. Penulis aktif menjadi asisten Mata
Kuliah Laboratorium Bioproses dan Mata Kuliah Sistem Informasi Manajemen
serta menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN)
periode 2003-2004 sebagai staf Departemen Kesekretariatan dan Sebagai Staf
Departemen Sosial dan Kesejahteraan Mahasiswa, Badan Eksekutif Mahasiswa
Fakultas Teknologi Pertanian periode 2004-2005.
Pada tahun 2005, penulis melakukan praktek lapang di PT. Badranaya
Putra Bandung dengan topik “Mempelajari Aspek Proses Produksi dan
Pengemasan Produk Sosis di PT. Badranaya Putra Bandung”. Pada tahun 2006
penulis melakukan penelitian di Laboratorium Departemen Teknologi Industri
Pertanian dengan judul penelitian “Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen
Glikol 400, Dietilen Glikol, dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi
Bioplastik Poli- -hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi”.
Penulis menyelesaikan studinya di Departemen Teknologi Industri Pertanian dan
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, karena atas berkat kekuasaan
dan rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir penulis yang
berjudul “Pengaruh Penambahan Pemlastis Polietilen Glikol 400, Dietilen Glikol,
dan Dimetil Ftalat terhadap Proses Biodegradasi Bioplastik Poli
-hidroksialkanoat pada Media Cair dengan Udara Terlimitasi”.
Selama pelaksanaan penelitian hingga selesainya tugas akhir ini, penulis
banyak mendapat bantuan, dorongan, dan bimbingan dari banyak pihak. Karena
itu pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Krisnani Setyowati, selaku dosen pembimbing I yang selama ini telah
memberikan arahan, bimbingan dan juga kesabarannya kepada penulis.
2. Dr. Ir. Khaswar Syamsu, M.Sc, selaku dosen pembimbing II atas ide-ide,
masukan, dan saran bagi penulis.
3. Prayoga Suryadarma, S.TP, MT, sebagai dosen penguji atas evaluasi dan
saran yang diberikan demi perbaikan tugas akhir ini.
4. Ayah, ibu, serta seluruh keluarga penulis atas dukungan tanpa henti dan cinta
tiada batas.
5. Staf pengajar Dept. Teknologi Industri Pertanian, atas semua ilmu yang
diberikan selama penulis berada di Departemen Teknologi Industri Pertanian.
6. Rekan-rekan penelitian Riset Unggulan Terpadu Bioplastik 2006 atas
kerjasama, bantuan, dan ikatan persahabatan yang erat.
7. Staf laboratorium Dept. Teknologi Industri Pertanian dan Pusat Antar
Universitas IPB atas bantuan dan fasilitas yang diberikan selama penulis
melakukan penelitian.
8. Rekan-rekan TIN kelas 2002 (TIN ’39). Terima kasih atas jalinan yang tercipta
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
RINGKASAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN ... viii
BIODATA RINGKAS ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
I. PENDAHULUAN ... 1
A. LATAR BELAKANG ... 1
B. TUJUAN ... 4
C. RUANG LINGKUP PENELITIAN ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
A. POLI- -HIDROKSIALKANOAT (PHA) ... 5
B. PEMLASTIS ... 7
C. BIODEGRADASI ... 9
D. PENGUJIAN BIODEGRADASI ... 12
III. METODE PENELITIAN ... 15
A. BAHAN DAN ALAT ... 15
B. METODE PENELITIAN ... 16
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19
A. KARAKTERISASI MEDIA PENDEGRADASI ... 19
B. UJI BIODEGRADASI BIOPLASTIK POLI- -HIDROKSIALKA- NOAT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESPIROMETRI 22
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 33
A. KESIMPULAN ... 33
B. SARAN ... 34
DAFTAR PUSTAKA ... 35
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Sifat fisik dan mekanis polipropilen (PP) dan poli- -hidroksi-
butirat (PHB) ... 6
Tabel 2. Mikroorganisme pendegradasi poli- -hidroksialkanoat ... 9
Tabel 3. Ringkasan beberapa metode uji biodegradasi beserta bebera-
pa faktor positif dan negatif untuk setiap jenis uji ... 13
Tabel 4. Hasil kuantifikasi mikroorganisme hari ke-0 ... 19
Tabel 5. Hasil kuantifikasi mikroorganisme hari ke-50 ... 19
Tabel 6. Pengukuran suhu dan pH media pada hari ke-0 ... 21
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur dasar poli- -hidroksialkanoat ... 5
Gambar 2. Granula poli- -hidroksialkanoat di dalam sel ... 6
Gambar 3. Struktur molekul polietilen glikol ... 8
Gambar 4. Struktur molekul dietilen glikol ... 8
Gambar 5. Struktur molekul dimetil ftalat ... 8
Gambar 6. Dogma dasar biodegradasi polimer ... 10
Gambar 7. Reaksi umum pada tahapan mineralisasi ... 12
Gambar 8. Disain botol biometer ... 14
Gambar 9. Disain botol biometer modifikasi... 14
Gambar 10. Biometer ... 15
Gambar 11. Reaksi pada tahapan mineralisasi ... 23
Gambar 12. Grafik akumulasi produksi CO2 selama proses biodegradasi 23
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram alir uji biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialka-
noat ... 39
Lampiran 2. Diagram alir evaluasi kadar CO2 ... 40
Lampiran 3. Rekapitulasi pengukuran produksi CO2 blanko (tanpa bio-
plastik poli- -hidroksialkanoat) ... 41
Lampiran 4. Rekapitulasi pengukuran produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat tanpa penambahan pemlastis ... 42
Lampiran 5. Rekapitulasi pengukuran produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 ... 43
Lampiran 6. Rekapitulasi pengukuran produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis dietilen glikol ... 44
Lampiran 7. Rekapitulasi pengukuran produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat ... 45
Lampiran 8. Rekapitulasi gabungan pengukuran produksi CO2 ... 46
Lampiran 9. Estimasi kurva regresi produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat tanpa penambahan pemlastis ... 47
Lampiran 10. Estimasi kurva regresi produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 .. 48
Lampiran 11. Estimasi kurva regresi produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis dietilen glikol ... 49
Lampiran 12. Estimasi kurva regresi produksi CO2 poli- -hidroksialka-
noat dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat ... 50
Lampiran 13. Data perbandingan produksi CO2 dan laju produksi CO2
pada kondisi udara terlimitasi dengan produksi CO2 dan
laju produksi CO2 kondisi aerasi ... 51
Lampiran 14. Bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan
pemlastis (a) polietilen glikol 400; (b) dietilen glikol; dan
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Saat ini, produksi dan konsumsi berbagai jenis polimer sintetis
berbahan dasar minyak bumi di seluruh dunia telah mencapai 140 juta
ton/tahun (Kim dan Rhee, 2003; Anonima, 2006). Jumlah tersebut meningkat hingga 20 kali lipat jika dibandingkan dengan produksi polimer sintetis
berbahan dasar minyak bumi pada dekade 1950. Sebagian besar polimer
yang diproduksi dan dikonsumsi tersebut pada akhirnya akan menjadi limbah
industri di lingkungan. Hal ini dikarenakan mayoritas polimer sintetis yang
diproduksi merupakan polimer yang memiliki ketahanan terhadap penguraian
secara biologis. Hal tersebut disebabkan oleh bobot molekul yang sangat
besar, jumlah cincin aromatik yang sangat tinggi, dan ikatan-ikatan yang
kompleks. (Kim dan Rhee, 2003). Karena hal tersebut, maka akumulasi skala
besar limbah plastik di lingkungan telah menimbulkan masalah polusi
lingkungan yang tidak bisa disebut sebagai masalah ringan.
Solusi dari permasalahan ini dapat ditemukan pada polimer
biodegradabel, suatu jenis polimer yang dapat terurai secara biologis.
Diantara berbagai jenis polimer biodegradabel, terdapat polimer yang
dihasilkan oleh mikroorganisme dengan substrat yang diturunkan dari sumber
daya yang dapat diperbaharui, seperti pati dan lemak, dan dapat terurai
secara biologis pada tanah dan air. Poli- -hidroksialkanoat merupakan salah
satu polimer yang dihasilkan oleh mikroorganisme sebagai cadangan
makanan akibat adanya keterbatasan nutrisi. Salah satu jenis poli
-hidroksialkanoat adalah poli- -hidroksibutirat, yang termasuk ke dalam
kelompok poli- -hidroksialkanoat rantai pendek (jumlah atom C berkisar
antara 3 sampai 5 atom), dan memiliki sifat yang rapuh dan tidak elastis.
Untuk memperbaiki sifat dan karakter bioplastik poli
-hidroksialkanoat tersebut diperlukan penambahan bahan tertentu, seperti
pemlastis. Penelitian mengenai pembuatan bioplastik poli- -hidroksialkanoat
dengan penambahan pemlastis telah banyak dilakukan. Rais (2007), Delvia
hidroksibutirat) hasil kultivasi bakteri Ralstonia eutropha dengan substrat
hidrolisat pati sagu. Untuk mengetahui kemampuan terdegradasi ketiga
bioplastik tersebut, maka dilakukanlah uji biodegradasi bioplastik poli
-hidroksialkanoat yang dihasilkan oleh studi tersebut.
Proses degradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat bergantung pada
aktivitas mikrobial di lingkungan dan pada permukaan polimer. Di sisi lain,
kristalinitas, bobot molekul dari bahan, temperatur, hidrofilitas bahan
merupakan faktor-faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan
mikroorganisme pada permukaan polimer.
Polietilen glikol, dietilen glikol dan dimetil ftalat merupakan beberapa
jenis pemlastis yang banyak digunakan pada industri plastik. Pemlastis dari
kelompok etilen glikol banyak digunakan pada industri plastik terutama untuk
pembuatan serat poliester dan resin, termasuk polyethylene terephtalate yang
digunakan dalam produksi botol plastik untuk minuman ringan (botol PET).
Dimetil ftalat sering digunakan sebagai pemlastis pada industri plastik
polyvinyl chloride (PVC).
Pemlastis dari kelompok etilen glikol telah digunakan sebagai bahan
campuran pada beberapa jenis polimer biodegradabel, seperti
poly(3-caprolactone) (PCL) dan poly (L-lactide) (PLA). Pemlastis dari kelompok
etilen glikol memiliki sifat fisik dan mekanis yang baik, seperti kelarutan yang
baik pada air dan pelarut organik, tingkat toksik yang rendah, dan sifat
hidrofilik yang tinggi. Sedangkan dimetil ftalat merupakan pemlastis yang
dapat larut pada pelarut organik tetapi tidak dapat larut di dalam air. Dimetil
ftalat telah banyak digunakan pada industri plastik untuk menghasilkan plastik
polyvinyl chloride (PVC) dengan karakter yang lebih fleksibel dan lentur.
Pada studi ini, diamati pengaruh penambahan pemlastis polietilen
glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat terhadap proses biodegradasi
bioplastik poli- -hidroksialkanoat. Parameter yang diamati adalah akumulasi
produksi CO2 dan laju produksi CO2 selama pengujian dilakukan. Gas CO2
merupakan gas yang dihasilkan pada tahapan mineralisasi pada proses
biodegradasi.
Beberapa studi mengenai biodegradasi bioplastik ataupun polimer
sintetis telah dilakukan. Parra et al. (2006) melakukan pengujian biodegradasi
bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen
menggunakan metode enzyme assay atau pengujian dengan menggunakan
enzim pada media agar. Parra et al. (2006) menyatakan, konsentrasi
pemlastis polietilen glikol 300 yang berbeda-beda akan memberikan
kemampuan terdegradasi yang berbeda. Semakin tinggi konsentrasi polietilen
glikol 300, maka bioplastik poli- -hidroksialkanoat semakin mudah dan cepat
terdegradasi.
Studi biodegradasi yang dilakukan oleh Parra et al. (2006) tidak
melakukan perbandingan antara berbagai macam jenis pemlastis dan
perbandingan dengan bioplastik PHA tanpa penambahan pemlastis.
Sehingga tidak didapatkan informasi mengenai pengaruh penambahan
pemlastis yang berbeda-beda terhadap proses biodegradasi. Maka pada
studi biodegradasi kali ini digunakan tiga macam pemlastis yang berbeda,
sehingga bisa diketahui pemlastis mana yang memberikan sifat fisik mekanis
terbaik bagi bioplastik poli- -hidroksialkanoat dan juga memberikan
kemampuan terdegradasi mendekati bioplastik poli- -hidroksialkanoat tanpa
pemlastis.
Selain tidak adanya data perbandingan antara berbagai macam jenis
pemlastis, studi biodegradasi yang dilakukan oleh Parra et al. (2006) tidak
menggunakan media yang berasal dari alam. Sehingga studi yang dilakukan
oleh Parra et al. (2006) tidak dapat memberikan informasi mengenai
kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis
polietilen glikol 300 untuk terdegradasi di alam. Karena itu pada studi ini
digunakan media yang dapat mewakili/mendekati kondisi alam dari segi
media yang digunakan.
Pada studi ini digunakan media berupa air danau dan inokulum
pendegradasi berupa limbah nata de coco yang tidak diberi perlakuan
sebelum proses biodegradasi dilakukan. Media berupa air danau dipilih
karena diduga mengandung beberapa jenis bakteri yang dapat mendegradasi
bioplastik poli- -hidroksialkanoat (Brandl et al., 1995). Sedangkan inokulum
pendegradasi berupa limbah cair nata de coco merupakan limbah yang
diduga mengandung bakteri penghasil biopolimer, selulosa, sehingga diduga
B. TUJUAN
Studi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan
pemlastis polietilen glikol 400, dietilen glikol, dan dimetil ftalat terhadap
kemampuan bioplastik poli- -hidroksialkanoat untuk terdegradasi pada media
cair berupa air danau dengan penambahan inokulum pendegradasi berupa
limbah cair nata de coco pada kondisi udara terlimitasi, dengan melakukan
pengukuran akumulasi produksi CO2 dan laju produksi CO2 sebagai
parameter biodegradasi.
C. RUANG LINGKUP PENELITIAN
Melakukan pengujian biodegradasi terhadap bioplastik poli
-hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400, dietilen
glikol, dan dimetil ftalat dengan menggunakan metode respirometri untuk
mengetahui jumlah CO2 hasil tahapan mineralisasi pada proses biodegradasi
sebagai parameter biodegradasi. Sebagai data pelengkap penelitian utama
dilakukan karakterisasi media berupa pengukuran pH media dan kuantifikasi
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. POLI- -HIDROKSIALKANOAT (PHA)
Poli- -hidroksialkanoat mikrobial merupakan poliester alifatik atau
kopolimer dari asam [R]- -hidroksialkanoat, yang terbentuk selama fase
pertumbuhan dengan nutrisi terbatas pada berbagai jenis sumber karbon
termasuk gula (Kaplan et al. dalam Ching et al., 1993). Sedangkan menurut
Jendrossek dan Handrick (2002), poli- -hidroksialkanoat merupakan
kumpulan simpanan karbon dan energi yang terakumulasi selama fase
pertumbuhan tidak seimbang pada banyak jenis bakteri, sebagai contohnya
pada keadaan dimana terjadi kelebihan karbon dan pertumbuhan terlimitasi
oleh adanya nutrien lain (contohnya, nitrogen). Struktur dasar poli
-hidroksialkanoat dapat dilihat pada Gambar 1.
n = 1 R = Hydrogen Poly (-3-hydroxypropionate) Methyl Poly (-3-hydroxybutyrate) Ethyl Poly (-3-hydroxyvalerate) Propyl Poly (-3-hydroxyhexanoate) Pentyl Poly (-3-hydroxyoctanoate) Nonyl Poly (-3-hydroxydecanoate) n = 2 R = Hydrogen Poly (-4-hydroxybutyrate) n = 3 R = Hydrogen Poly (-5-hydroxyvalerate)
Gambar 1. Struktur dasar poli- -hidroksialkanoat (Ojumu et al., 2004)
Poli- -hidroksialkanoat disimpan di dalam sel (intraseluler) dalam
bentuk granula yang terlihat sebagai globula-globula cemerlang berukuran
100-500 nm dan dapat mencapai bobot 90% dari bobot sel kering. Gambar 2
merupakan gambar granula poli- -hidroksialkanoat di dalam sel.
Poli hidroksialkanoat terbagi menjadi tiga kelas, yaitu poli
-hidroksialkanoat rantai pendek (sclPHA, C3 - C5), poli- -hidroksialkanoat
rantai sedang (mclPHA, C6 - C14), dan poli- -hidroksialkanoat rantai panjang
(lclPHA, > C14). (Zinn et al., 2001). Salah satu jenis poli- -hidroksialkanoat
Gambar 2. Granula poli- -hidroksialkanoat di dalam sel (Lenz dan Marches-sault, 2005)
Atifah (2006) telah melakukan penelitian untuk memproduksi poli
-hidroksialkanoat melalui kultivasi batch dan fed-batch dengan bakteri
Ralstonia eutropha. Pada penelitian tersebut digunakan sumber karbon dari
hidrolisat pati sagu dengan nitrogen sebagai substrat pembatas. Atifah (2006)
menyatakan bahwa kultivasi fed-batch dengan bakteri Ralstonia eutropha dan
sumber karbon hidrolisat pati sagu akan menghasilkan poli- -hidroksialkanoat
jenis poli- -hidroksibutirat.
Poli- -hidroksibutirat memiliki sifat fisik dan mekanis yang baik. Sifat
fisik dan mekanis poli- -hidroksibutirat tersebut merupakan sifat yang dapat
dibandingkan dengan polipropilen, plastik sintetis berbahan dasar minyak
bumi. Sifat fisik dan mekanis polipropilen dan poli- -hidroksibutirat dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Sifat fisik dan mekanis polipropilen (PP) dan poli- -hidroksibutirat (PHB) (Timmins et al. dalam Ching et al., 1993).
Parameter PP PHB
Titik leleh, oC 171-186 171-182
Temperatur transisi gelas, oC -15 5-10
Kristalinitas, % 65-70 65-80
Densitas, g/cm3 0,905-0,94 1,23-1,25
Bobot molekul rata-rata, x 10-5 2.2-7.0 1-8
Modulus kelenturan, Gpa 1,7 3,5-4,0
Kuat tarik, Mpa 39 40
Perpanjangan putus, % 400 6-8
Ketahanan terhadap UV Buruk Baik
Ketahanan terhadap pelarut Baik Buruk
Permeabilitas oksigen, cm3/m2/atm/d 1700 45
B. PEMLASTIS
Di samping sifat-sifatnya yang dapat dibandingkan dengan
polipropilen, poli- -hidroksibutirat memiliki derajat kristalinitas yang tinggi dan
sifat yang kaku, sehingga membatasi aplikasinya pada berbagai bidang.
(Choi dan Lee, 1999). Untuk dapat diaplikasikan secara luas, diperlukan
penambahan bahan tertentu seperti pemlastis untuk memperbaiki sifat poli
-hidroksibutirat tersebut.
Pemlastis adalah bahan kimia yang dapat digunakan untuk
mengurangi kekakuan resin termoplastik. Prinsip kerja pemlastis adalah
membentuk interaksi molekuler rantai polimer untuk meningkatkan kecepatan
respon viskoelastis pada polimer. Hal tersebut akan meningkatkan mobilitas
molekuler rantai polimer dan akibatnya dapat menurunkan suhu transisi kaca
(Tg) (Hammer, 1978). Ikatan-ikatan yang terbentuk antara polimer dengan
pemlastis diduga merupakan ikatan hidrogen (Spink dan Waychoff, 1958).
Polietilen glikol, dietilen glikol dan dimetil ftalat merupakan beberapa
jenis pemlastis yang banyak digunakan pada industri plastik. Pemlastis dari
kelompok etilen glikol banyak digunakan pada industri plastik terutama untuk
pembuatan serat poliester dan resin, termasuk polyethylene terephtalate yang
digunakan dalam produksi botol plastik untuk minuman ringan (botol PET)
(Anonimb, 2006). Dimetil ftalat sering digunakan sebagai pemlastis pada industri plastik polyvinyl chloride (PVC) untuk menghasilkan plastik polyvinyl
chloride yang lebih lentur dan fleksibel (Anonimc, 2006).
Polietilen glikol merupakan golongan senyawa polieter dari etilen
oksida. Rumus umum polietilen glikol adalah C2nH4n+2On+1 dengan bobot
molekul rata-rata sesuai dengan angka yang tertera setelahnya. Polietilen
glikol 400, memiliki bobot molekul rata-rata 400 g/mol atau berkisar antara
380-420 g/mol. Menurut Parra et al. (2006), polietilen glikol memiliki sifat-sifat
yang baik, termasuk kelarutan yang baik di dalam air dan pelarut organik,
sifat toksik yang rendah, tidak bersifat antigen dan imunogen, serta bersifat
hidrofilik atau mudah berikatan dengan air. Polietilen glikol biasa digunakan
sebagai emulsifier, bahan tambahan deterjen, pemlastis, humektan, dan
pelumas larut air untuk melapisi tekstil (Anonimd, 2006).
dengan rumus tersebut dapat diketahui antara 8,23-9,14 atau n = 9. Sehingga
rumus molekul polietilen glikol 400 adalah C18H38O10 dan bobot molekulnya
414 g/mol. Dengan n = 9 maka dapat dikatakan bahwa polietilen glikol 400
merupakan suatu oligomer dari etilen oksida. Struktur molekul polietilen glikol
dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Struktur molekul polietilen glikol (Anonimd, 2006)
Dietilen glikol (HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH) merupakan senyawa
yang tidak berwarna, hampir tidak berbau, higroskopis dan memiliki rasa
manis yang tajam dengan titik didih 244-245 oC. Dietilen glikol dapat bercampur dengan air, alkohol, eter, aseton, etilen glikol dan tidak dapat
bercampur dengan karbon tetraklorida, benzene dan toluen (Anonime, 1999). Dietilen glikol memiliki rumus molekul C4H10O3 dan bobot molekul 106,12
g/mol. Struktur molekul dietilen glikol dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Struktur molekul dietilen glikol (Anonimb, 2006)
Dimetil ftalat merupakan pemlastis yang bersifat dapat larut dalam
alkohol, eter, dan kloroform, tetapi tidak dapat larut dalam air. Penampakan
dimetil ftalat adalah tidak berwarna dan tidak berbau. Struktur kimia dimetil
ftalat dapat dilihat pada Gambar 5. Dimetil ftalat memiliki rumus molekul
C6H4(COOH)2 dengan bobot molekul 166,14 g/mol.
C. BIODEGRADASI
Biodegradasi didefinisikan sebagai suatu proses yang dilakukan oleh
sebuah sistem biologis (oleh bakteri atau fungi) dimana suatu rantai polimer
diputus melalui aktivitas enzimatis (Kaplan et al. dalam Ching et al., 1993).
Biodegradasi juga dapat didefinisikan sebagai penyederhanaan sebagian
atau penghancuran total struktur molekul suatu bahan oleh suatu reaksi
fisiologis yang dikatalis oleh mikroorganisme (Madsen dalam Hurst et al.,
1997).
Terdapat beberapa faktor penting yang dapat mempengaruhi
biodegradasi suatu bahan. Faktor-faktor tersebut antara lain: (1) aktivitas
mikrobial pada lingkungan (media) dan pada permukaan bahan/sampel
(aksesibilitas pada permukaan polimer); (2) kristalinitas; (3) bobot molekul
bahan/sampel; (4) temperatur media (akan berpengaruh pada pertumbuhan
mikroorganisme); (5) pH; (6) komposisi monomerik; (7) titik leleh; dan (8)
hidrofilitas pemlastis pada sampel (Jendrossek dan Handrick, 2002; Tokiwa
dan Calabia, 2004; Parra et al., 2006).
Mikroorganisme memegang peranan penting dalam proses
biodegradasi. Menurut Brandl et al. (1995), terdapat berbagai jenis
mikroorganisme pada berbagai macam ekosistem yang dapat mendegradasi
poli- -hidroksialkanoat, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Mikroorganisme pendegradasi poli- -hidroksialkanoat (Brandl et al., 1995).
Ekosistem Organisme
Tanah dan Kompos Acidovorax delafieldii; Acremonium sp; Acidovorax facilis;
Arthrobacter viscosus; Aspergilus fumigatus; Bacillus polymyxa; Cephalosporium sp; Cladosporium sp;
Cytophaga johnsonae; Eupenicillium sp; Mucor sp;
Paecilomyces marquandii; Penicillium adametzii; Penicillium chermisinum; Penicillium daleae; Penicillium funicolosum;
Penicillium ochlochloron; Penicillium resrictum; Poliporus circinatus; Pseudomonas sp; Pseudomonas lemoignei;
Pseudomonas syringae; Xanthomonas monophilia; Zooglea ramigera; Aspergillus sp; Bacillus megaterium; Penicillium simplicissimum; Streptomyces sp; Variovorax paradoxus;
Verticillium leptobactrum.
Lumpur Alcaligenes faecialis.
Sedimen estuaria Ilyobacter delafieldii.
Air danau Comamonas acidovorans; Pseudomonas cepacia;
Selain mikroorganisme, sifat pemlastis memberikan pengaruh yang
signifikan pada proses biodegradasi. Pemlastis hidrofilik akan meningkatkan
laju biodegradasi, dan penambahan konsentrasi pemlastis hidrofilik akan
meningkatkan laju degradasi enzimatis (Parra et al., 2006). Polietilen glikol
400 dan dietilen glikol merupakan pemlastis hidrofilik akibat adanya gugus
hidroksil (-OH) pada molekul-molekulnya. Selain dari gugus hidroksil (-OH)
kemampuan mengikat air pada polietilen glikol 400 dan dietilen glikol diduga
terjadi melalui ikatan hidrogen pada gugus O yang terdapat pada molekul
polietilen glikol 400 dan dietilen glikol (Israelachvili, 1997). Dimetil ftalat
merupakan pemlastis yang memiliki kelarutan yang buruk pada air karena
sifatnya yang non-polar. Sehingga dapat dikatakan, dimetil ftalat merupakan
pemlastis yang hidrofobik (Anonimc, 2006).
Pada proses biodegradasi biopolimer, terdapat dua tahapan kunci
yang terjadi. Pertama, tahapan depolimerisasi dan kedua, tahapan
mineralisasi. Gambar 6 menunjukkan dogma dasar biodegradasi sebuah
polimer, dimana dua tahapan kunci terjadi pada proses tersebut.
! " ! "# $ % & '
"
"
Gambar 6. Dogma dasar biodegradasi polimer (Kaplan et al. dalam Ching et al., 1993).
Proses depolimerisasi merupakan proses dimana rantai-rantai polimer
diputus melalui reaksi enzimatis. Enzim ekstraseluler bertanggungjawab atas
tahapan tersebut, bertindak secara endo (pemecahan secara acak unit
secara berurutan unit monomer terminal pada rantai polimer utama) (Kaplan
et al. dalam Ching et al., 1993).
Proses degradasi mikrobial poli- -hidroksialkanoat berlangsung akibat
adanya erosi enzimatis pada permukaan polimer yang merubahnya menjadi
monomer dan/atau oligomer yang larut air. Enzim yang berfungsi sebagai
pemecah ikatan polimer poli- -hidroksialkanoat adalah PHA-depolimerase
ekstraseluler.
PHA-depolimerase dikenal dengan nama PHB-depolimerase pada
tata nama dan klasifikasi enzim, serta memiliki nama sistematis
poly[(R)-3-hydroxybutyrate] hydrolase. Enzim tersebut memiliki nomor klasifikasi enzim
EC 3.1.1.75. Pernyataan Komisi Enzim (Enzyme Comission) pada tahun
1961 di dalam Moss (2004) menyatakan, ada empat elemen dalam tata cara
penamaan enzim, keempat elemen tersebut adalah tata cara penyusunan
angka-angka dan maknanya dalam penamaan enzim dengan sistem EC.
Keempat elemen tersebut adalah:
1. Nomor pertama menunjukkan nomor kelas dari enam kelas utama enzim,
2. Nomor kedua menunjukkan subkelas enzim tersebut,
3. Nomor ketiga menunjukkan sub-subkelas enzim tersebut,
4. Nomor keempat merupakan nomor seri dari enzim tersebut pada
sub-subkelas.
Semua nama enzim dalam tata nama enzim Enzyme Comission, selalu
diawali oleh EC sebelum angka-angka klasifikasinya.
Merujuk pada tata cara penamaan enzim menurut Enzyme Comission
tersebut, maka PHA-depolimerase/PHB-depolimerase berada pada kelas
utama enzim hidrolase, subkelas enzim pemecah ikatan ester (esterase),
sub-subkelas enzim penghidrolisis ester karboksilat (carboxylic ester
hydrolases) (Anonimf, 2001).
Tahapan kedua setelah proses depolimerisasi adalah mineralisasi.
Setelah monomer dan oligomer yang berukuran lebih kecil terbentuk pada
tahapan depolimerisasi, monomer dan oligomer-oligomer tersebut ditransfer
ke dalam sel dimana oligomer tersebut dimineralisasi. Mineralisasi
merupakan proses konversi polimer menjadi biomassa, mineral dan
garam-garaman, air, dan gas seperti CO2, CH4, dan N2 (Kaplan et al. dalam Ching et
2006). Reaksi yang terjadi pada tahapan mineralisasi dapat dilihat pada
gambar 7:
Gambar 7. Reaksi umum pada tahapan mineralisasi (Narayan, 2006)
D. PENGUJIAN BIODEGRADASI
Ada beberapa cara sederhana menurut Albertsson dalam Hamid
(2000) untuk menguji dan mengamati kemampuan suatu bahan untuk
terdegradasi, diantaranya:
1. Pengamatan visual pertumbuhan miselium pada permukaan polimer.
2. Estimasi kuantitatif pertumbuhan mikroorganisme.
3. Estimasi kuantitatif pengurangan bobot polimer.
4. Pengukuran dari perubahan sifat polimer, seperti perubahan bobot
molekul, perubahan gugus fungsi, kristalinitas, kuat tarik, atau kombinasi
dari hal-hal tersebut.
Selain cara-cara sederhana tersebut, terdapat beberapa cara dan
metode yang lebih baik serta lebih kompleks untuk melakukan uji
biodegradasi. Beberapa cara dan metode tersebut dijabarkan pada Tabel 3,
beserta kelebihan dan kekurangannya.
Salah satu metode yang umum digunakan dalam uji biodegradasi
adalah metode respirometri. Menurut Mayer dan Kaplan dalam Ching et al.
(1993), metode respirometri, terutama dengan sistem yang terotomatisasi,
memberikan pendekatan yang lebih praktis dan sensitif pada pengujian
mineralisasi. Andrady dalam Hamid (2000), menggunakan metode
respirometri untuk melakukan pengujian biodegradasi polimer. Pengujian
tersebut dilakukan dengan menggunakan botol biometer (juga disebut
biometer) yang berisi polimer yang diketahui massanya, media biotik
(biasanya tanah yang diinokulasi dengan kultur mikroorganisme), dan larutan
alkali untuk mengikat gas yang dihasilkan selama proses. Larutan alkali
diganti secara periodik dan dititrasi dengan menggunakan larutan asam untuk
memperkirakan jumlah CO2 yang diserap oleh larutan alkali tersebut. Perlu
alkali berubah menjadi netral. Karena itu, titrasi setiap hari diperlukan untuk
mengetahui jumlah CO2 yang terserap larutan alkali.
Tabel 3. Ringkasan beberapa metode uji biodegradasi beserta beberapa faktor positif dan negatif untuk setiap jenis uji (Mayer dan Kaplan
Uji Cawan (Plate Test) • Pertumbuhan di permukaan
• Relatif cepat (hari, minggu)
• Objek dalam bentuk
BOD Cepat (jam, hari) Tidak spesifik, pengukuran
tidak langsung
Radiolabeled Polymers • Sensitif
• Kuantitatif
• Kultur axenic atau campuran
• Relatif cepat (hari, minggu)
• Objek larut air ataupun tidak
larut dapat diuji
• Relatif cepat (hari, minggu)
• Objek larut air ataupun tidak
larut dapat diuji
• Relatif cepat (hari, minggu)
• Kontrol terhadap perbedaan
Kondisi alamiah • Lambat (bulan/tahun)
• Kondisi berbeda-beda
Gambar 8 merupakan botol biometer yang digunakan oleh Andrady
( )*+ ( "
Gambar 8. Disain botol biometer (Andrady dalam Hamid, 2000).
Dari Gambar 8, dilakukan modifikasi biometer sehingga dapat
digunakan sesuai dengan kebutuhan dan perlakuan-perlakuan tertentu.
Disain biometer tersebut dapat dilihat pada Gambar 9.
III. METODE PENELITIAN
A. BAHAN DAN ALAT
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bioplastik
poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400,
bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis dietilen
glikol, dan bioplastik poli- -hidroksialkanoat dengan penambahan pemlastis
dimetil ftalat. Sebagai pembanding, digunakan bioplastik poli
-hidroksialkanoat tanpa penambahan pemlastis. Media cair yang digunakan
merupakan air danau LSI – IPB dengan penambahan inokulum pendegradasi
berupa limbah cair industri nata de coco. Bahan-bahan kimia yang digunakan,
antara lain larutan NaOH 0,1 N, larutan HCl 0,1 N sebagai titran, indikator
phenolphtalein (PP), indikator metil jingga, dan urea serta K2HPO4 sebagai
sumber nitrogen dan sumber fosfor. Bahan lain yang digunakan adalah
aquadest dan nutrient agar yang digunakan pada proses kuantifikasi
mikroorganisme.
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini antara lain, biometer
hasil modifikasi yang mengacu pada Andrary dalam Hamid (2000), peralatan
gelas (gelas piala, erlenmeyer, pipet tetes, tabung ulir, cawan petri); peralatan
ukur (pipet mohr, gelas ukur, buret, neraca, pH meter, dan colony counter).
Peralatan lain yang digunakan adalah rotary shaker incubator. Biometer yang
Proses kuantifikasi grafik dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak
SPSS 13 dan Microsoft Office Excel 2003.
B. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap karakterisasi
media dan tahap uji biodegradasi dengan menggunakan metode respirometri.
a. Karakterisasi Media
Karakterisasi media pada penelitian ini dilakukan untuk
mengetahui karakter media yang akan digunakan pada proses
biodegradasi, dan perubahan apa yang terjadi setelah uji biodegradasi
selesai dilakukan. Karakterisasi media yang dilakukan pada penelitian ini
adalah kuantifikasi mikroorganisme dengan metode total plate count
(TPC) dan pengukuran pH media. Karakterisasi dilakukan pada hari ke-0
dan hari ke-50 uji biodegradasi.
i. Total Plate Count
Total Plate Count (TPC) dilakukan untuk mengetahui jumlah bakteri
yang terdapat pada media biodegradasi. Sebanyak 1 mL sampel
dimasukkan ke dalam cawan petri, kemudian nutrient agar dituangkan
ke dalam cawan petri yang sudah berisi sampel. Proses inkubasi
berlangsung selama 2 x 24 jam pada suhu 36,5 oC. Setelah proses inkubasi selesai dilakukan penghitungan jumlah koloni mikroorganisme.
ii. Pengukuran pH
Sampel sebanyak 10 mL diukur dengan menggunakan pH meter,
dengan terlebih dahulu dilakukan standarisasi dengan buffer pH 4,0
dan 7,0. pengukuran sampel dilakukan dengan mencelupkan elektroda
pH meter ke dalam sampel dan skala dibaca setelah angka konstan.
b. Uji Biodegradasi dengan Menggunakan Metode Respirometri
Pengujian biodegradasi bioplastik poli- -hidroksialkanoat
dilakukan dengan menggunakan medium air danau LSI – IPB yang
dicampur inokulum pendegradasi berupa limbah cair industri nata de coco
dalam biometer yang dibuat dari botol yang dimodifikasi. Ke dalam media
dan fosfor dengan konsentrasi 0,1% dan 0,05% dari bobot bioplastik
poli--hidroksialkanoat.
Perbandingan antara bahan aktif berupa limbah nata de coco
dengan air danau adalah 1:10 (10 mL:100 mL). Sampel bioplastik yang
akan diuji masing-masing berbobot 0,1 g, diperkecil ukurannya kemudian
dicampurkan secara merata ke dalam media yang sudah disiapkan.
Digunakan blanko, berupa media pendegradasi tanpa bioplastik sebagai
kontrol atau faktor koreksi dari media pendegradasi yang berisi sampel
bioplastik poli- -hidroksialkanoat.
Selama proses degradasi berlangsung, dilakukan pembatasan
udara yang masuk ke dalam botol berisi media, sehingga udara yang
tersedia hanyalah yang terdapat pada ruang kosong botol di atas
permukaan media. Pengamatan biodegradasi bioplastik poli
-hidroksialkanoat dilakukan dengan mengukur gas CO2 yang diproduksi
sebagai hasil mineralisasi polimer sebagai salah satu aktivitas
mikroorganisme dalam proses biodegradasi bioplastik poli
-hidroksialkanoat.
Larutan NaOH 0,1 N dengan volume 50 mL ditempatkan pada
botol kedua. Selama proses biodegradasi berlangsung akan dihasilkan
gas CO2 yang akan terlarut dalam NaOH. Jumlah gas CO2 yang bereaksi
dapat ditentukan melalui titrasi dengan larutan asam klorida standar (HCl
0,1 N). Larutan NaOH yang telah mengandung CO2 terlarut ditetesi
dengan indikator phenolphtalein (PP) dan dititrasi sampai larutan tidak
berwarna. Titrasi ke dua dilanjutkan dengan menggunakan indikator metil
jingga hingga larutan berwarna merah muda. Titrasi kedua berhubungan
dengan jumlah CO2 yang terdapat dalam larutan NaOH.
Jumlah CO2 yang dihasilkan dalam biometer dikoreksi terhadap
blanko. Larutan NaOH pada botol kedua diganti secara berkala setiap 2
hari untuk pengujian kadar CO2 dengan lama waktu pengujian dilakukan
selama periode 50 hari. Dari hasil tersebut diperoleh grafik hubungan
antara mineralisasi dan waktu.
Dilakukan kuantifikasi grafik untuk menjadi suatu persamaan
matematik, sehingga perbandingan antara masing-masing nilai pada
mencari persamaan regresi yang sesuai dengan masing-masing garis
grafik produksi CO2. Persamaan regresi hanya berlaku untuk periode
pengujian yang telah dilakukan, yaitu hingga hari ke-50.
Penentuan jenis regresi dilakukan dengan metode curve
estimation/curve fit yang terdapat pada perangkat lunak SPSS 13
terhadap tiap-tiap jenis kurva yang mungkin dapat digunakan, seperti
regresi logaritmik, power, growth, dan eksponensial, sehingga diketahui
bahwa pola degradasi dari bahan yang diuji mengikuti persamaan kurva
yang paling sesuai. Untuk menentukan kurva regresi mana yang paling
sesuai dengan data yang disajikan, digunakan dua faktor yang dijadikan
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISASI MEDIA PENDEGRADASI
Di antara beberapa faktor yang mendukung proses biodegradasi
adalah sifat fisik media pendegradasi dan kandungan mikroorganisme di
dalam media pendegradasi. Karena itu perlu dilakukan karakterisasi media,
yang di dalamnya meliputi kuantifikasi mikroorganisme yang terdapat pada
media dan pengukuran pH serta suhu media. Hasil kuantifikasi
mikroorganisme pada hari ke-0 dan hari ke-50 proses biodegradasi dapat
dilihat pada pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Tabel 4. Hasil kuantifikasi mikroorganisme hari ke-0.
Sampel Total Koloni
(koloni/mL)
Media mengandung bioplastik PHA
tanpa penambahan pemlastis 51,25 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 51,25 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis dietilen glikol 51,25 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat 51,25 x 10
6
Media blanko 51,25 x 106
Tabel 5. Hasil kuantifikasi mikroorganisme hari ke-50.
Sampel Total Koloni
(koloni/mL)
Media mengandung bioplastik PHA
tanpa penambahan pemlastis 116,05 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis polietilen glikol 400 55,55 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis dietilen glikol 56,95 x 10
6
Media mengandung bioplastik PHA
dengan penambahan pemlastis dimetil ftalat 63,60 x 10
6
