Produksi Plastik yang bersifat Biodegradable dengan Menggunakan Mikroorganisme

Penggunaan kantong plastik-berbahan dasar minyak bumi dewasa ini cukup diperketat penggunaannya, bahkan dilarang di beberapa negara, karena plastik sulit didegradasi. Degradasi plastik ditentukan oleh struktur dan morfologi bahan kimianya. Polietilen-plastik berbahan dasar minyak, karena bersifat sangat hidrofobis dan memiliki rantai karbon yng sangat panjang, sangat resisten untuk didegradasi. Pada kondisi normal, mineralisasi polimer ini terjadi lebih dari 100 tahun. Degradasi diawali dengan pemecahan secara fisik (melalui fotolisis, pirolisis), baru kemudian diurai secara enzimatis.4,6,10

Struktur material plastik yang dapat didegradasi, courtesy: wikipedia

Struktur material plastik berbahan dasar minyak bumi, polietilen, courtesy: chemheritage.org

Plastik yang dapat didegradasi secara biologi dapat dibentuk dari pati, selulosa, PLA (poli asam laktat), PHA (Polihidroksialkanoat).4. PHA adalah salah satu polimer yang dapat didegradasi secara biologi, merupakan senyawa poliester yang mengandung monomer asam hidroksialkanoat yang juga dapat disisntesis lagi secara biologi dari bahan-bahan limbah pati. PHA merupakan salah satu bahan dalam pembuatan plastik konvensional, kontainer kosmetik, bidang pengobatan digunakan sebagai plat tulang, struktur operasi, pengganti pembuluh darah, bidang industri farmasi dan makanan digunakan sebagai material yang dapat didegradasi yang dapat digunakan sebagai karier dalam obat dan hormon.9 Poli-(3-hidroksibutirat), P(3HB), merupakan bagian PHA yang memiliki sifat kristanilitas yang tinggi dan resistensi terhadap sinar UV yang lebih tinggi dibandingkan polimer biasa sehingga cocok digunakan untuk membuat plastik.

Konsep desain siklus pati dalam pembuatan, courtesy: Michigan Biotechnology Institute dalam Srirroth

Produksi PHA sudah dilakukan sejak lama dengan menggunakan teknik fisika dan kimia yaitu dengan mencampurkan pati dengan plasticizer seperti gliserol tetapi masih menghadapi kendala biaya yang tinggi. Alternatif terbaru adalah memproduksi PHA dengan bantuan mikroorganisme. Selain menghemat biaya, produksi PHA dengan menggunakan mikroorganisme juga dapat memanfaatkan limbah industri pertanian dan makanan, seperti molase gula, molase beet, limbah sisa produksi malt, wheat bran, tepung kentang, bungkil minyak wijen, bungkil minyak kacang, bubuk singkong, bubuk biji nangka, dan tepung jagung.8

Pembuatan plastik secara sederhana dapat dilakukan dengan menambahkan pati dengan air dipanaskan ada suhu 90⁰C selama 35 menit sambil terus diaduk, ditambahkan gliserol diaduk lagi selama lima menit, tuang ke dalam cetakkan dan panaskan pada suhu 60⁰C selam 24 jam.1,2,4

Proses sintesis PHA oleh mikroorganisme dapat terjadi sebagai berikut: 1) ada sebuah kondensasi dari dua molekul acetyl-coenzyme A (acetyl-CoA) menjadi acetoacetylCoA (dengan menggunakan enzim β-ketothiolase), 2) pengurangan acetoacetyl-CoA menjadi hydroxybutyryl-CoA (enzim bergantung pada NADPH-acetoacetyl-CoA reductase), 3) monomer hydroxybutyryl-CoA dipolimerisasi menjadi PHA (oleh enzim polimerisasi-PHA).9

Mikroorganisme mengakumulasi PHA di dalam sel tubuhnya sebagai sumber karbon atau energi, terutama ketika nutrisi esensial di lingkungan berkurang seperti nitrogen, fosfor, oksigen dan belerang. Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus stearothermophilus, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, dan Bacillus licheniformis, Ralstonia eutropha (akhir-akhir ini diberi nama Cupriavidus necator), rekombinan E. coli, recombinan E. coli dan Klebsiella aerogenes merupakan organisme yang mampu memproduksi PHA dari limbah pati. Bacillus merupakan mikroorganisme yang dapat membentuk spora, mudah disimpan dan dikembangbiakan, lebih toleran terhadap stress, jumlahnya melimpah di tanah dan air, dan tidak bersifat patogenik. 5,6,7

Meningkatkan produksi

Meningkatkan kemurnian/ hidrolisat substrat bahan mentah diketahui dapat meningkatkan produksi P(3HB). Penambahan masa inkubasi Bacillus megaterium BA-019 selam 12 jam dapat meningkatkan produksi PHB sebesar 61.6% (w/w sel kering). Dan penambahan hidrolisat pati sebesar 40% (v/v), setara dengan 4 g/L gula, juga diketahui dapat meningkatkan hasil P(3HB).6

 PUSTAKA

1.      Anggraini, Fetty. 2013. Aplikasi plastiizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable dari biji nangka. Skripsi. Jurusan kimia fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam. Universitas negeri semarang

2.      Bertuzzi, Maria Alejandra; Juan Carlos Gottifredi; Margarita Armada. 2012. Mechanical properties of a high amylose content corn  starch based film, gelatinized at low temperature. Braz. J. Food Technol Campinas, v. 15, n. 3, p. 219-227

3.      Darni Y., Herti U. dan Siti N.A. 2009. Peningkatan Hidrofobisitas dan Sifat Fisik Plastik Biodegradabel Pati Tapioka Dengan Penambahan Selulosa Residu Rumput Lauft Euchema spinossum. Seminar Hasil Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat. Lampung: Universitas Lampung dan Larotonda, Fabio D. S., Katia N. Matsui, Valdir Soldi, and Joao B. Laurindo. 2004. Biodegradable Films Made from Raw and Acetylated Cassava Starch. Brazilian Archieves of Biology and Technology Journal, 47(3): 477-484 dalam Anggraini, Fetty. 2013. Aplikasi plastiizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable dari biji nangka. Skripsi. Jurusan kimia fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam. Universitas negeri semarang

4.      Ezeoha , S. L. dan J. N. Ezenwanne. Production of Biodegradable Plastic Packaging Film from Cassava Starch. IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN) Vol. 3, Issue 10

5.      Fonseca, G.G.; De Arruda-Caulkins, J.C. and Vasconcellos Antonio, R. 2008. Production and characterization of poly-(3-hydroxybutyrate) from recombinant Escherichia coli grown on cheap renewable carbon substrates. Waste Management & Research, vol. 26, no. 6, p. 546-552. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

6.      Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

7.      Law, K.H.; Cheng, Y.C.; Leung, Y.C.; LO, W.H.; Chua, H. dan Yu, H.F. 2003. Construction of recombinant Bacillus subtilis strains for polyhydroxyalkanoates synthesis. Biochemical Engineering Journal, vol. 16, no. 2, p. 203-208. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

8.      Mose, Bruno Robert dan Stephen Moffat Maranga. 2011. A Review on Starch Based Nanocomposites for Bioplastic Materials. Journal of Materials Science and Engineering B 1, 239-245 Formerly part of Journal of Materials Science and Engineering. 

9.      Reddy, C.S.K.; Ghai, R.; Rashmi, T. dan kalia, V.C. 2003. Polyhydroxyalkanoates: An overview. Bioresource Technology, vol. 87, no. 2, p. 137-146. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

10.  Roddrigues da Luz, Jose Maria, Sirlaine Albino Paes, Denise Mara Soares Bazzolli, Marcos Rogerio Totola, Antonio Jacinto Demuner, Maria Catarina Megumi Kasuya. 2014. Abiotic and Biotic Degradation of Oxo-Biodegradable Plastic Bags by Plourotus ostreatus. Plos.org

11.  Michigan Biotechnology Institute. 1994. Dalam Sriroth, Klanarong; Rungsima Chollakup, Kuakoon Piyachomkwan, dan Christopher G. Oates. Diodegradable Plastics from Cassava Starch in Thailand. Department of Biotechnology, Kasetsart Unversity, Bangkok, Thailand

Wikipedia.com