KAJIAN BAKTERI AMILOLITIK PENGHASIL POLI-β-HIDROKSIBUTIRAT (PHB) DARI PATI SAGU

Nur Arfa Yanti, S.Si.,M.Si., Drs. Langkah Sembiring, M.Sc., Ph.D.

2011 | Disertasi | S3 Biologi

Penelitian mengenai kajian bakteri amilolitik penghasil poli-β-hidroksibutirat (PHB) dari pati sagu untuk memperoleh bakteri amilolitik indigenous penghasil PHB yang berpotensi dikembangkan pada skala industri telah dilakukan. Bakteri amilolitik diisolasi secara selektif dengan menggunakan media pati agar dan di screening berdasarkan aktivitas amilolitiknya. Sebanyak 117 isolat bakteri amilolitik berhasil diisolasi dari lokasi pengolahan sagu di Kabupaten Konawe, Sulawesi Tenggara dan 81 isolat di antaranya di screening berdasarkan aktivitas amilolitiknya untuk diuji lebih lanjut kemampuannya menghasilkan PHB. screening isolat bakteri berdasarkan kemampuannya menghasilkan PHB dilakukan secara kualitatif dengan menggunakan pengecatan Sudan black dan secara kuantitatif dengan menggunakan metode spektrofotometri. Hasil screening menunjukkan bahwa 50 isolat di antara 81 isolat bakteri mampu memproduksi PHB dengan kisaran antara 0,22- 52,28 % (g PHB/g berat kering sel). Berdasarkan aktivitas amilolitik dan kemampuannya memproduksi PHB, didapatkan 3 isolat bakteri unggul yaitu isolat PPK5 yang merupakan isolat dengan aktivitas amilolitik tertinggi, dan isolat PSA10 serta PPK6 yang merupakan isolat bakteri penghasil PHB potensial. Aktivitas amilase spesifik isolat PPK5, isolat PSA10 dan isolat PPK6 berturut-turut adalah 5226,32; 593,61 dan 262,77 DUN/mg protein sedangkan produksi PHB pada substrat pati sagu isolat PPK5, isolat PPK6 dan isolat PSA10 berturut-turut adalah 5,83 %, 30,9 % dan 52,28 % (g PHB/g berat kering sel). Ketiga isolat bakteri amilolitik penghasil PHB terpilih, selanjutnya dikarakterisasi dan diidentifikasi serta kondisi fermentasinya untuk produksi PHB dioptimasi. Karakterisasi dan identifikasi dilakukan dengan menggunakan pendekatan sistematika polifasik yaitu dengan menerapkan analisis sistematik numerik-fenetik, sistematik kimiawi (profil protein total sel dengan metode SDSPAGE) dan sistematik molekular filogenetik berdasarkan analisis sequence gen 16S rRNA. Hasil karakterisasi dan identifikasi menunjukkan bahwa isolat PPK5 memiliki tingkat kemiripan yang tinggi dan berkerabat dekat dengan spesies B.subtilis ATCC 6051T, isolat PSA10 dengan spesies B.megaterium FNCC 0083 dan isolat PPK6 dengan spesies B.cereus ATCC 14579T. Namun demikian, hasil analisis sequence gen 16S rRNA berdasarkan jumlah nukleotida yang berbeda antara strain uji dengan 47 strain acuan menunjukkan bahwa ketiga isolat terpilih diduga kuat merupakan spesies baru. Hasil optimasi kondisi fermentasi menunjukkan bahwa pada kondisi optimum, produksi PHB isolat PSA10 dapat meningkat dari 52,28 % menjadi 66,81 % (g PHB/g berat kering sel) pada 48 jam, isolat PPK6 meningkat dari 30,9 % menjadi 81,60 % pada 96 jam dan isolat PPK5 meningkat dari 5,83 % menjadi 12,68 % pada 84 jam. Berdasarkan hasil optimasi menunjukkan bahwa PSA10 merupakan isolat bakteri penghasil PHB dari pati sagu yang paling berpotensi untuk dimanfaatkan pada skala industri dibandingkan dengan isolat PPK5 dan isolat PPK6. Hasil kinetika produksi PHB menunjukkan bahwa yield produk PHB dan yield biomassa isolat PSA10 dari substrat pati sagu berturut-turut adalah 0,21 g/l dan 0,18 g/l. Hasil ini mengindikasikan bahwa isolat PSA10 menggunakan pati sagu untuk produksi PHB secara efisien dan pati sagu sangat potensial dimanfaatkan sebagai substrat alternatif pengganti glukosa untuk produksi PHB. Hasil analisis Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) mengindikasikan bahwa polimer yang dihasilkan oleh isolat PSA10 adalah poli-β-hidroksibutirat (PHB). Dengan demikian, penelitian ini berhasil memperoleh isolat bakteri amilolitik indigenous yang berpotensi dimanfaatkan untuk memproduksi PHB dengan menggunakan pati sagu sebagai sumber C pada skala industri.

The study of amylolytic bacteria which produce poly-β-hydroxybutyrate (PHB) from sago starch was conducted to obtain the best indigenous amylolytic bacteria to be developed as PHB producer from sago starch at industrial scale. The amylolytic bacteria were selectively isolated using starch agar media and screened based on amylolytic activity. As many as 117 isolates amylolytic bacteria were isolated from processing sago starch area in Konawe regency, Southeast Sulawesi and 81 isolates among them were selected based on the amylolytic activity to be further tested for PHB production capacity. Screening of the amylolytic bacteria based on PHB producing capacity was done qualitatively by Sudan black staining and quantitatively by the spectrophotometric method. Results of the screening showed that 50 isolates among the 81 isolate bacteria were able to produce PHB ranged from 0,22-52,28 % (g PHB/g cell dry weight). Three isolate bacteria were selected based on amylolytic activity and PHB production capacity, namely isolate PPK5 had the highest amylolytic activity and PSA10 together with PPK6 were the most potential PHB producer. Amylase specific activity of the isolate PPK5, PSA10 and PPK6 was 5226,32; 593,61 and 262,77 DUN/mg protein, respectively whereas PHB production from sago starch of the isolate PSA10, PPK6 and PPK5 was 52,28 %, 30,9 % and 5,83 % (g PHB/g cell dry weight), respectively. The selected isolate were further characterized and identified, and were optimized fermentation condition of PHB production. Characterization and identification were done by polyphasic systematic approach, namely numerical phenetic systematics, chemosystematics (whole-cell protein profiles by SDS PAGE method) and molecular phylogenetic systematics based on analysis of 16S rRNA gene sequences. Result of characterization and identification showed that the isolate PPK5, PSA10 and PPK6 was very similar and most closely related to the species Bacillus subtilis ATCC 6051T, B.megaterium FNCC 0083 and B.cereus ATCC 14579T, respectively. However, result of 16S rRNA gene sequence analysis of the selected isolates on the basis of nucleotide difference along with 47 reference strains showed that the three isolates were very likely to be a new species. Therefore, characterization and identification by polyphasic systematic approach could unravel identity, diversity relationship and novelty status of the three selected isolates. Result of optimization of fermentation condition showed that in the best condition for PHB production, PHB production of the isolate PSA 10 increased from 52,28 % to 66,81 % (g PHB/g cell dry weight) at 48 hour, isolate PPK6 increased from 30,9 % to 81,60 % (g PHB/g cell dry weight) at 96 hour and isolate PPK5 increased from 5,83 % to 12,68 % (g PHB/g cell dry weight) at 84 hour. Based on the result of optimization, it was found that the isolate PSA10 was the most potential PHB producer to utilize at industrial scale. Result of kinetic study of PHB production from sago starch by the isolate PSA10 showed that yield of product PHB and yield of biomass were 0,21 g/l and 0,18 g/l, respectively. This result indicated that the isolate PSA10 used sago starch for PHB production efficiently. Sago starch was found to be very potential as an alternative substrate for PHB production. Result of Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) analysis indicated that polymer produced by the isolate PSA10 was a poly-β-hidroxybutyrate (PHB). Therefore, this study was succesfull to obtain a potential indigenous amylolytic bacteria for PHB production using sago starch as C source at industrial scale.

Kata Kunci : Poli-β-hidroksibutirat (PHB), bakteri amilolitik, pati sagu, indigenous