PENGEMBANGAN BIOPLASTIK POLI-β-HIDROKSIBUTIRAT (PHB) BERBASIS PATI GANYONG DAN GARUT

ANDRIESSA PRAMESWARA, Prof. Dr. Ir. Sebastian Margino

2012 | Tesis | S2 Bioteknologi

PHB merupakan polimer yang secara alami disintesis oleh sejumlah bakteri sebagai cadangan makanan dan berpotensi dikembangkan sebagai bahan pengganti plastik. PHB memiliki banyak manfaat namun biaya produksi industri PHB sangat tinggi akibat ketergantungan pada glukosa sebagai sumber karbon. Upaya pengembangan PHB dengan substrat pati dilakukan untuk mencari bahan baku industri PHB yang murah. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan isolat bakteri amilolitik penghasil PHB dengan memanfaatkan substrat pati ganyong dan garut dan mengetahui kondisi optimal isolat bakteri terpilih dan potensi pati ganyong dan garut sebagai substrat produksi PHB. Tahapan penelitian ini meliputi 5 tahap: (i) isolasi bakteri amilolitik pengguna pati, (ii) seleksi untuk mendapatkan isolat unggul berdasarkan daya hidrolitik, aktivitas amilolitik dan produksi PHB, (iii) optimasi produksi PHB dan kondisi fermentasi, (iv) karakterisasi polimer yang dihasilkan oleh isolat terpilih dan (v) identifikasi isolat terpilih. Hasil penelitian tahap isolasi diperoleh 157 isolat dengan 56 di antaranya merupakan isolat amilolitik. Seleksi atas isolat amilolitik didasarkan atas daya hidrolitik, aktivitas amilase dan kemampuan menghasilkan PHB. Daya hidrolitik oleh isolat pengguna pati ganyong dan pati garut masing-masing berkisar antara 1,03-3,85 dan 1,09-5,95. Aktivitas amilase oleh isolat pengguna pati ganyong berkisar antara 229,04-8037,29 DUN/mg dan 111,85-2121,52 DUN/mg oleh isolat pengguna pati garut. Kadar PHB per berat kering sel yang dihasilkan berkisar antara 1,05-2,05 % oleh isolat pengguna pati ganyong dan 1,06- 11,65 % oleh isolat pengguna pati garut. Berdasarkan hasil terbaik dari tahap seleksi maka isolat PG1 pengguna pati garut terpilih untuk optimasi produksi PHB. Aktivitas amilase dan penghasilan PHB bagi isolat PG1 berturut-turut ialah 2121,52 DUN/mg dan 11,65 %. Hasil optimasi penghasilan PHB oleh isolat PG1 menunjukkan peningkatan dari 11,65 % menjadi 16,8 % (g PHB/g berat kering sel). Hasil kinetika produksi menunjukkan bahwa isolat PG1 menghasilkan PHB optimal pada jam ke40. Karakterisasi dengan spektroskopi FTIR menunjukkan bahwa polimer yang dihasilkan oleh isolat PG1 merupakan PHB. Isolat PG1 diidentifikasikan sebagai Micrococcus sp. PG1. Penelitian ini menunjukkan bahwa pati garut dan pati ganyong memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai substrat alternatif produksi PHB.

Poly-β-hydroxybutyrate (PHB) is an organic polymer, which synthesized by many bacteria and serves as internal energy. PHB is potential as future bioplastic but its price is very expensive due to glucose usage in PHB industry. The development of PHB production using starch as an alternative carbon source has been conducted to reduce the dependence of glucose in PHB production. The aims of this research were: to isolate amylolytic bacteria which can produce PHB by using canna and arrowroot starches, to find out the optimum condition of selected isolate in producing PHB and the possibility of canna and arrowroot starch as an alternative carbon source in PHB production. This research was done in 5 steps: (i) amylolytic bacteria isolation, (ii) selection of the amylolytic bacteria based on hydrolytic ability, amylase activity and PHB producing capability, (iii) optimization of fermentation condition, (iv) polymer characterization and (v) identification of selected isolate. As many as 157 isolates were isolated and 56 among them were amylolytic. The amylolytic isolates were selected based on hydrolytic ability, amylase activity and PHB producing capability. The hydrolytic ability of isolates which can hydrolyzed canna starch was ranging from 1,03-3,85 ; while isolates able to hydrolyze arrowroot starch was 1,09-5,95. The isolates which hydrolyze canna starch had amylase specific activity ranged from 229,04-8037,29 DUN/mg and were able to produce PHB ranges from 1,05-2,05% (g PHB/g cell dry weight (cdw)). In the other hand, the isolates which hydrolyzed arrowroot starch had amylase specific activity ranges from 111,85-2121,52 DUN/mg and PHB productivity capacity ranged from 0,68-11,65% (g PHB/g cdw). Based on the selection data, PG1 was chosen as the most potential isolate. It has amylolytic activity 2121,52 DUN/mg and PHB production 11,65%. Isolate PG1 was further optimized for fermentation condition of PHB production and identified for genus and its polymer. Optimization of PG1 resulted in increasing of PHB production up to 16,8% (g PHB/g cdw). Kinetic study of PHB production showed that isolate PG1 produced the optimum amount of PHB at 40 hour. FTIR analysis of the polymer indicated that polymer produced by PG1 was a poly-β-hydroxybutirate. Based on morphology, biochemical and physiology characteristics, the isolate PG1 identified as Micrococcus sp. PG1. This research showed that canna and arrowroot starches were promising as an alternative carbon source for substrate in PHB production.

Kata Kunci : poli-β-hidroksibutirat (PHB), bakteri amilolitik indigenous, pati ganyong, pati garut