Identifikasi Gen Termoasidofilik Piruvat Dekarboksilase dan Alkohol Dehidrogenase pada Bacillus sp-Pjv serta Optimasi Fermentasi dengan Substrat Gula Lontar

Abstract

Indonesia merupakan salah satu produsen kelapa sawit terbesar di dunia. Industri ini menghasilkan produk samping berupa Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang mencapai 39.369.200 ton/tahun. Kandungan selulosa pada TKKS sebesar 46.51% sehingga potensial digunakan sebagai bahan baku bioetanol generasi kedua. Biokonversi TKKS menjadi bioetanol terdiri atas perlakuan awal untuk menurunkan kristalitas selulosa dan menghilangkan lignin, hidrolisis selulosa atau sakarifikasi enzimatis untuk menghasilkan gula yang dapat difermentasi dan fermentasi gula menjadi bioetanol. Permasalahan dalam proses konversi biomassa menjadi bioetanol salah satunya adalah belum optimalnya proses dan teknologi konversi. Konversi dengan menggunakan metode sakarifikasi dan fermentasi serentak terkendala oleh perbedaan suhu optimal antara sakarifikasi enzimatis dan fermentasi. Hidrolisis memerlukan suhu termofilik dan pH asam supaya enzim selulase dapat bekerja optimal sedangkan fermentasi berlangsung pada suhu mesofilik. Oleh karena itu diperlukan enzim fermentatif termoasidofilik supaya proses tersebut dapat berlangsung serentak. Piruvat dekarboksilase (PDC) dan alkohol dehidrogenase (ADH) merupakan enzim pada tahap akhir lintas fermentasi. PDC memecah senyawa intermediet piruvat menjadi asetaldehid dan CO2 kemudian ADH mereduksi asetaldehid menjadi etanol. Oleh karena itu, enzim PDC dan ADH menjadi salah satu indikator sifat fermentatif suatu mikroorganisme. Buah Protium javanicum, asal Lombok Timur Indonesia tumbuh pada temperatur cukup tinggi, memiliki rasa masam dan beraroma alkoholik sehingga diduga telah terjadi fermentasi oleh mikroorganisme dalam buah tersebut. Berdasarkan karakteristik itu, besar kemungkinan buah ini memiliki mikroorganisme termoasidofilik pembawa gen pdc dan adh. Penelitian ini bertujuan menyeleksi mikroorganisme termoasidofilik penghasil piruvat dekarboksilase dan alkohol dehidrogenase, menguji kemampuan tiap isolat dalam fermentasi bioetanol dan mengoptimasi faktor fermentasi dari isolat yang paling potensial. Identifikasi gen pembawa pdc dan adh dilakukan dengan mengamplifikasi DNA menggunakan primer spesifik dalam mesin real time PCR. Kemudian, hasil identifikasi tersebut dikonfirmasi dengan melakukan uji fermentasi. Fermentasi dilakukan pada bioshaker suhu 50°C selama 48 jam dengan kecepatan 100 rpm. Komposisi media fermentasi antara lain : 10% gula lontar, 0.1% serbuk pretreatment TKKS, 10% inokulum dengan OD 0.5. Setelah proses perlakuan awal, selulosa seharusnya dipecah menjadi gula monosakarida (glukosa) namun karena ketiadaan enzim tersebut pada media fermentasi, digunakan gula lontar dengan persentase tertentu. Gula lontar merupakan salah satu bahan baku bioetanol generasi pertama dengan kandungan glukosa dan beberapa mineral. Pada proses hidrolisis enzimatis, tidak semua TKKS dikonversi menjadi glukosa sehingga serbuk pretreatment TKKS tetap dimasukkan ke dalam media fermentasi. Kemudian, optimasi fermentasi dengan tujuan mendapatkan kombinasi optimal dari faktor fermentasi dilakukan terhadap isolat yang paling potensial dengan menggunakan metode respon permukaan desain box Behnken dengan dua kali ulangan. Hasil identifikasi gen pdc dan adh menunjukkan bahwa empat isolat dari buah ketimus (BS 1, BS2, BS 4, Bacillus sp-Pjv) memiliki gen pdc dan adh dengan amplifikasi gen adh paling awal oleh Bacillus sp-Pjv (Cq=14.68). Hasil uji fermentasi menunjukkan bahwa isolat Bacillus sp-Pjv menghasilkan etanol lebih tinggi dibandingkan dengan isolat lain. Optimasi fermentasi pada Bacillus sp-Pjv menunjukkan level optimum faktor fermentasi pada : waktu inkubasi 72 jam, 10% inokulum Bacillus sp-Pjv OD439nm 1 dan 10% gula lontar. Pada kombinasi itu, etanol yang dihasilkan sebesar 0.17% atau 1.3413 g/L.