Pengaruh suhu dan laju agitasi pada produksi poly-{grave}-hydroxyalkanoates oleh Ralstonia eutropha dalam bioreaktor berukuran 3 liter

Abstract

Plastik banyak digunakan sebagai bahan kemasan, barang-barang sekali pakai dan alat-alat medis. Namun demikian sampah plastik mencemari lingkungan karena plastik tidak dapat didegradasi secara biologis oleh alam. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi pencemaran palstik adalah dengan mengembangkan bahan plastik alternatif yang ramah lingkungan yaitu biopolimer yang dapat didegradasi secara biologis. Poly--hydroxyalkanoates (PHA) merupakan salah satu jenis biopolimer yang banyak dikembangkan dan digunakan dalam dunia industri. Poliester PHA dapat disintesis oleh mikroorganisme, salah satunya adalah Ralstonia eutropha dengan substrat hidrolisat minyak sawit. Kelemahan produk ini adalah nilai jualnya yang lebih tinggi dibandingkan nilai jual plastik karena biaya produksinya yang relatif tinggi. Penurunan biaya produksi dapat diupayakan melalui beberapa cara diantaranya dengan meningkatkan produktivitas melalui penentuan suhu dan laju agitasi terbaik dalam proses fermentasinya. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh suhu dan laju agitasi dalam proses fermentasi PHA. Penelitian ini menggunakan rancangan percobaan Acak Lengkap Faktorial dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah suhu dengan dua taraf yaitu 25 dan 30°C. Faktor kedua adalah laju agitasi dengan tiga taraf yaitu 80, 120 dan 160 rpm. Isolasi PHA dilakukan menggunakan pelarut NaOCl dengan konsentrasi 2 persen. Pertumbuhan sel selama kultivasi diamati pada interval waktu 12 jam. Untuk menjaga agar pH tetap pada kisaran optimal yaitu 7 ditambahkan larutan basa NaOH 2 persen sebanyak 20 tetes. Hasil analisis keragaman yang dilakukan menunjukkan bahwa pada taraf kepercayaan 95 persen (a = 0.05) suhu, laju agitasi dan interaksi antar keduanya berpenngaruh nyata terhadap perolehan PHA. Suhu mempengaruhi perolehan PHA dengan mempengaruhi laju pertumbuhan spesifik mikroorganisme dalam bioreaktor. Semakin tinggi suhu maka laju pertumbuhan spesifik akan semakin besar. Namun kesetimbangan laju pertumbuhan spesifik ini dipengaruhi oleh komposisi substrat yang digunakan dalam media kultivasi. Pergeseran suhu dapat mengakibatkan meningkatnya laju penggunaan salah satu komponen substrat dibandingkan komponen yang lain. Habisnya sumber karbon pada waktu yang terlalu dini akibat pertumbuhan yang sangat cepat pada perlakuan dengan suhu 30°C menyebabkan PHA yang diperoleh lebih rendah dari perlakuan dengan suhu 25°C. Laju agitasi mempengaruhi perolehan PHA dengan mempengaruhi laju transfer oksigen. Laju agitasi akan menguraikan gelembung-gelembung udara menjadi ukuran yang lebih kecil sehingga meningkatkan luas permukaan untuk transfer oksigen. Semakin -tinggi laju agitasi maka transfer oksigen akan semakin cepat sehingga suplai oksigen untuk pertumbuhan sel dapat terpenuhi. Suplai oksigen yang cukup akan meningkatkan pembentukan biomassa sehingga perolehan PHA pada laju agitasi 160 rpm lebih tinggi dari perlakuan dengan laju agitasi 80 dan 120 rpm. Perlakuan dengan laju agitasi 80 rpm berbeda nyata dari perlakuan dengan laju agitasi 120 dan 160 rpm, sedangkan perlakuan dengan laju agitasi 120 rpm tidak berbeda nyata dari perlakuan dengan laju agitasi 160 rpm. Isolasi dilakukan dengan metode ekstraksi menggunakan larutan NaOCl 2 persen. Larutan NaOCl ini akan memecah dinding sel sehingga sel mengalami lisis dan PHA dapat terekstrak keluar dari sel. Kombinasi suhu 25°C dan laju agitasi 160 rpm merupakan kondisi terbaik dan memberikan perolehan PHA terbanyak yaitu 6.065 gll. Analisis DSC (Differential Scanning Calorimetry) untuk sifat termal dilakukan terhadap sampel dari kombinasi perlakuan TIA2 (suhu 25°C, laju agitasi 120 rpm) dan TIA3 (suhu 25°C, laju agitasi 160 rpm) karena memberikan perolehan PHA tertinggi dari perlakuan lainnya. Hasil analisis DSC menunjukkan nilai titik leleh (Tm) sebesar 77.08°C dan 70.54°C dan panas fusi (Hm) -78.38 Jig dan -63.01 Jig. Sampel diperkirakan bersifat semi kristalin karena memiliki nilai Tm dan diduga memiliki nilai Tg. Dengan demikian polimer ini dapat digunakan sebagai bahan dasar kemasan yang dapat bertahan pada suhu rendah dan tinggi antara O - l 50°C serta aplikasi-aplikasi lain yang memerlukan fleksibilitas dan sifat sifat menyerupai karet tetapi tidak dapat digunakan untuk bahan kemasan yang melalui proses sterilisasi.