Biosintesis Asam Laktat Sebagai Bahan Baku Plastik Biodegradabel (Lucia Indrarti)

BIOSINTESIS ASAM LAKTAT SEBAGAI BAHAN BAKUPLASTIK BIODEGRADABEL

Lucia Indrarti, Elsy Rahimi dan TatiPusat Penelitian Fisika (P2F) - LfPf

Jl. Cisitu 21/154D, KomplekLfPL Bandung

ABSTRAK

BIOSINTESISASAM LAKTAT SEBAGAI BAHAN BAKU PLASTIK BIODEGRADABEL. Pengembanganbahan plastik biodegradabel menggunakan bahan alam terbarukan (renewable resources) sangat diharapkan.Polylactic acid (PLA) adalah salah satu jenis plastik yang dapat diproduksi dari bahan alami terbarukan sepertipati melalui fermentasi asam laktat dan polimerisasi secara kimia. Lactobacillus plantarum merupakan isolat tunggalhasil isolasi dari silase jagung'dan merupakan bakteri homofermentatifpenghasil asam laktat. Fermentasi tepungjagung oleh bakteri 1. pli:intarurh pada suhu 30°C dengan pH 6-6,5 menghasilkan jenis L(+) asam laktat denganproduksi asam laktat 2,02 mg/mL dengan waktu inkubasi 72 jam. Asam laktat yang dihasilkan akan diproses lebihlanjut melalui polimerisasi secara kimia sebagai bahan baku plastik Polylactic Acid (PLA). Penguasaan teknologipembuatan PLA sebagai polimer biodegradabel akan memberikan nilai tambah pada pemanfaatan tepungjagungdengan memberikan keuntungan secara ekonomi yang dapat bersaing dengan plastik hidrokarbon yang saat inibanyak dipakai.

Kata kunci : Biosintesis, Polylactic acid, Lactobacillus plantarum

ABSTRACT

BIOSYNTHESIS OF LACTIC ACID AS BIODEGRADABLE PLASTIC RAW MATERIALS.

Development of biodegradable plastic materials used renewable resources are expected. Polylactic acid (PLA)is one of the biodegradable plastic which was produced from renewable resources by fermentation of starchand chemical polimerization. One isolate of the bacteria Lactobacillus plantarum was obtained from cornsilage isolation and was homofermentative bacteria with lactic acid as the fermentation product. Lactic acidfermentation from corn starch medium was carried out by L. plantarum at room temperature and pH 6-6.5.Analysis of fermentation com starch using HPLC and polarimeter showed that lactic acid fermentation By

L. ?lantarum p~oduced L(+) lactic acid : Produ~tivi~ o~L(+)lactic acid W~S2:6.mg/ml b~~ncubation of72 hours.ThiS product will be followed by chemical pohmenzatlOn to get polylachd aCid (PLA). The technology process ofPLA as biodegradable plastic will give an added value of com starch and can be competitive economically withthe ordinary hydrocarbon plastics.

Key words: Bioshyntesis, Polylactic acid, Lactobacillus plantarum

PENDAHULUAN

Dalam perkembangan industri polimer dantantangan yang harus dihadapi sepertiberkurangnya sumber daya alam migas dansemakinketatnyarernturan lingkunganhidupyangditerapkan termasuk program plastik ramahlingkungan atau program EDP (EnvironmentallyDegradable Plastics), maka diperlukan antisipasiyang tepat agar industri polimer dapat memacupengembangan plastik biodegradabel [1].

Sehubungan dengan hal tersebut perludilakukan pengkajian dan penguasaan teknologi

pembuatan material baru yang dapat dan mudahterurai secara alami.

Sintesissecarabiologismenggunakanmikroorganisme tertentu merupakan salah satu carauntuk memperoleh sumber-sumber bahan bakumaterial yang dapat diperbaharui sebagai produkyang bersahabat dengan lingkungan.

Polylactic Acid (PLA) adalah polimeryang dibuat dengan bahan baku renewableresources melalui proses fermentasi pati denganmenggunakan bakteri asam laktatclanpolimerisasi

89

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

secara kimia [2,5]. Perusahaan besar dunia mulaibergerak untuk memproduksi PLA, sepertiCargill-Dow Chemicals Co sejak tahun 1997telahmemproduksi PLA untuk digunakan sebagaiplastik dan tekstil dengan skala 140.000 ton pertabun dengan memanfaatkan tepungjagung., hal

ini menunjukkan kebutuhan pasar yang sangatberarti [3].

Asam laktat atau as am a-hidroksi

propionat merupakan salah satu asam organikyang dapat dihasilkan melaIui sintesis kimia dansintesis secara mikrobiologis dengan mikroorganisme tertentu melalui proses fermentasi.Penggunaannya amat luas mencakup industrimakanan,minuman, fannasi, kosmetik dan kimia.

Melaluipolimerisasikimiaasam laktatdapatdihasilkan PLA, yang merupakan plastikbiodegradabel yang saat ini banyak digunakansebagai biomedikal seperti surgical implant,drug delivery system dan artificial scaffoldmaterials [4].

Kendala utama dalam memproduksisenyawa ini adalah harga bahan baku yang mahaI.Mengingatasam laktatmemiliki banyakkegunaandan permintaan pasaryang meningkat maka dicarialtematif lain produksi asam laktat denganmenggunakan bahan baku murah dari bahan alamterbarukan melaIui proses fermentasi.

Pati-patian dan lignoselulosa merupakansumber daya alam terbarukan memiliki potensicukup besar untuk diolah menjadi plastik ramahlingkunganmelalui proses fermentasi oleh bakteridan polimerisasi kimia [5]. Diharapkan dapatmemberikan keuntungan secara ekonomi yangdapat bersaing dengan plastik hidrokarbon yangsaat inibanyak dipakai dan masih tergantung padapetrokimia.

Asam laktat memiliki 2 jenis isomer optisaktif, jenis L dan D [2,5,6], keduanya dalamsintesis secara kimia tidak dapat dibuat secaraterpisah. Melalui proses fermentasi asam laktatdapat dibuat jenis D atau L secara terpisahtapi tergantung darijenis bakterinya, sehinggapemilihan bakteri sangat penting. Dalamdunia industri senyawa asam L(+) laktat lebihbanyak digunakan [4]. Maka pada penelitiimpendahuluan ini perIu dilakukan isolasi bakteripenghasil asam laktat yang potensial untuk

90

ISSN 1410-8720

mendapatkan strain yang unggul dalammenghasilkan asam laktat sebagai produkutamanya.Diharapkan dapat dikembangkanlebih lanjut melalui polimerisasi kimia menjadipolimer PLA

METODEPERCOBAAN

Isolasi dan Identifikasi Bakteri

Isolasi dilakukan menggunakan metodetuang melalui pengenceran. Sampel bempa silasejagung diencerkan dengan aquadest steril,selanjutnya suspensi dicampur dengan mediumselektif MRS (de Man, Rogosa, Sharpe), laludituangkan ke dalam cawan petri. Kemudiankultur cawan diinkubasi pada soou kamar. Koloniyang tumbuh diisolasi kedalam agar miringsehingga diperoleh isolat bakteri murni.

Identifikasiisolatmeliputi pewamaan Gram,Ujibiokimia,yaitu :hidrolisisgelatin,kasein,indol,

H2S, Katalase dan nitrat. Uji fermentasi, yaitufermentasi glukosa, fruktosa, galaktosa, laktosa,maltosa, sukrosa, manito I,dan ribosa.

Pembuatan Inokulum

Biakan mumi hasil isolasi diinokulasi

sebanyak lose ke dalam medium MRS sterilsecara aseptis lalu diinkubasi pada suhu kamarselama 24 jam dan dikocok 120 rpm. Ke dalammediumMRS diinokulasi isolattersebut sebanyak .1rnL ke dalam tabung reaksi berisi 9 rnL mediumMRS bam laIudiinkubasipada soou kamarselama24jam dan dikocok 120rpm. Kultur daIam MRSdiinokulasi sebanyak 2 mL ke dalam erlenmeyer50 mL berisi 18 mL medium MRS bam lalu

diinkubasi pada soou kamar selama 24jam dandikocok 120 rpm.

Kultur isolat yang aktif diinokulasisebanyak 5 mL ke dalam erIenmeyer 125 mLberisi 45 mL medium MRS bam lalu diinkubasi

pada suhu kamar selama 24 jam dan dikocok120 rpm. Setelah inkubasi selama 24 jamdilakukan pengukuran OD (Optical Density)dengan spektrofotometer· pada panjanggelombang 520 nm untuk mengetabui jumlah sel.Kultur yang dihasilkan digunakan sebagaiinokulum untuk pembuatan kurva tumbuhisolat tersebut.

Biosintesis Asam Laktat Sebagai Bahan Baku Plastik Biodegradabel (Lucia lndrarti)

Pembuatan Kurva Tumbuh L. Plantarum

Inokuhun dengan ODyang sudahdiketahuidiinokulasikan sebanyak 20 mL ke dalamerlenmeyer 500 mL yang berisi 180mL mediumMRS, kemudian diinkubasi pada suhu 30°C dandikocok 120rpm. Selama pengocokan dilakukanpengambilan sampel setiap jam, kemudian padasampel dilakukan pengukuran OD.Pengambilansampel dilakukan sampai mencapai fasa stasioner.

Hasil pengukuran absorbansi dialurkanpada grafik,dimana sumbu x menunjukkan waktuinkubasi sedangkan sumbu y menunjukkanabsorbansi. Dari kurva pertumbuhanLactobacillus plantarum yang diperolehditentukan umur inokulum terbaik yang akandigunakanpada tahap optimasi kondisi lingkunganfermentasi tepungjagung.

Optimasi Konsentrasi Tepung Jagung

Pada optimasi konsentrasi tepungjagungini, proses fermentasi dilakukan pada variasikonsentrasi medium tepungjagung 5% dan 10%,dengan variabellain dibuat tetap yaitu inkubasipada suhu 30°C dengan kondisi pengocokanpada kecepatan 120 rpm dan jumlahinokulum sebanyak 10%. Pengambilan sampeldilakukan setiap 3 jam, kemudian ditentukankadar asam laktat dengan metode titrasi asambasa, kemudian ditentukan konsentrasi tepungjagung yang memberikan hasil produksi asamlaktat terbanyak.

Optimasi Konsentrasi Ekstrak Ragi

Pada optimasi konsentrasi ekstrak ragi,proses fermentasi dilakukan pada variasikonsentrasi ekstrak ragi pada medium tepungjagung 0,5 % yaitu 0%; 0,5%; 1%; 1,5% dan2,0% dengan variabellain dibuat tetap yaitukonsentrasitepungjagung hasil optimasi, inkubasipada suhu 30°C dengan kondisi pengocokanpada kecepatan 120 rpm dan jumlah inokul um10%denganmasa inkubasi 156jam. Pengambilansampel dilakukan setiap 3 jam, kemudianditentukankadar asam laktat denganmetode titrasiasam basa. Kemudian ditentukan konsentrasi

ekstrakragiyang memberikan hasilproduksi asamlaktat terbanyak.

Produksi Asam Laktat

Medium tepungjagung dengan konsentrasitepungjagung dan konsentrasi ekstrak ragi hasiloptimasi dengan inokulum 10% diinkubasi padasuhu 30°C selama 72 jam dengan kondisipengocokan pada kecepatan 120 rpm.

Asam laktat yang diperoleh dianalisisdengan menggunakan metode HPLC danmetode polarimeter untuk menentukan putaranoptis dari asam laktat yang dihasilkan denganmemisahkan terlebih dahulu larutan asam laktat

dan biomassa dengan menggunakan alatsentrifugasi dengan kecepatan 15000 rpm, suhu18°C selama 15 menit

Penentuan Kadar Asam Laktat denganMetode Titrasi I

Penentuan kadar asam laktat dilakukan

berdasarkan metode titrasi (7) denganmenggunakan NaOH 0,1 N 1 mL sampeldiencerkan dengan akuadest hingga mencapaivolume 20 mL. Ditambahkan 5 tetes

phenolphtaleinke dalam sampel yang diencerkan.Larutan ini selanjutnya dititrasi dengan larutanNaOH 0,1 N. Kadarasam laktatdihitungdenganrumus :

Kad~r asam laktat (~) =mL NaOH x Normalitas NaOH x

9 mL sampel

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil isolasi bakteri dari silase jagungdiperoleh l(satu) isolat. Berdasarkan hasilpengamatan, isolat yang diperoleh bersifat grampositif, motil, berbentuk batang dan tidakmenghasilkanendospora. Dalam reaksifermentasiglukosa tidak menghasilkan gas, tetapimenghasilkan asam. Reaksi katalase negatif, inimenunjukkan bahwa bakteri tersebut termasukbakteri anaerob fakultatif.

Mengacu pada hasil reaksi kimia yangdiamati, isolat bakteri yang diperoleh adalah darimarga (genus) Lactobacillus, jenis plantarum,merupakan bakteri homofermentatif denganasamlaktat sebagai produk utama sebagai hasilfermentasinya.

91

Prosiding Simposium Nasional Polimer V /SSN 1410-8720

Karena itu untuk proses selanjutnya digunakantepung jagung 5% dengan variasi konsentrasiekstrak ragi. Berdasarkan data pengamatantepungjagung 5% dengan penambahan variasikonsentrasi ekstrak ragi 0,5%, 1%, 1,5% dan 2%juga tidak menunjukkan kenaikan kadar asamlaktat bahkan lebih kecil, yaitu masing-masing2,43mg/mL, 2,77mg/mL, 2,86mg/mL dan2.954 mg/mL data dapat dilihat pada Gambar 3.Berarti ekstrakragi sebagai sumbernitrogen tidakmeningkatkan aktivitas pertumbuhan bakteridalam menguraikan substrat menjadi asam laktat.Maka untuk selanjutnya produksi asam laktathanya menggunakan substrat jagung 5% dengansuhu 30°C.

Dari hasil pengamatan 1. plantarum yangditumbuhkan pada suhu kamar (30°C) dalam agarmiring medium MRS Difco tumbuh lebih baikdibandingkan MRS merk Oxoid, hal inidisebabkan kandungan Medium MRS Difco yangberbeda komposisinya dengan MRS Oxoid.Dilihat dari komposisinya kandungan mediumMRS Difco memungkinkan 1. plantarum dapattumbuh pada suhu ruang dibandingkan dalammedium MRS Oxoid, walaupun diketahui padaumumnya Lactobacillus hidup pada suhu 37°C

Dari hasilpengamatan waktu pef¥nbuhanLactobacillus plantarum dalam MRS Difeodapat dilihat pada Gambar 1. Waktu'inkubasi8 jam merupakan masa inkubasi yangbaik dari1. plantarum sebagai inokulum untuk produksiasam laktatselanjutnya Umur inokulum yangbaikuntuk produksi asam laktat adalah inokulum yangmengandungjurnlah bakteri yang langsung dapatmemfermentasi substrat menjadi asam laktat.

12

i 100..§. 8

~E

~ 4.-g 2'"

6 12 18 24 30 39 81 132

waktu (jam)

___ jagung 5%

-a- jagung10%

___ BiofTBssa pel areo

A As. Laktal pd Dico

-M-- Si)lTBssa pd Oxod

_if_ AS.lakiat pel Oxoid

Gambar 2. Grafik rata-rata asam laktat hasil

fermentasi lactobacillus plantarum padakonsentrasi jagung pada suhu 30°C.

o 2 4 6 8 10 12 14 23Waktu (jam)

Gambar 1. Kurva pertumbuhan dan kadarasam laktat lactobacillus plantarum padasuhu 30°C dalam medium MRS merk difcodan merk Oxoid.

3.5

'[ 3

:L.5.•~ 2.!!

~ 1.5~ 1.•~ 0.5><

o

_ Ekstrak Ragi 0.5%

-.- Ekstrak Ragi 1%

--tt- Ekstrak Ragi 1.5%

___ Ekstrak Ragi 2%

Asam laktat yang terbentuk dalam prosesfermentasijagung akanmenurunkan pertumbuhanbakteri. Dari data yang didapatkan kadar asamlaktat seiring waktu cenderung mengalamipeningkatan dengan produksi asam laktat.

Berdasarkan data pengamatan variasikonsentrasi tepungjagung (5% dan 10%) padasuhu ruang dengan inokulum bakteri berumur8 jam menunjukkan tidak adanya perbedaankadar asam laktat yang dihasilkan antara tepungjagung 5% dan 10%. Kadar asam laktat yangdihasilkan masing-masing 6,774mg/mL dan7,258mg/mL dapat dilihat pada Gambar 2.

92

4 12 16 20 24 28 36 85 156

waktu Uam)

Gambar 3. Grafik rata-rata kadar asam laktat

hasil fermentasi lactobacillus plantarumpada kombinasi medium jagung 5% denganbeberapa konsentrasi ekstrak ragi padasuhu 30°C.

Hasil fermentasi kemudian dianalisis

menggunakan HP LC yang dapat dilihat padaGambar 4 dan hanya menghasilkan asam laktat2,02 mg/mL, hal ini kemungkinan disebabkanaktivitas bakteri menurun pada suhu ruang untukmenghasilkan asam laktat,sedangkan diketahui

Biosintesis Asam Laktat Sebagai Bahan Baku Plastik Biodegradabel (Lucia lndrarti)

(mil, I

-2"

o

Gambar 4. Grafik HPLC asam laktat hasil fennentasi pada medium jagung.

II)C):!!!o>

o 2

lime

Gambar 4. Grafik HPLC asam laktat hasil fennentasi pad a media MRS.

4

(rrIrl]

pada umumnya Lactobacillus hidup pada suhu37 DC.Sedangkan hasil analisis kadar asam laktatpada medium MRS Difco menggunakan HPLCdapat dilihat pada Gambar 5.

Homofennentatif strain pada umumnyamenghasilkan asam laktat L(+)(4), hal ini sesuaidengan analisis HP LC yang menunjukkan asamlaktat yang dihasilkan fennentasi Lactobacillusplantarum pada medium tepungjagung adalahhomolactic (asam laktat mumi)/homofennentatifyaitu asam laktat sebagai produk utama atausatu-satunya produk dari fennentasi tersebut dandiperkuat dengan hasil uji polaritas yangmenunjukkan asam laktat yang dihasilkanLactobacillus plantarum adalah jenis L(+)dengan nilai (+) 1,20• Dalam teknologi sintesisPLA, L-asam laktat banyak digunakan, karenadiharapkan dapat memberikan PLA bentukkristal, khususnya polimer dengan tingkatkemurnian optis yang tinggi, kristalinitasnya akantinggi (2,4)

Diharapkan L( +) asam laktat yangdihasilkan dari penelitian pendahuluan ini dapatdilanjutkan melalui polimerisasi kimia menjadiPolylactic Acid (PLA).

KESIMPULAN

1. Lactobacillus plantarum merupakan isolattunggal yang terdapat dalam silasejagung, danmerupakan bakteri homofennentatip.

2. Asam laktat yang dihasilkan pada fennentasitepungjagung dengan menggunakan bakteriL.

plantarum adalahjenis L(+) asam laktat.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. SARBINI, A., Business Development of

Plastic Industries in Indonesia, Speciallyplastic packaging industries, InternationallyMeeting On Recycling and Environmentallydegradable Plastic From Renewable

93

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

Resources and International Exhibition on

Plastic Industries and Technologies (2001)[2]. OZEKI, EIICHI, Characteristics of

Poly(L-Lactide) as biodegradable Plastics,Shimadzu Review, 53 (1) (1996)

[3]. VINK, ERWIN T.H., Building aSustainable Business System for theProduction of Poly lactide (PLA) Polymer,]SI International Conference on Bio-basedPolymers, November12-14, Saitama,Japan (2003)

[4]. TRIANTO,A., GHOFAR,A., YUWONO,S.D., TAKATA,K. and KOKUGAN,T.,Study L-Lactic Acid Fermentation byStreptoccus bovis in conventional andmembran bioreactors (2004)

[5]. http://www.kycorn.org/newcornusus/plaplant.html .2002.

[6]. http://www.hniri.go.jp/chap2/chap2e.html.2002.

[7]. SUTANTO, M., ProduksiAsam Laktat danSenyawa Antibiotika di Dalam SusuFermentasi oleh Lactobacillus Beijerinck1901, S-1 Thesis, Departemen Biologi ITB(1996)

94

ISSN 1410-8720