ix 3.3.10 Analisa Termal Material dengan DSC
43 3.3.11 Analisa Scanning Electron Microscope SEM
44 3.4 Rancangan Percobaan
44 3.5 Bagan Penelitian
46 3.5.1 Pengisolasian Bakteri
46 3.5.2 Penyeleksian Bakteri
47 3.5.3 Pengukuran Kurva Pertumbuhan Bakteri
48 3.5.3.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri L
1 3
1
dalam Media Nutrient Broth
48 3.5.3.2
Kurva Pertumbuhan Bakteri L
1 3
1
dalam Media Limbah Ranut
49 3.5.4 Optimasi Media Biakan dan Kondisi
50 3.5.5 Pemanenan Sel Cell Dry Weight CDW
51 3.5.6 Pengekstraksian dan Purifikasi Polimer PHA
52 3.5.7 Penentuan Kadar Total Suspended Solid TSS
53 3.5.8 Penentuan Kadar Chemical Oxygen Demand COD 54
3.5.9 Analisa Mikroskopis Granula PHA 55
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 56
4.1 Pengisolasian Bakteri 56
4.2 Penyeleksian Bakteri 58
4.2.1 Kemampuan Isolat Terpilih dalam menghasilkan PHA pada Media Sintetik
58 4.2.2 Pseudomonas aeruginosa
59 4.2.3Kemampuan
Pseudomonas aeruginosa L
1 3
1
dalam menghasilkan Bioplastik PHA pada media RANUT 61
4.3 Penelitian Utama 62
4.3.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri 62
4.3.2 Optimasi Media Biakan dan Kondisi 63
4.3.2.1 Hasil Pengamatan Optimasi 63
Universitas Sumatera Utara
x A Berat Sel Kering atau CDW
63 A.1 Interaksi Tanggap Permukaan Pertama 63
A.2 Interaksi Tanggap Permukaan Kedua 66 B. Bioplastik PHA gL
70 B.1 Interaksi Tanggap Permukaan Pertama 70
B.2 Interaksi Tanggap Permukaan Kedua 72 C. Penentuan Kadar TSS
75 D. Penentuan Kadar Chemical Oxygen Demand
COD 77
E. Hubungan Antara Pertumbuhan CDW dengan Produksi Bioplastik PHA
80 4.3.3 Karakerisasi Bioplastik PHA
81 4.3.3.1 Analisa Mikroskopis Granula PHA
81 4.3.3.2 Penentuan Berat Molekul Bioplastik PHA
83 4.3.3.3 Karakterisasi FT-IR Bioplastik PHA
83 4.3.3.4 Analisa DSC
86 4.3.3.5 Analisa SEM Bioplastik PHA
87
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 88
5.1 Kesimpulan 88
5.2 Saran 89
DAFTAR PUSTAKA 90
LAMPIRAN 101
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul
Halaman
1 Proyeksi produksi plastik biodegradabel
16 2
Plastik biodegradabel dari golongan poliester alifatik 18
3 Struktur umum PHA
20 4
Jalur Biosintesa produksi PHA 21
5 Biodegradasi P3HB-co-3HHX film pada lingkungan tropis
mangrove selama 3 minggu berturut-turut 23
6 Salah satu isolat dari 24 isolat yang berhasil diseleksi dan
dimurnikan dalam media nutrient agar 57
7 L
4 5
5
, L
1 2
6
E-coli ; L
1 2
1
, L
1 3
1
Pseudomonas aeruginosa; L
1 4
11
, L
3 3
2
, L
2 1
3
Pseudomonas putida 57
8 Isolat L
1 3
1
positif menyerap Sudan Black B dan mampu membentuk PHA
58
9 Pseudomonas aeruginosa dalam cetrimide agar
60 10
Nilai CDW terhadap no. percobaan respon tanggap permukaan pertama
63
11 Grafik pengamatan dan prediksi pemodelan terhadap nilai
CDW respon tanggap permukaan pertama 64
12 Grafik interaksi tanggap permukaan pertama antara waktu
inkubasi hari terhadap konsentrasi glukosa gL pada temperatur inkubasi 30
o
C pada CDW 66
13 Grafik nilai CDW terhadap no. percobaan respon tanggap
permukaan kedua 67
14 Grafik pengamatan dan prediksi pemodelan terhadap nilai
CDW respon tanggap permukaan kedua 68
15 Grafik interaksi tanggap permukaan kedua antara waktu
inkubasi hari terhadap konsentrasi glukosa gL pada 68
Universitas Sumatera Utara
xii temperatur inkubasi 30
o
C pada CDW 16
Grafik nilai PHA gL terhadap no. Percobaan respon tanggap permukaan pertama
70
17 Grafik pengamatan dan prediksi pemodelan terhadap nilai
PHA gL respon tanggap permukaan pertama 71
18 Grafik interaksi tanggap permukaan pertama antara waktu
inkubasi hari terhadap konsentrasi glukosa gL pada temperatur inkubasi 30
o
C pada PHA gL 72
19 Grafik nilai PHA gL terhadap no. percobaan respon tanggap
permukaan kedua 73
20 Grafik pengamatan dan prediksi pemodelan terhadap nilai
PHA gL respon tanggap permukaan kedua 73
21 Grafik Interaksi tanggap permukaan kedua antara waktu
inkubasi hari terhadap konsentrasi glukosa gL pada temperatur inkubasi 30
o
C pada PHA gL 74
22 Grafik hubungan antara TSS dan CDW pada tiap percobaan
respon tanggap permukaan pertama 76
23 Grafik hubungan antara TSS dan CDW pada tiap percobaan
respon tanggap permukaan kedua 77
24 Grafik hubungan antara COD dan PHA pada tiap percobaan
respon tanggap permukaan pertama 78
25 Grafik hubungan antara COD dan PHA pada tiap Percobaan
Respon Tanggap Permukaan Kedua 79
26 Grafik hubungan antara COD dan PHA pada tiap percobaan
respon tanggap permukaan pertama 80
27 Grafik hubungan antara COD dan PHA pada tiap percobaan
respon tanggap permukaan kedua 81
28 Sel PHA dari RANUT tanpa nutrisi
82 29
Spektrum FT-IR senyawa PHA hasil penelitian dan referensi 84
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Halaman 1
Perbandingan PHA dan Polipropilen 23
2 Komposisi jumlah air limbah dalam 1 ton CPO
27 3
Kualitas limbah cair kelapa sawit di Indonesia 27
4 Produksi PHA oleh mikroorganisme sesuai kondisi
tumbuhnya 30
5 Perlakuan terkode untuk pengakumulasian PHA
45 6
Central Composite Design CCD untuk 3 variabel 45
7 Karakterisitik morfologi dan biokimia isolat terpilih
56 8
PHA yang diakumulasikan oleh 7 isolat yang terseleksi 59
9 Analisis disain optimasi untuk produksi CDW
69 10
Analisis disain optimasi untuk produksi PHA gL 74
Universitas Sumatera Utara
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul
Halaman
1 Tabel hasil analisa dan hasil PHA run I tanpa penyaringan pada
suhu 41
o
C, 7 hari Waktu inkubasi 101
2 Data analisa dan hasil PHA Run II dilakukan penyaringan
temperatur inkubasi 37 C untuk waktu inkubasi 5,6 hari
102
3 Data absorbansi pada berbagai panjang gelombang
103 4
Kurva absorbansi larutan Nutrient Broth dan limbah RANUT pada berbagai panjang gelombang
104
5 Data absorbansi pertumbuhan bakteri L
1 3
1
dalam Nutrient Broth pada panjang gelombang 486 nm
105
6 Kurva absorbansi pertumbuhan bakteri L
1 3
1
dalam Nutrient Broth pada panjang gelombang 486 nm
106
7 Data absorbansi pertumbuhan bakteri L
1 3
1
dalam limbah RANUT pada panjang gelombang 646 nm
107
8 Kurva absorbansi pertumbuhan bakteri L
1 3
1
dalam limbah RANUT pada panjang gelombang 646 nm
108
9 Data pertumbuhan bakteri L
1 3
1
berdasarkan sel kering CDW 109
10 Kurva pertumbuhan bakteri L
1 3
1
dalam Nutrient Broth dan limbah RANUT berdasarkan sel kering CDW
110
11 Data respon tanggap permukaan pertama
111 12
Data respon tanggap permukaan kedua 112
13 Data pengamatan dan prediksi pemodelan CDW tanggap
permukaan pertama berdasarkan analisa statistik STATSOFT 6.0
113
14 Data ANOVA dan grafik Pareto untuk CDW tanggap
permukaa pertama 114
15 Grafik tanggap permukaan pertama CDW
115
Universitas Sumatera Utara
xv 16
Data pengamatan dan prediksi pemodelan CDW tanggap permukaan kedua berdasarkan analisa statistik STATSOFT 6.0
116
17 Data ANOVA dan grafik Pareto untuk CDW tanggap
permukaa kedua 117
18 Grafik tanggap permukaan kedua CDW
118 19
Data pengamatan dan prediksi pemodelan PHA gL tanggap permukaan pertama berdasarkan analisa statistik STATSOFT
6.0 119
20 Data ANOVA dan grafik Pareto untuk PHA gL tanggap
permukaa pertama 120
21 Grafik tanggap permukaan pertama PHA gL
121 22
Data pengamatan dan prediksi pemodelan PHA gL tanggap permukaan kedua berdasarkan analisa statistik STATSOFT 6.0
122
23 Data ANOVA dan grafik Pareto untuk PHA gL tanggap
permukaa kedua 123
24 Grafik tanggap permukaan kedua PHA gL
124 25
Analisa mikroskopis granula PHA 125
26 Penentuan nilai COD, TSS, CDW, PHA
127 27
Penentuan berat molekul PHA 129
28 Spektrum FT-IR bioplastik PHA
130 29
Hasil uji sifat termal material dengan DSC untuk perlakuan nutrisi 5 gL glukosa, temperatur inkubasi 30
o
C, dan waktu inkubasi 5 hari
133
30 Analisa SEM bioplastik PHA untuk perlakuan nutrisi 5 gL
glukosa, temperatur inkubasi 30
o
C, dan waktu inkubasi 5 hari 135
31 Dokumentasi rute penelitian
136
Universitas Sumatera Utara
xvi
DAFTAR ISTILAHSINGKATAN
ANOVA : analysis of variance
BOD :
biological oxygen demand CCD
: central composite design
CDW : cell dry weight berat sel kering
COD :
chemical oxygen demand CPO
: crude palm oil
DEHP : diethylhexyl phthalate
DSC :
differential scanning calorimetry FT-IR
: fourier transfer-infra red HA
: hidroksialkanoat
LCPKS : limbah cair pabrik kelapa sawit
LCL :
long chain length MCL
: medium chain length panjang rantai sedang
MR : metil red
OF :
oksidasefermentase PBS
: poli butilena suksinat
PCL :
poli ε-kaprolakton
PET :
polyethylenterephthalate PHA
: polihidroksialkanoat
PHB : poli ß-hidroksi butirat
PHB4B : polihidroksibutirat-co-4 butirat
PHBHx : polihidroksibutirat-co-heksanoat
PHBV : polihidroksibutirat-co-valerate
PKS : pabrik kelapa sawit
PLA : polylactic acid
PV :
voges proskauer RANUT
: reaktor anaerobik unggun tetap RSM
: response surface methodology metodologi tanggap permukaan
Universitas Sumatera Utara
xvii Saddle point : tidak terdapat titik optimum
SCA :
simon citrate agar SCL
: short chain length panjang rantai pendek
SEM :
scanning electron microscopy SIM
: sulfite indol motility
STATSOFT : statistica software
TSIA :
triple medium sugar iron agar TSS
: total suspended solid
Universitas Sumatera Utara
i
OPTIMASI PEMBUATAN BIOPLASTIK POLIHIDROKSIALKANOAT DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI MESOFILIK DAN MEDIA
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
ABSTRAK
Telah dilakukan optimasi pembuatan bioplastik polihidroksialkanoat PHA dengan menggunakan bakteri mesofilik dan media limbah cair pabrik kelapa sawit. Strain
L
1 3
1
digunakan sebagai bakteri yang dibiakkan dalam media keluaran tangki reaktor anaerobik unggun tetap RANUT. Optimasi dilakukan menggunakan metode
tanggap permukaan dengan central composite design 3 variabel. Parameter yang dioptimasi adalah konsentrasi glukosa gL, temperatur
C dan waktu inkubasi hari. Hasil optimum yang diperoleh dalam penelitian ini untuk berat sel kering
CDW dan produksi PHA pada kondisi 5 gL glukosa, 30
o
C temperatur inkubasi dan 5 hari waktu inkubasi dengan level kepercayaan p 0,05. Hasil karakterisasi FT-IR
diperoleh struktur bioplastik PHA panjang rantai pendek poli3-hidroksibutirat-co-3- hidroksivalerat atau P3HB-co-3HV dengan berat molekul 13400,79431 gmol dan
nilai termal T
m
154,72 dan 170,58
o
C, T
g
19
o
C.
Kata kunci: Bioplastik, limbah cair pabrik kelapa sawit, polihidroksialkanoat, poli3-
hidroksibutirat-co-3-hidroksivalerat.
Universitas Sumatera Utara
ii
OPTIMIZATION OF PRODUCTION OF POLYHYDROXYALKANOATES BIOPLASTIC USING MESOPHILIC BACTERIA AND CULTURE MEDIUM
FROM PALM OIL MILL EFFLUENT
ABSTRACT
Optimization of production of polyhydroxyalkanoates PHA bioplastic using mesophilic bacteria and culture medium from palm oil mill effluent has been
investigated. Strain L
1 3
1
was cultured in medium from outlet of anaerobic fixed bed reactor tank. Response surface methodology with central composite design CCD
was used to optimize the parameter of PHA production. The variables used in this investigation were the concentration of glucose gL, temperature
C and incubation times days. The optimum condition of production of the cell dry weight
CDW and PHA was obtained at 5 gL glucose, the incubation temperature of 30
o
C and 5 days of incubation time with p 0.05. FT-IR characterization of the bioplastic
structure of the PHA obtained by a short chain length poly3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate or P3HB-co-3HV with molecular weight 13400.79431 g mol, and
thermal value of 154.72 and 170.58
o
C T
m
, 19
o
C T
g
.
Key Words: Bioplastic, palm oil mill effluent, polyhydroxyalkanoates, poly3- hydroybutyrate-co-3-hydroxyvalerate.
Universitas Sumatera Utara
1
BAB I PENDAHULUAN
