5
Gambar 1. Hasil scanning electron microscope granula PHA pada R. eutropha
Sumber : http:che.kaist.ac.kr~biosystresearchphapha.html
B. Poli-β-Hidroksialkanoat PHA
Poli- β-hidroksialkanoat PHA merupakan poliester hidroksialkanoat yang
disintesa oleh sejumlah bakteri sebagai komponen simpanan energi dan karbon intraseluler, diakumulasi sebagai granula dalam sitoplasma sel Lee, 1996.
PHA disintesis jika salah satu elemen nutrisi seperti N, P, S, O atau Mg ada dalam
jumlah terbatas namun sumber karbon ada dalam jumlah berlebih Lee dan Choi 2001.
Poli- β-hidroksialkanoat PHA adalah poliester dari hidroksialkanoat
dengan struktur umum seperti pada Gambar 2. Ojumu et al., 2003
O C H
C H
2 n
C R
O
1 0 0 -3 0 0 0 0
n = 1 R =
Hidrogen Poly -3-hidroksipropionat
Metil Poly -3-hidroksibutirat
Etil Poly
-3-hidroksivalerat Propil Poly
-3-hidroksiheksanoat Pentil Poly
-3-hidroksioktanoat Nonil Poly
-3-hidroksidodekanoat n = 2
R = Hidrogen
Poly -4-hidroksibutirat n = 3
R = Hidrogen
Poly -5-hidroksivalerat Gambar 2. Struktur Umum Poli-
β-hidroksialkanoat
PHA ada dalam bentuk homo dan heteropolimer. Homopolimer poli-3- hidroksibutiratPHB memiliki sifat termoplastik dengan sifat mekanis bagus,
mirip dengan polipropilen dan merupakan jenis PHA yang pertama ditemukan dan paling banyak diteliti. Namun demikian, sebagai plastik, PHB bersifat sangat
rapuh karena tingginya derajat kristalinitas, di samping itu suhu pelelehannya
6 180
o
C mendekati suhu degradasi termalnya 200
o
C. Kelemahan ini dapat diperbaiki dengan kopolimerisasi 3HB hidroksibutirat dan 3HV
hidroksivalerat menjadi kopolimer poli-3HB-co-3HV yang lebih fleksibel dan rendah suhu prosesnya Kim dan Lenz dalam Scheper, 2001. Suatu galur mutan
Ralstonia eutropha yang ditumbuhkan dengan glukosa dan asam propionat dapat menghasilkan kopolimer dari monomer 3HB dan 3HV. Kerapuhan kopolimer HB-
HV lebih rendah daripada PHB, sifat termomekanisnya lebih bervariasi tergantung dari kadar unit 3-HV penyusunnya sehingga aplikasinya lebih luas
Lefebvre et al. 1997, Klem dalam Robinson et al., 1999. Asam poli-
β-hidroksibutirat poli-HB adalah polimer dengan sifat optik aktif asam D--3-hidroksibutirat 3-hidroksibutanoat dengan struktur molekul
seperti pada Gambar 3. Jumlah unit berulang n dipengaruhi oleh beberapa faktor dan dapat mencapai nilai n = 35.000. Contoh poli-HB dengan bobot molekul
mencapai 3,39 x 10
6
telah ditemukan pada bakteri Azotobacter vinelandii dengan menggunakan klorofom atau diklorometan pada proses ekstraksi dari massa sel
Lafferty et al. dalam Rehm dan Reed, 1988.
Gambar 3. Struktur molekul Poli- β-Hidroksibutirat
Lafferty et al. dalam Rehm dan Reed, 1988
Menurut Poirer et al. 1995, PHB sering dibandingkan dengan polipropilen PP karena sifat fisiknya yang sama, namun PHB lebih rapuh
dengan rasio elastisitas PHB hampir dua kali lebih rendah dibandingkan dengan PP. Meskipun PHB bersifat rapuh dan lebih sensitif terhadap pelarut
dibandingkan poliester komersial, tetapi PHB memiliki daya tahan yang lebih besar terhadap radiasi sinar UV dan bersifat dapat didegradasi Crueger dan
Crueger, 1984. Perbandingan karakteristik PHB dan PHBHV dengan plastik konvensional secara lengkap disajikan pada Tabel 1.
7
Tabel 1. Perbandingan Karakteristik PHB dan PHBHV dengan Plastik Konvensional
Karakteristik Fisik
Satuan PHB
PHBHV 10 HV
PHBHV 20 HV
PP PET
HDPE PS
Melting point
o
C 177 150 135 170 262
135 110
Tensile strength MPa
40 25
20 34.5
56 29
50 Flexual modulus
GPa 3.5
1.2 0.8
1.72 2.2
0.94 3.1
Extension to break 3.0
20 100
400 7300
- -
Notched Izod Jm 35 100 300 45
3400 32 21
Keterangan : PP = polipropilen, PET = polietilenterephathalat, HDPE = high density polietilen, PS = polistiren. Sumber : Bryom, 1994
Menurut Atifah 2006, pengumpanan sumber karbon dilakukan pada saat bakteri memasuki fase pertumbuhan stasioner dari daur hidupnya. Bakteri
Ralstonia eutropha mengalami fase pertumbuhan logaritmik hingga jam ke 36 dan memasuki fase pertumbuhan stasioner mulai jam ke 48. Pada fase stasioner
konsentrasi residu gula mendekati titik nol 1 gL seiring dengan laju pertumbuhan spesifik
μ yang menunjukkan angka nol. Pada saat laju pertumbuhan spesifik mendekati nol, bakteri sebagian besar tidak lagi
memperbanyak diri, sehingga sumber karbon pada media digunakan untuk pembentukan PHA di dalam sitoplasmanya.
Aplikasi PHA difokuskan pada 3 hal yaitu kesehatan dan farmasi, pertanian, dan kemasan produk Lafferty et al. di dalam Rehm dan Reid, 1988;
Lee, 1996. Meskipun bidang aplikasinya luas, namun pemanfaatan PHA masih terbatas karena harganya mahal. Berbagai penelitian akhir-akhir ini diarahkan
untuk menurunkan biaya produksi, meliputi penelitian tentang 1 galur bakteri baru yang dapat mensintesis PHA, 2 substrat yang murah, 3 strategi kultivasi
yang baru, 4 penggunaan mikroba rekombinan, 5 pengembangan tanaman transgenik yang dapat mensintesis PHA dan 6 penggunaan kultur sel serangga
insekta untuk memproduksi PHB Lefebvre et al. 1997. Beberapa aplikasi poli- β-hidroksialkanoat disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Aplikasi poli- β-hidroksialkanoat
Medis dan farmasi
1 Keperluan operasi bedah: benang jahit, pin, penyeka
2 Pembalut luka
3 Pemasangan pembuluh darah dan jaringan tubuh karena kemampuan
depolimerisasi PHB menjadi monomer asam D--3-hidroksibutirat 4
Pemasangan tulang dan lempeng tulang 5
Stimulasi pertumbuhan tulang karena PHA mempunyai sifat piezoelektrik 6 Pembawa
biodegradable carrier bahan aktif pada obat-obatan
8
Pertanian
1 Pembawa biodegradable carrier bahan aktif pada herbisida, fungisida,
insektisida atau pupuk karena kemampuan degradasi di dalam tanah 2 Kontainer
semaian bibit
3 Matrik biodegradable matrix untuk obat pada bidang veteriner
Kemasan dan komoditas lain
1 Kemasan kontainer, botol, pembungkus, kantong, dan film
2 Bahan-bahan sekali pakai seperti popok bayi dan pembalut wanita
Sumber : Brandl et al. dalam Babel dan Steinbuchel, 2001; Punrattanasin, 2001
C. Isopropil Palmitat
