Rekayasa Metabolik Mikroorganisme Untuk Tujuan Produksi Bioetanol

oleh -70 views
Karman, mahasiswa UTS
bankntb

Oleh: Karman (Mahasiswa Program Studi Teknobilogi Universitas Teknologi Sumbawa)

SUMBAWA BESAR, SR (01/06/2017)

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka kita sebagai manusia yang berperan sebagai subjek dan sekaligus menjadi objek dalam pembangunan sudah selayaknya dapat menciptakan dan menjaga lingkungan agar tetap terjaga bagi kehidupan seluruh masyarakat. Perubahan iklim merupakan tantangan paling serius yang kita hadapi di dunia di abad 21 (Sugiyono, 2006). Sekarang kita tengah menghadapi perubahan iklim akibat pemanasan global (global warming). Hal ini menimbulkan berbagai masalah, antara lain tenggelamnya pulau-pulau kecil serta krisis air bersih, punahnya berbagai jenis ikan dan rusaknya terumbu karang, ancaman badai tropis, tsunami, kekeringan, meningkatnya potensi kebakaran hutan, penyakit parasitik seperti malaria dan demam berdarah dengue yang disebabkan oleh nyamuk makin meningkat.

Penyebab utama dari pemanasan global itu sendiri adalah meningkatnya jumlah emisi karbon akibat penggunaan energi fosil, terutama di sektor industri. Karbondioksida adalah penyebab paling dominan terhadap adanya perubahan iklim saat ini dan konsentrasinya di atmosfer telah naik dari masa pra-industri yaitu 278 ppm (parts-permillion) menjadi 379 ppm pada tahun 2005. Selain problematika tersebut, kian hari cadangan minyak mentah sebagai sumber dari bahan bakar kendaraan bermotor makin menipis dan selama ini masih menggunakan bahan bakar dari fosil. Maka diperlukan suatu alternatif pengembangan bahan bakar nonfosil atau dikenal dengan biofuel, yang terbarukan dan ramah terhadap lingkungan, sehingga kebutuhan energi senantiasa tercukupi dan lingkungan akan tetap terjaga. Biofuel di sini adalah bioetanol sebagai pengganti bahan bakar bensin. Disebut dengan bioetanol karena proses pembentukan etanol diperoleh secara biologis. Sebagaimana yang kita ketahui bahwa, selama ini bioetanol diperoleh melalui konversi biomassa seperti serealia, umbi akar dan molase dengan menggunakan teknologi fermentasi oleh aktivitas mikroba. Bahan dasar dari bioetanol tersebut adalah bahan pangan yang dalam pengadaannya memerlukan lahan yang cukup luas dan periode waktu tertentu. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang bioteknologi yaitu dalam teknologi rekayasa, maka dalam efisiensi produksi bioetanol dilakukan melalui rekayasa genetika mikroorganisme sehingga didapatkan mikroba fermentasi yang efisien, digunakan substrat dengan harga murah dan kondisi yang umum untuk fermentasi.

Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi etanol/bioetanol (alkohol) dengan menggunakan mikroorganisme, seperti yeast. Alkohol yang diperoleh dari proses fermentasi ini, biasanya alkohol dengan kadar 8 sampai 10 persen volume. Terdapat tiga macam proses fermentasi cair yaitu fermentasi batch, fermentasi kontinyu, dan fermentasi fed-batch. Pada fermentasi batch, setelah inokulasi tidak dilakukan penambahan substrat ke dalam media. Proses fermentasi ini umumnya dijumpai empat fase pertumbuhan mikrob, yaitu fase lag, fese log, fase stasioner dan fase kematian. Pada fermentasi kontinyu, ada penambahan dan pengurangan kultur selama proses fermentasi, sehingga volume tetap dan kondisi fisiologi sel cenderung konstan. Sedangkan pada fase fermentasi fed-batch, ada penambahan substrat pada fase pertumbuhan tertentu yang bertujuan untuk memperpanjang fase pertumbuhan yang diinginkan.

Baca Juga  SP3T Sabedo Dibangun, Pertama di Wilayah Kodam Udayana

Produksi bioetanol harus mempertimbangkan keekonomiannya dari dua sisi kepentingan, yaitu sisi produsen bioetanol yang memerlukan bahan baku produksi tanaman dengan harga rendah, dan dari segi petani penghasil bahan baku yang menginginkan produksi tanamannya dibeli dengan harga tinggi dan biaya produksi paling rendah. Hal tersebut disebabkan nilai produksi tanaman adalah sebagai biaya pengeluaran untuk pembelian bahan baku bagi produsen bioetanol. Oleh karena itu, keekonomian program pemanfaatan bioetanol untuk bahan bakar kendaraan bukan saja ditentukan oleh harga bahan bakar premium saja, tetapi ditentukan pula oleh harga bahan baku pembuatan bioetanol dalam hal ini produksi tanaman (Nurdyastuti, 2005).

Umumnya bioetanol diproduksi dengan menggunakan pati sebagai bahan bakunya, terutama untuk memenuhi kebutuhan industri makanan. Oleh karena produksi bioetanol dengan pati sebagai bahan baku tidak ekonomis, maka diupayakan untuk menggunakan limbah pertanian, industri seperti kulit beras, serbuk kayu, yang kadar gulanya masih tinggi (lebih dari 60%) sebagai bahan baku pengganti pati. Penggunaan biomassa sebagai bahan baku pembuatan etanol mendukung pembangunan yang berkelanjutan, dapat mengurangi efek rumah kaca, juga dapat menjawab masalah pembuangan limbah organik (Yan Lin et al., 2006). Namun, bahan dari residu pertanian tersebut biasanya mengandung lignoselulosa yang sulit didegradasi oleh mikroba saat fermentasi karena mengandung gugus gula baik heksosa maupun pentosa.

Masalahnya tidak ada satu mikroba yang dapat memenuhi semua kriteria yang disebutkan di atas. Karenanya beberapa ilmuwan telah meneliti berbagai macam mikroba yang mendekati kriteria tersebut sehingga diperlukan beberapa rekayasa untuk mendapatkan strain bakteri yang sesuai dengan kriteria di atas. Dengan mengembangkan teknologi rekayasa metabolik ini diharapkan dapat menyediakan kebutuhan bioetanol dalam jumlah yang banyak dan lebih efisien. Sebagaimana mikroba telah dimanfaatkan secara luas sebagai bioreaktor untuk memproduksi biofuel, vitamin dan bahan kimia lainnya. Hal ini terkait dengan kecenderungan untuk mengganti proses sintesa kimia dengan menggunakan bioteknologi berbasis fermentasi mikroba. Selain lebih aman, kemampuan tumbuh yang cepat meskipun pada media yang murah, terkarakterisasinya sebagian besar genome yang berperan dalam kehidupannya, serta kemampuannya untuk mengkopi vektor menjadi alasan yang utama bagi pemanfaatan mikroba sebagai inang untuk penerapan rekayasa metabolik. Teknik rekayasa metabolik sendiri adalah teknik untuk mengarahkan metabolisme mikroba untuk memproduksi zat target. Rekayasa metabolik ini bisa dilakukan dengan menghilangkan fungsi suatu gen, menambah gen agar proses bisa berjalan, atau menambah gen untuk mengarahkan metabolik itu sendiri. (Yang et al.,1998; Dien et al., 2003).

Baca Juga  SMP dan SMA Harus Sabar, Tahun Ini DAK Hanya untuk SD

Adapun untuk rekayasa bakteri dapat dilakukan secara genetik dengan melakukan knock out terhadap gen yang tidak diperlukan dan melakukan kloning gen-gen yang dibutuhkan, sehingga dihasilkan strain bakteri yang mampu mengubah biomassa menjadi etanol sesuai dengan kriteria di atas. Pada rekayasa metabolik ini, piruvate diubah menjadi lactate dengan lactate dehydrogenase (LDH). Aktivitas LDH diganti dengan pyruvate decarboxilase (PDC) sehingga diarahkan ke pembentukan etanol. Gen PDC dari Sarcina ventriculi (Spdc) disisipkan ke dalam strain Lactobacillus plantarum yang dinonaktifkan gen ldh-nya. Strain yang direkayasa diamati produksi etanolnya. Dari hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa Lactobacillus plantarum yang telah direkayasa jalur metaboliknya mampu memproduksi etanol lebih tinggi.

Penggunaan mikroorganisme dalam produksi etanol dianggap lebih efektif dan efisisen karena hanya diperlukan jenis bakteri tertentu saja yang mampu memfermentasi suatu biomassa dan menghasilkan etanol, kemudian dicari gen penyandi enzim pembentuk etanol tersebut, selanjutnya direkayasa sehingga mampu menghasilkan etanol secara optimal. Bioetanol merupakan sumber energi yang ramah terhadap lingkungan, bioetanol sebagai bahan bakar pengganti bensin dapat mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil khususnya minyak bumi dan bioetanol juga dapat diproduksi secara efisien melalui rekayasa metabolik mikroba sebagai pemfermentasi. (*)

 

 

 

iklan bapenda