Pengembangan Bioplastik Ramah Lingkungan dari Limbah Organik Menggunakan Mikroorganisme Lokal

Abstrak

1. Pendahuluan

Masalah limbah plastik telah menjadi isu global yang mendesak, dengan produksi plastik dunia mencapai 359 juta ton per tahun dan diperkirakan akan berlipat ganda pada tahun 2040. Indonesia sebagai negara dengan populasi besar berkontribusi signifikan terhadap limbah plastik dengan produksi 64 juta ton sampah per tahun, dimana 14% berupa limbah plastik yang sulit terdegradasi.

Bioplastik muncul sebagai solusi alternatif yang menjanjikan karena dapat diproduksi dari sumber daya terbarukan dan memiliki kemampuan biodegradasi yang baik. Limbah organik pasar tradisional yang kaya akan selulosa, hemiselulosa, dan lignin merupakan substrat potensial untuk produksi bioplastik melalui proses fermentasi mikroorganisme.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa mikroorganisme lokal memiliki adaptasi yang lebih baik terhadap kondisi lingkungan Indonesia dan dapat menghasilkan enzim dengan aktivitas spesifik yang tinggi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan bioplastik ramah lingkungan menggunakan konsorsium mikroorganisme lokal dengan limbah organik sebagai substrat.

2. Metode Penelitian

2.1 Isolasi dan Identifikasi Mikroorganisme

Sampel kompos limbah organik diambil dari 5 pasar tradisional di Jakarta dengan metode purposive sampling. Isolasi mikroorganisme dilakukan menggunakan metode serial dilution pada media Nutrient Agar (NA) dan Potato Dextrose Agar (PDA). Identifikasi dilakukan secara morfologi dan molekuler menggunakan sekuensing 16S rRNA untuk bakteri dan ITS untuk fungi.

2.2 Skrining Kemampuan Degradasi Selulosa

Seleksi isolat dilakukan pada media Congo Red Cellulose Agar untuk mendeteksi aktivitas selulase. Aktivitas enzim selulase diukur menggunakan metode DNS (3,5-dinitrosalicylic acid) dengan substrat carboxymethyl cellulose (CMC).

2.3 Optimasi Fermentasi

Optimasi parameter fermentasi menggunakan Response Surface Methodology (RSM) dengan desain Central Composite Design (CCD). Variabel yang dioptimasi meliputi pH (5,0-8,0), suhu (25-40°C), dan waktu fermentasi (48-96 jam).

2.4 Karakterisasi Bioplastik

Sifat mekanik bioplastik dianalisis menggunakan Universal Testing Machine (UTM) untuk tensile strength dan elongation at break. Biodegradabilitas diuji dalam kondisi kompos standar ASTM D5338 selama 180 hari.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1 Isolasi dan Karakterisasi Mikroorganisme

Dari 50 sampel kompos diperoleh 127 isolat mikroorganisme yang terdiri dari 78 isolat bakteri dan 49 isolat fungi. Skrining aktivitas selulase menghasilkan 15 isolat dengan zona bening yang signifikan (diameter >2 cm) pada media Congo Red.

Identifikasi molekuler menunjukkan bahwa isolat terpilih termasuk dalam genus Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma, dan Aspergillus. Aktivitas selulase tertinggi diperoleh dari konsorsium yang terdiri dari Bacillus subtilis PABI-01, Trichoderma viride PABI-05, dan Aspergillus niger PABI-12 dengan aktivitas 142,5 U/mL.

3.2 Optimasi Proses Fermentasi

Hasil optimasi RSM menunjukkan kondisi optimum: pH 6,5, suhu 35°C, dan waktu fermentasi 72 jam. Pada kondisi ini, yield bioplastik mencapai 78% dengan produktivitas 1,2 g/L/jam. Model matematika yang diperoleh memiliki R² = 0,9234 dengan nilai F yang signifikan (p < 0,01).

3.3 Karakteristik Bioplastik

Bioplastik yang dihasilkan menunjukkan sifat mekanik yang baik dengan tensile strength 24,5 ± 2,1 MPa dan elongation at break 12,3 ± 1,8%. Nilai ini sebanding dengan polietilen konvensional namun memiliki keunggulan biodegradabilitas dengan laju degradasi 95% dalam 60 hari pada kondisi kompos standar.

4. Kesimpulan

Penelitian ini berhasil mengembangkan bioplastik ramah lingkungan dari limbah organik menggunakan konsorsium mikroorganisme lokal. Kondisi optimum fermentasi menghasilkan bioplastik dengan sifat mekanik yang baik dan biodegradabilitas tinggi. Teknologi ini berpotensi untuk dikembangkan sebagai solusi pengelolaan limbah organik dan pengurangan penggunaan plastik konvensional.

Penelitian lanjutan diperlukan untuk skala pilot dan analisis ekonomi untuk aplikasi industri. Pengembangan formulasi bioplastik dengan properti khusus untuk aplikasi spesifik juga menjadi peluang penelitian masa depan.

Ucapan Terima Kasih

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Riset dan Teknologi/BRIN atas dukungan dana penelitian melalui skema Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi (PDUPT) Tahun 2024. Terima kasih juga kepada Laboratorium Bioteknologi ITB dan UGM atas fasilitas penelitian yang disediakan.

Daftar Pustaka

1. Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017). Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3(7), e1700782.
2. Kawai, F., Watanabe, M., Shibata, M., Yokoyama, S., & Sudate, Y. (2019). Experimental analysis and numerical simulation for biodegradability of bio-based polymer. Polymer Degradation and Stability, 166, 116-125.
3. Kumar, M., Rathour, R., Singh, R., Sun, Y., Pandey, A., Gnansounou, E., ... & Thakur, I. S. (2020). Bacterial polyhydroxyalkanoates: Opportunities, challenges, and prospects. Journal of Cleaner Production, 263, 121500.
4. Liu, L., Li, Y., Li, H., & Chen, G. Q. (2018). Microbial production of polyhydroxyalkanoates from food waste: A review. Bioresource Technology, 270, 77-86.
5. Moshood, T. D., Nawanir, G., Mahmud, F., Mohamad, F., Ahmad, M. H., & AbdulGhani, A. (2022). Sustainability of biodegradable plastics: New problem or solution to solve the global plastic pollution? Current Research in Green and Sustainable Chemistry, 5, 100273.