TOPIK-1 Bioteknologi: Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Dengan kata lain: Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan
PROSES BIOTEKNOLOGI DI INDUSTRI No.
Proses
Industri
1.
Produksi makanan/minuman fermentasi: kecap, tempe, yughurt, pupuk organik
Industri makanan/minuman dan industri makanan ternak dan pertanian
2.
Produksi dan pemanfaatan sel mikroba, ragi roti
Industri makanan
3.
Produksi pelarut etanol
Industri kimia
4.
Produksi asam asam organik: Asam sitrat, asam asetat dll
Industri kimia dan industri makanan
5.
Produksi senyawa fisiologis aktif : hormon, vitamin, enzim
Industri farmasi
5.
Produksi antibiotika: penisilin, streptomisin, rifamisin
Industri farmasi
6.
Pelarutan bijih besi dan tembaga oleh bakteri
Industri pertambangan Prof. Dr. Akmal Djaman, MS, Apt
PENGGUNAAN BERBAGAI ENZIM DI INDUSTRI No.
Jenis Enzim
Industri
1.
Amilase, glukosa isomerase
Indutri gula cair
2.
Katalase, protease, laktose
Industri susu
3.
Pektinase, glukosa oksidase dan katalase Industri minuman
4.
Protease
Industri pengolahan daging
5.
Amilase
Industri tekstil
5.
Amilase, streptokinase dan protease
Industri farmasi
Prof. Dr. Akmal Djaman, MS, Apt
PRODUKSI ANTIBIOTIKA SECARA FERMENTASI MENGGUNAKAN MIKROORGANISME No.
Antibiotika
Mikroba Penghasil
1.
Kloramfenikol
Streptomyces venuzuelae
2.
Eritromisin
Streptomyces erythreus
3.
Gentamisin
Micromonospora purpurea
4.
Griseofulvin
Penicillium griseofulvum
5.
Kanamisin
Streptomyces kanamyceticus
6.
Nistatin
Streptomyces fradiae
7.
Penisilin
Penicillium chrysogenum
8.
Rifamisin
Nocardia mediterranae
9.
Streptomisin
Streptomyces groseus
10.
Tetrasiklin
Streptomyces aureofaciens
11.
Gramisidin
Bacillus brevis
12.
Asam klavulanat
Streptomyces clavuligerus Prof. Dr. Akmal Djaman, MS, Apt
Teori Fermentasi Istilah fermentasi berasal dari bahasa latin yaitu: fervere yang berarti mendidih Istilah ini dipakai untuk menyebutkan terbentuknya gelembung karbon dioksida pada proses katabolisme gula dalam ekstrak buah Secara Biokimia : Fermentasi diartikan sebagai pembentukan energi melalui katabolisme senyawa organik Secara Aplikasi Industri : Fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan dasar tertentu menjadi suatu produk dengan bantuan mikroba
TEKNOLOGI FERMENTASI (INTERAKSI MULTIDISIPLIN ILMU)
Teknologi fermentasi pada hakekatnya mendayagunakan proses biologi dalam skala industri. Beberapa disiplin ilmu yang berperan al: - Teknik kimia
- Teknik biokimia - Fisiologi sel
: berperan dalam perancangan dan pengoperasian reaktor agar materi(bahan dasar) dapat diubah menjadi produk baru : menyangkut proses dengan katalis biologis sel : perlu pemahaman fisiologi sel dan lingkungan yang beroengaruh untuk meningkatkan produk
- Teknik Rekayasa Genetika: Upaya untuk meningkatkan hasil dengan mengutak-atik sel dan DNA. - Teknik ekstraksi
: Diperlukan untuk pemisahan dan pemurnian produk
- Elusidasi strukur
: Diperlukan untuk menganalisis data instrumentasi produk yang dihasilkan agar diketahui struktur kimia, sifat kimia dan fisikokimianya.
SEJARAH DAN EVOLUSI FERMENTASI Sudah sejak dahulu kala teknologi fermentasi didayagunakan dalam proses pembuatan makanan dan minuman Manusia yang hidup di gua-gua zaman gua telah mengetahui bahwa daging yang dibiarkan beberapa hari lebih lezat rasanya dibandingkan dengan daging segar. Ketika itu mereka beranggapan proses penuaan daging secara fermentasi tersebut suatu proses mistik. Tanpa mengetahui adanya mikroorganisme, kecap di China dan Jepang telah dibuat berabad abad dari fermentasi kedelai. Penduduk Balkan berabad-abad telah menikmati hasil fermentasi susu yang disebut yoghurt, begitu juga suku Asia tengah telah menggunakan fermentasi susu onta yang disebut kismis. Orang Yunani kuno percaya bahwa minuman beralkohol Bir dan anggur ditemukan oleh Dewa Deonysus. Lempeng Tanah Liat dijumpai di Mesopotamia, ditulis dlm bhs Sumeria pada tahun 500 SM telah menceritakan bahwa pembuatan bir sudah dilakukan sejak 1.500 tahun sebelumnya. Lempeng Tanah Liat yang ditemukan di Assyria yang berumur 2000 tahun SM, mencantumkan bir ke dalam daftar komuditi yang di naikkan ke atas perahu Nabi Nuh. Dukumen Dinasti Ke-4 Mesir sekitar tahun 2.500 SM memuat tulisan tentang cara pembuatan minuman beralkhol dari gandum dan fermentasi bir.
BAGAN ALIR PROSES FERMENTASI DI INDUTRI
Fermentasi secara Komersial Proses fermentasi dikelompokkan menjadi empat: a. Fermentasi untuk produksi biomassa sel b. Fermentasi untuk produksi enzim c. Fermentasi untuk produksi metabolit d. Fermentasi untuk biotranspormasi senyawa tertentu.
a. Fermentasi untuk produksi biomassa sel -Fermentasiuntukproduksiselragiuntukroti, fermentasiuntukproduksimakanandanhewan - Fermentasiproduksiprotein seltunggal
b. Fermentasi untuk produksi enzim - Secarakomersialdewasainiensimdiperolehdarifermentasi, hewandantumbuhan. - Enzimyang bayakdihasilkansecarafermentasi: amilase, pektinase, aminoglukosidase, laktase, glukosaoksidasedanglukosaisomerase.
c. Fermentasi untuk produksi metabolit - Fasepertumbuhanmikrobasecaraberurutanadalah faselag, eksponensial, stasionerdan kematian. - Padafaseeksponensialdihasilkanmetabolitprimer sep. asamamino, protein, etanol, asam sitrat, nukleotida, danvitamin - Padafasestasioner, dihasilkanmetabolitsekunderseperti: antibiotika, polimerdanenzim
d. Fermentasi untuk biotranspormasi senyawa tertentu. - Selmikrobiadptmengkonversisenyawaorganiktertentumenjadisenywabaruyang mempunyai strukturintiyang samatetapimempunyainilaiekonomiyang lebihbaik - Reaksibiokonversidikatalisisolehenzimsep: dehidrogenase, oksidase, dekarboksilase, isomerase. - Reaksibiokonversi: spesifik(khas), berlangsungpadasuhurendahdanproduksinyatinggi. - Contohbiokonversi: anhirodtetrasiklinmenjaditetrasiklin naftalenmenjadiasamsalisilat
Komponen Utama Proses Fermentasi Tanpa memperhatikan tipe fermentasi yang terjadi, aplikasi proses fermentasi selalu terdiri dari paling kurang 6 komponen utama proses, yaitu : a. Formulasi medium yang digunakan, mulai dari persiapan inokulum/starter sampai ke tahap fermentasi untuk produksi. b. Sterilisasi media, fermentor, peralatan dan sarana lainnya. c. Produksi starter yang aktif dan murni untuk inokulasi tangki fermentasi skala produksi. d. Pemeliharaan pertumbuhan mikroba pada aktivitas yang optimum untuk pembentukan produknya. e. Proses pemurnian produk f. Pembuangan limbah sisa hasil fermentasi
Medium Fermentasi Medium adalah substrat yang mengandung bahan makanan/nutrisi yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk hidup dan berkembang biak. Medium biasanyanya mengandung bahan dasar tertentu seperti: air, sumber energi, sumber karbon, sumber nitrogen, unsur mineral, vitamin dan oksigen. Medium tertentu untuk proses produksi kadang juga ditambahkan: buffer, prekursor, inhibitor, induser, oksigen dan antibusa
Komposisi Medium Komposisi medium dan jenis sumber materi yang dipakai untuk masing-masing proses fermentasi harus dicari yang sesuai dengan mikroorganisme yang dipakai dan produk yang diinginkan. Untuk skala kecil (laboratorium) lebih mudah menyusunnya dibandingkan dengan skala yang lebih besar (skala produksi). Peningkatan skala dari skala lab ke skala produksi juga kadang menimbulkan masalah pada medium yang digunakan. Medium dangan viskositas yang tinggi memerlukan masukan tenaga yang besar untuk pengadukan yang efektif.
TOPIK-2
PRODUKSI BIOPLASTIK DARI BAHAN DASAR MINYAK KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PEMBUNGKUS RAMAH LINGKUNGAN, MATRIKS OBAT DAN HERBISIDA LEPAS TERKENDALI
AKM
• Ironi…., negeri ini punya segalanya, tapi kekurangan banyak hal… • Negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia, tapi hanya bisa menjual dalam bentuk CPO (Crude Palm Oil) dengan harga didikte negara lain…
AKM
Luas kebun sawit Indonesia 7,9 Juta Ha (2009) Produksi CPO menghasilkan 20,2 juta ton 18 Juta ton di antaranya (90 %) diekspor ke negara lain
Ketika krisis ekonomi global melanda dunia mulai pertengahan tahun 2009, harga minyak kelapa sawit jatuh ke titik nadir sehingga menyebabkan kerugian yang sangat besar bagi petani kita.
AKM
Apa yang harus dilakukan? Perlu terobosan, untuk mengolah minyak kelapa sawit menjadi produk turunannya yang lebih bernilai jual tinggi mencari peluang pemanfaatan produk olahan tersebut dalam berbagai bidang AKM
Kebijakan Pemerintah: 2015: Kementerian Perindustrian RI berencana memberlakukan peraturan baru, bahwa ekspor CPO hanya diizinkan dalam bentuk produk turunan ketiga atau ke empat (Kompas, 9 Mei 2010)
Peluang : Diversifikasi produk berbasis minyak kelapa sawit AKM
1>
Pendaftaran Paten pada Ditjen HKI Dephukham RI
Paten-1 : Proses Produksi Biopolimer P(3HB) secara Fermentasi mengunakan sumber karbon minyak kelapa sawit. No. Pendaftaran P00200800803 a/n Prof. Dr. Akmal Djamaan (Unand) Paten-2 : Proses produksi kopolimer P(3HB-ko-3HV) : Suatu Substrat yang Mengandung Campuran Minyak Kelapa Sawit dan Asam Propionat sebagai Sumber Karbon. No. Pendaftaran P00200800804 a/n Prof. Dr. Akmal Djamaan (Unand) Paten-3 : Komposisi substrat fermentasi yang mengandung minyak kelapa sawit dan n-propanol untuk produksi biopolimer P(3HB-ko-3HV) No. Pendaftaran P00200900550 a/n Prof. Dr. Akmal Djamaan (Unand) Paten-4 : Material baru filem plastik ramah lingkungan campuran P(3HB) dengan polivinil klorida. No. Pendaftaran P00200900449 a/n Prof. Dr. Akmal Djamaan (Unand) Paten-5 : Material baru filem plastik mesra alam campuran P(3HB) dengan polistiren No. Pendaftaran P00201100008 a/n Prof. Dr. Akmal Djamaan (Unand) AKM
2>
Penulisan Buku
Buku-1 :
Konsep Produksi Biopolimer P(3HB) dan P(3HB-ko-3HV) Secara Fermentasi Penulis Penerbit Tahun ISBN
: Prof. Dr. Akmal Djamaan : Andalas University Press : 2011 : 978-979-3364-91-9
Buku-2 :
Mikroorganisme dan Pemanfaatannya dalam Berbagai Bidang Penyunting Penerbit Tahun ISBN
: : : :
Prof. Dr. Akmal Djamaan Andalas University Press 2010 978-602-8821-12-4 AKM
3>
PUBLIKASI /EXPO
1. International Expo Wisdom, Yogyakarta, 2010 Judul : The Production a Biodegradable Plastic from Palm Oil. 2. International Expo, Agrinex, JCC Jakarta, 2011 Judul : Biodegradable Plastic from Palm Oil.
AKM
DATA LABORATORIUM YANG DIPEROLEH PADA TAHUN-1(2010) 1 kg minyak kelapa sawit dapat diubah menjadi 1,4 kg biopolimer P(3HB) (teoritis), praktik 0,53 kg
1kg
1,4kg AKM
Produksi biopolimer skala kecil di Laboratorium dari bahan mentah minyak kelapa sawit AKM
+
Produksi biopolimer dari minyak kelapa sawit dengan bioreaktor kapasitas 10 dan 40 Liter
Produksi biopolimer dari minyak kelapa sawit dengan bioreaktor kapasitas 100L
AKM
Granul biopolimer
Bakteri menyimpan granul P(3HB) di dalam selnya setelah mengkonsumsi minyak kelapa sawit, dilihat dengan mikroskop elektron transmisi AKM
Sel bakteri mengandung plastik
Plastik Filem P(3HB) yang diektraksi dari sel Erwinia sp. USMI-20 dibuat dengan teknik Solven Casting AKM
Plastik Filem P(3HB) yang diektraksi dari sel Erwinia sp. USMI-20 AKM
Resin Plastik kemasan ramah lingkungan yang dihasilkan
Prototype plastik kemasan ramah lingkungan yang dihasilkan
Bahan baku polimer P(3HB) yang diektraksi dari sel Erwinia sp. USMI-20 yang telah distandardisasi. AKM
1 .5
55
+
44
33
1 .0
22
11 00
20
20
33 00
44 00
55 00
66 00
77 00 100
4
80
3
60
2
40
1
20
0 5 0
0 10
20
30
40
50
60
7 03
4 2 3
2 1
100
80
2
0 .0 00
5
pO ( % )
B i o j i s i m r e s i d u ( g /l )
00
K a n d u n g a n p o l i m e r ( % b /b )
0 .5
11
B e r a t ke r i n g s e l ( g /l )
A m m o n i u m ( g /l )
2 .0
66
60
40
20
K o n s e n tr a s i p o l i m e r ( g /l )
M i n ya k ke l a p a s a w i t ( g /l )
pH
77
0
1
0 0
10
20
30
40
50
60
0 70
M a sa p e n g ku l tu ra n (j )
Profil Produksi P(3HB) yang dihasilkan oleh Erwinia sp. USMI-20 dari minyak kelapa sawit dalam fermentor 10 L
+
Struktur Molekul Biopolastik P(3HA)
Spektrum 270 MHz 1 H
13 C
NMR P(3HB) yang dihasilkan AKM
Kromatogram Kromatografi Gas P(3HB) yang dihasilkan Oleh Erwinia Sp. USMI-20 dari minyak kelapa sawit AKM
Peningkatan Nilai Jual Minyak Kelapa Sawit Bila diubah menjadi P(3HB)
TEORITIS YP(3HB)/C 1 kg m sawit (Rp. 5.000.-) Rp 5.000
= 1,4 P(3HB) (Yamane, 1993) = 1,4 kg P(3HB) (Rp 225.000.= Rp 315.000
1 : 63 HASIL PERCOBAAN (Djamaan et al. 2006) YP(3HB)/C
= 0,53
1 kg m sawit = 0,53 kg P(3HB) 1 kg m sawit (Rp. 5.000.- ) = 0,53 (Rp 225.000.-) Rp 5.000 = Rp 119,25
1 : 24
AKM
RISET LABORATORIUM PRODUKSI BIOPLASTIK P(3HB), KARAKTERISASI DAN STANDARDISASI SEHINGGA MENGHASIL BAHAN BAKU BIOPLASTIK DENGAN KUALITAS INDUSTRI DAN APLIKASINYA SEBAGAI CAMPURAN BAHAN PEMBUNGKUS RAMAH LINGKUNGAN APLIKASI SENYAWA BIOPLASTIK SEBAGAI MATRIK OBAT LEPAS TERKENDALI (DENGAN SENYAWA MODEL HORMON LEVONORGESTREL DAN OBAT HIPERTENSI) APLIKASI SENYAWA BIOPLASTIK SEBAGAI MATRIK HERBISIDA LEPAS TERKENDALI (DENGAN SENYAWA MODEL 2,4 DIKLOROFENOKSI ASETAT)
AKM
APLIKASI BIOPLASTIK SEBAGAI BAHAN PEMBUNGKUS RAMAH LINGKUNGAN • Sampah plastik sudah sangat meresahkan, merusak lingkungan, struktur tanah dan menyebabkan jutaan hewan laut mati setiap tahunnya. • Bahan dasar pembuatan plastik sintetis (petrolium), mulai berkurang ketersediaannya di alam. TEROBOSAN DALAM PENELITIAN INI DIBUAT PLASTIK PEMBUNGKUS CAMPURAN BIOPLASTIK DENGAN PLASTIK SINTETIK SEHINGGA MASA DAYA URAINYA LEBIH CEPAT DI LINGKUNGAN
AKM
Struktur P(3HB)
Struktur polistiren
Filem plastik polistiren murni dan campuran PS dan P(3HB) dengan berbagai konsentrasi
B
C
A
D
E
Keterangan: A = Filem plastik polistiren murni (100:0 %) D=Filem plastik campuran PS dan P(3HB) 85:15 % B = Filem plastik campuran PS dan P(3HB) 95:5 % E=Filem plastik campuran PS dan P(3HB) 80:20 % C = Filem plastik campuran PS dan P(3HB) 90:10 %
Alat uji tarik Com-Ten testing machine 95T series
Data sifat fisika dari filem plastik campuran PS dan P(3HB) yang dihasilkan dalam bentuk kuat tarik No
Perbandingan PS dan P(3HB)
Kuat Tarik (MPa)
1
PS Murni
40
2
95 : 5
35.9
3
90 : 10
27.5
4
85 : 15
22.1
5
80 : 20
13.86
Perbandingan kuat tarik filem plastik campuran PS dan P(3HB) dengan berbagai konsentrasi dan PS murni
Perbandingan laju biodegradasi PS dan P(3HB) pada berbagai perbandingan dan PS murni dalam air, terlihat perbandingan 80:20 lebih cepat penguraiannya dibandingkan perbandingan lain.
Kode Sampel
x ж
Konsentrasi PSP(3HB) PS murni 95:5 90:10 85:15 80:20
Persamaan laju biodegradasi y = 100 + 0 x y = 99,518 – 0,7205 x y = 99,834 – 0,6928 x y = 99,914 – 0,8025 x y = 99,704 – 0,7857 x
r
t 50%
t 95%
k
- 0,9693 - 0,9935 - 0,9911 - 0,9618
68,73 71,93 62,20 63,26
131,18 136,88 118,27 120,53
0,7205 0,6928 0,8025 0,7857
Perbandingan laju biodegradasi PS dan P(3HB) pada berbagai perbandingan dan PS murni dalam larutan pH 4, terlihat perbandingan 80:20 lebih cepat penguraiannya dibandingkan perbandingan lain.
Kode Sampel
x ж
Konsentrasi PS/P(3HB) PS murni 95:5 90:10 85:15 80:20
Persamaan laju biodegradasi y = 100 + 0 x y = 99,871 – 0,6066 x y = 100,03 – 0,7188 x y = 100,032 – 0,7111 x y = 99,700 – 0,9180 x
r
t 50%
t 95%
k
- 0,992 - 0,9947 - 0,980 - 0,993
82,21 69,60 70,36 54,14
156,40 132,21 133,64 103,16
0,6066 0,7188 0,7111 0,9180
Perbandingan laju biodegradasi PS dan P(3HB) pada berbagai perbandingan dan PS murni dalam larutan pH 6, terlihat perbandingan 80:20 lebih cepat penguraiannya dibandingkan perbandingan lain.
Kode Sampel
x ж
Konsentrasi PS/P(3HB) PS murni 95:5 90:10 85:15 80:20
Persamaan laju biodegradasi y = 100 + 0 x y = 99,981 – 0,7926 x y = 100,231 – 1,2177 x y = 100,369 – 1,4474 x y = 99,966 – 3,1603 x
r
t 50%
t 95%
k
- 0,9941 - 0,9915 - 0,9675 - 0,9884
63,06 41,25 34,80 15,81
119,84 78,21 65,89 30,05
0,7926 1,2177 1,4474 3,1603
Perbandingan laju biodegradasi PS dan P(3HB) pada berbagai perbandingan dan PS murni dalam larutan dapar fosfat pH 8, terlihat perbandingan 80:20 lebih cepat penguraiannya dibandingkan perbandingan lain
Kode Sampel
Konsentrasi PS/P(3HB)
Persamaan laju biodegradasi
r
t 50%
t 95%
k
PS murni
y = 100 + 0 x
-
-
-
-
95:5
y = 100,258 – 1,0626 x
- 0,9871
47,30
89,65
1,0626
90:10
y = 100,316 – 1,2363 x
- 0,9839
40,70
77,10
1,2363
x
85:15
y = 100,524 – 1,5637 x
- 0,9558
32,31
61,09
1,5637
ж
80:20
y = 100,530 – 2,0809 x
- 0,9876
24,28
45,91
2,0809
Filem plastik campuran PS dan P(3HB) dengan berbagai perbandingan yang diuji dalam media larutan dapar fosfat pH 8 selama 5 minggu
Keterangan: 0 = Filem plastik sebelum pengujian biodegradasi 1 = Filem plastik setelah diuraikan pada minggu ke-1 2 = Filem plastik setelah diuraikan pada minggu ke-2 3 = Filem plastik setelah diuraikan pada minggu ke-3 4 = Filem plastik setelah diuraikan pada minggu ke-4 5 = Filem plastik setelah diuraikan pada minggu ke-5 LDF pH 8 = Media pengujian larutan dapar fosfat pH 8
Perbandingan laju biodegradasi PS dan P(3HB) pada berbagai perbandingan dan PS murni dalam larutan dapar borat alkalis pH 10, terlihat perbandingan 80:20 lebih cepat penguraiannya dibandingkan perbandingan lain
Kode Sampel
x ж
Konsentrasi PS/P(3HB) PS murni 95:5 90:10 85:15 80:20
Persamaan laju biodegradasi y = 100 + 0 x y = 99,769 – 0,3983 x y = 99,725 – 0,4974 x y = 100,207 – 0,8760 x y = 100,011 – 1,0197 x
r
t 50%
t 95%
k
- 0,9763 - 0,9775 - 0,9933 - 0,9818
124,95 99,97 57,31 49,05
237,93 190,44 108,68 93,18
0,3983 0,4974 0,8760 1,0197
Perbandingan konstanta laju biodegradasi, waktu paruh dan waktu biodegradasi 95% filem plastik campuran PS dan P(3HB) pada berbagai media pengujian No. 1
2
3
4
5
Parameter Biodegradasi PS murni k (% /minggu) t 50% (minggu) t 95% (minggu)
Aquadest
Media Pengujian Biodegradasi LDFA 4 LDF 6 LDF 8
LDBA 10
-
-
-
-
-
PS/P(3HB) 95:5 k (% /minggu) t 50% (minggu) t 95% (minggu)
0,7205 68,73 131,18
0,6066 82,21 156,40
0,7926 63,06 119,84
1,0626 47,30 89,65
0,3983 124,95 237,93
PS/P(3HB) 90:10 k (% /minggu) t 50% (minggu) t 95% (minggu)
0,6928 71,93 136,88
0,7188 69,60 132,21
1,2177 41,25 78,21
1,2363 40,70 77,10
0,4974 99,97 190,44
PS/P(3HB) 85:15 k (% /minggu) t 50% (minggu) t 95% (minggu)
0,8025 62,20 118,27
0,7111 70,36 133,64
1,4474 34,80 65,89
1,5637 32,31 61,09
0,8760 57,31 108,68
PS/P(3HB) 80:20 k (% /minggu) t 50% (minggu) t 95% (minggu)
0,7857 63,26 120,53
0,9180 54,14 103,16
3,1603 15,81 30,05
2,0809 24,28 45,91
1,0197 49,05 93,18
BIOPLASTIK SEBAGAI MATRIKS OBAT LEPAS TEKENDALI
Tujuan sediaan obat lepas terkendali : • mengurangi frekuensi pemakaian obat • menghindari pasien lupa menggunakan obat • menguramgi jumlah total obat untuk mencapai efek terapi
Terobosan dalam penelitian ini : Pembuatan sediaan obat berupa mikrokapsul menggunakan matriks bioplastik P(3HB) (sustaied release) Dengan senyawa model - Hormon levonorgestrel atau isosorbit dinitrat - Obat antihipertensi Verapamil HCl AKM
Pembuatan prototipe hormon Levonorgestrel/ISDN dan obat anti hipertensi Verapamil HCL Dibuat dengan 3 variasi komposisi formula. P(3HB) dilarutkan dalam 10 ml kloroform dan diaduk sampai larut. Kemudian 500 mg bahan aktif ditambahkan ke dalam larutan polimer P(3HB) dan diaduk hingga homogen. Larutan tersebut dimasukkan ke dalam fase pendispersi yang terdiri dari larutan 0,35% HPMC 4000 dan diaduk selama 5 jam dengan kecepatan 1.100 putaran per-menit sampai klorofrmnya menguap. Mikrokapsul yang terbentuk dikumpulkan dengan penyaringan, kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 20 oC selama 4 jam. Evaluasi mikrokapsul meliputi: morfologi, distribusi ukuran partikel, analisis spektrum infra merahnya, penentuan kadar zat aktif yang dilepaskan secara in-vitro dan model pelepasan zat aktif AKM
TOPIK-3
BIODEGRADASI BIOPOLIMER POLI(3-HIDROKSIALKANOAT) DI LINGKUNGAN
Pendahuluan Polihidroksialkanoat (PHA) merupakan poliester
alami yang disintesa oleh sejumlah bakteri sebagai komponen simpanan energi dan karbon intraseluler, diakumulasi sebagai granula dalam sitoplasma sel. Biodegradasi merupakan proses pengomposan (composting) oleh enzim yang dihasilkan organisme hidup.
Organisme yang berperan BAKTERI Bakteri tanah: Pseudomonas lemoignei Acidovorax facilis
Bakteri lumpur buangan: Alcaligenes faecalis P. fluorescens
Bakteri air laut: Comamonas testeroni Pseudomonas stutzeri
JAMUR Penicilium sp. Strain 14-3→ menggunakan P(3HB) sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan. Paecilomycetes lilacinus→ menguraikan P(3HB) secara lengkap pada ph 6,5-7,5 dan suhu 50oc.
Mekanisme Mikroba pengurai P(3HA) akan mengeluarkan
enzim P(3HA) depolimerase ekstrasel yang menguraikan P(3HA) menjadi monomer dan oligomer yang larut dalam air dan selanjutnya dijadikan sebagai sumber karbon. Enzim P(3HA) depolimerase mempunyai bagian yang bersifat hidrofobik yang dapat berikatan dan melekat pada permukaan P(3HA) dan bagian lain yang bersifat katalitik yang mengandung lipase Gly-X1-Ser-X2-Gly.
Enzim P(3HA) depolimerase intrasel bekerja
terlebih dahulu menguraikan P(3HA) di dalam sel menjadi bentuk hablur, untuk kemudian dihidrolisis oleh enzim P(3HA) depolimerase ekstrasel. Penguraian P(3HA) secara enzimatik hanya terjadi di permukaan biopolimer.
Laju degradasi Laju degradasi PHA di tanah berkisar antara 0,03%
hingga 0,64% berat perhari bergantung pada polimer PHA yang didegradasi, tanah, dan temperatur saat proses degradasi berlangsung.
Uji biodegradabilitas PHA juga dilakukan pada media
air. Contoh hasil uji degradasi yang dilakukan oleh Wouters, dkk.. (1995) adalah setelah setengah tahun, massa semua jenis polimer terdegradasi kurang dari 7%. Setelah 385 hari pada sungai berair bersih, massa P(3HB) berkurang 34%, P(3HB)-ko-10%-(3HV) berkurang 77%, sedangkan P(3HB)-ko-20%-(3HV) terdegradasi sempurna (100%).
Pada perairan laut, P(3HB) massanya berkurang
31%, sedangkan kedua kopolimer lainnya berkurang 49% – 52% selama 270 hari. Penguraian P(3HB) dan P(3HB-ko3HV) dengan berbagai komposisi 3HV secara in-situ di dalam air danau menunjukkan bahwa setelah 358 hari, terjadi kehilangan berat P(3HB) sebesar 34% b/b dan 77% b/b untuk P(3HB-ko-10 mol% 3HV), serta P(3HB-ko-20 mol% 3HV) habis terurai.
Faktor yang mempengaruhi Beberapa faktor yang mempengaruhi jalannya biodegradasi, antara lain Temperatur Cahaya Nutrisi pH Kandungan oksigen, kandungan Keberadaan enzim, dan makroorganisme Bentuk dan ketebalan P(3HA) Tekstur permukaan Porositas Kristalinitas, Keberadaan komponen lain dalam material plastik. [Slesjka, 1997; Lee dan Choi, 1998].
Tambahan: Kadar penguraian P(3HB) tergantung sifat
penghabluran dan luas permukaan terendah. Penguraian P(3HA) lebih cepat pada lingkungan yang memiliki aktivitas mikroorganisme yang lebih tinggi → tempat pembuangan sampah sarap, sedimen lautan dan sungai. P(3HB-ko-3HV) akan terurai lebih cepat di dalam lumpur aerob dibanding dalam tanah dan air laut.
Siklus penggunaan karbon pada produksi P(3HA) tumbuhan
matahari
karbohidrat
CO2+H2O
fermentasi
biodegradasi
biopolimer
Produk plastik
TOPIK-4
Biosafety: Produk Bioteknologi dianggap aman bila prosesnya dilakukan dengan benar, dimana inovasi dari biotek dapat membawa kita keperbaikan kesehatan dari populasi dunia.
Faktor yang perlu diperhatikan dalam biosafety Patogenesis dari mikroorganisme hidup/virus yang dapat menginfeksi manusia, hewan/ tanaman yang menyebabkan penyakit Toksisitas yang menyebabkan alergi dari produksi mikrobial Peningkatan jumlah antibiotik yang resisten Masalah yang berhubungan dengan disposal dari pengeluaran biomass mikrobial dan purifikasi dari pengaruh proses biotechnology Aspek keamanan yang berhubungan dengan kontaminasi, infeksi dan mutasi dari rantai Aspek keamanan yang berhubungan dengan penggunaan industri dari mikroorganisme (menyangkut in vitro ricombinant)
a. Resiko terhadap kesehatan manusia
Toksisitas dan keamanan/kualitas makanan Alergi Phatogen (resisten obat dan antibiotik)
b. Resiko terhadap lingkungan
Resistensi dari organisme target/ sensitifitas dari organisme non target Peningkatan penggunaan bahan kimia di pertanian Ketidakstabilan transgenik Ekspresi gen yang tak terprediksikan
c. Resiko terhadap pertanian
Rumput liar Perubahan dari nilai nutrisi Reduksi cultivar dan hilangnya biodiversity
d. Resiko dari interaksi dengan organisme non target
e. 2
Populasi genetik karena pupuk atau distribusi biji (seed dispersal) Horizontal gen transfer Transfer gen asing ke mikroorganisme Generasi baru virus dari recombinasi
LABORATORY SAFETY DI BIDANG MIKROBIOLOGI/BIOTEKNOLOGI Dalam penanganan mikroba terutama yang bersifat patogen walau pun pada umumnya dilakukan oleh orang-orang yang biasa melakukannya atau-orang-orang yang sudah terlatih mereka harus selalu disadarkan dan diberi penyuluhan agar selalu memperhatikan keselamatan kerja (safety precaution) :
Berdasarkan risiko penularan mikroorganisme dan risiko penyebarannya di dalam masyarakat serta virulensinya pada penderita yang terkena, menurut WHO mikroorganisme patogen dibagi kedalam 4 kelas Golongan resiko tingkat I (Low Individual and community risk). Contoh :
Bacillus subtilis Escherichia coli
Golongan resiko tingkat II (Moderate individual risk limited community risk)
Contoh : Salmonella typhi
Hepatitis Virus E Mycobacterium tubercolosis
Golongan resiko tingkat III (high individual risk-low community risk) Contoh :
Brucella Virus demam lassa Histoplasma capsulatum
Golongan resiko tingkat IV (High individual and community risk) Contoh:
Virus Marburg Virus kuku dan mulut
Dasar Penggolongan Patogensitas dari mikroorganisme Cara penularan dan jenis hospes
(inang) Ada tidaknya teknologi pencegahan Ada tidaknya pengobatan yang efektif
Penggolongan menurut Amerika Serikat 1. Biosafety tingkat I Contoh : Bacilllus subtilis Nueglaria graberi 2. Biosafety tingkat II Contoh : Toxoplasma Virus hepatitis B Salmonella 3 Biosafety tingkat III Contoh : Mycobacterium tuberculosis Coxiella burnetii 4. Biosafety tingkat IV Contoh : Virus demam lassa Yersinia pseudotuberculosis ssp. pestis
Penggolongan menurut Inggris 1.
Golongan A (Category A) sangat berbahaya contoh : Virus demam lassa Virus marburg Virus rabies dan lain-lain
2.
Golongan B contoh : Basil tuberculosis Salmonella typhi S. paratyphi Cl batulinum Pseudomonas mallei
3.
Golongan C Contoh : Salmonella selain S Tiphi dan S. paratiphi A Stophylococcus aureus Steprostcoccus viridans Pneumococcuc Neiseria
TERIMA KASIH
