Ilustrasi bahan baku tebu dan pelet polimer | Sumber: anantamias.com
LingkariNews — Tim peneliti yang dipimpin Danilo Bueno dan Michel Brienzo berhasil mengembangkan bioplastik dari xilan yang melimpah dalam ampas tebu (bagasse). Dalam penelitian itu, tim berhasil menghasilkan xilan tebu yang bebas lignin dan arabinosa.
Xilan semacam ini dinilai berkualitas tinggi karena strukturnya lebih murni, sehingga lebih mudah diolah menjadi plastik ramah lingkungan. Studi ini kemudian dimuat di jurnal Biotechnology for Sustainable Materials.
Studi diawali dengan mengekstrak hemiselulosa dari bagasse. Tim peneliti menggunakan perlakuan alkali dengan hidrogen peroksida (H₂O₂) berkonsentrasi 6%. Proses ini menghasilkan xilan dengan rendemen sekitar 50% dari berat awal. Hasil ekstraksi tersebut diberi kode X1 sebagai xilan tebu awal.
Dari X1, peneliti membuat tiga varian lain dengan perlakuan berbeda. X2 dibuat melalui perlakuan alkali kedua menggunakan hidrogen peroksida. X3 diolah dengan enzim lakase untuk menghilangkan lignin. Adapun X4 diolah dengan enzim α-L-arabinofuranosidase untuk melepas gugus arabinosa.
Analisis spektroskopi inframerah (FTIR) menunjukkan perlakuan alkali pada X2 paling efektif menghilangkan lignin. Pita lignin pada 1510 cm⁻¹ hilang sepenuhnya. Sedangkan pada X3, pita lignin masih muncul tetapi lebih lemah dibanding X1. Temuan ini menegaskan bahwa modifikasi kimia maupun enzimatik mampu mengubah struktur xilan tebu, meski tingkat penghilangan ligninnya berbeda.
Peneliti juga menguji xilan sebagai substrat produksi enzim xilanase oleh jamur Aspergillus versicolor. Substrat X3 menghasilkan aktivitas enzim sekitar 3.120 IU/mL pada jam ke-192, setara dengan X1. Sebaliknya, X2 hanya mencapai puncak 540 IU/mL. Peneliti menduga perlakuan alkali kedua merusak struktur molekul xilan sehingga menghambat aktivitas enzim.
Dari empat varian xilan, peneliti membuat empat jenis bioplastik dengan kode B1 hingga B4. Setiap formula mengandung 5% polisakarida (xilan dan pati) serta gliserol sebesar 20% dari berat polisakarida.
Peneliti juga menambahkan 0,5% bis-akrilamida sebagai pengikat silang (cross-linking agent). Bahan ini menjadi inovasi karena belum pernah digunakan dalam formulasi bioplastik berbasis xilan sebelumnya. Campuran kemudian digelatinisasi pada suhu 80 °C selama dua menit dan dikeringkan pada suhu 30 °C selama 24 jam.
Hasil evaluasi menunjukkan B1 dari xilan tebu awal memiliki opasitas 3,2%, kadar air 7%, dan kelarutan 15%. Sebaliknya, B2 dan B3 tampak lebih jernih dengan opasitas masing-masing 2% dan 2,3%. Kadar air B2, B3, dan B4 juga lebih rendah, yakni 4%. Kelarutan ketiganya berkisar 12,3–14%, di bawah B1.
Kekuatan tarik (tensile stress) bioplastik termodifikasi turut meningkat. B1 hanya mencapai tegangan tarik 1,7 MPa. Sementara itu, tegangan tarik B2 mencapai 2,5 MPa, B3 sebesar 2,3 MPa, dan B4 sebesar 1,8 MPa.
Peneliti menduga gumpalan lignin sisa pada X1 melemahkan struktur film. Sebaliknya, pati berperan sebagai penguat. Sementara itu, gliserol menjaga kelenturan agar film tidak getas. Kombinasi ini menghasilkan bioplastik dari xilan tebu yang kohesif dan mudah dibentuk.
Temuan ini menjawab dua persoalan sekaligus. Xilan komersial masih langka dan mahal sehingga sulit digunakan sebagai bahan baku skala besar. Di sisi lain, bagasse merupakan limbah industri gula yang melimpah. Namun, produksi bioplastik berbasis xilan masih menghadapi tantangan biaya dan efisiensi ekstraksi. Proses ekstraksi perlu menghasilkan rendemen tinggi dengan kandungan lignin sisa yang rendah.
Meski demikian, ketersediaan biomassa lignoselulosa dari sektor agroindustri yang melimpah berpotensi mendukung ketersediaan bahan baku. Selain itu, teknologi pencetakan filamen 3D yang telah digunakan untuk mengolah limbah plastik berpeluang diterapkan dalam produksi bioplastik berbasis xilan. Saat ini, peneliti masih meneliti lebih lanjut kelayakan teknis dan ekonomi xilan tebu sebagai bahan baku bioplastik.
(KP/NY)
Sumber
https://bioengineer.org/sugarcane-xylan-modifications-yield-improved-bioplastics/
