Ilmuwan Berhasil Memproduksi Biobutanol dari Asam Amino, Akankah Biobutanol Menjadi Solusi Pengganti Bahan Bakar Fosil?

 

Bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang paling sering kita gunakan saat ini. Akan tetapi, di saat yang bersamaan bahan bakar fosil juga merupakan sumber pencemar yang paling berat. Tidak hanya itu, bahan bakar fosil juga dipercaya sebagai salah satu pelaku utama penyebab pemanasan global saat ini, sehingga bahan bakar fosil sudah seharusnya diganti (#2019gantifosil).

Salah satu pengganti yang ideal adalah biofuel, seperti biobutanol dan biodiesel. Akan tetapi, keterbatasan produksi biofuel merupakan masalah dasar yang harus diselesaikan. Kurangnya produksi biofuel ini disebabkan oleh pola produksi biofuel skala besar yang hanya berfokus kepada pemanfaatan karbohidrat dan lemak dalam proses pengolahannya, sedangkan protein (asam amino), hanya menjadi limbah. Faktanya dari jumlah biofuel yang dihasilkan yaitu sebesar 10% dari permintaan bahan bakar global per tahunnya, dihasilkan sebesar 100 juta ton limbah protein^[6].

Solusi untuk mengatasi keterbatasan biofuel tersebut akhirnya menemukan titik terang. Sebuah penelitian baru yang terbit pada 15 Maret 2019 di Chemical Engineering Journal telah berhasil mengkonversi protein, dalam bentuk asam amino, menjadi biofuel ^[3]. Penelitian ini tentunya memberikan peluang bagi biofuel untuk menjadi pengganti bahan bakar fosil di masa depan. Bagaimana caranya? Sebelum kita membahas lebih lanjut tentang hal tersebut, mari kita pelajari tentang peran protein dalam pembuatan biofuel.

Mengenal Peran Protein dalam Pembuatan Biofuel.

Secara konvensional, proses pembuatan biofuel hanya fokus kepada karbohidrat atau lipid sebagai bahan utama pembentukannya. Dalam proses tersebut, protein berperan penting sebagai penyedia asam amino, sebagai sumber nitrogen, untuk sumber nutrisi mikroorganisme fermentasi dan untuk peningkatan pemanfaatan gula^[4].

Bakteri yang Digunakan dalam Proses Konversi Asam Amino Menjadi Biofuel.

Ada tiga mikroorganisme penting dalam proses konversi asam amino menjadi biofuel, yaitu Saccharomyces cerevisiae, Clostridium spp. ,dan Escherichia coli. Saccharomyces cerevisiae adalah mikroorganisme yang paling baik dalam produksi ethanol di sektor industri. Hal ini dikarenakan Saccharomyces cerevisiae memiliki produktivitas ethanol yang tinggi dan juga memiliki toleransi ethanol yang tinggi^[8]. Oleh karena Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang paling baik dalam produksi biofuel. Karena Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang terbaik, maka artikel kali ini akan lebih berfokus kepada konversi asam amino dengan bakteri Saccharomyces cerevisiae.

Proses Konversi Asam Amino Menjadi Biofuel dengan Saccharomyces cerevisiae.

Konversi asam amino dengan Saccharomyces cerevisiae (ragi) dapat dilakukan dengan metode fermentasi protein disertai dengan produksi alkohol fusel. Alkohol fusel adalah alkohol yang bersifat alifatik (senyawa organik yang tidak mempunyai gugus fenil(-C6H5)) dan aromatik (senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan tunggal dan ikatan rangkap diantara atom-atom karbonnya). Alkohol fusel diproduksi melalui jalur Ehrlich. Proses produksi alkohol fusel dengan jalur Ehrlich dapat dilihat pada gambar dibawah, dimana pada tahap awal, asam amino yang mengandung gugus amina (R-NH₂) dilepas gugus aminanya sehingga menjadi senyawa alfa-ketoacid, senyawa organik yang mengandung gugus asam karboksilat (R-COOH) dan gugus keton (R-CO-R’). Proses pelepasan gugus amina disebut deaminasi. Kemudian, senyawa alfa-ketoacid dilepas gugus asam karboksilatnya sehingga menjadi senyawa aldehid (R-COH). Proses pelepasan gugus asam karboksilat dikenal sebagai proses dekarboksilasi. Selanjutnya, aldehid yang terbentuk mengalami reduksi sehingga terbentuk alkohol. Jalur Ehrlich dapat bekerja dengan baik pada kondisi lingkungan yang kaya nitrogen.^[3]

Proses konversi asam amino menjadi alkohol dengan jalur ehrlich memberikan penambahan produk yang cukup signifikan. Jika dibandingkan dengan proses yang hanya melibatkan proses yang mengkonversi glukosa saja, proses produksi butanol dengan melibatkan asam amino lebih besar 46% dibandingkan dengan proses produksi dengan glukosa saja.^[1]

Untuk meningkatkan produksi biofuel, penambahan asam amino eksternal ke substrat fermentasi merupakan cara yang potensial . El-Dalatony, telah mempelajari efek penambahan asam amino eksternal pada produksi biofuel. Hasil studi Dalatony menunjukkan bahwa efisiensi fermentasi keseluruhan dan hasil alkohol yang lebih tinggi (tanpa penambahan asam amino eksternal) masing-masing adalah 62% dan 0,37 g/g, yang masing-masing meningkat menjadi 98,5% dan 0,59 g/g, ketika asam amino eksternal dimasukkan ke sisa biomassa^[3].

Pengaruh Konversi Asam Amino terhadap Biaya Produksi

Kelayakan ekonomis dari fermentasi asam amino menjadi biofuel bergantung pada produktivitas skala besar dan teknologi biokonversi. Clifford menyatakan bahwa akan dibutuhkan US $ 162 juta untuk membangun pabrik butanol yang akan menghasilkan 48 juta galon butanol. Biaya operasi akan mencapai lebih dari US $ 200.000.000, yang harus dipertimbangkan. Dengan biaya tersebut, estimasi biaya produksi butanol adalah US $ 4,28 /gal. Dengan adanya konversi asam amino (yang sebelumnya adalah limbah) menjadi alkohol yang lebih tinggi (butanol), dapat menurunkan biaya produksi aktual dari nilai yang diestimasi, khususnya pada bagian pengolahan limbahnya^[2].

Penelitian ini masih dalam tahap pengembangan. Masih diperlukan studi lebih lanjut tentang pengembangan pemanfaatan biomassa yang efisien dan prosedur fermentasi yang menghasilkan tingkat produksi alkohol yang lebih tinggi (biofuel) untuk produksi komersial. Akan tetapi, hasil penelitian saat ini telah membuka peluang untuk biofuel, khususnya butanol, menjadi bahan bakar masa depan pengganti bahan bakar fosil.

Sumber :

[1] Branduardi, P. dkk. 2013. A novel pathway to produce butanol and isobutanol in Saccharomyces cerevisiae. Biotechnology Biofuels, ed 6, Hal 68

[2] Clifford, C.B. 2014. Alternative Fuels from Biomass Sources, Economics of Butanol Production. The Pennsylvania State University.

[3] El-Dalatony, M.M. dkk. 2019. Whole conversion of microalgal biomass into biofuels through successive high-throughput fermentation. Chemical Engineering Journal ed 360, Hal 797–805

[4] Huo, Y.X. dkk. 2011. Conversion of proteins into biofuels by engineering nitrogen flux. Nature Biotechnology, ed 29, Hal 346–351

[5] Kuroda, K. and Ueda, M. 2016. Cellular and molecular engineering of yeast Saccharomyces cerevisiae for advanced biobutanol production. FEMS Microbiology Letter, ed 363, Hal 247.

[6] Sanders, J. dkk. 2007. Bio-refinery as the bio-inspired process to bulk chemicals. Macromolecular Bioscience, ed 7, Hal 105–117

[7] Yin, S. dkk. 2015. Improving 2-phenylethanol production via Ehrlich pathway using genetic engineered Saccharomyces cerevisiae strains. Current Microbiology ed 70, Hal 762–767

[8] Yusuf, F. and Gaur, N.A. 2017. Engineering Saccharomyces cerevisiae for C5 fermentation: a step towards second-generation biofuel production. In Metabolic Engineering for Bioactive Compounds. Springer, Hal 157–172