Plasmid dan Penggunaannya dalam Rekayasa Genetika

A. Pengertian Plasmid Sebagai Vektor dalam Rekayasa Genetika

Vektor merupakan molekul DNA yang membawa suatu DNA asing kedalam sel inang, dengan harapan sifat yang ada pada DNA asing tersebut dapat terekspresi dalam sel inang. Salah satu vektor yang bisa digunakan untuk membawa molekul DNA asing masuk dalam sel inang adalah plasmid. Plasmid digunakan untuk melakukan rekayasa pada berbagai organisme yang tidak bisa diperoleh secara alami. Rekayasa ini dilakukan pada tingkat genetik sehingga disebut sebagai rekayasa genetika.

Plasmid adalah molekul DNA sirkuler (lingkaran tertutup) yang berantai ganda dan dapat bereplikasi sendiri di luar kromosom dan tidak mengandung gen-gen esensial. Plasmid terdapat secara alami maupun sudah mengalami modifikasi yang disesuaikan dengan keperluan manipulasi genetik. Plasmid terdapat pada organisme prokariot maupun eukariot. Plasmid inilah yang berfungsi sebagai pembawa sifat rekombinan pada organisme yang akan direkayasa. Plasmid memilki ciri-ciri antara lain :

a.       berbentuk lingkaran tertutup dan untaiannya ganda (double stranded)

b.      dapat melakukan replikasi sendiri di luar kromosom inti

c.       terdapat di luar kromosom

d.      secara genetik dapat ditransfer secara stabil

Agar dapat digunakan sebagai vektor, plasmid harus memiliki syarat-syarat diantaranya sebagai berikut :

1.      ukurannya relatif kecil dibanding dengan pori dinding sel inangnya

2.    mempunyai sekurang-kurangnya 2 gen marker yang dapat menandai masuk tidaknya plasmid ke dalam sel inang

3.  mempunyai tempat pengenalan restriksi sekurang-kurangnya di dalam salah satu marker yang dapat digunakan sebagai tempat penyisipan fragmen DNA asing

4.      memiliki titik awal replikasi sehingga dapat melakukan replikasi dalam sel inang

 Menurut tujuan penggunaannya, plasmid dibedakan menjadi 2 yaitu :

1.      plasmid untuk kloning prokariot, sebagai contoh adalah plasmid pUC 19 dan pBR 322

2.      plasmid yang digunakan untuk kloning eukariot yang digunakan adalah plasmid Ti 

Gambar plasmid pBR 322 dengan tempat pengenalan pemotongan DNAnya dapat dilihat pada gambar1.

Gambar 1. Plasmid pBR 322

Gambar plasmid pUC 19 dan tempat pengenalan pemotongan DNAnya dapat dilihat pada gambar2.

 

Gambar 2. Plasmid pUC 19

B. Kegunaan Plasmid

Plasmid digunakan sebagai vektor dalam rekayasa genetika. Dalam hal ini plasmid digunakan untuk membawa suatu rangkaian fragmen DNA asing masuk dalam sel inang dengan harapan plasmid rekombinan itu mengalami replikasi dan mengekspresikan sifat baru pada DNA asing tersebut, sehingga sifat yang diinginkan dapat diperoleh dari plasmid rekombinan tersebut.

C. Proses penggunaan plasmid di dalam rekayasa genetika

Penggunaan plasmid untuk rekayasa genetika harus disesuaikan kebutuhannya sebab ada berbagai macam plasmid yang digunakan. Proses penggunaan plasmid dalam rekayasa genetika melalui langkah-langkah sebagai berikut :

1.     penentuan terlebih dahulu jenis plasmid yang hendak digunakan sebab ada beberapa jenis plasmid seperti pBR 322 dan pUC19 yang bisa digunakan untuk prokariot dan plasmid Ti yang bisa digunakan untuk organisme eukariot

2.  bila plasmid telah ditentukan maka selanjutnya adalah menentukan tempat pengenalan enzim restriksi (pemotongan) yang hendak digunakan sebagai tempat penyisipan DNA asing dan marker untuk menandai masuk tidaknya plasmid pada sel inang

3.  apabila telah diketahui tempat pengenalan restriksi dan markernya maka langkah selanjutnya adalah menyiapkan enzim restriksi sebagai pemotong plasmid. Enzim yang digunakan untuk memotong plasmid harus sama dengan pemotong DNA asing sehingga nanti keduanya bisa bersatu misal : EcoR1

4.   langkah selanjutnya adalah plasmid dipotong dengan enzim restriksi yang sesuai pada daerah potongannya

5.  plasmid siap disambungkan dengan DNA asing yang memiliki sifat tertentu, yang telah dipotong juga dengan enzim restriksi yang sama dengan pemotong plasmid

D. Enzim restriksi sebagai pemotong plasmid

Untuk memotong plasmid digunakan enzim restriksi. Enzim restriksi adalah enzim yang digunakan untuk memotong DNA secara spesifik. Enzim restriksi disebut sebagai gunting biologi. Enzim ini diisolasi dari bakteri. Restriksi yang digunakan untuk memotong plasmid harus sama dengan pemotong DNA asing agar urutan basanya bisa sesuai sehingga antara plasmid dan DNA asing yang disisipkan bisa  bersatu. Prinsip kerja enzim restriksi adalah:

1.      Enzim restriksi yang digunakan adalah enzim endonuklease restriksi. Enzim pemotong ini mengenali DNA pada situs kusus dan memotong pada situs tersebut

2.      Situs pengenalan enzim restriksi adalah daerah yang simetri dengan poliandrom, artinya bila kedua utas DNA tersebut masing-masing dibaca dengan arah yang sama akan memberikan urutan yang sama pula nukleotidanya

3.      Pemotongan enzim restriksi akan menghasilkan potongan yaitu ujung kohesif (sticky end) dan ujung rata (blunt end).

Perbedaan antara hasil pemotongan yang berupa sticky end dan blunt end dapat dilihat pada tabel 1. berikut ini.

 Berbagai contoh restriksi enzim yang mengenali pada situs pemotongan tertentu pada DNA dapat dilihat pada tabel 2.

 

Proses pemotongan DNA digambarkan pada gambar 3. berikut ini

 

Gambar 3. Pemotongan enzim restriksi pada DNA

E. Enzim Ligase sebagai penyembung plasmid dengan DNA asing

Enzim ligase adalah enzim yang berfungsi untuk menyambung dua ujung potongan DNA. Enzim ligase yang sering digunakan adalah DNA ligase dari E. Coli dan DNA ligase dari Fage T4. Prinsip kerja enzim ligase sebagai berikut:

1.     Enzim ligase menyambung dua ujung DNA yang semulanya terpotong

2.   penyambungan dilakukan dengan cara menyambung 2 ujung DNA melalui ikatan kovalen antara ujung 3’OH dari utas satu dengan ujung 5’P dari utas yang lain

3.  Penggunaan ligasi DNA ini mengkatalis ikatan fosfodiester antara kedua ujung DNA sehingga kedua fragmen DNA yang berupa potongan bisa bersatu menjadi satu.

Gambar struktur enzim ligase dapat dilihat pada gambar 4 berikut ini :

  

Gambar 4. Struktur enzim ligase

Proses penyambungan DNA ligasi pada daerah pemotongan digambarkan pada gambar 5.

  

Gambar 5. Penyambungan DNA ligase pada potongan DNA

F. Pemotongan dan penyambungan plasmid dan DNA asing sehingga dihasilkan Plasmid Rekombinan

Untuk menciptakan plasmid rekombinan yang mengandung sifat DNA asing tertentu yang dilakukan adalah dengan menyambung DNA asing tersebut dengan plasmid yang ada. Plasmid rekombinan terbentuk sebagai sambungan antara plasmid dengan DNA asing, sehingga plasmid tersebut mengandung sifat tertentu yang telah disesuaikan dengan kebutuhan. Secara sederhana prosedur untuk menciptakan plasmid rekombinan dapat dilakukan sebagai berikut:

1.      menyiapkan bakteri yang mengandung DNA asing dengan sifat tertentu

2.      menyiapkan plasmid yang akan digunakan sebagai vektor

3.      pemotongan DNA asing dengan sifat yang dibutuhkan dengan enzim restriksi semisal dari E. coli

4.      pemotongan plasmid yang akan digunakan sebagai vektor dengan enzim restriksi yang sama yaitu E. Coli

5.  hasil potongan DNA dengan sifat tertentu disambungkan pada plasmid dngan menggunakan enzim penyambung yaitu DNA ligase. DNA ligase akan mengikat ujung 3’OH dengan ujung 5’P dan membentuk ikatan fosfodiester sehingga plasmid dan DNA asing dengan sifat tertentu bisa bersatu

6.    terbentuklah plasmid rekombinan yang membawa DNA asing dengan sifat tertentu tersebut. Plasmid ini siap ditransfer ke dalam sel inang untuk memperoleh organisme transgenik

Gambar proses terbentuknya Plasmid rekombinan sebagai hasil penyambungan plasmid dengan DNA asing dengan sifat tertentu dapat dilihat pada gambar 6 berikut ini.

  

Gambar 6. Penyambungan Plasmid dengan DNA asing

G. Plasmid Ti

Sel-sel tumbuhan tidak mengandung plasmid alami yang dapat digunakan sebagai vektor kloning, akan tetapi ada suatu bakteri yaitu Agrobacterium tumefaciens yang dapat membawa plasmid berukuran 200 kb dan disebut dengan plasmid Ti (Tumor inducing atau penyebab tumor). Bakteri Agrobacterium tumefaciens dapat menginfeksi tanaman dikotil seperti tomat dan tembakau serta tanaman monokotil khususnya padi. Ketika infeksi berlangsung bagian tertentu plasmid Ti yang disebut dengan T-DNA, akan terintegrasi ke dalam DNA kromosom tanaman menyebabkan pertumbuhan sel-sel yang tak terkendali, akibatnya akan terbentuk tumor.

Plasmid Ti rekombinan dengan suatu gen target yang disisipkan pada daerah T-DNA dapat mengintegrasikan gen tersebut ke dalam DNA tanaman. Gen target ini selanjutnya akan diekspresikan dengan menggunakan sistem DNA tanaman. Dalam prakteknya ukuran plasmid yang begitu besar sangat sulit untuk dimanipulasi. Namun ternyata apabila bagian T-DNA dipisahkan dari bagian-bagian lain plasmid Ti, integrasi DNA tanaman masih dapat terjadi asalkan T-DNA dan bagian lainnya tersebut masih berada dalam satu sel Agrobacterium tumefaciens. Dengan demikian, manipulasi atau penyisipan fragmen DNA asing hanya dilakukan pada T-DNA dengan cara seperti halnya yang dilakukan pada plasmid E. Coli. Selanjutnya plsmid T-DNA rekombinan yang dihasilkan ditransformasikan ke dalam sel Agrobacterium tumefaciens yang membawa plamid Ti tanpa bagian T-DNA. Perbaikan prosedur berikutnya adalah pembuangan gen-gen pembentuk tumor yang terdapat pada T-DNA.

 

Gambar. Plasmid Ti

Pemanfaatan plasmid Ti dalam rekombinan tumbuhan sudah banyak dimanfaatkan seperti plasmid Ti Agrobacterium tumefaciens yang digunakan untuk pembuatan tanaman kapas Bt yang tahan terhadap hama ulat. Ulat yang memakan tanaman akan mengalami kematian. Pemanfaatan plamid ini juga untuk meningkatkan produksi tanaman. Misalkan saja tanaman yang mengandung protein tertentu setelah direkayasa dengan menggunakan plasmid rekombinan ini. Sehingga pada saat makan tanaman ini sudah mengandung protein tertentu.

 

Gambar. Rekayasa tanaman dengan menggunakan Plasmid Ti

Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa penggunaan plasmid Ti dilakukan dengan cara menyambung plasmid dengan DNA asing. Pemotongan DNA dilakukan dengan menggunakan enzim restriksi kemudian masing-masing potongan dilekatkan dengan ligasi DNA terbentuklah plasmid rekombinan. Sebagai hasilnya plasmid rekombinan dimasukan dalam nukleus tanaman melalui fusi protoplasma dan plasmid rekombinan akan berfusi dengan inti tanaman. Protopalasma selanjutnya dikulturkan dalam media kultur jaringan kemudian setelah terbentuk tanaman, setelah itu tanaman ditumbuhkan pada habitatnya. Tanaman yang dihasilkan akan memiliki sifat tertentu sesuai dengan sifat DNA asing yang digunakan. Sehingga apabila kita memakan tanaman tersebut berarti telah mengkonsumsi protein tertentu. Sifat inilah yang mulai dikembangkan pada tanaman.

MINYAK JARAK ALTERNATIF BIOFUEL MASA DEPAN

A. Kebutuhan Energi Bahan Bakar di Indonesia

Ketergantungan Indonesia terhadap bahan bakar fosil sangat besar. Saat ini Indonesia merupakan negara pengimpor (net importi) BBM akibat pasokan energi dalam negeri mengalami kendala dimana trend produksi cenderung lebih rendah dibanding tingkat konsumsinya. Pada periode bulan Januari – Juli 2006, produksi BBM Indonesia hanya 1,029 juta barel per hari, sedangkan konsumsi BBM mencapai sekitar 1,3 juta barel per hari (www.mediaindo.co.id) sehingga ada defisit BBM sebesar 0,27 juta barel yang harus dipenuhi melalui impor dengan nilai sekitar USD 18.900.000 per hari (sekitar Rp. 170,1 milyar/hari) dengan harga minyak dunia mencapai diatas USD 70/barel.

Kebutuhan energi merupakan salah satu masalah krusial yang dihadapi oleh bangsa Indonesia saat ini. Kebutuhan energi masyarakat dan industri setiap tahun mengalami peningkatan, sementara pasokan energi dalam negeri mengalami kendala akibat trend produksi energi yang lebih rendah dibanding tingkat konsumsinya. Masalah tersebut tidak akan pernah dapat diselesaikan apabila kita masih bergantung kepada sumber energi fosil yang sifatnya tidak terbarukan (kalaupun ada memerlukan jutaan tahun untuk produksinya). Kondisi tersebut diperparah dengan pengolahan minyak bumi yang terpusat, sehingga masyarakat terpencil mengalami kesulitan untuk mendapatkan pasokan BBM. Harga BBM yang diterima oleh masyarakat tersebut akan lebih tinggi apabila dibandingkan dengan masyarakat perkotaan karena adanya selisih biaya transportasi. Perbedaan harga tersebut dapat mencapai 2-8 kali. Pengembangan sumber energi alternatif yang bersifat terbarukan merupakan solusi untuk mengatasi masalah tersebut.

Sebagai catatan kondisi sumber energi berbasis fosil di Indonesia :

1. Cadangan batubara kita sekitar 50 miliar ton (3% potensi dunia) diperkirakan dpt digunakan sedikitnya 150 th mendatang

2. Cadangan panas bumi sekitar 27 ribu MW (40% potensi dunia)

3. Tenaga air sekitar 75 ribu MW (0,02% potensi dunia)

4. Cadangan minyak bumi sekitar 9,7 barel dan diperkirakan akan habis 15 th lagi bila tidak ada eksplorasi baru

Menghadapi krisis BBM ini, pemerintah mengeluarkan kebijakan penghematan BBM yang dituangkan dalam Instruksi Presiden No.10 th 2005 tentang langkah yang harus dilaksanakan dalam rangka penghematan BBM. Selanjutnya dalam rangka menjamin keamanan pasokan energi dalam negeri, dikeluarkan pula Peraturan Presiden RI tentang Kebijakan Energi Nasional No. 5 Tahun 2006. Dalam Perpres tersebut antara lain disebutkan bahwa penyediaan biofuel pada tahun 2025 minimal 5% dari kebutuhan energi nasional. Untuk menyiapkan penyediaan biofuel ini, telah dikeluarkan Instruksi Presiden No. 1 Tahun 2006 yang menugaskan Menteri Pertanian untuk: (1) mendorong penyediaan tanaman bahan bakar nabati (biofuel), (2) melakukan penyuluhan pengembangan tanaman bahan baku bahan bakar nabati, (3) memfasilitisasi penyediaan benih dan bibit tanaman bahan baku bahan bakar nabati dan (4) mengintegrasikan kegiatan pengembangan dan kegiatan pasca panen tanaman bahan baku bahan bakar nabati. Minyak jarak merupakan satu diantara berbagai macam sumber energi alternatif terbarukan yang prospektif untuk dikembangkan.

B. Pengembangan Minyak Jarak Di Indonesia

Para ahli memperkirakan sekitar 30 tahun ke depan bahan bakar yang berasal dari fosil akan habis, sementara gas tersedia hingga 50 tahun lagi. Lalu apa yang bisa diperbuat untuk menyiasatinya?

Jarak pagar (Jatropha curcas Linn.) yang juga dikenal sebagai ”penghasil minyak lampu” ini merupakan salah satu sumber minyak nabati Indonesia yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel. Dibanding penggunaan briket batubara, gas bumi atau sumber lainnya, minyak jarak lebih sederhana, murah, tidak akan habis. Pemanfaatan biodiesel berbahan baku minyak jarak pagar (Jatropha curcas Linn.) sebagai energi terbarukan merupakan solusi tepat dalam menghadapi kelangkaan energi fosil pada masa sekarang dan masa yang akan datang. Hal ini karena hampir semua bagian tanaman jarak pagar dan limbah yang dihasilkan baik pada pengepresan biji jarak pagar dan gliserin yang dihasilkan pada pembuatan biodiesel dapat dimanfaatkan dengan mengolahnya lebih lanjut menjadi produk-produk turunan lainnya.

Pengembangan minyak dari tanaman jarak melalui pendekatan ilmiah di Indonesia, dipelopori oleh Dr. Robert Manurung dari Institut Teknologi Bandung (ITB) sejak tahun 1997 dengan fokus ektraksi minyak dari tanaman jarak. Sejak tahun 2004 yang lalu, penelitian ini mendapat dukungan dari Mitsubishi Research Institute (Miri) dan New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) dari Jepang (Kompas, 12/5/2005).

Menghadapi krisis kelangkaan BBM dan kenaikan harga BBM di Indonesia, Pemerintah mulai menggali sumber-sumber energi alternatif. Minyak jarak ini pun mulai mendapatkan perhatian serius dari Pemerintah. Setelah dirintis oleh ITB kemudian diikuti oleh IPB, dan selanjutnya diikuti oleh lembaga pemerintah pusat yaitu BPPT, dan oleh pemerintah daerah seperti Pemprov. Nusa Tenggara Timur, Pemprov. Nusa Tenggara Barat, Pemkab. Purwakarta dan Pemkab. Indramayu, serta oleh BUMN seperti PT. Pertamina, PT. PLN dan PT. Rajawali Nusantara Indonesia (RNI), semua saling bekerja sama untuk pengembangan minyak jarak sebagai bahan bakar minyak alternatif ini. Tidak ketinggalan Sekolah Menengah Kejuruan bidang pertanian pun akan mengikuti pengembangan minyak jarak ini, untuk bahan bakar minyak alternatif.

 

C. Sekilas tentang morfologi Tanaman Jarak

Pohon jarak berasal dari Afrika Selatan, dan sudah dikenal oleh bangsa Indonesia sejak tahun 1940-an. Jarak pagar dikenal masyarakat di berbagai daerah Indonesia, yaitu sejak diperkenalkan oleh bangsa Jepang pada tahun 1942-an, dimana saat itu masyarakat diperintahkan untuk melakukan penanaman jarak sebagai pagar pekarangan karena penjajah Jepang menggunakan minyak jarak untuk penerangan di rumah-rumah penduduk dan sumber energi untuk menggerakkan alat-alat perang.

Beberapa nama daerah (nama lokal) yang diberikan kepada tanaman jarak pagar ini antara lain Sunda (jarak kosta, jarak budeg), Jawa (jarak gundul, jarak pager), Madura (kalekhe paghar), Bali (jarak pager), Nusatenggara (lulu mau, paku kase, jarak pageh), Alor (kuman nema), Sulawesi (jarak kosta, jarak wolanda, bindalo, bintalo, tondo utomene), Maluku (ai huwa kamala, balacai, kadoto).

Tanaman jarak pagar tumbuh sebagai tanaman liar atau tanaman pagar yang gampang hidup dan tidak rakus hara karena selain tahan kekeringan juga dapat tumbuh di tempat bercurah hujan 200 milimeter per tahun hingga 1.500 milimeter per tahun. Dengan sifat demikian, jarak pagar mudah ditanam di mana pun asal ada lahan. Jarak pagar hampir tidak memiliki hama karena sebagian besar bagian tubuhnya beracun. Umur tanaman ini bisa mencapai 50 tahun. Tanaman ini mulai berbuah setelah berusia lima bulan dan mencapai produktivitas penuh pada usia lima tahun. Biji, daging buah, dan cangkang tanaman jarak pagar bisa digunakan sebagai bahan bakar. Selain itu bagian-bagian tubuh jarak juga bisa digunakan untuk insektisida, pupuk, dan biogas.

Tanaman jarak pagar termasuk famili Euphorbiaceae, satu famili dengan karet dan ubikayu. Pohonnya berupa perdu dengan tinggi tanaman 1 – 7 m, bercabang tidak teratur. Batangnya berkayu, silindris bila terluka mengeluarkan getah. Bagian – bagian tanaman jarak pagar adalah sebagai berikut :

JARAK PAGAR SEBAGAI SUMBER BIOFUEL (BAHAN BAKAR NABATI)

 

Tanaman jarak menghasilkan biji jarak pagar yang terdiri dari 65 persen berat kernel (daging buah) dan 35 persen berat kulit. Inti biji (kernel) jarak pagar mengandung sekitar 50 persen minyak sehingga dapat diekstrak menjadi minyak jarak dengan cara mekanis. Minyak jarak dihasilkan dari daging buah biji jarak melalui proses ekstraksi dengan menggunakan mesin pengepres minyak. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa kadar lemak kasar yang terdapat pada biji jarak adalah 47.25%, protein kasar 24.60% , serat kasar 10.12%, kadar air 5.5%, abu 4.5% dan karbohidrat 7.99%.

Minyak jarak adalah minyak nabati yang diperoleh dari ekstraksi biji tanaman jarak. Dalam bidang farmasi dikenal pula sebagai minyak kastroli. Minyak ini serba guna dan memiliki karakter yang khas secara fisik. Minyak jarak pagar memiliki sifat sebagai berikut : flash point 236 ⁰C, densitas pada 15 ⁰C adalah 0,9177 g/cm3, viskositas pada 30 ⁰C adalah 49,15 mm2/s, residu karbon(dalam 10% residu destilasi) 0,34 % (m/m), kandungan debu sulfat 0,007% (m/m), pour point -2,5 ⁰C, kandungan sulfur <1>

Keistimewaan minyak jarak, pada suhu ruang berfasa cair dan tetap stabil pada suhu rendah maupun suhu sangat tinggi sehingga tidak berubah sifat (akan tetap dalam bentuk cair) dalam suhu panas maupun dingin bahkan hingga 17 ⁰C. Sifat spesifik lain minyak ini, banyak dipakai sebagai bahan industri karena gugusan hidroksil yang letaknya dekat dengan ikatan rangkap. Keistimewaan lainnya, sebagian besar asam lemaknya tidak jenuh. Asam lemak yang ikut menyusun trigliserida minyak jarak adalah 14,2 % asam palmitat, 6,9 % asam stearat, 43,2 % asam oleat dan 34,3 % asam linoleat.

Pada umumnya wujud BBN dari biji jarak ini seperti minyak goreng, kental, licin, dan baunya tidak mencolok. Minyak jarak Jatropha curcas L berwarna kuning bening, memiliki bilangan iodine tinggi yaitu 105,2 mg yang berarti kandungan minyak tak jenuhnya sangat tinggi, terutama terdiri atas asam oleat dan linoleat yang mencapai 90%. Selain itu minyak jarak pagar (Jatropha curcas L) mempunyai ikatan rangkap sehingga viskositasnya rendah (encer), sedangkan minyak jarak kepyar (Ricinus communis), tidak memiliki ikatan rangkap dan mempunyai gugus OH sehingga minyaknya lebih kental. Pada suhu 25⁰C viskositas minyak jarak kepyar/ricinus mencapai 600-800 cP dan pada suhu 100⁰C mencapai 15-20 cP, sehingga minyak jarak kepyar/ricinus sesuai untuk digunakan sebagai pelumas.

Pemanfaatan minyak jarak dan turunannya (derivat) sangat luas dalam berbagai industri: sabun, pelumas, minyak rem dan hidrolik, cat, varnish, pewarna, plastik tahan dingin, pelindung (coating), tinta, malam dan semir, nilon, farmasi (1% dari total produk dunia), dan parfum. Dalam jumlah kecil minyak jarak dan turunannya juga digunakan untuk pembuatan kosmetik, semir dan lilin. Sebelum digunakan untuk berbagai keperluan, minyak jarak perlu diolah lebih dahulu. Pengolahan ini meliputi dehidrasi, oksidasi, hidrogenasi, sulfitasi, penyabunan dan sebagainya. Pengolahan tersebut mengakibatkan perubahan sifat fisiko-kimia minyak jarak.

A. Proses Ekstraksi Minyak Jarak Pagar

Pengepresan mekanis merupakan suatu metoda ekstraksi yang dipandang ekonomis untuk biji jarak. Terdapat dua cara pada pengepresan mekanis yang umum dilakukan yaitu pengepresan hidrolik (hydraulic pressing) dan pengepresan berulir (screw press).

Metode pengepressan dengan menggunakan hydraulic pressing memiliki kelemahan dibandingkan dengan screw press yaitu proses tidak dapat dilakukan secara kontinyu, pengeluaran cake dari alat sulit, rendemen minyak yang dihasilkan lebih rendah, memerlukan energi lebih besar untuk menghasilkan tekanan yang besar, dan biaya operasional lebih besar dibandingkan dengan screw press karena diperlukan tambahan beberapa peralatan untuk perlakuan pendahuluan biji jarak sebelum di press, seperti alat steam, crushing, dan blower.

B. Crude Jatropha Oil (CJO)Minyak jarak mentah atau yang dikenal dengan Crude Jatropha Oil merupakan jenis minyak yang memiliki pupuk organikisi. asam lemak dominan adalah asam oleat dan asam linoleat. Pupuk organikisi asam lemak disajikan pada Tabel 1.Pemanfaatan minyak jarak mentah dapat dibedakan menjadi dua, yaitu untuk skala rumah tangga, minyak jarak sebagai subtitusi minyak bakar untuk keperluan rumah tangga serta untuk sektor transportasi dan industri, minyak jarak sebagai bahan baku biodiesel untuk subtitusi bahan bakar diesel berbasis minyak bumi.

C. Crude Jatropha Oil (CJO) sebagai subtitusi minyak tanah

Minyak jarak mentah (Crude jatropha oil) dapat digunakan langsung sebagai minyak lampu dan kompor pengganti minyak tanah. Beberapa negara yang miskin sumber daya BBM, seperti India, Mali, Tanzania, dan Gambia telah lama mengembangkan Jarak Pagar sebagai pengganti kerosin (minyak tanah) untuk kompor atau lampu. Proses pengolahan minyak jarak kasar untuk kebutuhan rumah tangga pengganti kerosin atau untuk pembakaran tungku ataupun boiler, sangat sederhana dan mudah dilakukan hingga ke pelosok pedesaan oleh petani.

Pemanfaatan minyak jarak pagar sebagai pengganti minyak tanah dilakukan dengan memeras bijinya dengan menggunakan teknologi sederhana, yakni mengandalkan teknik press (tekan) setelah biji jarak dikeringkan. Secara tradisional, minyak jarak pagar ini sudah digunakan sebagai bahan bakar lampu penerangan di pedesaan.

Pemanfaatan minyak jarak untuk subtitusi minyak tanah, digunakan kompor khusus minyak jarak. Berbeda dengan kompor minyak tanah pada umumnya, kompor minyak jarak dilengkapi dengan tabung gas pemberi tekanan. Tujuannya adalah agar minyak jarak yang memiliki kekentalan yang cukup tinggi, dapat naik ke atas dan terbakar. Kompor jarak ini kini tengah dikembangkan oleh ITB dan beberapa perusahaan swasta.

Minyak jarak sebagai subtitusi minyak tanah dalam penggunaannya dapat pula digunakan dengan cara dicampur dengan minyak tanah. Hal ini dapat dilakukan karena minyak jarak pagar memiliki nilai kalori yang hampir sama dengan minyak tanah, sehingga dapat langsung diisi ke dalam kompor minyak tanah biasa. Pemanfaatan minyak jarak sebagai subtitusi minyak tanah ini lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanfaatan kayu bakar. Pemanfaatan kayu bakar menghasilkan asap yang membahayakan bagi kesehatan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh ITB dikatakan bahwa Minyak Jarak Pagar menghasilkan bahan bakar yang lebih ramah lingkungan dan memiliki cetane number yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar diesel konvensional yang ada di pasaran.

Selain itu pemanfaatan minyak jarak mentah sebagai subtitusi minyak tanah akan memberikan keuntungan bagi terjaminnya pasokan minyak bakar untuk keperluan rumah tangga sehari–hari terutama untuk memenuhi kebutuhan konsumsi rumah tangga. Dengan menaiknya harga minyak tanah per 1 Oktober 2005 dari angka Rp. 700 per liter menjadi Rp. 2000 per liter dan meningkat kembali menjadi Rp. 2000 – 3000 per liter di tingkat eceran, pemanfaatan minyak jarak sebagai minyak bakar dapat mengurangi beban subsidi pemerintah. Jika harga biji jarak kering Rp. 750, rendemen minyak jarak 27 % maka harga pokok produksi minyak jarak sebagai biokerosin sebesar Rp. 3000 – 3500 per liter dengan demikian dapat mengurangi subsidi pemerintah sekitar Rp. 2500 – 3000 per liter. Tidak hanya berhenti disitu saja, pemanfaatan minyak jarak pagar dapat mengurangi angka pengangguran dan meningkatkan pendapatan masyarakat. Menurut data Sekernas (2006), jumlah pengangguran per Februari 2006 di Indonesia mencapai 11,1 juta jiwa atau 10,45 %. Bila pengembangan jarak berhasil diperkirakan dapat meningkatkan income per kapita.

Jika dikelola, pemakaian minyak jarak bisa mencapai 30 hingga 40 persen dari total pemakaian bahan bakar di Indonesia. Penanaman jarak pagar seluas 1 juta ha mampu menghasilkan biodiesel sebanyak 25.000 barrel/hari, sementara konsumsi minyak tanah rakyat sekitar 2,7 juta kiloliter per tahunnya. Jumlah ini dapat disubstitusi seluruhnya oleh minyak jarak, sebab potensi produksi minyak jarak Indonesia setiap tahunnya berkisar antara 20 juta kiloliter hingga 60 juta kiloliter. Dengan potensi ini, bahkan konsumsi total minyak tanah yang 'hanya' 12 juta kiloliter per tahun semuanya dapat dipenuhi oleh minyak jarak.

D. Biodiesel dari minyak jarak pagar

Seperti halnya minyak mentah lainnya, minyak jarak mentah selalu mengandung fosfor dalam bentuk persenyawaan fosfolipid. Sehingga, minyak jarak mentah kurang cocok digunakan sebagai bahan pensubtitusi langsung minyak diesel. Fosfor yang terdapat dalam minyak jarak akan membentuk garam atau asam fosfat sebagai hasil pembakaran yang dapat mengerak dalam ruang pembakaran atau terbawa keluar dan mencemari udara. Disamping itu, pada umumnya minyak jarak memiliki bilangan asam yang tinggi yaitu diatas 10 (ekuivalen asam lemak bebas 5 %), sehingga menjadikan minyak jarak bersifat korosif terhadap komponen – komponen mesin.

Pemanfaatan minyak jarak langsung sebagai subtitusi minyak diesel dimungkinkan setelah minyak jarak mentah tersebut dimurnikan yang dikenal dengan Pure Plant Oil (PPO). PPO adalah minyak atau lemak yang telah dibersihkan dari fosfor dan asam – asam lemak bebas yang terkandung di dalamnya. Hanya saja pemanfaatan PPO sebagai pensubtitusi minyak diesel untuk transportasi kurang efisien. Setidaknya terdapat tiga alasan yang melatarbelakangi hal tersebut. Pertama, PPO memiliki kekentalan yang tinggi dibandingkan dengan minyak diesel sehingga memerlukan converter dengan desain mesin diesel yang ada sekarang ini, PPO tidak dapat naik ke ruang pembakaran. Nilai viskositas kinematik PPO dan solar masing – masing adalah 30 – 40 cst dan 5,2 cst. Kedua, PPO merupakan zat dengan senyawa yang memiliki berat molekul yang besar, sehingga jika dipanaskan tanpa kontak dengan oksigen akan mengalami cracking (perengkahan) membentuk senyawa dengan berat molekul lebih kecil. Ketiga, PPO memiliki cetane number lebih rendah dibandingkan dengan minyak diesel/solar. Nilai cetane number untuk PPO dan syarat minyak diesel/solar masing – masing adalah <45> 50. Solusi yang dapat ditawarkan untuk mengatasi hal tersebut yaitu dengan merubah karakteristik minyak jarak sehingga mendekati karakteristik minyak diesel. Cara yang umum dilakukan yaitu dengan merubah minyak jarak membentuk metil ester (biodiesel) melalui pereaksian secara kimia.

Biodiesel merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak diesel/solar. Dengan sifatnya tersebut, biodiesel merupakan salah satu produk biofuel yang prospektif untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif pensubstitusi solar atau diesel. Keuntungan penggunaan biodiesel:

- Angka Setana tinggi, yakni angka yang menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri (auto ignition) sehingga menunjukan ukuran baik tidaknya kualitas Solar berdasarkan sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin. Semakin tinggi bilangan Setana, semakin cepat pembakaran semakin baik efisiensi termodinamisnya.

- Titik kilat tinggi, yakni temperatur terendah yang dapat menyebabkan uap Biodiesel menyala, sehingga Biodiesel lebih aman dari bahaya kebakaran pada saat disimpan maupun pada saat didistribusikan dari pada solar.

- Tidak mengandung sulfur dan benzene yang mempunyai sifat karsinogen, serta dapat diuraikan secara alami.

- Menambah pelumasan mesin yang lebih baik daripada solar sehingga akan memperpanjang umur pemakaian mesin.

- Dapat dengan mudah dicampur dengan solar biasa dalam berbagai komposisi dan tidak memerlukan modifikasi mesin apapun.

- Mengurangi asap hitam dari gas asap buang mesin diesel secara signifikan walaupun penambahan hanya 5% - 10% volume biodiesel kedalam solar

Jarak pagar merupakan salah satu sumber minyak nabati yang sangat prospektif untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel karena (a) sifat fisika-kimianya sesuai dengan sifat bahan baku untuk memproduksi biodiesel, (b) minyak jarak tidak termasuk minyak pangan, (c) tanaman jarak dapat tumbuh baik di lahan kering/kritis sehingga berpotensi mengubah lahan kritis menjadi lahan yang produktif.

Biodiesel dihasilkan melalui proses transesterifikasi minyak nabati dengan alkohol dengan penggantian gugus alkohol dari suatu ester dengan alkohol lain. Sodium metilat, NaOH atau KOH merupakan katalis yang umum digunakan. Reaksi transesterifikasi minyak jarak dengan metanol untuk menghasilkan biodiesel berjalan seperti gambar di bawah ini.

Metanol adalah jenis alkohol yang lebih umum digunakan karena harganya lebih murah dan proses recovery metanol lebih mudah dibandingkan dengan alkohol jenis lainnya seperti etanol. Harga untuk setiap satu liter metanol adalah Rp. 3.500,00 sedangkan harga untuk setiap satu liter etanol adalah Rp. 5000,00.

Rasio molar antara trigliserida dan alkohol, jenis katalis yang digunakan, jenis alkohol yang digunakan, suhu reaksi, waktu reaksi, kandungan air, kandungan asam lemak bebas pada bahan baku (yang dapat menghambat reaksi yang diharapkan), dan kandungan sabun merupakan faktor – faktor yang mempengaruhi rendemen biodiesel (metil ester) yang dihasilkan pada reaksi transesterifikasi. Pada pembuatan biodiesel dari minyak jarak pagar dari hasil ekstraksi screw maupun alat kempa diperlukan terlebih dahulu analisa kadar asam lemak bebas atau bilangan asamnya (mgKOH/g-minyak). Pada proses transesterifikasi mensyaratkan bilangan asam minyak sebagai bahan baku pembuatan biodiesel berada pada kisaran 1 atau ekivalen dengan kadar asam lemak bebas 0,5 %. Jika harga bilangan asam diatas 4 mgKOH/g minyak (ekivalen kadar asam lemak bebas 2 %) maka pembuatan biodiesel disarankan melalui proses pra-esterifikasi atau dengan menambah porsi katalis (NaOH atau KOH) sesuai bilangan asam yang didapatnya.

Pada umumnya minyak jarak pagar memiliki bilangan asam (acid value) di atas 10 (ekivalen kadar asam lemak bebas 5 %). Pada minyak dengan kadar asam lemak bebas tinggi, proses pembuatan biodiesel dilakukan melalui dua tahap yang dinamakan dengan proses estran. Pada proses estrans, minyak terlebih dahulu diesterifikasi untuk mereaksikan asam lemak bebas dalam minyak hingga membentuk metil ester. Proses esterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak dengan metanol. Pada proses esterifikasi ini digunakan asam kuat sebagai katalisnya. Katalis asam yang umum digunakan yaitu asam sulfat pekat (98%-H2SO4) dan asam klorida pekat (37%-HCl). Proses esterifikasi kemudian dilanjutkan dengan proses transesterifikasi dengan menambahkan metanol dan KOH sebagai katalisnya.

Pada proses transesterifikasi, selain menghasilkan biodiesel, dihasilkan pula gliserin (gliserol) sebagai hasil sampingnya. Pada umumnya gliserin dimanfaatkan dalam pembuatan sabun sebagai pelembab (moistourising). Pada Tabel 2. disajikan karakteristik biodiesel dari jarak pagar.

Saat ini biodiesel dari berbagai tumbuhan telah diproduksi, diniagakan dan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel dimana penggunaannya dilakukan pencampuran dengan solar. Untuk bahan bakar biodiesel dikenal B5 (5% biodiesel, 95% solar), B10, B20, B30, atau bahkan B100. Minyak jarak bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar dan disebut biofuel straight oil. Minyak jarak bisa digunakan sebagai biofuel straight oil bila kadarnya B-10. Dengan substitusi sebagian atau bahkan keseluruhan solar maka dapat mengurangi permintaan akan bahan bakar minyak yang tidak terbarukan.

Dalam perhitungan matematis, untuk membangkitkan pembangkit listrik tenaga diesel berkekuatan 1 Megawatt dibutuhkan 90 hektar pohon jarak. Dari 10 kilogram buah bisa dihasilkan 3,5 liter minyak jarak yang sama kualitasnya dengan solar. Bedanya tipis sekali, yakni minyak jarak memiliki lebih banyak oksigen dan nilai kalorinya lebih rendah dari solar. Kedua hal tersebut membuat proses pembakaran pada minyak jarak lebih sempurna sehingga buangannya tidak berbahaya dan bersih.

Berbagai dampak menguntungkan dapat diperoleh dengan digunakannya biodiesel minyak jarak sebagai komponen bahan bakar di Indonesia antara lain :

1. Pengaruh terhadap kesehatan, minyak jarak digolongkan ke dalam clean energy atau green energy karena tidak menghasilkan senyawa polycyclic aromatic hydrocarbons seperti proses pembakaran batu bara yang menyebabkan infeksi saluran pernafasan bahkan penyakit kanker serta zat-zat lain yang beracun seperti sulfur, merkuri, arsenik, selenium, dan fluorida.

2. Dampak terhadap lingkungan, minyak jarak berpotensi mengurangi emisi karbon yang mengotori udara sebanyak 2.636 gram CO2 equivalent untuk setiap pembakaran 1 liter biodiesel. Dengan demikian secara global berpotensi untuk mengurangi emisi gas-gas rumah kaca karena penggunaan minyak jarak dapat menurunkan emisi karbondioksida dari proses pembakarannya hingga lebih dari 50%.

3. Selain itu, minyak ini juga rendah kadar emisi gas sulfur (SOx), nitrogen (NOx), dan karbon, serta bisa dipakai untuk tanaman penghijauan dan reboisasi karena jarak pagar dapat difungsikan sebagai upaya memulihkan kembali lahan kritis yang saat ini mencapai sekitar 22 juta hektar. Sehingga jarak pagar berpotensi mengubah lahan kritis menjadi lahan yang produktif.

4. minyak jarak tidak termasuk minyak pangan, sehingga pengembangan energi alternatif ini tidak mengganggu kebutuhan pangan. Karena minyak jarak bukan bahan baku pangan yang merupakan konsumsi sehari-hari sehingga tidak akan terjadi kontradiksi antara energy security terhadap food security.

Referensi :

Minyak Jarak Pengganti Solar. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?Cetakartikel &1112492995 - 8k.

Primadona Minyak Jarak : Menjaga Rakyat dari Kemiskinan dan Krisis BBM www.menkokesra.go.id/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=159

Minyak Jarak Alternatif Pengganti Bahan Bakar Minyak http://www.anekaplanta.wordpress.com/2007/12/23minyak-jarak-alternatif-pengganti-bahan-bakar-minyak/ - 59k -.

Telaah Tentang Kemungkinan Memproduksi Biodiesel Dari Minyak Jarak Pagar Sebagai Bahan Pengganti Automotive Diesel Oil. http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op= read&id=jbptitbpp-gdl-s2-2000-melanie-1128-automotive.

Minyak Jarak Jadi Energi Alternatif. http://walhijabar.blogspot.com/2008/02/minyak-jarak-jadi-energi-alternatif.html.

Kompor Minyak Jarak. http://www.sinartani.com/sorotan/kompor-minyak-jarak-1226291298.htm.

Minyak Jarak Bisa Gantikan Minyak Tanah di Desa. http://www.ipb.ac.id/id/?b=303.

Minyak Jarak Alternatif Lain Bahan Bakar • NTB Hasilkan 30.000 Ton Jarak tiap Tahun http://www.cybertokoh.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&artid=113.

BBM Itu Bisa Dari Singkong, Minyak Jarak atau Kelapa Sawit. http://www. pusatagroindustri.com/2007/12/01/bbm-itu-bisa-dari-singkong-minyak-jarak-atau-kelapa-sawit/.

Minyak jarak lebih untung dari briket batu bara. http://www.energi.lipi.go.id/ utama.cgi?cetakartikel&1135219550.

Biodiesel dari Tanaman Jarak. http://www.indeni.org/index.php?view=article&id= 54%3Abiodiesel-dari-tanaman-jarak&option=com_content&Itemid=58.

Minyak Kelapa Sawit dan Minyak Jarak Pagar. http://agungr.vox.com/ library/post/minyak-kelapa-sawit-dan-minyak-jarak-pagar.html?_c=feed-atom.

Minyak Jarak Alternatif Pengganti Bahan Bakar Minyak. http://www.tempointeractive.com/hg/ekbis/2006/03/28/brk,20060328-75632,id.html.

Minyak Jarak Pagar Pengganti BBM, Mengapa Tidak?. http://www.suaramerdeka.com/harian/0510/24/ragam2.htm.

Uji Lanjut Penggunaan Minyak Jarak Sedang Digagas. http://jatropha-expedition. blogspot.com/2006/07/uji-lanjut-penggunaan-minyak-jarak.html.

Meningkatkan Daya Bakar Minyak Jarak Pagar. http://www.pustaka-deptan.go.id/inovasi/kl070602.pdf.

Bahan Bakar Alternatif Murah Pengganti Solar: Tinggal Tanam! http://www.itb.ac.id/news/itb_berita_424.pdf.

Hambali E, dkk. Diversifikasi Produk Olahan Jarak. http://www.sbrc-ipb.com/downloads/ Diversifikasi_Produk_Olahan_Jarak.pdf?PHPSESSID=8fca6c4c026b766410342ded7c4cc19d.

CJO (Crude Jatrobha Oil) Sebagai Alternatif Pengganti Minyak Tanah http://www.deptan.go.id/teknologi/INFOTEK/2007/pdf/InfoTek%20JP%20No%207-2007.pdf.

Proses Pembuatan Minyak Jarak Sebagai Bahan Bakar Alternatif http://cahyadi.start4all.com/files/2008/06/jarak.pdf

Habis Minyak Terbitlah Jarak Pagar. http://www.pelangi.or.id/news.php?hid=59.