Bipros Laporan Bu Unung Fix.docx

LAPORAN BIOPROSES LABORATORIUM MIKROBIOLOGI DAN BIOPROSES SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2018/2019 MODUL

: Fermentasi Aerob dan Anaerob

DOSEN PEMBIMBING

: Ir. Unung Leoanggraeni, MT

Oleh : Kelompok

:2

Nama

: 1. Defina Rizkita Nitimihardja

Kelas

(171424007)

2. Devita Utami Mardiani

(171424008)

3. Dewi Lutfi Juliana

(171424009)

4. Dhiya Nadhifa Salsabila

(171424010)

: 2A – D4 Teknik Kimia Produksi Bersih

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2018

Fermentasi Aerob ( Asam glukonat ) Oleh Aspergillus Niger I.

TUJUAN a. Memahami perbedaan komposisi media fermentasi untuk pertumbuhan dan produksi b. Memahami kondisi operasi optimum untuk pembentukan produk asam glukonat c. Memahami jenis pola pembentukan produk asam glukonat.

II.

DASAR TEORI Fermentasi Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang merupakan gula paling sederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi makanan. (ejournal.litbang, 2010) Persamaan Reaksi Kimia: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan 118 kJ per mol) 2. Konsentrasi Substrat Bila jumlah enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan adanya peningkatan konsentrasi substrat. Namun pada saat sisi aktif semua enzim bekerja, penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim lebih lanjut. Kondisi ini disebabkan konsentrasi substrat terlalu jenuh.

Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi 1. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi adalah: sumber karbon, gas karbondioksida, pH substrat, nutrien, temperatur, dan oksigen. Untuk pertumbuhannya, yeast memerlukan energi yang berasal dari karbon. Gula adalah substrat yang lebih disukai. pH

pH dari media sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Setiap mikroorganisme mempunyai pH minimal, maksimal, dan optimal untuk pertumbuhannya. Untuk yeast, pH optimal untuk pertumbuhannya ialah berkisar antara 4,0 sampai 4,5. Pada pH 3,0 atau lebih rendah lagi fermentasi alkohol akan berjalan dengan lambat. 2. Nutrien Dalam pertumbuhannya mikroba memerlukan nutrient. Nutrien yang dibutuhkan digolongkan menjadi dua yaitu nutrien makro dan nutrien mikro. Nutrien makro meliputi unsur C, N, P, K. Unsur C didapat dari substrat yang mengandung karbohidrat, unsur N didapat dari penambahan urea, sedang unsur P dan K dari pupuk NPK. Unsur mikro meliputi vitamin dan mineral-mineral lain yang disebut trace element seperti Ca, Mg, Na, S, Cl, Fe, Mn, Cu, Co, Bo, Zn, Mo, dan Al. 3. Temperatur Mikroorganisme mempunyai temperatur maksimal, optimal, dan minimal untuk pertumbuhannya. Temperatur optimal untuk yeast berkisar antara 25-30oC dan temperatur maksimal antara 35-47oC. Beberapa jenis yeast dapat hidup pada suhu 0oC. Temperatur selama fermentasi perlu mendapatkan perhatian, karena di samping temperatur mempunyai efek yang langsung terhadap pertumbuhan yeast juga mempengaruhi komposisi produk akhir. Pada temperatur yang terlalu tinggi akan menonaktifkan yeast. Pada temperatur yang terlalu rendah yeast akan menjadi tidak aktif. (jurnal-praktikum-mikrobiologi-jilid, 2013)

Aspergillus Niger Aspergillus niger merupakan fungi dari filum ascomycetes yang berfilamen, mempunyai hifa berseptat, dan dapat ditemukan melimpah di alam. Fungi ini biasanya diisolasi dari tanah, sisa tumbuhan, dan udara di dalam ruangan. Aspergilus niger tumbuh optimum pada suhu 35-37oC, dengan suhu minimum 6-8oC dan suhu maksimum 45-47oC. Proses pertumbuhan fungi ini adalah aerobik. Aspergilus niger memiliki warna dasar putih atau kuning. Koloninya berwarna putih pada Agar Dekstrosa Kentang (PDA) 25°C dan berubah menjadi hitam ketika konidia dibentuk.

Kepala konidia dari A. niger berwarna hitam, bulat, cenderung memisah menjadi bagian-bagian yang lebih longgar seiring dengan bertambahnya umur. Aspergillus niger banyak digunakan sebagai model fermentasi karena fungi ini tidak menghasilkan mikotoksin sehingga tidak membahayakan. Aspergillus niger dapat tumbuh dengan cepat, oleh karena itu Aspergillus niger banyak digunakan secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan pembuatan berapa enzim seperti amilase, pektinase, amiloglukosidase, dan selulase. Selain itu, Aspergillus niger juga menghasilkan gallic acid yang merupakan senyawa fenolik yang biasa digunakan dalam industri farmasi dan juga dapat menjadi substrat untuk memproduksi senyawa antioksidan dalam industri makanan. Aspergillus niger dalam pertumbuhannya berhubungan langsung dengan zat makanan yang terdapat dalam substrat, molekul sederhana yang terdapat disekeliling hifa dapat langsung diserap sedangkan molekul yang lebih kompleks harus dipecah dahulu sebelum diserap ke dalam sel, dengan menghasilkan beberapa enzim ekstra seluler seperti protease, amilase, mananase, dan α-glaktosidase. Bahan organik dari substrat digunakan oleh Aspergillus niger untuk aktivitas transport molekul, pemeliharaan struktur sel, dan mobilitas sel.

Gambar 1. Proses Oksidasi Asam Glukonat oleh Aspergillus niger

Asam Glukonat Asam glukonat merupakan produk fermentasi dari glukosa, dan merupakan asam organik yang banyak digunakan dalam industri saat ini. Dalam industri biasanya digunakan sebagai aditif pada makanan, antara lain: industri roti dan kue, pengolahan ikan, daging, keju dan tahu. Asam glukonat yang dikristalisasi dalam

bentuk glukono-δ-lactone dapat digunakan untuk pengganti ragi pada pembuatan roti, penggumpal tahu, dan industri makanan lainnya (Kent, 1983). Asam glukonat juga digunakan untuk acidulant (penambah asam) dalam industri. Lebih dari 50.000 ton asam glukonat diproduksi menggunakan Aspergilus niger dengan fermentasi sub merged (kultur terendam) dari bahan yang mengandung glukosa (Michael, 2001). Waktu fermentasi dapat berpengaruh terhadap konsentrasi produk hasil fermentasi. Untuk keperluan fermentasi, dipilih fase dimana mikroba mengalami pertumbuhan yang sangat cepat sehingga enzim yang dihasilkan maksimum, yaitu pada fase logarithmic growth. Setiap mikroba waktu fase pertumbuhannya berbedabeda, sehingga pada proses fermentasi, waktu merupakan faktor penting yang perlu dikontrol (Anonim, 1987). Sedangkan volume starter yang ditambahkan akan mempengaruhi waktu pembentukan asam glukonat. Prosentase volume starter mempengaruhi lag phase (fase adaptasi) yaitu semakin besar starter maka semakin pendek lag phase, sehingga cepat mencapai exponensial yaitu kapang tumbuh dengan sempurna dan mampu beradaptasi dengan baik, sehingga glukosa dapat terkonversi dengan maksimal dan mulai terbentuknya produk. Jumlah mikroba yang digunakan harus tepat karena jika mikroba yang digunakan untuk mengkonversi glukosa menjadi asam glukonat sedikit maka kemampuan mikroba untuk fermentasi menjadi berkurang (Firman dan Aryantha, 2003). Inokulum yang terlalu sedikit mengakibatkan waktu fermentasi menjadi lama dan produktifitas menurun (Anonim, 2005). Waktu dan starter merupakan faktor penting yang harus dikendalikan dalam proses fermentasi asam glukonat, jika waktu dan starter dikombinasikan dengan tepat maka akan terbentuk produk asam glukonat yang baik dan bernilai ekonomis. Maka perlu dilakukan pembatasan waktu fermentasi dan banyak starter yang digunakan, karena jika waktu fermentasi singkat maka akan menghasilkan asam glukonat yang rendah, sebaliknya jika waktu terlalu lama maka terjadi over time sehingga asam glukonat tidak terbentuk secara optimal. Banyaknya starter juga mempengaruhi proses fermentasi, jika starter yang ditambahkan sedikit maka asam glukonat yang terbentuk rendah karena mikroba yang ada tidak mampu merombak glukosa secara

optimal, sebaliknya jika terlalu banyak starter maka terjadi kompetisi antar mikroba dalam mempertahankan hidup dan berkembang, sehingga asam glukonat yang dihasilkan tidak optimal.

Tabel Karakteristik Umum Asam Glukonat

Gambar 2. Jalur Umum Pembuatan Asam Glukonat

Produk Turunan dari Asam Glukonat dan Aplikasinya

Asam glukonat terutama bentuk garamnya seperti sodium glokonat memiliki banyak kegunaan dalam bidang kimia, farmasi (misal defisiensi besi dan kalsium), makanan, minuman, tekstile dan industri lainnya. Asam glukonat juga dipakai untuk melarutkan fosfat dan aditif pada semen yang digunakan dalam industri konstruksi agar tahan terhadap kondisi cuaca yang ekstrim. Lebih dari 50.000 ton asam glukonat dihasilkan per tahunnya menggunakan Aspergillus niger yang ditumbuhkan pada glukosa atau corn steep liquor secara aerob dengan suhu 30oC pH 6 – 7 selama 20 jam dengan hasil mencapai 90%. Sankpal dan Kulkami (2002) telah melakukan fermentasi asam glukonat menggunakan sel amobil dari A. niger pada media selulosa dengan porositas yang tinggi. Tertahannya biomassa dalam media amobil akan mempercepat produksi asam glukonat secara kontinyu dan memaksimalkan konsentrasi produk. Fermentasi berlangsung pada suhu 30oC dan pH 6,5 yang diatur dengan menambahkan NaOH 45%. Medium fermentasi secara kontinyu dimasukkan dalam fermentor. Anti buih diberikan tiap 1,5 jam. Fermentor bekerja berdasar prinsip kemostat dengan pengaturan suhu, suplai oksigen dan pengeluaran gas.

Pada produksi asam glukonat secara kontinyu ini biomassa ditahan oleh filter yang dihubungan dengan fermentor. Fermentor, medium dan larutan NaOH disterilkan secara eksternal dalam autoklaf besar.Selain dengan menggunakan filter, penahanan sel dapat dilakukan menggunakan teknik amobilisasi. Amobilisasi

biomassa dilakukan dalam fluidized bed reactor yang bekerja pada volume 0,9 liter. Untuk amobilisasi biomassa, sekitar 350 g porous sinter glass beads ditambahkan dalam fluidized bed reactor.

III.

ALAT DAN BAHAN 4.1 Alat 1. Fermentor berbentuk erlenmyer 1000 ml yang dilengkapi dengan aerasi dan saluran pengambilan sampel 2. Penutup fermentor yang dilengkapi leher angsa dan saluran aerasi 3. Inkubator yang dilengkapi pengatur suhu 4. Botol botol sampel 5. Peralatan titrasi: buret, erlenmyer 50 ml, corong kaca , statif, klem dll.

4.2 Bahan 1. Media Pertumbuhan dengan komposisi sebagai berikut dalam 60 ml a. Sukrosa

15gr

c. KH2PO4

225mg

b. (NH4)2SO4

450mg

d.

2gr

Yeast Extract

e. Aquadest 2. Media produksi/ fermentasi dengan komposisi sebagai berikut dalam 540 ml a. KH2PO4

0,0135gr

d.

b.

81gr

e. MgSO4.7H2 0,0133gr

0,054gr

f. Aquadest

Sukrosa

c. NH4NO3

IV.

KH2PO4

0,0135gr

PROSEDUR PERCOBAAN

5.1 Pembuatan media pertumbuhan 1.

Buat media aktivasi sebanyak 100 ml dan media produksi sebanyak 700 ml kemudian sterilkan.

2.

Masukkan jamur Aspergillus Niger ke dalam media aktivasi.

3.

Tuangkan media aktivasi ke dalam media produksi.

4.

Inkubasi dalam incubator shaker selama 48 jam pada suhu 30oC.

5.

Masukan biakan dalam media pertumbuhan sebanyak 100 ml ke dalam wadah penampung media produksi.

6.

Pasang penutup fermentor yang berisi H¬2SO¬4 yang sudah steril.

7.

Masukan kedalam incubator pada suhu 28-29oC.

5.2 Pengambilan sampel 1. Lakukan sampling setiap 12 jam atau sesuai instruksi pembimbing sebanyak 10 ml melalui saluran pengambilan sampel. 2. Titrasi sampel dengan NaOH 0,05M. Catatan : Semua pekerjaan dilakukan secara aseptis.

V.

DATA PENGAMATAN a. Pengukuran kadar glukosa pada larutan baku glukosa Konsentrasi glukosa

% Brix

(%v/v)

Konsentrasi

%Brix

glukosa(%v/v)

1

8,7

10

13,8

2

10

12

14,3

4

11,2

15

14,7

6

12,5

18

15,1

8

13,2

20

15,2

b. Pengukuran kadar glukosa pada sampel No.

Waktu (jam)

% Brix

1

0

12,6

2

19

12,55

3

25

12,5

4

44

12,35

5

50

12,2

6

69

12,1

7

75

12,0

8

94

11,9

9

100

11,7

10

109

11,6

c. Pengukuran Konsentrasi asam glukonat No.

Waktu (jam)

Volume Asam

Volume NaOH

glukonat (mL)

(mL)

1

0

5

0,12

2

19

5

0,22

3

25

5

0,28

4

44

5

0,36

5

50

5

042

6

69

5

0,58

7

75

5

0,64

8

94

5

0,72

9

100

5

0,80

10

119

5

0,86

Rata-rata volume NaOH

PENGOLAHAN DATA a. Pembuatan Kurva Kalibrasi konsentrasi Glukosa

Kurva Kalibrasi brix (%) terhadap konsentrasi glukosa (%v/v) 20 y = 0.3172x + 9.8246 R² = 0.8713

15

brix( %)

I.

0,5

10 5

0 0

5

10

15

konsentrasi glukosa (%v/v)

20

25

b. Perhitungan Kadar Glukosa Dalam Sampel Pada Sampel 0, % brix = 12,6 y = 0.3172x + 9,8246 12,6 = 0.3172x + 9,8246 x = 8,75%

Pada sampel 1, % brix = 12,55 y = 0.3172x + 9,8246 12,55= 0.3172x + 9,8246 x = 8,59%

Pada Sampel 2, % brix = 12,5 y = 0.3172x + 9,8246 12,5= 0.3172x + 9,8246 x = 8,43%

Pada Sampel 3, % brix = 12,35 y = 0.3172x + 9,8246 12,35 = 0.3172x + 9,8246 x = 7,96%

Pada Sampel 4 , % brix = 12,2 y = 0.3172x + 9,8246 12,2 = 0.3172x + 9,8246 x = 7,4886%

Pada Sampel 5, % brix = 12,1 y = 0.3172x + 9,8246 12,1 = 0.3172x + 9,8246 x = 7,17%

Pada Sampel 6, % brix =12,0 y =0.3172x + 9,8246 12,0 =0.3172x + 9,8246 x = 6,86%

Pada Sampel 7, % brix = 11,9 y = 0.3172x + 9,8246 11,9 = 0.3172x + 9,8246 x = 6,54%

Pada Sampel 8, % brix = 11,7 y =0.3172x + 9,8246 11,7= 0.3172x + 9,8246 x = 5,91%

Pada Sampel 9, % brix = 11,6 y = 0.3172x + 9,8246 11,6= 0.3172x + 9,8246 x = 5,6%

Grafik Kadar Glukosa sisa dalam sampel terhadap waktu Fermentasi

Grafik Kadar Glukosa terhadap Waktu 10 9 8

kadar glukosa

7 6

y = -0.0284x + 9.0224 R² = 0.9756

5 4

3 2 1 0 0

20

40

60

80

100

120

140

waktu (jam)

a. Perhitungan Konsentrasi Asam Glukonat Pada Sampel 1 :

Pada Sampel 2 :

VNaOH × MNaOH = VAsam glukonat × M Asam glukonat

VNaOH × MNaOH = VAsam glukonat× M Asam glukonat

0,12 × 0,05 =

0,22× 0,05

5 × M Asam glukonat

M Asam glukonat = 0,0012 M

=

5 × M Asam glukonat

M Asam glukonat = 0,0022 M

Pada Sampel 3 :

Pada Sampel 4 :

VNaOH × MNaOH = VAsam glukonat× M Asam glukonat

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat × M Asam Glukonat

0,28 × 0,05 =

0,36× 0,05

5 × MAsam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0028 M

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0036 M

Pada Sampel 5 :

Pada Sampel 6 :

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat × M Asam Glukonat

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat × M Asam Glukonat 0,58× 0,05

0,42× 0,05

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0042 M

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0058 M

Pada Sampel 7:

Pada Sampel 8:

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat × M Asam Glukonat

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat t × M Asam Glukonat

0,64× 0,05

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

0,72× 0,05

= 0,0064 M

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0072 M

Pada Sampel 9:

Pada Sampel 10:

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat t × M Asam

VNaOH × MNaOH = VAsam Glukonat × M Asam Glukonat

Glukonat

0,86× 0,05

0,8× 0,05

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

=

5 × M Asam Glukonat

M Asam Glukonat

= 0,0086 M

= 0,006 M

konsentrasi asam glukonat (M)

Grafik Konsentrasi Asam Glukonat terhadap Waktu fermentasi 0.01 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0

y = 7E-05x + 0.0011 R² = 0.9898

0

20

40

60

80

100

120

140

waktu (jam)

-

Total Asam Glukonat yang terbentuk 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑀𝑟 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐺𝑙𝑢𝑘𝑜𝑛𝑎𝑡 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑔𝑟𝑎𝑚 0,5𝑚𝑙 𝑥 0,05𝑁 𝑥 196 𝑚𝑜𝑙 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐴𝑠𝑎𝑚 = 5 𝑚𝑙

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐴𝑠𝑎𝑚 =

Total Asam = 0,98 gram/ml

VI.

PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini bertujuan

memahami proses fermentasi asam glukonat secara

aerobik yang dijalankan secara batch. Praktikum ini dilakukan menggunakan biokatalis Aspergilus Niger secara aerobik (ada oksigen) karena proses pertumbuhan fungi ini adalah aerobik sehingga terbentuk metabolit asam glukonat.

Grafik Konsentrasi Asam Glukonat terhadap Waktu fermentasi

10 5

y = -0.0284x + 9.0224 R² = 0.9756

0 0

50

100

150

waktu (jam)

(a)

konsentrasi asam glukonat (M)

kadar glukosa

Grafik Kadar Glukosa terhadap Waktu

0.01 y = 7E-05x + 0.0011 R² = 0.9898

0.005 0 0

50

100

150

waktu (jam)

(b)

Dari grafik a didapatkan bahwa dari waktu ke waktu kadar glukosa semakin menurun, sedangkan pada grafik b didapatkan bahwa semakin lama maka konsentrasi asam glukonat semakin bertambah. Hal tersebut terjadi karena substrat yang ada terkonversi menjadi produk berupa asam glukonat dan proses berlangsung secara batch tidak ada aliran substrat yang masuk sehingga substrat lama kelamaan akan habis. Kurva kalibrasi sendiri dibuat untuk mengetahui kadar glukosa dalam sampel berdasarkan brix saat sampling. Kadar glukosa dalam sampel berbanding lurus dengan nilai brix. Jadi semakin berkurang kadar glukosa dalam sample maka nilai brix nya pun semakin berkurang.

t (jam ) 0 19 25 44 50 69 75 94 100 119

Brix

Konsentrasi Asam Glukonat (M)

Kadar Glukosa (%)

12,6

3

8,75

12,55

5

8,59

12,5

10

8,43

12,35

11,3333

7,96

12,2

12

7,4886

12,1

13

7,17

12,0

14,3333

6,86

11,9

15

6,54

11,7

15,3333

5,91

11,6

16,3333

5,6

Berdasarkan praktikum kali ini (dapat dilihat dari data di atas), hasil perolehan konsentrasi asam glukonat terbesar adalah 16,33 M dengan brix 11,6 dan kadar glukosa 5,6%. Hal tersebut sesuai dengan teori bahwa semakin besar konsentrasi asam glukanot, maka nilai brixnya akan semakin menurun karena konsentrasi gula (sukrosa) semakin menurun. VII. KESIMPULAN Aerob (Fermentasi Asam Glukonat) 1. Komposisi media fermentasi untuk pertumbuhan adalah sukrosa, Amonium Sulfat, Pottasium Fosfat, yeast extract, dan aquadest sebagai pelarut. Dan untuk media produksi yaitu Pottasium fosfat, sukrosa, amonium nitrat, magnesium sulfat , dan aquades untuk melarutkan. 2. Kondisi untuk pembentukan asam glukonat adalah dengan pH antar 6-6,5, dan temperature sekitar 300C. Dilakukan dengan aerob, dibantu dengan aerasi dan pengadukan. 3. Tahap pembentukan asam glukonat adalah, mutarorasi dari α-D-Glukosa menjadi β-DGlukosa lalu oksidasi menjadi glucono-δ-lactone dengan bantuan enzim glucose oxidase dari aspergillus niger, lalu dikonversi menjadi asam Glukonat. Asam glukonat yang didapat sebanyak 0,98 gram VIII. DAFTAR PUSTAKA

Anastassiadis, S and Hans-Jürgen Rehm. 2006. Continuous gluconic acid production by Aureobasidium pullulans with and without biomass retention. Electronic Journal of Biotechnology. Vol.9 No.5, Issue of October 15 Anonim, 1987, ”Bioproses Dalam Industri Pangan”. PAU Pangan dan Gizi UGM. Penerbit Liberty. Jogjakarta Anonim, 2005, http//www.digilib.its.ac.id/detil.php Artikelteknikkimia.com/2012/03/tes-jurnal-praktikum-mikrobiologi-jilid ejournal.litbang.2010.depkes.go.id/index.php/pgm/article/view. Firman, dan Aryantha, 2003. “Eksplorasi dan Isolasi Enzim Glukosa Oksidasedari FungiInperfekti (Genus Penicillium dan Aspergillus)Indigenus”. KPP Ilmu Hayati LPPM ITB Kent A James, 1983, “Riegel’s Hand Book of Industrial Chemistry”, Van Nostrand Reindhold Company, New York. Michael J Waites, 2001, ”Industrial Microbiology An Intoduction”, Blackwell sciene. Oxford Sumitra Ramachandran, P. F, Ashok Pandey, Christian Larroche. 2006. Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production. 44: 185-195. Waites, M.J., N.L. Morgan., J.S. Rockey and G. Higton. 2005. Industrial Microbiology. An Introduction. Blackwell Publishing Co. Oxford.

Fermentasi Anerob ( Ethanol ) Oleh Saccharomyces cerevisiae I.TUJUAN a. Memahami proses fermentasi ethanol secara anaerobik yang dijalankan secara batch b. Menguasai teknik pembuatan inokulum dan persiapan untuk fermentasi anaerobik c. Menentukan kurva kalibrasi untuk konsentrasi ethanol dan konsentrasi sukrosa terhadap indeks bias d. Menentukan kurva kalibrasi perubahan konsentrasi sel, konsentrasi ethanol dan konsentrasi substrat sisa terhadap waktu II.DASAR TEORI Pembuatan etanol dapat dilakukan dengan hidrasi etilen dan fermentasi (Kirk, 1951). Proses hidrasi etilen tidak cocok dikembangkan di Indonesia karena cadangan minyak bumi yang semakin sedikit. Sebaliknya, proses fermentasi sangat mungkin untuk dikembangkan di Indonesia. Etanol dapat diproduksi dengan cara fermentasi bahan mentah mono/disakarida (gula tebu, tetes tebu), bahan berpati (jagung, padi, umbi), dan bahan berselulosa (kayu, limbah pertanian) (Bailey, 1986). Dengan potensi yang sangat besar sebagai negara agraris, pengembangan etanol secara fermentasi di Indonesia sangat mungkin dilakukan. Proses fermentasi etanol dapat dilakukan secara curah/batch maupun secara sinambung/kontinyu. Proses batch dilakukan dengan cara yang sederhana sehingga produktivitasnya rendah, membutuhkan waktu yang lama, dan biaya buruh tinggi (Bohnet, 2003). Hal tersebut berbeda dengan fermentasi secara kontinyu yang mempunyai produktivitas tinggi dan kebutuhan biaya buruh rendah. Produktivitas etanol dengan proses kontinyu adalah sekitar tiga kali proses batch. Oleh karena itu, untuk hasil yang sama dibutuhkan reaktor batch sebanyak tiga kali lipat reaktor kontinyu (Bohnet, 2003). Penelitian terdahulu dengan bahan dan yeast yang sama menunjukkan perbedaan produktivitas antara proses batch dan kontinyu. Kadar gula awal sama yaitu 10% (v/v), percobaan batch menghasilkan produktivitas etanol sebesar 1,8 gram/ljam dengan yield produk 23,67%. Pada percobaan kontinyu didapat nilai produktivitas sebesar 30,09 gram/ljam dengan yield produk sebesar 49,22% (Widjaja, 2007). Saccharomyces cerevisiae telah lama digunakan dalam industri alkohol dan minuman berakohol sebab memiliki kemampuan dalam memfermentasi glukosa menjadi ethanol. Hal yang menarik bahawa proses fermentasi dalam khamir tersebut berlangsung dalam keadaan anaerob. Fermentasi ethano oleh ragi jenis ini Saccharomyces cerevisiae akan berjalan secara optimal pada temperatur 32℃ dengan pH medium 4,5.

Proses fermentasi menggunakan teknik Fed batch diketahui memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada teknik batch. Menurut pasteur, keberadaan oksigen akan menghambat jalur fermentasi di dalam sel khamir sehingga sumber karbon yang ada akan digunakan melalu jalur respirasi (Pasteur effect). Berdasarkan fenomena ini, seharusnya produksi ethanol oleh khamir terjadi pada kondisi anaerob. Namun ternyata, Pasteur effect pada sel khamir diamati pada sel stationer, sedangkan produksi alkohol terjadi ketika sel berada pada fase pertumbuhan (fase log). Hal inilah yang diduga bahwa Pasteur effevt bukan fenomena yan terjadi saat produksi ethanol oleh Saccharomyces cerevisiae. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, dibandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa dapat menghasilkan 38 molekul ATP. Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergant jenis gula yang digunakan tetai pada umumnya melibatkan jalur glikolisis yang merupakan bagian awal daru tahap respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan. Reaksi : Gula (C6H12O6) asam piruvat (glikolisis) Dekarbeksilasi asam piruvat. Asam piruvat asetaldehid + CO2 Piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenasi diubah menjadi ethanol. 2 CH3CHO + 2 NADH2 2 C2H5OH + 2 NAD Alcohol dehidroginase enzim

Ringkasan Reaksi : C6H12O6

2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP(energi yang dilepaskan 118 kJ/mol)

Laju pengurangan konsentrasi substrat 𝑪𝒔 𝑽 = 𝑽𝒎𝒂𝒙 𝒌𝒔 + 𝑪𝒔 𝑽=

𝒅𝑪𝒑 −𝒅𝑪𝒔 = 𝒅𝒕 𝒅𝒕

𝒅𝒙 𝑽 = 𝒅𝒕 𝒙

III. ALAT DAN BAHAN Bahan yang digunakan :

Alat yang digunakan :

a.

a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k.

b. c.

d.

fermipan sebagai sumber bakteri Saccharomyces cerevisiae Alcohol Media aktivas dalam 100ml  Fermipan  Glukosa 2 gram  Yeast Extract 0,5 gram  Pepton/Tripton 0,5 gram  Extract Malt 0,5 gram  aquadest hingga 100 mL Media fermentasi 900 mL  Glukosa 143,4375 gram  MgSO4.7H2O 0,02390 gram  (NH4)2SO4 0,095625 gram  KH2PO4 0,02390 gram  Aqudes hingga 900 mL

Fermentor 1 L Botol Sampel Bunsen Labu Erlenmeyer Beaker glass Gelas ukur Pipet tetes Refraktometer Shaker Incubator Neraca teknis

IV.LANGKAH KERJA 3.1.1 Pembuatan Media Pertumbuhan Komposisi media yang telah dihitung ditimbang

Komposisi media yang telah ditimbang dilarutkan dengan 750 mL aquades dan dipanaskan di atas hot plate

Erlenmeyer di tutup dengan kapas berlemak berlapis kasa dan tutup juga dengan kertas

Media disterilisasi pada auto clave, pada T : 121ºC ; t : 15 menit ; dan P : 1,2 bar

Setelah disterilisasi media didinginkan dan disimpan di show case

3.1.2 Pembuatan inokulum

Komposisi media yang telah dihitung ditimbang

Komposisi media yang telah ditimbang dilarutkan dengan 750 mL aquades dan dipanaskan di atas hot plate

Erlenmeyer di tutup dengan kapas berlemak berlapis kasa dan tutup juga dengan kertas

Media disterilisasi pada auto clave, pada T : 121ºC ; t : 15 menit ; dan P : 1,2 bar

Media yang telah steril didinginkan sampai pada suhu ruang (25ºC)

Setelah media dingin, disiapkan jarum ose, pembakar spirtus, dan Kultur murni jamur Aspergilus niger disiapkan

Proses dilakukan di Laminar Air Flow dan secara aseptis. Pembakar spirtus dinyalakan dan jarum ose dipijarkan pada pembakar spirtus

Tutup tabung kultur jamur dibuka dan dilewatkan pada api

Bakteri yang ada di tabung kultur diambil dengan jarum ose lalu di inokulasikan pada media pertumbuhan

Media berisi bakteri diinkubasi pada inkubator shaker selama 1 x 24 jam dengan suhu ± 32ºC

3.1.3 Proses Fermentasi Anaerob

Media pertumbuhan (inokulum) yang ada pada Erlenmeyer 100 mL sebanyak 2 buah dan media fermentasi disiapkan. Proses dilakukan di Laminar Air Flow dan dilakukan secara aseptis

Inokulum dimasukkan ke dalam media fermentasi dilakukan secara aseptis

Tutup erlenmeyer dan diinkubasi pada inkubator shaker pada suhu ± 32ºC dan waktu tertentu

Untuk t0, langsung dilakukan sampling dengan dipipet 5 mL dan dimasukkan ke dalam botol sampling steril. Sampling dilakukan secara aseptis

Untuk t1-t12 sampling dilakukan sesuai dengan waktunya. Sampling dilakukan selama 15 hari setiap 3 jam

Setelah dilakukan 13 sampling, dilakukan pengukuran terhadap %brix, indeks bias

3.1.4 Pembuatan Kurva Kalibrasi

Larutan gula 10% dibuat dan dan di campurkan dengan ethanol dengan beberapa variasi (2% ; 4% ; 6% ; 8% ; 10% ; 15% ; 20%

Diukur indeks bias dari masing masing variasi konsentrasi 3.2 Keselamatan Kerja 1.

Selama praktikum, mahasiswa harus menggunakan sepatu tertutup, jas lab, masker, dan p enutup kepala.

2.

Jangan tinggalkan pemanas (hot plate atau water bath) tanpa pengawasan.

3.

Hindari ceceran atau tumpahan cairan mengenai peralatan listrik untuk mencegah terjadin ya hubungan arus pendek listrik.

4.

Hati-hati dengan penggunaan pembakar spiritus.

5. Lakukan pengerjaan aseptis dengan benar agar tidak terjadi kontaminasi.

V.DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA a. Indeks Bias Sampel t

t (jam)

Indeksbias

Brix

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 15 40 47 56 63 80 93 110 120

1,3575 1,3581 1,3596 1.3600 1,3602 1,3605 1,3609 1,3611 1,3612 1,3615

14,7 14 12,6 12,3 12 11,9 11,6 11,5 11 10,8

b. Data Kurva Kalibrasi Larutan Etanol Konsentrasi Indeks Ethanol Bias (%) 20 15 10 8 6 4 2 1

1,3623 1,3608 1,3592 1,3587 1,3582 1,3577 1,3573 1,3569

Kurva Kalibrasi Indeks Bias terhadap Konsentrasi Etanol (%) 1.363 y = 0.0003x + 1.3566 R² = 0.9961

Indeks Bias

1.362 1.361 1.36 1.359 1.358

1.357 1.356 0

5

10

15

Konsentrasi Etanol (%)

c. Data Kurva Kalibrasi Larutan Glukosa Konsentrasi Sukrosa (%)

Brix

10 30 50 100 140 160 180 200

0,00 3,50 5,00 9,80 12,90 15,23 17,14 19,05

20

25

Kurva kalibrasi Brix vs Konsentrasi glukosa (g/L) 25.00

Brix

20.00

y = 0.0956x - 0.0689 R² = 0.9951

15.00 10.00 5.00 0.00 0

50

100

150

200

250

Konsentrasi Glukosa (g/L)

 Hasil Analisa Sampel Berdasarkan literature  Indeks biasa alkohol pada 20 oC : 1.361  Indeks bias sukrosapada 20 oC

: 1.296

Penentuan konsentrasi etanol dan sukrosa dilakukan dengan cara mensubstitusikan nilai indeks bias ke dalam persamaan garis pada kurva kalibrasi. Pada kurva kalibrasi larutan etanol didapatkan persamaan y = 0,0003x + 1,3566 dan untuk kurva kalibrasi sukrosa didapat persamaan y = 0,0956x - 0,0689 dengan y merupakan nilai indeks bias atau nilai brix dan x sebagai konsentrasi etanol/glukosa dalam % massa. Konsentrasi etanol (x) =

indeksbiassampel(y)- 1,3566

Konsentrasi sukrosa (x) =

0,0003 indeksbias(y)+0,0689 0,0956

Maka didapatkan data konsentrasi etanol dan sukrosa dalam sampel : t (jam )

Indeks bias

0 15 40 47 56 63 80 93 110 120

1,3575 1,3581 1,3596 1,36 1,3602 1,3605 1,3609 1,3611 1,3612 1,3615

Brix 14,7 14 12,6 12,3 12 11,9 11,6 11,5 11 10,8

%Etanol

Glukosa (g/L)

3 5 10 11,3333 12 13 14,3333 15 15,3333 16,3333

154,4864 147,1642 132,5199 129,3818 126,2437 125,1977 122,0596 121,0136 115,7835 113,6914

Konsentrasi Etanol (%)

Kurva Pengaruh Waktu Terhadap Konsentrasi Etanol (%) 20 y = 0.1084x + 4.7707 R² = 0.9093

15 10 5 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Waktu (Jam)

Kurva Pengaruh Waktu terhadap Konsentrasi glukosa (g/L)

konsentrasi Glukosa (g/L)

180 160 140 120 100 y = -0.3199x + 148.71 R² = 0.9168

80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

waktu (jam)

100

120

140

VI. PEMBAHASAN Pada praktikum anaerobik

yang

kali ini bertujuan

dijalankan

secara

memahami proses fermentasi ethanol secara

batch.

Praktikum

ini dilakukan menggunakan

biokatalis Saccharomyces cerevisiae secara anaerobik (tidak ada oksigen) untuk mencegah terjadinya perubahan jalur metabolisme biokatalis terbentuk

metabolit ethanol. Sedangkan

Saccharomyces cerevisiae sehingga

apabila proses

dilakukan

secara

aerob

(ada

oksigen) maka jalur metabolisme biokatalis Saccharomyces cerevisiae akan berubah ke jalur pertumbuhan. Oksigen yang terdapat dalam proses akan digunakan untuk berkembangbiak sehingga diakhir proses yang akan didapat adalah biomassanya. Substrat yang digunakan adalah gula pasir. Adapun reaksi yang terjadi pada fermentasi adalah sebagai berikut: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP Dari reaksi yang ada, menunjukkan bahwa fermentasi etanol akan menghasilkan produk

Kurva Pengaruh Waktu Terhadap Konsentrasi Etanol (%) y = 0.1084x + 4.7707 R² = 0.9093

20 15 10 5 0 0

50

100

waktu (jam)

150

konsentrasi Glukosa (g/L)

Konsentrasi Etanol (%)

samping berupa gas CO2 dan energi berupa panas. Kurva Pengaruh Waktu terhadap Konsentrasi glukosa (g/L) 200 150 100 50 0

(a)

y = -0.3199x + 148.71 R² = 0.9168 0

50

100

150

waktu (jam)

(b)

Dari grafik a didapatkan bahwa dari waktu ke waktu konsentrasi ethanol semakin meningkat, sedangkan pada grafik b didapatkan bahwa semakin lama maka konsentrasi glukosa semakin berkurang. Hal tersebut terjadi karena substrat yang ada terkonversi menjadi produk berupa ethanol ,selain itu juga glukosa dikonversi untuk memperbanyak biomassa serta maintenance mikroba itu sendiri, dan proses berlangsung secara batch tidak ada aliran substrat yang masuk sehingga substrat lama kelamaan akan habis. Kurva kalibrasi sendiri dibuat untuk mengetahui kadar etanol dan gula berdasarkan indeks bias saat sampling sehingga persen etanol yang terbentuk pada proses fermentasi dapat diketahui melalui indeks bias tersebut. Konsentrasi etanol berbanding lurus dengan nilai indeks

bias dan berbanding terbalik dengan nilai brix. Sedangkan konsentrasi gula (sukrosa) berbanding lurus dengan nilai brix dan berbanding terbalik dengan nilai indeks bias. Jadi semakin besar konsentrasi etanol, maka nilai indeks biasnya akan semakin meningkat dan nilai brixnya akan semakin menurun karena konsentrasi gula (sukrosa) semakin menurun. t (jam ) 0 15 40 47 56 63 80 93 110 120

Indeks bias 1,3575 1,3581 1,3596 1,36 1,3602 1,3605 1,3609 1,3611 1,3612 1,3615

Brix 14,7 14 12,6 12,3 12 11,9 11,6 11,5 11 10,8

%Etanol

Glukosa (g/L)

3 5 10 11,3333 12 13 14,3333 15 15,3333 16,3333

32,10146444 53,02196653 105,3232218 119,2702232 126,2437238 136,7039749 150,6509763 157,624477 161,1112273 171,5714784

Berdasarkan praktikum kali ini (dapat dilihat dari data di atas), hasil perolehan % Ethanol terbesar adalah 16,33 % dengan brix 10,8 dan indeks bias 1,3615. Hal tersebut sesuai dengan teori bahwa semakin besar nilai % Ethanol maka nilai indeks bias juga semakin besar dan nilai brix semakin kecil.

VII. KESIMPULAN Anaerob (Fermentasi Asam Glukonat) 1. Untuk mengonversi glukosa menjadi etanol digunakan bacteri saccharomyces cerevisiae. Dengan kondisi pengoprasian secara anaerob dimana perlakuannya seperti agitasi, tidak menggunakan aerasi tambahan, dan ruang untuk oksigen dipersempit. Dan dihasilkan konsentrasi etanol maksimum yang didapat sebanyak 16,33%. 2. Semakin lama waktu pengoprasian maka semakin besar produk yang didapat, semakin banyak produk yang didapat maka semakin berkurang jumlah substrat. Karena substrat telah terkonversi menjadi produk.

VIII. DAFTAR PUSTAKA Bailey, James E. and David F. Ollis, 1986. Biochemical Engineering Fundamentals. 2nd edition. McGraw-Hill Book Co. Singapore.

Bohnet , Mathias et al,2003, Ullmass’s encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Completely Revised Edition Vol, 12, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. K Ga A, Weinheim. Kirk, R. E., and R. F. Othmer, 1951, Encyclopedya of Chemical Technolog, Vol. 9, John Wiley and Sons Ltd, Canada. Widjaja, Tri, 2007. Produksi Etanol Dari Molases Dengan Teknik Immobilized Cell CaAlginale Dalam Bioreaktor Packed Bed, Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia, 15 November 2007, Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS, ISSN 1410-5667.