28
60 120
180 240
300 360
1 2
3 4
5
Sampling Ke- K
o n
se n
tr a
si To
ta l
G u
la g
l
Sirup Glukosa 36 Sirup Glukosa 30
Sirup Glukosa 24 Sirup Glukosa 18
Gambar 10. Sisa Total Gula Selama Fermentasi dalam Substrat Sirup Glukosa.
Penurunan sisa total gula dapat menggambarkan efisiensi pemanfaatan substrat selama fermentasi. Gambar 9 dapat membuktikan
bahwa Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus tidak hanya memecah monosakarida melainkan dapat juga memecah oligosakarida seperti yang
ada pada substrat berupa dekstrin. Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus
dapat memanfaatkan monosakarida dan oligosakarida untuk menghasilkan biomassa dan produk etanol. Dari Gambar 9 dan 10 dapat
dilihat bahwa pemanfaatan substrat pada sirup glukosa masih lebih baik bila dibandingkan pada substrat dekstrin. Dekstrin perlu dipecah dahulu oleh
khamir menjadi bentuk yang lebih sederhana agar dapat dimetabolisme di dalam sel. Sisa total gula pada akhir fermentasi masih cukup tinggi sehingga
efisiensi pemanfaatan substrat masih rendah. Efisiensi pemanfaatan substrat yang rendah dapat ditingkatkan dengan melakukan rekayasa pada proses
fermentasi.
5. Kinetika Fermentasi
Pada proses fermentasi terjadi proses biokonversi substrat menjadi biomassa sel dan produk metabolit. Perhitungan kinetika fermentasi
perlu dilakukan untuk mengetahui efisiensi biokonversi yang terjadi saat proses fermentasi. Parameter kinetika fermentasi dapat menggambarkan
29 efisiensi konversi substrat menjadi biomassa Y xs, substrat menjadi
produk Y ps dan efisiensi biomassa dalam menghasilkan produk Y px. Tabel 2. Nilai Rendemen Biomassa, Substrat dan Produk
Perlakuan X-X
S -S
P Y xs Y ps
Y px
Dekstrin 18 1,30
44,77 12,18
0,029 0,272 9,39
Dekstrin 24 2,03
35,42 15,00
0,057 0,423 7,40
Dekstrin 30 2,27
72,27 17,93
0,031 0,248 7,88
Dekstrin 36 2,28
49,30 21,03
0,046 0,427 9,24
Sirup Glukosa 18 1,82
82,42 18,28
0,022 0,222 10,02
Sirup Glukosa 24 2,66
75,11 28,28
0,035 0,376 10,64
Sirup Glukosa 30 1,43
84,09 20,80
0,017 0,247 14,59
Sirup Glukosa 36 0,72
44,82 20,63
0,016 0,460 28,47
Y xs = X
t
-X ;
Y ps = P ;
Y px = P S
-S
t
S -S
t
X
t
-X Keterangan :
X
t
: bobot biomassa pada saat t; X
: bobot biomassa awal; S
t
: bobot substrat pada saat t; S
: bobot substrat awal; P : produk etanol.
Berdasarkan tabel di atas nilai Y xs tertinggi diperoleh pada fermentasi dekstrin dengan konsentrasi total gula 24 yaitu sebesar 0,057.
Nilai Y xs merupakan rasio antara bobot biomassa dan substrat yang digunakan. Nilai ini menunjukkan rendemen biomassa yang terbentuk per
gram substrat yang digunakan. Nilai Y xs menunjukkan kemampuan mengkonversi substrat menjadi biomassa. Nilai Y xs tertinggi pada deksrin
diperoleh pada fermentasi dekstrin 24 yaitu sebesar 0,057, sedangkan Y xs tertinggi pada sirup glukosa diperoleh dari fermentasi sirup glukosa 24
yaitu sebesar 0,035. Nilai Y xs tersebut menunjukkan bahwa kemampuan khamir dalam mengkonversi substrat menjadi biomassa pada substrat
dekstrin lebih baik dibandingkan pada substrat sirup glukosa. Substrat berupa dekstrin bagus untuk pembentukan sel. Kondisi yang mempunyai
kemampuan konversi substrat menjadi biomassa yang tinggi dapat digunakan untuk proses yang menghendaki jumlah biomassa yang besar.
Salah satunya dapat dimanfaatkan pada industri khamir instan instant yeast
.
30 Nilai Y ps merupakan rendemen produk yang terbentuk per gram
substrat yang digunakan oleh mikroorganisme. Y ps tertinggi diperoleh dari fermentasi sirup glukosa 36 yaitu sebesar 0,46. Perlakuan yang
mempunyai nilai Y ps tertinggi belum tentu menghasilkan jumlah produk yang tertinggi pula, karena nilai Y ps merupakan rasio antara jumlah produk
yang terbentuk dengan substrat yang digunakan. Nilai Y ps yang tinggi menunjukkan bahwa substrat dapat digunakan secara optimal oleh
mikroorganisme untuk menghasilkan produk. Y px tertinggi diperoleh dari fermentasi sirup glukosa dengan konsentrasi total gula 36 , yaitu sebesar
28,47. Nilai Y px merupakan rendemen produk yang dihasilkan per biomassa yang terbentuk.
Berdasarkan nilai efisiensi konversi substrat menjadi biomassa dan produk, nilai rendemen Y xs dan Y ps menunjukkan pola yang hampir
sama. Rendemen biomassa berhubungan erat dengan jumlah produk yang terbentuk. Etanol merupakan produk dominan dalam fermentasi tersebut dan
pembentukannya berasosiasi dengan pertumbuhan biomassa, sehingga etanol dapat disebut sebagai metabolit primer.
Saat keadaan lingkungan tertentu pertumbuhan mikrobial dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
dx = x-x dt
Keterangan :
x : konsentrasi sel t : waktu fermentasi
: laju pertumbuhan spesifik : laju lisis sel yang menghambat pertumbuhan
Pada kondisi yang sesuai maka penurunan massa sel sangat kecil sehingga dapat diabaikan sehingga persamaan diatas menjadi;
dx = x
dt Integrasi dari persamaan 2 untuk menghasilkan nilai peningkatan
massa sel pada suatu selang waktu tertentu adalah;
x1
∫
x2
dx =
t1
∫
t2
dt x
31 sehingga dapat diperoleh persamaan;
ln x
2
= ∆t atau ln x
2
= ln x
1
+ ∆t
x
1
Laju pertumbuhan spesifik bersifat tidak konstan tergantung pada kondisi lingkungan fisik kimianya. Nilai maksimum
maks
dicapai pada kondisi pasokan substrat dan nutrien masih berlebih serta konsentrasi zat-zat
metabolik yang menghambat pertumbuhan masih rendah. Tabel 3. Pemanfaatan Substrat dan
max
.
Perlakuan
maks
jam
-1
S -SS
Dekstrin 18 0,35
0,34 Dekstrin 24
0,36 0,22
Dekstrin 30 0,43
0,33 Dekstrin 36
0,39 0,18
Sirup Glukosa 18 0,32
0,84 Sirup Glukosa 24
0,37 0,47
Sirup Glukosa 30 0,21
0,41 Sirup Glukosa 36
0,27 0,17
Nilai
maks
adalah nilai yang menunjukkan laju pertumbuhan spesifik maksimum saat fermentasi. Pada substrat berupa dekstrin, nilai
maks
tertinggi diperoleh pada konsentrasi substrat 30 yaitu sebesar 0,43 jam
-1
, sedangkan nilai
maks
tertinggi pada sirup glukosa diperoleh pada konsentrasi substrat 24 yaitu sebesar 0,37 jam
-1
. Laju pertumbuhan spesifik dipengaruhi oleh nutrisi dan kondisi lingkungan fermentasi seperti suhu, pH
dan oksigen. Nilai
maks
didapat pada saat pertumbuhan mikroorganisme berada pada fase logeksponensial. Nilai
maks
pada substrat dekstrin cenderung lebih tinggi dibandingkan pada substrat sirup glukosa. Dari nilai
tersebut dapat dilihat bahwa substrat dekstrin baik untuk pertumbuhan sel dibandingkan substrat berupa sirup glukosa.
Nilai S -SS
merupakan parameter yang dapat menunjukkan jumlah substrat yang dimanfaatkan oleh mikroorganisme selama proses
fermentasi. Dari tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai S -SS
tertinggi diperoleh pada fermentasi sirup glukosa 18 , sedangkan nilai S
-SS terendah diperoleh dari fermentasi sirup glukosa 36 . Nilai pemanfaatan
substrat cenderung mengalami penurunan seiring kenaikan konsentrasi gula
32
0.5 1
1.5 2
2.5 3
3.5
6 12
18 24
Waktu jam ke-
To ta
l Bi
o m
a ss
a g
l
Agitasi penuh Agitasi yang dihentikan
pada jam ke-6
dalam substrat. Penurunan tersebut kemungkinan terjadi karena konsentrasi substrat terlalu tinggi yang menyebabkan terjadinya glucose effect sehingga
mengakibatkan pemanfaatan substrat oleh khamir terhambat.
C. REKAYASA PROSES 1. Total Biomassa
