Selection and Characterization of Local Yeast Isolates for Ethanol Production

 
 

SELEKSI DAN KARAKTERISASI KHAMIR ISOLAT LOKAL
UNTUK PRODUKSI ETANOL

UKIT

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2013

 
 

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Seleksi dan Karakterisasi Khamir
Isolat Lokal untuk Produksi Etanol” adalah karya saya bersama komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi

mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2013

Ukit
NRP. G351100241

 
 

ABSTRACT
UKIT. Selection and Characterization of Local Yeast Isolates for Ethanol
Production. Supervised by ANJA MERYANDINI and TITI CANDRA
SUNARTI.

Production of ethanol can utilize carbohydrate biomass such as simple
sugar, starch and lignocelluloses. Yeast can directly used the simple sugars and
lignocelluloses convert it into ethanol. Starch cellulose should be hydrolyzed
before used as fermentable sugar in bioethanol production. The objectives of this

study were to select yeast based on its capability to produce ethanol from various
kinds of sugar. Five local isolates from rotten fruts and Saccharomycers cerevisae
and Saccharomycers ellipsoids were examined its capability to metabolize and to
produce ethanol from there sugars. The result showed that highest yield of
bioethanol obtained from R isolate (31.04 g/l of ethanol) by using glucose as
substrate, T isolate in mannose (20.80 g/l) end E isolate (6.67 g/l) in xylose, lower
compared to Saccharomycers ellipsoids in maltose (33,62g/l) and by using
maltodextrin (4.70 g/l) as sole carbon sources.
Keywords: ethanol, yeast, local isolates, lignocellulose, starch

 
 

RINGKASAN
UKIT. Seleksi dan Karakterisasi Khamir Isolat Lokal untuk produksi Etanol.
Dibimbing oleh ANJA MERYANDINI dan TITI CANDRA SUNARTI.

Produksi etanol dapat menggunakan biomassa karbohidrat berupa gula
sederhana, pati dan lignoselulosa. Pati tersusun atas beberapa komponen
oligosakarida salah satunya ialah maltodekstrin yang dapat dihidrolisis dengan

bantuan enzim menjadi maltosa dan glukosa. Biomassa lignoselulosa merupakan
senyawa kompleks, terdiri atas tiga komponen utama yaitu, selulosa, hemiselulosa
dan lignin. Khamir dapat mengkonversi gula sederhana menjadi etanol, sedangkan
pati harus dikonversi dulu menjadi glukosa secara enzimatik atau kimiawi,
kemudian difermentasi oleh khamir menjadi etanol.
Penelitian ini bertujuan menyeleksi khamir berdasarkan kemampuannya
menghasilkan etanol pada berbagai jenis gula. Pada penelitian ini digunakan
5 isolat Pichia spp. (isolat R, P, G, T dan E) dan 2 isolat Saccharomyces spp.
(isolat Saccharomyces cerevisiae/Sc dan Saccharomyces ellipsoids/Se) sebagai
isolat pembanding. Khamir terseleksi mampu menghasilkan etanol dari sumber
gula sederhana (glukosa, manosa, dan xilosa) yang merupakan sebagian besar
gula hasil hidrolisat lignoselulosa, serta maltosa dan maltodekstrin yang
merupakan hasil hidrolisat pati. Karakterisasi isolat lokal dilakukan dengan
melihat pertumbuhan pada media Oxidative Fermentative (OF) dan kurva
pertumbuhan khamir. Seleksi khamir dilakukan dengan melihat pertumbuhan pada
substrat yang terdiri atas glukosa, manosa, xilosa, maltosa dan maltodekstrin.
Pengamatan dilakukan dengan mengukur produksi bioetanol oleh khamir
potensial pada berbagai substrat menggunakan alkohol meter, piknometer dan
Gas Chromatography.
Berdasarkan hasil penelitian ini diketahui bahwa Pichia spp. dan

Saccharomyces spp. yang ditumbuhkan pada media PDB secara umum
menunjukkan massa sel tertinggi pada jam ke-18 dan mulai turun jam pada ke-21,
namun laju pertumbuhan spesifik tertinggi dicapai antara jam ke-6 (isolat P, G dan
Se) dan jam ke-12 (isolat R, T, E dan Sc ). Kemampuan fermentasi dengan
menggunakan media oxidative fermentative (OF) memperlihatkan pemanfaatan
berbagai macam gula selama 72 jam oleh isolat Pichia spp. dan Saccharomyces
spp. Isolat Pichia spp. dan Saccharomyces spp. dapat menggunakan substrat
glukosa dan manosa untuk proses fermentasi. Maltodekstrin dimanfaatkan hanya
oleh Se. Substrat xilosa dan maltosa tidak dapat dimanfaatkan oleh
Saccharomyces spp dan Pichia spp dalam proses fermentasi
Kemampuan khamir dalam memproduksi etanol melalui fermentasi,
selama 96 jam, suhu 30 0C dalam sistem tertutup dengan agitasi 100 rpm
menunjukkan bahwa hampir semua pH pada akhir fermentasi menurun kecuali
pada substrat maltosa oleh Pichia spp., substrat xilosa oleh isolat P, E, dan isolat
pembanding, serta substrat maltodekstrin oleh isolat P dan E. Kadar biomassa sel
yang tertinggi dihasilkan oleh isolat E dengan substrat glukosa sebesar 6.71 g/l
sedangkan kadar biomassa sel terendah diperoleh pada isolat Pichia spp. dengan
substrat maltosa sebesar 0,69 g/l dan pada isolat pembanding pada substrat xilosa

 

 

0.6 g/l. Etanol tertinggi dihasilkan oleh isolat R pada substrat glukosa sebesar
39.930 g/l. Etanol tertinggi dari substrat manosa dihasilkan oleh isolat T sebesar
39.05 g/l sedangkan dari substrat xilosa kadar etanol tertinggi dihasilkan oleh
isolat E sebesar 1.05 g/l dan isolat Se memiliki kadar tertinggi pada substrat
maltosa dan maltodekstrin sebesar 30.270 dan 3.30 g/l. Total asam tertinggi
diperoleh dari isolat T pada substrat glukosa. Nilai yield fermentasi terdiri atas
(∆S/S), Yp/s, Yx/s dan Yp/x. Efisiensi pemanfaatan substrat (∆S/S) tertinggi
terjadi pada fermentasi menggunakan substrat glukosa sebesar 0.819 pada isolat
R. Yield produk tertinggi didapat dari substrat glukosa dengan nilai 0.525 pada
isolat R yang menunjukkan isolat R lebih memanfaatkan substrat menjadi etanol
daripada biomassa. Nilai Yx/s terendah pada substrat glukosa pada isolat G
sebesar 0.049 yang menunjukkan bahwa isolate G lebih memanfaatkan substrat
menjadi etanol daripada pembentukan biomassa. Nilai yield produk perbiomassa
(Yp/x) tertinggi menggunakan substrat glukosa pada isolat R sebesar 0.993, hal
ini menunjukkan substrat glukosa efisien digunakan dalam pembuatan etanol.
Produksi bioetanol khamir potensial pada berbagai substrat sumber karbon
memiliki kadar etanol tertinggi dari isolat R pada glukosa sebesar (31.04 g/l),
isolat T pada manosa sebesar (20.80 g/l), isolat E dari xilosa sebesar (6.67 g/l) dan

isolat Se pada maltosa dan maltodekstrin sebesar (33.62 g/l dan 4.70 g/l).
Kata Kunci: etanol, khamir, isolat lokal, lignoselulosa, pati

 
 

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan
laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan
tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh
Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

 
 

SELEKSI DAN KARAKTERISASI KHAMIR ISOLAT LOKAL
UNTUK PRODUKSI ETANOL

UKIT

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Mikrobiologi

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2013

 
 

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Suryani, M.Sc

 
 

Judul Tesis
Nama
NIM

: Seleksi dan Karakterisasi Khamir Isolat Lokal untuk
Produksi Etanol
: Ukit
: G351100241

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Anja Meryandini, M.S.

Dr. Titi Candra Sunarti, M. Si.

Ketua

Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi

Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Mikrobiologi

Prof. Dr. Anja Meryandini, M.S.

Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr.

Tanggal Ujian: 14 Desember 2012

Tanggal Lulus:

 

 

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini berjudul
”Seleksi dan Karakterisasi Khamir Isolat Lokal untuk Produksi Etanol” Penulis
mengucapkan terimakasih kepada Ibu Prof. Dr. Anja Meryandini, M.S dan Ibu
Dr.Titi Candra Sunarti, M. Si selaku pembimbing yang telah meluangkan waktu,
pikiran, tenaga, semangat dan motivasi dalam membimbing penyelesaian karya
ilmiah ini. Ucapan yang sama penulis tujukan kepada Ketua dan staf Program
Studi Mikrobiologi FMIPA IPB yang telah membantu proses pendidikan dan
berlangsungnya penelitian. Penghargaan dan ucapan terimakasih penulis
sampaikan kepada Departemen Agama dalam program beasiswa yang
dilaksanakan oleh Direktorat Pendidikan Tinggi Islam, Bapak Rektor dan Bapak
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung yang
telah memberikan kesempatan untuk melanjutkan pendidikan Pascasarjana.
Penghargaan penulis sampaikan kepada staf laboran di laboratorium Mikrobiologi
IPB, laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis (PPSHB-IPB), laboratorium
Bioindustri TIN (Fateta-IPB), Mikrotropisian 2010 dan 2009, teman-teman
seperjuangan di laboratoirum Bioteknologi Hewan dan Biomedis. yang telah
banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian. Rasa terimakasih juga

disampaikan kepada suami tercinta Iwan Ridwan Yusup, M.Pd serta Bapak
Dadang Rosita dan Mama Nani Eli, serta kakak Dr. Aep Patah dan Dr. Lamona
Bernawis, adik-adik tercinta Deden Sutardi, S.Si, Neng Leni dan Zelpa, Asep
Karnida dan neng Tika, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Januari 2013
Ukit

 
 

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 26 Januari 1982 sebagai anak
kedua dari enam bersaudara dari pasangan Dadang Rosita dan Nani Eli.
Pendidikan Sarjana ditempuh di Program Studi Pendidikan Biologi, Fakultas
Tarbiyah dan Keguruan UIN Sunan Gunung Djati Bandung, lulus tahun 2006.
Kesempatan untuk melanjutkan ke Program Magister pada Program Studi
Mikrobiologi IPB diperoleh pada tahun 2010 dengan beasiswa dari Departemen
Agama dalam program beasiswa yang dilaksanakan oleh Direktorat Pendidikan
Tinggi Islam.

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR GAMBAR

xv

DAFTAR LAMPIRAN

xvi

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
Bioetanol
Khamir untuk Produksi Etanol
Substrat untuk Produksi Etanol
Metabolisme Gula pada Khamir
Karakterisasi Khamir dengan Media Oxidative Fermentative

1
2

3
3
4
8
10

BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat
Bahan
Alat
Metode Penelitian
Penentuan Kurva Pertumbuhan
Seleksi dan Karakterisasi Khamir untuk Produksi Etanol
Produksi Etanol pada Khamir Potensial pada Berbagai Substrat

13
13
13
13
13
14
15

HASIL
Kurva Pertumbuhan
Seleksi dan Karakterisasi Khamir untuk Produksi Etanol
Produksi Etanol oleh Khamir Potensial pada Berbagai Substat

17
17
24

PEMBAHASAN

25

SIMPULAN DAN SARAN

33

DAFTAR PUSTAKA

35

LAMPIRAN

41

DAFTAR TABEL

Halaman
1 Macam-macam mikroorganisme penghasil etanol

4

2 Pemanfaatan berbagai macam gula selama 72 jam oleh isolat
Pichia spp. dan Saccharomyces spp.

18

3 Produksi etanol oleh khamir potensial pada berbagai substrat

24

DAFTAR GAMBAR

Halaman
1 Struktur amilosa dan amilopektin

5

2 Jalur pemanfaatan maltosa dan maltodekstrin

5

3 Stuktur lignoselulosa yang mengalami peluruhan oleh pendahuluan

6

4 Hidrolisis selulosa oleh tiga jenis enzim

7

5 Komponen monomer dari hemiselulosa

8

6 Metabolisme hexosa melalui jalur EMP

9

7 Jalur fermentasi etanol

10

8 Kurva tumbuh Pichia spp. dan Saccharomyces spp. media PDB
Dengan agitasi 100 rpm selama 72 jam

17

9 pH akhir medium pada ketujuh isolat pada berbagai substrat gula

19

10 Biomassa sel pada ketujuh isolat dalam berbagai substrat gula

19

11 Kadar etanol oleh ketujuh isolat (g/l)

20

12 Total asam ketujuh isolat pada berbagai substrat gula (g/l)

21

13 Efisiensi pemanfatan substrat oleh ketujuh isolat (∆S/ S)

22

14 Yield produk (Yp/s) oleh ketujuh isolat

23

15 Yield Biomassa (Ys/x) ketujuh isolat

24

16 Yield produk per biomassa (Y p/x) ketujuh isolat

24

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
1 Prosedur analisis parameter

41

2 Penentuan kadar total gula Metode Phenol H2SO4, (Dubois 1956)

43

3 Karakterisasi fermentasi

47

4 Perhitungan energi bebas ∆G (Madigan et al. 2012)

50

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Semakin meningkatnya jumlah penduduk di dunia mengakibatkan
peningkatan kebutuhan penggunaan bahan bakar khususnya bahan bakar fosil.
Penggunaan bahan bakar fosil tersebut menimbulkan dampak negatif terhadap
degradasi ketersediaan bahan bakar fosil. Salah satu alternatif untuk mengatasi
permasalahan tersebut adalah dengan memanfaatkan biomassa dalam pembuatan
biofuel, diantaranya etanol (Kent 2009). Produksi etanol dapat menggunakan
biomassa karbohidrat berupa gula sederhana (nira dan molas), pati (ubi, sagu dan
gandum) dan lignoselulosa (tongkol jagung dan tandan kosong kelapa sawit)
(Naik et al. 2010).
Gula sederhana dapat dikonversi langsung oleh khamir menjadi etanol,
namun pati harus dihidrolisis oleh enzim α-amilase menghasilkan produk yang
beragam diantaranya maltosa, maltodekstrin, dan oligosakarida. Organisme
tertentu dapat menggunakan substrat maltosa, maltodekstrin atau oligosakarida
yang kemudian diubahnya menjadi glukosa.
Lignoselulosa adalah komponen organik di alam dan terdiri atas tiga tipe
polimer, yaitu, selulosa (35-50%), hemiselulosa (20-35%) dan lignin (12-20%)
(Wyman 1994). Thalagala et al. (2009) melaporkan komponen monomer
hemiselulosa pada kayu keras, lunak dan bagase terdiri atas L-arabinosa (2.2, 8.4
dan 6.3 %), D-xilosa (76.4, 37.3 dan 84.6%), D-manosa (0.5, 29.0, dan 2.0%), Dgalaktosa (8.3, 5.5%, tt= tidak terdekteksi) dan D-glukosa (21.6, 19.8 dan 7.1%)
sedangkan monomer selulosa komponen kayu keras, lunak dan bagase terdiri atas
L-Arabinosa (tt, tt dan 0.3%, D-Xilosa (2.5, 3.5 dan 4.3%,), D-manosa (tt, 3.7%
dan tt) dan D-glukosa ( 97.5, 92,8 dan 95.4%).
Penyiapan gula sederhana menjadi cairan gula untuk proses fermentasi
dalam produksi etanol saat ini dilakukan secara kimiawi dan enzimatis. Dalam
hidrolisis biomassa pati maupun lignoselulosa, reaksi hidrolisis kimia dapat
mengakibatkan produksi etanol tidak optimal karena terjadinya pembentukan
senyawa inhibitor yang terakumulasi dalam substrat, sedangkan penggunaan
enzim untuk hidrolisis yang bersifat ramah lingkungan diperlukan biaya yang
tinggi.
Pemanfaatan khamir yang mampu mengkonversi berbagai gula sederhana
berupa monosakarida dan atau disakarida menjadi etanol dapat dijadikan alternatif
teknologi baru yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Efisiensi produksi etanol
ditentukan oleh kualitas bahan baku, jumlah gula hasil konversi bahan baku dan
kemampuan khamir dalam memfermentasi gula menjadi etanol.
Beberapa khamir telah terbukti mampu memfermentasi gula pentosa dan
gula heksosa menjadi alkohol melalui siklus metabolisme etanol antara lain
Saccharomyces cerevisiae dan Pichia stipitis (Nigam et al. 2000, Li et al. 2011,
Silva et al. 2012), Issatchenkia orientalis (Shin 2002, Thalagala et al. 2009),
Zigosaccharomyces bailii (Fernandes et al. 1997). Beberapa khamir yang diisolasi
dari buah-buahan juga mampu memfermentasi gula menjadi etanol diantaranya

2 
 

Pichia anomala, Wickerhamomyces anomalus, P. guilliermondii, Candida spp.,
Kodamaea ohmeri dan Metschnikowia spp. (Lee et al. 2011).
Saccharomyces cerevisiae adalah jenis khamir yang paling umum
digunakan untuk produksi etanol tapi tidak dapat mengkonversi gula pentosa
yang merupakan 45% dari bahan baku biomassa lignoselulosa. Khamir Pichia
stipitis memiliki potensial yang tinggi karena dapat memfermentasi gula heksosa
dan xilosa menghasilkan etanol yang tinggi (Kumar et al. 2009). Yuliana (2011)
dan Ruriani (2012) juga telah berhasil mengisolasi khamir dari berbagai buahbuahan busuk yang mampu memproduksi etanol.

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menyeleksi khamir isolat lokal berdasarkan
kemampuannya menghasilkan etanol dari berbagai jenis gula. Khamir terseleksi
mampu menghasilkan etanol dari sumber gula sederhana (glukosa, manosa, dan
xilosa) yang merupakan sebagian besar gula hasil hidrolisat lignoselulosa, serta
maltosa dan maltodekstrin yang merupakan hasil hidrolisat pati.

3
 

TINJAUAN PUSTAKA

Bioetanol
Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dihasilkan dari proses
fermentasi gula yang berasal dari biomassa (pati dan lignoselulosa) dengan
menggunakan bantuan mikroorganisme. Etanol dapat diproduksi dengan
menggunakan bahan baku gula, pati dan lignoselulosa melalui beberapa cara,
yaitu secara enzimatis maupun kimiawi. Biomassa lignoselulosa adalah biomassa
yang digunakan untuk produksi biofuel terbarukan dan disebut sebagai biofuel
generasi kedua (Zabaniotou et al. 2008). Etanol adalah cairan tak berwarna yang
mudah menguap dengan aroma yang khas dan mudah terbakar. Etanol termasuk
ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus
empiris C2H6O. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan
singkatan dari gugus etil (C2H5) dan mempunyai berat molekul 46,07 g/mol.
Organisme fermentasi harus mampu memfermentasi semua monosakarida yang
tersedia dan tahan terhadap inhibitor dalam hidrolisat. Saccharomyces cerevisiae
adalah jenis khamir yang paling umum digunakan untuk produksi etanol tapi
tidak dapat mengkonversi gula pentosa yang merupakan 45% dari bahan baku.
Khamir Pichia stipitis memiliki potensial yang tinggi karena dapat
memfermentasi xilosa menghasilkan etanol (Kumar et al. 2009). Bellido et al.
(2011) melaporkan bahwa khamir Pichia stipitis akan terhambat dalam
mengkonversi xilosa ke etanol bila terdapat kandungan asam asetat 1,5 g/L, 0,15 g
furfural/L dan 0,05 g/L 5-Hydroxymethylfurfur (HMF) dalam media.
Penggunaan spesies khamir yang berbeda dalam produksi bioetanol sangat
berpengaruh terhadap konsentrasi bioetanol yang dihasilkan. Selain itu,
konsentrasi bioetanol yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh suhu, pH, sumber
karbon dan sumber nitrogen (Silva et al. 2011).
Khamir untuk Produksi Etanol
Khamir maupun bakteri dapat digunakan untuk memproduksi etanol.
Khamir Pichia spp. mampu mengkonversi xilosa menjadi etanol dalam jumlah
tinggi. Khamir lain yang diketahui merupakan penghasil etanol yang potensial
dapat dilihat pada Tabel 1.
Khamir memerlukan media dan lingkungan yang sesuai untuk
pertumbuhan dan perkembangan. Unsur-unsur yang dibutuhkan adalah sumber
asam amino, vitamin, magnesium yang dapat dipenuhi oleh ekstrak khamir,
karbon, urea dan oksigen (Silva et al, 2012). Menurut Taniguchi et al. (1997)
khamir Pichia stipitis atau Saccharomyces cerevisiae pada kondisi anaerobik atau
semi aerobik dapat menghasilkan etanol. Pada kondisi aerobik dengan pengaturan
oksigen sesuai dengan konsentrasi sel untuk peningkatan etanol pada proses
fermentasi menggunakan xilosa dan glukosa oleh Pichia stipitis didapat nilai
optimum qO2 adalah 14.3 dan 66.7 mg. (g sel)/jam.
Beberapa khamir dapat memfermentasi heksosa dan pentosa sebagai
sumber karbon untuk menghasilkan etanol. Perbandingan karakter beberapa

4 
 

mikroorganisme penghasil etanol dalam mengunakan bahan lignoselulosa dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Macam-macam mikroorganisme penghasil etanol
Organisme

Kemampuan

Referensi

Konsumsi Konsumsi Penghasil
heksosa
pentosa
etanol
Saccharomycers spp

Ya

Tidak

Ya

Nigam 2001, Li 2011

Zymomonas mobilis
Pichia stipitis
Issatchenkia
orientalis
K. marxianus

Ya
Ya
Ya

Tidak
Ya
Ya

Ya
Ya
Ya

Ya

Ya

Ya

Candida shehatae

Ya

Ya

Ya

Bandaru et al. 2006
Silva et al. 2006
Shin 2002, Thalagala
et al. 2009
Rouhollah et al. 2007,
Chandel et al. 2011.
Chandel et al. 2011

Substrat untuk Produksi Etanol
Pati
Pati adalah bentuk penyimpanan bahan makanan yang paling umum pada
tanaman. Pati merupakan polimer glukosa yang terdiri atas amilosa dan
amilopektin. Banyak prokariota menghasilkan amilase untuk memanfaatkan pati
sebagai energi dan sumber karbon. Kennedy et al. (1995) menyatakan
maltodekstrin didefinisikan sebagai produk hidrolisis pati yang mengandung unit
α-D-glukosa yang sebagian besar terikat melalui ikatan 1,4 glikosidik dengan
Ekivalen Dekstrosa (DE) kurang dari 20, berwarna putih sampai bening. Rumus
umum maltodekstrin adalah [(C6H10O5)nH2O)]. α-amilase adalah suatu
endoglukanase yang menghidrolisis secara acak ikatan α-1,4-glikosidik pati untuk
menghasilkan campuran maltodekstrin, dekstrin, maltosa dan glukosa. Banyak
bakteri, termasuk spesies Bacillus, Pseudomonas dan Clostridium, menghasilkan
enzim ini (Kim & Gadd 2008).
Amilosa merupakan rantai lurus yang terdiri atas molekul-molekul glukosa
yang dihubungkan oleh ikatan α-1,4 glikosidik pada setiap 300-1000 residu
glukan. Bobot molekul amilosa sekitar 5x105-1x106 Da dengan derajat polimerasi
103-104. Dalam larutan, rantai amilosa membentuk heliks (spiral) karena adanya
ikatan konfigurasi pada setiap unit glukosa. Pada dasarnya, struktur amilopektin
menyerupai struktur amilosa, yaitu terdiri atas rantai yang dihubungkan oleh
ikatan α-1,4 glikosidik dan titik percabangannya adalah α-1,6-D-glukosa.
Amilopektin memiliki bobot molekul sekitar 107 Da dengan derajat polimerasi
5x104-5 x105 dengan percabangan yang terdistribusi teratur pada interval 7-10 nm

5
 

(Roder et al. 2005). Struktur kimiawi dari amilosa dan amilopektin dapat dilihat
pada Gambar1.

Amilosa

Amilopektin
Gambar 1 Struktur amilosa dan amilopektin (Moat et al. 2002)
Pati dihidrolisis dengan enzim α-amilase menghasilkan produk yang
beragam diantaranya glukosa, maltosa, maltodekstrin, dan oligosakarida.
Organisme tertentu memiliki amilomaltase sehingga dapat memanfaatkan
substrat berupa maltosa atau maltodekstrin (Gambar 2). Maltosa dibawa ke dalam
sel oleh maltosa permease dan kemudian dikonversi menjadi D-glukosa dan
maltodekstrin oleh amilomaltase. D-glukosa dikonversi menjadi glukosa-6-fosfat
oleh heksokinase. Glukosa-6-fosfat akan mengikuti jalur EMP.
Maltosa diluar
Maltosa permease

Maltosa didalam
Amilomaltase

maltodekstrin

D-glukosa

Maltodekstrin
fosforilase

Heksokinase

Glukosa-1-P

Glukosa-6-P
isomerase

glikolisis

Gambar 2 Jalur pemanfaatan maltosa dan maltodekstrin sebagai sumber karbon
(Moat et al. 2002).

6 
 

Lignoselulosa
Lignoselulosa adalah komponen organik di alam dan terdiri atas tiga tipe
polimer, yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa secara alami diikat oleh
hemiselulosa dan dilindungi oleh lignin. Ketiga komponen tersebut saling terikat
kuat akibat dari struktur amorf dan ikatan β-1,4 pada selulosa serta adanya lignin
diantara rantai selulosa. Pengaruh perlakuan pendahuluan dapat meluruhkan
lignin (Gambar 3).

Hemiselulosa

Perlakuan
Pendahuluan
Hemiselulosa

Lignin
Selulosa

Lignin

Selulosa

Gambar 3 Struktur lignoselulosa yang mengalami peluruhan oleh pendahuluan
(Kumar et al. 2009).
Lignoselulosa bisa diperoleh dari jerami, rumput-rumputan, limbah
pertanian/hutan, limbah industri dan bahan berserat. Kandungan dari ketiga
komponen pada lignoselulosa bervariasi tergantung dari jenis bahannya. Selulosa
yang merupakan komponen utama tumbuhan sangat erat berasosiasi dengan
hemiselulosa dan lignin (Perez et al. 2002).
Selulosa adalah polimer glukosa yang saling berikatan melalui ikatan β1,4. Selulosa mengandung bagian berkristal dan amorf, biasanya ditemukan
bersama dengan oligosakarida pada dinding tanaman dan jamur (Moat et al.
2002). Selulosa dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan tiga jenis
enzim (Gambar 4).
Hidrolisis selulosa membutuhkan kombinasi enzim selulase yaitu endo-β1,4-glucanase, ekso-β-1,4-glucanases dan β-glukosidase. Enzim endo-β-1,4glucanase memotong ikatan dalam selulosa menghasilkan molekul selulosa yang
lebih pendek dan oligosakarida, exo-β-1,4-glucanases memotong ujung rantai
selulosa menghasilkan selobiosa dan selobiosa dipotong menjadi glukosa oleh βglukosidase (Moat et al. 2002).

7
 

selulosa
Rantai panjang oligosakarida dari β-1,4 terkait unit glukosa
endo-β 1,4-glucanase

Rantai menengah dan pendek oligosakarida dengan ujung bebas
exo-β 1,4 glucanase

selobiosa
β-glucosidase

Glukosa

Gambar 4 Hidrolisis selulosa oleh tiga jenis enzim (Moat et al. 2002)
Hemiselulosa merupakan suatu heteropolisakarida terdiri atas pentosa dan
berbagai heksosa. Hemiselulosa adalah suatu rantai yang amorf dari campuran
gula, biasanya berupa arabinosa, galaktosa, glukosa, manosa, xilosa dan juga
komponen lain dalam kadar rendah seperti asam asetat. Banyak mikroorganisme,
yang termasuk selulolitik, dapat menggunakan heteropolisakarida ini sebagai
sumber karbon dan energi dengan enzim ekstraseluler kolektif yang disebut
hemiselulase. Xilosa adalah monosakarida yang paling melimpah di hemiselulosa
(Moat et al. 2002). Monomer hemiselulosa dapat dilihat pada Gambar 5.
Perlakuan pendahuluan bertujuan memecah ikatan lignin, mengurai
hemisellulosa dan merusak struktur kristal dari selulosa. Rusaknya struktur kristal
selulosa dan penambahan enzim akan mempermudah terurainya selulosa menjadi
glukosa. Selain itu, hemisellulosa turut terurai menjadi senyawa gula sederhana
dengan bantuan enzim menjadi glukosa, galaktosa, manosa, xilosa dan arabinosa.
Selanjutnya senyawa-senyawa gula sederhana tersebut yang akan difermentasi
oleh mikroorganisme menghasilkan etanol.

8 
 

Gambar 5 Komponen monomer dari hemiselulosa (Rowell et al. 2005).

Metabolisme Gula pada Khamir

Menurut Silva et al. (2012) Pichia stipitis merupakan salah satu spesies
khamir yang memiliki kemampuan mengkonversi gula xilosa menjadi etanol
dengan hasil yang tinggi. Selain itu, khamir ini dapat memfermentasi gula lainnya
diantaranya glukosa, manosa, galaktosa dan selobiosa dan oligomer xilan. Khamir
bersifat fakultatif anaerobik, produk metabolik utama adalah etanol, CO2 dan air,
khamir ini bersifat fakultatif anaerobik. Pichia stipitis memerlukan suhu 30 0C
dan pH 5.0 untuk pertumbuhannya.
Pichia stipitis merupakan salah satu khamir yang mampu
memfermentasikan xilosa dengan baik. Khamir ini mampu mengubah xilosa dan
semua senyawa gula sederhana menjadi etanol (Cho et al. 2011). Proses
fermentasi oleh Pichia stipitis adalah proses pengubahan sebagian besar energi
dari gula ke dalam bentuk etanol. Pichia stipitis memiliki lintasan Embden
Meyerhof Parnas (EMP) dan Pentosa Phosphat (PP) sehingga dapat
mengkonversi gula heksosa dan pentose menjadi etanol.
Hidrolisis hemiselulosa dan selulosa menghasilkan berbagai pentosa,
heksosa dan turunannya. Gula-gula dikonversi menjadi energi untuk pertumbuhan
dan produk microorganism. Heksosa umumnya dikonversi melalui lintasan EMP
(Gambar 6).

9
 

glikogen
galaktosa-1-fosfat
glukosa-1-fosfat

glukosa-6-fosfat
manosa-6-fosfat
fuktosa-6-fosfat

fuktosa-1-fosfat
fuktosa-1,6-bisfosfat

Gliseraldehid-3-fosfat

Gambar 6 Metabolisme heksosa melalui jalur EMP. (1) heksokinase, (2) sistem
translokasi group atau ketoheksokinase, (3) 1-fosfofruktokinase, (4)
galaktokinase, (5) glukosa, galaktosa-1-fosfat uridililtransferase, (6)
uridine difosfat glukose epimerase, (7) manosa-6-fosfat isomerase
(Kim & Gadd 2008).
Manosa secara aktif diangkut ke dalam sel setelah dikonversi oleh
heksokinase menjadi manosa-6-fosfat. Manosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa6-fosfat oleh mannose-6-fosfat isomerase (Kim & Gadd 2008) (Gambar 6).
Semua gula heksosa diubah menjadi gliseraldehid-3-fosfat dan kemudian menjadi
piruvat. Setelah melalui tahapan glikolisis, piruvat yang terbentuk kemudian
diubah menjadi asetaldehid dan CO2 oleh enzim piruvat dekarboksilase, setelah
itu enzim alkohol dehidrogenase mengubah asetaldehid menjadi etanol.
Saccharomyces cerevisiae dan Pichia stipitis memfermentasi karbohidrat
melalui jalur EMP untuk menjadi etanol. Piruvat didekarboksilasi menjadi
asetaldehida, yang digunakan sebagai akseptor elektron. Asetaldehida direduksi
menjadi etanol. Elektron yang dipakai dihasilkan selama proses glikolisis dimana
ATP dihasilkan (Gambar 7).

10 
 

fruktosa-1,6-bisfosfat

etanol

asetaldehid

Piruvat

fosfoenolpiruvat

gliseraldehid-3-fosfat

1,3-difosfogliserat

3-fosfogliserat

2-fosfogliserat

Gambar 7 Jalur fermentasi etanol (Kim & Gadd 2008) 1–6, lintasan EMP, 7
piruvat dekarboxilase; 8, alkohol dehidrogenase.
Fermentasi etanol terdiri atas dua lintasan. Lintasan yang pertama adalah
lintasan fermentasi etanol melalui piruvat dekarboksilase, lintasan ini
menghasilkan etanol, CO2 dan air. Lintasan kedua, fermentasi etanol melalui
asetil-CoA dimana pada lintasan bercabang dan menghasilkan berbagai produk
seperti etanol, laktat, asetat dan H2. Pada lintasan fermentasi secara anaerobik dan
termofil berbagai karbohidrat termasuk selulosa dan pentosa dikonversi melalui
asetil-CoA untuk menjadi etanol.

Karakterisasi Khamir dengan Media Oxidative Fermentative (OF)
Fermentasi dan oksidasi adalah dua proses penting dalam metabolisme
mikroorganisme, dimana tujuan akhirnya adalah akumulasi energi, baik untuk
aktivitas mikroorganisme maupun untuk proses-proses biologis lain. Proses
oksidasi umumnya dilakukan pada respirasi aerobik menghasilkan CO2 dan H2O,
sedangkan fermentasi dilakukan pada kondisi anaerobik menghasilkan asam,
etanol dan gas. Uji fermentasi dengan media Oxidative Fermentative (OF)
dilakukan untuk mengetahui kemampuan khamir dalam menggunakan
karbohidrat.
Hugh dan Leifson (1958) melaporkan beberapa bakteri diantaranya
Shigella sonnei dan E. coli mampu melakukan fermentasi karbohidrat dengan
substrat glukosa dan laktosa. Fermentasi karbohidrat akan menyebabkan pH
media fermentasi menurun sehingga indikator bromothymol biru yang terdapat

11
 

pada media berubah dari biru menjadi kuning. Perubahan warna medium menjadi
kuning disebabkan terdapatnya indikator Brom Timol Blue (BTB) dalam medium.
Bromothymol biru dikenal sebagai phthalein sulfon bromothymol. Bromthymol
blue bertindak sebagai asam lemah dalam medium. Bromthymol blue dapat
terprotonasi sehingga mengakibatkan berwarna kuning dan warna hijau kebiruan
dalam larutan netral. Indikator BTB akan mengubah medium menjadi kuning
dikarenakan pH media menurun. Medium yang mengalami fermentasi gula akan
menjadi asam dalam keadaan anaerob.
Penurunan pH ini disebabkan oleh akumulasi dari asam-asam yang
dihasilkan pada fermentasi. Hal ini menunjukkan adanya penumpukan asam
diduga karena khamir kurang mampu untuk mengubah asam piruvat menjadi
etanol. Sumber nitrogen yang digunakan dalam fermentasi akan mempengaruhi
keasaman media. Selain itu proses fermentasi menghasilkan senyawa-senyawa
organik diantaranya asam laktat, asam asetat dan asam piruvat (White 2000).

13
 

BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan dari bulan Desember 2011 hingga Agustus 2012,
bertempat di Laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis, PPSHB-IPB,
Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Biologi, FMIPA-IPB dan Laboratorium
Bioindustri, Departemen TIN, Fateta-IPB.

Bahan
Mikrob yang digunakan dalam penelitian ini ialah 7 isolat khamir yang
terdiri atas dua kelompok yaitu, 5 isolat lokal hasil isolasi dari buah-buahan busuk
oleh Yuliana (2011) dan Ruriani (2009) yang telah diidentifikasi sebagai Pichia
spp., yaitu (R, P,G, T dan E) dan 2 isolat khamir sebagai pembanding, yaitu:
Saccharomyces cerevisiae (Sc) dan Saccharomyces ellipsoides (Se).

Alat
Peralatan yang digunakan antara lain spektrofotometer, sentrifuse, laminar
air flow, alkoholmeter, piknometer, Gas Chromatography (GC) serta peralatan
instrument dan peralatan gelas.

Metode Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dalam tiga tahap yang meliputi (1) penentuan
kurva pertumbuhan, (2) seleksi dan karakterisasi khamir untuk produksi etanol,
(3) produksi etanol oleh khamir potensial pada berbagai substrat.

Penentuan Kurva Pertumbuhan
Kurva pertumbuhan untuk masing-masing khamir ditujukan untuk
menetapkan fase pertumbuhan khamir yang bermanfaat untuk menentukan fase
eksponensial untuk penyiapan inokulum pada proses fermentasi. Peremajaan
masing-masing isolat khamir dilakukan dengan menggoreskan koloni isolat
khamir pada media Yeast extract-Malt extract (YM) (dengan komposisi media
dalam 1 L terdiri atas 15 g agar-agar, 4 g glukosa, 10 g ekstrak malt, 4 g ekstrak
khamir) dan diinkubasi pada suhu ruang selama 24 jam. Sebanyak dua ose khamir
dipindahkan ke media Potato Dextrose Broth (PDB) dan diletakkan pada
inkubator bergoyang dengan kecepatan 100 rpm. Setiap 3 jam dilakukan

14 
 

pengambilan kultur sebanyak 5 ml untuk dilakukan pengukuran Optical Density
(OD) sel pada panjang gelombang 600 nm dan berlangsung sampai 72 jam.

Seleksi dan Karakterisasi Khamir untuk Produksi Etanol

Uji Fermentasi dengan Media oxidative fermentative
Uji fermentasi dengan media oxidative fermentative ditujukan untuk
mengetahui kemampuan isolat-isolat memfermentasi berbagai jenis substrat.
Pichia spp. dan Saccharomyces spp. diinokulasi dan diinkubasi pada berbagai
substrat gula pada suhu ruang pada medium Oxidative Fermentative (OF)
dengan komposisi dalam 1 l terdiri atas gula tunggal 10% (glukosa, manosa,
xilosa, maltosa atau maltodekstrin), 5 g NaCl, 3 g pepton, 0.3 K2HPO4, 3 g agar,
15 ml bromthymol blue 0.2% pada pH 7.1. Pengamatan dilakukan setelah
inokulasi dan inkubasi 24 jam dengan mengamati perubahan warna media dari
biru menjadi kuning yang menunjukkan terjadi penurunan pH pada medium
(Hugh dan Leifson 1958). Hasil uji fermentasi diperlihatkan dengan adanya
indikator perubahan warna dari biru menjadi hijau, hijau kebiruan dan kuning
dengan tanda (+). Semakin banyak tanda (+) menunjukkan warna semakin kuning
dan terjadi proses fermentasi dan tanda (-) kontrol.

Seleksi Berdasarkan Kemampuan Menghasilkan Etanol
Pada tahap ini produksi etanol dilakukan pada berbagai gula dengan
metode Silva et al. (2012) yang dimodifikasi komposisi gula (glukosa, manosa,
xilosa, maltosa atau maltodekstrin) dengan komposisi dalam 1 l terdiri atas 90 g
gula, 2.3 g urea, 3 ekstrak khamir, MgSO4.7H2O dengan pH 5. Inokulum khamir
diberikan sebanyak 10% volume substrat. Setelah sterilisasi kultur diinkubasi
pada suhu 30 0C sambil dikocok dengan kecepatan 100 rpm selama 96 jam.
Pembuatan inolukum dilakukan dengan cara mengambil 2 ose penuh khamir dari
cawan Petri, kemudian dimasukkan pada media inokulum dengan komposisi
dalam 1 l terdiri atas 1% glukosa serta masing-masing gula (glukosa, manosa,
xilosa, maltosa atau maltodekstrin), dengan komposisi 50 g gula, 3 g ekstrak
khamir, 3 g ekstrak malt, 5 g pepton dengan pH 5 diinkubasi pada suhu 30 0C
sambil dikocok dengan kecepatan 100 rpm selama 12 jam. Fermentasi
berlangsung pada sistem tertutup dalam inkubator bergoyang pada suhu 30 0C
selama 96 jam. Kadar etanol dihitung pada akhir proses fermentasi dengan
menggunakan alkoholmeter dan piknometer yang didahului proses destilasi cairan
hasil fermentasi. Untuk produksi bioetanol oleh khamir potensial pada berbagai
substrat, kadar etanol dihitung dengan menggunakan Gas Chromatography (GC).
Cairan hasil fermentasi ditentukan pH awal dan akhir fermentasi.
Pengukuran biomassa dilakukan dengan metode gravimetri (bobot biomassa
kering). Penyaringan cairan fermentasi menggunakan kertas saring berpori kecil
(Whatman No. 42). Biomassa yang tertahan pada kertas saring kemudian

15
 

dikeringkan dengan menggunakan oven bersuhu 70 0C selama 24 jam dan
ditimbang hingga bobotnya konstan. Penentuan kadar etanol dengan metode
alkoholmeter, piknometer dan Gas Chromatography (GC). Total asam dengan
metode titrasi (AOAC 1999). Prosedur analisis selengkapnya disajikan pada
Lampiran 1. Perubahan kadar gula diamati dengan uji total gula dengan metode
fenol-H2SO4 (Dubois 1959) pada Lampiran 2.
Pertumbuhan sel dan adanya metabolit merupakan hasil reaksi pada proses
metabolisme yang dapat diukur melalui persamaan reaksi (Doran 1995). Yield
fermentasi untuk masing-masing khamir dan gula dihitung berdasarkan nilai
efisiensi pemanfaatan substrat (∆S/S), yield biomassa (Yx/s), yield produk (Yp/s)
dan yield produk per biomassa (Yp/x) dimana ΔS: jumlah substrat yang
dikonsumsi; ΔP: hasil yang terbentuk; Δx: biomassa sel kering.
Produksi Etanol oleh Khamir Potensial pada Substrat
Pada tahap ini produksi etanol dilakukan oleh khamir potensial pada
substrat gula melalui seleksi berdasarkan kemampuan menghasilkan etanol.
Fermentasi berlangsung pada sistem tertutup dalam inkubator bergoyang pada
suhu 30 0C selama 96 jam. Kadar etanol dihitung pada akhir fermentasi dengan
menggunakan Gas Chromatography (GC).

17
 

HASIL

Kurva Pertumbuhan
Kurva pertumbuhan isolat R, E, T dan isolat pembanding (Se dan Sc)
dengan menggunakan media PDB memperlihatkan fase adaptasi yang pendek
terjadi mulai jam ke-0 hingga jam ke-3, fase logaritmik terjadi pada jam ke-6
hingga jam ke-18, dengan jumlah sel yang meningkat terlihat dari peningkatan
nilai OD. Isolat G dan P memperlihatkan fase adaptasi hingga jam ke-6 dan untuk
fase logaritmik mulai pada jam ke-9 hingga jam ke-18. Namun, Laju pertumbuhan
tertinggi dicapai antara jam ke-6 (isolat R, T, E, Sc dan Se) dan jam ke-12 (isolat
G dan P). Pada jam ke-21 ketujuh isolat memasuki awal fase stasioner,
selanjutnya pada jam ke-24 jumlah sel cenderung menurun hingga jam ke-72
pengamatan (Gambar 8).

Optical Density (OD)

2.5
2
1.5
1
0.5
0
0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

Waktu (jam)

Gambar 8 Kurva tumbuh Pichia spp. dan Saccharomyces spp. media PDB
dengan agitasi 100 rpm selama 72 jam.
isolat T,
isolat E,
isolat R,
isolat P,
isolat G,
isolat Se, dan
isolat Sc.
Seleksi dan Karakterisasi Khamir untuk Produksi Etanol

Kemampuan Khamir dalam Fermentasi dengan Media Oxidative Fermentative
(OF)
Fermentasi dan oksidasi adalah dua proses penting dalam metabolisme
mikroorganisme. Fermentasi dan oksidasi mempunyai tujuan akhir adalah
akumulasi energi, baik untuk aktivitas mikroorganisme maupun untuk prosesproses biologis lain. Uji ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan khamir
dalam menggunakan karbohidrat dengan cara fermentasi. Fermentasi dilakukan

18 
 

pada kondisi anaerobik dan dihasilkan asam, etanol dan gas. Hal ini
menyebabkan penurunan pH pada media sehingga terjadinya perubahan warna
media dari biru menjadi kuning. Substrat glukosa, manosa, xilosa, maltosa dan
maltodekstrin dapat difermentasi oleh beberapa khamir uji. Hal ini ditunjukkan
dengan terjadinya perubahan warna indikator dari biru menjadi kuning (Tabel 2).
Tabel 2 Pemanfaatan berbagai macam gula selama 72 jam oleh isolat Pichia spp.
dan Saccharomyces spp. pada media OF.
Isolat

Pengamatan
Glukosa Mannosa Maltosa

Xilosa

Maltodekstrin

R

++++

++++

+

+++

++

P

++++

++++

+

++

++

G

++++

++++

+

+++

++

T

++++

++++

-

+++

+

E

++++

++++

++

+++

++

S. cerevisiae

++++

++++

++++

+

++

S. ellipsoides

++++

++++

++++

+

+++

(+) Menunjukkan terjadi perubahan warna biru menjadi kuning, semakin banyak
tanda ++ semakin berwarna kuning. (-) kontrol, warna tetap biru.

Seleksi Berdasarkan Kemampuan Menghasilkan Etanol
Karakterisasi cairan hasil fermentasi terdiri atas pengukuran pH awal, pH
akhir fermentasi, total asam, biomassa dan kadar alkohol serta yield fermentasi,
pemanfaatan substrat dan koefisien produk (Yp/s). Keasaman (pH) awal
fermentasi ditetapkan dengan nilai pH 5.0. Hasil fermentasi menunjukkan bahwa
hampir semua pH akhir media fermentasi mengalami penurunan nilai pH kecuali
pada substrat maltosa oleh Pichia spp. dan Saccharomyces spp dan substrat
maltodekstrin oleh isolat P dan E serta substrat xilosa oleh isolat E, T, Sc dan Se
(Gambar 9).
Terjadinya fermentasi ditandai dengan peningkatan jumlah dan massa sel.
Secara umum khamir mampu hidup dan tumbuh pada substrat glukosa
dibandingkan jenis gula lainya. Biomassa sel yang tertinggi dihasilkan oleh isolat
E dengan substrat glukosa sebesar 6.71 g/l sedangkan kadar biomassa sel terendah
diperoleh pada isolat R dan E dengan substrat maltosa sebesar 0,69 g/l dan isolat
Saccharomyces spp. pada substrat xilosa 0.6 g/l (Gambar 10).

19
 

5.5

pH akhir
media

5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
R

G

P

E

T

Sc

Se

Isolat
Gambar 9 pH akhir media pada ketujuh isolat pada berbagai substrat gula.
glukosa, manosa, xilosa,
maltosa, maltodekstrin dan ( )
awal pH medium.

7.0

Biomassa sel (g/l)

6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
R

G

P

E

T

Sc

Se

isolat

Gambar 10 Biomassa sel pada ketujuh isolat dalam berbagai substrat gula (g/l).
glukosa, manosa, xilosa, maltosa, maltodekstrin
Dalam proses fermentasi, gula selain digunakan untuk pembentukan
biomassa juga akan dikonversi menjadi etanol. Kemampuan khamir dalam
menghasilkan etanol sangat dipengaruhi oleh jenis khamir dan substrat gula yang
digunakan. Kadar etanol tertinggi dihasilkan oleh isolat R pada substrat glukosa
sebesar 47.6 g/l, sedangkan dari substrat manosa dihasilkan oleh isolat T sebesar
41.5 g/l. Dengan substrat xilosa, kadar etanol tertinggi dihasilkan oleh isolat E
sebesar 1.05 g/l. Pada substrat maltosa dan maltodekstrin, kadar etanol tertinggi
dihasilkan oleh isolat Se sebesar 30.9 dan 3.3 g/l (Gambar 11). Etanol tidak
dihasilkan pada beberapa substrat seperti xilosa, maltosa dan maltodekstrin oleh

20 
 

Kadar etanol (g/l)

isolaat G, P dan Sc. Substraat maltosa dan
d maltodeekstrin tidakk menghasillkan etanol
padaa isolat R, E dan T. Isoolat Se tidakk menghasiilkan etanoll pada substrat xilosa.
Glukkosa meruppakan substtrat yang paling
p
coco
ok untuk semua
s
kham
mir dalam
mem
mproduksi ettanol diikutii oleh manoosa.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
R

G

P

E

T

S
Sc

Se

Issolat

Gam
mbar 11 Kaddar etanol olleh ketujuh isolat (g/l).
maaltosa, maaltodekstrinn.

glukosaa,

manosaa,

xilosa,

Pada prroduksi etaanol, asam merupakan
n produk samping yyang tidak
diingginkan. Asaam terbentuuk sebagaii produk metabolisme
m
e antara daalam jalur
metaabolisme attau merupaakan produuk lanjutan dari konvversi etanool. Sumber
nitrogen yang digunakan
d
d
dalam
fermeentasi akan mempengarruhi keasam
man media.
n
total asam (Gam
mbar 12). T
Total asam
Keassaman meddia dapat diilihat dari nilai
tertinnggi diperooleh dari issolat T padda substrat glukosa. Hal
H ini meenunjukkan
bahw
wa isolat T cenderung
c
m
mengubah
s
substrat
men
njadi asam organik. Haal ini dapat
dilihaat dari totaal asam dann kadar etannol yang dih
hasilkan. Issolat T mem
miliki nilai
total asam lebihh tinggi dibbandingkan dengan iso
olat R pada substrat gllukosa dan
p
Pichiaa spp. dan kadar
k
etanoll yang lebihh rendah dari isolat R.
substtrat xilosa pada
Hal ini menunjjukkan bahw
wa adanya penumpuk
kan asam diduga
d
kareena khamir
kuranng mampu untuk meengubah asaam piruvatt menjadi etanol.
e
Whhite (2000)
menyyatakan bahhwa prosess fermentassi menghasilkan senyaawa-senyaw
wa organik
dianttaranya asam
m laktat, asaam asetat daan asam pirruvat.
Hampir seluruh isollat memperrlihatkan sed
dikit total asam
a
yang tterkandung
di daalam mediuum pada subbstrat selainn glukosa dan
d manosaa. Pada subsstrat xilosa
tidakk terdapat kaandungan asam
a
khusussnya pada issolat Saccharomyces sppp. Hal ini
menuunjukkan seedikit atau tidak terjaddinya prosees fermentaasi oleh khaamir. Pada
substtrat maltosaa dan maltoodekstrin tiidak terdeteeksi kandunngan asam khususnya
untukk isolat R, G dan E. Tidak terjaadinya prosses fermenttasi ditunjanng dengan
tidakk dihasilkannnya etanol dan tidakk terjadinya kenaikann biomassa sel. Pada
substtrat glukossa dan manosa
m
terjjadi konveersi senyaw
wa menjaddi etanol,
dibanndingkan deengan substtrat yang laiin.

21
 
1.0

Total asam (g/l)

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
R

G

P

E

T

Sc

Se

Isolat

Gambar 12 Total asam ketujuh isolat pada berbagai substrat gula.
manosa, xilosa, maltosa, maltodekstrin.

glukosa,

Efisiensi pemanfaatan substrat

Pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroba merupakan proses
biokonversi nutrisi dalam fermentasi menjadi massa sel dan atau produk
metabolit. Parameter-parameter penting yang menggambarkan efisiensi konversi
substrat menjadi biomassa atau produk diantaranya P (produk), efisiensi substrat
(∆S/S), yield biomassa (Yx/s), yield produk (Yp/s) dan yield produk per biomassa
(Yp/x).
Efisiensi pemanfaatan substrat memperlihatkan substrat yang dikonsumsi
oleh khamir memiliki kemampuan untuk menggunakan substrat untuk
pembentukan biomassa dan produk. Substrat glukosa, manosa, xilosa, maltosa dan
maltodekstrin dapat dimanfaatkan oleh berbagai isolat. Isolat R memiliki efisiensi
pemanfaatan substrat tertinggi pada substrat glukosa yang ditunjukkan pada
Gambar 13.
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
R

G

P
Isolat

E

T

Sc

Gambar 13 Efisiensi pemanfaatan substrat (∆S/S) oleh ketujuh isolat.
manosa, xilosa, maltosa, maltodekstrin.

Se

glukosa,

22 
 

Isolat Pichia spp memiliki efisiensi pemanfaatan substrat terendah pada
substrat xilosa, maltosa dan maltodekstrin. Isolat pembanding memiliki efisiensi
pemanfaatan substrat terendah, substrat xilosa. Substrat glukosa dan manosa
memiliki efisiensi pemanfaatan substrat tinggi. Hal ini dikarenakan glukosa dan
manosa substrat yang cocok untuk dimanfaatkan oleh khamir untuk pembentukan
biomassa maupun produk dibanding substrat yang lain.
Yield produk memperlihatkan substrat yang dikonversi menjadi produk.
Membandingkan nilai yield produk dengan nilai yield biomassa, maka dapat
dilihat pemanfaatan substrat untuk pembentukan produk atau biomassa. Bila nilai
yield produk lebih tinggi dari nilai yield biomassa maka substrat dikonversi
menjadi produk.
Nilai Yp/s lebih tinggi daripada nilai Yx/s menunjukkan bahwa substrat
dimanfaatkan oleh khamir untuk membentuk etanol daripada membentuk
biomassa. Kemampuan isolat menghasilkan yield produk dari setiap gram substrat
yang terpakai oleh ketujuh isolat (Yp/s) dapat dilihat pada (Gambar 14). Nilai
Yp/s sebesar 0.986 dan nilai Yx/s yang rendah memperlihatkan biomassa yang
rendah, namun menghasilkan etanol yang tinggi. Isolat Se memanfaatkan substrat
maltosa menjadi etanol daripada membentuk biomassa.

Yield produk (Yp/s)

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
R

G

P

E

T

Sc

Se

Isolat

Gambar 14 Yield produk (Yp/s) oleh ketujuh isolat.
xilosa, maltosa, maltodekstrin.

glukosa,

manosa,

Pada substrat xilosa hanya isolat E dan T yang memiliki nilai yield
produk. Isolat E memiliki nilai yield produk tertinggi, namun memiliki nilai yield
biomassa yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa isolat E lebih banyak
menghasilkan biomassa daripada etanol.
Nilai yield biomassa (Yx/s) memperlihatkan konversi pemanfaatan
substrat menjadi pembentukan sel. Nilai yield biomassa tinggi berarti substrat
dikonversi menjadi biomassa dan nilai yield rendah menunjukkan substrat
dikonversi menjadi etanol.
Yield biomassa menunjukkan rendeman pemakaian substrat terhadap
pembentukan sel, nilai Yx/s yang rendah menunjukkan bahwa isolat R dengan

23
 

nilai 0.041 lebih memanfaatkan substrat glukosa untuk membentuk etanol
daripada membentuk biomassa dan substrat maltodektrin lebih dimanfaatkan
menjadi biomassa daripada etanol. Pada substrat manosa isolat E memberikan
nilai Yx/s 0.026 lebih rendah daripada nilai Yp/s maka menunjukkan pemanfaatan
substrat ke etanol (Gambar 15). Pada beberapa substrat seperti maltose dan
maltodekstrin pada isolat Sc dan R memperlihatkan tidak dihasilkan etanol karena
substrat lebih dimanfaatkan menjadi biomassa sel.

0.25

Yield biomassa (Yx/s)

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00
R

G

P

E

T

Sc

Se

Isolat

Gambar 15 Yield biomassa ketujuh isolat (Yx/s).
maltosa, maltodekstrin.

glukosa,

manosa,

xilosa,

Nilai yield produk per biomassa (Yp/x) yang tinggi pada berbagai substrat
oleh khamir menunjukkan bahwa pemanfaatan berbagai substrat untuk
membentuk etanol lebih efisien oleh khamir. Nilai Yp/x terendah diperoleh dari
isolat R pada substrat xilosa dengan nilai 0.215. Beberapa isolat tidak
menghasilkan nilai yield produk perbiomassa diantaranya isolat R, E dan T pada
substrat maltosa dan maltodekstrin. Isolat G, P dan Sc tidak menghasilkan yield
perbiomassa pada substrat xilosa, maltosa dan maltodekstrin. Se tidak
menghasilkan yield per biomassa pada substrat xilosa. Hal ini menunjukkan
bahwa substrat tersebut tidak efisien dalam pembuatan etanol (Gambar 16).
Substrat glukosa dan manosa dapat digunakan oleh semua isolat
membentuk biomassa dan menghasilkan produk. Hal ini menunjukkan bahwa
substrat glukosa dan manosa lebih efisien bila dibanding dengan substrat lainnya.

24 

Yield produk per biomassa (Yp/x)

 
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
R

G

P

E
Isolat

Gambar 16 Yield produk per biomassa.
maltosa, maltodekstrin.

T

glukosa,

Sc

manosa,

Se

xilosa,

Produksi Etanol oleh Khamir Potensial pada Berbagai Substat
Dari berbagai gula yang diujikan diperoleh khamir potensial untuk glukosa
adalah isolat R, manosa (isolat T), xilosa (isolat E), maltosa dan maltodekstrin
(isolat Se). Kemampuan masing-masing khamir dalam memfermentasi substrat
menjadi etanol yang dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Produksi etanol oleh khamir potensial pada berbagai substrat
Isolat

Substrat

R
T
E
Se
Se

Glukosa
Manosa
Xilosa
Maltosa
Maltodekstrin

Etanol
(g/l)
31.04
20.80
6.67
33.62
4.70

Kadar etanol tertinggi diperoleh dari isolat Se pada substrat maltosa, isolat
R pada substrat glukosa, isolat T pada substrat manosa, isolat E pada substrat
xilosa dan isolat Se pada substrat maltodekstrin.

25
 

PEMBAHASAN
Penggunaan etanol di dunia sebagai bahan bakar meningkat karena
cadangan minyak bumi yang makin menipis, harga yang cenderung meningkat
dan sebagai upaya untuk mereduksi emisi gas rumah kaca. Bioetanol adalah
energi alternatif yang banyak diproduksi di dunia sampai saat ini. Henniges dan
Zeddies (2006) melaporkan bahwa produksi bioetanol dunia meningkat pada
dekade terakhir dimana Brazil merupakan negara penghasil bioetanol terbesar di
dunia, walaupun produksi etanol Amerika Serikat saat ini mulai mendekati
produksi Brazil. Perbedaan utamanya adalah biaya produksi di Brazil lebih rendah
karena menggunakan bahan baku nira tebu, sedangkan di Amerika Serikat lebih
banyak menggunakan bahan baku jagung. Saat ini pengunaan bahan baku berpati
dan berlignoselulosa untuk produksi bioetanol sebagai pengembangan energi
terbarukan mulai meningkat karena harga murah dan ketersediaan yang melimpah
sehingga menekan biaya produksi.
Penggunaan nira tebu memiliki keunggulan karena karbohidrat berada
dalam bentuk gula sederhana, sedangkan bahan berpati dan lignoselulosa harus
dihidrolisi