2. Penentuan Konsentrasi Gula Terbaik untuk Substrat
Pembuatan sirup glukosa dari pati menggunakan metode hidrolisis enzim. Menurut Tjokroadikoesoemo 1986, pembuatan sirup glukosa
dengan cara hidrolisis enzim menghasilkan rendemen yang lebih tinggi dan mutu yang lebih baik dibandingkan dengan hidrolisis asam.
Tahap pembuatan sirup glukosa dari pati meliputi likuifikasi dan sakarifikasi. Proses lebih jelasnya dapat dilihat pada lampiran 3. Enzim yang
digunakan pada tahap likuifikasi adalah enzim α-amilase Thermamyl, NOVO, sedangkan untuk proses sakarifikasi menggunakan enzim
amiloglukosidase. Dosis enzim yang digunakan mengacu pada penelitian Budiyanto, dkk. 2006, yaitu untuk enzim α-amilase adalah 1 mlkg pati
kering, sedangkan untuk enzim amiloglukosidase adalah sebanyak 1,2 mlkg pati kering. Waktu untuk proses likuifikasi adalah 60 menit dengan suhu
95 C. Sedangkan proses sakarifikasi memakan waktu 60 jam dengan suhu
60 C. Sirup glukosa yang dihasilkan akan digunakan sebagai sumber
karbon pada media kultivasi untuk fermentasi. Penelitian tahap ini bertujuan untuk mengetahui konsentrasi gula
terbaik pada substrat yang akan digunakan pada proses fermentasi utama. Konsentrasi gula yang dibandingkan adalah 18, 24, 30 dan 36 bv.
Parameter yang digunakan untuk memilih konsentrasi gula terbaik yaitu banyaknya total biomassa yang ada dalam kondisi tersebut. Banyaknya total
biomassa yang tumbuh diharapkan akan sejalan dengan banyaknya etanol yang dihasilkan.
Schisaccharomycces pombe merupakan khamir yang bersifat
fermentatif fakultatif serta tahan terhadap kadar gula tinggi Deak et. al., 1996. Khamir tumbuh baik pada kondisi aerobik, walaupun demikian
beberapa khamir dapat tumbuh pada kondisi anaerobik. Proses respirasi pada kondisi aerobik selanjutnya digantikan proses fermentasi pada kondisi
anaerobik karena tidak tersedia lagi oksigen Barnett et. al, 2000. Paturau 1981 menyatakan bahwa fermentasi etanol memakan waktu
30-72 jam. Etanol merupakan produk metabolit primer. Metabolit primer
Perbandingan Bobot Sel Kering gL
1 2
3 4
5 6
7
6 12
18 24
30 36
42 48
Jam ke S
e l
18 24
30 36
diproduksi selama fase pertumbuhan keseluruhan Riadi, 2007. Menurut Frazier dan Westhoff 1978, suhu optimum fermentasi 25-30
C. Fermentasi dilakukan selama 48 jam pada suhu ruang. Untuk
menghomogenkan oksigen dan sel mikroba, media diberi perlakuan agitasi dengan kecepatan 150 rpm. Oksigen sangat diperlukan khamir untuk
memperbanyak biomassanya. Konsentrasi gula yang menghasilkan total biomassa paling tinggi pada fermentasi pendahuluan ini akan dijadikan
acuan pada penelitian utama. Analisis total biomassa yang digunakan adalah dengan menghitung total biomassa kering. Sebelumnya terlebih dahulu
dibuat kurva standar yang menghubungkan antara nilai OD Optical Density
dengan bobot biomassa kering gramml. Kurva standar dari bobot biomassa kering dapat dilihat pada lampiran 5.
Kandungan total biomassa kering dalam substrat dapat diketahui dari pengukuran nilai OD pada Spectrofotometer Hach. OD diukur dan
dimasukkan dalam kurva standar, kemudian akan diperoleh total biomassa kering dalam gramml. Bobot biomassa kering yang diukur tiap 6 jam
kemudian dibentuk grafik pertumbuhan khamir seperti pada gambar 6.
Gambar 6. Grafik pertumbuhan biomassa pada masing-masing konsentrasi gula
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pertumbuhan khamir yang paling tinggi terdapat pada substrat dengan konsentrasi gula 36 bv.
Schisaccharomycces pombe lebih mampu bertahan terhadap kadar gula yang
tinggi dibandingkan dengan khamir Saccharomyces cerevisiae. Berdasarkan
penelitian Haryani 2008, sirup glukosa dengan kadar gula 24 bv adalah yang paling optimum untuk pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae.
Terdapat kemungkinan khamir Schisaccharomycces pombe masih dapat tumbuh pada konsentrasi yang lebih tinggi dari 36 bv. Menurut
Barnett et. al., 2000, Schisaccharomycces pombe termasuk khamir osmofilik, yaitu memiliki kemampuan untuk tumbuh pada media dengan aw
kurang dari 0,85 setara dengan kadar glukosa 60 bb. Dengan kemampuan Schisaccharomycces pombe
untuk hidup pada substrat dengan kadar gula tinggi, diharapkan menghasilkan etanol yang lebih tinggi pula. Karena itu
pada penelitian utama digunakan substrat dengan kadar gula 36 bv untuk memaksimalkan rendemen etanol.
Dari grafik pada gambar 6 diatas dapat dilihat bahwa fase eksponensial berlangsung pada jam ke 0 sampai 12. Setelah itu digantikan oleh fase
perlambatan pada jam ke 12 sampai 24. Fase stasioner berlangsung pada jam ke 24 sampai 48. Pola pertumbuhan mikroba diatas sesuai dengan yang
dinyatakan oleh Stanbury dan Whitaker 1984, bahwa pola pertumbuhan mikroba dalam kondisi batch adalah sebagai berikut :
Gambar 7. Pertumbuhan kultur mikroba secara umum dalam kondisi batch
Laju Pertumbuhan Spesifik per jam
-0.02 0.02
0.04 0.06
0.08 0.1
0.12 0.14
6 12
18 24
30 36
42 48
54
Jam ke µ
µ jam
Laju pertumbuhan spesifik µ dari khamir pada substrat dengan konsentrasi gula 36 bv digambarkan dalam grafik sebagai berikut :
Gambar 8. Laju Pertumbuhan Spesifik µ Schisaccharomycces pombe pada substrat dengan konsentrasi 36 bv
Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa µ mengalami peningkatan hingga jam ke-6, setelah itu turun hingga jam terakhir fermentasi. Ketika
khamir berada dalam fase eksponensial µ mengalami peningkatan tajam hingga mencapai titik maksimal, yang disebut dengan µ
max
. Pada fermentasi tahap ini, µ
max
dari Schisaccharomycces pombe terjadi pada jam ke-6. Setelah khamir melewati fase eksponensial, maka pertumbuhan menjadi
lambat sehingga µ
max
turun. µ
max
akan terus menurun hingga pertumbuhan terhenti. Pertumbuhan khamir terhenti ketika khamir mengalami fase
stasioner, yang mana pada waktu itu µ tetap. Setelah itu khamir mengalami fase kematian. Grafik pada gambar 8 sesuai dengan grafik laju pertumbuhan
spesifik µ pada kultur curah seperti yang disitir oleh Mangunwidjaja dan Suryani 1994 pada gambar 9 berikut ini :
Gambar 9. Laju pertumbuhan spesifik µ pada kultur curah.
Selain total biomassa, dilakukan juga analisis pendukung terhadap hasil fermentasi yang meliputi kadar etanol, total gula sisa dan pH. Selain itu
dilakukan juga perhitungan terhadap µ
maks
, Yxs, Yps dan Ypx.. Hasil dari analisis dan penghitungan tersebut dapat dilihat pada tabel 5.
Tabel 5. Hasil analisis pendukung pada fermentasi pendahuluan
Parameter Pengukuran
Konsentrasi Sirup Glukosa 18
bv 24
bv 30
bv 36
bv Biomassa yang tumbuh
gL
3,012 3,881
4,761 5,100
Konsumsi Gula gL 37,013
72,727 82,468
81,169
Total Gula Sisa gL 128,5
164,2 208,4
263,6
Rendemen Etanol gL 9,059
8,182 16,904
17,538
µ
maks
jam
-1
0,129 0,130
0,134 0,129
Yxs 0,081
0,053 0,058
0,063
Yps 0,245
0,113 0,205
0,216
Ypx 3,008
2,109 3,550
3,439
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa kadar etanol paling tinggi dihasilkan dari substrat dengan konsentrasi gula awal 36 bv. Jumlah
biomassa yang tumbuh paling banyak dihasilkan dari substrat dengan konsentrasi gula awal 36 bv serta menghasilkan nilai µ
maks
0,129 jam
-1
. Substrat dengan konsentrasi gula awal 18 bv memiliki efisiensi substrat
terhadap rendemen biomassa Yxs paling besar. Efisiensi substrat terhadap rendemen etanol Yps paling besar diperoleh dari substrat dengan kadar
gula awal 18 bv. Substrat dengan kadar gula awal 30 bv memiliki efisiensi biomassa terhadap rendemen etanol Ypx yang paling besar.
Konsumsi gula oleh khamir yang paling banyak terdapat pada fermentasi dengan konsentrasi gula awal 30 dan 36 bv dengan nilai yang tidak
berbeda secara signifikan. Sisa gula yang paling banyak terdapat pada substrat dengan konsentrasi gula awal 36 bv.
Berdasarkan hasil analisis biomassa pada fermentasi tahap pendahuluan, maka konsentrasi gula yang dipilih untuk penelitian utama
adalah 36 bv. Hal ini karena fermentasi menggunakan substrat dengan konsentrasi gula awal 36 bv menghasilkan jumlah biomassa paling
banyak. Asumsi yang digunakan adalah pada kondisi fermentasi yang sama, media yang terdapat jumlah biomassa lebih banyak di dalamnya akan dapat
menghasilkan rendemen etanol lebih banyak pula. Selain itu substrat dengan konsentrasi gula awal 36 bv menghasilkan total gula sisa yang paling
banyak. Ketika kondisi fermentasi diubah dari aerob menjadi anaerob, total gula sisa tersebut diharapkan akan digunakan seluruhnya oleh khamir dalam
proses fermentasi menjadi etanol.
B. PENELITIAN UTAMA
Kategori