Kajian Awal Penggunaan Reaktor Unggun Diam Sel Imobil Bacillus macerans untuk Biokonversi Pati Batang Kelapa Sawit Menjadi Siklodekstrin
ASEP PRIADI. F 27.1296. KAJIAN AWAL PENGGUNAAN REAKTOR
UNGGUN DIAM SEL IMOBIL Bc~cill~ismaceruns UNTUK BIOKONVERSI PAT1
BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SIKLODEKSTRIN. Di bawah bimbingan
DJUMALI MANGUNWIDJAJA.
Siklodekstrin merupakan oligosakarida non reduksi berbentuk siklik, tersusun atas
enam, tujuh dan delapan monomer glukosa yang dihubungkan ole11 ikatan a-1,4-glikosidik.
Berdasarkan jumlah glukosa yang menyusunnya, siklodekstrin dibedakan atas a - (enam
unit), 0-(tujuh unit) dan y- siklodekstrin (delapan unit). SiModekstrin dapat pula dibentuk
lebih dari delapan monomer glukosa. Siklodekstrinjuga merupakan jenis pati termodifikasi
yang dihasilkan secara biokimiawi oleh siklodekstrin glikosiltransferase (CGTase). Salah
satu mikroba penghasil CGTase adalah B(~cillr(smacerans. CGTase dapat mengatalisis tiga
jenis reaksi, yaitu (1) transglikolisasi intramolekular (siklisasi), (2) transglikolisasi
intermolekular (coupling dan disproporfionation) dan (3) hidrolisis pati. CGTase tergolong
enzim transferase walaupun enzim tersebut dapat menghidrolisis pati.
Penelitian ini menggunakan substrat pati batang kelapa sawit, imobilisasi dilakukan
mengunakan metoda jerapan, peyangga yang digunakan adalah manik kaca (diameter
4,O mm). Volume kerja reaktor 200 ml, jumlah sel yang masuk k 1,344 x lo9 sellml
7,2 x 10" glml. Perbandingan bobot jumlah sel yang masuk dengan penyangganya
adalah 1,0 : 345. Persentase sel yang terjerap rt: 75,2 persen. Penelitian ini dilakukan
dalam dua tahap. Tahap pertama adalah penetapan induser (induser yang digunakan adalah
pati terlarut dan pati batang kelapa sawit), dan penetapan kondisi terbaik dengan variasi
suhu serta pH (suhu 30 "C, pH 6,O; suhu 30 "C, pH 7,O; suhu 30 "C kemudian dirubah
suhu 45 "C (pada saat sel memasuki fasa stasioner), pH 6.0). Tahap kedua adalah
biokonversi pati batang kelapa sawit menjadi siklodekstrin menggunakan sel imobil pada
reaktor unggun diam (biokonversi dilakukan pada taraf laju alir substrat 20, 40 dan
60 mlljam, adapun konsentrasi substrat yang digunakan 10, 30 dan 50 gll).
Tahap pertama. Hasil analisis menunjukkan bahwa aktivitas CGTase kasar dengan
menggunakan induser pati terlarut lebih tinggi dibandingkan dengan pemakaian induser pati
batang kelapa sawit. Aktivitas maksimal dengan menggunakan induser pati terlarut sebesar
25,22 Ulml (dicapai pada jam ke-43, sedangkan dengan menggunakan induser pati batang
-
+
kelapa sawit sebesar 8,64 Ulml (dicapai pada jam ke-25). Aktivitas maksimal CGTase
pada sel dengan inenggunakan induser pati terlarut sebesar 80,11 Ulg (aktivitas CGTase
pada sel dengan menggunakan induser pati batang kelapa sawit tidak terdeteksi). Pati
terlarut ditetapkan sebagai induser. Kondisi proses suhu 30 "C dan pH 6,O merupakan
kondisi proses terbaik. Aktivitas CGTase pada sel terus meniilgkat hingga akhir fasa
stasioner kemudian turun drastis pada saat sel memasuki fasa lisis (aktivitas CGTase pada
sel maksimal sebesar 80,11 Ulg dicapai pada jam ke-40).
Tahap kedua. Selama proses konversi pati batang kelapa sawit menjadi
siklodekstrin, terjadi penurunan visltositas (pengukuran tidak dilakukan hanya pengamatan
visual dibandingkan kondisi awal pati) dan penurunan nilai pH. Secara umum, peningkatan
gula total diikuti dengan peningkatail gula pereduksi. Pembentukan gula pereduksi untuk
semua perlakuan berkisar 0,03 - 1,20 g/l. Pada laju alir substrat yang tinggi, pembentukan
gula pereduksi lebih tinggi dibandingkan dengan laju alir substrat rendah. Hasil analisis
juga menunjukkan bahwa dengan meningkatnya laju atir substrat maka konsentrasi gula
total yang terbentuk akan semakin menurun. Gula total yang terukur terdiri dari
monosakarida, disakarida, oligosakarida (termasuk siklodekstrin) dan polisakarida (pati)
yang tidak terkonversi ole11 CGTase. Konsentrasi gula total yang terukur setelah
dikurangkan dengan konsentrasi gula pereduksi dapat menentukan konsentrasi siklodekstrin
secara kualitatif walaupun tidak dilakukan pengukuran pati sisa, karena pada sistem
sinambung, konsentrasi substrat [S] tetap dan laju konversi substrat dipertahankan tetap,
sehingga pati sisa yang tidak terkonversi oleh CGTase jumlahnya tetap. Hasil
analisis HPLC menunjukkan bahwa jenis siklodekstrin yang terbentuk sebagian besar
a-siklodekstrin, dengan persentase pembentukannya stabil setiap satu satuan waktu.
KAJIAN AWAL PENGGUNAAN REAKTOR UNGGUN D I M
SEL IMOBIL Bncillzls ir&ncerarzsUNTUK BIOKONVERSI
PAT1 BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SXKLODEKSTRIN
Oleb
ASEP PRIADI
F 27.1296
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk mernperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
E'akultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
1995
JURUSAN TEKNOLOGI 1NI)USTRI P E R T M A N
FAKULTAS TEKPITOLOGI P E R T M A N
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN-
KAJIAN AWAL PENGGUNAAN REAKTOR UNGGUN DIAM
SEL IMOBIL Bacillrcs rtiaceratzs UNTUK BIOKONVERSI
PAT1 BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SIKLODEKSTRIN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Tekliologi Industri Pertanian
Fakultas Tekliologi Pertanian
lnstitut Pertanian Bogor
ASEP PRIADI
F 27.1296
Dilahirkan pada tanggal 28 September 1971
di Jakarta
KATA P E N G M A R
BISMILLAHIRAHMANIRAHIM
Segala puji syukur penulis panjatkan ke hadirat ALLAH SWT yang senantiasa
memberikan rahinat dau hidayah-NYA, sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan.
Skripsi ini merupakan salali satu rangkaian penelitian dengan judul Karakterisasi Pati
dan Pengembangan Proses Produksi Pati Termodifikasi yang dilaksanakan dalam
kegiatan Riset Unggulan Terpadu bidang Teknologi Proses.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya
kepada :
I. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA., selaku dosen pembimbing yang telah
inemberikan pengarahan, bantuan fisik dan moril hingga terselesaikannya skripsi ini,
2. Dr. Ir. E. Gumbira-Sa'id, MADev., selaku kepala Laboratorium Bioindustri,
Teknologi Industri Pertanian, FATETA-IPB yang telah memberikan dukungan moral
dan keinudahan-kemudahan selama pelaksanaan penelitian,
3. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Ir. Titi Candra Sunarti, MS., selaku dosen penguji
yang telah memberikan saran untuk perbaikan slcripsi ini.
3. Dr. Ir. Dedi Fardiaz yang telah memberikan pinjaman perlengkapan reaktor selama
kegiatan penelitiau,
UNGGUN DIAM SEL IMOBIL Bc~cill~ismaceruns UNTUK BIOKONVERSI PAT1
BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SIKLODEKSTRIN. Di bawah bimbingan
DJUMALI MANGUNWIDJAJA.
Siklodekstrin merupakan oligosakarida non reduksi berbentuk siklik, tersusun atas
enam, tujuh dan delapan monomer glukosa yang dihubungkan ole11 ikatan a-1,4-glikosidik.
Berdasarkan jumlah glukosa yang menyusunnya, siklodekstrin dibedakan atas a - (enam
unit), 0-(tujuh unit) dan y- siklodekstrin (delapan unit). SiModekstrin dapat pula dibentuk
lebih dari delapan monomer glukosa. Siklodekstrinjuga merupakan jenis pati termodifikasi
yang dihasilkan secara biokimiawi oleh siklodekstrin glikosiltransferase (CGTase). Salah
satu mikroba penghasil CGTase adalah B(~cillr(smacerans. CGTase dapat mengatalisis tiga
jenis reaksi, yaitu (1) transglikolisasi intramolekular (siklisasi), (2) transglikolisasi
intermolekular (coupling dan disproporfionation) dan (3) hidrolisis pati. CGTase tergolong
enzim transferase walaupun enzim tersebut dapat menghidrolisis pati.
Penelitian ini menggunakan substrat pati batang kelapa sawit, imobilisasi dilakukan
mengunakan metoda jerapan, peyangga yang digunakan adalah manik kaca (diameter
4,O mm). Volume kerja reaktor 200 ml, jumlah sel yang masuk k 1,344 x lo9 sellml
7,2 x 10" glml. Perbandingan bobot jumlah sel yang masuk dengan penyangganya
adalah 1,0 : 345. Persentase sel yang terjerap rt: 75,2 persen. Penelitian ini dilakukan
dalam dua tahap. Tahap pertama adalah penetapan induser (induser yang digunakan adalah
pati terlarut dan pati batang kelapa sawit), dan penetapan kondisi terbaik dengan variasi
suhu serta pH (suhu 30 "C, pH 6,O; suhu 30 "C, pH 7,O; suhu 30 "C kemudian dirubah
suhu 45 "C (pada saat sel memasuki fasa stasioner), pH 6.0). Tahap kedua adalah
biokonversi pati batang kelapa sawit menjadi siklodekstrin menggunakan sel imobil pada
reaktor unggun diam (biokonversi dilakukan pada taraf laju alir substrat 20, 40 dan
60 mlljam, adapun konsentrasi substrat yang digunakan 10, 30 dan 50 gll).
Tahap pertama. Hasil analisis menunjukkan bahwa aktivitas CGTase kasar dengan
menggunakan induser pati terlarut lebih tinggi dibandingkan dengan pemakaian induser pati
batang kelapa sawit. Aktivitas maksimal dengan menggunakan induser pati terlarut sebesar
25,22 Ulml (dicapai pada jam ke-43, sedangkan dengan menggunakan induser pati batang
-
+
kelapa sawit sebesar 8,64 Ulml (dicapai pada jam ke-25). Aktivitas maksimal CGTase
pada sel dengan inenggunakan induser pati terlarut sebesar 80,11 Ulg (aktivitas CGTase
pada sel dengan menggunakan induser pati batang kelapa sawit tidak terdeteksi). Pati
terlarut ditetapkan sebagai induser. Kondisi proses suhu 30 "C dan pH 6,O merupakan
kondisi proses terbaik. Aktivitas CGTase pada sel terus meniilgkat hingga akhir fasa
stasioner kemudian turun drastis pada saat sel memasuki fasa lisis (aktivitas CGTase pada
sel maksimal sebesar 80,11 Ulg dicapai pada jam ke-40).
Tahap kedua. Selama proses konversi pati batang kelapa sawit menjadi
siklodekstrin, terjadi penurunan visltositas (pengukuran tidak dilakukan hanya pengamatan
visual dibandingkan kondisi awal pati) dan penurunan nilai pH. Secara umum, peningkatan
gula total diikuti dengan peningkatail gula pereduksi. Pembentukan gula pereduksi untuk
semua perlakuan berkisar 0,03 - 1,20 g/l. Pada laju alir substrat yang tinggi, pembentukan
gula pereduksi lebih tinggi dibandingkan dengan laju alir substrat rendah. Hasil analisis
juga menunjukkan bahwa dengan meningkatnya laju atir substrat maka konsentrasi gula
total yang terbentuk akan semakin menurun. Gula total yang terukur terdiri dari
monosakarida, disakarida, oligosakarida (termasuk siklodekstrin) dan polisakarida (pati)
yang tidak terkonversi ole11 CGTase. Konsentrasi gula total yang terukur setelah
dikurangkan dengan konsentrasi gula pereduksi dapat menentukan konsentrasi siklodekstrin
secara kualitatif walaupun tidak dilakukan pengukuran pati sisa, karena pada sistem
sinambung, konsentrasi substrat [S] tetap dan laju konversi substrat dipertahankan tetap,
sehingga pati sisa yang tidak terkonversi oleh CGTase jumlahnya tetap. Hasil
analisis HPLC menunjukkan bahwa jenis siklodekstrin yang terbentuk sebagian besar
a-siklodekstrin, dengan persentase pembentukannya stabil setiap satu satuan waktu.
KAJIAN AWAL PENGGUNAAN REAKTOR UNGGUN D I M
SEL IMOBIL Bncillzls ir&ncerarzsUNTUK BIOKONVERSI
PAT1 BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SXKLODEKSTRIN
Oleb
ASEP PRIADI
F 27.1296
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk mernperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
E'akultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
1995
JURUSAN TEKNOLOGI 1NI)USTRI P E R T M A N
FAKULTAS TEKPITOLOGI P E R T M A N
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN-
KAJIAN AWAL PENGGUNAAN REAKTOR UNGGUN DIAM
SEL IMOBIL Bacillrcs rtiaceratzs UNTUK BIOKONVERSI
PAT1 BATANG KELAPA SAWIT MENJADI SIKLODEKSTRIN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Tekliologi Industri Pertanian
Fakultas Tekliologi Pertanian
lnstitut Pertanian Bogor
ASEP PRIADI
F 27.1296
Dilahirkan pada tanggal 28 September 1971
di Jakarta
KATA P E N G M A R
BISMILLAHIRAHMANIRAHIM
Segala puji syukur penulis panjatkan ke hadirat ALLAH SWT yang senantiasa
memberikan rahinat dau hidayah-NYA, sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan.
Skripsi ini merupakan salali satu rangkaian penelitian dengan judul Karakterisasi Pati
dan Pengembangan Proses Produksi Pati Termodifikasi yang dilaksanakan dalam
kegiatan Riset Unggulan Terpadu bidang Teknologi Proses.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya
kepada :
I. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA., selaku dosen pembimbing yang telah
inemberikan pengarahan, bantuan fisik dan moril hingga terselesaikannya skripsi ini,
2. Dr. Ir. E. Gumbira-Sa'id, MADev., selaku kepala Laboratorium Bioindustri,
Teknologi Industri Pertanian, FATETA-IPB yang telah memberikan dukungan moral
dan keinudahan-kemudahan selama pelaksanaan penelitian,
3. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Ir. Titi Candra Sunarti, MS., selaku dosen penguji
yang telah memberikan saran untuk perbaikan slcripsi ini.
3. Dr. Ir. Dedi Fardiaz yang telah memberikan pinjaman perlengkapan reaktor selama
kegiatan penelitiau,