2.3 Sorbosa
L-sorbosa adalah zat antara dalam produksi industri vitamin C dan L-sorbosa oleh enzim invertase yang dihasilkan oleh mikroba maka terjadi inversi D-sorbitol menjadi
L-sorbosa yang merupakan prekursor di dalam biosintesis vitamin C. Sejak ditemukan reaksi inversi ini maka industri pembentukan L-sorbosa prekursor dalam biosintesis
vitamin C berkembang pesat guna memenuhi bahan baku industri vitamin C. Produksi sorbosa ditunjukkan dengan menggunakan inhibisi substrat dan produk secara
bersamaan. Angka oksidasi menurun secara drastis dengan penambahan konsentrasi awal sorbitol dalam bioreaktor batch Giridhar, 2000.
2.4 Fermentasi Vitamin C
Metode untuk mendapatkan vitamin C secara sintesis dengan urutan langkah yang diperlukan dengan bantuan mikroba. Perkembangan vitamin C dianggap penting sekali.
Isolasi kristalin asam askorbat pada tahun 1928 dilakukan oleh Szent-Gyorgyi yang dilanjutkan dengan identifikasi vitamin C oleh Waugh dan King serta Svirbely dan
Szent-Gyorgyi pada tahun 1932. Vitamin C pertama kali diperoleh secara sintetis. Berbagai jenis sintetis vitamin
C diklasifikasikan menjadi empat metoda yang terpenting. Metoda pertama dimana secara industri meliputi konversi D-glukosa menjadi
asam askorbat atau vitamin C. Langkah dari metoda tersebut meliputi oksidasi mikrobiologi dari gugus hidroksil kedua 2,3,4,6-diisopropylidene derivative menjadi
gugus karbonil L-ascorbic acid Vitamin C. Konfigurasi lanjutan yang penting adalah L-sorbose, suatu senyawa gula yang jarang ditemukan. L-Sorbose dihasilkan dalam
skala besar dari D-glucitol sorbitol dengan pertumbuhan Acetobacter suboxydans. Penggunaan 15 larutan sorbitol, dihasilkan L-sorbose sebesar 93 setelah
difermentasi selama 24 jam dari waktu inokulasi yang ditemukan oleh Wells, Stubbs, Lockwood, dan Roe.
Universitas Sumatera Utara
Sorbitol ditemukan secara umum dalam skala besar dengan cara hidrogenasi katalitik dari D-glukosa. Laporan pertama tentang oksidasi D-sorbitol menjadi L-
sorbosa oleh enzim yang dihasilkan oleh bakteri yang ditemukan Bertrand pada tahun 1896. Bakteri tersebut diidentifikasi dengan bakteri Acetobacter xylinum.
D-glucose D-glucitol D-sorbitol L-sorbose
2,3,4,6-diisopropylidene derivative
2,3,4,6-diisopropylidene-2-keto-L-gulonic acid
L-ascorbic acid Vitamin C
Untuk menyelesaikan sintetis tersebut, L-sorbosa diubah menjadi derivat 2,3,4,6- diisopropilidena. Gugus hidroksil pertama derivat tersebut dioksidasi oleh ion
permanganat dalam larutan alkali menghasilkan asam 2,3,4,6-diisopropilidena-2-keto- L-gulonat berdasarkan Reichstein dan Grussner. Asam 2-keto-L-gulonat atau derivat
diisopropilidena diubah menjadi asam L-askorbat dengan bermacam teknik untuk mendapatkan hasil sempurna Robinson, 1976.
Pada tahun 1953 dibuat beberapa studi dimana proses fermentasi vitamin C dengan bantuan mikroorganisme hanya terjadi dalam 2 langkah. Hori dan Nakatani
mengubah glukosa oleh Acetobacter suboxydans menjadi asam 5-keto-D-glukonat, yang selanjutnya oleh bantuan katalis enzim dirubah menjadi asam L-idonat.
Fermentasi dengan Pseudomonas, Acetobacter, atau Aerobacter inversi senyawa akhir menjadi asam 2-keto-L-gulonat, yaitu suatu senyawa antara intermediat yang lazim
dikenal menjadi asam L-askorbat Hori, 1953. Pada tahun 1990, Boudrant menyatakan bahwa dengan menggunakan metode
Reichstein dan glukosa sebagai substrat, pembentukan asam askorbat dengan metode
Universitas Sumatera Utara
fermentasi hanya berlangsung dengan 5 tahap reaksi sebagai berikut : reduksi glukosa menjadi sorbitol dengan menggunakan katalis nikel; oksidasi L-sorbitol menjadi L-
sorbosa; hasil diaseton sorbosa atau 2,3:4,6-diisopropilidena-L-xylo-2-heksofuranosa setelah perlakuan dengan aseton dan asam sulfat; oksidasi 2,3,4,6-diisopropilidena-L-
xylo-2-heksofuranosa menjadi asam 2-keto-L-gulonat dengan menggunakan katalis platinium; enolisasi dan laktonisasi internal asam 2-keto-L-gulonat menjadi asam L-
askorbat. Asam L-askorbat seperti jalur di bawah ini :
Boudrant, 1990.
Universitas Sumatera Utara
Pada zaman sekarang, ditemukan ada enam proses fermentasi bakteri untuk menghasilkan vitamin C. Semua proses tersebut memperlihatkan prekursor langsung
dari asam L-askorbat, asam 2-keto-L-gulonat, dimana dinamakan asam 2-keto-L- idonat. Perbedaan keenam jalur ini ditandai dari senyawa intermediat yang terbentuk
selama proses fermentasi. Keenam jalur tersebut dapat dilihat sebagai berikut :
1. Jalur Sorbitol
2. Jalur asam L-idonat
3. Jalur asam L-gulonat
4. Jalur asam 2-keto-D-glukonat
5. Jalur asam 2,5-diketo-D-glukonat
6. Jalur asam 2-keto-L-gulonat
Universitas Sumatera Utara
Diagram jalur biosintesis vitamin C oleh berbagai jenis mikroorganisme :
Boudrant, 1990.
1. Jalur Sorbitol
Biosintesis ini dinyatakan pertama kali oleh Motizuki. Sorbitol ditransformasikan dengan cara fermentasi menjadi asam 2-keto-L-gulonat. Transformasi diperoleh dari
beberapa genus Pseudomonas dan Acetobacter, tetapi jenis metabolisme ini belum dikenal secara umum.
Hasil transformasi dari sorbitol menjadi asam 2-keto-gulonat tidak melampaui 10, walaupun hasil 70 dicatat dari Acetobacter cerenusote. Selain asam 2-keto-L-
gulonat, produk lain juga terbentuk. Okazaki menyarankan jalur biosintesis sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Sorbitol
L-sorbose
L-idose
L-idonic acid
2-keto-L-gulonic acid
2. Jalur asam L-idonat
Biosintesis menggunakan asam L-idonat sebagai zat antara adalah transformasi multistep. Metabolisme multistep dikenal adalah asam D-glukonat, asam 5-keto-D-
glukonat, asam L-idonat, dan asam 2-keto-L-idonat. Oksidasi pertama, transformasi D-glukosa menjadi asam D-glukonat, tidak
dijelaskan secara terperinci.
3. Jalur asam L-gulonat
Jalur asam L-gulonat terdapat pada jalur L-idonat yang meliputi dua langkah oksidasi asam D-glukonat dan reduksi asam 5-keto-D-glukonat. Tetapi reaksi ini
berkembang menjadi asam L-gulonat, prekursor asam 2-keto-D-idonat. Oksidasi asam L-gulonat disampaikan oleh Kita. Menurut Kita, transformasi asam 5-keto-D-glukonat
dapat dihasilkan dengan menggunakan Xanthomonas transluscens, dengan hasil 90 dan konsentrasi 100 g L
-1
, atau Xanthomonas trifolii Erwinia lahyri.
Universitas Sumatera Utara
4. Jalur asam 2-keto-D-glukonat
Ada tiga langkah pada jalur ini : 1.
Oksidasi asam D-glukonat Kebanyakan akan mentransformasi D-glukosa menjadi asam D-glukonat dengan
menggunakan jalur ini. Transformasi D-glukosa menjadi asam 2,5-diketo- gulonat yang diidentifikasikan oleh Katznelson dalam Acetobacter melanogenum
dan Pseudomonas albosesamae. Dikenal bahwa Acetobacter suboxydans, untuk sintesis asam 5-keto-D-glukonat
dari asam D-glukonat, dapat mensintesis asam 2-keto-D-glukonat. Pada tahun 1982, Sonoyama menjelaskan kemampuan pertama kali Erwinia spp,
untuk akumulasi asam D-glukonat dan asam 2-keto-D-glukonat.
2. Oksidasi asam 2-keto-D-glukonat
Oksidasi ini diselesaikan oleh Bacterium hoshigaki dan Bacterium glucunicum dengan produk asam 2,5-D-diketo-D-glukonat. Juga dibiosintesis oleh
Acetobacter spp khususnya Acetobacter melanogenum. Ilustrasi biokonversi glukosa dengan asam D-glukonat dan asam 2-keto-D-glukonat sebagai zat antara.
Proses transformasi langsung D-glukosa menjadi asam 2,5-diketo-D-glukonat menggunakan Acetobacter fragum atau Acetomonas albosesamae yang
diumumkan secara luas.
3. Reduksi asam 2,5-diketo-D-glukonat
Pada tahun 1975, Sonoyama menjelaskan proses yang menghasilkan asam 2- keto-D-gulonat dari asam 2,5-diketo-D-glukonat, dapat dilakukan oleh genus
Brevibacterium, Arthrobacter, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas, dan Bacillus. Dengan Brevibacterium ketosporum, hasilnya mencapai 15 ketika
konsentrasi substrat 50 g L
-1
. Dengan mikroorganisme lain, hasilnya tidak lebih dari 1. Penggunaan Corynebacterium sejak tahun 1976, pertama kali
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan hasil produk asam 2-keto-L-gulonat sekitar 10. Pada masa kini, diperoleh hasil mendekati 80. Proses lain juga dijelaskan dengan menggunakan
Citrobacter. Dapat dikatalisis hanya dengan transformasi asam 2,5-diketo-D- gulonat, dan permulaan digunakan Acetobacter cerenus. Dengan beberapa
mikroorganisme, hasilnya sekitar 30, dengan konsentrasi substrat 100 g L
-1
.
5. Jalur asam 2.5-diketo-D-glukonat
Proses produksi asam 2,5-diketo-D-glukonat pada langkah utama. Genus Erwinia dijelaskan pada transformasi ini. Dijelaskan bahwa konsentrasi glukosa 200 g
L
-1
Proses fermentasi dengan menggunakan Acetobacter cerenus memberikan hasil sekitar 90.
dan waktu fermentasi 20 jam yang memberikan hasil sekitar 75.
6. Jalur asam 2-keto-L-gulonat
Jalur ini rupanya terjadi secara langsung, dan menghasilkan asam 2-keto-L- gulonat, prekursor langsung asam L-askorbat dari glukosa. Jalur ini kemungkinan
terjadi dengan pengembangan yang baru. Beberapa diantaranya :
1. Kultur tingkat kedua atau campuran
2. Seleksi mutan
3. Isolasi reduksi asam 2,5-diketo-D-glukonat pada Corynebacterium
4. Transfer gen reduksi asam 2,5-diketo-D-glukonat pada Corynebacterium dan
Erwinia Boudrant, 1990. Hancock menyatakan bahwa dengan menggunakan Saccharomyces cerevisiae
dan substrat L-galaktosa, L-galaktono-1,4-lakton dan L-gulono-1,4-lakton akan dihasilkan asam askorbat sedangkan bila menggunakan substrat D-glukosa, D-
galaktosa atau D-manosa akan dihasilkan asam D-erithroaskorbat Hancock, 2000.
Universitas Sumatera Utara
Running menyatakan bahwa fermentasi aerobik dan pemilihan strain yang tepat akan dihasilkan asam askorbat ekstraseluler sebesar 76 mgL. Dengan mutagen klasik
dan metoda seleksi, kami menciptakan mutan Prototheca moriformis ATCC 75669 yang menghasilkan kuantitas asam askorbat terbesar daripada strain tipe alamiah 78,4
vs 21,9 mg AAg sel Running, 2002. Rewatkar menyatakan bahwa dengan menggunakan 5 gram sorbitol; 0,5 gram
ekstrak yeast dan 2 gram agar yang dilarutkan dalam 100 mL H
2
Salah satu aspek yang penting dari proses-proses fermentasi adalah cara pemanenan dan memurnikan hasil produk fermentasi atau bioproduk. Proses ini
dikenal dengan proses hilir Kroner, 1984. O setelah difermentasi
selama 7 hari oleh Acetobacter suboxydans akan diperoleh sebanyak 4,997 mgL 6,2213 asam askorbat. Dengan cara yang sama tetapi menggunakan bakteri
Pseudomonas aeruginosa akan dihasilkan 3,217 mgL 4,0213. Sedangkan bila digunakan Saccharomyces cerevisiae akan dihasilkan 1,882 mgL 2,3525 asam
askorbat Rewatkar, 2010.
Universitas Sumatera Utara
2.5 Kinetika Pertumbuhan Mikroba
Kategori