Cultivation Medium Selection and Optimization Agitation Speed of Bacterial Cellulose Production by Acetobacter pasteurianum in Shaking Culture
z'"
I� 1,SELEKSI EDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH AceQbacter psteurnum
PADA KULTUR TERGOYANG
Oleb
ATTANSAH
F03498099
2003
Fl.TAS TENOLOGJ PERTN
NST PERTN BOGOR
BOGOR
•
ATANSA. F03498099. Seleksi Media Kultivasi Dan Optimasi Kecepatan
Agitasi Prduksi Selulosa Baderi Oleh Acetobcter pasteurim Pada Kultur
Tergoyang. Di bawah bimbingan LESBETI ARTOTO dan NOER LAlLY.
NGSN
Selulosa bakteri adalah elulosa yang diproduksi oleh mikroha teutama galur
Acetobacter. Sejauh ini, proses produksi seluloa bakteri yang biasa digunakan
adalah dengan kultur diam (static cultue). Paa kultur tersebut. rata�raa produksi
per volume kultur (rendemen) dapat ditingkatkan dengan membuat kultur sedangkal
mUDgkin. Namun. hal ini membutuhkan area yang luas untuk menumbuhkan kultur
dan tidak praktis unuk skala produksi esar (Okiyama et i., 1992 di dalam
Son et aI., 2001). Oleh karena itu diperlukan metode produksi massal yang praktis
dan ekonomis untuk memproduksi selulosa bakteri. Kultur tergoyang dan kultur
teraduk berpotensi dijadikan metode produksi massal selulosa bakteri karena tidak
membutuhkan tempat yang luas untuk menumbuhkan kultur dan waktu fennentasi
yang relatif cepat.
Tujuan enelitian ini adalah mendapatkan mdia kultivasi Genis sumber
karbon dan jenis sumber nitrogen) yang terbaik dan kecepatan agitasi optimum untuk
memproduksi selulosa bakteri oleh Acetobacter pasteurianum pada kultur tergoyang
serta mendapatkan parameter-paremeter kinetika kultivasinya. Optimasi kecepatan
agitasi dilakukan untuk mendapatkan kecepatan agiasi propagasi sel dan kcepatan
agitasi poduksi eluloa bakteri yang optimum.
Penetitian dilakukan dalam tiga tahap. Penetitian tahap pertama adalah seleksi
media kultivasi. Komosisi mdia kultivasi yang digunakan merupakan modiikasi
media CSL-Fru. Mdifikasi tersebut dilakukan dengan mensubstitusi beberapa
komponen media CSL-Fru (foyosaki et al., 1995) seperti campuran vitamin,
campuran mineral n CSL (Con Steep Liquor) dengan air kelapa. Modiikasi juga
dilakukan terhadap sumer karbon dan sumber nirogen. Sedangkan bahan yang
dipertahankan adalah KH2P04 0,1 % b/v dan MgS04.7H20 0,25 % b/v. Rancangan
percobaan yang digunakan adalah rancangan aeak lengkap faktorial dengan dua
faktor perlakuan n dua kali ulangan. Faktor erlakuan terdiri i jenis sumer
karbon (C) dan jenis sumber nirogen (Y). Faktor erlakuan jenis sumer karbon (C)
terdiri dari 4 � yaitu fruktosa 4,03 % blv (CI), glukosa 4,43 % b/v (e2), surosa
3,83 % b/v (C3). n sorbitol 4,08 % b/v (C4). Sdangkan faktor perlakuan jenis
sumber nitrogen ) terdiri dari 3 taraf, yaitu ..)2S04 0,73 % b/v (y1),
(NH4)2S04 0,5 % b/v + ekstrak khamir 0,5 % blv (Y2) dan eksrak khamir 1,57 %
bl.. (Y3). Kon;;Iisi setiap taraf jenis sumer karbon n sumber nirogen dibuat
berbeda-beda aar memiliki bobot atom karbon dan kadar nitrogen yang sana
dengan media CSL-Fo, yaitu 1,62 g boot atom C dan 0,1924 % kadar N. Anatisa
yang dilakukan adalah rendemen seluloa bakteri mumi kering. Peneliian tahap I
dimulai dengan penyegaran isolat (media aar miring, 4 hari inkubasi dalam
inkubator, dan suhu 30 0C). kemudian propagasi sel (3 Ose, secara diam, volume
keja 100 ml dllam labu ed�ilmeyer 300 ml, pH""5, 3 hari inkubusi, dan suhu ruar.g)
dan produksi selulosa bakteri (inokulum 5 % v/v, 100 rpm, volume kerja 100 ml
dalam labu erlenmeyer 300 ml, pH 5, 7 hari inkubasi, dan suhu ruang).
=
Penelitian tabap II adalah penentuan kcepatan agitasi optimum. Media
kultivasi yang digunakan adalah media kultivasi terbaik hasil seleksi pada penelitian
hp I. Peneliian dilakukan dengan nn aak lengkap aktorial dengan dua
faktor erlakuan n dua kali ulangan. Fr erlakuan terdiri i kcepatan agitasi
propagasi sel (A) dan kecepatan agitasi prduksi (B). Tf faktor kcepaan agitasi
propagasi sel (A) terdiri dari 4 kecepatan, yaitu 0 rpm (A1), 80 rpm (l), 160 rpm
(A3) dan 240 rpm (4). Sedangkan taraf kcepaan agiasi produksi juga terdiri i
4 kecepatan, yaitu 100 rpm (BI), 140 rpm (B2), 180 rpm (B3) dan 220 rpm (B4).
Prosedur eneliian tahap II adalah seeti prosedur penelitian tahap I, tetapi kondisi
inkubasi (keceatan agitasi) disesuaikan dengan perlaruan masing-masing. Analisa
yang dilakukan adalah rendemen selulosa :ri mumi kering.
Penelitian tahap III adalah enentuan, nilai parameter kinetika kultivasi
selulosa bakteri pada kultur tergoyang. Media yang digunakan adalah media kultivasi
terbaik hasil eleksi pada penelitian tahap I dan kecepatan agitasi yang digunakan
adalah kcepatan agitasi optimum hasil penelitian tahap II. Analisa yang dilakukan
meliputi rendemen selulosa bakteri mumi kering, kerapatan optik cairan media
kultivasi, baot biomassa kering dan kadar gula total sisa. Analia tersebut dilakukan
selama 10 i. Hari pertama setiap 4 jam ekali. Hari ke-2 sampai hari ke-4 setiap 6
jam, hari ke-5 etiap 8 jam, hari ke-6 sampai hari ke-lO setiap 12 jam.
Hasil analisa ragam terhadap enelitian tahap I menunjukkan bahwa rendemen
selulosa bakteri mumi kering dipengaruhi oleh kdua faktor perlakuan Genis sumber
karbon dan jenis sumer nitrogen) dan interaksi antar faktor perlakuan. Media
kultivasi optimum untuk produksi selulosa bakteri pada kultur tergoyang adalah
erlakuan YIC3 dengan rendemen sebear 2.27 gil. Komposisi media YIC3 terdiri
dari air kelapa sebagai elarut, KH2P04 0,1 % b/v. MgS04.7H20 0,25 % b/v, sukrosa
3,83 % b/v dan (Nt)2S04 0,73 % b/v.
Rendemen selulosa bakteri mumi kering pada peneiitan tahap II diengaruhi
oleh kedua faktor periakuan (kecepaan agitasi propagasi sel dan kecepatan agitasi
produksi) dan interaksi antar faktor erlakuan. Kecepaan agitasi optimum dihasilkan
oleh perJakuan AIB2 (kecepatan agiasi propagasi sel 0 rpm dan keceatan agitasi
produksi 140 rpm) dengan rendemen sebear 5,4995 gil.
Hasil enelitian tahap III menunjukkan bahwa embentukan selulosa bateri
erasosiasi dengan pertumbuhan sel pada kultur tergoyang. Laju pertumbuhan
sesifik (�) eesar O,0251jn dengan oo. biomassa kering tertinggi ("".)
2,5685 g yang dieroieh pada jam ke-54 sampai jam ke-l04 kultivasi. Wu ganda
sel (td) tejadi selama 27,6154 jam. Pola ertumbuhan biomassa terdiri i fase
adaptasi Gam ke-O ampai jam ke-48), fase eksponensiaJ Gam ke-54 sampai jam ke104) dan fase kematian Gam ke-112 ampai jam ke-240). Parameter kineika tetapan
rendemen, yaitu Yis sebesar 0,2537 g selulosa bakteri/g substrat, Ys seesar
0,0996 g biomastg substrat dan Yx sebear 2,5126 g selulosa bakteri/g biomassa.
Ataiansab. F03498099. Cultivation Mdium Selecion and Opimiion Agitation
Seed of Bacterial Cellulose Production by Acetobaeter psteurianum in Shaking
Culture. Under suervision of Liesbetini artoto and Noer Lay.
SUMMARY
Bacterial cellulose is cellulose produced by microe especially Acetobacter
strain. So far, production process of bacterial cellulose which commonly use is static
culture. At this culture, production mean per culture volume (rendemen) can be
improved madely culture as shallow as possible. But, this matter rquire wide area to
grow culture and impractical for the mass production scale (Okiyama et al., 1992 in
Son et al., 2001). Therefore it needed an economic and practical mass production
method to produce bacterial cellulose. Shaking Culture and agitated culture are
potentials method for mass production method of bacterial cellulose due to not
require wide place to grow the culture and fermentaion ime relative quickly.
This research objectives are to obtain suitable cultivation mdium (type of
carbon and nitrogen source) and optimum agitation seed in producing bacterial
cellulose by A. pasteurianum in shaking culture and also its kineic asct pmeter.
Optimization of agitation spet was carried out to obtain opimum agitation speed of
cell propagation and production bacterial cellulose.
This research was carried out in three steps. First step was selection of
cultivation medium. Composition of cultivation medium, which were used in this
step. was modiication of CSL-Fru medium. This modification had done by
substituted vitamin mix, mineral mix and CSL (Com Steep Liquor). Modification
had also done to l"bon and nirogen source of CSL-Fru mdium. Meanwhile, the
fixed material of CSL-Fru mdium were 0.1 % w/v KHzP04.and 0.25 % WI"
MgS04.7H20. Experiment desin in this step s torial complete random desin
with two reament and two replications. First reament factor s type of caron
source (C). which comprised four levels, that were 4.03 % w/v ructose (CI),
4.43 % WI" glucose (C2), 3.83 % WI" sucrose (C3), and 4.08 % WI" sorbitol (C4).
. Second treatment factor was type of nirogen source (Y) comprisd four level, that
were 0.73 % WI. (NH.)zSO, (Y l ), 0.5 % WI. (NH.)zS04 + 0.5 % WI. yeast exract
(Y2) and 1.57 % WI. yeast exract (Y3). Concenration of each level of reatment
factors were made diferent in order to have equal weight of caron atom and
nirogen percentage with CSL-Fru medium. that is 1.62 g weight of carbon atom and
0.1924 % nirogen percentage. Analysis in this p s yield of dried pure bacterial
cellulose. First esearch step was egun with rereshing isolate (slant agar medium.
pH � 4.5, 4 day nd 30 0C), then cell propagation (3 ose, statically, 10 ml working
volume in 300 l erleruneyer flask, pH � 5, 3 day, and room temperature) and
production of bacterial cdlu!ose (5 % v/v inocul..r:, 100 rpm, 100 1 working
volume in 300 l erlenmeyer flask, pH 5. 7 day, and room temperature).
Second research step was the assessment of optimum agitation speed.
=
Cultivation medium in this step
s
the est medium that d obtained rom irst
research step. The research was carried out by factorial complete random design with
two treatments and two replications. First treatment actor was cell propagation
agitation seed (A), which comprised four level, that were 0 rpm (AI), 80 rpm (A2),
160 rpm (J) and 240 rpm (A4). Meanwhile, second treatmellt factor s production
agitation spd (B) which coprisd 4 level, that were 100 rpm (Bl), 140 rpm (B2),
180 rpm (B3) and 220 rpm (B4). Analysis in this step s yield of drid pure
bacterial cellulose. Rech procedures in this step were ame as st reseacrh step
procedures, but incubation condition (agitation sped) s accordance to each
treatment.
Third research step was the assessment of kineic parameter value of
production bacterial cellulose in shaking culture. Culivation mdium, which was
used in this step, was the est medium obtaind om the st research step.
Meanwhile, agitation speed, which s used in this step, was optimum agitation
'
speed obtained from second research step. Analysis that caried out in this step
comprised of yield of dried pure bacterial cellulose, optical density of culture
medium, weight of dried biomass and rest of sugar concenraion. The analysis was
carried out in ten day. First day was every 4 hour. Second until forth day was every 6
hour. Fifth day s every 8 hour and sixth until tenth day s every 12 day.
Variance analysis result of irst research step showd t yield of dried pure
bacterial cellulose was iluenced by both reatment factor (tye of caron source
and pe of nirogen source) and interaction between eament fators. The suitable
cultivation medium for producing bacterial cellulose was YI C3 reament with yield
2.27 gil. Comosition medium of YIC3 reatment are coconut water as solvent,
0.1 % w/y KH2P04, 0.25 % w/y MgS04.7H2v, 3.83 % WI. sucrose and 0.73 % w/y
N.hSO,.
Variance analysis result of second research step showed that yield of dried
pure bacterial cellulose was inluenced by both treatment factor (aitation speed of
cell propagation and agitation speed of production bacterial cellulose) and interaction
between reatment factors. Optimum agitation was obtained om A I B2 treatment
(0 pm agitation speed of cell propagation and 140 rpm agiion sped of production
bacterial cellulose). The yield of this treatment was 5.4995 gil.
Third research step result concluded that bacterial cellulose producing
associated with cell rowth in shaking culture. Seeific rowth rate (,) s
0.0251 houri with maximum biomass concenraion (Xmax) s 2.5685 g. Cell
duplicating time (td) occurred for 27.6154 hours. Cell rowth aen composed of
adaptation phase (until the48th hour), exponenial phase (54th hour unil l04h
hour) and death phase (begun in 112th hour). Yield coeicient composed of
Yi, � 0.2537 g bacterial celluloselg substrate, Y"' � 0.0996 g biomass/g subsrate
ld Yp/x 2.5126 g bacterial cellulcselg biom�.ss.
=
SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEHAcetobacter psteurianum
PADA KULTUR TERGOYANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat nk mendapatkan gelar Sarjana
Pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
OIeb
ATTARIANSAH
F03498099
2003
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PRERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI F:RTANIAN
NSTITUT PERTANIAN BOGOR
SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI KECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH AceJobac1er pateurianum
PADA KULTUR TERGOYANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat
n. memperoleh Gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada Jurusan Teknologi Indusri Pertanian
FakuItas Teknoloi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleb
ATTAANSAH
F03498099
rn pada Tangai 14 Mart 1980
Di Jakarta
Tanggal us: .3 S'emb-o3
Disetujui,
Dra. Noer Laity, Msi
Dosen Pembimbing II
r. Ir. Liesbetini Hatoto, MS
Dosen Pembimbing I
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karen. hanya dengan
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menye1esaikan skripsi dengan judul 'Seleksi
Media Kultivasi dan Optimasi Kecepatan Agitasi Produksi Selulosa Bi Oleh
A. paMeurianum Puda Kultur Tergoyang'. Skripsi ini enuiis
SlSn
herdasarkn hasil
penelitian selama sebelas bulan, sejak bulan Agustus 2002 sampai bulan Ji 203.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Bioindusri (LTB),
Pusat Penelitian, Pengkajian IImu n Teknologi (Puspitek), Serpong. Selama
penelitian
sampai dengan tersuswmya skripsi ini. penulis banyak menerima
bimbingan, saran dan hantuan dari bebagai pihak baik berupa banooan mori! maupun
material. Oleh karena itll, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-enya
kepada:
1. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS selaku Dosen Pembimbing pertama yang telah
memberikan bantuan dan membimbing penulis selama penyelesaian tugas akhir.
2.
Dra. Noer Laily. Msi selaku Dosen Pembinbing kedua atas segala nn,
bimbingan dan fasilitas yang telah diberikan selama penelitian n penulisan
skripsi.
3. Dr. Ir. Titi Candra Sti. MSi. yang telah bersdia nenguji dan nemn
kritik dan saran atas perbaikan sripsi ini.
4.
Kedua orang tua dan adik-adikku (Ira dan Adi) atas segala erhatian n doanya,
sert. kepad. Ir. Irwandi yang telah enulis i segi sial.
5. Bu Trismillah, Bu Tining, Bu Diana, Bu Ida, Bu Relno dan Pak Jamil elku
peneliti di LTB atas senua
n-san
dan bantuannya.
6. Tenan-tenan seerjuangan : nbak Emi, mbak Faim, mbak Lilis, Marita, Widi,
Helena, Yam, Vera, Dewi dan Yudi terima kasih atas keja samanya.
7.
Seluruh teman-teman TIN 35 yang mudah-mudahan selalu kompak n tetap
menjalin komunikasi.
Akhimya dengan erbagai kekuraugan yang ada n kesadaran bahwa
segala
kesempumaan
hanyalah
milik
Allah
SWT,
maka
krit�k
nan
a..1
enyempumaan sangant diharapkan. Semoga skripsi ini dapat bennanfaat bai yang
memerlukannya.
DAfARISI
Halaman
KATA PENGANTAR
DAFTAR lSI
1
DAFTAR TABEL
..........
DAFTAR GAMBAR
11
. .. .
...
.
..
............... ...........................................................
IV
.........................................................................................
DAFTAR LAMPlRAN
I.
.....................................
............................ .....................................
PENDAHULUAN
....................
..
...
.............
. ....... .... ... .... ...
..
...
A. LATAR BELAKANG
B. TUJUAN
.
.
........
.
.
.
.........
.... ........ ...... .. .. . .
.
.
.
..
.
.............................
. ..
...
.........
.
....
.
...
...
..
.
II. TINJAUAN PUSTA
.
.
.
..
.
.
.
...
.
...
...
.
.
1
..
.
.
......
V11
.......................
.
.. .......... .. . ... ... ... . . . .
..
. ...... . . .
.
...........
...
3
................
4
...
.
.
....
. . . ... ... ..... .... ........ ........................ ........... . .
..
.
1
.......
..
............
.
.
. .. .. . .
.
.
. .....
v
.......
.
.
4
1. Mikroba Penghasil Selulosa Bakteri . ............ ...................................
5
2. Biosintesis Selulosa Bakteri
6
A. SELULOSA BAKTERI
...........................................................
. . ...
...
...
.
.....................................................
. ..... .
.
.
B. PRUDUKSI SELULOSA BAKTERI
PADA KULTUR TERGOYANG
1. Medium Kultivasi
.
8
. ................. .. .. .............. . ............
8
.........
15
............
17
............
.....................
2. Kultur Tergoyang
.
. .... .. ..... ..
..
..
.
.
......
......
.
.
. ....... . ............. ... .
..
.
. .
.
.
..
..
.
................................................
C. FAKTOR-F AKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI
SELULOSA BAKTERI PADA KULR TERGOY ANG ..... ..
.
1. pH
..
.. .. ..... .
.
.
..
.......
2.
Suhu Inkubasi
3.
Kecepatan Agitasi
....
.
.
.
17
..
17
............................................................................
18
..............................
.
...................
.....
.......
... ... ..
..
4. Sumber Karbon, N�trogen Dan Vitamin
11
.
....... ...............................
........................ . . . . . ..........
... ..
.
....
... .
.
.
.
...........................
18
D. KlNETIKA KULTIVASI
.
..
.
...........
..........
.
..
.....
..
....
.
...........
.
........... .......
20
III. BAHAN DAN ETODE
25
A. ALAT DAN BAHAN
25
B. METODE PENELITIAN
1. Tahap I
.......................................................................
25
.."..............
26
. . . . ".......................................................
28
b. Prop.gasi Sel . " ...................... .....................................................
29
c. Produksi Selulos. Bakteri ...........................................................
30
a
: Seleksi Media Kultivasi .
Penyegaran Isolat
.
...
..
...
..
.........
.
..
....
..............
..
.
31
2. Tahap II : Penentuan Kecepatan Agitasi Optimum
3. Tahap III : Kinetika Kultivasi Selulosa Bakteri
pad. Kultur Tergoyang
.....
.... ... .
..
. .....
.
A. SELEKSI MEDIA KULTIVASI
......
.
.................
...
.
.
......... .....
. ...
.
.
.
..............
DAFTAR PUSTAA
LAMPIRAN
. .
......
...
.
..
_....
33
...
. ..
..................
.
.....
..
....
.
..............
. ..
........
...
..............
..
.........
.............
.
..... .........
36·
39
45
51
. ..........................................................................
51
. .................... ....................................................
51
... ...
....
.
.
......
. .
....
...
.
.....
.
.....
. .
........
..
.
........
..
..................................
52
. .... ..................................... ....................... ...
56
..
. .
. ........
......
...........
......
..
.........
V. KESIMPULAN DAN SARAN
....
.
.....
....... ..........
C. KINETIKA KULTIVASI SELULOSA BARTER!
B. SARAN
..
36
.
.........
.. .
.......
...................................................
B. OPTIMASI KECEPATAN AGITASI . .
A. KESIMPULAN
.
...........
34
..
..
.
.......
C. RANCANGAN PERCOBAAN............ .
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
..
..........
. .
..
....
.
.......
.
......
.
III
.
............
...
I� 1,SELEKSI EDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH AceQbacter psteurnum
PADA KULTUR TERGOYANG
Oleb
ATTANSAH
F03498099
2003
Fl.TAS TENOLOGJ PERTN
NST PERTN BOGOR
BOGOR
•
ATANSA. F03498099. Seleksi Media Kultivasi Dan Optimasi Kecepatan
Agitasi Prduksi Selulosa Baderi Oleh Acetobcter pasteurim Pada Kultur
Tergoyang. Di bawah bimbingan LESBETI ARTOTO dan NOER LAlLY.
NGSN
Selulosa bakteri adalah elulosa yang diproduksi oleh mikroha teutama galur
Acetobacter. Sejauh ini, proses produksi seluloa bakteri yang biasa digunakan
adalah dengan kultur diam (static cultue). Paa kultur tersebut. rata�raa produksi
per volume kultur (rendemen) dapat ditingkatkan dengan membuat kultur sedangkal
mUDgkin. Namun. hal ini membutuhkan area yang luas untuk menumbuhkan kultur
dan tidak praktis unuk skala produksi esar (Okiyama et i., 1992 di dalam
Son et aI., 2001). Oleh karena itu diperlukan metode produksi massal yang praktis
dan ekonomis untuk memproduksi selulosa bakteri. Kultur tergoyang dan kultur
teraduk berpotensi dijadikan metode produksi massal selulosa bakteri karena tidak
membutuhkan tempat yang luas untuk menumbuhkan kultur dan waktu fennentasi
yang relatif cepat.
Tujuan enelitian ini adalah mendapatkan mdia kultivasi Genis sumber
karbon dan jenis sumber nitrogen) yang terbaik dan kecepatan agitasi optimum untuk
memproduksi selulosa bakteri oleh Acetobacter pasteurianum pada kultur tergoyang
serta mendapatkan parameter-paremeter kinetika kultivasinya. Optimasi kecepatan
agitasi dilakukan untuk mendapatkan kecepatan agiasi propagasi sel dan kcepatan
agitasi poduksi eluloa bakteri yang optimum.
Penetitian dilakukan dalam tiga tahap. Penetitian tahap pertama adalah seleksi
media kultivasi. Komosisi mdia kultivasi yang digunakan merupakan modiikasi
media CSL-Fru. Mdifikasi tersebut dilakukan dengan mensubstitusi beberapa
komponen media CSL-Fru (foyosaki et al., 1995) seperti campuran vitamin,
campuran mineral n CSL (Con Steep Liquor) dengan air kelapa. Modiikasi juga
dilakukan terhadap sumer karbon dan sumber nirogen. Sedangkan bahan yang
dipertahankan adalah KH2P04 0,1 % b/v dan MgS04.7H20 0,25 % b/v. Rancangan
percobaan yang digunakan adalah rancangan aeak lengkap faktorial dengan dua
faktor perlakuan n dua kali ulangan. Faktor erlakuan terdiri i jenis sumer
karbon (C) dan jenis sumber nirogen (Y). Faktor erlakuan jenis sumer karbon (C)
terdiri dari 4 � yaitu fruktosa 4,03 % blv (CI), glukosa 4,43 % b/v (e2), surosa
3,83 % b/v (C3). n sorbitol 4,08 % b/v (C4). Sdangkan faktor perlakuan jenis
sumber nitrogen ) terdiri dari 3 taraf, yaitu ..)2S04 0,73 % b/v (y1),
(NH4)2S04 0,5 % b/v + ekstrak khamir 0,5 % blv (Y2) dan eksrak khamir 1,57 %
bl.. (Y3). Kon;;Iisi setiap taraf jenis sumer karbon n sumber nirogen dibuat
berbeda-beda aar memiliki bobot atom karbon dan kadar nitrogen yang sana
dengan media CSL-Fo, yaitu 1,62 g boot atom C dan 0,1924 % kadar N. Anatisa
yang dilakukan adalah rendemen seluloa bakteri mumi kering. Peneliian tahap I
dimulai dengan penyegaran isolat (media aar miring, 4 hari inkubasi dalam
inkubator, dan suhu 30 0C). kemudian propagasi sel (3 Ose, secara diam, volume
keja 100 ml dllam labu ed�ilmeyer 300 ml, pH""5, 3 hari inkubusi, dan suhu ruar.g)
dan produksi selulosa bakteri (inokulum 5 % v/v, 100 rpm, volume kerja 100 ml
dalam labu erlenmeyer 300 ml, pH 5, 7 hari inkubasi, dan suhu ruang).
=
Penelitian tabap II adalah penentuan kcepatan agitasi optimum. Media
kultivasi yang digunakan adalah media kultivasi terbaik hasil seleksi pada penelitian
hp I. Peneliian dilakukan dengan nn aak lengkap aktorial dengan dua
faktor erlakuan n dua kali ulangan. Fr erlakuan terdiri i kcepatan agitasi
propagasi sel (A) dan kecepatan agitasi prduksi (B). Tf faktor kcepaan agitasi
propagasi sel (A) terdiri dari 4 kecepatan, yaitu 0 rpm (A1), 80 rpm (l), 160 rpm
(A3) dan 240 rpm (4). Sedangkan taraf kcepaan agiasi produksi juga terdiri i
4 kecepatan, yaitu 100 rpm (BI), 140 rpm (B2), 180 rpm (B3) dan 220 rpm (B4).
Prosedur eneliian tahap II adalah seeti prosedur penelitian tahap I, tetapi kondisi
inkubasi (keceatan agitasi) disesuaikan dengan perlaruan masing-masing. Analisa
yang dilakukan adalah rendemen selulosa :ri mumi kering.
Penelitian tahap III adalah enentuan, nilai parameter kinetika kultivasi
selulosa bakteri pada kultur tergoyang. Media yang digunakan adalah media kultivasi
terbaik hasil eleksi pada penelitian tahap I dan kecepatan agitasi yang digunakan
adalah kcepatan agitasi optimum hasil penelitian tahap II. Analisa yang dilakukan
meliputi rendemen selulosa bakteri mumi kering, kerapatan optik cairan media
kultivasi, baot biomassa kering dan kadar gula total sisa. Analia tersebut dilakukan
selama 10 i. Hari pertama setiap 4 jam ekali. Hari ke-2 sampai hari ke-4 setiap 6
jam, hari ke-5 etiap 8 jam, hari ke-6 sampai hari ke-lO setiap 12 jam.
Hasil analisa ragam terhadap enelitian tahap I menunjukkan bahwa rendemen
selulosa bakteri mumi kering dipengaruhi oleh kdua faktor perlakuan Genis sumber
karbon dan jenis sumer nitrogen) dan interaksi antar faktor perlakuan. Media
kultivasi optimum untuk produksi selulosa bakteri pada kultur tergoyang adalah
erlakuan YIC3 dengan rendemen sebear 2.27 gil. Komposisi media YIC3 terdiri
dari air kelapa sebagai elarut, KH2P04 0,1 % b/v. MgS04.7H20 0,25 % b/v, sukrosa
3,83 % b/v dan (Nt)2S04 0,73 % b/v.
Rendemen selulosa bakteri mumi kering pada peneiitan tahap II diengaruhi
oleh kedua faktor periakuan (kecepaan agitasi propagasi sel dan kecepatan agitasi
produksi) dan interaksi antar faktor erlakuan. Kecepaan agitasi optimum dihasilkan
oleh perJakuan AIB2 (kecepatan agiasi propagasi sel 0 rpm dan keceatan agitasi
produksi 140 rpm) dengan rendemen sebear 5,4995 gil.
Hasil enelitian tahap III menunjukkan bahwa embentukan selulosa bateri
erasosiasi dengan pertumbuhan sel pada kultur tergoyang. Laju pertumbuhan
sesifik (�) eesar O,0251jn dengan oo. biomassa kering tertinggi ("".)
2,5685 g yang dieroieh pada jam ke-54 sampai jam ke-l04 kultivasi. Wu ganda
sel (td) tejadi selama 27,6154 jam. Pola ertumbuhan biomassa terdiri i fase
adaptasi Gam ke-O ampai jam ke-48), fase eksponensiaJ Gam ke-54 sampai jam ke104) dan fase kematian Gam ke-112 ampai jam ke-240). Parameter kineika tetapan
rendemen, yaitu Yis sebesar 0,2537 g selulosa bakteri/g substrat, Ys seesar
0,0996 g biomastg substrat dan Yx sebear 2,5126 g selulosa bakteri/g biomassa.
Ataiansab. F03498099. Cultivation Mdium Selecion and Opimiion Agitation
Seed of Bacterial Cellulose Production by Acetobaeter psteurianum in Shaking
Culture. Under suervision of Liesbetini artoto and Noer Lay.
SUMMARY
Bacterial cellulose is cellulose produced by microe especially Acetobacter
strain. So far, production process of bacterial cellulose which commonly use is static
culture. At this culture, production mean per culture volume (rendemen) can be
improved madely culture as shallow as possible. But, this matter rquire wide area to
grow culture and impractical for the mass production scale (Okiyama et al., 1992 in
Son et al., 2001). Therefore it needed an economic and practical mass production
method to produce bacterial cellulose. Shaking Culture and agitated culture are
potentials method for mass production method of bacterial cellulose due to not
require wide place to grow the culture and fermentaion ime relative quickly.
This research objectives are to obtain suitable cultivation mdium (type of
carbon and nitrogen source) and optimum agitation seed in producing bacterial
cellulose by A. pasteurianum in shaking culture and also its kineic asct pmeter.
Optimization of agitation spet was carried out to obtain opimum agitation speed of
cell propagation and production bacterial cellulose.
This research was carried out in three steps. First step was selection of
cultivation medium. Composition of cultivation medium, which were used in this
step. was modiication of CSL-Fru medium. This modification had done by
substituted vitamin mix, mineral mix and CSL (Com Steep Liquor). Modification
had also done to l"bon and nirogen source of CSL-Fru mdium. Meanwhile, the
fixed material of CSL-Fru mdium were 0.1 % w/v KHzP04.and 0.25 % WI"
MgS04.7H20. Experiment desin in this step s torial complete random desin
with two reament and two replications. First reament factor s type of caron
source (C). which comprised four levels, that were 4.03 % w/v ructose (CI),
4.43 % WI" glucose (C2), 3.83 % WI" sucrose (C3), and 4.08 % WI" sorbitol (C4).
. Second treatment factor was type of nirogen source (Y) comprisd four level, that
were 0.73 % WI. (NH.)zSO, (Y l ), 0.5 % WI. (NH.)zS04 + 0.5 % WI. yeast exract
(Y2) and 1.57 % WI. yeast exract (Y3). Concenration of each level of reatment
factors were made diferent in order to have equal weight of caron atom and
nirogen percentage with CSL-Fru medium. that is 1.62 g weight of carbon atom and
0.1924 % nirogen percentage. Analysis in this p s yield of dried pure bacterial
cellulose. First esearch step was egun with rereshing isolate (slant agar medium.
pH � 4.5, 4 day nd 30 0C), then cell propagation (3 ose, statically, 10 ml working
volume in 300 l erleruneyer flask, pH � 5, 3 day, and room temperature) and
production of bacterial cdlu!ose (5 % v/v inocul..r:, 100 rpm, 100 1 working
volume in 300 l erlenmeyer flask, pH 5. 7 day, and room temperature).
Second research step was the assessment of optimum agitation speed.
=
Cultivation medium in this step
s
the est medium that d obtained rom irst
research step. The research was carried out by factorial complete random design with
two treatments and two replications. First treatment actor was cell propagation
agitation seed (A), which comprised four level, that were 0 rpm (AI), 80 rpm (A2),
160 rpm (J) and 240 rpm (A4). Meanwhile, second treatmellt factor s production
agitation spd (B) which coprisd 4 level, that were 100 rpm (Bl), 140 rpm (B2),
180 rpm (B3) and 220 rpm (B4). Analysis in this step s yield of drid pure
bacterial cellulose. Rech procedures in this step were ame as st reseacrh step
procedures, but incubation condition (agitation sped) s accordance to each
treatment.
Third research step was the assessment of kineic parameter value of
production bacterial cellulose in shaking culture. Culivation mdium, which was
used in this step, was the est medium obtaind om the st research step.
Meanwhile, agitation speed, which s used in this step, was optimum agitation
'
speed obtained from second research step. Analysis that caried out in this step
comprised of yield of dried pure bacterial cellulose, optical density of culture
medium, weight of dried biomass and rest of sugar concenraion. The analysis was
carried out in ten day. First day was every 4 hour. Second until forth day was every 6
hour. Fifth day s every 8 hour and sixth until tenth day s every 12 day.
Variance analysis result of irst research step showd t yield of dried pure
bacterial cellulose was iluenced by both reatment factor (tye of caron source
and pe of nirogen source) and interaction between eament fators. The suitable
cultivation medium for producing bacterial cellulose was YI C3 reament with yield
2.27 gil. Comosition medium of YIC3 reatment are coconut water as solvent,
0.1 % w/y KH2P04, 0.25 % w/y MgS04.7H2v, 3.83 % WI. sucrose and 0.73 % w/y
N.hSO,.
Variance analysis result of second research step showed that yield of dried
pure bacterial cellulose was inluenced by both treatment factor (aitation speed of
cell propagation and agitation speed of production bacterial cellulose) and interaction
between reatment factors. Optimum agitation was obtained om A I B2 treatment
(0 pm agitation speed of cell propagation and 140 rpm agiion sped of production
bacterial cellulose). The yield of this treatment was 5.4995 gil.
Third research step result concluded that bacterial cellulose producing
associated with cell rowth in shaking culture. Seeific rowth rate (,) s
0.0251 houri with maximum biomass concenraion (Xmax) s 2.5685 g. Cell
duplicating time (td) occurred for 27.6154 hours. Cell rowth aen composed of
adaptation phase (until the48th hour), exponenial phase (54th hour unil l04h
hour) and death phase (begun in 112th hour). Yield coeicient composed of
Yi, � 0.2537 g bacterial celluloselg substrate, Y"' � 0.0996 g biomass/g subsrate
ld Yp/x 2.5126 g bacterial cellulcselg biom�.ss.
=
SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEHAcetobacter psteurianum
PADA KULTUR TERGOYANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat nk mendapatkan gelar Sarjana
Pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
OIeb
ATTARIANSAH
F03498099
2003
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PRERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI F:RTANIAN
NSTITUT PERTANIAN BOGOR
SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI KECEPATAN AGITASI
PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH AceJobac1er pateurianum
PADA KULTUR TERGOYANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat
n. memperoleh Gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada Jurusan Teknologi Indusri Pertanian
FakuItas Teknoloi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleb
ATTAANSAH
F03498099
rn pada Tangai 14 Mart 1980
Di Jakarta
Tanggal us: .3 S'emb-o3
Disetujui,
Dra. Noer Laity, Msi
Dosen Pembimbing II
r. Ir. Liesbetini Hatoto, MS
Dosen Pembimbing I
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karen. hanya dengan
rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menye1esaikan skripsi dengan judul 'Seleksi
Media Kultivasi dan Optimasi Kecepatan Agitasi Produksi Selulosa Bi Oleh
A. paMeurianum Puda Kultur Tergoyang'. Skripsi ini enuiis
SlSn
herdasarkn hasil
penelitian selama sebelas bulan, sejak bulan Agustus 2002 sampai bulan Ji 203.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Bioindusri (LTB),
Pusat Penelitian, Pengkajian IImu n Teknologi (Puspitek), Serpong. Selama
penelitian
sampai dengan tersuswmya skripsi ini. penulis banyak menerima
bimbingan, saran dan hantuan dari bebagai pihak baik berupa banooan mori! maupun
material. Oleh karena itll, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-enya
kepada:
1. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS selaku Dosen Pembimbing pertama yang telah
memberikan bantuan dan membimbing penulis selama penyelesaian tugas akhir.
2.
Dra. Noer Laily. Msi selaku Dosen Pembinbing kedua atas segala nn,
bimbingan dan fasilitas yang telah diberikan selama penelitian n penulisan
skripsi.
3. Dr. Ir. Titi Candra Sti. MSi. yang telah bersdia nenguji dan nemn
kritik dan saran atas perbaikan sripsi ini.
4.
Kedua orang tua dan adik-adikku (Ira dan Adi) atas segala erhatian n doanya,
sert. kepad. Ir. Irwandi yang telah enulis i segi sial.
5. Bu Trismillah, Bu Tining, Bu Diana, Bu Ida, Bu Relno dan Pak Jamil elku
peneliti di LTB atas senua
n-san
dan bantuannya.
6. Tenan-tenan seerjuangan : nbak Emi, mbak Faim, mbak Lilis, Marita, Widi,
Helena, Yam, Vera, Dewi dan Yudi terima kasih atas keja samanya.
7.
Seluruh teman-teman TIN 35 yang mudah-mudahan selalu kompak n tetap
menjalin komunikasi.
Akhimya dengan erbagai kekuraugan yang ada n kesadaran bahwa
segala
kesempumaan
hanyalah
milik
Allah
SWT,
maka
krit�k
nan
a..1
enyempumaan sangant diharapkan. Semoga skripsi ini dapat bennanfaat bai yang
memerlukannya.
DAfARISI
Halaman
KATA PENGANTAR
DAFTAR lSI
1
DAFTAR TABEL
..........
DAFTAR GAMBAR
11
. .. .
...
.
..
............... ...........................................................
IV
.........................................................................................
DAFTAR LAMPlRAN
I.
.....................................
............................ .....................................
PENDAHULUAN
....................
..
...
.............
. ....... .... ... .... ...
..
...
A. LATAR BELAKANG
B. TUJUAN
.
.
........
.
.
.
.........
.... ........ ...... .. .. . .
.
.
.
..
.
.............................
. ..
...
.........
.
....
.
...
...
..
.
II. TINJAUAN PUSTA
.
.
.
..
.
.
.
...
.
...
...
.
.
1
..
.
.
......
V11
.......................
.
.. .......... .. . ... ... ... . . . .
..
. ...... . . .
.
...........
...
3
................
4
...
.
.
....
. . . ... ... ..... .... ........ ........................ ........... . .
..
.
1
.......
..
............
.
.
. .. .. . .
.
.
. .....
v
.......
.
.
4
1. Mikroba Penghasil Selulosa Bakteri . ............ ...................................
5
2. Biosintesis Selulosa Bakteri
6
A. SELULOSA BAKTERI
...........................................................
. . ...
...
...
.
.....................................................
. ..... .
.
.
B. PRUDUKSI SELULOSA BAKTERI
PADA KULTUR TERGOYANG
1. Medium Kultivasi
.
8
. ................. .. .. .............. . ............
8
.........
15
............
17
............
.....................
2. Kultur Tergoyang
.
. .... .. ..... ..
..
..
.
.
......
......
.
.
. ....... . ............. ... .
..
.
. .
.
.
..
..
.
................................................
C. FAKTOR-F AKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI
SELULOSA BAKTERI PADA KULR TERGOY ANG ..... ..
.
1. pH
..
.. .. ..... .
.
.
..
.......
2.
Suhu Inkubasi
3.
Kecepatan Agitasi
....
.
.
.
17
..
17
............................................................................
18
..............................
.
...................
.....
.......
... ... ..
..
4. Sumber Karbon, N�trogen Dan Vitamin
11
.
....... ...............................
........................ . . . . . ..........
... ..
.
....
... .
.
.
.
...........................
18
D. KlNETIKA KULTIVASI
.
..
.
...........
..........
.
..
.....
..
....
.
...........
.
........... .......
20
III. BAHAN DAN ETODE
25
A. ALAT DAN BAHAN
25
B. METODE PENELITIAN
1. Tahap I
.......................................................................
25
.."..............
26
. . . . ".......................................................
28
b. Prop.gasi Sel . " ...................... .....................................................
29
c. Produksi Selulos. Bakteri ...........................................................
30
a
: Seleksi Media Kultivasi .
Penyegaran Isolat
.
...
..
...
..
.........
.
..
....
..............
..
.
31
2. Tahap II : Penentuan Kecepatan Agitasi Optimum
3. Tahap III : Kinetika Kultivasi Selulosa Bakteri
pad. Kultur Tergoyang
.....
.... ... .
..
. .....
.
A. SELEKSI MEDIA KULTIVASI
......
.
.................
...
.
.
......... .....
. ...
.
.
.
..............
DAFTAR PUSTAA
LAMPIRAN
. .
......
...
.
..
_....
33
...
. ..
..................
.
.....
..
....
.
..............
. ..
........
...
..............
..
.........
.............
.
..... .........
36·
39
45
51
. ..........................................................................
51
. .................... ....................................................
51
... ...
....
.
.
......
. .
....
...
.
.....
.
.....
. .
........
..
.
........
..
..................................
52
. .... ..................................... ....................... ...
56
..
. .
. ........
......
...........
......
..
.........
V. KESIMPULAN DAN SARAN
....
.
.....
....... ..........
C. KINETIKA KULTIVASI SELULOSA BARTER!
B. SARAN
..
36
.
.........
.. .
.......
...................................................
B. OPTIMASI KECEPATAN AGITASI . .
A. KESIMPULAN
.
...........
34
..
..
.
.......
C. RANCANGAN PERCOBAAN............ .
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
..
..........
. .
..
....
.
.......
.
......
.
III
.
............
...