2.5 Khamir
Khamir maupun bakteri dapat digunakan untuk memproduksi etanol. Khamir Saccharomyces cerevisiae var ellipsoides mampu menghasilkan etanol
dalam jumlah tinggi 16-18 pada media yang sesuai. Khamir yang lain yang dapat digunakan adalah Schizosaccharomyces sp., S. uvarum dan Kluyveromyces
sp. Bakteri Zymomonas mobilis diketahui merupakan penghasil etanol yang potensial Hartoto 1992.
Khamir memerlukan media dan lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Unsur-unsur dasar yang dibutuhkan adalah karbon,
hidrogen, oksigen, fosfor, potasium zat besi dan magnesium. Unsur karbon banyak diperoleh dari gula, sedangkan sebagai sumber notrogen dapat digunakan
amonia, garam amonium, asam amino, peptida, pepton, nitrat atau urea tergantung dari jenis khamir Prescott dan Dunn 1981.
Menurut Frazier dan Westhoff 1978, khamir tumbuh optimum pada suhu 25-30
o
C dan maksimum pada suhu 35-47
o
C, pH yang disukai antara 4-5. Batas minimal a
w
untuk khamir biasa adalah 0.88-0.94 sedangkan khamir osmofilik dapat tumbuh pada a
w
yang lebih rendah yaitu sekitar 0.62-0.65, namun banyak juga khamir osmofilik pertumbuhannya terhenti pada a
w
0.78 seperti pada larutan garam ataupun sirup gula.
Saccharomyces cerevisiae dapat memfermentasi glukosa, sukrosa, galaktosa
serta rafinosa Kunkee dan Mardon 1970. S. cerevisiae merupakan top yeast tumbuh cepat dan sangat aktif memfermentasi pada suhu 20
o
C Frazier dan Westhoff 1978. S. cerevisiae dapat toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi
12-18 vv, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32
o
C Harisson dan Graham 1970. Menurut Hartoto 1992, pada kondisi aerobik atau konsentrasi glukosa
tinggi S. cerevisiae tumbuh dengan baik, namun alkohol yang dihasilkan rendah. Sedangkan pada kondisi anaerobik, pertumbuhan lambat dan piruvat dari jalur
katabolik dipecah oleh enzim piruvat dekarboksilase menjadi asetaldehid dan karbondioksida secara reduksi oleh enzim alkohol dehidrogenase. Pada kondisi
aerobik, pemecahan gula mengikutsertakan oksigen atmosfir melalui beberapa lintasan proses. Pada respirasi oksidasi sempurna dari glukosa menghasilkan CO
2
dan air, sedang oksidasi tidak sempurna diikuti oleh akumulasi asam dan lain-lain produk intermediet.
Pertumbuhan khamir cukup bervariasi dari suhu 0
o
C sampai 47
o
C. Secara umum, khamir dapat tumbuh dengan baik pada suasana asam, yaitu pH 3.5
sampai 3.8 yang dapat menghambat sebagian bakteri. Toleransi asamnya adalah selang pH 2.2 sampai 8.0. Mekanisme pembentukan etanol oleh khamir melalui
jalur Embden-Meyerhof-Parnas Pathway atau lebih dikenal dengan jalur glikolisis. Alur dari tahap glikolisis disajikan pada Gambar 01.
Hasil dari tahap glikolisis atau jalur EMP adalah memecah glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Proses yang terjadi dalam jalur glikolisis adalah
sebagai berikut : 1. Glikolisis diawali dengan reaksi pembentukan senyawa glukosa-6-fosfat dari
glukosa. Reaksi tersebut merupakan reaksi yang membutuhkan energi yang diambil dari pemutusan ikatan fosfat dari ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh
enzim heksokinase atau glukokinase. Pada tahap ini, satu molekul ATP digunakan dan satu molekul ADP dihasilkan;
2. Reaksi kedua adalah pembentukan isomer fruktosa-6-fosfat dari glukosa-6- fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfoheksosa isomerase.
3. Fruktosa-6-fosfat selanjutnya dikonversi menjadi fruktosa-1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase. Reaksi ini berjalan spontan dan merupakan rate
limiting step pada proses glikolisis. Pada tahap ini pun satu molekul ATP digunakan dan satu molekul ADP dihasilkan;
4. Tahap selanjutnya adalah reaksi pemecahan fruktosa-1,6-bisfosfat oleh enzim aldolase menjadi dihidroksiasetonfosfat DHAP dan gliseraldehid-3-fosfat
GA-3P. Tahap ini merupakan salah satu tahap penting dalam proses glikolisis dimana C
6
dirubah menjadi 2C
3
; DHAP dan GA-3P merupakan senyawa yang memiliki susunan molekul yang sama; GA-3P langsung
digunakan dalam tahap selanjutnya glikolisis dan DHAP dikonversi menjadi GA-3P oleh enzim triosefosfat isomerase;
5. Gliseraldehid-3-fosfat GA-3P dioksidasi dengan penambahan fosfat inorganis Pi menjadi 1,3-difosfo-gliserat 1,3-dP-GA oleh enzim
gliseraldehid-3-fosfat-dehidrogenase.
Gambar 01. Tahap Glikolisis Embden-Meyerhof-Parnas Pathway Crueger dan Anneliese 1984
6. 1,3-difosfo-gliserat melepaskan satu grup fosfat untuk membentuk ATP dan ADP dan kemudian dikonversi menjadi 3-fosfogliserat 3P-GA oleh enzim 3-
fosfogliseratkinase; 7. 3-fosfogliserat 3P-GA selanjutnya dikonversi menjadi 2-fosfogliserat 2P-
GA oleh enzim fosfogliserat mutase; 8. 2-fosfogliserat 2P-GA selanjutnya didehidrasi menjadi fosfofenol piruvat
oleh enzim enolase; 9. Tahap terakhir dari jalur glikolisis adalah defosforelasi fosfofenol piruvat
PEP menjadi piruvat oleh enzim piruvat kinase; pada tahap ini dibentuk sebuah molekul ATP.
Reaksi setelah pembentukan DHAP dan GA-3P selama proses glikolisis berlangsung sebanyak dua kali. Piruvat yang merupakan produk akhir dari tahap
glikolisis ini merupakan kunci pada proses metabolisme. Secara keseluruhan, reaksi dari proses glikolisis adalah sebagai berikut :
Glukosa + 2 ADP + 2 NAD
+
+ 2 Pi Æ 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + H
+
Setelah melalui tahapan glikolisis, piruvat yang terbentuk kemudian diubah menjadi asetaldehid dan CO
2
oleh enzim piruvate dekarboksilase, setelah itu enzim alkohol dehidrogenase mengubah asetaldehid menjadi alkohol.
Gambar 02. Proses Pembentukan Etanol dari Piruvat
2.5 Kultivasi Sistem Fed Batch
Kategori