Perancangan proses dan penggandaan skala produksi biosurfaktan oleh isolat lokal Bacillus sp. BMN 14 dengan substrat tetes tebu

PEMCANGAN PROSES DAN PEMGGANDW S W
PRODUKSI BIOSURFAKTAN OLEH lSOLAf LQKAL
Baclflussp, BMN 14 DENGAN SUBSTRAT TEES TEBU

OLEM :

LlESBETlNI NARTOTO

Judul Disertasi

: Perancangan Proses dtrn Penggandaan Skala
Pruduksf ESiosumMan oleh IsofatL o h f

BcIIIus sp. BMN 14 dengatn Substrat T W S T&u
Hama

: Liesbetini liartot0

NRP

: 965093

: Teknologi lndustri Pet'tanian

program Studi

Menyetujui,
1. Komisi Pembimbing

Dr. Ir, Abdul Azix E)rannri~d!s-c
Ketua

Prof. Dr. Ir. M. Sri Saeni, MS
Anggota

----.--.-,,-

Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS
Anggota

--,,,

2. Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pe

Dr. Ir. Irawadi Jamaran

Prof. Dr. Ir. ~jumaF~an~unwidjai_a
Anggota

Dr. Ir. Anas Miftab Fauzi, b4.g~
Anggota

LlESBETlNl HARTOTQ. Perancangan Proses dan Penggandaan Skala Produltsi
Siusumktan afeh lsolat Lokal Bacdlus sp. BMN 14 dengan Substrat Tetes TebuDibimbing oleh A. AZIZ DARWlS sabagai Katua Kamisi, M. SRl SAENt,
DJUMAtf MANGUNWIDJAJA, TUN TEDJA fRAWADI DAN ANAS MIFTAH
FAUZI masing-masing Wagai anggota.
Biosuffaktan rnerupakan senyawet aMif pemukaan yang dihsasilkan deh
mikroba. Senyawa ini mempunyai sifat-sif& Wras dan apfihsi yang fuas s~bparti
penpmuisi, pembasah, pndispersi dan bahan pembersih. Namun sejauh ini
psmsnfaatannya di industri masih &&atas tenrtama karma produktivitas
mikraba peqfrasil biasurfakhn y a q rendah da# mahtnya subs&& yang

digunakan, sehlrqga harganya bghm &pat b a i n g dlbandiqiran dengan
surfetktan sintetik, Disisi lain biosuHabn mempunyai kelebihan seperti
toksisitasnya mdah, dapat tenrrai ( b i w m d a b l e ) dan d k t i f pa& suhu, pH
dan satinitas yang eksbirn. Peningirabn produksi Wsurfaktan memerlukan
pemmngan prases yang optimal. Di samping itu untuk pnarapannya di
industri, dqmtukan peramngan pmggandasn skaicl prduksi biosurfaktan
dengan rneqgunakan patobn penggandam skis yang &pat.
Tujuan jmelitian ini adalatr mndapalkan rancangan proses dan
penggandaan skala produksi biosurfaktan okh isafat lokal 8adlIus sp. BMN 14
mnggunsxkan substrat tetes trabu. Untuk mendapahn mmngan proses
tersebut, %cam rinci ktjuan tersebut dijabarkan W g a i berikut :
I).
rnenda-n
formula media brmentPrsi rnmggunakstn tebs tebu M a g a i
sumber irarbon dhmberh sumber nitrogen yang tepat, 2). rnenghji pengamh laju
mrasi pad# bioreaktor 2 L d m p e w a n m e t e fermentmi dengan partial
m v e r ) , busa pada bioreakfor 13 L untuk mengatasi masalah banyaknya busa
yaw &t%entuk, 3). menclapatkan r a m g a n pwgganclastn skala produksi
biasurfaktan b&sarkan pengujian mlqi caimn fsrmentasi ssrta p r t E t M n
nilai tetapan perpincjsahan aksigen vdurnetxik &a) dan kebutukn tenaga per

s a h n volume wiran femnhsi (PW) sebagai patokan untuk pqgandaran
s k f a dan 4). rnendapatkan inforrnasi karakter biasurfaktan yang dihasilkan.
Hasif penalian pengaruh hrbagai jenis gula yang terdapat pada tetes
tabu, y a k meliputi giukosa, fmktosa dan sukrosa d q a n konsentsnsi rnasinq
masing 1 %, 2 %, 3 %y 4 %, 5 % dan 6 % bhr dahm media garam mined
(Cooper at al., 1981 h g a n madifikasi Sen, 1997) rnenunjukkan k h w a unkiir
masingmasing gula tersebut, yraEtu glukosa 4 D/o (CIM = 11,42), fruktasa 3 96
(CM = 8,571 dan sukrasa 2 % (CN = 8,Ul) manghasilkan perturnbutran sel dan
produksi biosurfaktan terbaik. Hasil pneiian ini menjadi m a n dalarn
pengaturan konsmtrasi t e e t e h untuk media farmentasi, ysnitu 3 %, 4 %, 5 %
dan 8 % bhr. Hasilnya rnenunjukkan bahw konsentfasi tates tebu te&snik adalah
4 % (bh). Panambahan $umber nitrogen yang krasal dafi irombinasi anhra
NH4N03 0,3 a/o dm ekstrak khamir 0,1 % pada tetes tebu 4 % tersebut
rnembarikan hasii h r h i k , yaitu bmrnassa sebesar 4,88 gk,bisurfaktan k a a r
tertinggi sebesar 2,30 g/L serta twangan parmukaan ternrodah 28,U mM/m.
Berdasarkan hasir tersebut, maka fomrula media fermentasi terbaik adaiah
sabagai briirut : ktes te@ 4 % (bh), ditambah surnber #
m
e
n

MH4N@ (Q,3%)
dan ek-k
khamir (0,l %) serta garam mineral befupa KH2P04 4,0827 fl,
Na2HP04 7,1200 g k , MgSQs.tia0 0,1972 g&, MnS04.H20 0,2750 g/t,
CaC12.2H200,0010 g/L dan EDTA 0,0017 WL.

Produirsi bmsuifaktan menggunakan bioteaktor bngki teraduk 2 L
(volume keja 1 3 L) pad8 suhu 37 C
' dan agitasi 200 rpm menunjukkan bhwa
dangan taju aerslsi 0,5 wm, dihasifbn biarnsrssa sebesar 4,19 gfL, biasurfaktan
0,87g/L dan tegmgan prmuksaan 28,3rnMhn. Laju wmsi yang bbih bsar dari
0,s wm (1,O wm dan 1,5 wm) menurunkan produksi bimassa dan
biusurfaktan.
Mesalah yam disebabkan brbenhrknya busa yang melimpah dan
pangtrambatan produk dapat dikurangi dngan mengefuarkan e a g i a n busa
@arfial naromry). Penerapan partiaf momry pada biareaktar tangiti teraduk
13 t (volume kajs fU L) brsebut dengan menggunakan media W e s tebu 2 %
fblv) menghasiliran biomassa tertinggi pa& miran fermentasi setwsar 2,88 gll,
biosurfaktan 0,85 glL dan twangan pemukraan temFoclah 32,8 mMm. Padn
busa, biomassa tertinggi Wear 2,88 gk,biasuffahn 1,46 g/L a n tegangan

permuban terendah 28,2 mWm. Sedangkan m u n a a n media glukosa 4 %
fbh) mewhasilkan biamassa tertinggi pacia cairan fmentasi sebesar 3,30g/L,
biasurfcaittan 1,W g l l dan twangan permuban temndah 28,U rnMlm. Pada
bum, biomasaa tertinggi sebesar 4,W gk,biosurfaktan 2,W & dan tegangan
pernuitstan @rendah 27,8 mNim. Dmgan menggunakan bioreaktar 13 L
(volume keja 10 L) dan media gtukusa 4 % (bhr) tersebut diperofah h s a wkitar
17,5 % (vlv). Ejksurfairtan yang dihasiikm sebsar 8,75 g dari caimn famentasi
dan 4,$? g dad bus& #tau jumlah totalnya sebesar 13,72 2,Sedangkan dengan
rnanggunaan media tetes febu 2 94 (bhr), dipraleh h a sekitar 14,6 %.
Biosuffaktan yang ditrasilkan mbesar 7 , B g dari cairan fmsntasi dan 2,13 g
dsri busa deqan jumlah tdal biosurfaktan sebesar 939 g.
Pangujian reobgi airan fementasi menunjuirkan hhwa pada akfiir f s i t
eksponensial, cairan femmtasi cencferung menjsndi non-Newtonian dan
selanjutnya bedasadan nilai indeks parilaku cairan (n) yaitu s&esar 0,732 dan
indeks konsistensi (K) 0,276 g.m-'.darP*a,disimpulbn airan Fermentasi tersebut
termasuk pseudoplastik. Nilai tetapan perpindahan oksigen votumebik (ha)
yang dipmleh dengan Metode Dinamik pada bioreakfor 13 L adalah W s a r
O,Q4 detik*' dan penghitungan tenage pengadukan yang dibutuhkan per satuan
volume media (Pgnr) sebesar 0,0751 t4?/rnS. Kedua parameter tersebut
digunakan s&agtai patukan pnggandaan skala pfoduksi biasurfaktan dengan

kapasitas bmreaktor 40 000 L (vulume kerja 26 a00 L). Geomtri bireaktor
tersebut adalah sebagai berikut: : tinggi biareaktor 12,315 rn, diarnater mqki
2,687m dan diameter psngaduk jenis turbin pipih t ,228 m dangan jumlah baji
sehtlyaic tga buah. Bila rnanggunakan patokan PgN yang Map, maim laju
aerasi yang hams dgerapkan sabesar U,U7 mdan kscapatan sagksi 36 rpm.
Sedangkan bila menggunakan patokan ha, maka laju aarasi sabesar 0,lU wm
dan kacepatan agitasi 12 rpm.
Biosurfaktan yang dihasitkan oleh Bacilfus sp. BMN 34 marnpunyai
kestsabilan pa& selang pH 6 - 10. Nilai KMK biosurfaktan yang dihasilkan
dengan rnerqgunakan media tetes t a u 2 0
'9 (b&) adatah sebesar 250 mglL. dan
d w p n media glukasa 4 ?h (blv) sabesar 200 mgk. Nilai KWnK tersebut bbih
mndah dibandingkm nilai KWlK surfaktan sintatik m
a umurnnya. Asram amino
yaw terkandung pa& biosurfaidan yang dihasilkan addah sehin keemp* asam
amino yang umum terdapat pada lipapeti& suffaktin seperti ssam glutamat,
asam aspartrat, lausin, valin juga terdapat glisin, alanin a n fisin. Kompusisi asam
ternak yang dihasilkan ol& BadIItls sp. BMN 14 msmpunyai ranhi k a b n yang
berkisar smra C8- Csa,yaih ferdirj dad kaprilat, kapra;rt, laurat, kidskanoat,
miristat, pantadekanoat, palmihf, stearat dan ofeat.

ABSTRACT
LtESBETINI HARTOTU. Design oF P m s s and Scale Up uf Biasurfacfant
Production by Indigenaus Isalate of Baciijus sp. BMN I 4 Using Molasses as
Substrate. Under h e D i r d o n d A. A212 DARWIS, M. SRI SAENI, DJUMALI
MANGUNWDJAJA, TUN TEWA IRAWADl and ANAS MIFTAH FAUZI.

Biasurfadnts are surface-active agents that produced by
rnicroarganisms. These compounds have specific characters sand wide
application, sum as emulsifier, wetting, dispersion and cleaning agents. The
utilization of Wosurfactant in industry is very limited due to low yield and high cost
of its production compared to synthetic surfactant. On the other side,
biosurSactants have advantages, such as taw toxicity, bmlegraclabfe and
effective on a wide temperature, pH and salinity range. An optimal design
process is needed to inmaw the biusurfactant production. In industrial
application, it is aim need a gaad design to scab up production using suitable
parameter.
The objective of this study were to a h i n design fur processing and
scaling up production of biosurfachnt by an indigenous isolate of Bac#Ius sp.
BMN 14 using molasses as substrate. For 818design of processing, the objective

was detailed as follows: 1). to obtain the formulation of fermmtatbn media using
molasses as substrate and suitable nitrogen source, 2). ta asses the effect of
aeration rate using bareactor of 2 L and the applicatian of foam partial recovery
fermentation m e & d using bresnctar of 13 L. to encountered the exessive foam,
3 ) to obtain a scale-up design of biosurfactant production based an rheabgy
study and volumetric oxygen transfer coefficient (b)
and agitation power p r
unit wfume (PgN) and 4). to characterire the bisuriactant pruducsd.
The biasurfactant production was studied on various sugars (glucose,
fructose and sucrose) with conmtmtian of ?.a %, 2.0 %, 3.0 %, 4.0 %, 5.0 %
and 6.0 % w/v in mineral salt media (Cooper et a/., 1981 modified by Sen, 1997').
The msub indicated &at 4.0 YO glucose (CIN of 14.421, 3.0 % FNctose (CIN of
8.57) and 2.0 % sucrose (CM of 8 , O l ) supported the highest growth and
biasurfacbnt production. These results were used as basis for selecting optimal
molasses concentration. The results revealed that among molasses
concentration applied (3,4,5 and 6 % wiv); the ommum cuncentmtion was 4 %.
Supplementation uf 4 % (whr) molasses wi%h0.3 % NH4N03 and 0.1 % yeast
extract as n w e n sources, showad a better results (biomass of 4.88 gR,crude
biosuffactant of 2.30 gfL and surface tension of 28.0 mN/m). Based on these
results, the best fernantation media formulation was malasses 4 % (wiv),

supplemented with nitrogen source of NH4NU3(0.3%) and yeast extract (0.1 %)
and mineral salt of KHIPO.O 4 . W 7 g/L,Na2HPU47.1200 g/L, MgSQ4.H20
0.1972 g/L, MnSQ4.H20 0.2'750 g/L,CaC12.2H2Q 0.0010 g/L and EDTA
O.UO17 glL.
The production of biusurfactant by using 2 L stirred tank bioraacbr (1.3 L
uf working volume) at 37 "C and witstion speed 200 rpm sf.tawad that with an
aeration rate of 0.5 wm, biomass of 4.19 g/L, biosuhchnt of 0.87 g/L and
surface tension d 28.3mN/m were reached. At higher aeration rat8 (1.O wm and
t -5wm), the biomass and biosurfactant production d e - a .
Problems caused by exessive foam formation and product inhibitian muld
when the foam was removed paFtiafiy. The resub showed that by
be
using 13 i stirred tank biareacfar (O'l 1. of working wiume) and 4 % (whr)
mulassas, the highest bkmass (2.68@L), biosurfadant concentration (0.85 gk)

and lowest surface tension (32.6 mNlm) were obtained in kmmtatian bruftr.
W e a s In the barn, the highest biamass, biasuffactant concantration and
lowest surfam tensiun were 2.88 gk,I.&
g/L and 282 rnNim, respectimty.
Using 4 % (whr) of glucose, in femntation broth, the highest biomass (3.30@L),

biasurfactant cancentration (1.W g/L) and luwest surface tension (28.0 rnNlrn)
were obtained. Whereas in the foam, the wlms were 4.09 gk,2.84 @Land
27.8 mNim fur the highest biomass, bksurfactant conwntratiun and fowesf
surface tension respectively. Using 4 a/a (wh) of glucose media, foam produced
was 17.5 O/o (vlv). Biasurfactant obtained was 8.75 g from bra# and 4-97 g from
barn with a total of 13.72 g. By using 2 % fwRr) of molasses media, foam
produced was f4.6 % (vkr). The biasurfactantobtained (tatally 9.39 g) was 7.28 g
From bruth and 2.13 g from foam.
The resuits of rheolugy study showed that at the end of exponential
phase, the fermentation broth tends to exhibib non-Newionian characbristic.
Based on ttra value of fW behavior index (n) and consistency codicient (Q af
0.732 and 0.276g.~m*'.det"*~
respectively, the %mentation bmth belongs to the
category uf pseudoplastic. The vafue of valurnetric oxygen transfer m c i e n t
(ha) of 0.01 set.*' was determind by Dynamic Method and agitation povrer par
unit volume (PW)of 0.0751 Ii~irn~.
Using these parameters, a scabup design
of biosurfElctant production using bioreador of 40,000 1 can be d m . fais
bioreactur has geometry as follows: biaraactar height 32.315 m, tank diameter
2.68? m, sand diameter of flat bh&d turbine impeller 1.228 m with three blades.
Using #,W
L bioreactor with PglV as parameter for smla up pmduction, the
aeration rate of 0.07 wm and agitation speed of 36 rpm must be appfied,
W b r w s using h a as paramtar for scale up production, aeration rat0 of
0.10 wm and agitation speed 12 rpm must be used.
The characterization of the produ& & w e d that the biosurfactant
p r o d u d by Bscil!us sp. BMN 14 was stable at pH of 6 -30. The value of CMC
(critical rniceib carrcanlmtio~t)of the biosutfactant was 250 mg/L (2 % whr of
molasses media) and 2aQ mgll(4 % whr of glucose media). These mfues were
lowar than most of synthetic surfactants. The amino acids in biosurfactant
produced by Wilus sp. 8MN 14 were camposed uf gfutarnic acid, aspartic acid,
leucine, mlins, glycine, afanine and lysine with fatty acids having mdmn chain of
C A I * that consisted uf caprilic, capfic, fauric, tridecanaic, rniri%tic,
pantadecanaic, palmitic, stmric, and olaic.

Keywords: blosurfactant, surface active agent, aeration rate, foam partial
recovery, &eulogy, volumetric oxygen transfer coefficient, agitation
power per unit volume, scale-up production, critical micella
concentration

Dengan ini saya rnsnptakan hhwa diserki yang berjudul :

PERANCANGAN PROSES DAN PENGGANDMN SKAiA
PRODUKSl BfOSURFAKTAM QLEH ISOUT LOKAL
Bacillus sp. BMN +l4DENGAN SUBSTRAT T E E S TEBU
adatah knar rnerupakan hasii karya saya s M i dm tidak mtwtgandung
batratdrnatfsri yang digunakm u m k mendapatkan gelw Jrokbr dari universitas lain,

Semua sumber dan informasi yang digunathn blah dnyatakm secara jslm dan
dagat diperikm kebenamnnya.

LIESBETINI EJARTUTQ
NRP. 9135093mP

PERANCANGAN PROSES DAN PENGGANDAAN SKBW
PRODUKSl BIOSUUFAKTAN OLEM ISOIAT LOKAL
BaciHus sp, BMN t 4 DENGAM SUBSTRAT TETES TEBU

OLEH :
LIESBETINI HARTOTO

Diaadasi
SmMgai Satah Stntu Syarat u m k Mempt~rolehCdar
Dorctor pada
Program Studi Teknologi lndustri Prartanian

PROGRAM PASCASARJANA
iWSTITUT PERTANIAN BOGQW
280%

RIWAYAT HIDUP
Penulis ditahirican di Yogyakarta pada tanggal 4 September 1955 sebagai
kelima dari &lapan bersaucfara, pasangan dari o m g kra Sunardjo Haditjaroku,

M.A. (alm) dengan Hj. Siti Suhami. Pada tahun 1
W penulis rnenyrabsaikan

gsndidikan Seakulah Dasar di SD Yapenita, Jakarta. Pendidikan Sakolah Menengatr
Pertam diselesaikan pada tahun 1971 di SMPN 68,Jakafta. Pada tahun t972

rnenuls meianjutkan pnclidikan Sekolatr Menengah Atas di SMA Negari VI JakaFta
(Kelas f dan If), dilanjuwn Kelas III di SMA Wassanasr - Wanda dan lulus p d a

tahun 19114. Pad& tahun 1975 pnufis mefanjufkan pendidikan ttnggi di lnstifut
Pertanian Bogor. Gelar Satjana Ttsknologi Hasil Pwtanian dipemlah M u n t979.
Salanjtatnya panulis rnslanjutkan pendidikan $2 di Program Stdi Teknik Kirnia

lnstiM Teknologi Bandung menggunakan beasiswa dsri Departeman Pendidikan
Masional R.1 dan lulus pada terhun 1988. Pada tahun 19% menulis melanjutkan

Strata S3 di Program Siudi Teknolagi lndustri Pertanian, lnstituf
Pertan'ranBogor dengan menggunakan bea siswa Program Pascasatjana (BPPS).
pendidikan

Setefah lulus &ri IPB, penulis lamsung mmgabdi sebagai dasm di Jurusan
Teknofogi fndustri FATETA IPB. Selain itu penulis jugs manjadi garraliti di Pusat
Pawlitian Biobknologi lP8 wjak tahun 1986. Dalam mangernbangkan keilrnuannya,
penulis juge mmjadi angguh anggota Parhimpunran Mikrabiobgi Indumsia
(PERMI). Ptanulis tefah rnernpresentasikan sebagian hasif penelian wtuk disemsi
berjudul : "KEtjian Kinetiks Procluksi Biawdaktan OleR lsobt taka1 Bacilius sp BMN
14" pada acara Seminar PERMI di Denpasar, Bali pads tanggel 27 - 20 Juni 2 W .

Wain jugs penuiis tabh menyajikan pasfer kjudul : 7 b PfaJucfian of

Biosu&clanf Using a $3L Bbaactur with Foam Fliacfianafion" pada The Second
Indonesian Biobchnology Conference" pada tsnggal23-26 OMober 2001, SEttu topik
penditian berjudul : Produdan of Ldpopeptide BiasurfactaFtt by Indeganous lsulate
of 8aciIIus sp, BMN 14 in a Bat& Bioreactar" blah diesentasikatl pada The
Second World Engineering Congrass pada tanggal 22 - 25 Juli 2082 di Kuching,
Malaysia. Karya-karya ilmiah tersebut mrupakan bagian dari program S3 penulis,

%gala puji dan syukur panulis ganjatkan ke hadapsn Alhh S W atas segala
rakomat dan hidayahNya, sehingga panulis dap& ttmanyabsaikan Pendidikan Strata
S3 di Program Skrdi Teknolugi lndustri Pertanian, P q r a m Pascasarjana, InsWut

Partanian Bogor dengan disemsi bgtgudul : "Perancangan Proses dan

Psnggandaan Shla Procluksi BiosurfaMan Olah lsalat Lokal BaciIItld sg. BMM 14
Dengan Substrat Tetas Tebu*.

Pa& kesampmn in! penulis mnyarnpaikan ram terima kasih yang

raw pgnghomatan yang setinggi-tingginya kepada :
Azk DaMs, M.Sc selaitu Ketua Kamisi Pembimbing, Prof. Dr. If. M. Sri

ssdalam-dalamnya dan
Dr. lr. A.

Saeni, MS, Prof. Dr. Ir. Djumali Manguwidjaje, OF, lr. Tun Tedja Irawadi, MS dan
Dr. Ir. Anas Mifhh Fauzi. M.Eng selaku Anggata Kumisi Pembimbing yaw QM
banyak membriiran bimbingan, arahan dm dorongan kapado penulis, sehingga

penutis dapat rnenyelesaikan pgnelitian dan penulisan dsartasi ini. Jugs tarirna
kasih dan penghargaan yaw twlus disampaikan kepada Dr. IF. M. Rarnli, M.St selaku

=at ujian tertutup, Dr. Endang Sukara, APU dan
Dr. Ir. Kuesnartdar, M.Eng salaku penguji lusr komisi pada saat ujian brbuka atas

pmguji

luar komisi pada

kesadiaan untuk menguji dm masukan yang sangat bemanfaat.
Ucafran brirna k,w.ihjuga ditujukan kepada Dr. lr. Irwadi Jamaran dan
OF. Ir. Ani Sufyani stalaku Ketua dan SsskretElris Program Studi Teknologi Industn'

Partanian iP0 yang tshh banyak rnemberikn domgan, mssukm dan hn-n
demi kelancaran studi penulis. Juga umpan terima kasih clijukan kepada

Dr. Ir. Macttmud Thoteari, s b k u Diraktur Pusat Penelitian Biuteknologi IPB yang

blah rnsmbsrikan fasilifas pewlitian. Tak lupa terimra kasih pmufis sarnpaikan

kepada sarnua pihak yam telah h y a k rnemhntu &mi kelancamn paiakssanaan
penenlitian, yam Dr. tr. Mulyorini R. Hitwan, MS dan mkan-mbn di bboratotium
Rekayasa Biakirnia (Pepi Elvavina, Emi Sumiati), t a W o F i u m aiataknalogi Hewan
dan Biamdis (Dawi Asnita), Labratarium Miirrabiologi dan 8bWmia (bu lica
Malikfrah, STP dan bu Mi SurnaFtini) serta pak Mulya, Kosasih, Yarn, ftar, Yusman
dan pak Dadun.

Ucapan terirna kasih yang setuusnya jug& dijuiran kepada iretwrga besar,
yaikt : suarni tafcinta, Ir. Dede Irving liartoto, APU, kettga anakku brsayang A d i a

Inriano, Annisa Sabrina dan Muhammad Irviady, bapak almarhurn Sunardja
Haditjaroku, MA dan ibuitu Hj. Sii Suharni, kedua merkra alrnarhum sew kakakkakak dan adik-adikku 8erkasih atas -mangat,

&organ,

pengmnan dan

pengertian yang talah diberikan setama genulis mengambil program 53 ini.

Panulis sapenuhnya mnyadari bahwa disertasi ini rnasih jauh dari

sampuma, namm demikian penulis hrharap hasil penelitian ini bemaanfaat bagi

yaw membutuhkan.

DAFTAR TABEL ......................................................................

viii

DAFTAR EAMBAR ..................................................................

x

DAFTAR LAMPIRAM ................................................................

xiv

PENOAHULUAN .....................................................................

1

Latar %elakang..............................................................

3

Tujuan Penelitian ...........................................................

4

Hipatesis .....................................................................

5

Ruang Ungkup Pemlitian ................................................

5

TlPijAUAfV PUSTAKA ............................................................
Biosurfakian ................................................................

7

7

Strukhr Molekul BiosurSaktan ...................................

7

Janis Biosurfaldan .................................................

9

Aplikasi Biosurfaktan ..............................................

12

Produksi Bfosurfakbn ..................................................

15

Madb dan Kmdisi Lingkungan ..................................

IS

FamntasiCurah ...................................................

19

ilebutuhatl Oicsigert Mikroba..........................................

23

Aerasi dan Aghsi ..........................................................

25

Penggancfaan Skala Produksi Biosurfaktan .....................

29

METODOLOGX PENELXTIAN ....................................................

31

Tampat dan WakW Penefitian ...........................................

31

Bahan dan Fernlatan .......................................................

31

Metode Pmelitian ...........................................................

32

HASL DAN PEMBAHASAN ....................................................

39

Panetian 1. Frangararh Sumber Karbon Terhadap Froduicsi
Biwurfaktan Olah fsolat Lokal BaciIIus sp. BMN 14 ..... 39
Pendahuluan ......................................................

39

Metade Penetitian ................................................

40

Hasil dan Pernkhasan ..........................................

4'1

Kesimpuhn .........................................................

66

.

Panelitian 2 Penganrh Surnbi N-rr
Tahadap Produksi Biosurfaktan Oleh Isolat Lukal BaciIXus #paBMM f 4 ......... 63
Pendahuluan ........................................................

69

Metode Penelitian .................................................

70

Hasil dan Pembhasan ..........................................
Kesirnpulan .........................................................

74

73

.

Pemletian 3 Fonnulasi Media Tetes Tabu Untuk bmproduksi
Bioaurfaktan Menggunakan fsul&t Lokal B~EcIIIus
sp
8MW 14 .................................................................

Pendahuluan ......................................................

75

Metocla Penelitiian ................................................

75
77

Hasil dan Pembahasan..........................................

78

Kesimpufan ........................................................

86

Penelman 4. bngaruh. Laju Aerari Tertnaap Pruduksi Siosurfak-

tan Olah fwlat Lokal BcrclIlus sp. BMN 14 ..................

87

Pendahuluan ......................................................

87

Metode Penefitian ................................................

89

Hasil dan Pernbahasan .........................................

90
97

Kesirnpulan ........................................................

.

Penelitian 5 Perrampan Partial Recomty Busa pack Produksi Biosurfakbn Qkh Isofat Lokal Bacilius sp. BMN 14
Menggunakan BComator 13 L ...................................... 98

Pendahuluan ......................................................

98

Metode Ptanelitian ................................................

99

Hasil d m Pembahasan .........................................

104

I.Kamkteristik biosut.rakbn yang dihasilbn okh b@berapagalur
Miicruba .,................... ...................................................
2. Tingkat aksigen terlarut kfitis untuk baberapa rnikmba ...... ......

4. Rangkuman nifai biomassa, tegangan pemukaan dan biosurfaktan kasar sefta parameter kinetika pengaruh iconsentrasi glukosa
5. Rangkurnan nilai biomassa, twangan prmukaan &n biasurf'ak-

tan kasar serta parametar kinetika pengaruh konsentrasi fruktasa
6. Rangkurnan nitai biomassa, tegangan pernuban dan biosurfak-

tan kasar sarta parameter kinetika pengaruh konsentmsi sukrusa

8. Komposisi kimia tetes tebu ....................... ..........., .........,...
9. Perlakum kombinasi surnber nitrogen ...................................

10, Komposisi kimia tetes t a u yang digunakan pada penelitian ......

i3 , Rakapihlasi parameter icinatika pengaruh ragam konsentrasi
tetgs tebu ...................................................,....,........... ...

12. Rekapitufasi parambr kinetika pmgaruh ragam kumbinasi

surnbsr nitrugan ...... ....,,........................ ...... .,, ..................
13. Rangkurnan nilai biomass ttartinggi, twangan permukaan

terendah dan biosurfaktan tertinggi serh parameter irinetika

fermentasi menggunairan menggunabn biomabr 2 L pada
tiga taraf taju wmsi (05,1,O dart 1,s wm)

............,..,,,,..,.....

14, Rangkuman nilai biamassa, twangan pmukaan clan bio-

surfakhn kasar seda parameter kimtika penerapan parf:ia!

..,,,,....

muwry pa& biareaktor 13 L .............................,..,

15. NPaitatapan a dan b p d a hrbagai ukuran biur~ktur............

114

B.Braun) .....................

f 25

I6. Geornefri Uoreaktar 13 L f 8 i i t a t V -

18. KompmM gssm amino surf9ktin yang dihasilkan aifah 8. sub&&
ATCC 2f 332 dan bioaurftRktanyang dihasilkan Baci/!ussp.

f3MN 14 ..........................................................................
IE).

136

Kumposisiasam iemak png dih9siikan oleh B. subWis
ATCC 21332 dan biasurfakhn yang dihasilkan BaciIIus sp.

BMN I 4 ..........................................................................

20.Rangkuman data hasil analisis dan parameter kin&h p&a
konsentrasi glukosa, fruwasa dan sukrosa optimum ...............

140

144

DAFTAR GAMBAR

f.

2.

Struktur mukkul surfaktin yaw diisalasi dari

B. suMiIis (Adma
e#sl.,l968danCaopardanZajic,1980).................................
Struictur lipageptida yang dihasilkan okh B.lic!wn#ormr's (Jenny
at a!., 1993)......................................................................

4.

6.

8

Spora bebas (a), sporangium (b), dm saf B. subtiljs (c) yang ditumbuhkan~&agargfukus9(L;askin&nLeChemtier, 1973),..

5.

8

A5

Pda Icinatik pertumbuhan dan pembntubn produk pada fermentasi curah p a n g et al., 19?9).,. ......................................

20

Penganrtr icanmtrasi aksigan Wamt terhadap laju kansumsi
oksigan spesfik ( Q a ) (Stanbury dan Whitaker, t 984) ...............

24

7. D i r a m alir penefitian pduksi biosurfabn aleh 0aciIius sp.

BMN 14..,........................................................................

38

8.

Kurva parturnbuhan BElcifius sp. BMM 14 .................................

42

9.

Produksi biomassa ol& BadiIus sp BMPl14 pada f m n t a s i
lam kocok dmpn ragam konsmtrasi glukosa ........................

44

10. Lintasan katablisme karboftidrat (glikolisis) pada B. stlbtilis

(Alberts st a/-,1388; Kramer dan Sgranger, W93)

..................... 46

II.Twangan pemukam cairsan fermmtasi dengan fagam

konsentrasi glukosa .............................................................

47

12. Biasumktan ksnsar yaw dihasilkan oleh 8adIIus sp. BMN 14

pada fermenhsi labu icocok dengan ragam kansentmsi glukosa ... 48
13, Gula sisa cairan farmentasi pada fermentasi labu kacak

dengan tagam konsentrasi glukosa ....................................

50

44. Nitai pH airan fermentasi pada fermentasi labu irocak &gan

ragam konsmtrasi giukosa

................................................

52

'I 5. Biornassa yang ditaasilican olah BacifIus sp. BMN 14 pada fw-

'mantsasi labu b c o k dengan ragam konsmtmsi fruktosa .........

55

16. Twangan permukaan cairan famentasi pada femen&si
l a h kumk dengan ragam kmsentrasi suivasa ................... ...

58

17. Biasurfaktan kasar yaw dihasifkan aleh BaciIIus sp.BMN i 4
pads fementasi labu kocok dengan ragam kunsentrasi fruktasa.

57

18. Guh sisa cairan f m e n b s i pa& femantasi labu kocok dangan

ragam kansantrasikuictosa ...... ........................... ... ..,......,.

58

19. Nilai pH cairan fermentasi pad# fermentasi labu kawk h g a n

ragam konsentrasi fnrktosa ...,,,... ...,,......, ..................... .+....

20.Biamassa yang dihasilkan olsh Baci//ussp. BMN 14 pada fermentasi l a b kocok &ngan ragam konsentmsi sukmsa ,,. ... ......,

59

61

21, Twangan permicaan cairan fermentasi pada fermantasi labu

kocok dengan ragam konsentmsi sukrosa .,, ,.,,.+. ......+ ...............

62

22.Pmduitsi t>iosurfaktan k s a r dengan m p m konsentrasi suirrosa ..

63

23. Gula sisa caitan fermentasi pada fermentasi labu k m k dewan

ragam kans~antmsisukrosa ...... ................................. ... .......

64

24. Nllai pH miran brmmtasi pada krmentasi bbu kocok dmgm

ragam konsentmsi sukrasa ... ,..... ............,.....

...... ......+....

.+.

.+.

65

25. Biornassa, biosurfaittan kasar den tegangan permukaan

penganrh jenis sumber nitrogen ................................. ...........

72

28.Histogram Ypls, Yx/s dan (S@S)Bragam sum& nitrogen ........

72

27. Histogram biomssa, biosurFairtan kasar &n tegangan pemkaan
pengaruh ragam kansentmsi Wtes tebu .............................. ....

80

28. Histogtam Yp/s, Yxls d m (So-S)/So pengenrh warn konsentrasi
t e t s tebu

... .............................. ...... .., ..............,+.....+....,,....

80

29. Hismram biamassa, biosurfaktan kasar dan twangan permukaan penganrh fagam kombinasi sumber nitrogen

.............

83

30. Histogram Yp/s, Yxls dan (So-S)/So pangaruh ragam komMnasi

sumber nitrogen MH4N03 dan ekstFak khamir ........................
3 1. isbreaktar 2 L (Bia-t

M - 0. Braun) yang digunakan unhk

msmproduksi biosurfaktan ................................................
32. Biarnassa pada fewnentasi rnenggwakan biomaktor 2 L pada

tiga taraf laju asmsi f0,5, 1,O dan 1,s wm)............................
33. Tegangan permukaan hnnantasi menggmakan bioreaktor 2 L

padattgatamfiaju laju riemsi (0,5, 1,Udan 1,fiwm) ................
34. Biosurfaictan pacia femntasi mnggunakan bioreaktor 2 L pada
tip tam#Iaju aarasi (0,5,
f ,O dan 1,s wm) ..............................
35, Glukosa sisa pada famentasi menggunakan koreaktor 2 L

pada @a hraf laju asrasi (0,5, 1,Qdan 1,5wm)......................
35.Biareaktor f 3 1 Biastat V - 0. Braun (votume icerja 10 t)
dengan pattia! m w r y busa .............................................
37. Biamassa pada farmantasi menggunaican bioraaktor 13 L dsngan

part&/ m m w y buss (media gluirusa 4 %) .............................
38. Biamassa pada krmentasi rnenggunakw bioreaktor 73 L dengan
padial -wry

buss f media tebs tebu) .................................

39. Biosurfaktan pada femwtasi menggunakan bioreaktor 13 L

dengan parfial rrecowty busa (media gfukosa 4 9%) ..................

#. Biasurfaktan pwda krmentasi rnenggunakan biamktor 13 L

dewan partial w m t y busa ( M i a t&es tebu) ......................
41. Tegangan permukaen pada femantasi menggunakan bioreaictor 43 L dengan prfiaI recowry busa

..................................

42. Gula sisa pada fermentasi manggunakan biorealdor 13 t,

dewan partEaf m w t y busa ...........................................
43. Hubungan antam tenaga per unit vnlume (PEIN) atm tetapan

transfar oksigan (ha) dmgan pambmtukan produk (Aiba et a/.,

1973) ..............................................................................

85

44 . Reogram fluida dangan karaktaristik feologi yang tserkda
(Stanbury dan Whitaker. 1984) ..........................................

47. Kurva hubungan antara Qksigen tertarui (CL)
dertgan waktu .....
48. K u m hubungan antara CLCfengan

a + QQzX..................
dt

49. Sfat d m n f m e m Bmllus sp BMN 14 pads m

a t&a
tebu) ...........................................................................

50. Kuwa genentuan tetapan f( (indeks konsistWl%j)dan n (indeks
pedaku) cairan ferment&

..............................................

51. Penampang hagian dalam biasreaktor 13 L ( B i W V .
B. Braun) .....................................................................
52. Bentuk pmgaduk jmis tuMn pipih pada bioreakkor t 3 L

(Biastat .
8.Braun) ........................................................
53. S t a b i f i pH biosurfaictan yang dihasilkan BecitIus sp BMN 14
pada media glukosa 4 % dan teks iebu ..............................

55 . S i m transpar slM masuknyca g t u k m ke derlarn sel rnikroba

Wang et al.. f 978); Bailey dan Qilis. t986) ........................

§?. Lintawn metabofisme penggunaan giukusa &ma produksi
biosurfakhn (Boukon dan Ratledge. f 970 di dalarn
Muliigan darr Gibb. "t?)
.............................................

13. Tabel glukusa sisa m a r u h ragam i r o n w a s i Fruktosa brtra-

dap produksi biasurfakhn .............................................

14, Tabel pH pengarutr ragam kansantmsifruktusa teftradap produk-

si biosurfaktan ...............................................................

17. Tabef biosurfaktan kasar pmganth warn kansentrasi sukmsa

Whadap produksi biasurfaktan .........................................
18. Tabel gula sisa pengaruh ragam konsentrasi suk'asa tehadap

Pmduksi biosu~faktan....................................................

20. T a m biornassa, biasurfaktan kasar, tegangan permukan

dern gub sisa wrka pewtutln randemen panganrh warn sumk r M.,. ......................................................................
21. fabet Warnam, biosurfaktan kasar, twangan ptmuicaan,

guh sisa dan penenban rendernan pangaruh mgam konwntrasi btes tebu..............................................................
22. Tabel biomassa, biosurfaktan k#i;ar, tegangan pernuban dan

gula sim serta p e n m a n rendmen penganrh kombinasi sumber N ...........................................................................

2 4 . Tabel biosurfaktan dan guia sisa pmgaruh laju aerasi pada b b
reaktor 2 L .....,...............................................................

2%. Data penenban praduktivitas vofumetrik pangaruh leu
aerasi pada biomaktor 2 1. .................................................
25b. Kunra pmntuan pruduktivitas volumetrik pengaruh Iaju

aerasi pada bioreaktur 2 L ...............................................

2&. Tabel bimassa, biosuffaktan, tegangan permukaan dan gula
sisa produksi biosurfaktan menggunakan bioreaktar 13 1.h g a n
padial remuety busa (media glukosa 4 %) .............................

28b.T a k l biomassa, biusurfaktan, bgangan permuban dan gula
sisa procluksi biasurfaktan dangan partial -wry

pa& bio-

reaktur 33 L (media tetes tebu) ............................................
21, Tabel aksigen terlarut penentusn nitai kta ..............................
28. Data penmtuan reobgi airan fermentasi ..............................
29. Pertringan hju aerasi dan kwapatan agitasi untuk penman-

&an sltafa bioreaktpr 40.UOO L berdasahn hasil penetian
pada biareaktor 13 1, (Biastat - 8. Braun) ..............................
30. Karabristik tenaga dari miran krerduk dengan krbagai jenis

.

pengaduk (Aiba et a!. 1973) ............................................
31, Hubungen antara perbandingan tenaga pengadukan pada sistem

kraefasi don tanpa semi f PgP) dengan bilangan Aerasi (Ma)
pada ragam jenis pengarnit (Aiba ef a),, 1973) .....................

3. Urornatugmrn analisis komposisi asam amino surfaktin y m g
dihsilkan ol& 5.subfilis ATCC 21332 (media glukoscn 4 %) ...
35. Kramabgram analisis kurnpasisi asam amino Masutfaktan
kasar yang dihasilican oleh Badlius sp. BMN 14 (medium

gluirosa 4 %) .................................................................

36. Krornatugram analisis komposisi asam amino biosurfakbn
kasar yaw dihasilkan o m Baciihs sp. BMN 14 (medium

tetes tetsu) ...................................................................
37, Kramatogtam asam amino standar ..................................

2x1
221

38. Krornatugmrnanatisis komposisi asem lemak biosutfaitbn
kasar yang dihasitkan obh Bacdfus sp. BMN 14 (media tetes
teh)

.........................................................................

39. Kmmatagram asam lemak standar ...................................

222
223

Eiiosurfakkrr merupakan suatu sanyawa yang diproduksi am mikrcba
dan rnampu menurunkan tegangan psrmukaan anbra dua fasa yam krbasis

air. Kemampuan munrnkan twangan pemukaan tersebut diwbabkan oleh

rnolakut biasurfaktan rnernpunyai bagian hidrofobik clan fridrufilik. Bebrapa galur

bakfari dan khamir dilaporirafl marnpu msnsintesis beragam jenis biasurfaktan
antara lain giikalipida, fipapeptida, fosfalipida dan suforolipida (Cooper dan Zajic,
1980).
Biosurfaktan mempunyai prospek, yang baik karma mrnpunyai sifat-

sifahya yang khas, yaitu toksishsnya rendah, mudah terumi fbiudegmdabk)

dan Wak tergantung pada substrat hidrokarban (Cooper dan Sfieppard, 1W).
Oi samping itu, biasurf:aiCtan msmpunyai karakter stnrktur yang khas yang tidak

ditemui pada surfaktan sinbtis, dapat d i m u k s i d q a n menglgunakan bahan
baku terbsrukan yam mumh serta efektif pada suhu, pH dan salinitas yang
ekstfim (Sasidharan ef a!., 1988; Metcads sf a/., 1993).

Biasurfsaktan blah terbukti rnampunyai kegunaan yang tuas sap* unfuk
meningkatkan prokhan minyak bumi kama biosu~aktandapat rneningkatkan

mobilitats dm sulubifitas rninyak bumi, pnanganan Nusi rnhyak bumi kmna
biosurfaktan &pat mendisprsikan minyak menjadi tetesan bcil, digunakan

sekgai h h a n pngernulsi pa& makanan dan sebagai k h a n p q e n a r dan
pendispersi pupuk serta pastisib, sehingga penetrasinya ke dahm tanah

maupun tanaman meningkt (Jenny st a.l,1!391;Banat, 1993). Biosurfairhn juga
dapat dimanfaawn untuk pembuatan detejen dan kosmetik (FiacMer, 9992).

Mangingat sifat biosurfaktan yam ramah terhadap lingkungan b&Uf,
maka produksi dan pemanfaatmnya sebaiknya diiingkatkan untuk mggafitikan

surfaktan sinfstis yaw tidslc ciapat terurai (bimracfabb)dm detpat mncernari

lingkungan. Dilaparkan bahwa pemasamn dunia urrtuk surfaktan saat ini
mencapai US $9,4 bifyun dan diduga meningkat dewan &acepatan35 % pada
akhir abad ini (Desai dan Bwnat, 1997).

Namun ssjaub ini ctpliicmsi bbsurfaktan rnasih terbahs brutama karaana
produktivitas mikraba pmghasil biasurfaktm yang rendah dan mahalnya substrat

yang digunakan, sehingga harganya M u m dam bersaing dibandlngkan dengan
sudaktan sintatis (Multian dan Gibbs, 1989; Peypwx et al.,l%S). 0ieh karena
itu untuk, rnaningkatkan bksurfaktan yang diksiikan, sebaiknye dirancang

proses produksi biasurfaktan yang optimal. Untuk penarapannya di hdustri, psrfu

dilekukan ramngan psnggandaan skala dewan manggmakan patakan
pggandaan skala yaw tapt agar agar parameter fisik yang ciitempkan dapat
menjaga kmdisi fanmentasi tetrap optimal bagi parturnbuhan mikroba.

Masalah utama yang dijumpai pada pmncangan prows praduksi
biosurfaktan adalah bagaimma mandapatkan mikroh yang unggul dan

komposisi media fermentasi yaw rnengandung sumkr kari>an ymg murah dan

mudah didapatkan. Di sarnping hams d'ierapltan kondisi kmwttasi yang optimal
agar biosurfaktan yaw dihasilkan maksimal. Pada pemlitian ini digunakan
8aciIIus sp. BMN 14 yang diisaiasi OM
Richana (f 997)drrn brdasarkan saiaksi
lebih lanjut aleh He~yani(1998). Tetas bbu (rnolase) merupakan hasil am ping

industri gula yaw mamiliki kandungan gula yang cukup tinggi dan mrupakan
sumber emrgi yang rahtif murah. Kstndungan guta pada &hs tebu sekitar 50 %,

yaw terdiri dari sukmsa sebsar 30
5

- 40 %, gluitosa 4 - 9 % dan frukosa

- I 2 ?4 (Patumu, t 982).Selain itu, Cnreger dan C w p f (t9&F) manystakan

bcahwa tatas tabu juga mangandung Mamin dan unsur kelumit (tmm ebmnf),
narnun icadungan nitrqpnnya rendah. Untuk r n w t a s i kandungan ni&ogen

yaw renctah ternbut, prlu d3akukn pmambahan sumber ni-n

pada media

brmentasi. Penggunaan tetas tebu sebagai substrat unbk produksi biosurfaktan
dihampkern dapat mmghasilkan biosurSaktan dengan h t g a yaw bersaing
dikdingiran surfaktan sintetik.

Hal tersebut disebabkan pada fermentasi,

kompanen hhan baku dapat mancapai sekitar 40 - 50 % dari biaya pmduksi

total (Mulligan dan Gibbs, 1993).
Daiam perancangan proses tersebut, hams pula dipethatikan kondisi
fermentasi terutams ketersediaan oksigsn terlanrt cialam media hmantasi. Hal

ini mengingat bshwa Baci/!u$ sp

BMN I 4 manrpakan baktari yang krsifat

aerubik, sehingga kebutukn aksigan optirnahya hams dipnuhi dengan cam
dipasoir udara dari luar bioreakbr dengan rnelenkukan m s i . Unhik itu prtu
dikBfELhui Iaju aarasi aptrmat yang haws ditemphn parfa produksi biosurfakhn

dengan rnanggunakan bioraaktor.
TeMtuknya busa yang melimpah selama fermentasi juga menjadi

rnasafah yaw petlu diatasi. Busa Webut Wrutarna t&nkrk

ofeh biosurfaktan

yang merupairan m y a w a aktif pmukaan. Kemampuan senyawa airtif

permuban untuk membentuk busa tenrtama dipemamhi oleh struktur ampifatik
dan ukumn moiekufnya (Razafindralamtw at

al., 1998). Adanya busa tersebut

akan mangganggu proses, yaitu mingkatkan fisiko kuntaminasi sertta

rnanunrnkan laju pepidahan aWigsn (Stanbuy dan Mitaker, 3984). Di
sarnping itu brakumulasinya biosurfaktan di dalam b i m k t o r &pert
menyebabkan timbulnya panghambatan akh p M u k pada metabolism mihba.
Unkrk msngatasi masalah busa ternbut, haws dibmpksn mbde brmentasi
yang thtpat. Untuk menptasi efek penghiamktan a!& pmduir, clapat dilakukan

pangeluamn busa dan' dalam bioreairtor -lama prodmi biasurfakhn seam
curah (batch), yang disebut ssbagai patfisrl recovery.
Pada penggandaan skala, hams diusahakan icandisi f m n t a s i optimal

tetap terjager. Masalah utarnet yang dijumpai pada penggandaan s h l a adahh

hrubahnya faktor-faktar

Ingkungan fisik,

seperti

prpindahan massa,

kemarnpuan pancampuran, penyebaran tmaga dan Iaju geser p a n g et a!.,
1978). Qtah kamna ikr h r u s dipilih patakan pnggandaan -la

yang smmi

agar kandisi fementasi pa& shta yaw Eebih besar tetap optimum bagi mikroba

yang dihjunakan. h j u ararasi optimal pa& fermentasi psrlu dikhhui agar
kebutuhan aksigen bsgi rnikraba terpenuhi sskfigus sebqai dasar untuk
pmggandaan sitala produksi bias;urfaldafi.

Tujuan penelitian ini atlalair manclapatkan rancangan proses produksi
biosurfaktan dengan msnggunakan media brmentasi tetes bbu oieh isulat lakal

BaciIIus sp. BMN 74. Tujuan ini dijaborkan sebagai berikut.
1.

Mmdapatkan formufa media fementasi rnmggunakn sumber krbon tebs

tebu dan sumber n w a n yang tepat untuk mmproduksi biosurfaktan olefi
BBciIIus sp. BMN 14.

2, Mngkaji penganrh bju aerasi dan penerapan metde fementasi dengan
psngeluaran busa

-very)

untuk rnangatasi rnsmlah banyaknya

busa yang terbenkik =lama proses fermentasi dan pmghambatan okh
pmduit.

3, Mendapatkan retncangan pggandaan sftala produksi biosurfaktan ofeh
M I I u s sp.

BMN 14 mnggunakan media tetes t&u dengan menggunairan

patohn psnggandaan skala berupa k a s k n prpindafian aksigan
wlumebik (&a) dan kebutuhn tmaga pengaduiran { P W .
4.

Mendapttan hrakteristik biosurfaktan yang d'iasitkan okh &dIIus sp.

BMPl14.

Hipotesis yang diajukan da&m pneDtian ini acjalah sebagai krikut.
1. Feninghtan niskh C M media fementasi sampai h g a n batas brtentu

airan meningkatkan pruduksi biasurfakbn al& SaciIIus sp. BMN 14.

2. h j u aerasi dan metode fementasi dsngan peqpluarsn busa (padial

#cowry) t>arpengaruh tert~adapproduksi biosurfaktan.

3. Isalat lakal &ciIIus

sp BMN 14 menghasilkan biasuffairtan dengan
dengan surfaktin standar yang dihasilksn obh

karakteristik yang

B. subtilis ATCC 21332.

Rurng Urtgkup hrtaslitian
Ruang lingkup penelitian adalah sebagai berikut.

1

Produksi biosuriaktan pada fementasi labu kocok (volume kerja 50 ml)

rnanggunakan tiga jenis sumber karbon ymg dorninsn terdapat pada t&s
t e k , y a k gkikusa, fiuktosa dan sukrosa dengan enam

tam kansentrasi

yeitu 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % , dan6 %(b/v).
2.

Sefeksi sumber nitrogen yang tepat, p n g maliputi : ammonium nitrat,
ammonium sulfat, natrium nib-at, kalium nitrat ssrta ekstrak kttamir untuk
dihmbahkan pada tetes tebu sebagai media femmtasi.

3.

Famulasi media fermentasi menggunakan substrat b b s bbu yang

diperkaya dengan sumber n m e n yang tepat krdasarkan pad& Msil

penalitian 1 dan penelitian 2 untuk

mamproduksi biasuffabn pads

fermentasi fabu kocok.

4.

Praduksi biusurfaktan menggunakan biorealcbr bngki tersduk 2 1. dengan
variasi laju aerasi 0,5 wm, 1,0 wm dan 1,5 wm sebagai aman untuk

penggandaan skala d m mmempkan mebde fermentasi dewan
p p l u a r a n busa (partial m w y ) pacia bioreraktor tan*

teraduk 13 t.

(volume irerja 10 L) untuk meqatasi masalah penurunan pmduksi
biasurfaktan akibat tertientuknya busa yang

ma%mpah dan terjadinya

pdstknra pengharnbatan obh produk,

5.

Penentuan tetapan pefpindahan oksigan vulumetrik &a), kebutuhan bnaga

pangacjukan per satuan volume (Pg/V) clan pengujim realogi media
Wrnentasi sehgai dasar untuk rnefakuitan kajian pmggandaan skala
produksi biosurfaktan.

6. Pequjian karakhristik biosurfaktan yang dihasifkan, mliputi kestabilsn

tamadap pH, KMK (Uonsantrasi Misari Kritis), kamposisi asam amino dm
asam lemak.

StnrMur Molekul Biosurfaktan

Surfaktan rnsrupakan rnobkul amfipatik yaikr mampunyai gugus
hidrofobik dan hidrofrlik yang cenlferung terbagi pada antarparmulaan Fasa
caitan (misalnya antarpernuban rninyak dan air atau udara dan air) yang

berbecfa tingkat kepolamn mrta ikatan hidrugennya (Geurgiou d a/., i992; Sung,

t998). Gugus hidrofobik biasanya marupatan suatu rantai hidrdrarbon yaw
cendanmg terpisah dati air, sedmgkan gugus polar yang brsifat fiidmlik tebp

berada dafam air. Bagian hidmfiiik biasanya berupa non ianik, bemuatan positif
atau negatif, ataupun rsrnfabrik (Ewrgiou et al., 1992). bngjan dernikian ciri dan
sifat biosurfaktan dipngaruhi oleh interaksi antara gugus hidrafilik dan hidrofubik

tersebut.
Dengan adanya pembagian fpartisi) rnolekul surfaktan pada daerah

antatpermufaan tersebut, rnenyebabkan bhentuk film yang menurunkan energi
antkar muka dan rnanyebabkan msnurunnya tegangan pnnukaan. Oleh irarena

itu pengukran tegaqan permukaan dapat cfigunabn ssbagai dasar evaluasi
jumlah biosurfaktan yang dihasilkan (Parkinson, 1985; Geurgiau e5 a]., 1992).
Struktur molekul suffaktin yaw msrupakan salah satu bisurfaktan yam

dihasilkan afsh Bacillus subti#s rnsrupskan susunan melingkar tujuh asam amino
yang berikatan dengan molekul 3-hidroksi-13 metil asam tetmdekanaat

(Earnbar 1). Jenis asam amino yang terkandung adalah amm gbtamat, lausina,

valina dan asam aspaftat. B. Iichenifamtr's rnmghasitkan biosurfakbn yang mirip

dmwn surfaktin (Gambar 2).

Garnkr 1. Struktur rnalekul surfaktin yaw diisulasi dari B. subtiis (Arima ef

a!,, .t 968; Cooper dan Zajic, 1980).
R l = (CEl3)*CH

1
0

RZ = CH3-CHTCH2

I

lie - Leu

Asp.

R3 fCH3)TCH-Ctia
R4 = CH.tsCHrCH(CHd

Garnbar 2.Stnrktuf lipapeptida yang dihasilkan oleh 8,~icheniformr's(Jenny d a!,
3 993).

Hasil analisis sbvkturaf aleh Harowitz: dan Griffin (1991) dl datam Oesai

dan Desai (1993) menunjukkan bahwa dalarn mmpuran lipapwtida terkandung
gumpanen utarna d m p n ukuran b b u t rnulakul berkisar antara 979

- 1091

Dalton, dmgan ngam peningkatan 14 Dabn. Selain ikr diketahui bahwa
terdapat krjuh asam amino pada thap mlskul lipopeptida dm porsi iipidanya
brdiri dari 8

- 9 gugus metil.

Stfuktur mobkul bepngaruh tarhadap kemarnpuan biosurfaktan
menurunitan tegangan parmuban (Desai dan Desai, 1993). Sedangkan adanya
gugus hidrofifik dan hidrofobik pada mlakui biusuffaktan myababkEan sgat
yang lebih daminan pa& daerafi antafpemukaan yang bertPeda derajat pafaritas
dan ikatan hidrugen seperti terjadi pa& emulsi minyaWair (Om(Geargiau @ta!,,
j992).

Tqpngan pmukaan minimum dan konsentrasi minimal biosurfaktan
untuk m m h t u k misef (Kansentrasi Misel Kritis = KMK) merupakan paramebr
y a q digunakan untuk rnenentukan efisiensi suatu biosulfaktsn (FiecMar, 1992).

Geargiou cat a!. (1992) msnyatakan bahwa bita kansentrasi biosurfaktm febih
besar dari pada nilai ICWIK, maka molekul arnpifatik dangan cepat a h n

hrasasiasi mernbefltuk strukkrr supramaiekul. SfnrMur amfipatiknya dapat
bebt7tuk batang, sirkular dan lapisan misetia (Gembar 3). Hal ini rnanunjukkan

h h a biawfaictan mampu menurunkan &gangan permukaan sampai nifai
KMK, di atas nilai KMK tersebut peningkahn

kmsentrasi biosurfakbn tidak

mernhrikan pengaruh yang nyata terhadap penunman twangan pmukaan.

Parameter lain biosurfaMan yang penting erdalah nifai HLB (HydmphileLipcphPeBabnca) yang dapat dihikrq dari perbandingan stoichiometri M i a n
fipaXil dan bagian hidrofil (Vogt, 1994). Plifai HL8 dinyahbn dewan skala 1 - 20.

Suffaktan yang mempunyal nifai HLB 5 10 brsifat sebagai zat-zat iipofif yang
daminan (Isrut dabm fasa rninyak), sedangkan bila nilai HtB r 10 mempunyai
sifat yaw beriawanan, yaitu hrut dalarn fasa air,

&#is BiosurPaMan
BiosurSaMan yang dihasilkan okh rnikraba dieksbsikan secara

eirstraslular ahu melekat pada bagian =I.

8. subtiis mernproduksi biasurfakbn

=lama fa= ekspanansial dan rnaningkat selama transisi ice fasa stasiansr
(Cooper a#a!, 4981 dan Kluge ef a!., 1988). Kim 8t a!., 1997 juga menyatakan
bahwa produksi t>iasu#faktanlipapaptida oleh B. subfiris berasasiasi dewan
partumbuhsn, yaitu brdapat hubungan yang peralel antam partumbuhan ssf,
pfoduksi biasurfaktan dan konsumsi glukusa.

z-L_.
p

a
- .

+k''@&
\

.ul*m*

gmrwr*

9

/

s
w

*jiI@2

-

-

-

-.

"--

-

Keterangan : a : monomer : 1 : gugus hidrofilik, 2 : gugus hidtofobik; b : misel
melingkar, c : rnisel bentuk batang; d : lapisan misela;

Jenis suFfaktan sintetis dikelompokkan berdasatkan sifsPt aiami gugus
polarnya, yaitu jenis kationik, anionik dan nanionik, se