Biosintesis Vitamin C Dari Substrat D-Sorbitol Oleh Acetobacter Xylinum Dengan Metode Fermentasi Sistem Batch Culture Teraduk Kontinu
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI SUBSTRAT D-SORBITOL
OLEH ACETOBACTER XYLINUM DENGAN METODE
FERMENTASI SISTEM BATCH CULTURE
TERADUK KONTINU
TESIS
Oleh
ENGELLINA
107006005/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
(2)
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI SUBSTRAT D-SORBITOL
OLEH ACETOBACTER XYLINUM DENGAN METODE
FERMENTASI SISTEM BATCH CULTURE
TERADUK KONTINU
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
ENGELLINA
107006005/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
(3)
Judul Tesis :
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI
SUBSTRAT D-SORBITOL OLEH
ACETOBACTER XYLINUM DENGAN
METODE FERMENTASI SISTEM
BATCH CULTURE TERADUK
KONTINU
Nama Mahasiswa : ENGELLINA Nomor Pokok : 107006005
Program Studi : Magister Ilmu Kimia
Menyetujui, Komisi Pembimbing
(Dr.Yuniarti Yusak,M.S) (
Ketua Anggota
Dr.Ribu Surbakti,M.S)
Ketua Program Studi Dekan
(Prof.Basuki Wirjosentono,M.S,Ph.D) (Dr.Sutarman,M.Sc)
(4)
Telah diuji pada
Tanggal : 23 Januari 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr.Yuniarti Yusak, M.S Anggota : 1. Dr.Ribu Surbakti, M.S
2. Dr.Rumondang Bulan, M.S
3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc 4. Prof.Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D
(5)
PERNYATAAN ORISINALITAS
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI SUBSTRAT D-SORBITOL OLEH
ACETOBACTER XYLINUM DENGAN METODE FERMENTASI
SISTEM BATCH CULTURE TERADUK KONTINU
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar
Medan, 23 Januari 2013
ENGELLINA 107006005
(6)
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai Sivitas Akademis Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Engellina
NIM : 107006005
Program Studi : Magister Ilmu Kimia Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI SUBSTRAT D-SORBITOL OLEH
ACETOBACTER XYLINUM DENGAN METODE FERMENTASI
SISTEM BATCH CULTURE TERADUK KONTINU
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya
Medan, 23 Januari 2013
(7)
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap : Engellina
Tempat dan Tanggal Lahir : Medan, 16 Oktober 1986
Alamat Rumah : Jl. Sun Yat Sen No. 18/30 Medan Telepon / HP : (061) 7343877 / 08126496319
Email :
DATA PENDIDIKAN
SD : SD METHODIST-3 MEDAN (1993-1999)
SLTP : SLTP METHODIST-3 MEDAN (1999-2002) SMA : SMA SUTOMO-1 MEDAN (2002-2005) STRATA-1 : KIMIA USU MEDAN (2005-2010)
(8)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpahan karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan.
Dengan rasa hormat, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibu Dr.Yuniarti Yusak,M.S dan Bapak Dr.Ribu Surbakti,M.S selaku pembimbing I dan pembimbing II yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing dan mengarahkan serta memberikan motivasi kepada penulis selama melakukan penelitian hingga penyusunan tesis ini.
2. Bapak Prof.Basuki Wirjosentono,M.S,Ph.D dan Bapak Dr.Hamonangan Nainggolan,M.Sc selaku Ketua dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Pascasarjana USU.
3. Ibu Dra.Nunuk Priyani,M.Sc selaku Kepala Laboratorium Mikrobiologi FMIPA-USU.
4. Bapak Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA-USU.
5. Bapak Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Farmasi-USU.
6. Seluruh teman-teman Mahasiswa Magister Ilmu Kimia Stambuk 2010 yang telah membantu penulis selama kuliah dan penelitian.
7. Asisten Laboratorium Mikrobiologi FMIPA-USU stambuk 2008, 2009 khususnya Mirza dan Ria; Asisten Laboratorium Biokimia FMIPA-USU khususnya Dian Pratiwi dan Putri; Asisten Laboratorium Sentral Biologi FMIPA-USU khususnya Imam dan Asisten Laboratorium Pusat Penelitian Fakultas Farmasi-USU; Bapak Alhamra selaku Kepala Laboratorium MMH Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang telah banyak membantu dengan memberikan informasi dan saran kepada penulis.
(9)
Dan akhirnya, penulis mengucapkan terima kasih kepada keluargaku yang sangat kukasihi dan kucintai : Ayahku Edy Susanto dan Ibuku Lidyawati yang telah banyak membantu dengan dukungan doa, moral dan dana kepada penulis; Adik-adik Darwin Susanto dan Selviani yang memberikan dukungan doa kepada penulis; Rizky dan Bang Sianturi yang telah membantu dan memberikan saran kepada penulis; Kak Sugiatik yang telah membantu penulis; Sahabat-sahabatku Kartika Eberta dan Jenny yang memberikan dukungan doa kepada penulis; Kak Lely Ratnawati selaku pegawai administrasi program studi ilmu kimia Pascasarjana USU yang telah membantu penulis selama kuliah; Suandi yang memberikan dukungan doa kepada penulis.
Semoga Tuhan Yang Maha Pengasih melimpahkan berkat dan rahmat-Nya kepada kita semua.
Medan, 23 Januari 2013 Hormat Saya,
(10)
BIOSINTESIS VITAMIN C DARI SUBSTRAT D-SORBITOL
OLEH ACETOBACTER XYLINUM DENGAN METODE
FERMENTASI SISTEM BATCH CULTURE
TERADUK KONTINU
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang biosintesis vitamin C dari substrat D-sorbitol oleh Acetobacter xylinum dengan metode fermentasi sistem batch culture teraduk kontinu. Dalam penelitian ini, digunakan D-sorbitol sebagai substrat dan sumber makanan bagi bakteri Acetobacter xylinum. Penentuan kadar vitamin C dilakukan dengan metoda Polarimetri, Titrasi Iodometri, Spektrofotometri UV-Visible dan untuk menghitung jumlah bakteri yang digunakan dilakukan dengan metode Hitungan Cawan. Dengan metoda Polarimetri ; Titrasi Iodometri dan Spektrofotometri UV-Visible untuk larutan sorbitol 50 g/L setelah fermentasi diperoleh vitamin C sebesar 1,5333 g/L ; 0,105 g/L dan 1,7084 g/L. Hasil fermentasi larutan 100 g/L sorbitol setelah diuji dengan metoda Polarimetri ; Titrasi Iodometri dan Spektrofotometri UV-Visible kadar vitamin C yang diperoleh sebesar 3,6 g/L ; 0,152 g/L dan 1,7286 g/L. Dengan metoda Polarimetri ; Titrasi Iodometri dan Spektrofotometri UV-Visible untuk konsentrasi larutan sorbitol 150 g/L setelah fermentasi diperoleh vitamin C sebesar 3,5 g/L ; 0,076 g/L dan Spektrofotometri UV-Visible 0,7972 g/L. Dari hasil penelitian, diketahui bahwa sudut putar bidang polarisasi D-sorbitol telah berubah tanda (+) sebelum fermentasi menjadi (-) setelah fermentasi sehingga diperoleh asam L-askorbat.
(11)
BIOSYNTHESIS VITAMIN C FROM D-SORBITOL SUBSTRATE BY
ACETOBACTER XYLINUM WITH FERMENTATION
METHOD BATCH CULTURE CONTINUOUS
MIXING SYSTEM
ABSTRACT
The research of biosynthesis vitamin C from D-sorbitol substrate by Acetobacter xylinum with fermentation method of batch culture continuous mixing system is done. In this research, I used D-sorbitol as substrate and food supply for Acetobacter xylinum. The determination quantity of vitamin C using Polarimetri method, Iodometri Titration, Spectrophotometri UV-Visible and for accounting quantity of bacteria using Plate Count method. By using Polarimetri method ; Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible for 50 g/L sorbitol solution after the fermentation gave 1,5333 g/L ; 0,105 g/L and 1,7084 g/L of vitamin C. The result of 100 g/L sorbitol solution after it tested with Polarimetri method, Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible of vitamin C gave 3,6 g/L ; 0,152 g/L and 1,7286 g/L. By using Polarimetri method ; Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible for 150 g/L sorbitol solution after the fermentation gave 3,5 g/L ; 0,076 g/L and 0,7972 g/L of vitamin C From this research, it is known that turning angle of D-sorbitol polarization already changed from (+) marked before fermentation became (-) marked after fermentation with the result of L-ascorbic acid.
(12)
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR viii
ABSTRAK x
ABSTRACT xi
DAFTAR ISI xii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR GAMBAR xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1Latar Belakang 1
1.2Perumusan Masalah 3
1.3Pembatasan Masalah 3
1.4Tujuan Penelitian 3
1.5Manfaat Penelitian 4
1.6Metodologi Penelitian 4
1.7Lokasi Penelitian 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Struktur dan Sifat-Sifat Vitamin C 6
2.2 Sorbitol, Struktur dan Sifat-Sifatnya 11
2.3 Sorbosa 12
2.4 Fermentasi Vitamin C 12
2.5 Kinetika Pertumbuhan Mikroba 20
2.6 Kinetika Pembentukan Produk 24
2.7 Pemilihan Bioreaktor 25
2.8 Acetobacter Xylinum 29
2.9 Enzim 30
2.10 Metoda Hitungan Cawan 31
2.11 Metoda Analisa Vitamin C 33
2.12 Penentuan Vitamin C secara Metoda Spektroskopi Ultraviolet-Sinar Tampak 35 2.13 Penentuan Vitamin C secara Metoda Polarimeter 38 2.14 Penentuan Vitamin C secara Metoda Iodometri 41
(13)
BAB 3 METODOLOGI 42
3.1 Alat 42
3.2 Bahan 43
3.3 Prosedur Penelitian 44
3.3.1 Preparasi Media dan Pembuatan Larutan Pereaksi untuk Identifikasi
Bakteri Acetobacter xylinum 44
3.3.1.1 Pembuatan Media Hassid Barker Agar (HBA) 44 3.3.1.2 Pembuatan Media Sorbitol 50 g/L 44 3.3.1.3 Pembuatan Media Sorbitol 100 g/L 44 3.3.1.4 Pembuatan Media Sorbitol 150 g/L 44 3.3.1.5 Pembuatan Media Plate Count Agar (PCA) 44 3.3.1.6 Pembuatan Larutan Triple Sugar Iron Agar (TSIA) 45 3.3.1.7 Pembuatan Larutan Simmons Citrate Agar (SCA) 45 3.3.1.8 Pembuatan Larutan SIM (Sulfide Indole Motility Medium) 45
3.3.1.9 Pembuatan Larutan Gelatin 45
3.3.1.10 Pembuatan Media Starch 45
3.3.1.11 Larutan Asam Asetat Glasial 1,96% 45 3.3.1.12 Pembuatan Larutan Vitamin C Standar 45 3.3.2 Perlakuan terhadap Sampel dan Metode Pengukuran Sampel 46
3.3.2.1 Identifikasi Bakteri Acetobacter xylinum dengan Metoda
Pewarnaan Gram 46
3.3.2.2 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda Hitungan
Cawan 46
3.3.2.3 Pembuatan Starter 46
3.2.2.4 Fermentasi Larutan Fermentasi D-Sorbitol menjadi Vitamin C 47 3.3.2.5 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 47 3.3.2.6 Pemanenan Hasil Larutan Fermentasi dengan Metoda Sentrifuge 47 3.3.2.7 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri
UV-Visible 48
3.3.2.8 Penentuan Vitamin C dengan Metode Titrasi Iodometri 48
3.4 Bagan Penelitian 49
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 55
4.1 Hasil Penelitian 55
4.2 Perhitungan 55
4.2.1 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 55 4.2.2 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Titrasi Iodometri 56 4.2.3 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri UV-Vis 58 4.2.4 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda Hitungan Cawan 58
(14)
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 63
5.1 Kesimpulan 63
5.2 Saran 63
DAFTAR PUSTAKA 64
(15)
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 4.2.1 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 55 Tabel 4.2.2 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Titrasi Iodometri 56 Tabel 4.2.3 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri
UV-Visible 58
Tabel 4.2.4 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda
(16)
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 1 Metode Pewarnaan Gram pada Bakteri Acetobacter xylinum 68 Gambar 2 Media Hassid Barker Agar (HBA) 68 Gambar 3 Identifikasi Bakteri Acetobacter xylinum 69 Gambar 4 Uji Kualitatif Vitamin C pada Larutan Fermentasi 50 g/L;
(1)
BIOSYNTHESIS VITAMIN C FROM D-SORBITOL SUBSTRATE BY
ACETOBACTER XYLINUM WITH FERMENTATION
METHOD BATCH CULTURE CONTINUOUS
MIXING SYSTEM
ABSTRACT
The research of biosynthesis vitamin C from D-sorbitol substrate by Acetobacter xylinum with fermentation method of batch culture continuous mixing system is done. In this research, I used D-sorbitol as substrate and food supply for Acetobacter xylinum. The determination quantity of vitamin C using Polarimetri method, Iodometri Titration, Spectrophotometri UV-Visible and for accounting quantity of bacteria using Plate Count method. By using Polarimetri method ; Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible for 50 g/L sorbitol solution after the fermentation gave 1,5333 g/L ; 0,105 g/L and 1,7084 g/L of vitamin C. The result of 100 g/L sorbitol solution after it tested with Polarimetri method, Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible of vitamin C gave 3,6 g/L ; 0,152 g/L and 1,7286 g/L. By using Polarimetri method ; Iodometri Titration and Spectrophotometri UV-Visible for 150 g/L sorbitol solution after the fermentation gave 3,5 g/L ; 0,076 g/L and 0,7972 g/L of vitamin C From this research, it is known that turning angle of D-sorbitol polarization already changed from (+) marked before fermentation became (-) marked after fermentation with the result of L-ascorbic acid.
(2)
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR viii
ABSTRAK x
ABSTRACT xi
DAFTAR ISI xii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR GAMBAR xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 3
1.3 Pembatasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 4
1.6 Metodologi Penelitian 4
1.7 Lokasi Penelitian 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Struktur dan Sifat-Sifat Vitamin C 6 2.2 Sorbitol, Struktur dan Sifat-Sifatnya 11
2.3 Sorbosa 12
2.4 Fermentasi Vitamin C 12
2.5 Kinetika Pertumbuhan Mikroba 20 2.6 Kinetika Pembentukan Produk 24
2.7 Pemilihan Bioreaktor 25
2.8 Acetobacter Xylinum 29
2.9 Enzim 30
2.10 Metoda Hitungan Cawan 31
2.11 Metoda Analisa Vitamin C 33 2.12 Penentuan Vitamin C secara Metoda Spektroskopi Ultraviolet-Sinar Tampak 35 2.13 Penentuan Vitamin C secara Metoda Polarimeter 38
(3)
BAB 3 METODOLOGI 42
3.1 Alat 42
3.2 Bahan 43
3.3 Prosedur Penelitian 44
3.3.1 Preparasi Media dan Pembuatan Larutan Pereaksi untuk Identifikasi Bakteri Acetobacter xylinum 44
3.3.1.1 Pembuatan Media Hassid Barker Agar (HBA) 44 3.3.1.2 Pembuatan Media Sorbitol 50 g/L 44 3.3.1.3 Pembuatan Media Sorbitol 100 g/L 44 3.3.1.4 Pembuatan Media Sorbitol 150 g/L 44 3.3.1.5 Pembuatan Media Plate Count Agar (PCA) 44 3.3.1.6 Pembuatan Larutan Triple Sugar Iron Agar (TSIA) 45 3.3.1.7 Pembuatan Larutan Simmons Citrate Agar (SCA) 45 3.3.1.8 Pembuatan Larutan SIM (Sulfide Indole Motility Medium) 45 3.3.1.9 Pembuatan Larutan Gelatin 45 3.3.1.10 Pembuatan Media Starch 45 3.3.1.11 Larutan Asam Asetat Glasial 1,96% 45 3.3.1.12 Pembuatan Larutan Vitamin C Standar 45 3.3.2 Perlakuan terhadap Sampel dan Metode Pengukuran Sampel 46
3.3.2.1 Identifikasi Bakteri Acetobacter xylinum dengan Metoda
Pewarnaan Gram 46
3.3.2.2 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda Hitungan
Cawan 46
3.3.2.3 Pembuatan Starter 46 3.2.2.4 Fermentasi Larutan Fermentasi D-Sorbitol menjadi Vitamin C 47 3.3.2.5 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 47 3.3.2.6 Pemanenan Hasil Larutan Fermentasi dengan Metoda Sentrifuge 47 3.3.2.7 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri
UV-Visible 48 3.3.2.8 Penentuan Vitamin C dengan Metode Titrasi Iodometri 48
3.4 Bagan Penelitian 49
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 55
4.1 Hasil Penelitian 55
4.2 Perhitungan 55 4.2.1 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 55 4.2.2 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Titrasi Iodometri 56 4.2.3 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri UV-Vis 58 4.2.4 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda Hitungan Cawan 58
(4)
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 63
5.1 Kesimpulan 63
5.2 Saran 63
DAFTAR PUSTAKA 64
(5)
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 4.2.1 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Polarimetri 55 Tabel 4.2.2 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Titrasi Iodometri 56 Tabel 4.2.3 Penentuan Vitamin C dengan Metoda Spektrofotometri
UV-Visible 58 Tabel 4.2.4 Penentuan Jumlah Koloni Bakteri dengan Metoda
(6)
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 1 Metode Pewarnaan Gram pada Bakteri Acetobacter xylinum 68 Gambar 2 Media Hassid Barker Agar (HBA) 68 Gambar 3 Identifikasi Bakteri Acetobacter xylinum 69 Gambar 4 Uji Kualitatif Vitamin C pada Larutan Fermentasi 50 g/L;