Biosintesis Vitamin C Dari Substrat D-Sorbitol Oleh Acetobacter Xylinum Dengan Metode Fermentasi Sistem Batch Culture Teraduk Kontinu
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengetahuan manusia tentang bioteknologi berawal dari pembuatan makanan dan
minuman secara fermentasi. Minuman khas Jepang seperti sake, bir, anggur, makanan
keju, yoghurt, tempe, oncom, acar dan lain-lain merupakan contoh kecil proses
bioteknologi tradisional yang sudah lama dikenal.
Pada tahun 1929 s/d 1944 bioteknologi tahap kedua (lebih modern) telah
dikemukakan oleh Flemming Yi
telah ditemukannnya penelitian dengan cara
fermentasi. Sejak itu berkembanglah kegiatan bioteknologi untuk menghasilkan
antibiotik, vitamin-vitamin serta asam-asam organik seperti aseton, butanol, asam sitrat
dengan metode fermentasi (Higgins, 1985).
Struktur asam askorbat pertama sekali dikemukakan oleh Haworth. Asam
askorbat disintesa secara komersial dengan bantuan bakteri berlangsung sebagai
berikut :
red
D-glukosa
oks
D-sorbitol
L-sorbosa
Vitamin C
Acetobacter
(West, 1966).
Isolasi kristalin asam askorbat pada tahun 1928 dilakukan oleh Szent-Gyorgyi
yang dilanjutkan dengan identifikasi vitamin C oleh Waugh dan King serta Svirbely
dan Szent-Gyorgyi pada tahun 1932.
Laporan pertama tentang oksidasi D-sorbitol menjadi L-sorbosa oleh bantuan
bakteri ditemukan Bertrand pada tahun 1896. Bakteri tersebut diidentifikasi dengan
bakteri Acetobacter xylinum (Robinson, 1976).
Universitas Sumatera Utara
Pada tahun 1953 dibuat beberapa studi dimana proses fermentasi vitamin C
dengan bantuan mikroorganisme hanya terjadi dalam 2 langkah. Hori dan Nakatani
mengubah glukosa oleh Acetobacter suboxydans menjadi asam 5-keto-D-glukonat,
yang selanjutnya oleh bantuan katalis enzim dirubah menjadi asam L-idonat.
Fermentasi dengan Pseudomonas, Acetobacter, atau Aerobacter inversi senyawa
akhir menjadi asam 2-keto-L-gulonat, dimana intermediat yang lazim dikenal menjadi
asam L-askorbat (Hori, 1953).
Boudrant menyatakan bahwa dengan menggunakan metoda Reichstein dan
glukosa sebagai substrat, pembentukan asam askorbat dengan metoda fermentasi oleh
bakteri Acetobacter xylinum atau Acetobacter suboxyydans hanya berlangsung dengan
5 tahap reaksi (Boudrant, 1990).
Hancock menyatakan bahwa dengan menggunakan Saccharomyces cerevisiae
dan substrat L-galaktosa, L-galaktono-1,4-lakton dan L-gulono-1,4-lakton akan
dihasilkan asam askorbat sedangkan bila menggunakan substrat D-glukosa, Dgalaktosa atau D-manosa akan dihasilkan asam D-erithroaskorbat (Hancock, 2000).
Running menyatakan bahwa fermentasi aerobik dari D-glukosa dan pemilihan
strain yang tepat akan dihasilkan asam askorbat ekstraseluler sebesar 76 mg/L
(Running, 2002).
Rewatkar menyatakan bahwa dengan menggunakan 5 gram sorbitol; 0,5 gram
ekstrak yeast dan 2 gram agar yang dilarutkan dalam 100 mL H 2 O setelah difermentasi
selama 7 hari oleh Acetobacter suboxydans akan diperoleh sebanyak 4,997 mg/L
(6,2213%) asam askorbat.
Dengan cara yang sama tetapi menggunakan bakteri Pseudomonas aeruginosa
akan dihasilkan 3,217 mg/L (4,0213%). Sedangkan bila digunakan Saccharomyces
cerevisiae akan dihasilkan 1,882 mg/L (2,3525%) asam askorbat (Rewatkar, 2010).
Manusia tidak dapat mensintesis vitamin C karena tidak mempunyai fungsi gen
penghasil L-gulono-1,4-lactone oxidase, dimana enzim tersebut diperlukan di dalam
biosintesis asam askorbat yang terdapat pada hewan (Wolucka, 2001).
Universitas Sumatera Utara
Oleh karena itu, peneliti tertarik untuk melakukan proses biosintesis vitamin C
dari D-sorbitol dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum dalam pengembangan
bioteknologi.
1.2 Perumusan Masalah
Seberapa besar kemampuan Acetobacter xylinum mensintesis D-sorbitol menjadi
vitamin C (asam askorbat) dengan pengaturan pH 4-4,5 dalam jangka waktu fermentasi
72 jam dengan menggunakan alat fermentor jenis Batch Culture teraduk kontinu.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini objek masalah dibatasi sebagai berikut :
1. D-sorbitol digunakan sebagai bahan pengganti glukosa.
2. Proses fermentasi vitamin C dari D-sorbitol dengan bantuan bakteri
Acetobacter xylinum.
3. Waktu fermentasi yang dilakukan adalah 72 jam dengan pengaturan kondisi
yang telah disesuaikan antara lain pH, temperatur serta pengadukan yang
teratur dan kontinu.
4. Metoda fermentasi yang digunakan adalah metoda Batch Culture teraduk
kontinu.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk membuktikan bahwa vitamin C dapat dibuat dengan cara fermentasi dari
bahan baku D-sorbitol.
2. Untuk mengetahui kadar vitamin C yang diperoleh dengan proses fermentasi
oleh bantuan bakteri Acetobacter xylinum.
Universitas Sumatera Utara
3. Untuk mensosialisasikan metoda-metoda bioteknologi.
4. Untuk memproduksi bahan dan jasa dengan biaya relatif murah, aman,
terbarukan dan sekaligus dapat mengurangi pencemaran lingkungan.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan informasi pada
bidang
Biokimia/KBM
(Kimia
Bahan
Makanan)
dimana
D-sorbitol
dapat
dimanfaatkan sebagai sumber biosintesis vitamin C dengan bantuan bakteri
Acetobacter xylinum.
1.6 Metodologi Penelitian
Adapun langkah-langkah analisisnya sebagai berikut :
1. Penelitian ini adalah eksperimental laboratorium.
2. Sampel yang digunakan adalah D-sorbitol sebagai bahan pengganti glukosa.
3. Waktu fermentasi oleh bakteri Acetobacter xylinum selama 72 jam.
4. Metoda fermenter yang digunakan adalah metoda Batch Culture teraduk
kontinu.
5. Sampel yang mengandung bakteri Acetobacter xylinum dilakukan pengaturan
pH 4-4,5 pada suhu kamar dan diatur pengadukan yang teratur dan kontinu di
dalam wadah yang telah dipreparasi.
6. Hasil fermentasi diuji dengan Polarimeter, Spektrofotometer UV-Visible,
Titrasi Iodometri dan Metoda Hitungan Cawan.
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi FMIPA USU; Uji Sentrifuge
dilakukan di Laboratorium Penelitian Farmasi USU dan Laboratorium Sentral Biologi
FMIPA USU; Uji Polarimeter dilakukan di Balai Riset dan Standarisasi Industri
Universitas Sumatera Utara
Medan; Uji Spektrofotometer UV-Visible dilakukan di Laboratorium Biologi Dasar
(LIDA) USU; dan Uji Titrasi Iodometri dilakukan di Laboratorium Biokimia FMIPA
USU, Medan.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengetahuan manusia tentang bioteknologi berawal dari pembuatan makanan dan
minuman secara fermentasi. Minuman khas Jepang seperti sake, bir, anggur, makanan
keju, yoghurt, tempe, oncom, acar dan lain-lain merupakan contoh kecil proses
bioteknologi tradisional yang sudah lama dikenal.
Pada tahun 1929 s/d 1944 bioteknologi tahap kedua (lebih modern) telah
dikemukakan oleh Flemming Yi
telah ditemukannnya penelitian dengan cara
fermentasi. Sejak itu berkembanglah kegiatan bioteknologi untuk menghasilkan
antibiotik, vitamin-vitamin serta asam-asam organik seperti aseton, butanol, asam sitrat
dengan metode fermentasi (Higgins, 1985).
Struktur asam askorbat pertama sekali dikemukakan oleh Haworth. Asam
askorbat disintesa secara komersial dengan bantuan bakteri berlangsung sebagai
berikut :
red
D-glukosa
oks
D-sorbitol
L-sorbosa
Vitamin C
Acetobacter
(West, 1966).
Isolasi kristalin asam askorbat pada tahun 1928 dilakukan oleh Szent-Gyorgyi
yang dilanjutkan dengan identifikasi vitamin C oleh Waugh dan King serta Svirbely
dan Szent-Gyorgyi pada tahun 1932.
Laporan pertama tentang oksidasi D-sorbitol menjadi L-sorbosa oleh bantuan
bakteri ditemukan Bertrand pada tahun 1896. Bakteri tersebut diidentifikasi dengan
bakteri Acetobacter xylinum (Robinson, 1976).
Universitas Sumatera Utara
Pada tahun 1953 dibuat beberapa studi dimana proses fermentasi vitamin C
dengan bantuan mikroorganisme hanya terjadi dalam 2 langkah. Hori dan Nakatani
mengubah glukosa oleh Acetobacter suboxydans menjadi asam 5-keto-D-glukonat,
yang selanjutnya oleh bantuan katalis enzim dirubah menjadi asam L-idonat.
Fermentasi dengan Pseudomonas, Acetobacter, atau Aerobacter inversi senyawa
akhir menjadi asam 2-keto-L-gulonat, dimana intermediat yang lazim dikenal menjadi
asam L-askorbat (Hori, 1953).
Boudrant menyatakan bahwa dengan menggunakan metoda Reichstein dan
glukosa sebagai substrat, pembentukan asam askorbat dengan metoda fermentasi oleh
bakteri Acetobacter xylinum atau Acetobacter suboxyydans hanya berlangsung dengan
5 tahap reaksi (Boudrant, 1990).
Hancock menyatakan bahwa dengan menggunakan Saccharomyces cerevisiae
dan substrat L-galaktosa, L-galaktono-1,4-lakton dan L-gulono-1,4-lakton akan
dihasilkan asam askorbat sedangkan bila menggunakan substrat D-glukosa, Dgalaktosa atau D-manosa akan dihasilkan asam D-erithroaskorbat (Hancock, 2000).
Running menyatakan bahwa fermentasi aerobik dari D-glukosa dan pemilihan
strain yang tepat akan dihasilkan asam askorbat ekstraseluler sebesar 76 mg/L
(Running, 2002).
Rewatkar menyatakan bahwa dengan menggunakan 5 gram sorbitol; 0,5 gram
ekstrak yeast dan 2 gram agar yang dilarutkan dalam 100 mL H 2 O setelah difermentasi
selama 7 hari oleh Acetobacter suboxydans akan diperoleh sebanyak 4,997 mg/L
(6,2213%) asam askorbat.
Dengan cara yang sama tetapi menggunakan bakteri Pseudomonas aeruginosa
akan dihasilkan 3,217 mg/L (4,0213%). Sedangkan bila digunakan Saccharomyces
cerevisiae akan dihasilkan 1,882 mg/L (2,3525%) asam askorbat (Rewatkar, 2010).
Manusia tidak dapat mensintesis vitamin C karena tidak mempunyai fungsi gen
penghasil L-gulono-1,4-lactone oxidase, dimana enzim tersebut diperlukan di dalam
biosintesis asam askorbat yang terdapat pada hewan (Wolucka, 2001).
Universitas Sumatera Utara
Oleh karena itu, peneliti tertarik untuk melakukan proses biosintesis vitamin C
dari D-sorbitol dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum dalam pengembangan
bioteknologi.
1.2 Perumusan Masalah
Seberapa besar kemampuan Acetobacter xylinum mensintesis D-sorbitol menjadi
vitamin C (asam askorbat) dengan pengaturan pH 4-4,5 dalam jangka waktu fermentasi
72 jam dengan menggunakan alat fermentor jenis Batch Culture teraduk kontinu.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini objek masalah dibatasi sebagai berikut :
1. D-sorbitol digunakan sebagai bahan pengganti glukosa.
2. Proses fermentasi vitamin C dari D-sorbitol dengan bantuan bakteri
Acetobacter xylinum.
3. Waktu fermentasi yang dilakukan adalah 72 jam dengan pengaturan kondisi
yang telah disesuaikan antara lain pH, temperatur serta pengadukan yang
teratur dan kontinu.
4. Metoda fermentasi yang digunakan adalah metoda Batch Culture teraduk
kontinu.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk membuktikan bahwa vitamin C dapat dibuat dengan cara fermentasi dari
bahan baku D-sorbitol.
2. Untuk mengetahui kadar vitamin C yang diperoleh dengan proses fermentasi
oleh bantuan bakteri Acetobacter xylinum.
Universitas Sumatera Utara
3. Untuk mensosialisasikan metoda-metoda bioteknologi.
4. Untuk memproduksi bahan dan jasa dengan biaya relatif murah, aman,
terbarukan dan sekaligus dapat mengurangi pencemaran lingkungan.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan informasi pada
bidang
Biokimia/KBM
(Kimia
Bahan
Makanan)
dimana
D-sorbitol
dapat
dimanfaatkan sebagai sumber biosintesis vitamin C dengan bantuan bakteri
Acetobacter xylinum.
1.6 Metodologi Penelitian
Adapun langkah-langkah analisisnya sebagai berikut :
1. Penelitian ini adalah eksperimental laboratorium.
2. Sampel yang digunakan adalah D-sorbitol sebagai bahan pengganti glukosa.
3. Waktu fermentasi oleh bakteri Acetobacter xylinum selama 72 jam.
4. Metoda fermenter yang digunakan adalah metoda Batch Culture teraduk
kontinu.
5. Sampel yang mengandung bakteri Acetobacter xylinum dilakukan pengaturan
pH 4-4,5 pada suhu kamar dan diatur pengadukan yang teratur dan kontinu di
dalam wadah yang telah dipreparasi.
6. Hasil fermentasi diuji dengan Polarimeter, Spektrofotometer UV-Visible,
Titrasi Iodometri dan Metoda Hitungan Cawan.
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi FMIPA USU; Uji Sentrifuge
dilakukan di Laboratorium Penelitian Farmasi USU dan Laboratorium Sentral Biologi
FMIPA USU; Uji Polarimeter dilakukan di Balai Riset dan Standarisasi Industri
Universitas Sumatera Utara
Medan; Uji Spektrofotometer UV-Visible dilakukan di Laboratorium Biologi Dasar
(LIDA) USU; dan Uji Titrasi Iodometri dilakukan di Laboratorium Biokimia FMIPA
USU, Medan.
Universitas Sumatera Utara