Imobilisasi Sel Saccharomyces Cerevisiae Menggunakan Alginat- Kitosan Dan Uji Stabilitasnya Untuk Produksi Etanol Dari Molase Secara Fermentasi Batch

1

IMOBILISASI SEL Saccharomyces cerevisiae MENGGUNAKAN
ALGINAT- KITOSAN DAN UJI STABILITASNYA UNTUK
PRODUKSI ETANOL DARI MOLASE SECARA
FERMENTASI BATCH

SKRIPSI

ADRI HUDA
100802040

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

2

IMOBILISASI SEL Saccharomyces cerevisiae MENGGUNAKAN
ALGINAT-KITOSAN DAN UJI STABILITASNYA UNTUK
PRODUKSI ETANOL DARI MOLASE SECARA
FERMENTASI BATCH
SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

ADRI HUDA
100802040

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

3

PERSETUJUAN

Judul

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: IMOBILISASI SEL
Saccharomyces cerevisiae
MENGGUNAKAN ALGINAT-KITOSAN DAN UJI
STABILITASNYA UNTUK PRODUKSI ETANOL DARI
MOLASE SECARA FERMENTASI BATCH
: SKRIPSI
: ADRI HUDA

: 100802040
: SARJANA (S1) KIMIA
: KIMIA
: MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di
Medan, Agustus 2014
Komisi Pembimbing

:

Pembimbing 2

Pembimbing 1

Drs. Firman Sebayang, MS.
NIP. 195607261985031001

Dr. Rumondang Bulan, MS

NIP. 195408301985032001

Diketahui/Disetujui Oleh
Departemen Kimia FMIPA USU
Ketua,

Dr. Rumondang Bulan, MS
NIP. 195408301985032001

Universitas Sumatera Utara

4

PERNYATAAN

IMOBILISASI SEL Saccharomyces cerevisiae MENGGUNAKAN
ALGINAT-KITOSAN DAN UJI STABILITASNYA UNTUK
PRODUKSI ETANOL DARI MOLASE SECARA
FERMENTASI BATCH

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2014

ADRI HUDA
100802040

Universitas Sumatera Utara

5

PENGHARGAAN

Puji dan Syukur serta Penghargaan yang Paling tinggi saya ucapkan kepada Allah
SWT atas segala berkah kepada saya baik keberkahan Ilmu, Waktu dan Kesempatan
sehingga saya dapat menyelesaikan skrips iini. Shalawat beriring kan salam saya ucapkan
untuk Nabi Besar Muhammad SAW yang telah menjadi Tokoh dan Motivator yang ada

dalam diri saya, sehingga dalam Penyusunan skripsi ini saya selalu diberi kemudahan oleh
Nya.
Dengan segenap jiwa dan raga saya, saya mengucapkan terimakasih kepada Orang tua saya
Risda, dan kepada Andung dan Atuk saya, H. Abdullah Sani dan Hj. Rahil yang dengan
penuh kasih sayang serta tak bosan-bosannya selalu membimbing dan mendukung apa
yang saya lakukan selama jenjang studi Strata 1 ini. Terimakasih juga telah menjadi Orang
tua yang sempurna yang selalu memberikan kasih dan sayang yang tulus kepada saya.
Penghargaan juga saya berikan kepada Om saya Yasirwan Sani, SE dan Nizhamul, SE
yang selal umemberi motivasi dan sumbangan materi kepada saya.Terimakasih juga saya
ucapkan kepada adik-adik saya Dara Amanda Tasya dan Alvino Gunawan yang telah
menjadi motivasi saya selama kuliah untuk menjadi yang terbaik. Untuk Sahabat saya, Alfi
Fadhli, Muhammad Syarif Hidayat, Yudi Umara dan (Alm) Faizin S. Hasibuan yang selalu
menemani saya selama ini. Saya persembahkan skripsi ini untuk kalian semua yang sangat
berpengaruh terhadap hidup saya.
Saya juga mengucapkan Terimakasih setulus hati kepada :
1. Dr. Rumondang Bulan, M.S sebagai Dosen Pembimbing I dan Drs. Firman
Sebayang, M.S sebagai dosen Pembimbing II yang selalu menjadi tempat
Diskusi dan member masukan kepada saya dalam menyelesaikan Penelitian dan
Skripsisaya.
2. Ketua dan Sekretaris Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam , Universitas Sumatera Utara
3. Dr. Marpongahtun sebagai Dosen Wali saya, Dr. Yuniarti Yusak serta seluruh
dosen Kimia FMIPA USU, Prof. Harlem Marpaung sebagai Pembina IMK
yang selalu membimbing saya untuk memimpin IMK selama periode 20142015.
4. Rekan-rekan asisten Laboratorium Biokimia/KBM FMIPA USU, Muhammad
Sadani, Maimunah, Sumariah, FahrurezaArifni, Bang Saipul, Bang Ari, Kak
Tika dan Kak Echa, serta Adik-adik 2011 Firdha, Alex, Habibi, Isti, Novi dan
Putri.
5. Bang Cristy, Bang Grand, Bang Stephanus, Sumanraj, YabesAnugrah,
Suwandy dan KeluargaBesar Kimia 2010, Kimia 2007 dan Kimia 2013 yang
telah menerima saya dalam Keluarga dan menjadi teman dalam suka dan duka
selama menjalani Kuliah.

Universitas Sumatera Utara

6

ABSTRAK

Telah dilakukan Penelitian tentang imobilisasi sel Saccharomyces cerevisiae menggunakan

alginat-kitosan dan uji stabilitasnya untuk pembuatan etanol dari molase secara fermentasi
batch . Imobilisasi ini dilakukan menggunakan metode Mikrokapsul dengan lapisan dalam
mikrokapsul adalah kalsium alginat 3% yang dicampur dengan sel Saccharomyces
cerevisiae sedangkan lapisan luar adalah kitosan 1%. Penelitian ini bertujuan untuk
mengukur stabilitas dari bead yang dihasilkan dengan membandingkan jumlah etanol yang
dihasilkan pada tiap fermentasi. Kadar etanol ditentukan secara kromatografi gas.
Stabilitas diukur berdasarkan uji permukaan bead setelah fermentasi, uji efisiensi
penggunaan bead dalam fermentasi dan uji tekanan osmosis. Uji interaksi antara masingmasing penyusul bead menggunakan mikroskop cahaya dan FT-IR. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kadar etanol dari hasil fermentasi berpengaruh terhadap stabilitas dari
bead dimana stabilitas bead berkurang setiap akhir fermentasi begitu pula dengan etanol
yang dihasilkan. Kadar etanol diperoleh 37,54314% pada fermentasi pertama, 26,65614%
pada fermentasi kedua dan 13,29089% pada fermentasi ketiga.

Universitas Sumatera Utara

7

IMMOBILIZATION CELL OF Saccharomyces cerevisiae USING ALGINATECHITOSAN AND ITS STABILITY FOR ETHANOL PRODUCTION FROM
MOLASSES WITH BATCH FERMENTATION

ABSTRACT

The research has been performed to immobilize cells of Saccharomyces cerevisiae using
alginate-chitosan its stability for ethanol production from molasses with batch
fermentation. This immobilization was done by microcapsul method with inner layer of
calcium alginate 3% which mixed with Saccharomyces cerevisiae cells and outer layer was
chitosan 1%. This research was aimed at studying stability of bead which appeal with
ethanol production of fermentation. Ethanol concentration was analyzed by gas
chromatography. The stability of bead was estimated with surface of bead at the end of
fermentation, Efficient using bead of fermentation and osmotic pressure test. Interaction of
alginate-cells and chitosan was estimated with light mcroscopy and FT-IR. The result
showed that ethanol production of fermentation had effect with bead stability. Stability
decreasing of bead showed ethanol production also. The first of fermentation results
37,54314%, second 26,65614% and third 13,29089%.

Universitas Sumatera Utara

8

DAFTAR ISI

Halaman
ii
iii
iv
v
vi
vii
xi
xii
xiii

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar isi
Daftar tabel
Daftar gambar

Daftar lampiran
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
1.2
Permasalahan
1.3
Pembatasan masalah
1.4
Tujuan penelitian
1.5
Manfaat penelitian
1.6
Lokasi penelitian
1.7
Metodologi penelitian

1
1
4
5
5
6
6
6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Etanol
2.2
Molase
2.3
Sel Saccharomyces cerevisiae
2.3.1. Sumber energi
2.3.2. Pertumbuhan sel Saccharomyces cerevisiae
2.4
Alginat
2.5
Kitosan
2.6
Imobilisasi sel
2.6.1 Metode imobilisasi
2.7
Fermentasi
2.7.1 Pengertian fermentasi
2.7.2 Pembagian fermentasi
2.7.3 Mekanisme fermentasi
2.8
Kromatografi gas
2.9
Mikroskop cahaya
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Alat dan Bahan
3.1.1 Alat-alat
3.1.2 Bahan-bahan

8
8
9
11
13
14
16
18
19
20
22
22
23
24
25
25
27
27
27
28

Universitas Sumatera Utara

9

3.2

Prosedur penelitian
3.2.1 Pembuatan larutan pereaksi
3.2.1.1 Pembuatan larutan asam asetat 2 %
3.2.1.2 Pembuatan larutan alginat 3 %
3.2.1.3 Pembuatan larutan CaCl2 2%

3.2.2

3.2.3.

3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.2.7

3.2.8

3.2.9

3.3

3.2.1.4 Pembuatan larutan kitosan 1 % - CaCl2 2%
3.2.1.5 Pembuatan larutan buffer sitrat pH 4
Pembuatan larutan media
3.2.2.1 Pembuatan media Potato Dextrose Agar (PDA)
3.2.2.2 Pembuatan media Yeast Pepton Glukosa (YPG)
3.2.2.3 Pembuatan media starter
3.2.2.4 Pembuatan media fermentasi
Isolasi sel Saccharomyces cerevisiae
3.2.3.1 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
dengan metode cawan sebar
3.2.3.2 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
pada medium cair YGP
3.2.3.3 Pembuatan starter sel Saccharomyces cerevisiae
Imobilisasi sel Saccharomyces cerevisiae
Fermentasi molase menggunakan
sel Saccharomyces cerevisiae terimobil
Analisis kadar gula reduksi sebelum dan setelah fermentasi
Analisis kadar etanol yang dihasilkan dari
proses fermentasi
3.2.6.1 Pemisahan etanol dari hasil fermentasi
3.2.6.2 Analisis kadar etanol menggunakan
kromatografi gas
Pengujian stabilitasi dari
sel Saccharomyces cerevisiae terimobil
3.2.8.1 Pengujian stabilitas bead menggunakan
uji tekanan osmosis
3.2.8.2 Pengujian stabilitas bead berdasarkan
kerusakan setelah fermentasi
3.2.8.3 Pengujian stabilitas bead berdasarkan
jumlah pemakaian bead pada fermentasi
Pengujian interaksi antara sel S.cerevisiae,
Ca-alginat dan kitosan

Bagan Penelitian
3.3.1 Isolasi sel Saccharomyces cerevisiae
3.3.2 Imobilisasi sel Saccharomyces cerevisiae
3.3.3 Fermentasi molase menggunakan
sel Saccharomyces cerevisiae terimobil

29
29
29
29
29
30
30
30
30
31
31
31
31
31
32
32
32
32
33
33
33
33
34
34
34
34
34
35
35
36
37

Universitas Sumatera Utara

10

3.3.4 Regenerasi bead
3.3.5 Analisis kadar etanol
3.3.6 Pengujian stabilitas dari bead
sel Saccharomyces cerevisiae terimobil
3.3.7 Pengujian interaksi antara sel S.cerevisiae,
Ca-alginat dan kitosan
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil penelitian
4.1.1 Isolasi sel Saccharomyces cerevisiae

38
38
39
39
40
40
40

4.1.1.1 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
dengan metode cawan sebar
40
4.1.1.2 Uji positif sel Saccharomyces cerevisiae
41
4.1.1.3 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
pada media YGP
41
4.1.2 Imobilisasi sel Saccharomyces cerevisiae
42
4.1.2.1 Menghitung jumlah sel total
42
4.1.2.1.1 Menghitung jumlah sel Saccharomyces cerevisiae
yang tidak terimobilisasi 43
4.1.3 Analisis kadar gula reduksi
sebelum dan sesudah fermentasi
45
4.1.4 Analisis kadar etanol dari hasil fermentasi
45
4.1.3.1 Analisis kualitatif dan kuantitatif etanol
45
4.1.5 Pengujian stabilitas dari sel Saccharomyces cerevisiae
46
4.1.4.1 Pengujian stabilitas bead menggunakan
uji tekanan osmosis
46
4.1.4.2 Pengujian stabilitas bead berdasarkan kerusakan
setelah fermentasi
47
4.1.5 Pengujian interaksi antara sel Saccharomyces cerevisiae
Ca-alginat-kitosan
48
4.1.5.1 Uji menggunakan mikroskop cahaya
48
4.1.5.2 Uji menggunakan FT-IR
49
4.2

Pembahasan
4.2.1 Isolasi sel Saccharomyces cerevisiae
4.2.1.1 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
dengan metode cawan sebar
4.2.1.2 Uji positif sel Saccharomyces cerevisiae
4.2.1.3 Pengembangbiakan sel Saccharomyces cerevisiae
pada media YGP
4.2.2 Imobilisasi sel Saccharomyces cerevisiae
4.2.3 Fermentasi molase menggunakan sel

50
50
50
50
51
51

Universitas Sumatera Utara

11

Saccharomyces cerevisiae terimobil
Analisis kadar etanol dari proses fermentasi
4.1.3.1 Analisis kualitatif dan kuantitatif etanol
4.2.5 Pengujian stabilitas dari sel Saccharomyces cerevisiae
4.2.5.1 Pengujian stabilitas bead menggunakan
uji tekanan osmosis
4.2.5.2 Pengujian stabilitas bead berdasarkan kerusakan
setelah fermentasi
4.2.5.3 Pengujian stabilitas bead berdasarkan
jumlah pemakaian pada proses fermentasi
4.2.6 Pengujian interaksi antara
sel Saccharomyces cerevisiae-Ca-alginat-kitosan
4.2.6.1 Uji menggunakan mikroskop cahaya
4.2.6.2 Uji menggunakan FT-IR
4.2.4

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
5.2
Saran

53
53
54
56
56
56
58
59
59
59

60
60
60

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

12

DAFTAR TABEL

Nomor
tabel
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 2.3
Tabel 2.4
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Tebel 4.4
Tabel 4.5

Judul

Halaman

Komposisi kimia molase black strap
Kandungan kimia S. Cerevisiae
Komposisi sel Saccharomyces cerevisiae
Kandungan asam amino dalam Saccharomyces cerevisiae
Jumlah sel Saccharomyces cerevisiae pada media starter
Jumlah sel yang dihitung dari masing-masing hasil
pencucian bead
Hubungan antara konsentrasi gula reduksi, laju konsumsi
glukosa dan etanol
Uji Kualitatif dan kuantitatif Etanol
Gugus fungsi FT-IR

10
12
12
13
42
43
45
46
49

Universitas Sumatera Utara

13

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 4.1

Judul

Halaman

Sel Saccharomyces cerevisiae dengan perbesaran 10 x 40
Kurva pertumbuhan sel Saccharomyces cerevisiae
Struktur dasar penyusun alginat
Proses terbentuknya egg box dari alginat
Struktur dasar penyusun dari kitosan
Proses pembentukan etanol dari glukosa
Sel Saccharomyces cerevisiae tumbuh dalam media PDA
setelah 48 jam
Gambar 5.a Sel Saccharomyces cerevisiae dengan pembesaran 10 x 40
Gambar 5.b Sel Saccharomyces cerevisiae dengan pembesaran 10 x10
Gambar 6.a Media YPG sebelum ditumbuhkan dengan
sel Saccharomyces cerevisiae
Gambar 6.b Media YPG setelah ditumbuhkan oleh
sel Saccharomyces cerevisiae
Gambar 7.1 Sel Saccharomyces cerevisiae terimobil
Gambar 7.2 Gambar permukaan bead dengan pengujian osmosa
menggunakan NaCl 0,2 %. Analisa menggunakan
mikroskop cahaya dengan perbesaran 10 x 10
Gambar 8.a Permukaan bead sebelum fermentasi;
Gambar 8.b Permukaan bead setelah fermentasi ke 1;
Gambar 8.c Permukaan bead setelah fermentasi ke 2;
Gambar 8.d Permukaan bead setelah fermentasi ke 3.
Gambar 9.a Permukaan bead yang dibelah dan dilihat dari samping;
Gambar 9.b Permukaan bead yang dibelah dan dilihat dari atas
Gambar 10.1 Hasil FT-IR sel Saccharomyces cerevisiae terimobil

12
15
16
18
19
24
40
41
41
42
42
44

46
47
47
47
47
48
48
49

Universitas Sumatera Utara

14

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor
Lampiran
Lampiran 1

Lampiran 2

Lampiran 3
Lampiran 4
Lampiran 5
Lampiran 5

Judul

Halaman

Hasil kromatografi gas etanol hasil fermentasi
- Fermentasi ke 1
- Fermentasi ke 2
- Fermentasi ke 3
Perhitungan jumlah sel
- Media Starter
- Cucian ke I + CaCl2
- Cucian ke II + CaCl2 + Kitosan
Spektrum FT-IR Natrium alginat
Spektrum FT-IR Kitosan
Spektrum FT-IR sel Saccharomyces cerevisiae
terimobilisasi alginat-kitosan
Perhitungan kadar glukosa sebelum dan sesudah
fermentasi metode lane eynon

65
65
66
67
68
68
68
68
69
70
71
72

Universitas Sumatera Utara