konsentrasi biomassa. Pada laju pertumbuhan yang lebih tinggi, konsentrasi substrat awal akan lebih besar daripada konsentrasi residu substrat dan
peningkatan konsentrasi substrat tidak signifikan. Laju dilusi pada kultur fed batch
dapat dipertahankan konstan dengan meningkatkan laju pengumpanan secara ekponesial Trevan et al. 1987.
2.7 Kinetika Fermentasi
Mikroorganisme tumbuh dalam suatu spektrum lingkungan fisik dan kimiawi yang sangat luas, pertumbuhannya dan kegiatan-kegiatan fisiologik
lainnya merupakan suatu respon terhadap lingkungan fisiko kimiawinya. Kinetika fermentasi menggambarkan pertumbuhan dan pembentukan produk oleh
mikroorganisme, bukan hanya pertumbuhan sel aktif, tetapi juga kegiatan- kegiatan sel sel-sel istirahat dan sel mati, berhubung masih banyak produk-produk
komersial diproduksi setelah pertumbuhan mikroorganisme terhenti. Menurut Judoamidjojo et al. 1992, pertumbuhan mikrobial biasanya
dicirikan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menggandakan massa sel atau jumlah sel. Waktu ganda massa dapat berbeda dengan waktu ganda sel, karena
massa sel dapat meningkatkan tanpa peningkatan dalam jumlah sel. Namun demikian bila pada suatu lingkungan tertentu interval antara massa sel atau
penggandaan jumlah adalah konstan dengan waktu, maka organisme itu tumbuhan pada kecepatan eksponensial. Pada keadaan ini pertumbuhan dinyatakan sebagai :
X dt
dX µ
= 1
atau N
dt dN
n
µ =
2 Dimana :
X = konsenstrasi sel gl N = jumlah sel sell
µ = laju pertumbuhan spesifik dalam jam
-1
massa t = waktu menit
µ
n
= laju pertumbuhan spesifik dalam jam
-1
jumlah Persamaan 1 menggambarkan peningkatan massa sel dan kesetimbangan
dan persamaan 2 menggambarkan peningkatan jumlah sel dengan fungsi waktu.
Pada umumnya pertumbuhan diukur dengan peningkatan massa, sehingga µ dapat digunakan. Jika persamaan 1 diintegralkan maka akan menjadi :
∫ ∫
=
2 1
2 1
X X
t t
dt x
dx µ
3
Bila laju pertumbuhan spesifik tetap, maka akan menghasilkan : t
x x
∆ =
µ
1 2
ln 4
Untuk kasus dimana ∆t = td, maka :
µ µ
693 ,
2 ln
= =
td 5
Dimana td adalah waktu ganda sel. Selama fermentasi batch, laju pertumbuhan spesifik adalah konstan dan
tidak tergantung pada perubahan konsentrasi nutriennya Stanbury dan Whitaker 1984. Bentuk hubungan antara laju pertumbuhan dan konsentrasi substrat telah
diteliti oleh Monod 1942, dengan persamaan sebagai berikut : µ
max
S µ =
K
s
+ S Dimana,
µ = laju pertumbuhan spesifik
µ
max
= laju pertumbuhan spesifik yang maksimal S
= konsentrasi substrat K
s
= konstanta penggunaan substrat, nilainya sama dengan konsentrasi substrat pada saat µ = ½ µ
max
dan merupakan ukuran afinitas mikroorganisme terhadap substrat
Pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroorganisme merupakan proses biokonversi. Dimana nutrien kimiawi yang diumpankan pada fermentasi
dikonversi menjadi massa sel dan metabolit-metabolit. Setiap konversi dapat dikuantifikasikan oleh suatu koefisien hasil yang dinyatakan sebagai massa sel
atau produk yang terbentuk per unit massa nutrien yang dikonsumsi, yaitu Y
xs
untuk sel dan Y
ps
untuk produk yang dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
∆ x ∆ p
Y
xs
= Y
ps
= ∆ S
∆ S Dimana,
Y
xs
= rendemen pembentukan sel oleh substrat Y
ps
= rendemen pembentukan produk oleh substrat Menurut Sa’id 1987 bahwa tumbuh yang dicirikan oleh peningkatan massa
sel, hanya terjadi bilamana kondisi-kondisi kimiawi dan fisika tertentu terpenuhi, misalnya terdapatnya suhu dan pH yang dapat sesuai dan tersedianya nutrien yang
dibutuhkan. Kinetika pertumbuhan dan pembentukan produk memperlihatkan kemampuan sel dalam memberikan respon terhadap lingkungan.
Pertumbuhan mikroorganisme secara batch yang ditumbuhkan pada medium tertentu, memiliki kurva seperti yang disajikan pada Gambar 03. Umumnya,
pertumbuhan diukur dengan pengukuran massa sel. Fase pertumbuhan dimulai pada fase adaptasi, fase pertumbuhan yang dipercepat, fase pertumbuhan
logaritma eksponensial, fase pertumbuhan yang mulai dihambat, fase stasioner maksimum, fase kematian dipercepat, dan fase kematian logaritma.
Pada fase adaptasi, mikroba baru menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru, sehingga sel belum membelah diri. Sel mikroba mulai membelah diri
pada fase pertumbuhan yang dipercepat, tetapi waktu generasinya masih panjang. Fase permulaan sampai fase pertumbuhan dipercepat sering disebut lag phase.
Kecepatan sel membelah diri paling cepat terdapat pada fase pertumbuhan logaritma atau pertumbuhan eksponensial, dengan waktu generasi pendek dan
konstan. Selama fase logaritmik, metabolisme sel paling aktif, sintesis bahan sel sangat cepat dengan jumlah konstan sampai nutrien habis atau terjadinya
penimbunan hasil metabolisme yang menyebabkan terhambatnya pertumbuhan. Selanjutnya pada fase pertumbuhan yang mulai terhambat, kecepatan pembelahan
sel berkurang dan jumlah sel yang mati mulai bertambah. Pada fase stasioner maksimum jumlah sel yang mati semakin meningkat sampai terjadi jumlah sel
hidup hasil pembelahan sama dengan jumlah sel yang mati, sehingga jumlah sel hidup konstan, seolah-olah tidak terjadi pertumbuhan pertumbuhan nol. Pada
fase kematian yang dipercepat kecepatan kematian sel terus meningkat sedang kecepatan pembelahan sel nol, sampai pada fase kematian logaritma maka
kecepatan kematian sel mencapai maksimal, sehingga jumlah sel hidup menurun dengan cepat seperti deret ukur. Walaupun demikian penurunan jumlah sel hidup
tidak mencapai nol, dalam jumlah minimum tertentu sel mikroba akan tetap bertahan sangat lama dalam medium tersebut.
Gambar 03. Kinetika Fermentasi batch. Kurva : a memperlihatkan massa sel bila tidak terjadi lisis, b massa sel bila terjadi lisis dan diikuti
pertumbuhan kriptik, dan c “Viabel Cell Count” bila terjadi lisis Wang et al. 1979.
Menurut Wang et al. 1979, pertumbuhan juga dapat dihubungkan dengan konsumsi nutrien selain dihubungkan dengan pembentukan produk. Pembentukan
produk tidak mungkin terjadi tanpa adanya sel. Oleh karena itu, diharapkan pertumbuhan dan pembentukan produk sangat erat kaitannya dengan penggunaan
nutrien, dan ini tergantung pada kontrol pengaturan metaboliknya.
III. METODE PENELITIAN
3.1 Kerangka Pemikiran
Penelitian produksi bioetanol dari sirup glukosa ubi jalar dilakukan sebagai upaya peningkatan nilai tambah dari ubi jalar. Penelitian dilakukan pada skala
labarotorium dengan menggunakan bahan-bahan untuk ekstraksi dan analisa. Analisa menggunakan bahan kimia analitik untuk menjamin tingginya kualitas
data yang dihasilkan. Skema kegiatan penelitian dapat dilihat pada Gambar 06.
3.2 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April sampai Desember 2009 di Laboratorium Balai Besar Penelitian Pascapanen Bogor dan Laboratorium
Rekayasa Bioproses Pusat Penelitian Sumber Daya Hayati dan Bioteknologi Institut Pertanian Bogor. Beberapa laboratorium penunjang antara lain
Laboratorium Instrumen Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor, Laboratorium Mikrobiologi dan Biokimia Pusat Antar Universitas Institut
Pertanian Bogor.
3.3 Bahan dan Alat
Bahan baku yang digunakan adalah ubi jalar varietas Sukuh. Mikroorganisme yang digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae. Bahan yang
digunakan untuk likuifikasi,sakarifikasi dan fermentasi meliputi : enzim α-amilase
Liquizymes, enzim amiloglukosidase Dextrozymes, aquades, CH
3
COOH, ekstrak khamir, ekstrak malt, glukosa, peptone, NaOH, HCl, NPK, NH
4 2
SO
4
, trace element
, alumunium foil, kapas, tisu. Bahan kimia yang digunakan untuk analisa meliputi : fenol, H
2
SO
4
, 3.5-Dinitrosalisilat DNS. Alat-alat yang digunakan adalah wadah plastik, parut, kain saring 150 mesh
dan 250 mesh, Erlenmeyer, gelas ukur, inkubator, oven, kertas saring, waterbath, inkubator, bioreaktor 2 liter, pompa peristaltik, autoklaf, timbangan,
spektrofotometer, tabung reaksi, eppendorf, botol sampling, botol vial, labu ukur, pipet volume, mikropipet dan GC Gas Chromatography.
