Efisensi Fermentasi Yps dan Yxs Skala Laboratorium

Dengan cara yang sama maka diperoleh persamaan garis untuk konsentrasi awal glukosa 30 gl dengan persamaan Y = 0,51 x + 1,567 dan substrat glukosa 40 gl dengan persamaan regresi Y = 0,345 x + 1,977. Dari masing-masing persamaan tersebut maka diperoleh konversi substrat menjadi asam linoleat sebesar 51 dan 34, 5 . Kedua nilai tersebut lebih rendah jika dibandingkan dengan konversi substrat pada media glukosa 20 gl. Berdasarkan hasil perhitungan ternyata nilai Yps secara keseluruhan bahwa meningkatnya kadar gula yang tinggi tidak selalu memberikan nilai Yps yang tinggi pula. Hal ini disebabkan penggunaan substrat dengan konsentrasi yang tinggi dapat menyulitkan mikroorganisme untuk mengkonsumsi secara baik sehingga pertumbuhan dapat terhambat. Faktor lain adalah karena mikroorganisme mengalami perubahan permeabilitas sel terhadap substrat dan produk yang mengakibatkan hanya pada konsentrasi tertentu yang dapat dimanfaatkan dengan baik selama fermentasi. Gambar 19. Kurva hubungan antara jumlah penggunaan substrat So-S dan jumlah asam linoleat yang terbentuk Pt-Po pada media GL-20 tiap satuan waktu. y = 0,688x + 0,207 R² = 0,955 2 4 6 8 10 12 14 5 10 15 20 Pt - Po So - S 60 Rendemen penggunaan substrat untuk penggandaan biomassa Yxs merupakan rasio antara perbedaan jumlah biomassa pada saat t dengan jumlah biomassa pada saat t=0 dengan selisih antara jumlah substrat pada awal fermentasi dengan sisa substrat pada waktu t. Nilai Yxs dapat ditentukan dengan cara menghubungkan antara selisih penggunaan substrat So-S dan jumlah biomassa yang terbentuk X-Xo. Kemiringan garis regresi slope persamaan garis X–Xo = Yxs So–S merupakan nilai Yxs. Pada Gambar 20 ditunjukkan kurva hubungan antara jumlah penggunaan substrat So-S dan jumlah sel yang terbentuk Xt-Xo pada substrat GL-20 tiap satuan waktu yaitu Y = 0,142 x – 0,088. Dengan cara yang sama maka diperoleh persamaan regresi pada konsentrasi glukosa 30 g l dan 40 gl yaitu masing-masing Y = 0,123 x – 0,163 dan Y = 0,07 x + 0,019. Data kemiringan regresi dari ketiga persamaan tersebut diperoleh nilai masing-masing 14,2 untuk substrat 20 gl dan 12,3 untuk substrat 30 gl serta substrat 40 gl sebesar 7 . Jika dibandingkan dari masing-masing nilai maka produktivitas sel paling tinggi terjadi pada fermentasi dengan menggunakan glukosa 20 gl. Gambar 20. Kurva hubungan antara jumlah penggunaan substrat So-S dan jumlah sel yang terbentuk Xt-Xo pada media GL-20 tiap satuan waktu. y = 0,142x - 0,088 R² = 0,896 -1 1 2 3 4 5 5 10 15 20 Xt - Xo So - S 61 4.4. Pengembangan proses produksi probiotik skala pilot plant Alternatif 1. Jalur proses diagram alir dan integrasi proses dengan bahan baku glukosa Input Tahapan Kondisi Output Pasteurisasi 80 C, 5 Menit Inkubasi 37 C, 18 -24 Jam Mendapatkan Jumlah Sel Yang Banyak Glukosa : 20 Media Unsur Mikro Inkubasi 37 C, 24 Jam Starter Vegetatif 2,5 l 50 ml Susu Segar + 1,5 g Laktosa monohidrat Bioreaktor 75 liter Volume Kerja 50 liter Probiotik Sterilisasi 121 C, 15 Menit Inkubasi 37 C, 48 Jam Formulasi 50 g Butter + 20 g Gula Halus + 15 g Probiotik. Packing Produk Inokulasi 5 vv dari Volume Kerja Produktivitas Sel dan Omega-6 Tinggi Produk Probiotik Omega-6 Inokulasi 3 vv dari Volume Kerja MRS Agar • 2,61 g MRSA + 50 g Air. • Media 6 ml Slant Sterilisasi 121 C, 15 Menit Inkubasi Kulkas 37 C, 48 Jam Koloni Terbaik Tunggal MRS Broth Pre Vegetatif lt Sterilisasi 121 C, 15 Menit • 2,61 g MRS Broth + 50 g Air. • Media 6 ml Slant Mendapatkan Isolat Segar Mendapatkan Isolat Koloni Terbaik Tunggal Gambar 21. Alternatif perancangan teknologi proses produksi dengan bahan baku glukosa 62 Alternatif 2. Jalur proses perancangan teknologi proses produksi dengan bahan baku ekstrak jagung dan ekstrak mengkudu Input Tahapan Kondisi Output Pasteurisasi 80 C, 5 Menit Inkubasi 37 C, 18 -24 Jam Mendapatkan Jumlah Sel Yang Banyak • Yield Susu Jagung : 35 • Yield Ekstrak Mengkudu : 55 640 ml Susu Jagung + 160 ml Ekstrak Mengkudu + 200 ml Susu Segar Inkubasi 37 C, 24 Jam Starter Vegetatif 2,5 l 50 ml Susu Segar + 1,5 g Laktosa monohidrat Bioreaktor 75 liter Volume Kerja 50 liter Probiotik Sterilisasi 121 C, 15 Menit Inkubasi 37 C, 48 Jam Formulasi 50 g Butter + 20 g Gula Halus + 15 g Probiotik. Packing Produk Inokulasi 5 vv dari Volume Kerja Produktivitas Sel dan Omega-6 Tinggi Produk Probiotik Omega-6 Inokulasi 3 vv dari Volume Kerja MRS Agar • 2,61 g MRSA + 50 g Air. • Media 6 ml Slant Sterilisasi 121 C, 15 Menit Inkubasi Kulkas 37 C, 48 Jam Koloni Terbaik Tunggal MRS Broth Pre Vegetatif lt Sterilisasi 121 C, 15 Menit • 2,61 g MRS Broth + 50 g Air. • Media 6 ml Slant Mendapatkan Isolat Segar Mendapatkan Isolat Koloni Terbaik Tunggal Gambar 22. Alternatif perancangan teknologi proses produksi dengan bahan baku ekstrak jagung dan ekstrak mengkudu 63 Pemilihan jalur proses ini bertujuan untuk merancang proses produksi probiotik dari isolat lokal Lactobacillus plantarum JR64 dengan menggunakan bahan baku fermentasi dari glukosa atau bahan baku alternatif dari campuran pati atau ekstrak jagung dengan ekstrak mengkudu. Hasil terbaik dari kreasi percobaan skala laboratorium dengan membandingkan nilai Yps dan Yxs, maka diperoleh hasil terbaik pada fermentasi substrat glukosa 20 gl. Data terbaik skala laboratorium selanjutnya akan digunakan sebagai dasar untuk pengujian skala pilot plant. Hasil pengujian skala pilot plant dengan substrat glukosa dan campuran ekstrak jagung dan ekstrak mengkudu kemudian dipilih sebagai dasar perancangan dan perhitungan finansial untuk mengevaluasi kelayakan secara ekonomi ditinjau dari aspek biaya bahan baku, biaya peralatan, biaya pabrik secara umum serta biaya variable lainnya.

4.4.1. Pengujian Sistem Fermentasi Bacth Pada Skala Pilot Plant.

Profil teknologi proses produksi probiotik dengan menggunakan media glukosa Hasil pengujian tahapan proses alternatif 1 seperti Gambar 21 pada skala pilot plant dengan menggunakan substrat glukosa 20 gl diperoleh profil fermentasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 23. Pada Gambar 23 ditunjukkan bahwa fase eksponensial berlangsung selama 21 jam. Meningkatnya produksi metabolit primer diikuti oleh penurunan glukosa yang signifikan. Setelah fermentasi berjalan selama 20 jam sisa glukosa tinggal 4 gl atau terjadi penurunan kurang lebih 16 gl. Hal ini tidak memungkinkan untuk terjadinya proses metabolisme sehingga jumlah sel dan pembentukan produk berjalan secara stationer. Glukosa dalam kondisi aerob akan terkatabolisme mengikuti EMP Embden- Meyerhof-Parnas pathway, menjadi pyruvate dan energi dalam bentuk ATP. Pyruvate dalam kondisi aerob akan terkonversi menjadi CO 2 dan NADH melalui siklus Krebs trycarboxylic acid TCA. Pyruvate dalam kondisi anaerob dapat terkonversi menjadi asam laktat, etanol, aseton, butanol atau asam asetat. Jumlah oksigen yang terbatas akan menghambat pembentukan ATPs sehingga akan menurunkan proses biosintesis. Penurunan konsentrasi oksigen dalam sel memacu pembentukan asam laktat, sehingga glukosa yang terbentuk tidak digunakan untuk pembentukan biomassa tetapi untuk pembentukan asam laktat. Pada konsentrasi substrat karbon , viskositas media fermentasi sangat tinggi sehingga membatasi ketersediaan oksigen dalam media fermentasi dan dapat menghambat proses metabolisme secara menyeluruh. 64 Teknologi proses produksi probiotik dengan menggunakan media komplek Hasil pengujian tahapan proses alternatif 2 seperti Gambar 22 pada skala pilot plant dengan menggunakan media dari ekstrak jagung diperoleh profil fermentasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 24. Penggunaan media dari ekstrak jagung diharapkan dapat menggantikan substrat glukosa dan menghasilkan konsentrasi produk omega-6 yang lebih tinggi. Kandungan omega-6 pada kaldu fermentasi diharapkan mampu meningkatkan efektivitas sebagai penurun kolesterol. Omega 6 merupakan salah satu makanan yang telah terbukti dapat menurunkan kadar kolestrol dalam darah. Pada Gambar 24 ditunjukkan kurva hubungan waktu fermentasi dengan konsumsi substrat sumber karbon dan nitrogen, pembentukan sel dan pembentukan produk. Produktivitas Lactobacillus plantarum JR64 dalam menghasilkan omega-6 selama fermentasi relatif rendah dan cenderung konstan. Hasil tertinggi omega-6 terjadi pada jam ke-18 dengan konsentrasi 1,03 gl. Kandungan asam lemak di dalam ekstrak jagung sebesar 4 ternyata tidak dapat berfungsi sebagai substrat induser yang dapat meningkatkan pembentukan omega-6. Gambar 23. Kurva hubungan antara waktu fermentasi dengan konsumsi glukosa, jumlah sel, asam laktat dan asam linoleat pada media glukosa 20 gl pada skala 75 L. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 6 9 12 15 18 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Ni tr og en g L G luk os a g l As am L ak at g l B er at S el g l , A sam L in ol eat m g l Waktu Jam Simbol : + : Glukosa, ■ : Jumlah Sel, ▲: Asam Laktat, X : Asam Linoleat, ● : Nitrogen 65