Kurva pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae dari PG-PS Madukismo Yogyakarta yang berperan dalam proses fermentasi alkohol - USD Repository

  charomyces cerevisiae KURVA P PERTUMBU UHAN Sacc DARI PG-PS MA ADUKISMO O YOGYAK KARTA YA ANG BERPE ERAN DALAM M PROSES FERMENT TASI ALKO OHOL SKRIPSI

  Diaju kan Untuk M Memenuhi S alah Satu Sy yarat Memp peroleh Gela ar Sarjana F armasi (S.Fa arm.)

  Program m Studi Ilmu Farmasi Oleh :

  Bri igitta Melati Iswahyulian nti Ongirwal lu NIM M : 0581140

  29 FAKUL LTAS FARM MASI

  UN NIVERSITA AS SANATA A DHARMA A YO GYAKART TA

  charomyces cerevisiae KURVA P PERTUMBU UHAN Sacc DARI PG-PS MA ADUKISMO O YOGYAK KARTA YA ANG BERPE ERAN DALAM M PROSES FERMENT TASI ALKO OHOL SKRIPSI

  Diaju kan Untuk M Memenuhi S alah Satu Sy yarat Memp peroleh Gela ar Sarjana F armasi (S.Fa arm.)

  Program m Studi Ilmu Farmasi Oleh :

  Bri igitta Melati Iswahyulian nti Ongirwal lu NIM M : 0581140

  29 FAKUL LTAS FARM MASI

  UN NIVERSITA AS SANATA A DHARMA A YO GYAKART TA

MEMBUAT SEGALA SESUATU

  

IMAN MUNGKIN

KASIH MEMBUAT SEGALA SESUATU MUDAH

HARAPAN MEMBUAT SEGALA SESUATU BERJALAN

Kupersembahkan untuk: Mama tercinta

  Papa di surga Teman-temanku Serta almamaterku

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus atas kasih dan perlindungan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul Kurva Pertumbuhan Saccharomyces

  

cerevisiae Dari PG-PS Madukismo Yogyakarta Yang Berperan Dalam

Proses Fermentasi Alkohol. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu

  syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S. Farm) Program Studi Ilmu Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini penulis telah mendapatkan bantuan dan dukungan materiil serta spiritual dari berbagai pihak.

  Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terimakasih kepada:

  1. Rita Suhadi, M.Si., Apt selaku Dekan Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  2. Maria Dwi Budi Jumpowati, S.Si selaku dosen pembimbing yang dengan kesabaran telah memberikan bimbingan, saran dan kritik sejak penyusunan proposal hingga terselesainya naskah skripsi ini

  3. Christine Patramurti, M.Si., Apt selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu dan memberikan masukan, saran dan kritik yang membangun

  4. Ig. Y Kristio Budiasmoro, M.Si selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu dan memberikan masukan, saran dan kritik yang membangun bagi penulis

  5. Nixon Fernando Joel, terima kasih atas perhatian, kesabaran, nasehat dan

  6. Rekan tim Alkohol (Prima, Ermin, Yuna, Reni, Pipit, Angel) yang telah mendukung dan memberi semangat selama proses penelitian dan penyusunan skripsi ini. Terima kasih atas kebersamaan kita dalam suka dan duka

  7. Teman-teman UKKA atas semangat dan canda tawa kalian

  8. Teman-teman KKN (Budi, Tunjung, Eva, Ezra, Joe, Ika, Priska, Yuli)

  9. Segenap staf laboran lantai III atas kerjasama dan bantuan yang diberikan

  10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.

  Penulis menyadari bahwa penelitian dan penyusunan skripsi ini masih memiliki kekurangan dan jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi yang telah penulis susun ini memberikan manfaat.

  Penulis

  

INTISARI

  Pertumbuhan mikrobia pada umumnya akan mengikuti kurva pertumbuhan normal bila berada pada kondisi lingkungan dan substrat yang ideal (meliputi suhu, pH, sumber oksigen, tekanan osmotik dan lain-lain). Metabolit primer adalah hasil metabolisme yang dihasilkan selama masa pertumbuhan mikrobia, salah satunya yaitu alkohol yang merupakan metabolit primer dari

  

Saccharomyces cerevisiae dalam kondisi anaerob. PG-PS Madukismo Yogyakarta

  memanfaatkan limbah pabrik gula yaitu molase (tetes tebu) yang dapat berfungsi sebagai media bagi pertumbuhan dan media fermentasi S. cerevisiae untuk menghasilkan alkohol.

  Untuk meningkatkan kualitas produksi alkohol dapat dilakukan dengan mengetahui kurva pertumbuhan S. cerevisiae pada kondisi lingkungan yang

  o

  dilakukan di PG-PS Madukismo (pH pertumbuhan 4,8; suhu pertumbuhan 30 C;

  o

  konsentrasi substrat pertumbuhan 16 brix) sehingga hasil produksi alkohol dapat dioptimalkan.

  Penelitian ini adalah penelitian non eksperimental dengan rancangan penelitian deskriptif. Tahap penelitian ini dilakukan dengan mengukur OD (Optical Density) S. cerevisiae selama 115 jam inkubasi menggunakan metode turbidimetri. Kurva pertumbuhan dibuat dengan memplotkan waktu inkubasi sebagai sumbu X dan OD sebagai sumbuY.

  Kurva Pertumbuhan S. cerevisiae dari PG-PS Madukismo meliputi lag fase pada waktu inkubasi 0 hingga 3 jam, fase eksponensial pada waktu inkubasi ke 3 hingga 24 jam, fase stasioner pada waktu inkubasi 24 hingga 97 jam dan fase kematian setelah inkubasi jam ke 97. Dari kurva yang diperoleh, proses pembibitan dapat dilakukan selama 24 hingga 97 jam di mana pada waktu tersebut jumlah S. cerevisiae maksimal dan dapat dilakukan tahap selanjutnya yaitu proses fermentasi alkohol sehingga hasil produksi alkohol dapat dioptimalkan. Kata kunci: Saccharomyces cerevisiae, molase, kurva pertumbuhan, fermentasi, alkohol, OD (Optical Density), turbidimetri

  

ABSTRACT

  Generally, the microbial growth will follow the normal growth curve if it is existing in the ideal environment (temperature, pH, oxygen sources, osmotic pressure etc). During the growth phase, microbe will produce primary metabolite, one of them is alcohol that is the result of the metabolism of yeast Saccharomyces

  

cerevisiae in anaerob condition and produce during eksponensial and stationary

  phase. Madukismo Rubbing Alcohol Factory of Yogyakarta uses sugar factory wastes named molasses (sugar cane’s extract), which can be functioned as the media for the S. cerevisiae’s growth dan fermentation to produce alcohol.

  Increasing the alcohol production quality can be done by checking the S.

  

cerevisiae ’s growth curve in the environment condition conducted in Madukismo

o o

  sugar factory (growth pH 4,8; growth temperature 30 C; 16 brix sugar concentration), so the production can be optimized.

  The model of this research was non experimental research with descriptive research construction. This research phase was conducted by measuring the S. cerevisiae OD’s (Optical Density) in certain incubation time (115 hour) so that the whole growth phase could be observed, using turbidity method. Growth curve of S. cerevisiae’s was made by plotting incubation time as X axis with the OD as Y axis.

  S. cerevisiae’s growth curve from Madukismo Rubbing Alcohol Factory of Yogyakarta, consisted of lag phase on 0-3 hours of incubation, eksponential phase on 3-24 hours of incubation, stationary phase on 24-97 hours of incubation dan death phase after 97 hours of incubation. From obtained curve, seeding process could be done during 24 till 97 hours where about the number of S.

  

cerevisiae maximal and could be conducted by next step that was alcohol

ferment so that yield of the alcohol could produced optimally.

  Key words: Saccharomyces cerevisiae, molasse, growth curve, fermentation, alcohol, OD (Optical Density), Turbidimetry

  

DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN JUDUL .......................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... v PRAKATA ......................................................................................................... vi PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... viii

  INTISARI .......................................................................................................... ix ABSTRACK ....................................................................................................... x DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................. xv DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvi

  BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ....................................................................................... 1

  1. Rumusan permasalahan .................................................................... 3

  2. Manfaat penelitian ............................................................................. 3

  B. Tujuan Penelitian .................................................................................... 3

  BAB II PELAAHAN PUSTAKA A. Fermentasi alkohol .................................................................................. 5 B. Molase (Tetes Tebu) ............................................................................... 7

  D. Kurva Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae ................................... 12

  2. Bahan .............................................................................................. 22

  5. Pengukuran OD S.cerevisiae ........................................................... 24

  4. Pengembangbiakan (pembibitan) S.cerevisiae................................ 24

  3. Penambahan nutrien untuk pertumbuhan S. cerevisiae ................... 23

  brix) ................ 23

  o

  2. Pembuatan media pertumbuhan S. cerevisiae (16

  1. Penyiapan stok kultur S. cerevisiae ................................................. 23

  D. Tata Cara Penelitian

  1. Alat .................................................................................................. 22

  E. Perhitungan Jumlah Yeast................................................................... 16

  C. Alat dan Bahan Penelitian ..................................................................... 22

  2. Definisi Operasional ....................................................................... 21

  c. Variabel pengacau terkendali ...................................................... 21

  b. Variabel tergantung ..................................................................... 21

  a. Variabel bebas ............................................................................ 21

  1. Variabel ........................................................................................... 21

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Jenis dan Rancangan Penelitian ............................................................ 21 B. Variabel dan Definisi Operasional ........................................................ 21

  G. Keterangan Empiris ............................................................................... 20

  F. Turbidimetri .......................................................................................... 18

  6. Penentuan Kurva Pertumbuhan S. cerevisiae................................ 24

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penyiapan stok kultur S. cerevisiae ....................................................... 26 B. Pembuatan media pertumbuhan S. cerevisiae ....................................... 27 C. Penambahan nutrien untuk pertumbuhan S. cerevisiae ......................... 28 D. Pengembangbiakan (pembibitan) S.cerevisiae...................................... 29 E. Pengukuran OD S.cerevisiae ................................................................. 31 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ........................................................................................... 40 B. Saran ...................................................................................................... 40 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 41 LAMPIRAN ...................................................................................................... 44 BIOGRAFI PENULIS ...................................................................................... 55

  DAFTAR GAMBAR

  Gambar 1. Reaksi total proses fermentasi alkohol .............................................. 5 Gambar 2. Molase dari PG-PS Madukismo ........................................................ 8 Gambar 3. S. cerevisiae dengan menggunakan mikroskop elektron .................. 9 Gambar 4. Proses glikolisis glukosa ................................................................. 10 Gambar 5. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae waktu inkubasi vs log jumlah sel pada medium Yeast Pepton Dextrose (YPD) .......... 13 Gambar 6. Kurva pertumbuhan beberapa strain S. cerevisiae waktu inkubasi vs OD ..................................................................... 14 Gambar 7. Produksi metabolit primer (etanol) sebanding dengan Pertambahan jumlah yeast ............................................................... 16 Gambar 8. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae dari PG-PS Madukismo Yogyakarta .....................................................................................

  34 Gambar 9. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae ATCC 3015 ............................. 34

  DAFTAR TABEL

  Tabel I. Contoh produk fermentasi dan mikrobia yang menghasilkannya ........ 6 Tabel II.

  Komposisi Molase dalam % .................................................................. 8 Tabel III. Pengukuran OD S.cerevisiae dari PG-PS Madukismo selama waktu inkubasi 115 jam ......................................................... 32 Tabel IV. Pengukuran OD S.cerevisiae ATCC 3015 selama waktu inkubasi 115 jam ...................................................................... 33

  DAFTAR LAMPIRAN o

  Lampiran 1. Pembuatan media untuk pertumbuhan yeast (16 Brix) ............... 44 Lampiran 2. Pengukuran OD S.cerevisiae dari PG-PS Madukismo selama waktu inkubasi 115 jam ........................................................ 44 Lampiran 3. Pengukuran OD S.cerevisiae ATCC 3015 ................................... 49 Lampiran 4. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae dari PG-PS Madukismo Yogyakarta ..........................................................................................

  54 Lampiran 5. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae ATCC 3015 ........................... 54

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

  adalah fungi uniseluler yang telah lama dimanfaatkan oleh manusia

  Yeast

  untuk menghasilkan makanan dan minuman. Yeast dapat dibedakan berdasarkan sifat metabolismenya yaitu yeast fermentatif, yeast oksidatif maupun yeast yang memiliki sifat keduanya (fermentatif dan oksidatif) (Fardiaz, 1992).

  Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang bersifat oksidatif dan

  fermentatif. Dengan adanya oksigen, S. cerevisiae akan mengoksidasi gula menjadi karbondioksida dan air. Tetapi pada kondisi anaerob, S. cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari jalur oksidatif menjadi jalur fermentatif yaitu memecah gula (glukosa) menjadi alkohol dan gas karbon dioksida (Alcamo, 1997; Fardiaz, 1992).

  Alkohol merupakan hasil metabolisme primer (metabolit primer) secara fermentatif oleh S. cerevisiae, karena alkohol dibentuk sepanjang pertumbuhan

  

S. cerevisiae . Sedangkan senyawa hasil metabolisme yang dibentuk di akhir masa

  pertumbuhan dan di sepanjang fase stasioner disebut sebagai metabolit sekunder (Baker, Nicklin, Khan, Killington, 2006). Pertumbuhan yeast mengikuti pola pertumbuhan mikrobia pada umumnya terbagi dalam beberapa fase yaitu, lag fase (fase adaptasi), log fase (fase eksponensial), fase stasioner, dan fase kematian yang dapat terlihat dari kurva pertumbuhan masing-masing mikrobia (Tortora,

  Konsentrasi metabolit yang dihasilkan oleh S. cerevisiae sangat dipengaruhi oleh kemurnian strain (galur) dan faktor-faktor lingkungan serta komposisi kimia dari zat untuk pertumbuhan yang didapatkan dari media pertumbuhan. Faktor-faktor lingkungan yang berpengaruh antara lain: suhu, pH lingkungan, agitasi, sumber oksigen dan lain-lain. Sedangkan media pertumbuhan harus menggunakan sumber-sumber nutrien untuk menciptakan sebuah medium yang memenuhi kriteria antara lain: dapat menghasilkan yield maksimum, murah, kualitas yang konsisten dan mudah diolah. Salah satu media pertumbuhan yang digunakan dalam produksi alkohol dan memenuhi kriteria di atas adalah molase. Molase merupakan cairan kental berwarna coklat (dari pigmen meladonin) yang merupakan hasil samping dari industri gula (Harahap, 2003; Acourene, Khalid, Bacha, Tama, Taleb, 2007).

  Dengan adanya faktor-faktor lingkungan yang mendukung serta tercukupinya nutrien dalam media pertumbuhan, maka diharapkan konsentrasi maupun jumlah metabolit yang dihasilkan oleh S. cerevisiae juga optimal. Salah satu industri yang memanfaatkan produk metabolit S. cerevisiae dalam menghasilkan alkohol adalah Pabrik Gula dan Alkohol, Spiritus Madukismo (PG- PS Madukismo) dengan menggunakan molase (tetes tebu) yang merupakan hasil samping dari Pabrik Gula Madukismo. Produk yang dihasilkan adalah alkohol yang terdiri dari 70% alkohol murni dan 30% alkohol teknis (Anonim, 1984; Kurniawan, Susmiadi, Toharisman, 2005).

  Salah satu cara untuk meningkatkan kualitas produksi alkohol dari PG-PS sehingga dapat diperkirakan waktu di mana alkohol dibentuk dengan menggunakan kondisi lingkungan sesuai dengan prosedur yang dilakukan di PG- PS Madukismo.

  1. Rumusan permasalahan

  Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan yaitu: Bagaimana kurva pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae yang berperan dalam proses fermentasi alkohol berdasarkan kondisi pertumbuhan yang dilakukan di PG-PS Madukismo?

  2. Manfaat penelitian

  a. Manfaat teoritis. Sebagai sumbangan informasi mengenai pertumbuhan

  

S.cereviseae dengan kondisi lingkungan pertumbuhan yang dilakukan di PG-PS

Madukismo.

  b. Manfaat praktis. Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi bagi PG-PS Madukismo mengenai kurva pertumbuhan S.cereviseae dengan kondisi lingkungan pertumbuhan yang dilakukan di PG-PS Madukismo.

B. Tujuan Penelitian 1.

   Tujuan umum

  Meningkatkan kualitas produksi alkohol oleh S. cerevisiae dari PG-PS Madukismo Yogyakarta

2. Tujuan khusus

  Mengetahui kurva pertumbuhan S. cerevisiae berdasarkan kondisi pertumbuhan yang dilakukan di PG-PS Madukismo.

BAB II PENELAAHAN PUSTAKA A. Fermentasi Alkohol Fermentasi berasal dari kata latin fervere. Istilah fermentasi dipakai untuk menyatakan perubahan atau peruraian karbohidrat dengan pembentukan gas. Louis Pasteur mengatakan bahwa fermentasi adalah proses peruraian gula menjadi

  alkohol dan karbon dioksida yang disebabkan oleh aktifitas sel-sel yeast yang hidup dan berkembang biak dalam cairan fermentasi tanpa adanya udara.

  (Nurdyastuti, 2005; Priani, 2003).

  Karbohidrat merupakan media utama yang dipecah dalam proses fermentasi. Polisakarida lebih dulu akan dipecah menjadi gula sederhana untuk selanjutnya dapat difermentasikan. Pada tahap pertama, fermentasi glukosa akan membentuk asam piruvat melalui jalur glikolisis atau jalur Embden-Meyerhoff- Parnas (EMP). Jalur EMP terdiri dari beberapa tahap yang masing-masing dikatalisis oleh enzim tertentu. Pada tahap kedua fermentasi, asam piruvat akan diubah menjad produk yang spesifik di antaranya adalah alkohol (Fardiaz, 1992). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

  

Gambar 1. Reaksi total proses fermentasi alkohol (Balia, 2004) Dalam pelaksanaan prosesnya, industri fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yang meliputi (Harahap, 2003):

  1. Mikrobia Dalam industri fermentasi, mikrobia adalah faktor utama sehingga harus memenuhi syarat, antara lain murni (terdiri dari satu strain tunggal), unggul

  (koloni mikrobia atau hasil biakannya dengan sifat-sifat fisiologi yang sama sebagai hasil proses isolasi dari strain yang telah murni), stabil terhadap perubahan lingkungan dan bukan mikrobia patogen. Berikut adalah beberapa mikrobia dan produk fermentasi yang dihasilkan.

  Tabel I. Contoh produk fermentasi dan mikrobia yang menghasilkannya (Hidayat, Podaga, Suhartini, 2006)

Produk Mikrobia

Roti, alkohol

  Saccharomyces cerevisiae Yogurt, kefir, probiotik Bakteri asam laktat Kecap Aspergius oryzae Tempe

  Rhizopus sp Tapai

  Hansenulla Asam cuka

  Acetobacter aceti Asam laktat

  Laktobacillus delbrueckii Lisin Brevibacterium lactofermentum Penisilin Penicillium chrysogenum

  Dalam industri fermentasi alkohol di PG-PS Madukismo, mikrobia yang digunakan adalah yeast S. cerevisiae.

  2. Bahan dasar sebagai media fermentasi Media untuk kebutuhan fermentasi dapat berasal dari hasil pertanian, perkebunan, maupun limbah industri. Bahan dasar yang digunakan harus memenuhi syarat: mudah didapat, tersedia dalam jumlah besar, harganya murah, bila diperlukan ada penggantinya. Media yang umumnya digunakan dalam proses

  3. Faktor-faktor yang dapat mendukung kehidupan mikrobia pemfermentasi Faktor-faktor yang mendukung di antaranya ketersediaan nutrien untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan mikrobia, antara lain unsur Karbon (C),

  Nitrogen (N), Fosfor (P), mineral dan vitamin, kondisi keasaman dan suhu media serta ada tidaknya udara karena meskipun fermentasi berlangsung secara anaerob tetapi udara diperlukan dalam proses pembibitan untuk pengembangbiakan sel mikrobia pemfermentasi.

  Secara umum langkah-langkah proses industri fermentasi alkohol meliputi: pengolahan media (untuk mempersiapkan media produksi meliputi

  o

  proses pengenceran media hingga 12 brix, penambahan nutrien seperti Nitrogen dan Sulfur, penyesuaian pH 4 – 5); proses pembibitan (untuk mendapatkan jumlah sel yeast yang maksimal); proses fermentasi untuk menghasilkan alkohol (dilakukan penambahan media dengan kepekatan yang berbeda dari proses

  o

  pembibitan (24 brix) dan pengkondisian anaerob agar proses peragian dapat berlangsung); proses penyulingan (untuk memisahkan alkohol dari campuran alkohol air yang dihasilkan selama proses fermentasi) (Nurdyastuti, 2005).

  B.

  

Molase (Tetes Tebu)

  Molase merupakan hasil samping pabrik gula yang berupa cairan kental seperti sirup yang berwarna coklat gelap atau kemerahan. Molase merupakan salah satu media yang digunakan dalam fermentasi alkohol karena merupakan salah satu sumber karbohidrat bagi yeast, mengandung senyawa Nitrogen (N), vitamin dan unsur-unsur kelumit, memiliki pH 5 - 5,5. Komposisi molase adalah sebagai berikut:

  

Tabel II. Komposisi Molase dalam % (Hidayat dkk, 2006)

Komposisi Persentase (%) Berat kering Sukrosa Gula invert Bahan organik lain N P ^{2 O 3} CaO MgO

  K ₂ O Abu 77 - 84 33,4 21,2 19,6 0,4 - 1,5 0,6 - 2,0 0,1 - 1,1 0,03 - 0,1 2,6 - 5 7 - 11

  Komponen-komponen penyusun molase di atas memiliki peran masing- masing dalam pemeliharaan sel di antaranya: Nitrogen, merupakan komponen penyusun asam amino dan asam nukleat yang dapat diperoleh dengan penambahan pupuk yang mengandung Nitrogen, seperti ZA, urea dan pepton; Karbon dan karbohidrat sebagai sumber energi yang dibutuhkan untuk reaksi biokimia; mineral dibutuhkan sebagai kofaktor pada sejumlah reaksi enzimatik (Nester, Anderson, Roberts, Pearsall, Nester, 2001).

  

Gambar 2. Molase dari PG-PS Madukismo

  Molase yang didapatkan dari industri gula biasanya memiliki kepekatan menunjukkan jumlah zat padat semu (dalam gram) yang larut dalam setiap 100 gram larutan) sehingga pada proses pembibitan yeast dilakukan pengenceran

  o o

  hingga 12 Brix dan pada proses fermentasi 24 Brix. pH molase yang semula 5-

  

o

  5,5 dibuat menjadi 4-5 dan suhu menjadi 30 C untuk mendukung pertumbuhan yeast (Harahap, 2003; Kuswurj, 2008).

C. Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae merupakan fungi uniseluler berbentuk oval.

  Reproduksi S. cerevisiae ini dilakukan dengan cara pertunasan multipolar atau melalui pembentukan askospora. Berdasarkan sifat-sifat morfologi, kultur, fisiologi dan reproduksi seksual S. cerevisiae termasuk Famili Saccharomycetaceae , Subfamili Saccharomycoideae (Fardiaz, 1992).

  

Gambar 3. Saccharomyces cerevisiae dengan menggunakan mikroskop electron.

  Keterangan gambar: 1. sel induk, 2. spora, 3. budding (Wheals, 1995)

Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang bersifat oksidatif dan

  fermentatif. Dengan adanya oksigen S. cerevisiae akan mengoksidasi gula menjadi karbondioksida dan air. Tetapi pada kondisi anaerob, S. cerevisiae dapat yaitu memecah gula (glukosa) menjadi alkohol dan gas karbon dioksida melalui jalur glikolisis (Alcamo, 1997; Fardiaz, 1992).

  Menurut Campbell, Reece dan Mitchell (1999), glikolisis berarti menguraikan gula. Glukosa (gula berkarbon enam) diuraikan menjadi dua molekul gula berkarbon tiga kemudian dioksidasi, dan atom sisanya disusun ulang membentuk dua molekul piruvat. Proses glikolisis hingga terbentuknya alkohol terjadi di dalam sitoplasma

  

Gambar 4 . Proses glikolisis glukosa

(Anonim, 2007)

  Akhir dari proses glikolisis per satu molekul glukosa dihasilkan dua molekul piruvat, dua molekul ATP dan dua molekul NADH. Piruvat sebagai produk akhir glikolisis melepaskan CO dan berubah menjadi asetaldehid.

  2 Asetaldehid kemudian direduksi oleh NADH menjadi alkohol. Ini meregenerasi

• pasokan NAD yang dibutuhkan untuk glikolisis (Campbell et al,1999). Alkohol yang dihasilkan akan maksimal bila terdapat jumlah sel yeast yang maksimal pula karena produksi alkohol akan sebanding dengan pertambahan jumlah yeast (Tortora et al, 2002)

  S. cerevisiae telah lama digunakan dalam industri minuman beralkohol

  dan bidang pangan. S. cerevisiae sesuai untuk digunakan dalam industri fermentasi karena memenuhi syarat-syarat antara lain: cepat berkembang biak, tahan terhadap suhu tinggi, mempunyai sifat yang stabil dan cepat beradaptasi terhadap media yang difermentasi (Alcamo, 1997; Harahap, 2003; Hidayat dkk, 2006).

  Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan S. cerevisiae antara lain (Nester et al, 2001) :

  1. Nutrien Nitrogen untuk sintesis protein didapatkan dari ion amonium, sedangkan beberapa dapat menggunakan nitrat dan nitrit yang didapatkan dari penambahan pupuk yang mengandung nitrogen seperti ZA, urea, pepton dan lain-lain. Sumber karbon, hidrogen dan oksigen terdapat pada karbohidrat, kebutuhan sulfur dapat dipenuhi oleh adanya sulfat di dalam medium. Mineral lain yang dibutuhkan yeast adalah kalium, magnesium, natrium dan kalsium. Untuk pertumbuhan di dalam medium sintetik, dibutuhkan unsur kelumit, berupa boron, coper, zink, mangan, besi, iodium dan molibdenum.

  2. Keasaman (pH) Untuk fermentasi alkoholis, memerlukan media dalam suasana asam, yaitu antara pH 4 – 5.

  3. Suhu

  o

  Suhu optimum untuk pengembangbiakan S. cerevisiae adalah 30 C.

  4. Udara Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerob. Namun demikian udara dibutuhkan dalam proses pembibitan sebelum fermentasi untuk pengembangbiakan sel yeast.

  Selain faktor-faktor yang disebutkan oleh Nester et al (2001), menurut Tortora et al (2002) terdapat faktor lain yang dapat mempengaruhi pertumbuhan mikrobia yaitu tekanan osmotik. Bila mikrobia berada pada larutan yang hipertonis maka akan menghambat pertumbuhan karena menyebabkan terjadinya plasmolisis.

  D.

  

Kurva Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae umumnya melakukan proses reproduksi dengan cara pertunasan multipolar atau melalui pembentukan askospora.

  Askospora dapat terbentuk setelah terjadi konjugasi atau berasal dari sel diploid. Askospora yang berjumlah satu hingga empat per askus biasanya berbentuk bulat atau oval. Waktu yang diperlukan untuk bereproduksi menghasilkan dua sel anakan disebut waktu generasi. Waktu generasi tidak selalu tetap tetapi tergantung komponen sel seperti protein, RNA dan sebagainya akan bertambah sampai siap membelah. Konsentrasi komponen-komponen sel, seperti RNA, enzim, metabolit- metabolit dan sebagainya pada masing-masing sel anakan akan identik dengan sel induk. Namun demikian dalam perkembangannya akan dipengaruhi oleh lingkungan sehingga dimungkinkan terjadi perbedaan (Tortora et al, 2002).

  Yeast yang dimasukkan dalam media baru pada umumnya tidak segera

  memperbanyak diri, tetapi akan memerlukan waktu untuk penyesuaian dalam medium. Bila pada waktu-waktu tertentu jumlah sel yeast dihitung dan dibuat kurva hubungan antara log jumlah sel dan waktu, maka akan diperoleh suatu grafik yang menunjukkan kurva pertumbuhan (B

  łażejak, Duszkiewicz-Reinhard, Gniewosz, Rostkowska-Demner, Domurad, 2002):

  

Gambar 5. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae waktu inkubasi vs log jumlah sel pada medium

Yeast Pepton Dextrose (YPD) (B

  łażejak et al, 2002)

  Kurva pertumbuhan juga dapat dibuat dengan menghubungkan antara waktu inkubasi dengan OD (Optical Density), antara waktu inkubasi dengan biomassa (berat kering), serta antara nilai OD dengan jumlah sel hidup (Acourene et al , 2007; Lay, 1994).

  

Gambar 6. Kurva pertumbuhan beberapa strain S. cerevisiae waktu inkubasi vs OD.

  Keterangan : SDB (strain yang diisolasi dari Degla-Beida), SDN (strain yang diisolasi dari Deglet-Nour), STB (strain yang diisolasi dari Tanboutch), ATTCC1102 (strain yang diambil dari industrial bakery yeast). (Acourene et al, 2007).

  Menurut Willey, Sherwood, Woolverton (2008) dan Talaro et al (2008) secara umum kurva pertumbuhan yeast meliputi beberapa fase yaitu:

  1. Lag fase Pada fase ini yeast baru menyesuaikan diri dengan lingkungan baru.

  Berbagai macam enzim dan zat perantara dibentuk sehingga keadaannya memungkinkan pertumbuhan sel lebih lanjut.

  2. Fase eksponensial Pada fase ini yeast memperbanyak diri dengan kecepatan paling tinggi dengan waktu generasi pendek dan konstan. Pada fase ini metabolisme yang terjadi paling pesat sehingga sintesis bahan sel berlangsung dengan cepat. Keadaan ini akan berlangsung terus sampai salah satu atau beberapa nutrien habis atau telah terjadi penimbunan metabolit yang bersifat racun yang menyebabkan terhambatnya pertumbuhan.

  3. Fase stasioner Pada fase ini kecepatan untuk memperbanyak diri berkurang dan jumlah sel mati bertambah karena adanya penurunan kadar nutrien dan meningkatnya penimbunan zat-zat racun yang menghambat kecepatan pembelahan sel. Pada fase ini jumlah sel yang dihasilkan sama dengan jumlah sel yang mati.

  Pada fase eksponensial dan fase stasioner ini, bila yeast (S. cerevisiae) diberi perlakuan anaerob maka akan mengubah jalur metabolisme menjadi fermentatif untuk menghasilkan alkohol (Tortora et al, 2002).

  4. Fase kematian Pada fase ini kecepatan kematian terus meningkat sehingga jumlah sel akan menurun cepat.

  Dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh B łażejak et al (2002),

  S. cerevisiae dalam media YPD (Yeast Pepton Dextrose) mengalami pertambahan

  jumlah yang sangat signifikan pada periode sebelum 24 jam waktu inkubasi (Gambar 5). Dan waktu inkubasi pada jam ke 24 dijadikan sebagai akhir fase eksponensial oleh B

  łażejak et al (2002). Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Acourene et al (2007), waktu yang dibutuhkan selama lag fase dan waktu di mana fase eksponensial berakhir antara beberapa strain S. cerevisiae yang diteliti hasilnya berbeda-beda (Gambar 6). Menurut Tortora et al (2002), alkohol yang dihasilkan oleh S. cerevisiae merupakan hasil metabolit primer yaitu senyawa yang dihasilkan sepanjang fase pertumbuhan yaitu fase eksponensial dan fase stasioner (Gambar 7). S. cerevisiae dan jumlah alkohol yang dihasilkan maka waktu di mana produksi alkohol berlangsung juga bervariasi berdasarkan kurva pertumbuhan masing-masing yeast mencapai fase eksponensial dan fase stasioner.

  Pada umumnya senyawa metabolit primer digunakan untuk membentuk makromolekul atau dikonversikan menjadi koenzim senyawa antara seperti asam amino, vitamin, asam organik dan enzim (Tortora et al, 2002).

  Gambar 7. Produksi metabolit primer (etanol) sebanding dengan pertambahan jumlah yeast (Tortora et al, 2002) E. Perhitungan Jumlah Yeast

  Menurut Fardiaz (1994) pengukuran jumlah yeast dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu:

  1. Perhitungan jumlah sel (hitungan mikroskopik; hitungan cawan; MPN (Most

  Propable Number ))

  2. Perhitungan massa sel secara langsung (Volumetrik; Gravimetri; Kekeruhan (turbidimetri))

  3. Perhitungan massa sel secara tidak langsung (analisis komponen sel protein,

  Sedangkan menurut Nester et al (2001) pengukuran jumlah yeast dapat dilakukan dengan:

  1. Perhitungan sel secara langsung (menggunakan bantuan mikroskop atau alat penghitung sel (coulter counter))

  2. Perhitungan sel hidup (hitungan cawan, dengan membran filtrasi dan MPN)

  3. Perhitungan biomassa (turbidimetri, perhitungan berat total)

  4. Perhitungan produk-produk yang dihasilkan (CO )

  2 Perhitungan secara mikroskopik dilakukan dengan pertolongan kotak

  2

  skala dimana dalam setiap ukuran skala seluas 1 mm terdapat 25 kotak dengan

  2

  luas 0,04 mm dan tiap kotak tersebut terdapat 16 kotak kecil. Jumlah sel yang terdapat dalam kotak kecil dapat dihitung dan dapat dihitung pula rata-rata dalam kotak besar. Hitungan dengan metode ini memiliki beberapa kelemahan di antaranya tidak dapat membedakan antara sel hidup dengan sel mati sehingga keduanya dapat terhitung, sel yang sangat kecil kadang tidak terlihat sehingga tidak terhitung, tidak dapat digunakan untuk menghitung jumlah sel yang terdapat dalam ekstrak makanan karena dapat mengganggu penglihatan (Fardiaz, 1992).

  Hitungan cawan dilakukan dengan menumbuhkan yeast pada media agar sehingga yeast akan berkembangbiak dan membentuk koloni-koloni. Keuntungan menggunakan metode ini adalah hanya sel yang masih hidup yang dihitung, sedangkan kelemahan metode ini adalah hasil perhitungan tidak menunjukkan jumlah sel yang sebenarnya karena sel yang berdekatan mungkin membentuk satu koloni, media dan kondisi inkubasi yang berbeda mungkin menghasilkan nilai yang berbeda, memerlukan persiapan dan waktu inkubasi cukup lama sehingga pertumbuhan koloni dapat dihitung (Fardiaz, 1992).

  Perhitungan jumlah sel menggunakan instrumen elektronik yang disebut

  

coulter counter yang dapat menghitung sel dalam suspensi yang dialirkan pada

  tube dan akan dideteksi jumlah sel yang melewati sensor yang dapat ditangkap oleh detektor (Nester et al, 2001).

  Metode MPN, menggunakan media cair dalam tabung reaksi, dimana perhitungan dilakukan berdasarkan jumlah tabung yang positif ditumbuhi mikrobia setelah inkubasi pada waktu dan suhu tertentu (Fardiaz, 1992).

  F.

  

Turbidimetri

Metode turbidimetri biasa digunakan dalam analisis agen-agen biologi.

  Pada metode ini aktivitas agen biologi ditentukan dengan mengukur kekeruhan yang dihasilkan oleh agen tersebut. Seperti pada suspensi antibiotik, makin keruh larutan maka makin tinggi pertumbuhan mikrobia dan makin rendah aktivitas antibiotik.

  Pengukuran kerapatan optik menggunakan turbidimetri ini sama seperti pada metode kolorimetri (Lay, 1994). Kolorimetri adalah suatu teknik pengukuran cahaya yang diabsorbsi oleh zat berwarna baik warna yang terbentuk dari asal maupun akibat reaksi dengan zat lain penentuan fotometri dilakukan dalam daerah sinar tampak yaitu dengan panjang gelombang 400 nm – 800 nm. (Khopkar, 1990; Roth, Baschke, 1994).

  Metode Kolorimetri melibatkan perbandingan intensitas warna secara visual artinya warna dari larutan senyawa yang tidak diketahui atau senyawa yang diteliti dibandingkan dengan warna dari satu standar ataupun beberapa seri standar (Butz, Nobel, 1961).

  Gelombang cahaya yang melewati suspensi biakan dan banyaknya cahaya yang ditransmisikan setelah melewati suspensi akan menghasilkan suatu nilai absorbansi yang dalam istilah mikrobiologi disebut dengan OD (Optical

  

Density atau kerapatan optik). Nilai OD akan sebanding dengan jumlah biakan

dalam sampel dan dapat digunakan untuk menduga jumlah biakan dalam sampel.

  Makin besar nilai OD makin keruh suspensi biakan dan makin banyak jumlah biakan dalam suspensi (Lay, 1994). Jenkins, Kneevel, Digangi (1967) juga menyatakan hal yang sama yaitu kekeruhan akan sebanding dengan konsentrasi jumlah biakan dalam suspensi. Metode ini juga memiliki kelemahan yaitu membutuhkan jumlah sel 10 juta hingga 100 juta sel per mililiter agar kekeruhan suspensi dapat dibaca pada spektrofotometer (Tortora et al, 2002)

  Kerapatan optik suatu suspensi tidak langsung menunjukkan jumlah sel dalam suatu populasi, namun menunjukkan jumlah cahaya yang disebar oleh populasi tersebut. Untuk memperoleh jumlah mikrobia, maka nilai kerapatan optik (harus disetarakan terlebih dahulu dengan jumlah mikrobia dalam colony forming

  

units (CFU/ml). Jumlah mikrobia ditentukan dengan cara menghitung mikrobia

  hidup. Setelah diperoleh nilai ini, selanjutnya dibuat suatu kurva dengan sumbu X sebagai jumlah hidup dan sumbu Y sebagai nilai OD sehingga selanjutnya dapat

  Acourene et al (2007), kurva pertumbuhan dapat dibuat dengan mengetahui nilai OD yang didapat dari pengukuran setiap 2 jam selama masa inkubasi dalam media. Kurva dibuat dengan sumbu X sebagai waktu inkubasi dan sumbu Y sebagai nilai OD sehingga dapat ditentukan lag fase, fase eksponensial, fase stasioner dan fase kematian.

G. Keterangan Empiris

  Kurva pertumbuhan S. cerevisiae dapat diketahui dengan memplotkan fungsi waktu terhadap OD S. cerevisiae dari hasil perhitungan menggunakan metode turbidimetri dengan instrumen spektrofotometer. Kurva pertumbuhan meliputi fase-fase pertumbuhan yaitu lag fase, fase eksponensial, fase stationer dan fase kematian. Dari kurva pertumbuhan tersebut maka dapat diketahui waktu terjadinya proses fermentasi alkohol.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Jenis dan Rancangan Penelitian Jenis penelitian ini merupakan penelitian noneksperimental dengan

  rancangan deskriptif. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Mikrobiologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

B. Variabel dan Definisi Operasional

  b. Variabel tergantung: OD (Optical Density) λ max

  = 620 nm

  c. Variabel pengacau terkendali : pH pertumbuhan 4,8; suhu pertumbuhan

  30

  o

  1. Variabel

  o

  brix (PG-PS Madukismo)

  2. Definisi Operasional

  a. Molase atau tetes tebu adalah media pertumbuhan serta media fermentasi alkohol oleh Saccharomyces cerevisiae. Molase diperoleh dari PG-PS Madukismo yang merupakan hasil samping dari produksi gula.

  b. Saccharomyces cerevisiae adalah yeast yang digunakan dalam proses fermentasi alkohol diperoleh dari PG-PS Madukismo. S. cerevisiae ATCC

  3015 diperoleh dari Laboratorium Pangan Gizi PAU Bioteknologi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta sebagai kultur standar.

  a. Variabel bebas: waktu inkubasi S. cerevisiae

  C; konsentrasi substrat pertumbuhan 16 c. Kurva pertumbuhan S. cerevisiae adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara nilai OD = 620 nm dengan waktu inkubasi atau

  max

  λ biomassa dengan waktu inkubasi atau antara nilai OD = 620 nm dengan

  max

  λ jumlah sel hidup yang meliputi lag fase, fase eksponensial, fase stasioner dan fase kematian bila berada pada kondisi lingkungan dan substrat yang ideal.

  o

  d. Brix menunjukkan satuan kepekatan molase, menunjukkan jumlah zat padat semu (dalam gram) yang larut dalam setiap 100 gram larutan.

  e. Fermentasi alkohol merupakan proses pemecahan glukosa dalam substrat molase di bawah kondisi anaerob oleh S. cerevisiae melalui jalur glikolisis dengan hasil akhir yaitu alkohol.

C. Alat dan Bahan Penelitian

  1. Alat

  Alat-alat gelas : tabung reaksi (Duran, Schoot Germany), erlenmeyer (Duran, Schoot Germany), pipet ukur, pipet volum, pipet tetes, cawan petri, labu ukur; jarum ose; Autoklaf KT-40 No 108049, ALP Co.,Ltd; Shaker inkubator Zhincheng China; Inkubator Heraus Amsterdam; pH meter; Mikropipet Socorex Swiss; Seperangkat spektrofotometer UV-VIS Perki Elmer Lambda 20

  2. Bahan

  Bahan yang digunakan adalah: Kultur murni S. cerevisiae ATCC 3015 (Laboratorium Pangan Gizi PAU Bioteknologi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta), Kultur S. cerevisiae (PG-PS Madukismo), Molase (PG-PS Madukismo), H SO NH OH, Urea, NPK, Aquades, Alkohol.

  2 4,

4 D. Tata Cara Penelitian 1.

   Penyiapan stok kultur murni S. cerevisiae S. cerevisiae yang berasal dari PG-PS Madukismo sebelum digunakan

  dalam penelitian ini telah dilakukan uji-uji pendahuluan yang dilakukan oleh Septriani (2008) yang meliputi identifikasi berdasarkan pada morfologi sel, morfologi koloni, dan sifat biokimia. Kemudian hasil identifikasi dibandingkan dengan kultur standar yaitu S.cerevisiae ATCC 3015 sehingga dapat dipastikan bahwa yeast dari PG-PS Madukismo adalah benar Saccharomyces cerevisiae.

  Selanjutnya kultur murni yang telh diidentifikasi tersebut diisolasi kembali dalam medium padat dari PG-PS Madukismo untuk digunakan dalam penelitian ini.

  o 2. brix) Pembuatan media pertumbuhan S. cerevisiae (16 o

  Molase dengan kepekatan 85,5 Brix (dari PG-PS Madukismo) sebanyak 187 ml ditambah dengan aquades hingga 1000 ml dan dilakukan penyaringan.

  o

  Kemudian media disterilisasi dengan pemanasan menggunakan suhu 72 C dan

  o

  didinginkan hingga suhu mencapai 30 C.

3. Penambahan nutrien untuk pertumbuhan S. cerevisiae

  Media yang telah steril kemudian ditambahkan nutrien untuk pertumbuhan yeast yaitu urea 132,8 mg dan NPK 176 mg. Tahapan ini dilakukan di dalam MSC (Microbiology Safety Cabinet) untuk mengurangi kontaminasi media yang telah steril. pH diatur dengan penambahan H SO hingga pH media

  2

  4 menjadi 4,8.

  4. Pengembangbiakan (pembibitan) S.cerevisiae

  Sebanyak 30 ml media dimasukkan ke dalam 12 erlenmeyer steril 100 ml. Enam erlenmeyer sebagai media pertumbuhan S.cerevisiae PG-PS Madukismo dan 6 erlenmeyer sebagai media pertumbuhan S.cerevisiae ATCC

  

3015 . Media dalam erlenmeyer diinokulasikan dengan S.cerevisiae (dari PG-PS

  Madukismo dan ATCC 3015 sebagai kultur standar) sebanyak 3 ose. Inkubasi

  o