Laporan Praktikum Hari, Tanggal: Rabu, 23 Maret 2016
Teknologi Bioindustri Golongan : P4
Dosen : Drs. Purwoko M.Si
Asisten :
Niken Eko Setyowati
(F34120007)
Kartika Elsahida
(F34120091)
PRODUKSI ASAM ORGANIK (ASAM SITRAT)
DENGAN KULTIVASI CAIR & PADAT
Oleh :
Diwya Diwangkara (F34130099)
Syifa Nurfadilah R (F34130111)
Wishnu Wardhana (F34130117)
Ajeng Nur Aulia (F34130123)
Andari Resikca (F34130124)
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini, kami menyatakan bahwa laporan praktikum Teknologi Bioindustri ini telah dikerjakan secara berkelompok, dengan pembagian tugas sebagai berikut
Nama
Tugas
Tanda Tangan
Diwya Diwangkara
Syifa Nurfadilah R
Wishnu Wardhana
Ajeng Nur Aulia
Andari Resikca
Metodologi, Konten 4 pembahasan & lampiran
Konten 1 pembahasan & penutup
Pendahuluan & Konten 3 pembahasan
Konten 2 & 6 pembahasan
Konten 5 & 6 pembahasan
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Asam sitrat mempunyai edaran penggunaan yang sangat luas dari berbagai kegiatan, mulai dari bahan makanan sampai industri. Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan genus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadi di dalam mitokondria, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan. Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut). Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7. Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat (Ali et al 2002).
Penggunaan utama asam sitrat saat ini adalah sebagai zat pemberi cita rasa dan pengawet makanan dan minuman, terutama minuman ringan. Kode asam sitrat sebagai zat aditif makanan (E number) adalah E330. Garam sitrat dengan berbagai jenis logam digunakan untuk menyediakan logam tersebut (sebagai bentuk biologis) dalam banyak suplemen makanan. Sifat sitrat sebagai larutan penyangga digunakan sebagai pengendali pH dalam larutan pembersih dalam rumah tangga dan obat-obatan. Kemampuan asam sitrat untuk mengkelat logam menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen. Dengan mengkelat logam pada air sadah, asam sitrat memungkinkan sabun dan deterjen membentuk busa dan berfungsi dengan baik tanpa penambahan zat penghilang kesadahan. Demikian pula, asam sitrat digunakan untuk memulihkan bahan penukar ion yang digunakan pada alat penghilang kesadahan dengan menghilangkan ion-ion logam yang terakumulasi pada bahan penukar ion tersebut sebagai kompleks sitrat. Asam sitrat digunakan di dalam industri bioteknologi dan obat-obatan untuk melapisi (passivate) pipa mesin dalam proses kemurnian tinggi sebagai ganti asam nitrat, karena asam sitrat dapat menjadi zat berbahaya setelah digunakan untuk keperluan tersebut, sementara asam sitrat tidak. Asam sitrat dapat pula ditambahkan pada es krim untuk menjaga terpisahnya gelembung-gelembung lemak. Dalam resep makanan, asam sitrat dapat digunakan sebagai pengganti sari jeruk (Mangunwidjaja et al 1994).
Pada saat ini asam sitrat diproduksi secara komersial menggunakan strain mutan A. niger, dan dengan jumlah yang signifikan oleh Saccharomycopsis lipolytica, Pencillium simplicissimum dan A. foeitidus. Karbohidrat dan limbah lainnya yang telah dipertimbangkan, eksperimental, untuk menghasilkan asam sitrat oleh A. niger termasuk inulin, sirup buah tanggal, tetes tebu, kedelai whey, kumara, carob pod dan keju whey (El-Holi and Khalaf S. Al-Delaimy 2003). Lebih lanjut, Sikander Ali, Ikram-ul-Haq, Qadeer, M.A., Javed Iqbal (2002) mengatakan bahwa tetes tebu/ molases merupakan substrat dasar untuk fermentasi asam sitrat menggunakan teknik terendam fermentasi. Mengingat pesatnya perkembangan teknologi dan luasnya kebutuhan asam sitrat pada berbagai sector, maka praktikum ini penting dilakukan sebagai pengetahuan dasar agroindustri terhadap proses produksi asam sistrat.
Tujuan
Tujuan praktikum kali ini adalah mempelajari produksi asam sitrat baik dengan kultivasi padat maupun cair.
METODOLOGI
Alat dan Bahan
.
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah tabung reaksi, otoklaf, inkubator goyang, erlenmeyer, pHmeter, penangas air, corong, pipet tetes, labu titrasi, timbangan, dan spektrofotometer. Sedangkan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah gula pasir, ekstrak tauge 20, (NH4)2SO4, KH2PO4, A.niger, NaOH 0.1N, indikator PP, aquades, onggok, dedak halus, dan kertas saring.
Metode
Inokulasi dan Fermentasi Kultivasi Cair
Media propagasi
Media propagasi
Disterilisasi pada suhu 1210C, 15 menit, lalu didinginkan, 5 menit
Disterilisasi pada suhu 1210C, 15 menit, lalu didinginkan, 5 menit
Diinolukasi dengan suspensi spora A. niger sebanyak 2 % (v/v)
Diinolukasi dengan suspensi spora A. niger sebanyak 2 % (v/v)
Diinkubasi pada inkubator goyang pada suhu kamar selama 24 jam
Diinkubasi pada inkubator goyang pada suhu kamar selama 24 jam
Hasil fermentasiDiambil sampel setiap hari selama 5 hariInokulum yang telah diinkubasi diinolukasi pada inkubator goyang sebanyak 2%
2. Pengukuran pH
Hasil fermentasi
Diambil sampel setiap hari selama 5 hari
Inokulum yang telah diinkubasi diinolukasi pada inkubator goyang sebanyak 2%
Cairan hasil kultivasi cair diletakkan pada gelas ukur
Cairan hasil kultivasi cair diletakkan pada gelas ukur
pH meter direndam dalam cairan tersebut sampai katodanya terendam
pH meter direndam dalam cairan tersebut sampai katodanya terendam
Dibaca nilai pHnya
Dibaca nilai pHnya
pH hasil pembacaan pH meter
pH hasil pembacaan pH meter
Kultivasi cairBiomassa
Kultivasi cair
Dipisahkan antara cairan fermentasi dan biomassa dengan kertas saring yang telah diketahui beratnya
Dipisahkan antara cairan fermentasi dan biomassa dengan kertas saring yang telah diketahui beratnya
Biomassa dikeringkan di oven sampai kering
Biomassa dikeringkan di oven sampai kering
Ditimbang
Ditimbang
Bobot biomassa
Bobot biomassa
Gula Sisa (Metode DNS)
1 ml sampel
1 ml sampel
Dimasukkan dalam tabung reaksi bersih
Dimasukkan dalam tabung reaksi bersih
3 ml DNS
3 ml DNS
Dipanaskan dalam air mendidih 5 menit
Dipanaskan dalam air mendidih 5 menit
Didinginkan pada suhu kamar
Didinginkan pada suhu kamar
Diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 550 nm
Diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 550 nm
absorbansi
absorbansi
10 ml cairan dari kultivasi cairTotal Asam
10 ml cairan dari kultivasi cair
NaOH 0,1 N terstandarisasi + indikator PP 3 tetes
NaOH 0,1 N terstandarisasi + indikator PP 3 tetes
Dititrasi sampai terbentuk warna merah muda
Dititrasi sampai terbentuk warna merah muda
Hasil ml titrasi dihitung
Hasil ml titrasi dihitung
Hasil kandungan asam mg/ml
Hasil kandungan asam mg/ml
Inokulasi dan Fermentasi Kultivasi Padat
25 gram ongggok dan 5 gram dedak halus
25 gram ongggok dan 5 gram dedak halus
Dicampur
Dicampur
Ditambah aquades sampai terendam
Ditambah aquades sampai terendam
Ditutup dengan sumbat kapar dan alufo
Ditutup dengan sumbat kapar dan alufo
Disterilkan dalam otoklaf 121OC, 15 menit
Disterilkan dalam otoklaf 121OC, 15 menit
Didinginkan, lalu diinokulasi dengan A. niger (5 % v/b)
Didinginkan, lalu diinokulasi dengan A. niger (5 % v/b)
Diinkubasi pada suhu kamar
Diinkubasi pada suhu kamar
Sampel diambil setiap hari selama 5 hari
Sampel diambil setiap hari selama 5 hari
Hasil fermentasi
Hasil fermentasi
Uji Asam Sitrat
10 gram sampel
10 gram sampel
Dimasukkan erlenmeyer 300 ml
Dimasukkan erlenmeyer 300 ml
Aquades 200 ml
Aquades 200 ml
Dipanaskan hingga mendidih
Dipanaskan hingga mendidih
Disaring dengan kertas saring
Disaring dengan kertas saring
Diambil filtrat 10 ml
Diambil filtrat 10 ml
Indikator pp 3 tetes
Indikator pp 3 tetes
Dititrasi dengan KOH sampai berwarna merah muda
Dititrasi dengan KOH sampai berwarna merah muda
Dilakukan perhitungan kandungan asam sitrat
Dilakukan perhitungan kandungan asam sitrat
Hasil titrasi
Hasil titrasi
PEMBAHASAN
Hasil
[Terlampir]
Pembahasan
Asam sitrat merupakan asam organik yang larut dalam air dengan citarasa yang menyenangkan dan banyak digunakan dalam industri pangan, kosmetik, farmasi dan lain-lain. Industri makanan dan farmasi menggunakan asam sitrat dikarenakan alasan keamanan secara umum, dapat memberikan rasa asam yang memuaskan, kelarutannya yang tinggi didalam air dan sebagai buffering dan chelating agent. Untuk industri kosmetik dan wewangian digunakan sebagai buffering agent. Serta secara luas digunakan sebagai buffering dan chelating agent di berbagai macam industri (Wehner 1893).
Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 atau CH2(COOH)-COH(COOH)-CH2(COOH), struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat. Keasaman asam sitrat didapatkan dari tiga gugus karboksil COOH yang dapat melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi, ion yang dihasilkan adalah ion sitrat (Ali et al. 2001). Berikut adalah struktur kimia asam sitrat:
Gambar 1. Struktur kimia asam sitrat
Demirel et al. (2004) menyebutkan, Beberapa sifat kimia asam sitrat adalah pada pemanasan 175oC, asam sitrat berubah menjadi aconitic acid. Aconitic acid jika ditambah dengan hydrogen berubah menjadi tricarballylic acid. Sifat kedua, pada pemanasan 175oC jika dieliminasi dengan oksigen dan menghilangkan karbon dioksida berubah menjadi acetonedicarboxylic acid. Acetonedicarboxylic acid jika diuapkan karbon dioksidanya berubah menjadi acetone. Sifat ketiga, pada pemanasan 175oC, jika karbon dioksida pada asam sitrat dihilangkan maka berubah menjadi itaconic acid. Sifat keempat, larutan asam sitrat bila dicampur dengan asam sulfat atau oksidasi dengan larutan potassium permanganate menghasilkan asam acetonedicarboxylic. Sifat kelima, pada suhu 35oC, jika asam sitrat dioksidasi dengan potassium permanganate akan menghasilkan asam oksalat. Sifat keenam, asam sitrat terdekomposisi menjadi asam oksalat dan asam asetat jika dibakar dengan potassium hydroxide atau dioksidasi dengan asam nitrit. Sifat ketujuh, asam sitrat dalam bentuk larutan sedikit korosif terhadap karbon steel dan tidak korosif terhadap stainless steel. Sifat kedelapan, asam sitrat sebagai asam polybasic dapat membentuk berbagai macam garam termasuk garam alkali metal dan alkali tanah, selain itu dapat pula membentuk berbagai macam ester, amida dan acyl klorida. Beberapa sifat fisik asam sitrat yaitu berbentuk kristal berrwarna putih, tidak berbau, dan memiliki rasa asam. Pada titik didihnya, asam sitrat terurai (terdekomposisi). Sifat fisik lainnya terdapat pada tabel berikut:
Tabel 1. Sifat fisik Asam Sitrat
Berat molekul sekitar
192 gr/mol
Spesific gravity
1,54 (20°C)
Titik lebur
153°C
Titik didih
175°C
Kelarutan dalam air
207,7 gr/100 ml (25°C)
Siklus asam sitrat merupakan jalur akhir dengan oksidasi dari molekul-molekul bahan bakar. Selain itu siklus ini bertindak sebagai sumber bahan untuk proses biosintesa. Siklus dimulai dengan kondensasi antara oksaloasetat (C4) dengan asetil-KoA (C2) menghasilkan asam sitrat (C6), selanjutnya terjadi isomerisasi membentuk isositrat (C6). Dua kali proses dekarboksilasi oksidatif (pembentukan CO2) menghasilkan berturut-turut alfa-ketoglutarat (C5) kemudian suksinil-KoA (C4). Pemecahan ikatan thioester dari suksinil-KoA menghasikan asam suksinat dan disertai pembentukan GTP. Selanjutnya asam suksinat (C4) akan dioksidasi menjadi asam fumarat (C4), yang kemudian akan mengalami hidrasi membentuk malat (C4). Asam malat akan dioksidasi menjadi asam oksaloasetat kembali. Jadi pada satu kali putaran siklus asam sitrat, 2 atom C dari asetil-KoA masuk kedalam siklus dan 2 atom C dikeluarkan dari siklus sebagai CO2. Perlu diperhatikan bahwa kedua atom C yang berasal dari asetil-KoA akan menjadi bagian dari oksaloasetat yang baru, sedangkan ke 2 atom C yang dikeluarkan sebagai CO2 berasal dari molekul oksaloasetat. Empat reaksi oksidasi-reduksi dalam siklus ini menghasilkan 3 molekul NADH dan 1 molekul FADH2 yang oleh oksidasi selanjutnya dalam sistim rantai respirasi dapat menghasilkan 11 molekul ATP. Satu molekul ATP lainnya dihasilkan dari GTP dalam reaksi yang dikatalisi enzim fosfokinase, sehingga total satu kali siklus ini dapat menghasilkan 12 molekul ATP. Siklus asam sitrat ini hanya berlangsung dalam keadaan aerobik, sebab keperluannya akan NAD+ dan FAD hanya bisa terpenuhi apabila sistim antai respirasi berjalan (Ali et al. 2001).
Aspergillus niger merupakan mikroba (fungi) yang sering ditemukan sebagai kontaminan dalam makanan (black mould). Klasifikasi ilmiahnya sebagai berikut:
Domain : Eukariot
Kingdom : Fungi
Filum : Ascomycota
Subfilum : Pezizomycotina
Kelas : Eurotiomycetes
Ordo : Eurotiales
Famili : Trichocomaceae
Genus : Aspergillus
Spesies : A. niger
Aspergillus niger merupakan fungi dari Ascomycota yang berfilamen, mempunyai hifa, bercabang-cabang dan bersekat, berwarna terang atau tidak berwarna, dan ditemukan melimpah di alam. Fungi diisolasi dari tanah, sisa tumbuhan, dan udara di dalam ruangan. Aspergillus niger tumbuh optimum pada suhu 35-37°C, dengan suhu minimum 6-8°C, dan suhu maksimum 45-47°C. Proses pertumbuhan fungi ini adalah aerobik. Aspergillus niger memiliki warna dasar putih atau kuning dengan lapisan Aspergillus niger tumbuh optimum pada suhu 35-37°C, dengan suhu minimum 6-8°C, dan suhu maksimum 45-47°C. Proses pertumbuhan fungi ini adalah aerobik. Aspergillus niger memiliki warna dasar putih atau kuning dengan lapisan konidiospora yang tebal berwarna coklat gelap. Dalam metabolisme Aspergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat. Aspergillus niger dapat tumbuh dengan cepat sehingga banyak digunakan secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan pembuatan beberapa enzim seperti amilase, pektinase, amiloglukosida, dan selulosa. Pada umumnya Aspergillus niger dapat ditemui dimana-mana, terutama pada tanah di daerah tropis dan subtropis serta diisolasi dari bermacam substrat, termasuk biji-bijian (Schlegel dan Hans 1986).
Terdapat mikroba lain yang mampu menghasilkan asam sitrat, yaitu:
Mikroba
Referensi
Fungi
Aspergillus niger
Hang & Woodman 1984, 1985, 1987.
Aspergillus aculeatus
El Dein & Emaish 1979.
Aspergillus awamori
Grewal & Kalra 1995.
Aspergillus carbonarius
El Dein & Emaish 1979.
Aspergillus wentii
Karow & Waksman 1947.
Aspergillus foetidus
Chen 1994, Tran et al. 1998
Penicillium janthinelum
Grewal & Kalra 1995.
Khamir
Saccharomicopsis lipolytica
Ikeno et al. 1975, Maddox et al. 1985, Rane & Sims 1993.
Candida tropicalis
Kapelli et al. 1978.
Candida oleophila
Ishi et al. 1972.
Candida guilliermondii
Miall & Parker 1975, Gutierrez et al. 1993.
Candida parapsilosis
Omar & Rehm 1980.
Candida citroformans
Uchio et al. 1975.
Hansenula anamola
Oh et al. 1973.
Bacteria
Bacillus licheniformis
Sardinas 1972.
Arthrobacter paraffinens
Kroya Fermentation Industry 1970.
Corynebacterium sp.
Fukuda et al. 1970.
(Vandenberghe 1999)
Meski begitu banyak mikroba lainnya yang mampu menghasilkan asam sitrat, A. niger tetap menjadi pilihan terbaik karena penanganannya yang mudah, kemampuannya yang luas untuk fermentasi berbagai bahan baku/substrat, serta rendemen yang tinggi. Produksi asam sitrat juga bergantung pada strain/galur yang sesuai, berikut aerasi, sumber nutrisi (karbon, nitrogen, dan fosfat), pH, serta unsur kelumit (mikromolekul). Morfologi mikroba yang digunakan juga berperan dalam mengontrol dan membantu pembentukan asam sitrat (Agumeenal 2012).
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi dalam produksi asam sitrat adalah pemilihan strain, konsentrasi substrat, dan beberapa pengaruh kondisi proses fermentasi yang meliputi temperatur, derajat keasaman, serta luas permukaan. Dalam proses fermentasi asam sitrat, pemilihan strain yang digunakan harus memenuhi syarat-syarat tertentu, antara lain murni, unggul, stabil, dan bukan patogen (Gupta 1976). Konsentrasi substrat dalam proses fermentasi asam sitrat harus diatur dengan tepat (tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah). Substrat yang terlalu pekat dapat mengakibatkan naiknya tekanan osmosis. Tekanan osmosis lingkungan fermentasi yang terlalu tinggi dapat menyebabkan sitoplasma sel kehilangan air yang selanjutnya isi sel akan mengecil dan struktur sel akan hancur. Sedangkan apabila substrat terlalu encer, akan mengakibatkan laju pertumbuhan menjadi lambat (Agustian 2005).
Temperatur sangat berpengaruh terhadap proses produksi asam sitrat. Agar dihasilkan asam sitrat yang tinggi, maka fermentasi harus berlangsung pada temperatur yang optimal, yaitu berkisar antara 25-30oC. Temperatur yang terlalu tinggi akan mempengaruhi membran sel mikroorganisme dimana membrane sel akan menjadi cair, sehingga sel kehilangan strukturnya. Sedangkan, pada temperatur yang rendah akan menyebabkan membran sel menjadi padat. Hal ini berkaitan dengan struktur membran yang terdiri dari lapisan lemak dan protein yang akan mengeras pada temperatur rendah, sehingga proses pemasukan makanan melalui lapisan membran sel tidak terjadi, selanjutnya dapat menyebabkan kematian dari sel mikroorganisme tesebut (Surest 2013).
Kandungan gula juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi pembentukan asam sitrat. Berdasarkan penelitian, 15-25% larutan gula dapat diubah secara fermentasi. Berdarsarkan penelitian, produksi asam sitrat maksimum biasanya dicapai pada konsentrasi gula 14-22% (b/v). Sumber karbon yang digunakan juga berpengaruh pada aktivitas mikroba (Narayana et al 2006).
Untuk keberhasilan proses fermentasi asam sitrat, penting dilakukannya pengaturan pH. pH optimum untuk fermentasi asam sitrat adalah 3, sedangkan pH optimum untuk pertumbuhan Aspergillus niger adalah 2,5-3,5. Penurunan pH menyebabkan produksi asam sitrat berkurang. Hal ini disebabkan pada pH rendah ion ferosinida lebih toksik bagi pertumbuhan miselium. Pada pH yang tinggi terjadi akumulasi asam oksalat (Rehman 2003).
Pada metode fermentasi permukaan, faktor luas permukaan juga harus diperhatikan karena proses fermentasi hanya berlangsung pada permukaan bidang media, maka untuk mendapatkan hasil yang maksimal, luas permukaan diusahakan seluas mungkin dengan memperkecil ketebalan cairan (pada media cari) atau memperkecil ukuran partikel pada media padat (Manfaati 2011). Parameter lain yang menentukan produksi asam sitrat maksimum adalah adanya oksigen. Oleh karena itu, proses aerasi saat fermentasi harus dikontrol untuk dapat menghasilkan rendemen asam sitrat yang maksimum. Kadar oksigen harus antara 20-25%, dengan laju aerasi 0,2-1 vvm (Schlegel dan Hans 1986).
Propagasi merupakan tahap penyesuaian mikroba terhadap lingkungannya atau ,media tumbuhnya sebelum benar-benar ditanam atau diinokulasikan ke media tumbuh yang sebenarnya untuk memproduksi bioproduk, termasuk bioinsektisida. Pada proses propagasi mikroba melakukan penyesuaian secara fisiologis dan morfologis. Propagasi sebenarnya bertujuan untuk mendapatkan inokulum yang sehat dan aktif serta dalam jumlah yang mencukupi. Terkadang dilakukan propagasi ulang untuk mendapatkan sel yang mencukupi untuk inokulasi ke dalam media fermentasi. Jadi dalam proses propagasi mikroba mengalami perubahan masaa dan jumlah sel, yaitu semakin banyak. Selain itu pada proses propagasi juga memfasilitasi biomassa untuk mengaktifkan kembali fungsi fisiologis maupaun metaboliknya untuk persiapan sebelum inokulasi ke kultur media fermentasi. Perubahan lingkungan yang terjadi pada saat propagasi adalah berkurangnya konsentrasi media propagasi, yaitu nutrient broth. Lingkungan propagasi tidak mengalami perubahan kondisi yang signifikan karena biomassa sel yang ditanam pada media propagasi hanya melakukan penggandaan sel dan aktivasi beberapa fungsi fisiologis dan metaboliknya. Keasaman lingkungan juga tidak berubah secara signifikan (Darwis 2009).
Komponen utama yang dibutuhkan dalam propagasi yaitu, bahan awal, medium yang sesuai, serta tempat pengkulturan. Medium yang digunakan dalam propagasi bisa berupa media cair ataupun media padat. Komposisi medium yang digunakan untuk propagasi meliputi lima komponen utama, yaitu senyawa anorganik, sumber karbon, vitamin, zat pengatur tumbuh, serta suplemen organik. Medium umumnya mengandung nitrat dan kalium. Sumber karbon yang digunakan bisa berupa glukosa, fruktosa, maltosa, serta sukrosa yang paling sering digunakan. Vitamin yang sangat penting adalah tiamin. Piridoksin, asam nikotinat, dan mio-inositol dapat meningkatkan pertumbuhan sel (Murashige dan Skoog 1962).
Komponen medium propagasi yang digunakan pada praktikum adalah gula pasir, (NH4)2SO4, KH2PO4, dan ekstrak tauge. Pemberian gula pasir dan ekstrak tauge digunakan sebagai sumber karbohidrat dan mineral. Pada saat tauge dipanaskan, terjadi hidrolisis karbohidrat, protein, dan lemak menjadi molekul yang lebih sederhana sehingga mudah dicerna. (NH4)2SO4 digunakan sebagai sumber nitrogen, dan KH2PO4 sebagai unsur kelumit yang dapat meningkatkan pertumbuhan inokulum. Nitrogen mempengaruhi pembentukan asam sitrat karena nitrogen tidak hanya penting untuk laju metabolit dalam sel tetapi juga bagi pembentukan protein sel (Judoamidjojo et al 1989).
Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah jenis media, pH media, waktu fermentasi, suhu, aerasi, dan mikroorganisme yang digunakan. Faktor yang paling menentukan adalah 2 media tumbuh (substrat) dan mikroorganisme yang digunakan (Friedrich et al 1994). Karena media termasuk hal yang mempengaruhi produksi asam sitrat makan perlu dialakukan media propagasi. Propagasi dilakukan dengan menyiapkan medium seperti gula pasir, ekstrak tauge, (NH4)2SO4,dan KH2PO4. Dalam persiapan media terdapat hal yang harus diperhatikan yaitu , komposisi nutrisi media, kandungan logam, pH, kondisi lingkungan, tipe dan konsentrasi gula, pengaruh senyawa pengkhelat terhadap ion logam, amonium nitrat, dan aerasi. Media untuk produksi asam sitrat harus menyediakan semua kebutuhan zat gizi mikroba, yang meliputi sumber karbon, nitrogen, dan mineral seperti kalium, fosfor, belerang dan magnesium untuk pertumbuhan Aspergillus niger sendiri.
Menurut Kubicek dan Rohr (1989), sukrosa baik untuk dijadikan sebagai sumber glukosa oleh A. niger karena memiliki ikatan intervase miselium ekstraseluler yang kuat dan aktif pada pH rendah sehingga hidrolisis sukrosa relatif lebih cepat. Sehingga digunakan gula pasir atau sebagai sumber karbon. Kemudian medium (NH4)2SO4 memiliki manfaat sebagai penyedia sumber nitrogen dan juga pembuat kondisi asamyang dibutuhkan oleh Aspergillus niger. Sedangkan medium KH2PO4 memiliki manfaat sebagai penyedia sumber fosfat.
Pada media fermentasi padat, sumber karbon yang digunakan dalam proses fermentasi selain gula dapat berupa hasil pertanian. Pada umumnya hasil samping pertanian dan perkebunan seperti umbi-umbian (misalnya ubi kayu, talas dan singkong) sirup glukosa yang berasal dari pati yang dihidrolisa dengan asam, sukrosa, molase (baik dari gula maupun bit), onggok, dedak padi atau gandum, limbah pengolahan kopi dan limbah pengolahan nenas, bagas, dan kulit kakao dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon. Penggunaan dedak pada media padat berfungsi sebagai sumber vitamin, asam amino dan mineral. Pada dasarnya, vitamin akan berperan dalam pembentukan koenzim, Vitamin B dan asam amino tertentu diperlukan sebagai factor pertumbuhan mikroorganisme sedangkan mineral berfungsi sebagai makro-nutrien dan mikro-nutrien dalam pertumbuhannya.
Menurut Papagianni (1995), bahwa pH mempengaruhi morfologi dan produktivitas asam sitrat dari A. niger dari hasil data kuantitatif. Morfologi dengan agregat yang kecil dan filament yang pendek berkaitan dengan meningkatnya produksi asam sitrat pada pH sekitar 2,0 ± 0,2. Pada pH 1,6 morfologi akan berkembang abnormal (bulbous hyphae) dan produksi asam sitrat akan menurun secara drastis. Pada pH 3,0 agregat mempunyai bentuk perimeter yang lebih panjang danter bentuk asam oksalat. Pada data yang didapat untuk PH dari kelompok ke 0,ke 1, ke 2, ke 3, 4 dan ke 5 adalah 4.4, 3.8, 3.1, 3.2, 5.3, dan 3.8. Data tersebut berarti menunjukan pada kelompok lima pada hari kelempat, mengalami kenaikan pH sebesar 5.3 yang menyebabkan kenaaikan hasil asam sitrat dan menurun pada hari kelima menjadi 3.8, namun jumlah asam sitrat semakin meningkat. Kesalahan ini dapat disebabkan karena kecerobohan praktikan dan kurangnya keahlian dalam praktikum kali ini. Pada biomassa yang terbentuk yakni 0.03, 0.88, 0.33, 0.36, 0.44 dan 0.20. Dari data yang didapat total biomassa menunjukan biomassa yang terbentuk pada pengolahan asam sitrat dan yang terbanyak adalah pada hari ke empat. Seharusnya biomassa yang terbentuk akan lebih banyak dengan semakin bertambahnya hari. Kejadian ini dikarenakan kesalahan praktikan dan kurang termpilnya praktikan.
Pada uji total asam didapatkan hasil yaitu pada hari pertama hingga hari kelima berturut-turut adalah 0.384, 4.992, 5.952, 5.952, 5.76 dan 6.14 (mg/ml). Menurut (Mattey 1992), semakin lama pengujian yang dilakukan, maka akan semakin banyak juga total asam yang terbentuk. Namun, hasil yang didapat terjadi kesalahan yaitu pada hari ketiga, yakni tidak ada penambahan jumlah total asam dan pada hari keempat terjadi penurunan jumlah total asam. Hal ini dikarenakan sifat dari biomassa yang mungkin telah tercemar oleh kontaminan atau mati karena salah perlakuan yang menyebabkan tidak terbentuknya asam.
Kadar gula (gula sisa) yang diperoleh dari hari ke-0 hingga hari ke-5 berturut turut adalah 0.007 , 0.893, 1.234, 1.418, 0.578 dan 0.872 (abs). Menurut (Mattey 1992), semakin lama hari maka jumlah kadar gula pada substrat akan berkurang namun pada data yang didapat terjadi kesalahan dikarenakan jumlah kadar gula yang naik turun. Ini disebabkan karena kesalah praktikan dalam menghitung dan alat yang tidak memadai.
Pada kultivasi padat jumlah total asam dari hari ke-0 hingga hari ke-5 berturut-turut adalah 3.84, 5.76, 5.76, 30.72, 7.68, 23.06 (mg/ml). Semakin lama perlakuan semakin banyak pula total asam yang dihasilkan bila nutrisi dan keadaan lingkungan sesuai dengan syarat berkembangnya biomassa (Mattey 1992). Namun pada hasil didapati hasil yang tidak sesuai yaitu pada hari keempat jumlah total asam menurun hal ini dapat disebabkan karena perlakuan yang salah dan keadaan lingkungan yang tidak sesuai dengan syarat tumbuhnya biomassa.
PENUTUP
Simpulan
Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan. Kapang Aspergillus niger merupakan mikroorganisme yang dapat tumbuh dan banyak digunakan secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan beberapa enzim seperti pektinase dan amylase. Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah jenis media, pH, media, waktu fermentasi, suhu, aerasi, dan mikroorganisme yang digunakan. Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi asam sitrat adalah pemilihan strain, konsentrasi substrat, dan pengaruh kondisi fermentasi yang meliputi temperatur, derajat keasaman, serta luas permukaan. Pemilihan strain dalam industry fermentasi harus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu murni, unggul, stabil dan bukan pathogen. Mekanisme pembentukan asam sitrat seperti dinyatakan dengan siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat, yaitu bahwa asam piruvat yang diperoleh ari glukosa menghasilkan Asetil Koa yang berkondensasi dengan asam oxalo-asetat yang telah terbentuk dalam siklus menghasilkan asam sitrat.
Kultivasi yang menghasilkan biomassa terbanyak yaitu kultivasi pada hari pertama dengan pH 3,8. Nilai gula sisa (absorbansi) terbesar yaitu ketika kultivasi hari ke-3 dengan pH 3,2. Total asam dengan kultivasi menggunakan substrat padat lebih besar dibandingkan dengan menggunakan substrat cair. Semakin tinggi produksi biomassa yang dihasilkan maka akan menurunkan jumlah asam sitrat yang dihasilkan. Semakin tinggi konsentrasi nutrisi maka jumlah asam sitrat yang diperoleh juga akan semakin tinggi. Aplikasi asam sitrat selain untuk pangan, digunakan juga dalam industri farmasi dan kimia.
Saran
Saran untuk praktikum diantaranya, inokulasi dilakukan secara steril sesuai prosedur, sehingga hasil yang diperoleh sesuai dengan yang dikehendaki. Saran lainnya yaitu hasil pengamatan terhadap kultivasi yang amati setiap hari diharapkan dapat diperoleh secara teratur dan tepat waktu. Selain itu, diharapkan praktikan dapat menyimpan hasil pengamatan dengan rapi, sehingga tiddak mudah terjadi hilang data. Penggunaan alat dan bahan juga lebih diperhatikan kembali agar praktikum berjalan lebih lancar.
DAFTAR PUSTAKA
Agustian J. 2005. Microbiology. Lampung (ID): Universitas Lampung.
Ali, Ikram, Qadeer, Iqbal. 2002. Production of Citric Acid by Aspergillus niger Using Cane Molasses in a Strirred Fermentor. Dalam Electronic Journal of Biotechnology Vol 5, No.3.
Angumeenal AR dan Venkappayya D. 2012. An Overview of Citric Acid Production. LWT-Food and Science Technology, 50 (2): 367-370.
Darwis A.A dkk. 2009. Kajian Produksi Bioinsektisida Dari Bacillus thuringiensis israelensis pada Media Tapioka [jurnal] [diacu pada tanggal 22 April 2016]. Tersedia dari: http://repository.ipb.ac.id
Demirel, Yaykasli, Yasar. 2004. The Production of Citric Acid by Using Immobilized Aspergillus niger A-9 and Investigation of Its Various Effects. Dalam Food Chemistry, hal 393 – 396.
Friedrich J., A. Cimerman, dan W. Steiner. 1994. Concomitant Biosynthesis of Aspergillus niger Pectolytic Enzymes and Citric Acid on Sucrosa. J. Enzym and Microbial Technology 16 : 703-710
Gupta JK, Heding LG, Jorgensen OB. 1976. Effect of Sugars, Hydrogen Ion Concentration and Ammonium Nitrate on the Formation of Citric Acid by Aspergillus niger. ActaMicrobiol Acad Sci Hung. 23: 63–7.
Judoamidjojo M, E.G. Sa'id, dan L. Hartoto. 1989. Biokonversi. Bogor (ID): PAU-BIOTEK. IPB.
Kubicek C.P. dan M. Röhr. 1989. Citric Acid Fermentation. Crit Rev Biotechnology 4: 331-73.
Manfaati R. 2011. Pengaruh Komposisi Media Fermentasi terhadap Produksi Asam Sitrat oleh Aspergillus niger. Jurnal Fluida. 7 (1): 23-27.
Mattey M. 1992. The Production of Organic Acids. Crit Rev Biotechnology 12:87– 132
Murashige T and F. Skoog. 1962. A Revised Medium for Rapid Growth and Bioassays with Tobacco Tissue Culture. Physiology of Plant 15: 473-497.
Narayana, Kishore, Reddy. 2006. Biokinetic Studies on Citric Acid Production Using Aspergillus niger in Batch Fermentation. Indian Chemical Engineer. Vol 4 (4): 217-224.
Papagianni M. 1995. Morphology and Citric Acid Production of Aspergillus niger in Submerged Culture. PhD Thesis, University of Strathclyde.
Rehman A, Ali S, Haq I. 2003. Phospate Limitation for Enhanced Citric Acid Fermentation using Aspergillus niger Mutant Uv-M4 on Semi-Pilot Scale. Pakistan J. Biol. Sci. 6 (14): 1247-1249.
Schlegel dan Hans G. 1986. Mikrobiologi Umum. Yogyakarta (ID): UGM Press.
Surest AH, Ovelando R, Nabilla MA. 2013. Fermentasi Buah Markisa (Passiflora) menjadi Asam Sitrat. Jurnal Teknik Kimia. 3 (19): 15-21.
Wehner. 1893. Petunjuk Praktikum Bioteknologi Mikroba. Bogor (ID): FMIPA IPB.
LAMPIRAN
PRODUKSI ASAM ORGANIK (ASAM SITRAT)
DENGAN KULTIVASI CAIR & PADAT
SUBSTRAT CAIR
S.Padat
Kelompok
Hari
PH
Biomassa
(gram)
Gula Sisa (absorbansi)
Total Asam (mg/ml)
Total Asam (mg/ml)
1
0
4.4
0.03 gram
0.007 abs
0.384 mg/ml
3.84 mg/ml
2
1
3.8
0.88 gram
0.893 abs
4.992 mg/ml
5.76 mg/ml
3
2
3.1
0.33 gram
1.234 abs
5.952 mg/ml
5.76 mg/ml
4
3
3.2
0.36 gram
1.418 abs
5.952 mg/ml
30.72 mg/ml
5
4
5.3
0.44 gram
0.578 abs
5.76 mg/ml
7.68 mg/ml
6
5
3.8
0.20 gram
0.872 abs
6.14 mg/ml
23.06 mg/ml
Blanko : 0
