Produksi Asam Sitrat Oleh Aspergillus Niger

Produksi Asam Sitrat oleh Aspergillus As pergillus niger

ASPERGIL GIL LU S NI GER PRODUKSI ASAM SITRAT OLEH ASPER

I.PENDAHULUAN

Asam sitrat (2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid) merupakan asam organik yang penggunaannya cukup luas di dunia industri. Hampir 70% produksi asam sitrat dunia diserap oleh industri makanan. Industri makanan menggunakan asam sitrat sebagai bahan tambah makanan karena memiliki rasa yang menyenangkan dan aman dikonsumsi. Industri farmasi memanfaatkan asam sitrat sebagai bahan penolong untuk pembuatan antacid, tablet effervescent multivitamin multivitamin dan senyawa pelarut aspirin. Asam sitrat digunakan sebagai senyawa pengkelat logam, dan dapat bereaksi dengan logam-logam berat seperti besi dan tembaga menghasilkan senyawa kompleks sehingga banyak dipakai untuk membersihkan boiler dan instalasi sejenis.

Asam sitrat merupakan metabolit primer yang dihasilkan dari proses fermentasi. Jamur Aspergillus niger adalah mikroba yang paling banyak digunakan dalam produksi asam sitrat secara komersial. Fermentasi asam sitrat sangat kompleks dan dipengaruhi komposisi media fermentasi terutama oleh makro nutrien (P) dan ion-ion logam (trace element ) seperti Fe, Zn dan Mn.

Penelitian ini akan mengkaji pengaruh komposisi media fermentasi terhadap produksi asam sitrat oleh jamur Aspergillus niger . Media sintetis yang digunakan telah diformulasikan oleh HJ Peppler dan Shu & Johnson. Selain itu digunakan pula media sintetis HJ Peppler dan Shu & Johnson yang telah dimodifikasi kandungan Fe, Zn, P, substrat awal glukosa dan dengan penambahan etanol.

1

Produksi Asam Sitrat oleh Aspergillus As pergillus niger

II. TINJAUAN PUSTAKA

Citric acid (2-hydroxy-1,2,3 propanetricarboxylic acid) pertama kali diisolasi dari jus jeruk oleh Scheele (1978). Asam sitrat ada secara alami membentuk senyawa antara di dalam siklus asam sitrat (daur Krebs). Pada siklus tersebut karbohidrat akan dioksidasi menjadi karbon dioksida. Asam sitrat diproduksi dalam bentuk anhydrous maupun monohidrat dan merupakan asam organik kuat yang memiliki titik leleh pada suhu 153 0C.

Fermentasi asam sitrat pertama kali diproduksi diproduksi dengan metoda fermentasi permukaan, namun dengan berkembangnya metoda bawah permukaan ( submerged submerged ) menunjukkan perbaikan produksi asam laktat secara nyata. Keberhasilan proses fermentasi asam sitrat selain ditentukan oleh metoda fermentasi, pemilihan strain strain mikroorganisma yang tepat, komposisi media fermentasi dan kondisi operasi yang optimal.

2.1. Strain mikroorganisma

Asam sitrat adalah metabolit primer yang pada kondisi normal tidak diekskresikan dalam jumlah yang banyak. Asam sitrat akan diekskresikan keluar sel karena adanya kondisi yang tidak normal dalam proses metabolisma sel yang disebabkan kelainan genetik atau ketidakseimbangan metabolik akibat kondisi lingkungan tertentu (Rohr, Max dkk.,1982).

Beberapa spesies jamur Aspergillus Aspergillus seperti Aspergillus niger, Aspergillus wentii, dan Aspergillus dan Aspergillus clavatus dilaporkan clavatus dilaporkan dapat menghasilkan asam laktat cukup banyak pada lingkungan yang dikondisikan. Jamur lain seperti Botrytis cinerea, Mucor piriformis dan dan Trichoderma viride viride juga dapat menghasilkan asam sitrat dalam jumlah cukup banyak. Trichoderma banyak. Trichoderma viride memiliki spektrum enzim yang sangat luas sehingga mampu menggunakan selulosa dan polisakarida lain sebagai sumber karbon.

2

Produksi Asam Sitrat oleh Aspergillus niger

Aspergillus niger termasuk jamur dari keluarga Plectomycetes, kelas Ascomycetes (cendawan pipa). Miseliumnya memiliki inti, dan bercabang membentuk hyfa yang menopang konidium.

2.2 Media fermentasi

Shu dan Johnson (1948) adalah peneliti pertama mengkaji secara sistematik pengaruh komposisi medium terhadap produksi asam laktat. Makro nutrien maupun

trace element memberikan pengaruh yang cukup besar pada

pembentukan asam sitrat. Secara umum disepakati bahwa ekskresi asam sitrat yang berlimpah akan terjadi jika pembentukan biomassa dibatasi (Rohr, Max dkk., 1982).

Pengkondisian awal media produksi asam sitrat untuk menghasilkan produksi asam sitrat yang tinggi dilakukan dengan membatasi/mengurangi satu atau lebih elemen-elemen essensial, seperti fosfor, Mn, Zn atau Fe. Fosfor merupakan makro nutrien yang dibutuhkan sel untuk mensintesa nukleotida dan komponen-komponen phosphorylated lain. Kehadiran logam-logam trace dalam media produksi akan menurunkan produksi asam sitrat secara nyata. Karakteristik media produksi asam sitrat yang mendukung pembentukan produk adalah memiliki konsentrasi substrat gula yang tinggi, konsentrasi fosfat yang rendah, pH rendah dibawah 2, kelarutan 2+

2+

Umumya hanya monosakarida yang dapat digunakan secara cepat

oleh

oksigen yang tinggi dan ketiadaan logam-logam trace seperti Mn

, Fe

dan Zn 2+ (Rohr, Max dkk., 1982).

2.2.1 Karbon

jamur untuk fermentasi asam sitrat. Pada kebanyakan kasus sukrosa atau molase dapat juga digunakan sebagai sumber karbon namun tetap saja glukosa atau fruktosa (yang diperoleh dari hidrolisis polisakarida) lebih mudah dimetabolisme. Polisakarida lebih sukar digunakan karena hidrolisis

3


polisakarida oleh mikroorganisma memiliki kecepatan yang terbatas sehingga ketersediaan monosakarida dalam media menjadi terbatas dan akan menurunkan kecepatan pembentukan produk. Konsentrasi gula dalam media fermentasi sangat penting, dan produksi asam sitrat maksimum diperoleh pada konsentrasi 14 -22% (w/v).

Molase dari bit atau tebu, jus tebu dan berbagai hasil hidrolisa tepung sering digunakan pula sebagai seumber karbon untuk fermentasi asam sitrat. Namun yang sering menjadi masalah dalam penggunaan sumber karbon tersebut adalah tingginya konsentrasi io-ion logam dan adanya komponenkomponen yang dapat menghambat proses pembentukan asam sitrat. Sehingga diperlukan pra-treatment terhadap sumber karbon agar dapat digunakan sebagai sumber karbon.

2.2.2 Nitrogen

Umumnya nitrogen disediakan dalan bentuk ammonium sulfate atau atau nitrat. Nitrogen dalam bentuk ammonium dipilih karena selama proses fermentasi. Ammonium yang dikonsumsi oleh mikroba akan menurunkan pH larutan. pH rendah dibutuhkan untuk pembentukan asam sitrat. Konsentrasi ion ammoniun dalam media produksi berkisar antar a 0,3 – 1,5 g NH4+/lt. Penambahan ammonium dapat meningkatkan produksi asam sitrat jika dilakukan pada tahap dimana produksi asam sitrat mengalami penurunan.

2.2.3 Fosfat

Produksi asam laktat yang tinggi dalam media cair teraduk terjadi pada saat konsentrasi fosfat dalam media produksi berkurang. Pada kondisi ion-ion logam dibatasi konsentrasinya, maka konsentrasi fosfat dalam media produksi tidak perlu dibatasi. Namun pada kondisi ion-ion logam tidak

4


dapat dikendalikan konsentrasinya maka disarankan untuk menurunkan konsentrasi fosfat dalam media produksi (Rohr, Max dkk., 1982).

2.2.4 Tr ace element

Jika konsentrasi fosfat, Fe dan Zn dalam media produksi ada dibawah konsentrasi optimal untu pertumbuhan maka akan dihasilkan akumulasi asam sitrat. Namun jika kecepatani pertumbuhan dan penggunaan substrat terlalu rendah akan berdampak pula pada produksi asam sitrat.

Pada

konsentrasi Mn 20µg/lt, perolehan asam sitrat akan menurun secara drastis pada konsentrasi fosfat yang rendah. Efek negatif dari ion Fe dapat dikurangi dengan memberikan Copper pada konsentrasi yang cukup tinggi yaitu 50-500 ppm. Copper (Cu) mampu secara efektif menyeimbangkan Mn sebagai pengotor dalam media fermentasi (Rohr, Max dkk., 1982).

Pretreatmen untuk menghilangkan trace elemen pada sumber karbon alami seperti molase dapat dilakukan dengan menggunakan kation ion exchange atau diendapkan dengan penambahan potassium hexacyanoferrate (HFC).

2.2.4 Aerasi

Pada prosesfermentasi submerged , aerasi sangat menentukan dalam pembentukan asam sitrat. Produksi asam sitrat akan bertambah dengan meningkatnya aerasi. Aerasi harus dilakukan terus-menerus selama proses fermentasi, jika aerasi dihentikan sesaat akan menghambat proses pembentukan asam sitrat secara irreversibel . Artinya jika diberikan kembali aerasi, tidak akan mengembalikan proses ke kondisi semula.

2.2.5. Alkohol

Metanol telah digunakan secara luas untuk meminimalisasi efek dari logamlogam trace, selain menggunakan Cu dan HFC. Penambahan 1-5% (v/v) metanol, etanol, n-propanol, isopropanol atau metil asetat dapat mengurangi

5


efek dari logam-logam trace terhadap pembentukan asam sitrat. Secara umum konsentrasi alkohol yang tinggi dibutuhkan untuk media produksi yang memiliki konsentrasi kontaminan yang tinggi , namun alkohol dapat menginhibisi proses jika ditambahkan pada media produksi yang murni. Efek alkohol pada pembentukan asam sitrat disajikan pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Efek alkohol pada pembentukan asam sitrat (Rohr, Max dkk., 1982) Jenis alkohol (%) Asam sitrat Miselium (berat sel

(gr)

kering) ( g/100 ml)

Kontrol

-

1,0

1,22

Metanol

1

10,6

1,17

2

37,4

0,99

3

63,0

0,81

1

9,0

1,20

2

25,9

1,16

3

33,3

1,03

1

6,4

1,10

2

11,6

1,01

3

0,8

0,41

Etanol

Isopropil alkohol

2.3 Biokimia dan Pengaturan enzim

Asam

sitrat

terjadi

dalam

sistem

terminal

oksidasi

metabolisme

mikroorganisme. Sistem ini dinyatakan sebagai Krebs Cycle ( Gambar 2.1) yang

merupakan

siklus

tricarboxyclic

dari

siklus

asam

sitrat.

Mikroorganisme mengoksidasi nutrien organik dalam metabolisme respirasi menjadi karbondioksida dan air. Karbon dalam karbondioksida merupakan tahap oksidasi tertinggi maka proses tersebut dinamakan “oksidasi

6


sempurna”. Penumpukan/akumulasi asam sitrat dapat terjadi jika siklus ini pecah/putus.

Gambar 2.1. Siklus Tricarbocyclic /TCA ( Shuler Michael L, Fikret Kargi )

2.4 Proses Fermentasi Asam Sitrat

Selain pemilihan strain yang tepat, propagasi atau perbanyakan spora jamur juga memegang peranan penting dalam fermentasi asam laktat. Pada fermentasi asm laktat, seperti proses fermentasi lain yang menggunakan jamur lain, inokulum akhir tidak diperoleh dari propagasi material sel dalam beberapa tahap dengan cara meningkatkan volume media fermentasi seperti pada industri yeast. Media produksi umunya diinokulasi dengan sejumlah besar spora (1010-1011/m3 media fermentasi) Miselium yang diperoleh dari satu tahap pembibitan dengan konsentrasi spora yang sama seperti diatas dapat digunakan sebagai inokulum.

7


Sejumlah besar spora dapat dipropagasi dengan menumbuhkan jamur dalam media cair untuk sporulasi atau mendispersikan spora dalam media yang sama. Jamur dapat dapat ditumbuhkan dalam media agar, sehingga diperoleh spora dalam bentuk kering kemudian melarutkannya dengan air garam. Spora dapat ditumbuhkan pula pada material seperti dedak yang direndam dengan larutan nutrien.

Proses fermentasi asam sitrat sederhana telah dilakukan di Jepang disebut sebagai proses koji. Bahan baku proses koji adalah limbah padat industri tepung, dedak padi dan gandum. Material yang mengandung tepung ditempatkan pada baki-baki khusus dan direndam dalam air hingga kandungan air mencapai 65 – 70%. Setelah itu disterilisasi dengan menggunakan steam sehingga menghasilkan pasta yang steril. Baki-baki tersebut diletakkan dalam rak kemudian diinolukasi dengan konidia Aspergillus niger . Karena trace elemen tidak bisa dihilangkan dengan orosedur standar maka dipilih mikroorganisma yang mampu menghasilkan asam sitrat pada kondisi tersebut. Suhu inkubasi adalah 30 0C dengan pH media 5,5. Pada awal proses tepung akan disakarifikasi oleh enzim yang dihasilkan jamur kemudian akan dikonversi menjadi asam sitrat sehingga pH turun mencapai pH 2. Sebagai alternatif, proses sakarifikasi dapat dilakukan terlebih dahulu dengan menambahkan enzim

-amylase. Pada

α

kondisi optimum proses fermentasi berlangsung selama 90 jam.

Selain proses koji, fermentasi asam laktat dapat dilakukan dengan metoda fermentasi pertmukaan. Proses fermentasi dilakukan dalam baki berukuran 2m x 2,5 m x 0,15m, dengan ketebalan media fermentasi 0,008 – 0,12 m. Ruang fermentasi harus dilengkapi dengan sirkulasi udara sebagai penyuplai oksigen, pengendali temperatur dan kelembaban. Bahan baku yang paling umum digunakan untuk fermentasi permukaan adalah molase yang telah dihilangkan trace elemennya. Inokulasi dilakukan dengan beberapa cara

8


memasukkan

suspensi

konidia

ke

dalam

media

fermentasi

atau

menghembuskan konidia kering di atas baki-baki tersebut. Fermentasi berlangsung sempurna setelah 6-8 hari.

Proses fermentasi submerged lebih banyak dikembangkan dibandingkan proses fermentasi permukaan, meskipun pengoperasiannya lebih sulit. Proses fermentasi submerged dapat dilakukan dalam reakto konvensional berpengaduk atau reaktor menara (tower reaction). Kapasitas reaktor berpengaduk berkisar antara 50 sampai 150 m 3, sedangkan reaktor menara memiliki rasio tinggi terhadap diameter berkisar 4-6.

Konsentrasi gula

berkisar 15-27% (w/v) dengan pH awal 2,5 – 3. Inokulasi dapat dilakukan dengan beberapa cara, jika digunakan suspensi spora maka harus ditambahkan zat aktif permukaan untuk menjaga spora yang bersifat hydrofobic tetap tersuspensi. Jumlah spora yang digunakan 5- 25 x 10 6 per liter medium. Diperlukan waktu sekitar 6-8 jam suspensi spora dalam larutan garam yang telah ditambahkan zat aktif permukaan. Aerasi diset pada laju alir 0,1 – 0,4 vvm, dan suhu 28-35 0C. Proses

fermentasi

berlangsung selama 5 – 6 hari.

III. METODE PENELITIAN

3.1 Mikroorganisme

Mikroba yang digunakan pada penelitian ini adalah jamur Aspergillus niger. yang ditumbuhkan dalam media agar miring Potato Dextrose Agar (PDA) sebagai stock culture dan disimpan pada suhu 4 0C.

9


3.2 Media fermentasi 3,2.1 Media pertumbuhan/ pre-culture

Media pertumbuhan/ pre-culture yang digunakan adalah Potato Dextrose Broth. 100 ml media pre-culture yang telah diinokulasi dengan spora jamur diinkubasi pada suhu 280-290C pada kecepatan pengadukan 150 rpm. 3.2.2 Media Produksi

Media produksi yang digunakan adalah media sintetis HJ Peppler dan Shu &Johnson dan media modifikasi yang disajikan pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2.

Tabel 3.1 Media sintetis HJ Peppler

Bahan

Media standar

Pengaruh

Pengaruh

Pengaruh

(gr)

konsentrasi Fe

konsentrasi

konsentrasi P

(gr)

Zn(gr)

(gr)

Glukosa

142

142

142

142

(NH4)CO3

2,0

2,0

2,0

2,0

KH2PO4

0,14

0,14

0,14

1,4

MgSO4.7H2O

1,0

1,0

1,0

1,0

FeCl3

0,5 mg

5 mg

0,5 mg

0,5 mg

ZnSO4

-

-

0,0050

-

HCl

Sampai pH2

Sampai pH2

Sampai pH2

Sampai pH2

Aquadest

1 liter

1 liter

1 liter

1 liter

10


Tabel 3.2 Media sintetis Shu & Johnson

Bahan

Media standar

Pengaruh

Pengaruh

(gr)

konsentrasi

penambahan

glukosa awal

etanol (gr)

(gr) Glukosa

140

200

140

urea

2,25

2,25

2,25

KH2PO4

2.5

2.5

2.5

MgSO4.7H2O

0,5

0,5

0,5

FeCl3

0,01

0,01

0,01

ZnSO4

0,0025

0,0025

0,0025

HCl

sampai pH 3,8

sampai pH 3,8

sampai pH 3,8

Etanol absolut

-

-

-

Aquadest

sampai 1 liter

sampai 1 liter

sampai 1 liter

3.3 Rancangan Percobaan

Fermentasi dilakukan dalam erlenmeyer 1000 ml yang dilengkapi dengan pengaduk magnetik, aerasi dan ditempatkan dalam inkubator yang dapat diatur suhunya. Kondisi operasi proses ditunjukkan oleh Tabel 3.3.

Tabel 3.3 Kondisi operasi proses fermentasi

Kondisi

Peppler

Shu & Johnson

Suhu Fermentasi

28-29oC

28-29oC

Suhu Inkubasi (shaker)

28-29oC

28-29oC

Agitasi (pengadukan)

120 rpm

120 rpm

Aerasi

30 ml/detik

30 ml/detik

2,0

3,8

9 hari

9 hari

Set pH media sebelum sterilisasi Waktu fermentasi

11


3.4 Analisa sampel

Analisa terhadap sampel meliputi : 1. Analisa biomassa dengan menggunakan metoda berat sel kering 2. Analisa glukosa dilakukan dengan penambahan reagen Cu alkalis dan reagen warna Arsen molibdat, kemudian diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer. 3. Analisa

asam

sitrat

dengan

titrasi

asam-basa

(acidimetri)

menggunakan indikator fenoptalein. IV. ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Kinetika Pertumbuhan, Penggunaan Substrat dan Pembentukan Produk

Hasil penelitian menunjukkan bahwa bentuk pola pertumbuhan dan pembentukan produk asam sitrat oleh Aspergillus niger

adalah tipe

pertumbuhan berasosiasi dengan pembentukan produk yang merupakan ciri dari produk metabolit primer. Laju pembentukan produk berbanding secara proposional dengan laju pertumbuhan. Grafik perubahan konsentrasi biomasa Aspergillus niger, substrat glukosa, dan produk asam sitrat disajikan pada Gambar 4.1 dan 4.2. Parameter kinetika proses fermentasi untuk kedua jenis media sintetis disajikan pada Tabel 4.1.

Pertumbuhan biomassa secara batch akan melalui tahapan-tahapan sebagai berikut yaitu fasa lag (awal), eksponensial, perlambatan pertumbuhan, stasioner dan fasa kematian. Fasa lag (awal) merupakan masa penyesuaian mikroba. Pada fasa ini tidak terjadi peningkatan jumlah sel. Setelah fasa lag selesai terjadi reproduksi selular, konsentrasi selular atau biomassa akan meningkat, mula-mula secara perlahan kemudian meningkat dengan cepat.

12


Gambar 4.1. Kinetika pertumbuhan biomassa, penggunaan substrat dan pembentukan produk pada media H.J Peppler.

Gambar 4.2. Kinetika pertumbuhan biomassa, penggunaan substrat dan pembentukan produk pada media Shu & Johnson

13


Tabel 4.1. Parameter kinetika untuk media sintetis H.J Peppler dan Shu & Johnson

Parameter kinetika

Media sintetis

Media sintetis

H.J Peppler

Shu & Johnson

0,219

0,251

Yield X/S

0,122

0,157

Yield P/S

0,004

0,002

Laju pertumbuhan spesifik (µ, hari-1)

Dengan demikian laju pertumbuhan dan laju pertumbuhan spesifik juga akan meningkat. Pada saat laju pertumbuhan mencapai titik maksimal, maka tercapailah fasa eksponensial. Pada fasa ini laju pertumbuhan tetap dan komposisi kimiawi

media fermentasi akan berubah karena terjadi

penggunaan substrat dan sintesa produk. Pada saat substrat atau nutrisi pembatas dalam media fermentasi hampir habis dan terjadi penumpukan produk yang dapat menghambat

pertumbuhan, maka akan terjadi

penurunan laju pertumbuhan. Pada fasa stasioner, konsentrasi biomassa maksimal dan pertumbuhan terhenti. Fasa kematian ditandai dengan berkurangnya jumlah sel yang hidup (viable cell ) karena kematian (mortalitas) yang diikuti oleh otolisis enzim selular .

Dari hasil penelitian terlihat bahwa laju pertumbuhan spesifik Aspergillus niger pada media sintetis Shu & Johnson (0,251/hari) dibandingan media sintetik Peppler (0,219/hari). Yield biomassa terhadap substrat (YX/S) media sintetis Shu & Johnson (0,157) juga lebih besar dibandingkan media sintetik Peppler ( 0,122). Pada media Shu & Johnson terdapat unsur fosfat, logam besi (Fe) dan seng (Zn) dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan media sintetis Peppler. Efek dari makronutrien dan trace elemen saling mempengaruhi pertumbuhan biomassa dan pembentukan produk asam

14


sitrat. Fosfat adalah makroelemen yang sangat dibutuhkan dalam proses pertumbuhan sel untuk mensintesa nucleotides dan senyawa fosfor lain. Fe dan Zn berperan sebagai ko-faktor dalam pertumbuhan biomassa. Fe berada dalam ferredoxin dan cytochrome dan mengatur pembentukan beberapa produk fermentasi. Zn merupakan ko-faktor beberapa enzim.

Yield produk terhadap substrat (Y P/S) untuk media sintesis Shu & Johnson yaitu 0,02 lebih kecil dibandingkan media sintetis Peppler (0,04). Kondisi yang mendukung pembentukan asam sitrat adalah konsentrasi gula yang tinggi antara 14 – 22%(w/v), konsentrasi fosfat yang rendah, pH 1,7 - 2, laju aerasi yang tinggi dan ketiadaan trace element .Agar jumlah asam sitrat yang diekskresikan lebih banyak maka pertumbuhan biomassa harus dicegah dengan cara membatasi konsentrasi fosfat dan trace elemen seperti Fe, Mn dan Zn. Akumulasi asam sitrat akan tercapai jika konsentrasi fosfat, Fe dan Zn lebih rendah dari konsentrasi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan optimum biomassa. Pada kondisi konsentrasi trace elemen sangat terbatas maka konsentrasi fosfat tidak perlu dibatasi. Namun jika jika konsentrasi trace elemen tidak bisa dikendalikan maka konsentrasi fosfat harus rendah agar terjadi akumulasi asam sitrat. Beberapa sumber karbon seperti molase tebu ataupun beet, sukrosa ataupun hidrolisis starch harus dilakukan pratreatment berupa pengendapan ion-ion logam. Konsentrasi ion ammonium selama proses fermentasi asam sitrat berada dalam rentang yang cukup luas yaitu 0,3 – 1,5 g NH 4+/lt. Penambahan ion ammonium secara bertahap selama proses fermentasi berlangsung akan meningkatkan produksi asam sitrat, terutama pada saat laju produksi asam sitrat menurun. Pada metabolisma asam sitrat, Fe berperan untuk mengaktifkan enzim acotinase, yang mengakibatkan reaksi reversibel antara asam sitrat, akotinat dan isositrat.

15


Dengan aktifnya enzim isocitric dehydrogenase dan isocitric lysase maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke isocitrate dan siklus asam trikarboksilat akan terus berlangsung untuk menghasilkan oxaloacetate sebagai senyawa intermedier sebagai pembangun struktur sel mikroba. Dengan membatasi konsentrasi Fe maka kesetimbangan akan terganggu, siklus asam trikarboksilat akan terputus sehingga terjadi akumulasi asam sitrat.

4.2 Pengaruh Penambahan Fe, Zn dan P terhadap Kecepatan Pertumbuhan Spesifik (µ) dan Yield/perolehan

Pengaruh Penambahan Fe, Zn dan P terhadap Yield/perolehan biomassa terhadap substrat (Y

X/S)

dan produk terhadap substrat pada media sintetis

HJ Peppler (Y P/S) disajikan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Kecepatan pertumbuhan spesifik (µ) dan yield/perolehan biomassa dan asam sitrat pada media sintetis HJ Peppler

Jenis media

µ (1/hari)

Y X/S

Y P/S

Media standar

0,2191

0,1223

0,0043

Media dengan penambahan Fe

0,1608

0.1030

0,0019

Media dengan penambahan Zn

0,2243

0,1647

0,0019

Media dengan penambahan P

0,3137

0,2629

0,0014

Dari Tabel 4.2 terlihat bahwa bahwa penambahan Fe, Zn dan P akan meningkatkan kecepatan terhadap substrat Y

X/S.

pertumbuhan spesifik dan perolehan biomassa Namun sebaliknya penambahan Fe, Zn dan P

menurunkan perolehan produk terhadap substrat Y

P/S.

Besi sangat penting sebagai ko-faktor yang berperan dalam pengaturan proses fermentasi. Defisiensi besi sangat diperlukan untuk ekskresi asam sitrat dari biomassa. Dengan penambahan besi, maka biomassa akan

16


mengalami pertumbuhan yang lebih cepat dibandingkan dengan media standar, sedangkan asam sitrat yang diperoleh lebih sedikit. Untuk mencapai ekskresi asam sitrat yang berlimpah,maka pertumbuhan biomassa harus dibatasi. Pengkondisian agar diperoleh akumulasi asam sitrat adalah defisiensi salah satu atau lebih elemen penting dalam media fermentasi, yang dapat dilakukan dengan pembatasan konsentrasi P, Fe dan Zn. Efekefek yang ditimbulkan oleh logam-logam ini saling terkait sedemikian sehinggga konsentrasi yang tepat dari suatu logam bergantung kepada konsentrasi logam-logam lain yang terdapat dalam media fermentasi.

Pada metabolisme produksi asam sitrat, Fe berperan dalam mengaktifkan enzim acotinase, yang mengakibatkan reaksi reversibel antara asam sitrat, akotinat dan isositrat. Dengan aktifnya enzim lain yaitu enzim isocitric dehygronase dan isocitric lysase, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke isocitrate dan siklus asam trikarboksilat akan terus berlangsung untuk menghasilkan

oxaloacetate sebagai

senyawa

intermediate.

Produk

metabolisme ini akan digunakan untuk membangun senyawa-senyawa penyusun sel mikroba, sehingga akan mengurangi produksi asam sitrat.

Pada media HJ Peppler standar dengan konsentrasi Fe 0,5 mg/lt, akumulasi asam sitrat akan terjadi dengan putusnya siklus asam trikarboksilat ini dengan cara membatasi konsentrasi besi, sehingga kesetimbangan terganggu dan asam sitrat akan terakumulasi lalu diekskresikan ke media fermentasi.

4.2 Pengaruh Konsentrasi Glukosa Awal dan Penambahan etanol terhadaip Kecepatan Pertumbuhan Spesifik (µ) dan Yield/perolehan

Pengaruh konsentrasi glukosa awal dan penambahan etanol terhadap yield/perolehan biomassa substrat (Y media sintetis Shu & Johnson (Y

P/S)

X/S)

dan produk terhadap substrat pada

disajikan pada Tabel 4.3.

17


Tabel 4.2 Kecepatan pertumbuhan spesifik (µ) dan yield/perolehan biomassa dan asam sitrat pada media sintetis Shu & Johnson

Jenis media

µ (1/hari)

Media standar Media

dengan

penambahan

Y X/S

Y P/S

0,2510

0,1567

0,0022

0,2146

0,0658

0,0021

0,2046

0,1187

0,002

glukosa Media dengan penambahan etanol

Dari Tabel 4,3 terlihat bahwa penambahan glukosa yang lebih banyak dari media

standar

tidak

berakibat

pada

peningkatan

biomassa

secara

keseluruhan. Penambahan glukosa yang terlalu tinggi akan menurunkan kecepatan pertumbuhan spesifik dan yield biomassa terhadap substrat. Hal ini terjadi karena adanya efek penghambatan oleh substrat berlebih. Konsentrasi substrat yang terlalu tinggi tidak akan meningkatkan kecepatan pertumbuhan spesifik biomassa tapi akan menghambatnya. Pada konsentrasi glukosa awal yang optimal, glukosa masuk ke dalam sel secara osmosis yaitu dari larutan hypotonis (kurang pekat) ke dalam sel yang memiliki larutan hipertonis (lebih pekat). Tetapi pada konsentrasi glukosa yang terlalu

tinggi

mejadikan

larutan

substrat

menjadi

hypertonis

dan

protoplasma menjadi hypotonis sehingga protoplasma akan berosmosis ke media fermentasi dan isi sel akan berkurang. Bila proses ini terus menerus berlangsung maka akan terjadi plasmolisis yaitu lepasnya protoplasma dari dinding sel.

Asam sitrat yang terbentuk lebih sedikit dibanding dengan media Shu & Johnson standar. Asam sitrat merupakan metabolit primer yang pola pembentukan produknya berasosiasi dengan pertumbuhan, sehingga dapat dipahami jika kecepatan pertumbuhan biomassa menurun maka produksi asam sitrat juga akan menurun.

18


Penambahan etanol 3% (v/v) sebanyak 30 ml akan menurunkan kecepatan pertumbuhan spesifik dibandingan media Shu & Johnson standar. Etanol berpengaruh

terhadap

permeabilitas

sel

dan

dapat

merusak

membram/dinding sel sehingga dapat mempercepat ekskresi asam sitrat ke larutan fermentasi.

V. KESIMPULAN

Produksi asam sitrat

oleh Aspergillus niger sangat dipengaruhi oleh

komposisi media fermentasi. Produksi asam sitrat yang tinggi akan tercapai pada konsentrasi gula antara14 – 22 % (w/v). Konsentrasi gula yang terlalu tinggi akan menjadi inhibibitor pada proses metabolisme. Sumber nitrogen dalam bentuk ammonium ataupun urea tidak mempengaruhi produksi asam sitrat. Akumulasi asam sitrat akan tercapai jika konsentrasi fosfat, Fe , Zn, dan Mn lebih rendah dari konsentrasi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan optimum biomassa. Pada kondisi konsentrasi trace elemen Fe, Zn dan Mn sangat terbatas maka konsentrasi fosfat tidak perlu dibatasi. Namun jika jika konsentrasi trace elemen

Fe, Zn dan Mn tidak bisa dikendalikan maka

konsentrasi fosfat harus rendah agar terjadi akumulasi asam sitrat. Alkohol akan meningkatkan produksi asam sitrat jika ditambahkan pada media fermentasi yang konsentrasi trace elemen dan pengotornya cukup tinggi, namun akan menurunkan produksi asam sitrat jika ditambahkan pada media fermentasi yang tidak mengandung trace elemen/pengotor.

19


DAFTAR PUSTAKA 1. Bailey

James E, David F. Ollis, Biochemical Engineering

Fundamentals, Second Edition,

Mc.Graw Hill Chemical

Engineering Series, Singapura, 1986. 2. Cate Prescott Samuel, Cecil Gordon Dunn, Industrial Microbiology,

Mc.Graw Hill Book Company, New York, 1959. 3. Mangunwidjaja Djumali, Ani Suryani, Teknologi Bioproses, Penebar

Swadaya, Jakarta, 1994. 4. Moo

Young

Murray ,

Comprehensive

Biotechnology,

Vol.3,

Pergamon Press, New York. 5. Rohr Max, Christian P. Kubicek, Jiri Kominek, Citric Acid , Institut fur Biochemishe Technologie und Mikrobiologie, Technische Wien Australia. 6. Shuler Michael L, Fikret Kargi, Bioprocess Engineering Basic Concept , Prentice-Hall International, Inc., New Jerse y, 1992.

20


21

Produksi Asam Sitrat Oleh Aspergillus Niger

Recommend Documents