Gusti Putu Agus Darmataba. 1211205034. 2016. Pengaruh Konsentrasi Substrat Tepung Limbah Brem dan Lama Fermentasi Terhadap Produksi Kalsium Sitrat dengan Menggunakan Aspergillus niger ATCC 16404. Dibawah bimbingan Prof. Ir. Nyoman Semadi Antara, MP., Ph.D. dan Prof. Dr. Ir. G. P. Ganda Putra, MP. ABSTRAK Ampas brem merupakan limbah dari pembuatan brem, dari bahan dasar yang dibuat hingga menjadi brem, hanya sekitar 75% yang berhasil menjadi brem sedangkan sisanya 25% menjadi limbah, limbah brem masih mengandung gula sebesar 10% dan pati sebesar 12%. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi substrat dan lama fermentasi terhadap produksi kalsium sitrat dari limbah brem menggunakan Aspergillus niger. Penelitian ini adalah penelitian eksperimental, menggunakan Rancangan Acak Kelompok pola faktorial, yang terdiri dari dua faktor. Faktor pertama yaitu konsentrasi substrat (25%, 30% dan 35%), faktor kedua yaitu lama fermentasi (3, 5, dan 7 hari). Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi substrat dan lama fermentasi berpengaruh sangat nyata terhadap kadar kalsium sitrat, total padatan terlarut dan derajat keasaman (pH). Interaksi kedua perlakuan berpengaruh tidak nyata terhadap kadar kalsium sitrat, total padatan terlarut dan derajat keasaman (pH) hasil fermentasi tepung limbah brem menggunakan Aspergillus niger. Nilai ratarata kalsium sitrat tertinggi terdapat pada perlakuan konsentrasi substrat 30% sebesar 4,38 g/L dan lama fermentasi 5 hari yaitu sebesar 4,76 g/L. [Kata Kunci]: Aspergillus niger, tepung limbah brem, konsentrasi substrat, lama fermentasi, kalsium sitrat
iii
Gusti Putu Agus Darmataba. 1211205034. 2016. The effect of substrate concentration and fermentation time on the production of calcium citrate by brem waste using Aspergillus niger ATCC 16404. Under the guidance of Prof. Ir. Nyoman Semadi Antara, MP., Ph.D. and Prof. Dr. Ir. G. P. Ganda Putra, MP. ABSTRACT Dregs brem is a waste of manufacture brem, from basic materials are made to be brem, only about 75% has managed to become brem while the remaining 25% to waste, brem waste still contains 10% sugar and starch by 12%. This research was done to determine the effects of substrate concentration and fermentation time on the production of calcium citrate from waste brem by using Aspergillus niger. The research was experimental research, using a randomized block design factorial design, consisting of two factors. The first factor is the substrate concentration (25%, 30% and 35%), the second factor was the fermentation time (3, 5, and 7 days). The results showed that the concentrations of substrate and fermentation time very significant effect on the level of calcium citrate, total soluble solids and acidity (pH). The interaction of both treatment effect was not significant on the level of calcium citrate, total soluble solids and acidity (pH) fermented flour waste brem using Aspergillus niger. The average value is highest Ca-citrate in the treatment of substrate concentration of 30% amounting to 4.38 g/L and fermentation time 5 days amounted to 4.76 g/L. [Keywords]: Aspergillus niger, flour waste brem, substrate concentration, time of fermentation, calcium citrate
iv
RINGKASAN
Ampas brem merupakan limbah dari pembuatan brem dengan bahan baku beras ketan, dari bahan dasar yang dibuat hingga menjadi brem, hanya sekitar 75% yang berhasil menjadi brem sedangkan sisanya 25% menjadi limbah yang berupa ampas beras ketan yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber pakan alternatife ternak ruminansia. Pemanfaatan limbah dan hasil pertanian dapat meningkatkan produktivitas ternak dan nilai ekonomi bagi peternak. Selain untuk pakan ternak limbah brem juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk pembuatan asam sitrat (Rahman, 1992). Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin meningkat, ampas brem kini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan kalsium sitrat (Casitrat), karena ampas brem masih mengandung gula dan pati (Ulfa, 1996). Salah satu inovasi yang dapat dilakukan yakni memanfaatkan limbah brem untuk diolah menjadi kalsium sitrat (Ca-sitrat) mengingat kandungan gula yang terdapat dalam limbah brem cukup banyak. Senyawa karbon utama dalam memproduksi Ca-sitrat adalah glukosa. Ca-sitrat merupakan produk antara dari produksi asam sitrat. Ca-sitrat dapat dihasilkan dengan menambahkan kalsium karbonat atau kalsium hidroksida ke dalam supernatant hasil fermentasi asam sitrat (Heding dan Gupta, 1975; Azari et al., 2013). Ca-sitrat umumnya digunakan dalam industri makanan sebagai zat aditif makanan, pengawet, dan meningkatkan rasa. Produksi Ca-sitrat didahului dengan proses fermentasi produksi asam sitrat. Fermentasi produksi asam sitrat dapat dilakukan dengan Aspergillus niger pada medium yang mengandung
v
glukosa. Pembentukan asam sitrat terjadi di dalam sel-sel hidup A. niger sebagai akibat aktivitas enzim intrasellular dan asam sitrat yang terakumulasi keluar dari sel secara difusi (Kapoor et al., 1982). Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah jenis media, pH media, waktu fermentasi, suhu, dan mikroorganisme yang digunakan. Faktor yang paling menentukan adalah media tumbuh (substrat) dan mikroorganisme yang digunakan (Friedrich et al., 1994). Berdasarkan keadaan tersebut, banyak penelitian dilakukan untuk mendapatkan asam sitrat dengan kualitas baik dan rendemen tinggi, juga dilakukan penelitian dengan variasi konsentrasi substrat dan lama waktu fermentasi yang dapat meningkatkan produksi dan kualitas asam sitrat. Hasil penelitian Ali et al. (2002) menyatakan bahwa proses fermentasi kultur terendam pada media 15% molase menggunakan Aspergillus niger secara batch selama 144 jam dapat menghasilkan asam sitrat maximum sebesar 99,56 ± 3,5 g/L. Tujuan penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh konsentrasi substrat dan lama fermentasi terhadap produksi Ca-sitrat dari limbah brem dengan menggunakan Aspergillus niger dan mendapatkan berapa konsentrasi substrat dan lama fermentasi yang digunakan agar mendapatkan Ca-sitrat tertinggi. Penentuan kalsium sitrat dilakukan dengan menggunakan metode presipitasi atau penegendapan, selanjutnya kalsium sitrat yang diperoleh dikonversi menjadi asam sitrat dengan perhitungan stoikiometri. Pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan pH meter (Anonimous, 2016), dan Pengukuran total padatan terlarut dilakukan dengan menggunakan refrakto meter (Anonimous, 2010).
vi
Berdasarkan hasil penelitian didapat kesimpulan bahwa perlakuan konsentrasi substrat dan lama fermentasi berpengaruh sangat nyata terhadap kadar Ca-sitrat, derajat keasaman dan total padatan terlarut. Sedangkan interaksi antara kedua perlakuan berpengaruh tidak nyata terhadap kadar Ca-sitrat, derajat keasaman dan total padatan terlarut hasil fermentasi tepung limbah brem menggunakan Aspergillus niger. Nilai rata-rata Ca-sitrat tertinggi terdapat pada perlakuan konsentrasi substrat 30% sebesar 4,38 ± 0,69 g/L dan lama fermentasi 5 hari adalah sebesar 4,76 ± 0,69 g/L.
vii
Pengaruh Konsentrasi Substrat Tepung Limbah Brem Dan Lama Fermentasi Terhadap Produksi Kalsium Sitrat Dengan Menggunakan Aspergillus niger ATCC 16404
Oleh: Gusti Putu Agus Darmataba 1211205034
Menyetujui:
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Ir. Nyoman Semadi Antara, MP. Ph.D. NIP. 19610923 198702 1 001
Prof. Dr.Ir. G. P. Ganda Putra,MP. NIP. 19620930 198803 1 001
Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana
Dr. Ir. I Dewa Gde Mayun Permana, M.S. NIP. 19591107 198603 1 004
Disahkan pada tanggal: ........................................
viii
RIWAYAT HIDUP Gusti Putu Agus Darmataba dilahirkan di Br. Temen, Desa Manukaya, Kecamatan Tampaksiring, Kabupaten Gianyar pada tanggal 28 Januari 1994. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara dari pasangan Gusti Nyoman Suama dan Ni Wayan Jemet Penulis memulai pendidikan di SD N 6 Manukaya pada tahun 2000 dan menyelesaikannya pada tahun 2006, kemudian melanjutkan pendidikan di SMP N 1 Tampaksiring dan menyelesaikannya pada tahun 2009. Pada tahun 2012 penulis menyelesaikan pendidikan di SMA N 1 Tampaksiring. Sejak tahun 2012 penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. Selama menjalani perkuliahan, penulis aktif sebagai panitia pelaksana maupun panitia pengarah pada kegiatan-kegiatan kemahasiswaan dan juga sempat menjabat sebagai ketua himpunan mahasiswa jurusan Teknologi Industri Pertanian periode 2014-2015 di lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Konsentrasi Substrat Tepung Limbah Brem Dan Lama Fermentasi Terhadap Produksi Kalsium Sitrat Dengan Menggunakan Aspergillus niger ATCC 16404.”. Penulisan skripsi ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. Pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setulus-tulusnya kepada: 1.
Bapak Prof. Ir. Nyoman Semadi Antara, MP. Ph.D. selaku dosen pembimbing I dan Bapak Prof. Dr. Ir. G.P. Ganda Putra, MP. selaku dosen pembimbing II yang tidak pernah lelah memberikan bimbingan, arahan dan solusi dalam penyelesaian skripsi ini.
2.
Bapak Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, M.S., selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, atas bantuan moral dan bimbingan yang diberikan.
3.
Ibu Ir. Amna Hartiati, MP., selaku Ketua Jurusan Teknologi Industri pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana.
4.
Bapak/Ibu dosen beserta pegawai di lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana, atas fasilitas dan dukungan selama menempuh kuliah hingga penyusunan skripsi ini.
5.
Keluarga besar yang tercinta, Bapak, Ibu, Adik, beserta keluarga besar yang telah mendukung untuk menyelesaikan pendidikan dan tugas akhir ini.
x
6.
Kawan-kawan FTP TIP 2012 yang selalu saling mendukung satu sama lain untuk mencapai cita-cita dan impian masing-masing, khususnya rekan satu bimbingan I Wayan Adi Wagestu yang selalu bersedia membantu dalam penelitian dan penyusunan tugas akhir ini.
7.
Dewa Ayu Indra Wahyuni yang selalu memberi semangat dan motivasi serta bantuan untuk menyelesaikan tugas akhir. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa membalas
semua budi baik ini dengan balasan yang lebih baik. Penulis telah berupaya optimal untuk menyelesaikan tugas akhir dengan baik, namun dengan terbuka penulis sangat menghargai segala saran dan kritik yang membangun dalam rangka penyempurnaannya. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca. Bukit Jimbaran, Januari 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI Halaman JUDUL .................................................................................................................
i
ABSTRAK ...........................................................................................................
ii
RINGKASAN ......................................................................................................
iv
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................
vii
RIWAYAT HIDUP .............................................................................................
viii
KATA PENGANTAR .........................................................................................
ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................
xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................
xv
I. PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
1.1. Latar Belakang .......................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ..................................................................................
3
1.3. Hipotesis ................................................................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................
4
II. TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................
5
2.1. Brem .......................................................................................................
5
2.2. Ampas Brem ..........................................................................................
6
2.3. Ca-Sitrat ................................................................................................
7
2.4. Aspergilus niger .....................................................................................
8
2.5. Fermentasi ...............................................................................................
9
2.6. Fermentasi Asam Sitrat ..........................................................................
10
2.7. Pertumbuhan Mikroba ...........................................................................
10
III. METODE PENELITIAN ...............................................................................
13
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................
13
3.2. Alat dan Bahan .......................................................................................
13
3.3.1. Alat .............................................................................................
13
xii
3.3.2. Bahan ...........................................................................................
13
3.3. Rancangan Percobaan ............................................................................
14
3.4. Prosedur Penelitian ................................................................................
15
3.4.1. Proses Preparasi Limbah Brem .....................................................
15
3.4.2. Fermentasi Limbah Brem .............................................................
16
3.4.2.1 Persiapan Kultur ................................................................
16
3.4.2.2 Hirolisis Tepung Limbah Brem ........................................
16
3.4.2.3 Persiapan Media Fermentasi .............................................
17
3.4.2.4 Proses Fermentasi .............................................................
17
3.5. Variabel yang diamati .............................................................................
18
3.5.1. Asam Sitrat ...................................................................................
18
3.5.1.1 Pemenenan Asam Sitrat ....................................................
18
3.5.1.2 Pengendapan Ca-Sitrat ......................................................
19
3.5.2. Derajat Keasaman (pH) .......................................................................
19
3.5.3. Total Padatan Terlarut .........................................................................
19
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................................
21
4.1. Ca-Sitrat ..................................................................................................
21
4.2. Derajat Keasaman (pH) .........................................................................
23
4.3. TSS (Total Soluble Solid) ......................................................................
25
V. KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................
27
5.1. Kesimpulan ............................................................................................
27
5.2. Saran ......................................................................................................
27
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................
29
LAMPIRAN .........................................................................................................
30
xiii
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1. Karakteristik tepung limbah brem .................................................................
6
2. Nilai rata-rata Ca-Sitrat fermentasi limbah brem...........................................
21
3. Nilai rata-rata pH Fermentasi limbah brem ...................................................
24
4. Nilai rata-rata TSS fermentasi limbah brem ..................................................
25
xiv
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
1. Skema Representasi Dari Reaksi Metabolisme Utama yang Terlibat Dalam Produksi asam Sitrat Oleh Aspergillus niger ................................................
12
2. Diagram Alir Penepungan Limbah Brem ......................................................
15
3. Diagram Alir Proses Fermentasi Tepung Limbah Brem ...............................
18
4. Diagram alir Proses Pengendapan Kalsium Sitrat.. .......................................
20
5. Nilai Rata-rata Produksi Ca-Sitrat Fermentasi Limbah Brem .......................
22
6. Nilai Rata-rata pH Fermentasi Limbah Brem ................................................
24
7. Nilai Rata-rata TPT Fermentasi Limbah Brem..............................................
26
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1. Analisis data Kadar Ca-Sitrat ........................................................................
30
2. Analisis data Derajat Keasaman (pH) ............................................................
35
3. Analisis data Total Padatan Terlarut .............................................................
39
4. Foto – foto penelitian .....................................................................................
44
xvi
I. PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Asam sitrat adalah asam organik yang secara alami terdapat pada buah-buahan seperti jeruk, nenas dan pear. Asam sitrat pertama kali diekstraksi dan dikristalisasi dari buah jeruk, sehingga asam sitrat hasil ektraksi dari buah-buahan ini dikenal sebagai asam sitrat alami. Wehner (1893) menyatakan produksi asam sitrat sebagai hasil sampingan pada fermentasi produksi asam oksalat dengan menggunakan Penicillium glaucum. Tahun 1917, Currie juga menyatakan bahwa Aspergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat pada medium pH rendah dengan kadar gula tinggi. Sejak saat itu asam sitrat diproduksi secara komersial dengan menggunakan kapang A. niger.
Asam sitrat (C6H8O7) banyak digunakan dalam industri terutama industri makanan, minuman, dan obat-obatan. Kurang lebih 60% dari total produksi asam sitrat digunakan dalam industri makanan, dan 30% digunakan dalam industri farmasi, sedangkan sisanya digunakan dalam industri pemacu rasa, pengawet, pencegah rusaknya rasa dan aroma, sebagai antioksidan, pengatur pH dan sebagai pemberi kesan rasa dingin. Dalam industri makanan dan kembang gula, asam sitrat digunakan sebagai pemacu rasa, penginversi sukrosa, penghasil warna gelap. Dalam industri farmasi asam sitrat digunakan sebagai pelarut dan pembangkit aroma, sedangkan pada industri kosmetik digunakan sebagai antioksidan (Bizri dan
Wahem,
1
1994).
2
Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah jenis media, pH media, waktu fermentasi, suhu, dan mikroorganisme yang digunakan. Faktor yang paling menentukan adalah media tumbuh (substrat) dan mikroorganisme yang digunakan (Friedrich et al., 1994). Berdasarkan keadaan tersebut, banyak penelitian dilakukan untuk mendapatkan asam sitrat dengan kualitas baik dan rendemen tinggi, juga dilakukan penelitian dengan variasi konsentrasi substrat dan lama waktu fermentasi yang dapat meningkatkan produksi dan kwalitas asam sitrat. Penentuan kinetika produksi asam sitrat dilakukan untuk menghitung biokinetika produksi asam sitrat menggunakan Aspergillus niger yang dilakukan pada larutan sukrosa murni sebagai bahan baku, variabel yang digunakan meliputi: konsentrasi sukrosa, pH dan konsentrasi nutrisi. Hasil yang paling menguntungkan didapatkan pada konsentrasi sukrosa 15 % (Narayana dkk., 2006). Berdasarkan penelitian Udin (1986) didapatkan perlakuan terbaik pada tingkat konsentrasi gula 15% dengan lama fermentasi 5 hari. Asam sitrat per satuan volume substrat yang diperoleh pada kondisi ini adalah 13,10 g/l. Penelitian lainya tentang proses fermentasi terendam pada molase menggunakan Aspergillus niger secara batch dengan menggunakan parameter proses fermentasi meliputi: laju oksigen dan pH, didapatkan hasil asam sitrat maksimum mencapai 99,56 g/l dengan menggunakan bahan baku molase dengan kadar 15% dan waktu yang di perlukan adalah 144 jam (Ali,2002). Berdasarkan beberapa penelitian yang telah disebutkan diatas, dan potensi limbah brem yang masih mengandung gula dan pati, maka perlu dilakukan penelitian untuk menghasilkan asam sitrat dari limbah brem. Kadar gula dalam
3
limbah brem yaitu sebesar 12% dan kadar pati pada limbah brem adalah sebesar 10% (anonim, 2016), jika dibandingkan dengan kadar gula pada molase yang mencapai 62% (Dellweg, 1983), maka konsentrasi substrat yang digunakan juga perlu ditambah agar mendapat hasil yang optimal. Hampir seluruh asam sitrat diproduksi melalui fermentasi terendam dengan menggunakan jamur Aspergillus niger dan medium yang berbasiskan pati atau sukrosa (Kumar, dkk., 2002). Aspergillus niger merupakan jamur yang dapat menghasilkan enzim, seperti α-amilase, β-amilase, dan selulase (Wiseman, 1985), sehingga A. niger dapat digunakan sebagai biokatalis dalam produksi asam sitrat secara fermentasi. Ca-sitrat merupakan produk antara dari produksi asam sitrat. Ca-sitrat dapat dihasilkan dengan menambahkan kalsium karbonat atau kalsium hidroksida ke dalam supernatant hasil fermentasi asam sitrat (Heding dan Gupta, 1975; Azari et al., 2013). Ca-sitrat umumnya digunakan dalam industri makanan sebagai zat aditif makanan, pengawet, dan meningkatkan rasa. Produksi Ca-sitrat didahului dengan proses fermentasi produksi asam sitrat. Semakin tinggi asam sitrat hasil fermentasi, maka Ca-sitrat yang dihasilkan juga semakin tinggi. 1.2 RUMUSAN MASALAH
1. Apakah konsentrasi substrat dan lama fermentasi berpengaruh terhadap produksi kalsium sitrat dari limbah brem dengan menggunakan Aspergillus niger? 2. Berapakah konsentrasi substrat dan lama fermentasi yang digunakan untuk mendapatkan kalsium sitrat terbanyak?
4
1.3 HIPOTESIS 1. Konsentrasi substrat dan lama fermentasi berpengaruh terhadap produksi kalsium sitrat dari limbah brem dengen menggunakan Aspergillus niger. 2. Kombinasi kadar substrat dan lama fermentasi dapat menghasilkan kalsium sitrat terbanyak.
1.4 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Untuk mengetahui pengaruh pH awal media dan lama fermentasi terhadap produksi kalsium sitrat dari limbah brem dengan menggunakan Aspergillus niger. 2. Untuk mengetahui berapakah konsentrasi substrat dan lama fermentasi yang digunakan untuk mendapatkan kalsium sitrat terbanyak. 1.5 MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat dan memberikan informasi ilmiah tentang degradasi tepung limbah brem oleh Aspergillus niger menghasilkan kalsium sitrat selama proses fermentasi.
