konsentrasi glukosa (g/L)
Kurva Standar Glukosa 2
y = 4.9571x R2 = 0.9966
1.5 1 0.5 0 0
0.1
0.2 Absorbansi
0.3
0.4
Konsentrasi glukosa sisa dengan waktu pengambilan sampel pada konsentrasi glukosa 103,6 g/L dengan bakteri Z.mobilis
konsentrasi glukosa sisa(g/L)
120 100 80 60 40 20 0 2 4
6 8 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 waktu pengambilan sampel (jam) D=1.2/jam
D=0.8/jam
Saat awal percobaan konsentrasi glukosa sisa terlihat fluktuasi kemudian cenderung stabil, Zymomonas mobilis dalam bead immobilisasi sel K-Karaginan masih dalam kondisi penyesuaian dengan substrat yang dimasukkan
konsentrasi glukosa sisa(g/L)
Konsentrasi glukosa sisa dengan waktu pengambilan sampel pada konsentrasi glukosa 103,6 g/L dengan bakteri Z.mobilis termutasi 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2
4
6
8 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 waktu pengambilan sampel (jam) D=1.2/jam
D=0.8/jam
Saat awal percobaan konsentrasi glukosa sisa terlihat fluktuasi kemudian cenderung stabil, Zymomonas mobilis dalam bead immobilisasi sel K-Karaginan masih dalam kondisi penyesuaian dengan substrat yang dimasukkan
Analisa Hasil Fermentasi Analisa konsentrasi etanol dilakukan dengan menggunakan Gas kromatografi merk HP 5890, 5890, dengan kondisi operasi:
Initial flow gas pembawa Gas pembawa Suhu injektor Kolom Suhu kolom Rate suhu Waktu awal Injeksi
: 21,5 ml/menit : Helium (sebagai fase gerak/ mobile mobile)) : suhu detektor (TCD) 250o C : MS 5A : 125 -250oC : 10 /menit : 1 menit : 1 mikron
Kurva Standar Etanol SAMPEL TERHITUNG (GR)
VERIFIKASI ETANOL STANDART 0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0
y = 1.2916x 2
R = 0.9961
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
SAMPEL TERTIMBANG (GR)
Dari hasil analisa konsentrasi etanol menggunakan GC, untuk konsentrasi glukosa 103,6 g/L, dilution rate 0,8 /jam pada pengambilan sampel jam ke-20 diperoleh hasil = 0,0106 gram, kemudian dimasukkan ke persamaan berikut : y = 1,2916 x
0,0106
= (1,2916.x)
x
= 0,00822
Kurva Standar Etanol Berat sampel = 0,6784 gr gr.. Diperoleh etanol = x 100 % = 1,2114 % (w/w) kemudian dikalikan faktor pengenceran = 1,211 % (w/w) x 2 = 2,422 % (w/w) ρ etanol dapat dilihat di Perry Chemical Handbooks ( Tabel 2-111 111))
konsentrasi etanol = % etanol (w/w) x ρ etanol , = 0,02422 x 0,99599 g/ml x 1000 L = 24 24,,1299 g /L
60
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
50 40 30 20 10 0 20
21
22
23
konsentrasi etanol (g/L)
konsentrasi gula sisa (g/L)
Konsentrasi Etanol (g/L) vs Konsentrasi Glukosa (g/L) sebagai fungsi waktu pengambilan sampel pada konsentrasi glukosa 103,6 g/L dilution rate 1,2/jam dengan bakteri Z.mobilis
24
waktu pengambilan sampel (jam) glukosa sisa
etanol
Semakin kecil Konsentrasi Glukosa Sisa Semakin Besar Konsentrasi Etanol
Konsentrasi etanol rata-rata tertinggi pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis Variabel Glukosa 103,6 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 148,22 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 191,34 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 206,22 g/L,
dilution rate 0,8/jam
Konsentrasi glukosa
Konsentrasi etanol
sisa rata-rata (g/L)
rata-rata (g/L)
7,832
32,221
58,097
87,047
31,750
49,034
58,220
39,812
Konsentrasi etanol rata-rata tertinggi pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis termutasi Variabel Glukosa 103,6 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 148,22 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 191,34 g/L,
dilution rate 0,8/jam Glukosa 206,22 g/L,
dilution rate 0,8/jam
Konsentrasi glukosa
Konsentrasi etanol
sisa rata-rata (g/L)
rata-rata (g/L)
2,974 9,022 22,505 81,197
42,9900 64,8499 79,7654
53,8327
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap konsentrasi etanol dengan bakteri Z.mobilis termutasi
70
konsentrasi etanol (g/L)
60 50 40
D=1.2/jam D=0.8/jam
30 20 10 0 103,60
148,22
191,34
206,22
konsentrasi glukosa (g/L)
Konsentrasi etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis
konsentrasi etanol (g/L)
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap konsentrasi etanol dengan bakteri Z.mobilis termutasi 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
D=1.2/ja m
103,60
148,22 191,34 206,22 konsentrasi glukosa (g/L)
Konsentrasi etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis Dari gambar diatas diketahui bahwa semakin tinggi konsentrasi glukosa maka semakin tinggi kadar etanol yang dihasilkan. Namun pada konsentrasi 206,22g/L konsentrasi etanol yang dihasilkan menurun. Hal ini disebabkan adanya peristiwa substrat inhibisi selama proses fermentasi. (+) semakin besar subtrat
semakin besar yang dikonversi menjadi etanol
(-) semakin besar subtrat
substrat dan produk bersifat inhibisi
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap yield etanol et anol dengan bakteri Z.mobilis termutasi 50 45 40 yield etanol (%)
35 30
D=1.2/jam
25
D=0.8/jam
20 15 10 5 0 103,60
148,22 191,34 konsentrasi glukosa (g/L)
206,22
Yield etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis
yield etanol (%)
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap yield etanol dengan bakteri Z.mobilis termutasi 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
D=1.2/jam D=0.8/jam
103,60
148,22 191,34 206,22 konsentrasi glukosa (g/L)
Yield etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis Yield merupakan konsentrasi etanol yang dihasilkan dibandingkan dengan konsentrasi glukosa substrat yang terkonsumsi.
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap produktivitas etanol dengan bakteri Z.mobilis termutasi
Produktivitas etanol (g/L.jam)
60
50 40 D=1.2/jam
30
D=0.8/jam
20 10 0 103,60
148,22
191,34
206,22
konsentrasi glukosa (g/L)
Produktivitas etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis
Pengaruh konsentrasi konsentrasi glukosa terhadap produktivitas etanol dengan bakteri Z.mobilis termutasi Produktivitas etanol (g/L.jam)
70
60 50 D=1.2/jam
40
D=0.8/jam
30 20 10 0 103,60
148,22
191,34
206,22
konsentrasi glukosa (g/L)
Produktivitas etanol rata-rata (g/L) dan dilution rate (/jam) pada konsentrasi glukosa 103,6; 148,22; 191,34; dan 206,22 g/L dengan bakteri Z.mobilis Semakin tinggi konsentrasi glukosa maka akan tinggi pula konsentrasi dan produktivitas etanol yang dihasilkan. Produktivitas etanol merupakan konsentrasi etanol yang dihasilkan tiap satuan waktu.
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 ZM konsentrasi ETOH (g/L)
ZM termutasi yield (%)
produktivitas ETOH (g/L.jam)
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi pada konsentrasi glukosa 103,6g/L Konsentrasi, yield dan produktivitas etanol lebih besar dihasilkan dengan menggunakan bakteri Z.mobilis termutasi.
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi 70 60 50 40 30 20 10 0 ZM
konsentrasi ETOH (g/L)
ZM termutasi
yield (%)
produktivitas ETOH (g/L.jam)
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi pada konsentrasi glukosa 148,22g/L Konsentrasi, yield dan produktivitas etanol lebih besar dihasilkan dengan menggunakan bakteri Z.mobilis termutasi.
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ZM
konsentrasi ETOH (g/L)
ZM termutasi
yield (%)
produktivitas ETOH (g/L.jam)
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi pada konsentrasi glukosa 191,34g/L Konsentrasi, yield dan produktivitas etanol lebih besar dihasilkan dengan menggunakan bakteri Z.mobilis termutasi.
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi 60 50 40
30 20 10 0 ZM konsentrasi ETOH (g/L)
ZM termutasi yield (%)
produktivitas ETOH (g/L.jam)
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi pada konsentrasi glukosa 206,22g/L
Konsentrasi, yield dan produktivitas etanol lebih besar dihasilkan dengan menggunakan bakteri Z.mobilis termutasi.
Morfologi bakteri dengan perbesaran 400x
A B A) Bakteri Zymomonas mobilis galur liar B) Bakteri Zymomonas mobilis A3 (termutasi) Bentuk Zymomonas mobilis awal yang berbentuk basil dan bercemeti dengan gerakan yang cepat sedikit berubah menjadi sedikit lebih besar dengan gerakan yang lebih sedikit. Bentuknya yang lebih besar membuat cemeti yang tidak berubah sulit menggerakkan mutan.
Perbandingan hasil fermentasi antara bakteri Z.mobilis dan Z.mobilis termutasi Bakteri
Zymomonas mobilis memiliki pH optimum 57, sedangkan bakteri Zymomonas mobilis termutasi dapat tumbuh hingga pH di bawah 5 dan pH optimum untuk fermentasi bakteri Zymomonas mobilis termutasi yaitu 4,5. Dalam hal ini dapat dilihat bahwa bakteri Zymomonas mobilis termutasi lebih tahan terhadap kondisi asam dibandingkan bakteri Zymomonas mobilis.. Sehingga dengan percobaan fermentasi kontinyu yang mobilis dilakukan pada kondisi pH 4-5 menunjukkan bahwa kemampuan bakteri Zymomonas mobilis termutasi untuk menghasilkan etanol lebih besar dibandingkan bakteri Zymomonas mobilis (Dr (Dr.. Surya Rosa Putra 2008 2008)).
Kesimpulan Konsentrasi glukosa, bakteri, dan dilution rate berpengaruh terhadap konsentrasi, yield dan produktivitas etanol yang dihasilkan. Hasil maksimal proses fermentasi kontinyu dicapai pada dilution rate 0,8 jam-1 dengan menggunakan bakteri Zymomonas mobilis termutasi : •konsentrasi etanol = 79,77 g/L (8,065 %) pada kondisi konsentrasi glukosa 191,34 g/L. •yield etanol = 47,16 % pada kondisi konsentrasi glukosa 191,34 g/L. •produktivitas etanol = 59,82 g/L.jam pada kondisi konsentrasi glukosa 191,34 g/L. Seiring dengan lamanya periode pengambilan sampel hasil fermentasi konsentrasi glukosa residu mempunyai kecenderungan semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak glukosa yang dikonsumsi oleh bakteri Z. mobilis sehingga kadar etanol yang dihasilkan semakin meningkat.
Saran Melakukan pretreatment molases yang sesuai untuk mereduksi kadar kalsium dan kadar garam-garaman dalam molases. Kondisi steady pada proses fermentasi belum dicapai sehingga perlu menambah periode pengambilan sampel dengan rentang waktu fermentasi minimal 384 jam, sesuai yang dilakukan Margaritis dkk, (1981). Dalam penelitian selanjutnya disarankan untuk memvariasikan dilution rate pada fermentasi kontinyu untuk mengetahui kondisi kritis yang dapat dicapai oleh bakteri Zymomonas mobilis dan bakteri Zymomonas mobilis termutasi. Melakukan ekstraksi terhadap hasil fermentasi supaya mendapatkan kadar etanol yang lebih tinggi.
Glukosa, fruktosa, sukrosa
Etanol
Zymomonas mobilis Mengubah gula lebih banyak Produksi etanol lebih banyak, dan lebih cepat Penggunaan biomassa lebih sedikit Tahan terhadap etanol konsentrasi tinggi (P.Gunasekaran & K. Chandra Raj, 1999)
