Pemanfaatan Limbah Kulit Nanas sebagai Substrat oleh Lactobacillus lactis untuk Produksi Asam Laktat

P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015

Pemanfaatan Limbah Kulit Nanas sebagai Substrat oleh Lactobacillus lactis untuk Produksi Asam Laktat (Utilization

of Pineapple Skin Waste As Substrates to Produce Lactic Acid by Lactobacillus lactis) Mira Andam Dewi*, Muharam Marzuki, R. Dellique Dieratu Fakultas Farmasi, Universitas Jenderal Achmad Yani, Cimahi *Corresponding email: [email protected] ABSTRAK Kulit nanas merupakan limbah yang mengandung karbohidrat cukup tinggi. Karbohidrat pada kulit nanas dapat dimanfaatkan sebagai substrat oleh Lactobacillus lactis untuk menghasilkan asam laktat melalui jalur metabolisme glikolisis. Penelitian dilakukan beberapa tahap, dimulai dari identifikasi bakteri Lactobacillus lactis, kemudian penentuan kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis pada media MRS Broth. Dilanjutkan dengan pembuatan substrat yaitu menghidrolisis karbohidrat menjadi glukosa. Kondisi fermentasi untuk produksi asam laktat dilakukan pada suhu 40 0C, pH awal 5 dan kecepatan pengocokan 150 rpm. Asam laktat yang dihasilkan selama fermentasi di analisis secara kualitatif dan kuantitatif yaitu dengan cara titrasi asam basa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar asam laktat tertinggi dihasilkan pada komposisi substrat 500 g/L kulit nanas yaitu sebesar 1,834% b/v setelah 24 jam fermentasi. Kata Kunci: Kulit nanas, Lactobacillus lactis, asam laktat, glikolisis PENDAHULUAN Kulit nanas merupakan limbah berbagai

dimanfaatkan sebagai sumber karbon pada media pertumbuhan Lactobacillus lactis untuk

pengolahan produk agroindustri yang masih

menghasilkan

asam

laktat.

Asam

jarang dimanfaatkan. Berdasarkan kandungan

merupakan

salah

satu

nutriennya, ternyata kulit nanas mengandung

pencemaran

alam

karena

karbohidrat dan gula yang cukup tinggi. Maka

sangat ramah lingkungan sehingga dikenal

kulit nanas memungkinkan untuk dimanfaatkan

sebagai the

sebagai bahan baku pembuatan bahan kimia,

biodegradable plastic raw material. Senyawa

salah satunya adalah asam laktat melalui proses

asam laktat juga dibutuhkan dalam industri

fermentasi. Kulit nanas mengandung 81,72% air,

lainnya, mulai dari industri makanan sampai

20,87% serat kasar, 17,53% karbohidrat, 4,41%

dengan industri kosmetika (Febriningrum, P. N.,

protein dan 13,65% gula reduksi (Rahman, N.

2013). Sebanyak 70% dari total asam laktat yang

A.dan Harimbi S., 2012). Dalam penelitian ini

diperdagangkan digunakan dalam makanan dan

digunakan limbah kulit nanas sebagai substrat

pengolahan makanan sebagai pengatur pH,

fermentasi. Glukosa pada kulit nanas dapat

bahan pengawet dan agent buffer. Asam laktat

solusi

laktat masalah

karakteristiknya

green solvent compound and

54


digunakan sebagai bahan pengawet makanan

dari 26 g MRSA yang ditambahkan 500 mL

dan merupakan bahan baku (feedstock) industri

aquadest, lalu disterilkan dalam autoklaf pada

polimer biodegradable, oxygenated chemicals,

suhu 1210C selama 15 menit.Biakan bakteri

pengatur pertumbuhan tanaman, dan pelarut

Lactobacillus lactis diinokulasi sebanyak 1 ose

yang ramah lingkungan. Salah satu terapan yang

dan digoreskan pada permukaan media MRSA

paling menjanjikan dari asam laktat adalah

secara aseptis, kemudian diinkubasi pada suhu

sebagai bahan baku pembuatan PLA (poly lactic

370C selama 24 jam.

acid)

yang

bersifat

biocompatible

sebagai

biodegradable alternatif

dan

pengganti

plastik non-biodegradable yang dihasilkan dari minyak

bumi, batu

Identifikasi Bakteri Starter a.

bara atau gas alam

Identifikasi

Lactobacillus

lactis

Secara

Makroskopis

(Wignyanto, Suharjono, dan Novita, 2001).

Bakteri Lactobacillus lactis ditumbuhkan pada MRSA, kemudian diinkubasi pada suhu

METODE PENELITIAN

370C selama 24 jam. Kemudian, dilakukan

Alat

pengamatan terhadap bentuk, permukaan Alat-alat yang digunakan antara lain:

dan warna spesifik dari bakteri pada media

erlenmeyer, pipet tetes, pipet volume, tabung

pertumbuhan.

reaksi, termometer, blender, pH meter, rotary shaker, pembakar spiritus, kaki tiga dan kasa, timbangan

analitik

(Sartorius

penangas

air,

batang

BL

b.

2105),

Identifikasi

Lactobacillus

lactis

Secara

Mikroskopis (Pewarnaan Gram)

pengaduk,

Bakteri Lactobacillus lactis disapukan sedikit

spektrofotometer sinar tampak (Shimadzu-

di atas kaca obyek, ditambahkan 1 tetes air,

1601), autoklaf, inkubator, cawan petri.

kemudian disuspensikan. Ditambahkan zat warna karbol gentian violet dan dibiarkan

Bahan

selama satu menit, lalu dibilas dengan air Bahan yang digunakan limbah kulit

suling. Ditambahkan Lugol dan dibiarkan

nanas dari Pasar Kosambi Bandung, kultur

selama dua menit, lalu bilas dengan air

bakteri Lactobacillus lactis koleksi Laboratorium

suling. Tetesan yang terbentuk

Mikrobiologi SITH Institut Teknologi Bandung,

dengan alkohol sampai seluruh zat warna

MRSA (Mann Rogose and Sharpe Agar), MRSB

terlarut,

(Mann Rogose and Sharpe Broth), asam sulfat 4%,

Ditambahkan

amonium klorida, aquadest, natrium hidroksida

dibiarkan selama satu menit, lalu dibilas

pro analisis, asam oksalat pro analisis, kalsium

dengan air. Kemudian diteteskan minyak

karbonat, indikator fenolftalein, TSIA (Triple

imersi

Sugar Iron Agar), kalium permanganat, besi (III)

pemeriksaan dibawah mikroskop dengan

klorida.

perbesaran 10-1000 kali.

Peremajaan Bakteri Starter Peremajaan bakteri Lactobacillus lactis

c.

lalu

pada

Identifikasi

dicuci

dibilas

dengan

air.

pewarna

safranin

dan

preparat

dan

Lactobacillus

dilakukan

lactis

Menggunakan Media TSIA

dilakukan pada media MRSA. Media MRSA dibuat 55


Media TSIA (Triple Sugar Iron Agar) diisikan

yaitu kurva serapan terhadap waktu. Data serapan

pada dua tabung reaksi, 1 tabung dibuat

yang diukur merupakan gambaran jumlah populasi

tegak

sel bakteri pada setiap fase pertumbuhan.

dan

1

tabung

dibuat

miring.

Diinokulasikan bakteri starter, untuk media yang tegak dengan cara ditusuk, sedangkan untuk media yang miring dengan cara digores. Diinkubasi kedua tabung tersebut pada suhu 370C selama 24 jam. Pengamatan berdasarkan

adanya

pembentukkan

gelembung-gelembung gas, pembentukkan gas H2S dan perubahan warna media. Jika warna

media

menjadi

kuning

dapat

diartikan reaksi positif glukosa-laktosa, tetapi jika warna media tidak berubah (tetap merah) dapat diartikan reaksi negatif glukosa-laktosa.

lactis Kurva pertumbuhan dilakukan dalam media MRSB (Mann Rogose and Sharpe Broth). Media MRSB dibuat dari 26 g MRSB yang 500

mL

aquadest.

Kemudian

disterilkan dalam autoklaf pada suhu 1210C selama 15 menit. Biakan Lactobacillus lactis usia 24 jam pada media MRSA disuspensikan ke dalam larutan garam fisiologis secara aseptis. Kepekatan diatur sehingga memberikan transmitan 25% pada panjang gelombang 580 nm. Suspensi Lactobacillus lactis diinokulasikan sebanyak 10% v/v secara aseptis ke dalam labu erlenmeyer berisi media MRSB, kemudian diinkubasi dalam inkubator kocok dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 400C. Pengamatan dilakukan setiap jam selama 48 jam dengan

kotoran yang menempel, kemudian dipotong kecilkecil,

lalu

temperatur

dimasukkan 70oC

dalam

oven

pada

untuk mengurangi kadar air.

Setiap hari dilakukan penimbangan kulit nanas. Jika berat kulit nanas 2 hari berturut-turut sama atau mendekati sama, maka pemanasan dihentikan karena diasumsikan kandungan airnya sudah habis. Kulit nanas kering ditimbang sebanyak 300 g, 400 g, dan 500 g untuk volume kerja 1000 mL, diblender dan ditambah aquadest pada masingmasing variasi berat kulit nanas, kemudian

Pembuatan Kurva Pertumbuhan Lactobacillus

ditambahkan

Pembuatan Substrat Fermentasi Kulit nanas dipisahkan dari kotoran-

mengukur

kekeruhan

substrat

menggunakan Spektrofotometer sinar tampak pada panjang gelombang 580 nm. Nilai transmitan hasil pengukuran dikonversikan menjadi nilai serapan. Data serapan dan waktu pengambilan sampel menghasilkan kurva pertumbuhan bakteri

dilakukan proses pemanasan selama 2 jam pada temperatur 800C dengan penambahan H2SO4 4% sebanyak 125 mL untuk memecah karbohidrat menjadi glukosa. Setelah proses pemanasan, sari kulit nanas disaring dan dimasukkan ke dalam botol penampung yang bersih dan steril untuk masing-masing konsentrasi (300 g/1000 mL, 400 g/1000 mL dan 500 g/1000 mL) sebanyak 250 mL. Kemudian didinginkan dalam keadaan tertutup. Keasaman medium diatur pada pH awal 5 dengan penambahan CaCO3. Ditambahkan pula 12,5 g/L amonium klorida sebagai nutrisi. Selanjutnya botol-botol yang berisi medium tersebut ditutup dengan kapas sumbat serta dilapisi dengan kertas sampul, lalu disterilisasi pada suhu 1210C selama 15 menit. Proses Fermentasi dan Produksi Asam Laktat a.

Pembuatan Starter Menginokulasi biakan kultur murni sebanyak 10% v/v dari 250 mL medium starter. Kemudian

menyimpan

botol

di

dalam

inkubator kocok kecepatan 150 rpm dengan

56


suhu 400C, selama 24 jam atau sampai fase

(terjadi perubahan warna). Total asam laktat

logaritmik berakhir. pH awal diatur 5 dengan

dihitung sebagai persentase asam laktat dengan

penambahan CaCO3.

rumus:

b. Proses Fermentasi Substrat yang telah steril dimasukkan ke

𝑉1 𝑥 𝑁 𝑥 𝐵 𝑥 100% 𝑉2 𝑥 1000

dalam inkubator kocok dengan kecepatan pengadukan 150 rpm pada suhu 400C.

Keterangan :

Diinokulasi biakan kultur murni yang berasal

V1

= Volume NaOH yang digunakan (mL)

dari medium starter sesuai dengan kombinasi

V2

= Berat sampel yang dititrasi (gram)

perlakuan yang telah ditentukan (variasi

N

= Normalitas NaOH

konsentrasi substrat). Jumlah biakan yang

B

= Berat Molekul Asam Laktat (90)

diinokulasi sebanyak 10% v/v dari 250 ml medium fermentasi. Pengujian metabolit hasil

HASIL DAN DISKUSI

fermentasi dilakukan pada awal fase log, akhir

1. Hasil Identifikasi Bakteri Starter Lactobacillus

fase log dan awal fase stasioner dari kurva

lactis

pertumbuhan. Substrat hasil fermentasi yang

Bakteri

diharapkan

laktat

digunakan sebagai starter dilakukan proses

kemudian di sentrifugasi pada 3000 rpm

identifikasi untuk melihat kebenaran dan

selama 20 menit. Supernatan dan biomassa

kemurnian kultur bakteri. Di identifikasi secara

dipisahkan, selanjutnya dilakukan pengujian

makroskopis dengan melihat warna dan

asam laktat.

permukaan koloni bakteri.Lalu di identifikasi

mengandung

asam

Lactobacillus

lactis

yang

akan

secara mikroskopis dengan pewarnaan Gram, Analisis Kualitatif Asam Laktat a.

b.

Jika larutan laktat direaksikan dengan asam

Gram positif.Bakteri di uji pula dengan

sulfat encer dan larutan kalium permanganat

menggunakan media TSIA (Triple Sugar Iron

dan dipanaskan, akan terjadi asetaldehida,

Agar) untuk melihat penggunaan gula pada

yang dapat dikenal dari baunya.

keberlangsungan hidup bakteri. Tabel 1

Jika sampel ditambahkan dengan besi (III)

menunjukkan

klorida, sampel akan menghasilkan larutan

Lactobacillus lactis.

berwarna kuning. c.

diperoleh bakteri berbentuk batang dengan

hasil

identifikasi

bakteri

2. Kurva Pertumbuhan Lactobacillus lactis

Jika sampel ditambahkan dengan larutan

Kurva pertumbuhan dilakukan pada media

iodin dan natrium hidroksida, maka akan

MRSB (Mann Rogose and Sharpe Broth) untuk

menghasilkan larutan berwarna kuning jika

memperoleh

hasil

yang

mengandung asam laktat.

dibandingkan

pada

substrat

Analisis Kuantitatif Asam Laktat Pengukuran total asam laktat tertitrasi

lebih

akurat

fermentasi.

Suspensi sel bakteri sebanyak 10% v/v dengan transmitan 25% diinokulasikan pada media

dilakukan dengan metode Fardiaz (1987). Sampel

MRSB.

Pengukuran

pertumbuhan

bakteri

sebanyak 5 mL di titrasi dengan larutan NaOH 0,1

dilakukan dengan metode turbidimetri, yaitu

N dengan indikator fenolftalein. Titrasi dihentikan

melihat jumlah sel bakteri dengan mengukur

setelah terbentuk warna merah muda yang tetap

kekeruhan dengan spektrofotometer pada 57


panjang gelombang 580 nm yang dilakukan

fermentasi dilakukan pada awal fase log, akhir

selama 48 jam dengan selang waktu 1 jam.

fase log dan awal fase stasioner dari kurva

Metode tersebut termasuk metode tidak

pertumbuhan.

langsung, karena tidak dapat membedakan

menghasilkan reaksi positif untuk semua

antara bakteri yang hidup dengan yang sudah

sampel yang di uji, dari sampel awal fase log

mati sehingga seolah-olah tidak ada fase

(kemungkinan jam ke 3) hingga awal fase

kematian

stasioner (kemungkinan

(Dwipayana

Ariesyady,

2009).

dan

Kurva

Herto

Dwi

Semua

analisis

kualitatif

jam ke 21-24).

pertumbuhan

Sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa

memberikan informasi penting mengenai fase

asam laktat telah diproduksi dari awal fase log

pertumbuhan dan metabolisme bakteri. Hasil

dan terus bertambah hingga awal fase

kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis pada

stasioner.

media MRSB memiliki tipe pertumbuhan yang

5.

Analisis Kuantitatif Asam Laktat

hampir sama seperti semua bakteri pada

Untuk mengetahui kadar asam laktat yang

umumnya, yaitu terjadinya fase log yang

berada pada sampel, maka dilakukan uji

dilanjutkan dengan fase stasioner.

kuantitatif dengan metode titrasi alkalimetri.

Berdasarkan hasil kurva pengamatan

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa

pertumbuhan Lactobacillus lactis pada media

komposisi substrat terbaik yang menghasilkan

MRSB, diperkirakan memasuki awal fase log

asam laktat paling banyak adalah 500 g/L kulit

pada jam ke 3, akhir fase log atau awal fase

nanas dibandingkan dengan komposisi 300

stasioner pada jam ke 21-24, dan hingga jam ke

g/L dan 400 g/L kulit nanas. Untuk komposisi

48 masih mengalami fase stasioner. Menurut

500 g/L, kadar asam laktat pada jam ke 3

Stacy (1998), menyatakan bahwa waktu

adalah 1,726% b/v dan pada jam ke 24 setelah

pertumbuhan optimum bakteri Lactobacillus

fermentasi kadar asam laktatnya 1,834% b/v.

delbrueckii subsp. bulgaricus adalah 12-18 jam

Sedangkan untuk komposisi 300 g/L dan 400

(Pratama, Ridho, 2012).

g/L, kadar asam laktat pada jam ke 24 setelah

3. Proses Fermentasi dan Produksi Asam Laktat

fermentasi

secara

berturut-turut

adalah

Hasil metabolisme pada saat lag phase sebagian

1,375% b/v dan 1,747% b/v. Perbedaan asam

besar

laktat yang dihasilkan selama fermentasi dapat

berupa

asam

laktat

yang

dimanifestasikan oleh adanya penurunan nilai

disebabkan

pH. Produksi asam ini suatu saat menjadi

dibutuhkan untuk bakteri berkembangbiak.

penghambat dalam pertumbuhan mikroba

Pada komposisi 300 g/L dan 400 g/L kulit

yang bersangkutan (efek negative feed back)

nanas kemungkinan nutrisi untuk bakteri

(Koroleva, 1991), yaitu ketika telah mencapai

belum tercukupi secara sempurna sehingga

fase stasioner bakteri tidak tumbuh lagi bahkan

asam laktat yang dihasilkan pun jauh lebih

banyak yang lisis atau mati (Usmiati, Sri dan Tri

sedikit. Sedangkan pada komposisi 500 g/L

Marwati, 2007).

kulit nanas, nutrisi untuk bakteri telah

4. Analisis Kualitatif Asam Laktat

oleh

faktor

nutrisi

yang

tercukupi sehingga bakteri dapat tumbuh

Untuk mengetahui keberadaan asam laktat

secara optimal dan menghasilkan asam laktat

pada media fermentasi, dilakukan uji kualitatif

yang lebih banyak. Menurut Nystrom (2004),

terlebih

ketika sumber nutrisi tercukupi, sumber

dahulu.Pengujian

metabolit

hasil

58


nutrisi akan digunakan untuk pertumbuhan,

akan dikonsentrasikan untuk survival atau

sebaliknya ketika sumber nutrisi ada pada

bertahan hidup (Yudhi, Andri, dkk).

jumlah yang terbatas, semua energi mikroba Tabel 1. Hasil Identifikasi Bakteri Starter Lactobacillus lactis Lactobacillus lactis No.

1

Bentuk Pengamatan

Makroskopis dan Mikroskopis

2

Hasil

Pustaka

Bentuk

Batang

Sesuai

Permukaan

Licin

Sesuai

Warna

Putih

Sesuai

Pewarnaan Gram*

Gram positif Sesuai Laktosa/sakarosa (+) Tegak Sesuai Gas H2S (-) 3 Media TSIA Glukosa (+) Miring Sesuai Gas dan gas H2S (-) Keterangan : )* = Berdasarkan pustaka Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology sebagai acuan pemeriksaan. 2.5000

Serapan (A)

2.0000 1.5000 1.0000 0.5000 0.0000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Waktu (Jam) Gambar 2. Kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis dalam media MRS Broth yang diukur menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 580 nm

5

pH

4 3 300 g/L 2

400 g/L

1

500 g/L

0 3

4

5

18

19

20

21

22

23

24

Waktu (Jam) Gambar 2. Kurva penurunan pH substrat kulit nanas selama proses fermentasi

59

Total Asam Laktat (% b/v)


2 1.5 300 g/L

1

400 g/L

0.5

500 g/L

0 3

4

5

18

19

20

21

22

23

24

Waktu (Jam) Gambar 3. Kurva total asam laktat dalam substrat kulit nanas yang dianalisis dengan metode titrasi alkalimetri KESIMPULAN

Konsentrasi substrat terbaik yang menghasilkan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah

asam laktat paling banyak adalah 500 g/L kulit

dilakukan dapat disimpulkan bahwa substrat

nanas dibandingkan dengan konsentrasi 300 g/L

kulit nanas dapat digunakan sebagai media

dan 400 g/L kulit nanas, dengan total asam laktat

pertumbuhan

1,834% b/v setelah 24 jam fermentasi.

bakteri

Lactobacillus

lactis.

DAFTAR PUSTAKA Dwipayana dan Herto Dwi Ariesyady. 2009. “Identifikasi Keberagaman Bakteri Pada Lumpur Hasil Pengolahan Limbah Cat Dengan Teknik Konvensional”. Institut Teknologi Bandung. Febriningrum, P. N. 2013. “Pengaruh Konsentrasi Substrat Kulit Nanas dan Kecepatan Pengadukan terhadap Pertumbuhan Lactobacillus plantarum untuk Produksi Asam Laktat”.Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. Volume 9, No. 3, Hal. 144-151. Pratama, Ridho. 2012. Pemanfaatan Metabolit Ekstraseluler Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Dalam Pembentukan Nanopartikel Perak. Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Rahman, N. A. dan Harimbi S. 2012. “Peningkatan Kadar Bioetanol dari Kulit Nanas Menggunakan Zeolit Alam

dan Batu Kapur”. Jurnal Teknik Kimia. Volume 6, No. 2, Hal. 46-49. Usmiati, Sri dan Tri Marwati. 2007. “Seleksi dan Optimasi Proses Produksi Bakteriosin dari Lactobacillus sp”. J.Pascapanen. Hal. 27-37. Wignyanto, Suharjono, dan Novita. 2001. “Pengaruh Konsentrasi Gula Reduksi Sari Hati Nanas dan Inokulum Saccharomyces cerevisiae Pada Fermentasi Etanol”. Jurnal Teknologi Pertanian. Volume 2, No. 1, Hal.68-77. Yudhi, Andri, dkk. “Proses Fermentasi Pati Singkong Mentah oleh Lactobacillus plantarum B9 (Kajian Jenis dan Konsentrasi Sumber Nitrogen)”. Universitas Brawijaya Malang.

60

Pemanfaatan Limbah Kulit Nanas sebagai Substrat oleh Lactobacillus lactis untuk Produksi Asam Laktat

Recommend Documents