Pendahuluan
PRODUKSI ASAM SITRAT SECARA FERMENTASI
• Asam sitrat merupakan asam organik • Berguna dalam industri makanan, farmasi dan tambahan dalam makanan ternak • Dapat diproduksi secara kimiawi, atau secara fermentasi menggunakan mikroorganisme
Sejarah Asam sitrat
Kegunaan asam sitrat
• Sebelum tahun 1800 asam sitrat diperoleh dari tumbuhan (buah lemon) • 1893 : ditemukan diproduksi oleh jamur berfilamen (filamentous fungi) • 1923 : produksi pertama asam sitrat menggunakan mikroorganisme dengan cara fermentasi pada permukaan (surface culture) • 1930 : produksi menggunakan fermentor diperoleh sebanyak 5000 ton • 1979 : produksi menggunakan fermentor mencapai 220.000 ton dari 220 m3
• Industri makanan : flavouring agent, ekstrak jus buah, perasa permen, es krim,dll • Industri farmasi : dapar pH, pengawet dalam sediaan farmasi, perasa asam, dll • Industri kimia : antifoam agent, softener, campuran warna tekstil, campuran deterjen, dll
Mikroba penghasil asam sitrat • • • • • • • • • •
Merupakan metabolit primer Aspergillus niger Aspergillus wentii Penicillium luteum, P.citrinum Mucor piriformis Citromyces pfefferianus Candida lipolytica Trichoderma viridae Corynebacterium sp. dll
Biosintesis asam sitrat dalam mikroorganisme • Asam sitrat (2‐hidroksipropana‐1,2,3‐asam karboksilat) adalah produk metabolisme primer dan dibentuk dalam siklus asam trikarboksilat (TCA cycle) • Sumber karbon utama adalah glukosa • Enzim dalam jalur EMP terlibat dalam penguraian glukosa menjadi piruvat • Ketika piruvat mengalami dekarboksilasi membentuk asetil koA, residu asetat masuk dalam siklus TCA
Diagram biosintesis asam sitrat • Selama proses idiophase, enzim sitrat sintase meningkat 10 kali selama produksi asam sitrat, sedangkan enzim asonitase dan sitrat dehidrogenase berkurang • Glukosa juga mengalami katabolisme melalui jalur pentosa fosfat. Enzim untuk siklus ini terdapat pada A.niger
PEP
Piruvat Asetil coA oksaloasetat Malat
Sitrat
Fumarat Suksinat
IsoSitrat
Fermentasi asam sitrat
Medium untuk nutrisi
• Dapat dilakukan menggunakan 2 macam metode fermentasi : permukaan (surface process) dan bawah permukaan (submerged process) • Pada tahap tropofase, sebagian dari glukosa digunakan untuk membentuk miselium dan respirasi • Pada tahap idiofase, sisa glukosa diubah menjadi asam organik, termasuk asam sitrat • Produksi berkisar antara 40‐69% dalam bentuk asam sitrat‐1‐hidrat (123 g per 100 g sukrosa) atau asam sitrat anhidrat (112 g per 100 g sukrosa)
• Sumber karbon : berbagai amilum dapat digunakan (kentang, hidrolisat amilum, sirup glukosa, sukrosa, molase, dll) • Penambahan trace elements (Cu, Mn, Mg, Fe, Zn, Mo) dalam skala ppm. Bila berlebih dapat berakibat toksik • Fe merupakan faktor penentu, jumlahnya tergantung pada sumber karbon yang digunakan. Contoh : bila digunakan sukrosa murni, jumlah optimal Fe adalah 2.0 ppm, sedangkan bila hidrolisat amilum yg digunakan, jumlah optimal Fe adalah 0,2 ppm
Proses produksi • Komponen medium lainnya : sumber nitrogen, fosfat, juga diperlukan • pH harus diatur < 3.0, untuk menekan pembentukan asam oksalat dan asam glukonat. Selain itu dapat mengurangi kemungkinan terkontaminasi
• Penyiapan suspensi spora A.niger pada 25 °C, inkubasi selama 10‐14 hari • Inokulum dibuat dengan 15% gula (misalnya dari molase) • Ditambahkan ion sianida untuk menginduksi pembentukan miselium dalam bentuk pelet dengan ukuran 0,2‐0,5 mm • Setelah 24 jam, pelet dapat digunakan untuk produksi dalam fermentor
Proses dengan metode permukaan (surface process) • Medium untuk metode ini dapat berupa substrat padat atau cair • Substrat padat : wheat bran, amilum ubi (sweet potato) • Setelah disterilisasi, substrat ditaburkan dalam loyang setebal 3‐5 cm lalu diinkubasi pada 28 °C • Pertumbuhan dapat dipercepat dengan penambahan enzim amilase • Proses fermentasi berlangsung 5‐8 hari
Kondisi fermentasi • Suhu inkubasi 30 – 40 °C • Ventilasi penting untuk pertukaran gas karena produksi asam sitrat akan berkurang bila CO2 di atmosfir meningkat > 10% • pH diatur supaya asam
• Substrat cair lebih banyak digunakan karena efisien. Spora inokulum sebanyak 2 – 5 x 107 spora/m2 • Komposisi medium : (g/L) – – – – – –
Sukrosa NH4NO3 CaH2PO4 MgSO4.7 H20 ZnSO4 Ca heksasianoferat
160 – 200 1,6 – 3,2 0,3 – 1,0 0,2 – 0,5 0,01 – 0,02 0,4 – 2,0
Proses dengan metode bawah permukaan (submerged process) • 80% produksi asam sitrat di dunia menggunakan metode ini • Waktu fermentasi 8 hari • 3 parameter yang menentukan keberhasilan proses : kualitas fermentor, struktur miselium, pasokan oksigen
Perolehan kembali (product recovery) • Fermentor harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap asam, misalnya SS (Stainless Steel) • Bentuk miselium yang ideal adalah bentuk pelet dengan diameter kecil. Bila terjadi filamen dan tidak membentuk klamidospora, asam sitrat yang terbentuk menjadi sedikit • Rasio jumlah Cu dan Fe mempengaruhi bentuk miselium ini • Oksigen harus antara 20 – 25% jenuh, dengan laju aerasi 0,2 – 1 vvm • Tidak perlu dilakukan pengadukan karena viskositasnya tidak tinggi
• Pemurnian selanjutnya dengan asam sulfat, lalu diendapkan sebagai kalsium sulfat • Penambahan kabon aktif, atau ion exchange, dan kristalisasi sebagai asam sitrat atau asam sitrat monohidrat pada 36,5 C
• Jika asam oksalat terbentuk sebagai produk samping (side product), maka asam oksalat harus diendapkan dengan Ca agar membentuk endapan Ca‐oksalat pada suasana asam. Asam sitrat akan tetap tertinggal dalam larutan sebagai mono‐kalsium sitrat • Asam sitrat selanjutnya diendapkan pada pH 7,2 dengan suhu 70 – 90 C
