PRODUKSI FRUKTOSA DARI SIRUP GLUKOSA UBI JALAR (Ipomoea batatas (L.) Lamk.) SECARA FERMENTASI SINAMBUNG MENGGUNAKAN SEL Streptomyces SP- AM¢OBIL .W
TESIS MAGISTER
Disusun oleh YOPI SETIAWATI NIM. 20698050
BIDANG KHUSUS MIKROBIOLOGI PROGRAM STUDI BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2001
Dra. Nuryati Juli, MS
2001
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai hidrolisis pati ubi jalar menjadi sirup glukosa dan isomerisasi sirup glukosa menghasilkan sirup fruktosa secara fermentasi sinambung menggunakan sel amobil. Tujuan penelitian adalah memproduksi sirup fruktosa dari sirup glukosa ubi jalar secara fermentasi sinambung dengan menggunakan sel Streptomyces sp. amobil. Tujuan ini dicapai dengan menentukan aktivitas relatif glukosa isomerase dalam sel amobil terhadap sel bebas, melakukan optimasi pH untuk fermentasi menghasilkan fruktosa dari substrat glukosa murni dengan menggunakan sel amobil Streptomyces sp., dan membandingkan produktivitas isomerisasi glukosafruktosa dalam proses sinambung dengan proses curah pada kondisi pH optimum. Penelitian diawali dengan produksi sirup glukosa dari pati ubi jalar yang dihidrolisis oleh ekstrak kasar glukoamilase dari koji Aspergillus oryzae. Pada tahap ini dilakukan uji aktivitas enzim glukoamilase, pengukuran kadar glukosa, pH dan kadar asam total. Penelitian dilanjutkan dengan amobilisasi sel Streptomyces sp. dalam matriks alginat 5%(b/v) dan CaC1 z 1 %(b/v). Pada tahap ini dilakukan pembuatan kurva tumbuh, produksi sel, dan amobilisasi sel Streptomyces sp. Tahap selanjutnya adalah pengukuran aktivitas glukosa isomerase dalam sel bebas dan sel amobil serta optimasi pH isomerisasi glukosafruktosa menggunakan sel amobil dengan metode curah. Variasi pH adalah 6,6; 6,8; 7,0; 7,2 dan 7,4. Nilai pH yang menghasilkan aktivitas glukosa isomerase tertinggi digunakan sebagai nilai pH pada proses isomerisasi glukosa-fruktosa dengan metode sinambung dengan substrat glukosa murni clan sirup glukosa ubi jalar. Pengukuran kadar glukosa fruktosa dilakukan dengan metode polarimetri. Ditentukan nilai konversi glukosa menjadi fruktosa, aktivitas enzim maksimum dan nilai K M glukosa isomerase Streptomyces sp. Hasil penelitian menunjukkan aktivitas glukoamilase adalah 0,403 unit pada jam ke-48. Kadar glukosa tertinggi hasil hidrolisis pati ubi jalar oleh glukoamilase A. oryzae adalah 97,304 g/L yang dicapai pada jam ke-72. Streptomyces sp. diamobilisasi pada umur 24 jam menghasilkan sel amobil berbentuk pellet dengan diameter sekitar 2 mm dengan konsentrasi 0,13 g sel/g sel amobil. Aktivitas relatif glukosa isomerase pada sel amobil dibandingkan pada sel bebas adalah 59,31%. Nilai pH optimum isomerisasi glukosa-fruktosa oleh Streptomyces sp. yang diamobilisasi dalam alginat adalah 7,2 dengan aktivitas spesifik 0,31 unit/mg sel kering. Produktivitas proses isomerisasi glukosa-fruktosa dalam bioreaktor sinambung adalah 39,45 kali lebih besar dibandingkan dalam bioreaktor curah selama 10 jam waktu fermentasi. Konversi pati ubi jalar menjadi glukosa adalah 36,42% dan konversi glukosa ubi jalar menjadi fruktosa secara fermentasi sinambung adalah 35%.
FRUCTOSE PRODUCTION FROM SWEET POTATO (Ipomoea batatas (L.) Lamk.) GLUCOSE SYRUP IN CONTINUOUS FERMENTATION BY IMMOBILIZED Streptomyces sp. CELL ABSTRACT A study on the hidrolization of sweet potato to produce glucose syrup and isomerization of glucose syrup to fructose syrup by continuous fermentation using immobilized cell has been conducted. The objective of this experiment was to produce fructose syrup from the sweet potato glucose syrup in the continuous fermentation by immobilized Streptomyces sp. cell. This objective was accomplished by determine relative activity of glucose isomerase in immobilized cell to free cell, pH optimum for fermentation to produce fructose from pure glucose as a substrate by immobilized cell of Streptomyces sp. and to compare productivity of glucose-fructose isomerization in continuous to batch fermentation at the optimum pH. The study was preceded by production of glucose syrup produced from sweet potato starch, which has been hydrolysed by crude extract of glucoamylase from koji Aspergillus oryzae. The activity of glucoamylase, the concentration of glucose (Somogy-Nelson method), pH and concentration of total acidity were measured. The next step was to prepare fructose isomerase from Streptomyces sp, followed by immobilization in 5%(b/v) and CaC1 2 1 %(b/v) matrix alginate. First the growth curve of Streptomyces sp. was determined using dry cell weight, followed by production of Streptomyces sp. biomass and then Streptomyces sp. was immobilized in matrix alginate. The last step was optimation of pH glucose-fructose isomerization by Streptomyces sp. immobilized cell in batch method. pH variations were 6.6, 6.8, 7.0, 7.2 and 7.4. The pH, which corresponds to the highest glucose isomerase activity, was used as pH in continuous method using pure glucose or sweet potato glucose syrup as substrate. Glucose and fructose concentration were measured by polarimetri method. Glucose conversion to fructose, maximal enzyme activity and K M value of glucose isomerase Streptomyces sp. were measured. Results showed that glucoamylase activity from A. oryzae was 0.403 unit in 48 hours. The highest glucose concentration produced from sweet potato starch hydrolysed by glucoamylase was 97.304 g/L in 72 hours. Streptomyces sp. which was immobilized after 24 hours incubation produced immobilized cell in a "pellet" form with diameter about 2 mm and concentration 0.13g celUg immobilized cell. The relative activity of glucose isomerase in immobilized cell compared to free cell was 59.31%. Optimum pH glucose-fructose isomerization by Streptomyces sp. immobilized in alginate was 7.2 with specific activity 0.31 unit/dry cell weight. Productivity of glucosefructose isomerization in continuous bioreactor was 39.45 higher compared to batch bioreactor, in 10 hours fermentation. Sweet potato starch conversion to glucose was 36.42% and sweet potato glucose conversion to fructose in continuous fermentation was 35%.
vii
71 2.
Digunakannya materi penjebak enzim glukosa isomerase selain alginat karena aktivitas enzim dan nilai konversi glukosa menjadi fruktosa yang rendah di dalam matriks penjebak alginat.
