HASIL. DAN PEMBAHASAN
Penelftian 1. Pengaruh Sumbet*K a h n Terhadap Pruduksi 8iusurfaMan
Oleh laalat Lokstl Bacliius sp. B M 14
Pendahuluan Produk utarna proses fermantasi dibntukan obh pemilikn sumber
karbon, temtama trih p m k dihasilkm dari asimifasi langsung sumbr k a b n tersebut. h j u metabotisme sumber karbon akan krpenganih W ~ a d a p pemhntuitan biomassa dan produk (Stanbury dan Whitaker, 19841, Peningkatan iconwntrasi sumber ka-n
akan meninhjkatkan biomssa dan perolehan
biosurfaktan sampai pada W s terterrtu, di atsas konmntrstsi brsetbut produksi biamassa d m bisurfalctan akan menunm. Surnber karbon juga akan mernpengaruhi stnrktur rnobkul biasurfakm yang dihasifkan. Smirfur moieirul tersebut
akan brpenganrtr terhadap
kernampuan biosuifak&n untuk
menunrnkan tegangan parmukaEln (Dasai dan hsai, 1953).
Penelitian Yakimof & al., 1995 mnunjukkan bahwa B. lichenibmi
mampu menggunakan bemagai sumber karbwr untuk perkrmbuhannya, sepgrti arabinosa, fruktosa, galaktosa, glukosa, inutin, manitol, mstil-D-glukosida, sarisin,
sorbitol, pati dan xilosa, narnun tidak mampu menggunakan hktosa, rndibiasa,
rafinosa atau rhamnasa. Di antam berbsagai jenis sumbar ka&an iers&ut, yaw terbaik Etcisrlah gfubsa dan sukrusa. Jenny et al. (4993) juga menyatakan bahwa di sarnping gfukosa, 8. l i c b ~ i f o m sclapat menggunakan sukrasa sebagai
sumber karbannya. . BaciIIus sp. mrupakan mikroba yang rnmggunakan substrat yang Larut air
sabagai sumbr
icafbon untuk mamproduksi bisurfaictan. B.
suM!is
msrnpfoduksi surfaktin selama fasa ekspanensial dan rnaningkat sehrna transisi
ke fasa
stasionar
(Cooper ef a],, 1981 dan Kluge et a!., 1988). Setelah
rnsmasuki fasa stlasionar, 8. sufitdis akan mmproduksi tiopeptida lain yang
disabut ihtrin (Hbid et a/., 1W). Cooper et a!+(1981) menyatabn bahwa me## hmik untuk mempraduksi
surfaktin oleh B. subtilis adabh filukosa 4 D/o dalarn media garam minerat. Di
antam berbagai jenis gula, tamyata B. subtBIis termofilik paling manyubi sukrosa 2 % dan glukosa 2 96, dengan hasil biasurf:aktan masing-masing sebemr
0,744gjk dan 0,652 @L(MaWtar dan Cameatm, 1997). Javaheri et el., (1985) bedasarkan pemlitiannya menyatakn batnva konmtrasi glukosa terbaik
adalatr sebasar 20 g k dengarr nisbah C/N sebesar 16. Yujuan psnalitian ini acjalah mengkaji pangaruh janis
an
kansentrasi
surnber karbon (glukosa,Fruktosa dan sukrosa) tertradap prktmbuhan biomassa sol dan p d u k s i biosurfaktan ol8h isoiat fob! Bacj!/us sp BMN 14 Hasil penalitian ini akan digunakan wbagai m a n daBm rnalakukan fomuiasi media
menggunakan tetss tabu yang diparkaya cjengan sumber nitrogen yang $#pat,
Woda Penditlan
Penefitian diawafi dengan melakukan penyegamn isolat lokaf Eacjllus sp. BMN 14 chn penentuan waktu propagasi. Media propagasi yang digunrrkan
mengacu pada media garam mineral menggunakan gtukusa s e m i sumber
kamn (Cooper et at., 1981 dangan m d ikasi Sen et a{,,1997). Pada p e r d a a n
pangaruh glukosa, kuktasa dsn sukrasa, mka jenis gula pada media (Tabel 3) disasuaikan dengan perlakuan yang dibrapiran, Inkubasi dilakukm pada penangas air icocak dengan kecepatan agihsi 140 rpm dan suhu 37'~. Panentuan wsktu prupagasi yam tapat, dilakukan cfwlgan penhlambilan cantoh
satiap 3 - 6 jam dams 51 jam, Pengarnatan yang dilakukan mliputl biomssa
dart tegangan permuban. Kurva prtumbuhan diperoleh dengan pmgaluran bbmassa dan tegangan parmukaan terhsndap waktu propagasi. lnakulurn yang
digunakan unkrk fermentasi sebanyak 10 % ( v k ) dari media yang digunakan.
Penalisn pengaruh sumber karbon (glukosa, fruktusa dan sukmsa) dengan mgam konsentrasi 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 % bkr dilakukan manggunakan labu erlenmeyer 250 mi berisi 50 ml, lnkubasi dilakuitrin pada
penangas air kocak cfengan kecepatan pangadukan ?40rpm dan suhu 37 'C. Pengambilan m t o h dilakukan tiap 3 4 jam selsrna 48 jam. Analisis
yaw
dilakukan
rneiiputi pemlehan biomassa, &gangan
pmukaan, biosutfaktan irasllr sebagai enciapan asam den gula sisa. Parameter kimtika yang dihitung msliputi faju pertumbuhan spsifik (p), rendemerr
penggunaan substrat untuk pernfaerrtukan pruduk (YpIs), rendemen penggunaan substrat untuk pembentukan seI (Yxla) dan rendemen pernbentukan produk akh
biomassa (VpIx).
Pmoaaasi Kurva prturnbuhan yang merupakan pngaluran antam biomassa dm tqengan permukaan dams waktu propagasi dapat diiihat pada Garnbar 8, Data nilai biomassa dan tsgangan permuban d a m dilihai pada hmplran 2.
Set&& dilakukan inakulasi pads media pmpagasi, terjadi fa= fag yaitu
pericde dirnana tidak narnpak adanya perturnbutran sel, karena sei rnasih melakubn adaptasi terhadap kondisi yang bru.
Pada proses komersial,
lamanya fasa lag haws diusahakan sapendek mungkin m a n manggunakan inokufum yang @at (Stanbury
dan Whiirar,
1904). Di sarnping itu media yam
cligunakan untuir menurnbuhkan inokulum haws sedeicat rnungkin dengan
kompusisi media fermentasi (hiley dan Ollis, 1986). Hasil pewamatan
perturnkhan sel sslarna propapsi rnenunjukkan bahwa fasa fa=
lag
berfangsung mmpai jam k e 3 wa ktu propagasi.
7
60
6
w f E
V
35
B
40
8
g3
30
3
E d
z
L 8
"1 0
2
40
1
#-
0
0
0
6
12
1 8 2 4
3 3 3 6 4 2 4 8 5 4
WnW (lam)
Gambar 8. Kurva perturnbuhan BmYIus sp. BMN 14
Setelah jam ke-3 propagasi, pdumbuhan rnikmba mulai rnemasuki fasa ekspanensiat (Iogaritmik), y a k sarnpai jam ke-30. Selanjutnya diikuti dengan fasa stasioner yang ditartrjai cbngan jumlah biarnassa yam miatif %tap. Pads akhirnya lamb& atau cepat jurnIah biornassa ekan menurun sebagai akibaf
rnetabdisma gcarnslihaman atau otolisis (Pirt, 1975). Salama wakki propagasi, tegangan prmukam cenderung menunrn sampal waktu tettenfu, sehnjutnya tabp. Penurunan tegangan permuban dapat mengindiirasi dipruduksinya biosutfakbn, Hal ini dipericuat clangan mingkatnya
bum y m g terbantuk. Pada fasa ekspanensial, taju perkirnbuhan menwpai mahimurn dan
akhirnya kultur mulai memasuki fasa stasioner sebagai Eskiht brjadinya
kehabisan ham, akurnulasi pruduk pengharnbat m u pewbatran lingkungan fisik,.
lama fase ekspanensial terglantung olett konsentrasi awal substrat pembatss (?id, 1975). Konwntmsi biamassa tertinggi pada saat propagasi adalah sebsaf 6,20 g/L. Berdasariran hasil tersebut, maka ciintukan waktu propagasi untuk
penefitiart t a k p sslanjutnya adalah 30 jam (atau seknding dengan densitas aptik 2 0,9). Hal ini sejalan dengan yang dinyatakan miley dm Ollis (1988) yaikr
bahwa kuFtur untuk inokulasi hams seaktif mwigkin dm inokufasi dileksanairan pada fasa prtumbuhan ekspomnsial. Kaiian Penslaruh Glukosa brhadap Produksi Biosurfaktan (1)"Biomassa Hasit pelitian produksi biosurfaktan pada labu
k m k derpn
menggunakan ragam konsantrasi glukusa (q, 2, 3, 4, 5 dan 6 % bh),
menunjukkan bahwa pruduksi biarnassa tertinggi pada fasa ekspmmsial terjadi setebh 30 jam femantasi (Lampiran 3). Satelah wa&u tersebut berlangsung fasa stasioner (Gambar 9).
Pmduksi biornassa taFtinggi d i p a i dengan penggunaan konsenhsi
glukasa sebesar 4 %, yaitu sebesar 6,35 gk yang dicapai p d a jam ire30 dengan nilai laju perturnbuhan spesifik (p) sebesar U,U65 jam-'. Penggunaan
konsentrasi gfukasa hbih besar dari 4 % nmranyebabkan nilai p manurun.
Ereasham (1995) mmyatakan khwa tingkat kon-si
sumhr karbn dafarn
media sangat atpnganrh terhadap pertumbuhan sel dm Hal ini diwbaMtan
terjadl p e r i s m represi icatablit, yaitu j i b ironsentrasi guh tinggi akan t e w i penghamWn sintesis enzim yaw terlibert pada SiMus Kmbs dan ranhi
perpindahan elektron, sahingga respirasi targanggu (Smgg, 1991). Bila kansentrasi gula sangat tiF1ggi aka# brjadi perkdaan teitawn osmatik yaq
dapat rnenyebabkan plasmotisis. p a n g ef el,, 1978; Rhem dan Reed, 1989). Konssntrasi substrat
yang
terlakr tinggi rnenyebabkan pngharnbatan
pertumbuhan clan pambentubn produk (Pirt, 19'75).
adangkan penggunaan konsantrasi glukosa yang Ihih randah dari 4 % rnenunjukkan hasil yang hiurn optimal. Nilai p dangan konsmtrasi glukosa 1, 2,
3, 5 dan 6 a/p masing-masing sebsar O , W jam"'; 0,W jam"; 0,083 jam"; 0,083 jam'' ; dan O,W1 jam*' (Tabel 4). Penanturn nitai p disajikan pads
Lampiran 4. Hasil penelitian Kim et a!. (1997) juga manunjukkan khwa dengan penggunaan konsgntrasi giukosa yang leblh besar daripada 40 g/L (4 %) rnenyebabkan terjadinya penurunan produksi biasurfaktan oleh BaciIItls sp .
Glukosa mewpakan seny a m manasakarida yang umurnnya krsifat paling mudah dirnetabolisma ateh mikroba dibsrndingkan jenis gula lainnya,
sehingga disebut sebagai substrat primer (Wang at a/.,39781, Hal ini disababkan glukosa dengan eep& larut dalam air karena bersifat polar dsngan adanya gugus
hidroksil pada mokkulnya (Pelczar el:a!., 1993). Senysnwa ini marupakan sumber karban dan energi utama bagi semian besar mikroba sertka rnenjadi M C awal
kehnyakan lintassan rnatabolisme mikrak (Hommel, 1993). Sebagal comb k o n w i glukosa menjadi senyawa antara kunci yaikr asam piruvat yaw disetsut
s e m i glikofisis atau lintasan Embden-Meyerhof. Pada glikoslis tersebut setiap
malakul gtukusa akan mengtaasiliran dua malekul asam piruvat (Gambar fO).
Asam pirwert merupakan smyawa arrtara unbk pmtwnkrkan bhagai asam
amino dan asam kmak yang mnrpakan kompanen bbsurfaktan ~~langinn lipopeptida.
(2).Tegangan Frannukaan Twangan pemukaan brand&, yaitu sabesar 28,QmN/m juga dimpai
M g a n pmggunaan konsentrasi glukosa 4 % yang brjadi pada jam ke3Q (Garnbar 11). Data nilai tegawan permukaan disajiksan pada tampiran 5. Produksi biosurfaktan krhubunpn #rat dengan penunrnan man-n permuban. Hal ini disebabkan biosurfaktarl rnerupakan senyaw amfipatik, yaikr
mampunyai gugus ttidrofilik dan hidrafobik, sebingga marnpu mianurunirtiln
tegangElt3 ptamukaan ssampai dicapainya konmntrasi rnisel ZrMs (KMK). Di atas nilai KMK, paningkatan kanmtrasi Mosurfaktm tidak m r r a ny&
menurunkan
tqpngan pemukaan. Yegangan permuban terendah dan kanswtrasi minimal surfairtan untuk rnemmtuk misel (KMK) menrpaitm parameter yang digunakan
untuk mnentukan efisiensi suakl surfabn (Fiechter, 1992). Hasit permban m a !ahkocok ini menunjukkan khwa tegangan permukaan terendah yaitu
sesuai dangan hasil pmeiitian lain, antara lain Kim et a!, (1997) yaw menyatabn h h w a produksi biataurfaktan afeh 6. suMiIis C9 brasosiasi -ran
pgrturnbuhan, yang narnpak dari kebrkaitan m r a pafafef antara praduksi
biosurfatrtan, prturnbuhm saf dan konsurnsi glukoga. Hasil psnelitian ini juga sejalan dmgan pernyataan Multigan dan GiWs f1981), yaitu pruduksi biosurfaktan optimal tajadi pa& akhir parturnbuhan dspanensial pada hju yaw
lambat.
2.4 2.2
2
9 4.8 *.
? 1.6
f 9
1.4
1.2
5 , 0
8 0.8 0.8 0.4
0.2 0 0
6
12
1B
24
30
36 42 WaMu (jam)
48
+Elukosa I% +Glutcasa 2 % +Glukasa 3 % +Glukosa 4 % +Gtukasa 5 +Glukoaa 6 % Oh
Garnbar 12. Biosurfaktan kasar yang dihasilkan deh Bgcillus sp. BMN 34
pada fermen&si labu kacok dengan ragam kansentrasi gkrkosa Biosurfaktan kasar Wrtinggi dipamleh dwgan rnenggunakan k o n W a s i
glukasa 4 % (CM = ? 3,42) yaitu sebesar 2,23 gA yaw dicapai pada jam ka-38. Pada konsentrasi glukosa tersebut diduga mcarupakatl icansentrasi opt#malyang
dapat disimilasi aleh BacifIus sp. BMN 14. Kfuga ef a!. (1988) juga
menyimpulican bahwa biasinkesis biosurfaktan optimum terjdi @a ekspomnsial, tenr&ma pad& akhir fasa
fasa
eksponsnsial. Bedasarkan hasil
penelitian tersebut brlihat h h w a sernskin tinggi kansentrasi glukosa (nisbah GIN) akan maningkatkan produksi biusurfaktan kasar sampai p d a tingkat
konsantrasi tettmkt, mlanjutnya produksi biiosurfaktan kasar akan menurun.
(4). Guia Sita
Glukasa (CsHlzOa) marupakan gula sederhana yang digunairan oleh kebanyakarr mikroh u ~ u kmengksifkan energi, dengan permmaan sebagai
bedkut, CsH12Os +8U2 b .
6COz+43H20f 3,9kkaWggiuko~a
......,..............
(13)
Pada kenyatamnya, reaksi fersebut tidak semdertrana itu, namun metalui tahapan yang cukup panjang. Tahap pertama glukusa diubah menjadi guh fusfat, blu mnjadi gub beritarbon tiga (Qiosa) dan terakhir &can tefbentuk piruvat Reaksi Ini tidak mernerfuksm oksigen. Selanjutnya senyam piruwt
tersebut dioksidasi clewan sarangkaisart reaksi aksidasl yang dikanal sebagai Siklus Krebs. Energi akan dihasilkan dad glukusa pads tahapan raaksi tertenkr.
Gula sisa rnerupaksm residu gula yaw balum dikmwrsi oieh mikraba, yang besarnya tergantuq kemampuan mikruba untuk mngkonversi guia manjadi biomassa atau prwktk. Hasif pequkuran gula sisa (Lampiran 7) pads
caimn krmcantssi disajikan pada Gambar 13. Terfihat bahw pada kunsentrasi glukosa 8 %, konsurnsi glukosa olsh rnikroba l&ih randah dibsandingkan dengan
kansentmsi gtukosa yang lebih rendah dari 8 %.
Panggunaan substrat gula yang rnalebihi konsentrasi opfimalnya dapat rnanyababbn tejaditlya efek pengkrnbatan aleh substrat. Hal ini dapat
rnenyebaican tejadinya penurunan laju partumbuhan spesifik dran pads konsetltrasi gula yang sangat tinggi psrtumtxrhan sel akan bethenti. Pirt (f975)
rnenyatakan bahwa pa& kultur curah, p@nghamb,ahnpertumbuhan sel tarjadi jib konsentrrrsi MI
substrat pambatas ndainya lebitl besar dari kansantrasi
kritis substrat. Kunsenfrasi kritis substrat merupabn kunsenmsi substrat yang dapat rneraghasdkan fajuprtumbuhan spesifik tertinggi.
0
6
12
18
24 30 Waktu oam)
42
48
I
Gambar 13, Gula sisa cairan Fementasi pada femntasi labu kocak cbngan
ragam kmsentrasi glukosa (5).
w Laju W m b u h a n mikruba dan pmbentukan produk sangat tergantung
pada pH mdbclia farmwtasi, karena pH &pat rnsmpengawhi kineja mmbran se1
mikraba, m t i m dan kumponen intrasslular hinnya (Judmrnidjojo et a/., 1989).
Pengamatan nilai pH media fementasi dapat digunakan untuk rnmgatahui actanysa aktiviters prtumbuhan sel (Lampiran 8). Di samping itu pH akhir menunjukkan adanys aktivitas m i m a untuk rnengiconwrsi subs&-at+Semakin besar icanwrsi substrat, mska wrnakin b e a r pula pnurunan nilai pH,
Nsaran nihi pH s l a m XFsmentasi adalah antam 5,98 - 6,?0 (Gambar 14). Nilai pH ini masih pa& batas bleransi bakteri pa& umumnya. Hasil
panelitian Richana (1997) menunjukkan kisaran pH 8 - 7 mewpaitan pH terbaik
untuk perturnkhan BaciIIus sp. BMM 14. Selama fementasi pH csnderung
menurun sat>agai indikasi adanya akfjvitas pertumbuhan rnikroh. Pmururtan nilai pH clap& diwbabkan oleh sumkr nitrogen yang digunakan dan terbentuknya asam arganik sslama fermsntasi berlangsung. Wang at a/., (1978) manymitan batrwa jika dalam media temprat ion
ammonium, maka nilai pH miran femantasi c#ndenrng menurun. Hal tersebut
diwkbkan ammonium nitrat yang brdisosiasi (MH47 akan d'igunabn aleh mikrobs untuk psrnbbkan wl dalam h t u k R- NH3*, dengan R adafah kawngka karban. Ian H' yang brtinggat &lam media inilah yang rnanyebabkan nitai pH menurun, Asamasam organik dapt tewntuk sebagsi airikt
metabalisme ksrbohidrat. Samakin banyak asam wganik yang ahasilkan, maka
nifai pH a h n makin mnumn. Metnurut James et a/., (19921, pa& kundisi a#r&ik, sbma fasa ekspanensial, glukosa akan diubah mpdi asam asatElt d m asam piruvat W t u m rnemasuiti @hap reaksi metabulisme Mrikutnya.
Mamun pnuntnan pH tembu$ tidak tsrlalu drastis, kamna pada media bmentasi terkandung buffer fosfat, yaitu KH2F3Qqdan NazHPQ4. 8Pa terbanhik
ssnyawa ymg krsifat b a a , maka airan dinakalisir abh KHz-,
sebaliknya bila
t m n t u k sanywa yang hersifat asam, mnka a b n dincstralisir &ah Na2HP04,
Dengern penggunaan buhr tersebut, perubahan nilai pH tidak Watu nyata, sehingga tidak rnengganggu pertumbuhan mikroba.
Gambcnr 14. Milai pH caimn fermentasi pacia fementasi I a k kocok m a n
ragam konsentrasi gbkosa
Rangkumsn nilai biomassa tertinggi, twangan permukarjln tarendah dan biosurfaktart kasar brtinggi mrta p m m e b r kinetika m a r u h konsantrasi
glukasct terfiadap produksi bbsurfaktan hi disajikan pa& Tatwt 4.
Tabel 4 . Rangkuman nilai biomassa, twangan permukmn dan biasclrfaktan kasar serta parameter kinetika pgaruh ragam kunsentrasi gfukosa pada bmsntasi Iabu kacok
Kriteria yang digunakan untuk rnenyimpulkan ironsmtmsi glukosst yang
optimal mengacu pada Pirt (1975) yang mmyatakan
bafiwa
pengembangan
proses mikrubial untuk pernkntukan praduk brtujuan untuk rnemaksimumican
tiga parameter yaitu : (1). tenclamen produk per s-n
bobat substrat yang
digunakan, (2). konsentrasi gmduir dan (31, laju pemiwntukan pmduk, Selain itu
twangan permuban minimum yang dapat dicapai juga sebaiknya dipettimhgican, $arena rnerupakan parameter yaw
digunakan untuk
mensntukm eflsiensi suaftl biostlrfaktan f flectrter, 1992).
Bila ditinjau dari segi rendemen fermentasi, glukosa 4 % manshasilkan
biosut#aktan iabi tinggi dibmdiwkan dangsn konsentrasi glukusa lainnya. Walaupun nilai Ypls sabesar 0,081 g produklg substrat buitan nilai yang brtinggi,
namm pada kansantrasi glukasa 4 % tersebut diperalah kansentrasi biosurfaktan kasar brtinggi, yaitu 2,23 giL dan laju pembentultan p d u k tadrtinggi
ssbemr 0,074 &,jam (data pa& hmpiran 9c)s e a Hilai tegangm pamukaan temidah (29,O mNim). Rendemen #cam tidink Irangsung menunjukkan H s h s i
proses. Dmgan demibn &pat
dikatakan bahm dilihat dari Msitsnsi
psnggumn substrat dengar*, kanmtrrasi gluitosa 4 %
yaw paling M k ,
wmun la& pemtwntukan prduk tertinggi clan afisiensi m
u
m biasurfaktan
yaw dilihat dari niki Wngan pennuban @rendah. Hasil hi ditunjang pula dengan nibi Yp/x y m g tertmggi, p i t u 0,387g pmduk/g biomassa. Hal inihh
yaw menjadi dasar digumkannya konlsentrasi giukosa 4 % pa& panalitian Wwp anjutnya, Cantoh penentuan niki rendmen, p r h i t w ~ nnisbah CEN
dan Iaju p e m k n h k m produk dapat dilihat pada Lampiran 9.
(4 ).Bioma-a
DFxta hail pmgukuran biomassa &pat dilihat pacia lampiran 10. Hasil penal-
rnenunjukkan khwa pduksi bimassa maksimum m g i dkapai
den@# pmggunaan ironsanhsi fruktosa ssbesar 3 %, yam rPebasar 3,23 gk (Gambar 15). Kmsmtmsi biomasw yaw brtinggl W g a n pqgunaan konsentrasi fnrictosa 3 % temebut masih kbih mdah dihndingkan dengan pmggpmatiin glukosa 4 %, Hat ini di-bkan
fruktusa bnrs diukh mnjadi
fnrktosa-3-fasfat brlebih dahulu, sebslurn dapat mamasuki mi ( GarnbarlU). Hal ini rnenyebabkm bhap reaksi ymg kbih panla* darn
warn yang Wih Lama
dalam psmamfaatbbnfmktasa sebagai surnbr ka-,
NW
p d-n
konsgntrasi fmktosa 3 % tmeW &sar
0,W2 jam*'.
Penggunaan konsmb-asi fruktusa hbih M I m u IWh b s a r dad 3 %
mtanunjukkan hasil yang let>&mdah (Tabel 5). Umumnya pcsngguman
konsentrasi substrat yang tinggi menyebabkan
panuman Iaju perturnbuhan
spssifik
Gambar 15,Biamassa yang dihaslkan oleh Baci//us sp. BMN 14 pada Ferrnentasi labu kocak dang an rag am konsenttasi fntktosa
Nilai tegangan permukaan terendah diperoleh dengan penggunaan
fruktasa 3 %, yaitu sebesar 29,4 mN/m yang dicapai pada ferrnentasi jam ke-30 (Lampiran 11j. Pada Gambar I 6
dapat dilihat poia psnurunan tegangan
permukaan dangan penggunaan fruktosa 3 % selama fermentas1 yang mirip dengan pola penurunan tegrangan pafmukaan dengan penggunaan glukosa, narnun dengan nilai tegangan permukaan yang lebifi tinggi.
Gamhr 16 . Tqangan permukaan caimn farmentasi pada fermentasi labu
k m k dengan ragam konsentrasi sukrosa (3)-8iosurl"aMan Kawr Hasil pengam-n biosurfakhn kasar
(Lampiran 42) munjukkan hhwa p r o M a n
tertinggi umumnya dihasilkan pada jam ire-30 %rmmtasi
(Gambar 17)). Hat ini sejalran dewan pmduksi biarnassa yang mencapai
puncaknya setelah fgrmentasi hrlangsung selama 30 jam. Biasurfaktan k s a r tertinggi dicapai dengan pnggunaan fruktosa 3 % (Cm
= 8,57),yaitu sabasar
t,48 Q k Dibandingkan dengan glukosa, biosurfaktan kasar yang c l i r a b h dangan rnenggunakan fruktosa lebih rendah. Hal ini diwbabkan fcuktosa yang
merupakan senyawa ketuhsksosa hams diubah manjadi fruktosa-1-fosFat tet-rebih
dattulu mbdurn mamasub sef. Selanjutnya rnobkuf fruktosa ternbut akan
memasuki tintasan giikotisis #perti hatnya matakul glubsa.
57
1.3
2 3.4 m
W
g 1.2
2
c:
1
3f 0.8 8 0.6 b 0.4
0.2 0 0
12
6
18
4
30
3%
42
48
Waktu (jam) -,
-ma
,,,,,,,,,,-
'I %
--
-, ,,,,,,,,,,,
+FruMosa 2 % +
Earnbar 47. Biasurfaktankasar yaw dihasilkan aleh BaciiIus sp. BMM I 4 pads fermmtasi labu kocok W g a n ragam kansentrasi Fnrktosa
(4). Gula Sisa
Hasil pengukuran gula sisa (Lampiran 13) pada airan femantasi disajikan pada Garnbar 38. Pada umumnya selama farmentasi, gula sisa pads
gmggunaan fwittasa febih tinmi dibandingkan dengan panggunaan dukosa sebagai sumber krban. Hal ini disebafikan fnfbsa Raws diubah menjadi hukbsa-l-fusht terlebih dahulu, sablurn dapat msmasuki sel (Gambar 10). Menurut Krarnw d m Sprenger (l993)? fintam katabofisme fmktusa pada B. subti#s adalah sebagai berikut : fnrirtuw mernasuki sel setelah diubah manjadi
fruktusa f-fasfat, salanjutnya, di dalam sel menjadi bntuk fnrkiosa k m b J i yam langsung diubatr mnjadi Xruktasa 6-fasfat dan pada skhirnya msnjadi piruvat.
Senyawa piruvat inifah yrang menjadi titik awal Siklus Kmbs yang mengksilkan
asam amino dan asam Imak.
Garnbar 18, Gula sisa miran fermmtasi pada farmsntasi (abu kowk cbngan ragam konmtrasi fruktasa
151.PH Seprti halnya pada pflggunaan giuitosa, nRai pH setaiama femantasi
M g a n mnggunakan fnrktosa &qai
sumber kaibun candmmg menurun
(Earnbar 19). Data mtaan pH &pat dilihat pada Lampiran 14. Separti hakya
pada fermentasi menggunabn glukosa, penunman nilai pH tersebut dapat diairibatican oleh $umber k a w n dan nitrogen yang digunakan s a d terbenkiknya asamasam organik yang dihasiliran dari Siklus Asam Sitrat.
pH 6.8
6.4
6
5.6 0
8
-
,,,
,-
12 ,
-9- F~lrtosrr1 %
-x-
18
24
X)
Lama Kuttivasi
-
38
42
4
+Fnrktosa 2 % --a-Fruktasa 3
FnrHosa 4 % -x- FruMosa 5 %
Frulrtosa 5
Gambar 19. Milai pH cairn fermentasi pacia femsntasi labu kowk q a n ragam kansentrasi fruktosa Rangkuman nilai biomassa tertinggi, tEagaqan pemukaan brendah dan
biosurfaktan kasar brtinggi sew pamrneter kinetika pnetliian kajian pengianlh konsentrasi fnrktosa pada brmantasi hbu kocak disajikan pada Tabel 5. Bila ditinjau dari rendem, maka Fntktasa 3 % paling optimal dibandingkan konsentrasi fruktosa lainnya. Nilai rendernen fwanggunaan substrat untuk
pmbntukan pmduk (Ypls) sebesar 0,065 g produWg substrat pada kanmrctrasi
ftuktasa 3 % kkan niiai yang tertinggi, namun pa& kansantrasi bmht dipafoleh kanserrtrasi biosurfaktan kasaf (1,48 @L)dan lsnju pernhhikm procfuk
yang tertinggi (0,049g/L .jarn)sa& tagangan permuban Wmndah (294 mN/m),
Tabel 5. Rangkuman nilai biomass&,kgangan pemukaan d m biosurFaMan
kasar safta parameter kindica pwlgaruh kansentrasifruktosa pad8 fermantasi labu kacok
KajEan Pangaruh Sukrusa Tartroldap Produksi BiosurfaMrtn (3 ), 8ioms8a Produksi bimassa rnaksimum tertinggi dicapai dangan penggunaan
konmWsi s u h s a sebesar 2 %, yaiW sebesar 4,8B glL yang dicapsai pazja jam
ka-30 (Gambar 20,data pada Lampimn 15). Nilai taju pertumbuhan spesifik (p) ttsrtinggi juga d@emkhdewan menggunakan konsentrasi suhsa 2 %, yam
sebsar 0,082 jam". Penggunaan konsentpnsi sukrosa labih k s a r ciati 2 % rnenunjukkan penurunan nilai p (Tabel 6).Hal ini mirip dengan femmensa yaw
tetjadi baik pada penggunaan gfukasa, maupun fnrldssa, yaitu penggunaan konwntrasi gula yang Isbih besar dad konsenttasi optirnumnya rnenyebabkan
perkrmbuhan sel terhambat.
Gambar 20. Bimassa yang dihasilkan oreh BaciIius sp. BMN 14 pada fammtasi Iabu kocok dengan Hlgam konsentrasi sukma
Sebelum dapat diasimilasi oiah sel BaciIIus sp, sukma ymg manvpabn disakarida harus diursikan menjadi gula sederhana Eltau monosakarida (glukosa
dan fruktusrt), BaciI!us sp. memiliki enlrim invertase yang mempunyai aktivitas menguraikan sukrosa rnenjadi glukosa dm fruktusa. m w n demikian
pemanfastan sutvasa memertukan tah-n
reatrsi yam lebih panfang,
dibmdingkan dengm pmggunaan glukusa rnaupun Fruktasa (Gambar 10).
(21, Tag9ngan Permukaan
Twangan permukaan &rendah dicapai dmgan pmggunam iconsamsi sukrusa 2 46, yaikr mbsar 28,8 mN/m (Lampiran 16). K m d e n t n g a n
penunman nilai tegangan permuban dapat dilifmat pada Gambar 21. Nihi
tagangan permuban yang bmndatr ini sejalan cfangan praduksi biosurfakhn tertinggi, yaitu brjadi pada jam ke-3U.
Tegangan pemukaan terendah yang dicapai dengan mnggunakan
sukrasa 2 % (28,8 rnPl/m) tebih tinggi dibandiighn m a n menggunakan glubso 4 % (28,6 mN/m), namun lebih rendah dibandingkan menggunairan fruktusa 3 O/o yaitu sebesar 29,4 mM/m. Hal ini sejalan m a n bmsurfaktan kasar
yang dihasilkan (Tabel 4, 5 dan 8). Hal ini mnunjuIckan batiwP1 penggwlaan sukrosa cukup efektif untuk mempmduksi biasurfaktan.
(3). Biosurfaktan kasar
Hasil penelitian rnenunjukkan bahwa biasurfaktan kasar
brtinggi
diperolsh dengan menggunakan konsentrasi sukrusa 2 % (CM = 6,011 yaitu sebssar 1,58 g/L yaw dicapi pada jam ke-30 farmantasi (Gamkr 22, dab
dapat difihat pada Lampiran 17)). Penggunaan konsmtrasi sukmsa yang lebih tinggi dad 2 % rnenunjukkan pmbntukan biasurfaktan yang Iebih rendah I
I
Gambar 22. Pmduksi biosurfaktm kasar dangan ragam kansentrasi sukmsa.
(4). Gula Sisa
Hasil pengukuran gufa sisa pada miran bwantasi
(hmpimn 18)
disajikan pa;& Gambar 23. Sewn urnurn terlihat khwa kansurnsi sukrasa aleh rnikroba
mlatii I&& m & h dibandingkan dmgan konsumsi glukasa mupun
fruktutsa. Hal tersebut dapat dimaklurni sebinb sub=
marupakan disakarida,
Wsnngkan glukusa dan fruktasa adafsh monasakarida. Sebelurn &pat
diasimilasi deb mikroba, sukrosa diuraikan tewbih dahulu msnjadi glukosa dan
Saamra rind lintasan kataboiisma sukrosa pada
B. subtilis rnenumt Krarner dan
Sprartger (1993) dam dilihat pada Gambar f 0.
Gambar 23.Gula sisa cairan femrsntasi pada famantasi tabu kocak dengan ragam konssntrasi suirrosa. (5). pH
%perti haalya panggunaan glukasa d m fruktosa, niki pH seliama femntasi mdarung menunin sebagai akibat tetbntuknya asamasam organik
dan penggunaan surnber nitrogen NH4N03(Garnber 24). Data rataan nihi pH
dapat dilihat pada Lampiran 19.
Gambat 24. Nilai pH miran fermentasi pada fermentasi labu kowk dewan warn konsentrasi sukros~~
Rangiturnan nilai bimassa tertinggi, twangan permukaan tarandah, clan biosurfamn tertjnggi sarta parameter kinetika panalitian penganrh kansantrasi
sukrosa disajikan pada Tabel 6, Penggunaan konsentmsi sukrosa 2 96 rnenghasilkan rendemen p m h t u k a n pruduk Whadap substrat yang digunakan (Ypls) tertinggi, yaitu sahsar 0,103 g pmduklg substrat. pembentuhn p-uk
Randemen
aleh sel flplx) sabessr 0,337 g produWg biomassa dan
rendemen prnhntukan sel terhadap substrat yaw digunakan (Yx/s) 0,298g
biomass& substrat, h j u pambentukan prod& pada kunsentrasi sukrosa 2 % tersebut adalah sabesar 0,
[email protected],
Wrdamrkan niiai m d e m m yang rnenggarnbarkan afisisnsi proses tersebut, dapat dikatakan b a h a pmggunaan suivasa sebagai surnbr karban
cukup baik dibandingkan dengan glukoss dan fnrktosa. Menurut Jenny
et a!.,
19931, di amping glukosa, sukrosa dapat digunairan sebagai sumbar &&on
(Jenny et a!., f 993). S u h s a dan fnrktosa juga rnsrupakan sumber k a d m yang efisien untuk pruduksi surfaktin (Peypoux Esf a/., 1999).
Tabel 6. Rangkuman nilai biomassa, tqangan permuban dsn biosurfaktan ka-
sar sefta pammater kietika p~mfiefitianpengaruh konsantrasi sukrosa
Kesirnpularn 1. Waktu propagasi yang paling baik untuk rnendapatkan inakulum
yaw
digunakan pa& femntasi oteh Bacillus sp BMMI4 adalah 30 jam (sltau
densitas optik k 0,9)
2. Produksi biosurfaktan oleh Baci!/us sp. BMN 14 munjukkan pola berasosiasi dengan prktmbuhan, yang nampak dari kebrkaitan m r a paratel antara pruduksi biosuifaktan, peFtumhhan sd dan kansurnsi guk.
3. Jenis d m kansentrasi sumkr k a b n bepngaruh terhadap prhmbuftan biornassa dan pmduksi biusurfaktan. Produksi bmsuifaktan akan mningkat dangan mningkatnya konsmtrasi gula atau nisbah C/N sarnpai k t a s
tertentu, iremudian rnmurun sebagai akibat adanya penghamktan substrat. 4. Sumkr karbon gfukosa 4 % fCM = ??,42)merupakan kansentmsi glukosa optimal untuk partumbuhan clan pmduksi bmsurfaittan oleh W I j u s sp
BMN 14. Pa& konsentrasi glukasa 4 % tersebut diperoleh biornsssa brtinggi sebesar 8,35 @I-, tegangan pamukaan 283 mNlm, biosuffaktan kasr 2,23 g/L, laju psrtumbuhan spesifik
(PI =
0,065, wdsmsn pernbenkibn
pmduk OMsal (YpEx) = 0,387, rendernen pembentukan pruduk terhadop substrat yang digunakan (Yp/s) = 0,081 dan r e n d e m pernbentukan produk
afeh sel ( W s )= 0,192. 5. Sumbar k a h fnrktosa sebesar 3 % {CEN = 8,57) mrupairan kansentmsi fnrktosa optimal unktk pertumbuhan dm pruduksi biosurfaktan akh &Mus sp. BMN14. Pa&
konsentrasi kuktusa 3 % tersebut diperalah biomassa
tertinggi sebesar 3,23 glt , tegangan prmukaan 294 mM/m, biasurfaldan kasar 1,48 gk, taju pertumbuhan spesiflk (p) = 0,062,Yphr
= 0,373,
rendernen pmbntukan pmduk terhadap substrat yang digunakan
fYp/s) = O,W5 d m randemen pembentukan pruduk aleh sel (Yxls) = 0,137. 6. Sumber katf>on sukross 2 % (CIN = 6,QI) menrpakan konsantrasi sukrosa
optimal yang dapat diasimilasi abh BaciIIus sp. BMN 14. Pada kunmtrasi
sukasa 2 % tersebut diprobh biomassa tertinggi sebesar 486 gh, tegangan petwuiraan tarendah 28,8 mWm, bbsurfaktan kasar tertinggi l,58 glL , Iaju pertumbuhan spesififik (p) = 0,082, redemen pembentukan
pruduk o m sef
( Y p k ) = 0,337, rendemen parnhtukm pmduk twhadap
substrat yaw digunakan (Ypls) = 0,103 dan rendernen pernbentukan p d u k
ofeh sd (YHs) = 0,298.
Panelitian 2, Pengaruh Sumhr N i t w n Terhadap Pmciuksi Biusurftrkhn
Mah llsolat Lokal BaciiXlus sp. BMN f 4 Pendshuluan Di samping sumbar karbun, sumbar nitrogen j q a memegang peranan penting pada metabolisms sstular, termasuk pada produksi m y a w a aidif
pennuireran seperti biosurhktan (Dasai dan Desai, 49931, Pada proses metabolisms, nitrogen diubah menjadi protein, ssam nukleat dan dinding sef
(Pirt, 19751, Umurnnya bairteri menlgandung nitrogen sakitsar 8 - 14 YO dari h b o t kering sainya (Dunn, f995). Narnun pacia kondisi sumber b r b n di dalam media terbtas, maka asam amino d i u n a k n sebagai sumbr ka&on
a n
manyebabkan terakumufasinya amnia {Greasham, 1995). Selain itu sumber nitrogen juga berpatan dalam mengsRtur pH media dan mmpengaruhi pafa
fermentasi (Stanbury dan Whhket, f 984).
Mikroba y a q digunakm di industri urnumnya rnampu menggunakan $umber anarganik mupun urganik. Garam anorganik dapat dihrikan dalarn Mtuk
gas ammonia, garam ammonium atau nimt. Surnber nitrugen wganik
dapat dibrihn sabagai asam amino, protein atau urea. Pada banyak #asus, pertumbuhan berjalan kbi cepat dengan pembsFian $umber nitragen organiir,
bahkan bebrapa rnikroba mempunyai kebutubn yang mutIak Eerhadap suatu asam amino. Greasham (1995) manyatakan batrwa Icebanyakan bakbri
menggunakan ammonia ahu nitrat unktk sinitasis senyawa bernitrogen seperti
asam amino, purin dan pirimidin. Jumlah n-en jumlah ka-n
yaw digunaicm dalam mad*#frrarus mernperhitungkn
ymg ads, karena nisbah ka-n
brhadap nitrogen (CM) sangat
msrnpenganrhi produksi biusurfakbn, Nitrugen dapat diperalah dari sumber
nitfogen organik maupun sumkr n-n
anorganik.
Tujuan pmalitian ini adsnktt mngkaji pmgaruh konsentrasi $umber nitrogen
anwganik unkrir memprduksi biosurfakfan oleh isoll lob#BadIIus sp. BMN 14 pada labu kocok, Hasif pnefitian ini akan msnjadi acuan &lam mrancsang media menggunakan tetes tebu yang d i p h y a d q a n sumbr nitrogen yaw t-t.
Metode Peml#bn Media dan cam penyiapan inokufum yang akan digunakan pada fermentasi sama dengan penelktian wbelumnya (kompsisi media disajikan pa& Tabel 3). Dalam haf ini sumber nikogen yang digunakan disasuaikan dengan prlakuan.
Psmlitian pangaruh sumber n-n
difaitukan dengan mmggttnalran
berhgai sumbr nhgen anorganik metputi ammonium nitpat (NH4N03),
ammonium sukt (NH4)2S04,natriurn nitrat (Na;aN&) dan kalium nitrat (KN03)
dengan konsantrasi nitrogen yaw sama yaitu sabesar 1,4007 glL. Permelititian difakukan dewan manggunakan labu edenmeyer 250 ml dengan volume kerja 50 ml. Inkubasi dilakukan pada penangas air k m k &wan
kernpatan
pangadukan i40 rpm, suhu 37% -lama 30 jam.
Pewamatan ditakukan pada awaf d m akhir fementasi . Analisis yaw dilakukan meliputi perokhan biomassa, tegangan psmukaan, gula sisa dan biasurfaktatl kasar sebagai endapan asam. Parameter kinetika yang dihiung
=ma detlgan pemtitian sebelumnya, yaitu maiiputl Iaju perturnbutran spesfifik (p), rendemen produk yang t e m t u k kerhadap sub*%
yang dlgunakan (Ypfs),
randman biomassa baiadap substrat yang digunabn @xis) dan bsngmn substrat yaw dikonsumsi #I& rnikmba (So-SISa).
Hasl chn Pembshsan Mikroba mmbukrhkan w m k r nitrogen ullltuk mensintesis senyawa
b e m i i n seperti asam amino, purin dtan pirimidin. Menunrt Gmashsm (3995);),
icebanyakan bakteri, kapang dm kharnir manggunakan ammonia abu nitrat sebagai s u m nhgennya. Jenis s u m nitrogen ini akan krprqanrh pacia
Iaju kahblisme dakm caimn f e m t a s i , W&si jmia smyawet yang d i i k a n w m h r b e m i unwr didasarkan pa&
kemautnian fisidogis, krganya m u m
serta kstmediannya di pasaran (Spaagaran, 19961,
Pmmbahan media proclubi bisurfaktm menggumkw beragam sumbr
nitrogen amarganik mambriken hasil yang b r b & k d a ,
Hasit pedithn
mmunjukkan bahwa p n g g w u n NH4Na maambedcan hasil yang terbaik dibandiihn sumbaf n w n lainnya, diiiuti deh (NW4)S04,NaNG dan KN&
(Getmbar 25). Oengan mangtgunakan NH4NQS m u t , ciihadlkan Homassa tdnglgi
W s a r 579 g L , biosurfakhn kasar 2,28gR dan tegangan pernuban
terandah 29,7 mMim (lampiran 20). B1a ditinjsnu dad parametef rendmen, maka
pmggunaan sumbet n m n NH4N% j q p m e M k a n nihi yaw lebih tinwi dibandhgkan pend~gunsmanwrnber nitrogen Iaimnya dengan rendemtbn produk
yaw terbniuk terhadap substrat yang diinerkn (Ypls) tertinggi yab W s a r 0,062, mdem bbrnassa tmbadap substrat yang dqpakm (Yds)= U,lW dan
niki (SoS)/So = 0,905.Parameter (So-S)ISo mewpakan baglian guh yaw dikonsurnsi oieh rnikmh baik unkrk perturnbutwn mupun pmhwtuhn p w k .
Parameter hi menunjukkafi efisiensi pmggunaan sub-
uhh mikrotra dewan
tujmn untuk mdihat kemampuan rnikroba dahm mengiromrsi gula rnenjadi biamassa d m proctuk (-bar
26). Rmghman nilai Ypls, YHs clan ( S S ) / S
pada ragerrn s u w r nitrogen disajikan p%daTatwt 9.
Hasil yang sama juga dlcapai aleh de Raubin (3989) di &lam Mulligan
dan Gibs (19931, yaitu RIH4NQ3 rnmpakan sumber nttmgen Wrbaik untuk rnernproduksi bisurfaktan okh
PBiom ass*
B. subfi!is. Hasil peneliitian Mulian dan Gibbs
Jenia Sumber Nitrogen IBiosurfa ktsn Kaear
=Tag. Perm.
'1
GambEIr 25. Histogram biomassa, bosurfaktafi b a r dan tegangan pemukaan pengsmh ragam surnbsr nitrogen
Gambar 26. Histog~amYpls, Yxis dan {Su-S)/S pengarutr ragam sumber nitrogen
Tabel 7. Nibi parameter kimtika penganrh ragam jmis sumbef nitrogen
Ditinjau dari ketarutannya, maka terfihat bahwa kelarutan NHsN@ dalam
air paling b e a r dibandmgkan sumber nitrugen lain yang digunakan, y a k sebesaf 241,8 (suhu 30
'c,
&lam satuan gt100 g air), sedangkan k e l a w n
PlaNU3 knya sabsar W,U, (MHdzSOs= 78,Udan KNOj = 45,8(Liley ef a!., 1984). ttal ini menyebabkan NH4Pla Iebih mudah dikonsumsi oleh rnikmba
Sefain itu Dunn (1985) myatakan bahwa hampir semua bakteri mampu rnernanfaatkan ammonia (sebagai ion NH43 karena mambmn sel permaH tartradap ion ini, sedangican nimt hanya dapat dimanfaaWn alah Werslpa
baktari,
Keslmputan 1, Panggunaan btbagai jenis sumbw ni4rogen (NHsMU3, (NH4)ZSU4; NaNQ
dan KN03) rnenunjukkan bahwa NH4N% memberikan hasil yang terbsik, yaihi
biarnassa teFtinggi yang dihasilkan seksar 579 g L , mdapan asam 228 g k
dm tqangjan permuban Wendah 29,7 mN/m, 2, Penggunaan MH4NG
rnenghasilkan femantasi
yang paling efisien
dibandingkn surnber nitrogen lairmya, haf ini diUhat dari mndemen pmduk y a q terbmtuk tertradap substrat yang digunakan (YpIs) tertinggi yaitu
setwsar 0,062, rendemen biomassa terhadap substrat yang diiunaitan
(Yx/s) seksar 0,180 dan bagian subsat yaw dikonsurnsi brtinggi (So-S)ESo sebasar 0 , W .
Penalitian 3. Fomulasi M i a Fermantasi Betbahan Baku T-s Tebu Untuk PrudukBi Biosulfaittan Menggunakan IsoXat Lokiil Bacillus sp. BMN I 4 Pendahuluan
Seleksi bahan baku yaw akan digunakan untuk rneranang medb sangat berpangaruh bmdap biaya hrmentasi sscara kesekmrhan. Biya yang digunakan untuk pangadaan bahan baku cukup besar yaitu dapat mncapai
-
19 50 % dad biaya p d u k akhir (Mulligan a n Gibbs, 1993). Faktar-faktor yang
haws diperhatikan dahm sebksi k h a n baku adatah harga dan rendernen yang dihasilkian, j q a tersedia dalsm jumhh cukup tanpa biaya transpartasi yang tinggi
serta tidak rnengandung bahan pengubr yang akan rnenyulitksan pmamnan pruduk (Cmager dan Cwegtar, 3984). Tetes tabu menrpakan hsil sampim prnhatan gula pasir, yang telah
mengalami kristaiisasi dan tidak mngandung sukrosa terkristsal I q i (Patumu, 1982). Di samping kanduqan gulanya yang tinggi, h a p btes MUmlatif
rendah, sehingga barpotensi untuir digunakan sebagai substrat produksi biasurfaktan. Tetes tabu mengandung sukrasa 33,4 %, gula invert (gluitosa +
fruktosa) 21,2 %, k h a n urganik bukan gula 19,8 9'0 dda air ir16 % (Prave at a!,, f 987).Tetes tabu stain mawanclung gula yaw cukup tinggi, juga manhjandung
bahan bernitrogan, vitamin dan unsur keiumit (Cruegsr dan Cnrqer, 1984). Kumposisi kirnia k t e s M u secara iangkap d a m difihat pada Takf 8. Ondungan vitamin dalam tates t a u mfiputi biotin, asprrn Mat, inosifd, hlsiurn pantatenatit,piridoksin, tiboftavin, thiamin, awm nikotinat ctan W i n (Baker, 1E)80). Di Indonesia tetes tebu digurmakan untuk memproduksi alkofrol (spiritus) dan MSG (manosadiurn giutamrat). Untuk
mmproduksi MSG, tebs bbu
biasanya diencerkan dan ditarnbahkan sumber nitrugen. Hal tersebut mmgingat
bahwa lranrlungan nitrogen dalarn tetes bbu Wlum menwkupi kebutuhan miicroba yang diguraakan.
Air
17 - 25
20
Sukr~sa
30 40
35
Gkrkasa F~ktusa
4-9
7
5- 12
9
Guia pereduksi
1-5
KarboHdrat fain
2-5
3 4
Abu
7- ?5
12
Komponen nitFogen
2-6
4,s
Asam bukan nitrogw
2-6
5
0,1 - 1,O
0,4
UIin, stemida dan fosfoIipida
-
Sumbr : Paturau ( 3 982) BaciIIus sp. jug& memerlukan penamkhan sumber nitrogen organik, agar
biasutSakhn yang dihasilkan lebih tinggi. Hadl pneiitian (Kim c3f al., 1997) menunjukhn Mhwa rendemen biosurfaktah tertinggi dipemleh clengan
panramkhan 0,5 g/L ekstrak ldramir Peneliti lain menyatakan battwa unkrk psmeliharaan dan Wrmmtasi B. suhtiiis, mdia padu ditarnbah d w a n ekstrak
kharnir 0.1% dan Lfanilaianha 2 m g k (Ulrich ef bf., t 991). Mulligan et a!. (W) I mnyatakan bahwa pruduksi biosumktan fefbaik oleh B. subtills adaiah dewan menggunakan sumber bTbOn glukosa dan sumber nitrc$Jen brapa ekstrak, khamir Q,1 % ctan ammonium nitrat (NH4NQ) O,4 %.
Pewlitian ini berkrjusn mendapatfran rancangan media betbahan baku tetas tebu ssbagai sumber karbun yaw diperkaya dangsrn sumkr n m s n yang
tepat untuk produksi biasurfaktan oteh &ciIIus sp. BMN 14,
Mode Pemlitian Peneiitian ini dilakukan pada b h erienmeyer 250 m l chgan volume keja 50 mi. lnkubasi diiakukan pads penangas tabu bcok (agitasi ?40 rpm, suhu 37 'C selama 48 jam). Kampasisi media yang diiunairan mengaw pada Tabel 3, namun tanpa panambahan FsS04,?Hz0, karena sudah tardapat dalarn
tabs tebu, Ragam konwnttrtsi tetes t&u yang dicotMkan 3 , 4 , 5 , dan 6 % fbhr). Seiang kansmtrasi tetes tebu yang dilakukan brsebut rnengacu pada hasil penelitian f (Pengaruh S u m k Karban Terhadap Produksi BiosufSakbn Obh
Isolat Lokal Bacrlius sp. BMN 44). Sumbr nitragen yang ditambahkan adaiah surnber nitrogen terbaik berdasrahn pmel'itian sebeiumnya, yaitu NH4NQ3 4,002 gk (0,4 %I. Hal ini disebabkm kandungan nitrogen p d a tetes bt>usangat
rendah. SeIanjutnya dari tingkat pengmceran tetes mu yang optrmal, difakukan pmggunaan kornbinasi sumbar nitrogen yaihr NH4NQs dan eksh-ak Wramir dengan nisbah CtN unbk 81 = 11,62, B2 = 12,89, 83 = 14,4860 dan 84 = 10,5?
Cfabai 9). Tabel 9. Periakuan kornbinasi surnber nitrugen
Pengamatan yang ditakukan pada awal clan akhir fermentas! meliputi
biamassa, biosurfaktan kasar, tegangan permukaan dan guta sisa. Penentuan parameter kinetika mel iputi rendemen pruduk yang terbntuk terhadap substrai yang digunakan (Yph),
rendernen biomassa terhadap penggunaan substrat
(Yxls) dan efisiensi konsurnsi substrat oleh rnikroba (So-$)/So.
Hasif dan Pembahasan
Sebagai k h a n baku produksi biosurfaktan, komposisi tetes tebu haws diketahui. Karnposisi tetes tebu yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai befikut (Tabel 40).
Tabel 10. Karnposisi kirnia tetas tebu yang digunakan pada penelitian
Sukrosa (%)
Gfukosa (%)
9,O
Fruktusa (016)
9,O
fe (PW)
290,9
Na ( P P ~ )
6.354,'I
Mg ( P P ~ )
4.024,5
Mn [ P P ~ )
552
Total Nitrogen (g/L)
43
Total Karbon (94)
37,O
Hasil anatisis kornposisi tetes tebu tersebut rnenunjukkan bahwa kandungan gula yang dominan terkandung dalam tetes tebu adalah sukrosa disusul oleh glukosa dan fruktasa. Hasil penelktian 1 menunjukkan bahwa
konsentrasi glukosa optimal adalah 4 1,fruktosa 3 % dan sukrosa 2 %.
Berdasadan ha#tersebut, maka ragam konsentrasi tetes bisu yaw dicobakan
sdalah 3,4,5, dan 8 96. Hal ini didasarkan pa& jurnlah guh pada glukasa 4 % sebesar 40 gn,huktosa 3 D/a sebesar 30 g& dan sukrasa 2 % sebesar 21$5 gk. Jumlah gula yang terdapat pada t&es tebu 3
- 6 % tersekt berkisar antara
l5,33 - 30,W @L. Osngan demiklan dihampiran peltakuan kunsentrasi teies
t e h tsrbaik betada pada selctng jurnlah gula tersebut.
Hasil pertalitian menunjukkan kunsentrrasi fetes t e h optimal indabh sabeaaf 4 %, 5en-n
icansmtrasi tambut, biamsssa tartinggi yang dihadlkan
sebesar 4,86 glt,biosurfaktan kasar terringgi 1,W g/Ldan tegangeln pmukaan
temndah 30,4 mN/m (Gambar 27, data pack Lampiran 21) . Hasil analisis rnenunjukkan batwva kandungan Fe pade konsantrasi tetees W 4 YO tersebut sebsrtr O,OllQ g/L yam jauh bbih ti&
dihndingkart kandungan Fe pad&
media Coaper ef a!. (1981) dsngan rnorjifikasi Sen & a!. (4997) yam sebesar
0,0008g/L. Hal ini menjadi kendala dabm pengaturan kansmttrrsi tees tebu,
krarena bifa Fe pacia media tehlu tinggi akan manggmggu metabalisrne mikroba. Ssfain itu pedu pula dipematikan adanya mineral m u kampanen lain
pada te@st&u yang dapat mghambat petturnbutran rnikroba. Oefigan mmggunakan tetes t&u 4 % bmbut, juga dipsdeb efisiensi bmsntasi yang lebih k i k , yaw dinjukkan olefr nibi fenclamen pmduk yaw terbentuk terhadap subsat yang digunakan (Yp/s) = 0,169, rendemm biornassa
terbdap substrat yang digunakan ( W s ) = 0,422 dan konsurnsi substrat abh mikroba (Su-S)Bo = 0,540.Secafa fengkap mkapikrlasi parameter kinatika ragam ironserrtrasi tetes m u disajikan pada Tabel 11, sedmgkan histagrarnnyer pada Gambar 28.
3
4 5 6 Konwntrasi Tetas T e h (% bh)
iL meimassa .......................................
1
.Biosurfalsn Kasar ~ ~ ePerm g . d "
Garnbar 27.Histogram biomassa, biosurfaktm kasar dan tegangan gemtuban psngaruh ragam icansentmsitabs trabu
3
4
5
6
KonsmtrasiTetes Tebu f % bh)
Earnbar 28. Histagram Ypls, Yxls dan (So-S)/So penganrh warn konsentrasi btes bbu
Dibandingkan dengan penggunaan giukosa 4 %, maka b'imsssa dan biosurfaktan kasar yang diparoleh Oebih m d a h dengm pnggunaan Wes tebu
4 %, Namun dikndingkan clengan penggunaan Fnrktosa 3 %, penggunaan tees tabu 4 4b menunjukkan hasil biomassa dan biasurXairt;nn hsar yang lebih tinggi.
Oemikian pula dibandingican dengan pangguman sukrosa 2 YO, panggunaan tabs tebu 4 YO rnemberikan biosurfaktan kasar yang lebih tinggi. Hasii di atas dapat dimangerti karma glukaa rnenrpakan senyawa awal tintasan gtikutisis,
sehingga dapat langsurq dirnanfaatkan unbk pethrrnbuhan sel
dan
pembentukan produk. Pada tetes tebu terclapat glukusa, di samping sukrusa dan fntktosa. Acdanya glukosa
ini mmyebabkan pertumbuhan dan pembentukm
biosurfaktan lebih baik, dikndifigkan media yang mengandung Fnrktosa atau
sukmsa saja. Tabel ? A , Rekapitulasi parameter kinetika pengaruh ragam kunsentrasi tetes bbu
Oitinjau dari nilai rendemen Ypfs dan Yxls seperti terlittat pada Tabel 11,
maka penggunaan tetes tebu menunjukkan efisiemi yang f&ih dibandiigkan penggunaan sumber ira-
fiaik
glukosa, fntktosa mupun sukrasa.
Namun bila dilihat dari laju pernbenhkan produk, tedihat hhwa dewan tetas tebu 4 % yaitu sebesar 0,039 @.jam, febih rendah dibandingkn glukosa 4 46
yaikr sebasar 0,074 g/L.jam. Ini rnsnunjukkan bahwa konsumsi gula yang
terkandung cialam tees tebu aleh miirraba untuk pernbenktkan pruduk berjalan tabih lambat dibandingicsn glukasa 4 YO. Oleh karena itu pada panelitian m a p
selanjutnya digunakan surnber nrtFogan anarganik yang dipadu dengan sumkr
n-n
arganik, yaitu ekstrak idramir,
Hasil ptanelitian penggunaan substrat ktes tebu dengan kombinasi
sumber nitrogen bsrupa NH4MQ daman ekstrak b m i r rnanunjukicsan bahwa kambinasi NH4N030,30 % dipacfu dengan ekstrrak m m i r 0,10 % memkrihn hasil terbaik (Garnbar 29). Biomassa tertinggi yang dihasilkan dari parfakuan
tersebut adalafi sebesar 4,88 g&, biosurfaktan kasar 2,30 gll. dan tegaqan
pernuban brendah 28,0 mM/m (Lampiran 22).
Penarnhhan ekstrak Wlarnir briitrat dapat mningkatkan pwnbmtukan biasurfaktan. Hal ini juga ditunjang oleh pnetitian Y a k i d et a/. (1995) yang
menunjukkan bahwa penhlgunaan substrat teies tebu 4 % yang dipefkaya dengan NaN030,1 YO dan ekstrak kharnir 0,05 % mernkrikan pertumbuhan sel 8. lichnibm$ dan produksi biosurfaktan tertinggi pad8 suhu fja
'c.
Dengan
mnggunakan biakan campuran (mixed cuftum), hasil terbaik, penelitian yang dilakukan at& Gkrye dm Vipulansdan (1994) diperofah M g a n penggunaan tetes tabu 2 % b/v yang ditambah NaNQ3 U,O5 YO dan eksmk kttamir 0,03%.
Gambar 29. Histogram biomassa, biosurfairtart kasar dan bgangan pmukaan penganrh fagam icurnbinasi sumbar nitrogen
Penamkhan ekstrak khamir sebagai sumber nitrogen organiic di samping sumber nitfogen anorganik pa& produksi biasurfakbn akh BBciIIus sp BMN 14 menunjukkan hnsil yang lebih baik dibandingkan penggunaan ta&s bbu 4 YO danpn panambahan sumkr nitrogen NH4NG saja. Jumlah tatal n w a n yang
terkandung pad# ekstrak khamir sebesar 9,8 %, sattingga pa& konsentfasi U,.tU YO, kmcfungan tub1 nitgennya sebesar
0,098 gk. Kandungan total
nitrogen pada NH4N@ 0,3 % sebasar 1,050 g k , sehingga total nitrogen pa& media sebesar 1,148 gil. Jumlah karban pad8 tetas tebu 4 % W e a r 148 g/L. hngan dernikian nisbah C/N pada media tetes tebu 4 a/o dengan kombinasi sumber nitrogen krupa NHoMU3(0,30%) dan ekstrak kharnir (U,10 YO)sebesar
12,89. Mishh C/N dan sumber nitrugen pen8ng dalam prodwksi biasurfaktan (Mulligan dan Gibbs, .t$97).Contohnya nisbah C/N optimum untuk produksi
rhammlipida adalah krkisar antara 16
rharnnolipida (Syldak dan Wagner, 1997).
-
18, di bwah I f M a k tarbmtuk
Pa& termmtasi mikrobial, kumpasisi media yang k i k tidak hanya sasuai
untuk pertumhhan sal saja, tetsnpi juga haws mampu rnenginduksi pemkntukan groduk, sehingga diparolah rendernen pmduk yang tinggi. Selain sumkr karbon, sumbar nitrogen dan garamgaram minemi, miitrob8 pada umumnya juga membutuhkan suatu senyam biokimiawi, vitamin dan asam
amino. E M k kharnir dapat meningkatksnn perturnbuhan sal dan pembsntuiran
pruduk serta rendemetl pemkntukan pruduk brtradap konsurnsi substrat Haf ini disebabfrm ektrak khamir dapat rnencukupi kebukrhan rnikraba brhadap asam
amino clan vitamin. Penambabn asam amino dapat berpangaruh terhadap pruduksi biasurfakten (Greiner dan Winkelman, 1991 di daiarn Desai dan Desai, 4993).
Selain rnenganclung asam amino dm paptida, ekstrak khamir juga rnengandung vitamin yang lam4 air (Cmeger dan Cnregsr, 4984). Asam amino yang terdapat p&a ekstrak kharnir terdiri ciari asam glutamat, gtutamina,
arginina, asparagina, prolina, sistina, glisina, sisteina, rnewnina dan fwilabnina (VVang d a!,, f978). Sefain ikr ekstrak #arnir juga mengandung valins, -in&,
nukieutida dan vitamin (Mulligan dan Gibbs, 1993). Narnun kelemahan ek-k kharnir adabh trarg~anya yang matral, mhingga biasanya penmunaannya dlkombinasikan dengan sumber nitrogen anorganik yang krharga Wih mumh. R m & m proses femrentasi, terutarna parameter Yph dan Yxis juga
menmjang pernyataan tersebut (Gambar 30). Nifai Yph untuk prlakuan
MH4NU30,30% dipadu dewan ekskak khamir 0,10 % adatah sabesar 0,301,
nilai Yxls 0,639 dan (So-S)ISa 0,381 flab@! 12). Penggunaan ekslrak m m i r lebih besar darj 0,?0O/o cjiduga rnenyebabbn repmsi W b o l i t sumber nitrogen.
Pemcanggan media m h a n baku btes tebu mangacu pada Cooper
sf Enl. (1981) dewan rnodiikasi Sen (1997) dengan kompasisi sepafti pada
Tabel 3. Dsngan demikian media brbaik untuk mempruduksi biosurfaktan aleh
Badus sg. BMN 14 terbuat dari t&es tebu 4 YO (bh), MFl4MO3Q,30 YO, eksb-ak khamir 0,10 46, KHzPU4 4,0827 gR, N&HP04 7,1200 gk, MgSOs.H2O 0,19T2
gn,
O,aOl7 @L.
MnS04.H20 0,2750 gk, C&12.2H20 0,0010
gA dm EDTA
Kesimpuian 4. Dbntata empat tingkat penggnceran yam dicohkan, yaib 3,4, 5, d w 0 %,
konmntrasi tetes tabu optimal adalah seksar 4 46. h g a n Iranmtrasi tersebut dan sumkr nitrogen NH4M03 Q,4 %, bmmam yang dihasilkan
ssksar 4 , s gKI biosurfaktan kasar I,@ g& dan m g a n permubn twertdah 3U,4 mNim sarta nihi rendemen p d u k yang twbentuk terhadap
subam yang digunakm (Ypis) pada konsentfasi b b s tebu 4 % sebesar 0,169, fendemen bimassra tsfhadap substrat ymg digumkan (Yxls) sebsar
0,422 dm efisimsi konsumsi substtat olsh mikruba (So-S)Ba sebesar 0,W.
2. Kornbinasi NH4N030,W % d e w n akstrak kharnir 0 , l O Ye (perfakuan 82)
memh-ikan hasii tehaik, yaitu biomassa sebesar 4,@ g/L, bmsutfaktan kastrr brtinggi 2,30 @L dan tegangan pmukaan terandfltr 28,U mN/m sew nilai
rendeman pmduk yaw bMn$ik iedmdap substrat yang diiunahn (vp/s)
sebasar Q,3Q?,nilsi rendmen bbmassa tarhad@ substrat yang djgunakan Yxls W s a r 0,639dan konsumsi substrat obh rnikaba (So-Sfia sebssar 0,381.
3. Perancangan media fannentasi menghasilkan komposisi media brbaik untuk pmduksi bioculrfabn okh BaciIius sp. BMN 14 aclam : tetas M u 4 % (Wv),
dibmbah sumbar nitrogen NH4NU3(0,3 %) dm ekstrak khamir (0,1 %)
sew
garam mined brupa KH2PQ4 4,0827 gA,Na2flP047,1200 gk,MgSO4.HtQ 0,1972 gfL,
MnSQ4.tt20 0,2750 gk, CaC12.2&0
EDTA 0,0017 g / L
0,UUIO
gk dan
Penelltian 4%Pern~anrhQju Aerasi Terhadap Pmduksi Blosurfaktan
Qkh lsolat Lokal13ac~Ilus sp. BMN I 4
Pandahuluan
Bacillus sp. BMN 14 termasuk bakteri yaw dam€ termbutr baik sacara aembik maupun anaarobiic (Richana, 9998). Pada mtabotisme aedik, oksigen
bartinclak Magai akseptor alaktron atau hidmen brakhir pada reaksi oksidasiracluksi untuk pambantuksn ATP (adenasin &-ffosfat).
Kebutuhan oksigen pada suatu fermentasi mikroba sangat bergarrtung pada konsantffasi biornassa dan airtivitas respirasinya yang berhubungan dsngan
laju perturnbuharr. Sahin suhu, pH dan kecepatan witasi, tingkat kdsnrtan oksigen bepangamh terhadap praduksi biasu~aktan(Sung, 1996). Kelanrtan aksigen cislam media a i r sangat rendah, oleh karetaa itu udara hams dipasok dmgan melakuitan aerasi. Sabagai cantah pacia suhu 35 'c, k e l a m oksigen hmya sebesar 6
- 99 mgR (Pirt, 19755
mikroba kbih War.
sedmgkan kabutuhan Wigen aleh
Faktor utama yang mempmgaruhi keiarutan oksigen
adalah tektwtan parsiaf oksigen, suhu dan adanya wlut (lat yang teriarut) lain dalarn media. Peningkatan kmsantrasi aksigsn tertarut dafam media &pat dilakukan
dengan mingkatksn hju alir udara mu rneningkatkan kecepabn berpu@r pengaduk (irnpler) bioreairtot (Stanbury dan Wtritaker, l984). Wsaran hju alir yang umumnya digunakan pada fermentad dangan menggunakan biomaktor
-
b a a pada slang 0,5 1,s wm (volume udara per volume media per menit).
8ila digunabn laju aUr udara ymg m g a t tinggi, maka hju parpimjatlan uksigm akan menurn. Di samping itu laju aarasi
cjan
tinmi, akan msningkatksn pembentukan busa.
kecapahn agitasi yang terlalu
Pada produksi biasurf'airtall, masalah utama yang dijumpi adahh ftartwnktknya busa yang dapat rneningkathn risiko icontklrninasi menurunkan (aju
prpindatran aksigen dan pencampuran Mak tramogm (Stanbury and Mitaker, 1984). 8iosutf:aMan merupakmn senyawa amfipatik yang bersifat sebagai
senyawa aktif permukaan dan berperan datarn p m k n t ukan dan irestabifan
bum. Sifat parnbusszan ini merupakan miah satu karakteristik krngsianal
senyawa aktif pemukaan yang paling penting (Rosen, 1972 cli dalam Razaftndmtamba, " t 8 ) . Oleh karaner itu pedu ditentukan laju wmsi dan kecepatan agitasi yang optimal agar kebutuhsn aksigen bagi m i h b a terpanuhi,
narnun busa yang tarbankrk selama femntasl tidak menyebtiibkan penurunan
proctuktivitas mikroba dabm rnenghasilkan biasurfsnk&n. Umumnya hasil panslian tdahulu menunjukkan bahwa kondisi optimum untuk rnempmduksi bbsurfaktan adalah dengan kecepatan agitasi
200 rpm d m Iaju aerasi U,5 wm. Marnun Sen (3897) mndapatkan k d i s i
uptimum untuk memproduksi surfaktin oleh 8. subtdjs adalah ckngan rnenggmakan icecepatan agitasi 140 rpm dan iaju aerasi 0,?5 wm. MasP penelitian Kim et a!. (A397) yang mnggunakan aerasi 0,1 d m ?,O wm unRik marnpraduksi biosurfaktan manggunakan B. subfr'Iis menunjukkan khwa
icunssntmsi biosuffaktan msksimum sebemr 4,5 g/L diperaleh dengan m s i
sebasar 0,l wm. Hal ini dis&abbn kamna laju aerasi yang tinggi (4 ,a vMn)
rnemacu prtumbuhn sat dan pembentukan busa dengan segera, sehingga biosur@:aktan @&ma ke luar bioreaktor. Tujuan penelitian ini adalah mananhkan laju aerasi yang optimal untuk
mencrtkupi kebutuhan oksigsn bagi mikmba, baik untuk perbmbuhsm rnaupun
pmknktkan biasuhktan dengan menggunakan borwktor 2 1, sekafigus
s e m i dasar untuk pngkajian peng~andaanskala.
-
Gambar 31. B i k t o r 2 L (Biostat M B. Braun) yang diinakan u w k mempmduksi bisurFaktan
Hasil dan Pembahasan Hasil penelitian produksi biosurfaktan OMBacillus sp BMN 14 menggunakan biwddm 2 L pada m g a i laju aerasi menunjukkan bahwa
dengan 88m~Wntinggmp Iaju m s i menyebabkan h k s i biomassa yang tedapat dalam airan fermentasi di dakm bioraaBim-
yang tettinggi dieapai dengsn laju m
lebih rendah (Gambar 32). i 0,5 wm y a h sebesar
4,19 g L dengan nibi p sebesar 0,07 (jam'') (Lampiran 2%). Penyebab ha1 ini diiuga &pat disebabkan oleh dua MMor pitu pertama mmkin linggi laju aerasi
mengakibatkn biomassa yang klwr bioreaktor tsbawa bum Wi banyak. Laju aerasi yang tinggi memacu perhrmbuhan biomssa dan produksi busa pada waktu ymg singkat, w h i m keluar bioreaktor yang b a r t i bfbmkurangnya
I 4
;i 4
vofume airan kultur. Pmyebab kedua diduga adalah dengan laju dir udara yang
sangat tinggi, maka laju perpindahan aksigen akan sangat m d a h akibat pangaduk bioreaktur bemtaai pa& fasa gas yang berakibat tidak mampu
mmindahkan u&ra ke miran fermentasi. Laju perpindahan oksigen, disamping
sulru dan pH sangat berpnganth teFtradap konsentt*Elsi aktrir produk dan produittivitws volumetriic biosuffaktan (Eeorgiau et a/., 1992; Peypoux
et a!.,
t999).
Garnbar 32. Biarnassa farmmtasi mengglmakan bioreaktor 2 L pado Bga hraf laju aamsi (O,5, 4 ,O dan 4,s wm)
Pa&
urnumnya
produksi
biomassa
dapt
dimpoi
dengan
rnernpertataankan kansentrasi aksigen tedsrut febih bear dari icansentrasi kritis.
Pada f e m m b s i ymg baik, pasakan oksigsn %banding dmgan konsurnsinya oleh mikroba (Stanbury a n Mitaker, 4984). Bila laju aerasi tedalu randah yang
aenya pemasokan oksiwn tidak mcukupi, a b n msnyababkan m m b u h a n
sel dan pembentukan produk brganggu. Untuk itu kebuhhan optimal rnikroba terhadap oitsigen hams tarpenuhi (Rachman, 1989).
Sebaliknya bila konsntrasi aksigen terlarut tedalu tinggi, maka kemungkinan akan brjadi penghermbatan pambantukan pmduk yaw diakibatkan
oleh aksigan (Gregory et al., 1973 di dalam Forage, 1395). Faktur pmbatas pmiqktan parnbentukan Masurfaktan adalah akumulasi lipida, Pweliti de Ruubin et a/. (1989) rnenyabakan b a b a kabrutan oksigen
yaw tiqgi akan
rneningkatkan aktivitas anzim isositrat detridruganase (ICD) yaw manghambat pemhnkrkan matablit #perti biusurfaktan. Sebaliknya &la o k s m bricurang,
aktivitas ICE) akan menurun, satlingga pmduksi biasurfaktan msningkat. Hal ini disebbkan kamm Siklus Asam S i t tertekan, setrmgga sinbesis Lipida yang mnjadi komponm lipapptida maningkt. Namun mengingat biosurfaktan
dipmduksi selarna perhimbuhan sel, hanya m a n pngaturan lintasan Siklus
K r e b tidaklah Iengkap. Okh kamna itu untuk mancapai produksi bmsurfaktm yang maksimal, hams dikahui faktw-faMor yaw rnempenganrhi rnehbolisrne
mikroba. Sejauh ini infumasi rnengenai lintasan metabutisme yaw tetiibat pada produksi bmsurFaktan masih taibatas. Tegangan psrmukasan cahn faummtasi candanrng mmrrun,
namun
sekitar jam ke-30 mengalami psningkatan disababkan bisu#aktsn yang dihasilkan mengalif k0 luar biafeaktor bsrsama bum {Gambar 33). Twangan
pemukaan &rendah dicapai pada laju aerasi 0,s wm, yaitu sebesar 28,3 m N h (Lampiran 23b).
Gambar 33. Twangan pemutraan ferm-
mmghlunalran biar638-r
2L
tiga taraf laju asrasi (0,5, 1,U dan 1,5 wm) Pdla parubatran tegangan permuk;aan aejahn d e n m probuks4
biosurfakbn yang mencapai nifai tertinggi pada jam ke30, narnun satdab ihr menurun. (Gambar 34). Haf ini disebabkan bio8urFabn p n g tmbentuir terbma b u a kduar bioreaidor. Banplmya bum yetng Wbentuk dsnn ktaluar cfari fu-g udata keluar pacts breaktor suiit: rjicegat.1. K a m W bbsutfaktan &ling@
pada cairan f e r m M di &barn breaktor s a w r 0,87 @L&per&
denpn
menggunakan laju aerasi 0,s wm (Lampiran 24a). Gunfah kromalogram a n d i
bi~autfEiktandtangan HPLC diijikan pada Lampiran 24b. Semakin lama ferment&, sisa guh yang twdapan: pala csaimrr kuttivasi mderung menurun (Gamtsar 35). Hal ini disebabkan guh drgJunakan untuk
pernkntukan bmaasa dan biusurfabn. Data gula sisa sehgkapnya diiajikan pads Lampiran 2 4 .
G a m k r 34. Biosurfaldan pada brmentasi menggumkan bioreaktar 2 1, pada tiga taraf laju aensi (Q5, 1,Qdan 1,s wm)
Gambar 35. Glukusa sisa pada fementasi msngguraakan biarmktor 2 L M a tiga tar& laju aerasi (0,5, f,0 d m 1,s wm)
Pada laju aerasi 0,s wm tersebut, nilai hju spesifik pembsntukan pmduk
fqp) yaw diparofeh ssbesar 0,039 jam"' d m faju spesifik penggunaan substrat (q$ 0,722jam*'. Nilai laju wturnetrik pernbsntukan produk (Qp) yang dipsmleh
sebesar 0,035 g/L.jarn clan taju vdumetrik pmggunaan substrat (Us) sebEasar 0,657 g/L.jam. Laju spssifik tidak tergantung dari konmtrasi sel dan
menwarnbarkan efisiensi rnetabdisme mikmbial. Sedangkan laju wlumettik tergantung dad konsentrasi sel dan hju sinbsis pmduk yaw dikahsnclaki m u
laju konsumsi substrat gsr volume bioraaktor. Parameter procluktivitas ini pnting unhrk memncang d m menguprasiiran proses fermentasi skala industri, k a m
mnrpabn ukuran kinej a keselunrfian prostas (Scragg, 1991). Rangkuman nilai biomassa, twangan prmukaan dan biasutfaktan serta
parameter kinetika fermentasi rnanggunalran bioreaktor 2 L pada tip hraf h]u
aarasi (0,5,
?,a dan
3'5 wm) tersebut disajikan pada Tabet 13. Contoh
pmentuan praduWvitas vulummk disajikan pada Lampiran 25a (data) dan 25b
(kuwa). Befdasarhn hasif penelitian tersebut dapat disirnpulkm bahwa hju
aerasi 0,5 wm mafupakan Jaju aerasi yang tatbaik untuk groduksi biasurfaktan dan digunakan pa& panernan seianjutnyer,
Tabel 13. Fiawkuman nilai biamssa terinmi, &gangan pemrukaan terendah dan biosurfaktantertinggi serta pammebr kinettiitsa
fermmtasi rnmgguftakan biomaktor 2 L pada tiga t a d laju m s i (0,5, 1,0 dan 1,5 wm)
qp= Ypk p (jam*')
q, = qflpls am-')
1. Semakin tingdli taju aerasi yang digunakan dari 0'5 wm sampai dengart
1,s wm, rnengakibatkan frairsi biomassa dan biosurfaCrtan yang &pat dipanan lsbih rendah. Penyebabnya adaleth laju aerasi yaw tinggi memacu
parhrmbuhm el dan prwluksi tsusa pad& waktu yang singbt, sehingga
keluar biareaktar yam krakibat krkurangnya valuma airan kultur. Oisamping itu pada iaju aerasi yaw tinggi, laju perpinahan aksien
&an
sangat rendah akibat pengaduk bioreaktor brotasi p d a fasa gas yang brakibat tidak marnpu memindahkan udara ke &ran m t a s i .
2. Laju aemsi temik dad tiga perlakuan yang rnenghasilkan biasurfaktan terbanyak adalah sebemr 0,s wm. Pa& laju aerasi tersebut diperoleh
biomassa sebesar
4,W gk,biosurfaktan tertinggi 0,87 gk dan &gangan
pemulraan brandah 28,3 mN/m, Parameter kinetika psda hju serasi
U,5 w m adalah sebagai krikut : hju perturnkhan spesifrk (v) sebesar
0,07jam*', rendernan pruduit yam terbmtuk tefhachp biamassa (vp& ssbsar 0,553, rendemen produk yang terbntuk terhadap substrat yang digunakm (Ypls) sebesar 0,054, rendemen biornassa terhacfap substrat
ysng digunakan (Yxls) sebsar 0,102, hju wlumtn'k pembntukan pmduk (Qp) saksar 0,035 *.jam
d m laju wlumetrik penggunaan substrat (62s)
wbsar Ut657g/L.jam, sedangkan taju spasifik pemhtukan pmduk (q,) =bear 0,039jam*' dm laju spesifik penggunaan substmt (q.,) W s a r
0,722jam*'.
Penelitian 5. Penerapan Partial Recovery Busa pada Produksi Biosurfaktan Oleh lsolat Lokal Bacillus sp. BMN 14 Menggunakan Bioreaktor 13 L
Pendahuluan
Pada produksi biosurfaktan menggunakan Bacillus sp. dijumpai masalah utama berupa timbulnya busa yang sangat melimpah, sehingga fermentasi terganggu. Busa adalah sistem dispersi yang berupa gelembung udara dikelilingi oleh fasa cairan (Hailing, 1981 di dalam Razafindralambo, 1998). Penyebab terbentuknya
busa
umumnya adalah
adanya
terdenaturasi pada daerah antar muka udara membentuk selaput yang tidak segera rusak.
senyawa
-
protein,
yang
cairan fermentasi dan
Georgiou et a/. (1992) juga
menyatakan bahwa banyak protein merupakan senyawa aktif permukaan dan menyebabkan pembusaan pada larutan. Senyawa amfipatik seperti biosurfaktan, merupakan senyawa aktif permukaan yang berpotensi membentuk busa. Struktur lipida dan peptida yang terdapat pada lipopeptida berpengaruh terhadap pembentukan dan karakteristik busa yang dihasilkan (Razafindralambo et al., 1998). Pembusaan dapat menyebabkan terpisahnya sel mikroba dari media, sehingga terjadi otolisis yang selanjutnya melepaskan protein dari sel mikroba dan akan meningkatkan kestabilan busa. Masalah lain yang dijumpai pada fermentasi untuk memproduksi biosurfaktan adalah terakumulasinya produk di dalam cairan fermentasi, sehingga menyebabkan terjadinya penghambatan terhadap
metabolisme
mikroba (Desai dan Banat, 1997). Fraksionasi busa busa merupakan suatu metode dalam proses hilir yang bertujuan untuk memanen produk. Metode ini menggunakan prinsip perbedaan aktivitas permukaan produk yang dapat berupa sel mikroba, senyawa seperti protein atau koloid yang secara selektif akan
terjerap atau melekat pada permukaan gelembung gas yang naik ke permukaan, sehingga produk terkonsentrasi dan terakhir dipisahkan dengan cara skimming. Untuk mengatasi masalah
busa yang melimpah, hams diterapkan
metode ferrnentasi yang tepat, sehingga mampu mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mencari alternatif cara mengatasi masalah timbulnya busa yang melimpah selama produksi biosurfaktan. Cara yang diterapkan adalah melakukan pengeluaran busa yang terbentuk (partial recovery). Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari penerapan metode fermentasi dengan partial recovery busa untuk mengatasi masalah terbentuknya busa yang melimpah. Di samping itu metode ini diharapkan mampu mengeliminasi masalah terjadinya penghambatan oleh produk yang terbentuk selama fermentasi. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi dasar untuk perancangan bioreaktor dan proses pada penggandaan skala produksi biosurfaktan.
Metode Penelitian Tata cara penyegaran dan propagasi isolat Bacillus sp. BMN 14 yang digunakan, sama seperti penelitian sebelumnya. Media yang digunakan pada percobaan ini adalah media garam mineral (Cooper et a/., 1981) yang dimodifikasi oleh Sen (1997) menggunakan glukosa 4 % sebagai sumber karbon (Tabel 4) serta formula media tetes tebu terbaik hasil penelitian sebelumnya . Produksi biosurfaktan dilakukan dengan menggunakan bioreaktor 13 L (volume kerja 10 L) Biostat V- B. Braun (volume kerja 10 L). Partial recovery busa dilakukan dengan melengkapi bioreaktor dengan wadah pengumpul busa pada saluran udara keluar untuk menampung busa yang keluar bioreaktor
fermentasi yang digunakm 37 %, laju mmsi 0,5 wm dm
aghi
200 rpm.
Keterangan :
a. wadah pengumpul busa pads parfial -wry
busa
b. monitor pH, suhu, o k s i tertanR dan ke#patm agitasi
c. rotameter (pmgatur laju alir udara)
3.8 jam d a m 40 jam (medim glukosa 4 %) dan 72 jam (medirr b b s bebu). Pengamhn yang dibkukm mdiw : pmlehan biomassa, &gangan
p s r m u b , biosurfaktm (HPLC) d m guh rim -meter
kimtika yang
diWWm meliputi : laju pertumbdm spesifik (p), rsndem W tehmtuk B
yang dfgunahn (Yph),
p &stmt
tdwdap subsm yang d
i
k pm
mdamm biomam
i (Yxls) dan randemen poduk y m t d m k i k
aleh biamassa ( v p k ) , faju vulurnetrik pembentukan produk (Qp), laju vafurnetrik penggunaan substrat
spesfik -man
(Us), Iaju spesifik pembantukan praduk (%) dan
Iaju
substrat (qd.
Data hasil pengamaQn selama fermentasi disajikan pa& Lampiran 26a
,
-3
(media glukosa 4 %) dan Lampiran Bbfmeclia btes bk).Salama framentkaal, busa tarbmtuk sejak dari awal fasa eksponensial pertumbuhan sel. Hasil
terdapat di dalstrn caimn fermsnhsi di dalam biowaktor tabih tinmi dibandingkan
yang terd~ylatdi busa. Namun selanjuhya, biomass yang terdapat padat busa yang brirurnpuf di luar biomktor Iebih tinggi dibanclingkan dewan yang ada di dalam cairan fennmtasi di dahm bioraaktor. Haf ini bjadi baik pads
penggunaan media gkrkosa 4 90maupun media tetes tebu (Gambar 37 dan 38). Pa& penelitian ini dibandingkan antara penggunam media tetes t&u hasit paneritian terbaik sebalurnnya dengan media glukosa 4 %. Tujuan pernbandingan ini adalafr untuk mngatahui pggunaan media b h tabu
media gfukosa 4 %. Biomassa tertinggi pada airan farmentasi cfengan rnenggunakan media glukosa 4 % adalah sebsar 3,30 @L dm pada busa
sehsar 4,09 61/t.. D e w menggwaitan media h t e s bbu biornassa yang
2,68 gk dan pacia busa Wear 2,83 gk. %lama f e m t a s i bramati pambntukan busa dangan menggunakan media gluitosa 4 % l&ih banyak
Konsentrasi biosurfaktan yang terdapat pada busa yang tefakurnulasi,
labih tinggi dibarxfingkan deng~tilyam brdapat di airan fermentasi (Garnbar 39
dan
9. Haf
ternbut disebabkan biosu#aktan mempahn senyawa amfipatiic,
yang Nrsifat m g a i senyawa airtif pemukaan, Mingga mpt -ran
pada
pembentukan busa. Dangan menggunakan media giukosa 4 %, biasurfakan
tca*nggi dihasitkan pada jam ka-30, yaitu sabessnr 2,W gk (bus@ dm 1,06 gk
fcairan farmentasi). Sedangkan ctangsn menggunaitan media tfbtes M u , praduksi biosu~akansedikit mangalami kralambatm yaih bsurfaktan tertinggi dihasilkan pada jam ke-30, yaitu sebesar 4 , 4 8 gR (bum) dan 0,85 glt. (miran
femcantasi).
Penyebab petbedaan tersebut adakh btxfunpn @a yaw
duminan terdapat pada tetes tebu adalah sukrasa yang marupakan disakarida,
sehingga hams dipecah tedebifx dahufu manmi monosakarida (dukosa dan fnrktosa).
4.5 4 3.5
g
3
z
5.5
!EIy
1
0.5 0 0
8
12
t8
24 30 Waktu (jam)
38
42
48
i
Gamtrar 37. Biomasm p d a femntasi menggunakan bioreaktor 13 L dengan pattiat m u e busa ~ (media glukosa 4 %)
3.5
3
-- 2 5 $
Dg
2 1.5
1 0.Ci 0
0
6
12 1 8 2 4 3 0 3 6 4 2 4 8 ! i 4 8 0 ~ 7 2
Waktu (lam)
Earnbar 38. Biomass pada Femntasi menggunakan b i t o f 13 L d-n
pa&! mmvery busa (media tetras Wu)
Gambax 4U,BiosurFahn pad# femenW rnenggunaksn biareaMor 13 L
dsngan p ~ t f i ~m) Iv e t y busa (media Mest&) Dangan twbwanya Mowrfaktan b lusr hioreairtor, maka terjadinya pnghmbatan
p d u k d;nlrat &umn@. PmghnMm
rmwupakm
Momena ,m&aW#.amdark .MU - l -biokhia i m a c q a h &WW snaiRa yang bakerja pada awal S r l m n tersebut (Wang ef a].,f 979). Drouin dan Caoper (lSS1) rnmyzrtakan b a h adanp pengharnbstan aleh produk akhir d a m
-mmwtmkan- r a n ~ - b b u ~ - y m gHa&i & pmMm ~ . q - e 4 srf. (1981) msnunjukkan bahwa ferment& dengan biormktar 28 L tanpa penghilang&anbusa, menyelawn hanya sedikit sufiktin yang terdapat padsx
media. Pruduksi #aerurf-abn wcara dramatis mmingkat dsngan dikduarkannp busd ymg tebntuk %lama f&manW. Busa yang Wkurnpul dam h g a n
mudah dipanen dengan menufunkan pH mmjadi 2 dan diekstmM rnenggunakan dikrometEana,
Milai tegangan permulaan cairan fementasi cederung menurun =lama
femntasi mrnpai pada wafttu terkentu, selanjutnya akan mningkat diwbabkan biosurfaktan iceluar biaferaktor. Kuwa tqangan permukaan cairan Xemenfasi
dmwn kedua jmis media disajikan pada Gambar 41.
--
wrtlctu (lam)
G1ukOClPl.B %
--eE-T&mTebu
Gambar 41. Tegangan psmukaan pada fermantasi mwggunakan
biareaktar 13 L. dangan parfiaf -very
bus&
Nilai tegangan pemukaan targankrng dari kansentrasi biosurfaktan yang terdapat pad& cairan hrmentasi. Pmuntmn twangan pmukaan disebabkan
biosurfaktan rnerrupakan ssnyawa yang rnamiliki bagian hidmfubik dan hidrofilik,
sehingga cendarung akm terbagi di daerah antarnub udara - airan famtesntasi
dan mangakibatkan mudah brbrrwa ke fuar biureaktor.
Hasit pensiitian rnenunjukkan bahwa dengan semakin lamanya famrenhsi, sisa gufa pada kedua media wmakm menurun (Gamkr 42). Gula
digwlakm untuk perturnbutran sel, pernbenkritan produk dan mnghasilkan
emrgi yaw diiunakan unktk mlaksanakanberbagai aktivitas sef. Dengan
menwunakan media gfukosa 4 %, pmurunan guta sisa pada media b b h capat dibandingkan m a nmedia Wes tebu.
Pada akhir FametltEtsi gula sisa wdah
sangat rendah, narnun waktu fiemwnbsi untuk gfulrasa 4 % kbih singlrert (48
jam) dibandingkw media tebs tet>u (?2 jam).
Gambar 42. Guta sisa pada fermentasi mmggunakan bioreaktor 'I3 1 d e w pami m w y bum Hasil pmdiitian mnunjukkm trahwa kmmtad dengan partial m w r y
busa mggunakan media glukusa 4 % maghasilkan mndamen pmduk yaw te-ntuk
deb biomassa (Ypk) = 0,369bbih tinggi, ymg berarti tebih afisien
dibandingkatl dengar! rnmggunakan media tebs t&u. Sdangkm mdamm
produk yaw W n t u k trsrhadap substrat yang digunakan fYp/s) = Q,W? dan rendemen bmassa y a q teftientuk terhadap substrat y q digmaIan (Yxls)
= 0,426 Wih rendah dibmdingkern dangan mertlggunebn medm btes
tabu. m a n rntmggmkan medie tetas trabu dipemleh nilai Ypfx
= Uq303,
Yp/s = 0,123 dPtn Yds = 0,243.
taju vokrmetrik pembmtukan produk (Qp) dgnpn media g l u m 4 % sebesar 0,038 @.jam
dm faju wlumekik pggunaan substrat (Qs) Wsmr
0,652 g#jam ymg kbh tinggi dibandingim dmgm media Wes Wbu y8iki
Qp = 0,034 gR.jam dern Qs = 0,259 g/L.jam. Dernikian pula dengsan menggunakan media glukosa 4 %, nilai Iefu apsifik, pemkntukm produk
(qp) = O , W jam-' dan Iaju spesifik panggunaan substrat fq,) = 0,853 jam"' Iebih tinmi dibandingkan media Wtes febu (q, = 0,030jam" dan
= 0,244 jam").
Rangkuman nilai pafameter kirtetika pada fermentasi &ngm gatti& muwry busa mMggu!Iakan bkmaktbr 13 L disrrjikan pada T a b l l 4 .
Pawamatan banyaknya bus& yang terbentuit selama f e m t a s i manmjukkan deqan manggunakan media glukosa 4 %, jumfah busa y a q
tert3enktk sekitar 17,s % (vhr) dari volume kerja bioreaktar, sedangk8n d-an
menggunakan media tetc3s tebu sebesar 14,6 %. Bila dihiking mka pmduksi biosurfaktan dengan menwunakm biomaktor t3 1 (wiume katja 10 L) daan
media gilukusa 4 % dapat menghasilkan biosurfaktan sebmr 8,75 g dati miran fermemsi dan 4,97 g dari ksa atau jumlatl totainya sebesar t3,72 g. Sedangkan dengan mmggunaan media tetes tebu, dihasilkan biasurfakan
sabesar 7,2%Q dati cairan f e m t a s i dan 233 g &ti busa dmgan jumfah total biosutfaktan Wesap 9,39g. Data ini nantinya brguna untuk mambuat analisis
ekonorni. Penerapan parCial m m r y b u s akan mequntungkan, sebab dapat dilakukan pemisahan biosurf8Wn
secara
in situ
(Desai dan Desai, 1993).
Selanjutnya menurut Multigan dan Gibbs (19891, mananan biosuffaktan secara in situ akan mngurangi penggunaan palarut, mengurangi mamiah akikt buss yang terbentuk, degradasi produir Wrkurallg serta rneningjiratkan prcrlehan biosufhktian starta penghambatan ol8h produk dapat dimwh.
Tabel 14. Rangkurraan nilai biomassa, tegmgan perrrsukaan dan biosurfaktan mrta parameter kinetika pewrapan
pentiaI m w t y busa pada b i o mkbr 13 L
qp= Y&. y (jam*')
qs
= q$,p/s (jam"")
--
G
Kersimpuian
I . Dsngan menggunakan media glukosa 4 O/a , biamassa tertinggi yang tarciapat pada cairn ftsmenbsi sebasar 3,30 g l t , biasurfaktan l , W
dan twangan
prmukaan bmndiah 28,U rnN/m. Sedangkan pada busa, biomassa tartinggi
sebesar 4,W giL, biosutSalttan 2,84 g/L dan &gangan permukaan terendah 2?,8 mN/m.
2. Dengan menggunakan media WStabu hasil yang diperaleh Iebih mdah dibandingkan dengan penggunaan media glukosa 4 YO,y a k bomassa
tertinggi yang terdapat pads cairn bmntasi sabemr 2,88 g/L, biosurfaktan
0,85 @Ldan tegsngan permukaan labih tinggi ysitu 32,8mN/m. Sedangkan pada bum, biomssa tertinggi sebsar 2,83 @t,biosurfiiirtan 1,46 @L dan
tegangan pamukaan terendah 28,2 mN/m, 3. Fermentasi dsngan pattiah recowry busa menggunakan media glukosa 4 %
menghasilkan
rendemen
produk
yang
terbentuk
of&
Momassa
(YpIx) = 0,369I&ih tinggi, yang berarti lebitr efisien dibandingkan dangan
manggunakan media tates tab. Wangkan mdemen p d u k yaw twbentuk tfarhadap substtat yang digunakan (Ypts] = 0,047dan rendemen
bmmassa yang terbentuk terhadap substrat yang digunakan (Yxls) = 0,128 lebih rendah dibandingkan dengan rnmggunabn media tetes tebu. Deqan
menggunsakan media tetes bt)U dipemletr nilai Yplx
= 0,383, Ypls = 0,123
dm Yxk = 0,243 4. Dengan rne#ia glukusa 4 46, laju vdumetrik pembmbkan pmduk (Qp) =
0,038&,jam
dan laju vulumeattik pmggunaan substfat (Qs) = 0,852 @warn
lebih tinggi dibandingkan dewan media tatea tebu yaw Qp = 0,034 &jam dm Qs = 0,258 gR.jarn. Demikm pula dengan menggunakan media glukosa
4 %, nilai lalu spesifik pembentukan p d u k (q,)
= 0,040jam"'dan faju spsifik
penggunaan substrat (q,) = 0,851jam" tgbih tinggi dibandingkan media tebs Eebu, yak qp= 0,030jam*' dan q, = 0,244jam-'.
5. Praduksi biosurfakhn deqan rnenggunakan biareaktar 13 L (volume kerja ?U L) dan media glukosa 4 % dapat rnenghasilkan h s a sekir 17,5 % {v/v).
Biosurfakhn yang diperuleh sebesar 8,75g dad cairan fermentasi clan 4,9? g dari busa atau jumiah totalnya sebssar 13,72 g. Sdangkan dengan
rnenggunaan media tetes tabu, busa yetng dihasifksn sebesar 14,6 % (vhr). Biasu~akanyaw diproleh sebesar 7 , B g dari cairan femantasi dan 2,f 3 g
dari bum dengan jurniah total biosurfaktan sebesar 9,39g. 6. Penerapan pad@ m m r y bum dapaf mngurangi rnasalah skibat busa
yang terbentuk dan pengfaambatan aleh produk serta pemanenan produk
lebih mudah.
Pendahuluan Pawlnartndaan Skitla Penggmdaan skata menrpakan suatu prosas pgfaiihan kegiaEan produitsi dari skis IaboraWurn ke skdtia piiof phnt
mu
industri. Terdapat beberap#
mtacle untuk mnhgkatkan skala, yaitu metode dasar (petneatman neraca
rnikro untuk parpindm rnmnhrn, m s s a dan panas), metode mrni damr
(prnecahan neraca yang disederhmakjan), analisis dimensional (pengguman gugus tak brdimensi), hidati ibu jafl (Rife of thumb) dan c o-
(frftal and
em0 (Kossen dan Uusiertruis, 1985). KmMab ibu jari tam banyak dMmpkm pada indusbi famntasi. Paokan pcanggtandaan skhnya bhubungan dm mangacu pacia parpindshn oksiien (teknan parsial Ozahu go2 adaM fungsi dari ka yang matupekranfungsi dari P N ) . Pada penggrandaan shla, haws diuakkan kundisi iingkungan yang
optimal. Namun u r n m y 8 penggandaan skala akan mnyebabkan brubahnya faktor-faktor lingkungan fisik ( W a g et a/., 1978). O
M kramnsn itu h a m diiiiih
paMan penggandam skah yaw sesmi. Patakan penggandaran skab yang
dapaf:dipilih rnsliputi : (1). masukan tenperpindahan oksiwn
(ka), Q),n-k
par unit wiume (PgN), (2).tetapem ujung pengaduk (END),(4). walstu
pencampurn seimbang, (5). bilangern Reynold, (6).M r - f a k t a r momemturn d m (7). pangendaliin urnpan balik.
Di antam banyak patokan penggandaan skala, yaw paling urnurn diunakpm
&hh
msrwkan tanaga per mit volume (PgN) d m teepan
perpindahn oksigen &a). AAehnunmt A i b ef a!., (1973), temp&nitai Lnaga par
skala pruduksl (Gambar 43). Diasumsikan bahwa dengan efisiansi aerasi yang
sama, akan dlperofeh rendemen pmduk yang sama baik pada skela kecif rnaupun skab b e a r (Banks, 7979). Persamaan-persamaan yang dapat digunakan untuk pe3nggancfaan skala
adalah eret>agaibarikut (Abs at at., 1973).
1. Konsurnsi Mags per satuan volume caimn famantasi di dalam tangki
biamaktor (PN)
N~D'......................................................
PN
2. h j u sirkuiasi miran fermentasi di hiam biareaktaf (FN)
FN
e
N
..........................................
3. Kecapratan ujung pengaduk (v)
v
w
ND
..........................................
4. Modifikasi Bilangan Reynolds
PIP
M
N D ~ ..........................................
P
-
Konsumsi tenaga
V
=
Volume cairan fermentasi Laju alir
F
N D P
v
-
-
Laju sirkulsasi cairan farmantasi Diameter pengaduk
Densitas miran fermentasi Viskasitets mifan brmwltasi
.'.........,
t
><:
-
Konsentrasi Produk
Daerah untuk penggancfaan sksla yang efeW
_I__, Tenaga per unit volume (PgN) atau tetapan perpindahan oksigen valumtrik (m)
Garnbar G', Hubungsn antara terraga per unit d u m e (PgN)
mu
tatapan
perpindshn oksigen voktrnetrik (ka)dengan pmbantukan produk ( A i h et al., 1973)
Parameter
ka m r a twritis
dapt dibntukan dari parameter Iainnya
rndalui parsamlaan berikut (Kossm dm Oostartruis, 19%).
ka k P
V Vs
= tetapan perpindahan wfumtrik (kg ml Qz/tm.jam.atm) = kmstania = fenaga yang di~unakan(HP) = volume cairan Xementasi (m3) = kernpatan aliran udara (mfjarn)
Nilai k psada permmaan (20)besamya tergantung pada tip penpduk
biomlttar yang digunakan (Aiba et at., 1973). Nifai k untuk pengaduk tipa balingbaling ( v a W i s k imp&kr) sebesar 0,0635, untuk janis deyung W t e
pengaduk) sebesar 0,038 dan untuk tip tufbjn pipih (flat blade fu&in) s e b s r 0,0318. Miroi tetapan a dan t> hsamya targantung ukuran &oreairtor (Tabel 15).
Tabel 45. Njhj tetapan a dan b pa& berbagai ukuran bhreaktur
Parameter &a yaw merupkan tetEapan pepindahan volumetr'ik (jam")
menggambarkan ukuran icapasits oerasi bioreaktor saiama pengufim. Niiai h a
krikut (RusMon eta/. 1951 dl &lam Aiba
NP
--
(PI (%3
ef a/., 1973).
....
..rf,f,....l...I..l
I
I . . , , . , . . . . . . . . .
.....
,
p1= 0:
K Q M ~ w !:~
NP
P
--
%
=
N
01 P
= --
bilangan &nap (bilangan tichk bedimensi) Tenap ekstmal tagitator (k .Wdaf) Faktar g j r a d s i = 9,81 Wde ~wpatm agitasi Diameter pengaduk (m) Densitas d r a n fementasi (kghs)
P
*.**.
(2.r)
(Aiba et at,, 1973). ISengan demikian bila nihi N, diketahui, maka nitai P (twaga
ekstemal agitatur) &pat dihitung dari pemrnaan di atas. Nilai Nptersebut ciapat diketahui dewan menggunakan grafik hubungan antam Bilangan Reynold suatu
miran fermsntasi pada barbsgai tip pengaduk (Lampiran 281, Bilangan Reynold
dapat d b n t u h n dengan rnenggunakwn parsamaan Wuk cairan non-Newtonian yaitu sebagai krikut (Hamby et a! (1992).
Kebmngan :
k
=:
tempan untuk six blade dm furfrinbsarnya = l 'I,5
Bsrdasarkan niiai bilangan Reynold tersebut, pergarakan cairan
fermentasi di &tam biareaktw &pat digalongkan menjadi tiga dasrah, yaitu sebagai barikut. (4). aiiran laminar, jika NRa< lU (2). aliran tPzmsisi, jika 10 < NRe
(3). #limn turbulen, jika MRe>%I4 Kebutuhan tenaga untuk mengaduk miran pada sistem befasmsi (Pg) tabih k d l dibandingkan sistem tanpa agitasi fP). Haf tEPrsatKlt disekbkan
adanya pewrunan densitas crtiran di sskitar pwgaduit &bat
terdagsrtnya
gelambung udara di dahm cairan. Perbandingan antam fmaga pengadukan
sisbm b m r a s i &gan
sistem tanpa mrasi [PgP) brvariasi antam 0,3
- 1,U
(Aiba et a/., tS73), tcargantung pads jenis pengadulr dan iaju aerasi yang digunakan, Kareksi tahadap penurunan temp pengaduitan kamm actanya
aefasi dilakukan dwgan menggunakan bilangan A m s i (Aeration Number, NJ.
Bifangan Aerasi menggamkrkan perbandingan antan disparsi gekrnbuw udara di sekitar pengaduk dan di daiam tangki.
F = laju alir (m3hnenit) Dengan mengetahui nilai bilengan Aerasi fN,) dan menggunakan grafrk
hubungan antara (PglP) dengan bilangan Aemsi (MS pada b r b q a i tipe p a n m k , make nilai (PgP) &pat dikatahui dan nihi Pg &pat dihitung (Aiba at #I., 1873).
Ptamnttan Niki kt ir dan Reologi Qimn Femntesi Penantuan & bertujtaan untuk mengetahui efisiensi aerasi
&n
mengkuantifikasikan pangaruh vatiabel operasi tarhadap penyediman oksigen
(Lee, f988). Sernakin bassr nilai b,maka semakin basar pula kapasitss aarasi sistsrn (Stanbury dan Witskw, f 984). Bila nilai h a bio~aidartidak memenuhi kebutuhan oksipn alsh m i m a , m a k konsantrasi oksigen terlarut akan
m n u m di bsnwah tigkrat kMs fC-1,
sshingga akan rnangakiktkan
rneiablsme sef akan terganqgu. Dengan demikian nilai ha suatu biomkbr
haws dam mmenuhi kebutuhan konsentrasi uksigen optimum mikmba untuk psmbnhikan prociuk ymg dapat dipeftahankran sepanjmg farmentasi.
Niiai
dapat dibntukan drtngan b8-ai
msnggunakan Metode Kinetika Tkdak Tunak (#on M
cam, dianhranya d@ngan y sfate kinetics) pads
fementasi curah. Matuda ini mernpunyai kelebihan dibandingkan metode fain, yaitu msnggunakan biakn yang turnbuh untuk rnenghilangkan oksipn dafarn
media sakiurn diaarasi, sehingga I&ih malistis (Scram, 1991). Metode ini
disebuf pufa Metode Dinamlk, karma panenhan nilai ka dilakukran denkgan penghentien aerasi sejenak, kernud'ian aefasi dijalankan kernbali. Reabgi atau 'rlmu yang mempiajari s3at dan prilaku aliran media
farmentasi mencakup elstisitas, viskositas dan piastisitas sangat pmting
bemiribat ttsrhadap laju perpindahan massa dan panas (Scram, 1991).
Kamideristik d a g i smtu fluida dinyatakan dengan persamaan krikut. t
Keterangan :
=ty
+ Kf'...........................................................
t
K
= tegangan g e s r (g.cm"'.det."2) = y&kJ str~ss(g. cm"'det.*' ) = indsks konsistansi {g.cm". det,""' )
y
= laju gsser (det"')
ty
n
=
(2s)
indeks perilaku d r a n
Laju gessr mmpakan grsPdien kernpatan natra dua bpissan fluida ymg sajajar, untuk kasus alimn laminar dapat ditulis sebagai dv/dy pa& amh x fv =
ise-n
dan y = jarak tegak lurus arah x). Sedangkan tegangan geser
merupakan gaya per satuan luas yang dibutuhkan unkrk krgaraknya fluida. Pada wiran Newtonian, n=l, tegangan geser = 0 dan k menjadi viskositas (p),
Cairsrn Newtmian mernpunyai viskasitas yang tidsk tewntung pa& laju
gaser. Sejurnbh fermentasi rnenggunakan balded dan khamir rnenunjukkan karabrsitik airan Newtonian.
Nihi K clan n berubah sdama famentasi dm akan menurun dengsan
rneningkatnya laju pser. Viskasitas (p)dapat digambarkan dengan parsamaan Wkut. p
Banyak
= ~r"'..............................................................
fermentasi
menhggunakan kapang
karakteristik ini. Bila nilai O
beifilamen
(28)
menunjukkan
dan K>O, cairan fammtasi disebut
pseudapfastik. Sedangkan bila n>f dan W, cairan disebut dilatan {Earnbar &)
Earnbar 44. Reugram ftuida dengan icataktefistik raalogi yang berbda (Stanbury dan Mitaker, 1984)
Penentuan k 4 Psngukuran nilai kLa dilakukan pada cairan fementasi Rasil produksi
biosurfaktan oIsh Bacillus s p SMN 14 menggunakan biareaktur 13 L. Media yang digunakan media tetes tebu terbaik dad hasil penelitian sebelumnya, Fermentasi dilakukan sarnpai mencapai akhir fasa eksponensiat.(36 jam). Pengukuran oksigen terlarut dilakukan dangan rnenggunakan elektrode oksigen
Y51 Model 55155 F. Pengukuran kFa dilakukan dengan Metade Oinamik (Scragg, 19911, yaitu mula-mula aerasi dihenfikan yang akan rnengakibatkan fegangan
oksigen terlarut atau DOT (dissolved oxygen tension) menurun aleh adanya respirasi sel. Selanjutnya aerasi dijelankan kambal sebetum mencapai DOT kritis, sahingga DOT akan meningkat (Gambar45).
Daerah A : tidak ada aerasi (pemasokan udara) ke clalarn kulfur :
= - Qo2X .....................................
Qg)
df
Daerah 8 : dilakukan aerasi :
Gambar 45. Profil oksigen terfaruf (CL) gada panentuan nilsti k ~ adengan
rnafode Dinamik
Cara penentuan nilai k ~ a adalah sebagai ben'kut.
(1). DOT dipertahankan pada nilai mantap paling sedikit selama 10 menit.
(2). Pamesokan udara dihentikan dan dibud psngaluran nilai DOT sebagai fungsi dari waktu
(3). Ditentukan geriode waktu se hingga diperc!sh penurunan DOT secara Anier (4). Percobstan diulangi dengan mempertahankan nilai DOT paling sedikit selama 10 menit. Percobaan dilakukan untuk penentuan
kLa
(5). Dibuat kurva respan dinamis dengan mengepiotkan C pada intewai waMu
(6).Ditenfukan nilai Qa2Xyang rnerupakan kemiringan kurva tersebut (7). Dari kurva kedua, dihitung kerniringan tangensial
r~ + Q o ~ X3 (9). Dibuat pengabran antara cL ciengan L$
pada nilai Cc dt
(8). Dibuat tabei CL terhadap
+
QOZXJ
Nilai h a ditentukan dari kurva berikuf (Gambar.48).
ffi +
QozX
dt G a m b a r a , Profil aksigen tertartPt (CL ) pada penentuan nilai k ~ a
Reolaei Caimn FermenQsi Penentuan densites
cairan fementasi dilakukan dengan rnenggunakan
giknometer, sedangkan viskositas caimn fermentasi diukur clangan aiat
BmoMiefd Viscomkr pada gempatan putar 6 , 12,30 dan 60 rpm menggunakan
jarurn (spindle) No. 2.
Hasil dan Pernkmhasm
Data hasil pengukuran aksigsn tearlarut disajikan pa& Lampiran 27
Kerniringan kurva
mewpalran nitai
sehingga
dlperokh
diparoleh kunta sepeFti pada G a m k f 48. KemiFingan kurva mapairan nilai
nlai
Earnbar 48.Kuwa hubungan antam Ct dengan&d + Q u ~ X dt
Hasil penelitian (Lampiran 28) menunjukkan bahwa gada akhir fasa
skspansnsiaf, cairsln Mrmmtasi bersifat non-Newtonian, karma viskositas cairan fementasi menurun dengan rneningkatnya laju gsser (Gambar 4%). Wangkan
Mrdaserrkan frukngan antara laju g e m dengan @gangan gsser rnenunjubn bahwa airan fermentasi mengikuti pala afiran cairan pseudapfastiic, kslrena laju
geser semakin tinmi dengan semakin rneningkatnya @gangart g e m (Gambar 43b). Untuk cairetn yang rnengikuti pula caimn nan-Newtonian, haws
dipeahatikan tetapan K (incdeks konsistmsi) dan n (indeks perilaku) cairern, Hasil
pengalul.~tnantala log laju geser dengan log viskositas rnembefikan kerniringan
k u m sebagai n-l dm titik potong pada ordinat sebagai antifog nihi K (Gambar 50). Dari hasii perhiitungan dictapatkan nilai n sebsar 0,732 dan nilai K sebesar
0,276(g. aK2.&t"2).Oengan nlfai n berada pada kisaran O a r 1 dan b O , maka
Gambar 49, Sfat calm fennentasi Bm7Ius sp. BMN34 pads media tebs tebu
5
8
0.2
0.4
0.6
1
(1.8
t
4.2
f
y 0.2678x - 0,%96
9 4.4
RZ = 0.8436
8
6
f3 -1
Log laju G ~ e {d&-') r
Earnbar 50.Kurva pmntuan tetapan indeks konsisbnsi (K) dan indeks periiaku In) airan fermenttasi Bila cairan fermentasi yang bersifst pseudoplastik cliberi pngaduiran denqan kwpatan tinggi, maka viskositas di &kat
gangaduk Mitt kecif
dibandingkan deqan di tempat yang jauh dad pengaduk. Pmcampuran yang
baik hanya brjadi di & k t pengaduk, sedangkan di tempat uang jauh &ri
pwgaduk stagnan, setxingga penwmpumn tidak k i k . Sifat raolagi rnenentukan
konsurnsi ernergi. Untuk cairan nan-Newtmian dipeduican konsumsi ermergi yaw labitr besar agar media harnogen.
Penapandaan Wcla Rancanghngun biareaktor dart prams produksi biosurfaktan untuk skah industri dilairuiran dengan menggunakan bebrapa parameter penggsnndaan
skala yam dipamleh dari skata pilot plant (bioreaktar 13 L). Untuk menjaga ketentfangan Nnerja sistern brmentasi pada skafa industri, maka kondisi
tingkungan optimum setiap sel haws sama dengan yam dijumpai pada shla
motor penggera k pengaduk Gambar 51. Penampang bagian dalam bioreaktor 13 L (Biostat V - B. Braun)
..
( 0 . = diameter izpslsr, i.i = panjang impeiar, W i = Xabar ispeler, Dd = diameter linqkarrln p i r i n g e n impclcr)
W i : t ~ i: Ud
'
Di = X
: 1.3
: 3.2
: 4.5
Gambar 52. Bentuk pengaduk jenis turbin pipih gada bioreaktor 13 L (Biostat V 8.Braun)
Bsrdasarkan phitungan pada Lampiran 29
- 31, diperoleh tenaga per
unit valum (PgtV) yang dibutuhkan sebesar 0,0715 H P / ~ Sedaqkan ~. rrilai k a
yang dipruleh dari percubaan sebemr 0,01 d e t i ~ ' rnernbrikan rendemen biosurfaktan tartinmi. Dewan dernikian dihubungkan dengan kurva pada
Garnbar 45, maka nilai P g N dan ka dapat digunakan untuk penggandaan skala rnanuju
shla industri. Contoh hasil perhikmgan mncangbangun biomakbr dan
proses produksi biasurfaktsan pada skala industri bflcklpasitas 40.000 L dapat dilihat pad8 Tabel 17.
Volume Kerja (65 %)
Tinggi Bbraaktar (m) Tinggi Cairern Fementersi (m)
Diameter Tangki Biureaktor (m)
Diameter Pengaduk Jenis Turbin Rpih (m) Jumlah 8aji (buatr)
Penggandasm skala produksi biosurfakbn rnsnjadi 40.000 L cfangsan menggunakan basis PgN menghasilkan laju aerasi wbmr 0,07 m ddan
kecepatan agitasi wbesar 36 wm. Sedangkan bila penggandaan skala dengan menggunakan basis ha, maka traju serasi yang hams cfitarapkan -sar 0,10 wm dan ireqatan agitasi tagitasi sebesar 12 wm. Dengan perhikmgan
serupa dapat pula dibul rancangan dasar bioreaktar dan proses produksi untuk
bshgai kapetsitas bioreaktor dengan acuan hasif penelitian yang telah diperobh
dmgan menggunakan biareaktor 43 L. Kasimpulan I.Hasil m u j i a n reoiqi mmunjukhn b a h a pada akfrir fasa eksponensial,
wiran kmantasi menggunakan media tetes tebu b~sifatnon-Newtonian. Berdasaritan hasil pemitungan menuiljukkan nilai indeks psrilaku cairan (n) = 0,723 dan indeks konsistensi (K) = 0,276 g.cm"'.dep2),sehingga cairan fermenhsi dikategorikan pseuduplastik.
2. 'Berdasarkrtn percohan diparuleh nilai ha wbesar 0,01 &W1, sedangkan herdasarkan pwhitungan diperoleh tenaga per m a n w l u m ( P V ) yang
dibuklhkan sat>esar 0.0751 HPI~'. Kedua parameter tersebut &pat digunakan untuk rnewncang bioreaictar dan proses pmduksi biosurfaktan
pada skala Incfustri. 3. Geumetri rancangan biareaktor 40,000 L (wfume karja 26.000 L) adalah
sabagai berikut : tinggi bior8akor 12,315 m, diameter tart@ biareaktar 2,687 m, diameter pengaduk jenis turbin pipih 1,228 rn dan jumlah baji
sabanyak tiga k a h . m a n patokan PgN &tap, maka laju aerasi yang hams
ditmpkan sebesar 0,07 wrn dan keepatan agitasi 36 Fpm. Sedangkan j i b menggunakan pabkan k a , maka faju aerasi sebesar O,lU w m clan k-at;rn agitasi ^t2rpm.
Pendahuluan Banyak mikroba mampu msnghasifkan biosurfaktan dengan struktur rnolskul dan karaktetistik yang sangat bervariasi. Biosurfaktan menrpakan suatu
senyawa yang terditi dari bagian hidrufobik dan hidpofiSk (amfipatik). Bagian hidrufobik atau nan-polar dapat k m p a hidrukartsan sepsrti asam lemak rantai
panjaw, asam Iernak hidroksi atau calkil-& amm bmak hidraksi, Bagian hidrofiiik atau polar bnrp brbhidrat, osam amino, peptida siklik, fasfat, ssam karboksilat dan alkobl (Desai dan Dssai, 1993). tnbraksi anbra k d u a gugus tersebut akan mempngaruhi karakteristik biosurfaManyang dihasilkan.
Struktur moiekul biosurfaktan mempengamhi pmuntnan twangan
permukraan. Stnrictur moleirul surfakth ysng dihasilkan abh 8. subidis rnewpahn sbuktur mglinghr yang mmgandung tujuh asam amino dengan
uman
L-glutamat, Lteusina, Bleusina, L-valina, L- aspartat, D-leusina dan L-lwsina yang tefikat pada gugus brtmksil dan hidraksil asam Ism& Ct4 (Kakinuma et sl,
C w p t dan Zajic, 1980). Horwitz d m Griffin (1991) berdasahn penelitiannya terhadap m k t u r surfaktan BL-86 rnenemubn &hum surfawn tersebut terdiri
dari campuran lipopeptida cfengern icamparren utarna msmpunyai bobat mlekul brvatiasi antam 979
- to91 daltan. Selain itu ditemukan bahwa tiap malekul
terdapat tujuh asam amino serh pada bagian lipidenya terditi dari 8-9 gugus
rnetil (Drssai dan Desai, t 893).
Karak~risti k biasurfaktan yaitu dapat tentrai (bbdegmdable), spsifitas, kestabilan brhaclap pH dan suhu, tobbitss dsn kelanrtannya Eakan
rnernpgaruhi nilai ekanarnis pnggunaannya. Di samping itu periu pula diperhatihn efisiansi dan efektivitas pengguneran biosurfabn. Parameter yaw
digunakan untuk rnengukur efisiensi arjalah konwntmsi rnisaf kritis (KMK),
sedangkn parameter efektims adalah tegangen permukaan dan tegangan
antar parmukaan (Mulligan dan Gbbs, 1993). Biosurfaktail mampu menurunkn twangan pemukaan sssmpai dicapainya KMK. Di atas W K , tidak terjadi panurunan twangan parmukaan yang tlyata dengan peningkatan kunwntrasi biosurfaktan Hat in! disebabican
mobkul biosurfaktan akan bergabung membgntuk struktur supramalekul. Dengan demikian KMK dapat digunakan unkrk msnwtukan wsiensi pgnggunaan sttatu biasurfaktan (Fiectrter, 1992). Karakteristik lain biosurfairtan yang dapat menentukan aplikasinya adafah
HydmphiI8-~pophikkI3ai#n~ (HLB). Bila nibi HLB biosurFEIMan ;; 10, maka biosurfsktan bersifat Larut dalarn fasa rninyak (non-polar), sedangkan Ma nilai
HLB r 10 biasurfabn barsifat larut dahm fasa polar.
Wude PenelMan Pewujian tertradap karakristik biosuHakhn yang blah dilakuiran meliputi : stElbilitas tefhadap pH, KMK, kumpusisi mobitul asam
amino
menggunakan HPLC (kulam Ultra T b s p e m , detekw Fluaresensi) dan kornposisi asam tsmak manggunakan krornatografi gas, Secara fengbp tata
cam anatisisnya dapat dilihat pada Lampiran 1.
Hasit penetitian rnenunjukkan h h w a biosuffaktan kasar yang dihttsilkan
dwgan menggurrakan baik msdb gktkosa 4 % rnaupun tetes bbu mlatif stabil
pada kisaran pH 6 - 10 (Garnbaf58, Lampiran 32). Biosurfaktan dikatakan baik bila mampunyai twangan garmukaan di bawah 30 (Mulligan dan Gibbs, 1993).
Gambar 53 Stabilitas pH biosurfaittanyang dihasilkan BacifItlssp BMM 14 pada media glukosa 4 % dan t&es tebu. Kestabilan pH yang dicapai tersebut
ralatif cukup tinggi, sehingga akan
menguntungiran dalarn aplikasinyia. Hasif penefitian ini rnenyanrpai hsil penefitian Iain yang telah dilakukan. Sehgai cantah hasil penslitian Kim st a!.
(1997) menunjukkan bahwa biosurfaktan yang dihasilkan oteh B, suMilis msrnpunyai kestabilan tertxadap pH antara 5,U
- 8,5. Pada pH 4,U
dan 10,3
terjadi sedikit peningiratan tagangan permukaan, yaitu dari 28,6 menjadi 31,5 dynelcm. Biosurfakbn yang dihasilkan afsh 8. lichnifomlis msrnpunyai
aktivitas optimal pada selang pH 5 - 9, di atas atau di bawah nilai pH tersebut,
terobservasi aclanya pnurumn aktivitas (Jenny dan Deltrisu, 3993).
Bardasarkan hasil pmelitiannya, bahkan Makkar dan Cameatra (39%) menyatakan bahwa biosurfakhn yang dihasifbn oleh 8. subir'Iis &pat
mempemhankan aktivitasnya p d a sabng pH 3,0- j ? , O denqan hanya terjadi
sedikit perubafran pada twangan permukaan dan nifai UMK. Pada kisaran pH 8 - ?U malekul surfElktan cenderung terakumufasi pada
psmukaan, sehingga ciapat menuntnkan tegangan pemukaan. Di atas pH 10 didqa malakul surfaktan cenderung menyebar dalarn larutan, sfshingga tegangan prmukaan rneningkat kembali (Bird, 1987) Sedangkan patfa pH yang randah, mokkul suffaktan akan krpresipitasi, sehirylga tegangan pamuban rneningkat. Titik isa~alektrikbiosurfakt;m tercapai pada pH 2 yang mengakibatkan pada pH yaw m d a h termbut terjadi presipbsi. miman et al. (1992)
rnenyatakn khwa surfaktin merupakan biasurfaktan anionik dikarenakan
mempunyai dua muintan negaM yam terdapat pa& malekui asam aspartat dan asam glutamat. KonsenkasC Misebl Kritit
Konsentrasi Misel Kritis (mi()adafah konwntrasi biosurfairtan minimum
yang clbutuhkan untuir mencapai tqangan pemukaan minimum. Di atas konsenttrtsi tersebut, malekul-rnofeirul bmurfaktan m a r u n g akan bergabung
membantuk misel atau stntkkrr suprarnalekul hinnya (Parkinsan, t985), Gayagaya yang marnpenganrhi struktur tersebut adalah intemksi hidrafobik, gaya van
der Wsals, elektrustatik dan ikatan hidrogen (Gaorgiau et #I., 1992).
Plifai KMK ditmkiken pa&
pengenmran yang rnmghssitkan awat
tegangan pemukaan yang rnulsi rneningkat (Gambar 57, data pada Lampiran 33). Mrdasakan k u m pada Gambar 57 tersebut terlihat bahwa dengan tingkat
fogaritmik pengeneran endapan asam sebesar 1,9, rnulai tarjadi peningkatan
twangan pgmukaan yang nyata. Kansenasi
ttwal
biosumktan kasar yang
diguncriran adalah sebesar 20 gk,set7ingga diperofatr nilai KAnK satmar
Q,2W g/L atau 250 m@L dengan rnenggunakan media tetes tabu. Sedangkan dmgan mnggunakan media glukosa 4 YO, peninglcatan tegssngan permulaan
yaw nyata muhi brjadi pada tingkat IogaFitrnik pengenceran sebesar 2,U, smhinw W K adalah sebesar 2QO mgk. Dengan demikian t>iosurfaktEm kasar yang dihasilkan dengan menggwtaitan tetas t&u mempunyai efisiensi yang
mendem afisiensi endapan asam yang dihasilkan dengan mtanggunakan glukosa 4 %. Nil& KMK yang dipemleh ini adphah nilai KMK untuk biosurfEtirtEtn kasar. S-ra
$emitis, nilai KMK bbsurfaktan mumi akan I&ih fendah yaw
krarti lebih efisien dihndingiran nilai I(AIIK brsebut.
Garnbar 54.KUNB Penentuan Konsentfasi Misel Kritis (KMK)
Sernakin kecil niiai KMK, maka biasurkktern rnanjadi wmakin efisien
dalarn pmggunaannya. Efisiensi dinyatakan sebagai ukuran konsentrasi biosurfaktan yang dibutuhican untuk rnenurunkm twangan air secara nyata (Zajic dan Seffens, 1982). Efisiensi biasanya meningkat dengan bertamhh
panjangnya bagian hidrafabik biosurfaktan dan sabaliknya &siensi menurun
dengan meningkatnya bagian tidak knuh atau percabangan. Efisiensi
tergantung dad kunsentrasi biasurfaktan pada daerah antiamuka. Sahin itu n'riai KAnK juga mernpengaruhi proses hilir yang dapat digunakan. Biosurfairtan dangsn nilai KMK yang sangat rendah sangat ifleaf untuk dipekatkan dan
dimurnikan dmgan menggunakan ultrafittrasi (Mufligsn dan Gibbs, 1990).
Niiai KMK rnsnrpakan afek dari kehrutan biasurfaktan &lam fa= a i r (Georgiou et a!., 1992). Multigan dan GiMs (1993) lebih jauh rnenyatahn batrwa
nilai KMK dipmgaruhi aleh konsentrasi garam, adanya rat pengotor dan pH. Zajic dan Saffans (1902) manystakan trahwa penamhhsn ekkfrulit a w a n i k
dapat rneningkatkan tegangan permukaan. Pengaruh ion
&lam rneningkatkan
tegangan petmuban sesuai dengan urutan liotropik atau h r e t Wmeister : U > Na r K > dan F > Ct > Br r 1, Pwgaruh pH teriitrat pada rhamnolipid yam dihasilkan aiah Ps8ucjomanas sp MU0 yang mampunyai nilai KMK 5 mgA pada
pH 3 dan 30 m g k pada pH 9 (Mutligan dan Gibbs, 1993). Milai KAnK biosurfaktan sangat bervariasi, Hasil penelitian Jenny dan
Dettrieu (l933) manunjukkan k h w a biasurfaktan yang dihasilkan oleh
B.
-
lichenfirmis rnempunyai nilsi KAnK sebesrar 15 20 W L . Sedangiran Parkinson (1985) mmyatakan bahwa nilai UMK surfaktin yang dihasilkan okh 8. subfiiis
rnemputlyai nitai KMK antara 0,025 - 0,050 rn*.
Sfrepard dan Cuoper (199Q)
menemukan nilai KMK surfaktin dari 8, subtililis sebesar 25 mgk. Hasil paditian
lain mcbftunjukkan bahwa biasurl"aktan yang dihasilkan obh B. f i c h n i f o i s 8S1 rnernapunyai nilai KMK sebesar 67 m@L (Babu et a{.,1994). Sacara urnurn, nilai KMK biosurfaktan Iebi kecif dihndingkan surfaktan sitttetik (Lin, et a!., 1998).
Contohnya natrium lautil sulfat mampunyai nifai KMK *ear
2023 - 2890 mg/L
dan laud alkif dadesjt bemena 590 mgJn (Cooper dan Paddock, fW)Hal . ini berarti bahwa biosurfaktan bbih afiaian dibandingkan surfairtan sinbtis.
Komrrosisi Asam Amino Biosurfaktan rnerupakan senyawa amfipsttik yang mempunyai bagian hidrafobik dan hidrafilik. Bagian ttidmfilik dapat bemuatan pasitif, negatif &au
tidak bemuatan seffa rnengandung mono, di atau pofisaicarida, asam katboksilat, asam amino &taupepticia, Biosurfaktsn yaw dihasilkan ol& Baciilus sp. adalah biasurfaktan jenis lipqwptida, sehingga bagian hidrufiliknya berupa
pepticia. Am (1990), rnenyatakan hhwa terjadinya intaraksi yang kuat antam bagian hidmlik
dangan fasa cair a b n banyak menurnnitan twangan
pgmukaan air, sehingga sangat baik utltuk emulsi O M . Sedangkan bila intarakslnya lernah, maka lebitr &pat untuk emulsi WIO.
Hasil anafisis kampusisi asam amino pada peptida biasut'faktan kasar yang dihasifkan olatr Baci!Itls sp. BMN 14 bert>eda dmpn surf'aktin yang dihasitkan oleh B. subtiiis (Tabel 18). Krarnatagram hasil analisis kumposisi asam amino ciengan menggunakan HPLC disajikan pada hmgimn 34-37.
Pa& Tabel 18 terlihat bahwa kornposisl asam amino biosurfaktan kasar yang dihasilkan oleh Baci!/ussp. BMN 14, maupun sutfaldin yaw dibsilkan aleh 8. wbtiIis A X C 12332, mengandung 15 jwis asam amino dewan pwswdasa
yang bwbeda-beda. Padahal umumnya sudaktin yang dihasilkan oieh B, sufitilis
mengandung tujuh asam amina, yang terdiri dari ernpat jenis asam amino, yaitu asam glutamat, aspartat, leusina dm valina. Hasif penefitian Muiligan dan Gibbs, (1993) serta Kakinurna
ef
al. (4969) menunjukkan & h a surfaktin yang
dihasilican oleh B. subti/is mengandung tujuh asam amino yang brdiri dari
empat jmis asam amino, yaitu asam glutamat, asam aspartat, busina a n ~ I i n a dengan nisbah 1:1:.t :4.
Tabel 18. Kompasisi asam amino (% bh) surfaktin yang dihasilkan obh
8.subtills ATCC 21332 dan biasuffaktan yang dihasilican 8aCiIIus sp. BMPl 14 (media gtukasa cdan fetes tau). f
Alo.
Asam Amino
BMN 14 W N 14 (GtukaM 4 %) (Ts(ss Mbu)
SumMn* 1
T
I
Asam Aspartat (p) Asam Glutamat (g)
-rim (PI Histidina (p) Glisina (p) Tmnina (p) Arginina (p)
Alanina (np) Tirosina (9) Matianina (np) Valina (np) Fenilalanina (np) lsuleusina (np)
Leusina (np) Ljsina tp)
P s M a a n kornposisi asam amino tersebut diduga
karma bshcfanya
g a b rnikruh dan medii fementasi yang digursakan. BaciIIus sp. dapat rnenghasifkan lebih dari satu jenis fipapetida dengan karnpasisi asam amino yaw barbe&-beda. Zajic dan S-ns
(1982) menyatakan hhwa gaiur
8. subfilr's metqhasilkan paling sedikit dua jenis lipopeptida lain di samping surfairtin. Anemrut Hbid et a/. (1996), B. subfihs mghasiliran @a jenis
lipopptida siklik, yaitu surfaktin, iturin &n bngisin. Bagian pepticla pada
surraktin dan fewisin tarsusun deri tujuh 1; dan D-a asam amino, sedangkan
pada fengisin tersusun dari 10 L- dan D-a asam amino. Jenny et al(1$$1), febih jauh menyatakan bahwa spaktrurn tipopeptida yang dihasilkan ol& Bacillus sp
sangat M a r , namun hanya sedikit yang msmpunyai sRat aktif permukaan. Jenis asam amino surfaktin standar sama dengan biosuifaktan yang
dihasilkan at& 8aciIh sp, BMM 14, namun berbeda &lam persantasenya seperti Mihat pada Tabel 18 Pemtase asam amino pada sumktin lebih tinggi dibandmgkan biasurfaktan yang dihasilkan olsh Badifus sp. BMN 14. Hal ini
kernurnkinan juga disebabkan aieh berkdanya rnikroba dan karnposisi media
yang diunakan sarta tingkat kemumhn biosurfaktan. Hasif identifiirasi afeh Rictrana
(1997)
rnenunjukhn b a b a
BaciIIus sp. BMN 14 adalah
Ei. ficAenifomis, sedangkan surfak ~ nyang digunakan sebagai pembnding
dihasitkan oleh 8. subtiIis. Komposisi media, juga krpnganrh tertladap jenis dm parsentasa asam amino pada biosurfaktan yang dihasilkan. Cantohnya Praypoux dan Michel (?W8) mnyatakan bahwa pgnambahan beFt)Etgai asam
amino pa& media mnyebabkan terjadinya kemgarnan nisbah praduksi valin d m lausin.
"Fingkat
kemurnian
biosurfairtan
juga
brpebnganrtr
temadap
icemampuannya dabm rnenurunkan tegangan prmukaan. BosurWdan yaw dihasilkan dari panetitian ini masih bersifat kasar. OIeb karena iki bib dilakukan
pernumian, maka biosutfakbn yang dihasilkan dihatapkan a h n marnpunyai ksmarnpuan pmurunan tegangan permukaan yang lebih besar.
Asam amino yang terdapat pa& biosurfaktan Mrpengaruh Wrtradrap kamarnpuan biosurfaktan untuk menunrnkan twangan permukaan, Perm asam amino
dalam
rnanurunkan
twangan
parmukaan
tergantung
tingkat
kepalarannya, yaitu asam amino yang brsifat polar msnyekbkan biosutSaickan mampunyai sifat aktif permukaan yaw sangat baik Tiinght kapolaran swhr
asam amino dibntukan ol& molekul atau gugus pads rantai sisi asam amino. Asam amino yang termasuk bersifat polar adalah : asam aspartat, giutamat,
sarina, histidina, glisina, kwnina, arginina, timina dan fisina karma mernpunyai rantai sisi yang krsifat asam, basa abu Mak bemuatan taapi bersifat mlatif
ttidrofilik. Jumlah total asam amina polar yang terdapat pada surfaktin adalah
sabesar 11,7251 % (bk), sdangkan jumlah total asam amino yang bersifat nunpafar hanya sebesar 8,4975 % (bh). Dewan dernikiarr diduga surfaktitin mempunyai kernampuan pnunman tegangan pmukaan air yang hrsifat polar M g a n cukup besar, sehingga sasuai digunakan untuk penstabit sistem amulsi
O M . Sifat biasurfsktan yang dihasilkan oleh 8mi1Ius sp, BMN 44 relatif sama d q p n suwktin. Hal ini bifa dilihat dari jumlah tatat assm amino polar yang lebih
tinggi dibandingkan denhgan asam amina non-polar. Pernumian tertradap
biasurfaktan kaserr diharapkan aka# mampu meningkatkan persentaw asam
amino yang terkandung pada biosurfaktan, sehingga rneningkatkan eefektivitas bisurfaktan dalslm menurunhn pmultaan. Pada Tabel 5 terlihat hhwa kanduqan hampir sebqian
hsar asam
amino yang terdapat pada biosurfsrktan yang bersumkr dari tetes tebu lebih tinggi dibandingkan dengan glukosa 4 %. Adanys asam amino polar beperan
penting pa& sifat aktif biosurfaittan. Menurut Geargiou ef a!, (1992) rantai sisi
asam aspaftat dan asam glutamat yang dap& teriunisasi berkontribusi sacara
nyata terhadap &at ak%fpernuban mabkut biasurfahn yang dihasilkan ol& B. subfitis. Hal ini menyebabkan biosurfaktan ionik rnernberikan tambahan kastabifan emulsi dibsndingbn biosurfakbn yang nonionik rnefalui interaksi kn-
ion atau ion-pelanxt Adanya gugus bemuatan akan rneningkatkan gaya talak-
msnolak di antam tetesan rninyak pada emulsi.
Biusurfakbn ionik akan
mernbentuk dua lapisan yang bemuatan listrik di sekitar tiap tetesan rninyak
(Nawar, 1985 di &lam Ark, 19901, sehingga manstabilkan emufsi. Dengan dsrnikian biasurSaktsn yang dihasiikan dengan mggunakan t8bs bbu
berpcaluang mempunyai sifat aktii pemukaan yang lebih baik dibsndingkan bisuffaktan yang dihasilkcan clangan menggunakan gtukusa 4 %, Oiduga bahwa
lebih tingginya asam amino yang k r s u m k r dad tetes t e k disebabkm pa& tetes tebu Writandung bahan banitrugen, vitamin cfan unsur kelumit (C-r
d m Cruegar, 1984). Selain Itu pacia media ternbut ditarnbahkan ekstrak khamir
mengandung Wagam ssam amino bebas (Wang ef al., W?8; Mulligan dan Gibbs, 3993) dan vitamin yang larut air (Crueger dan Chiqer, 1984). Greiner
dan Winkelman (1991) seperti diacu oleh Dasai dan Dasai 4993, menyatakan taahwa penambahan asam amino &pat
mmpmgaruhi bbsurfaktan jcang
dihasilkan. Pa& umurnnya vitamin bsrperan sabagai kuenzim atau gugus
pratetik swim, sahinggs akan meningiratkan sinksis aortsrn amino. Komnosisi Asam Lemak Molekul biosurfairtan mempunyai bagian hidmfobik y a y biasanya benrpa
asam lemak jenuh, tidak jenuh ahu asam femak hidroksilat {tin et a!,, 1994). Menurut Geargiw et a/. (1992),rnafekul assm bmak msmiliki bagian kepata yang brsifat hidrofiliik dan bagian ekor hidrofubiic, Asam lernak mrupakan
bagian hidrofotrik pada moleitul biosurfaktan yang termasuk senyawa amfipaEik Adanya bagian fiidmfabik dan hidrofilik, p d a suatu molekul menyebabkan pembagbn biosurfaktan cenderung berada pada daet-ah anbmuka anbra fasa yang berbeda derajat polaritasnya, seperti rninyak-air atau udara-air.
Tehentuknya film pada dmrah antarmukia ini menuntnkan mergi antar muka
dan mambentuk sifat-sifat kfaas rnolekul biosurfahn
Hasil analisis kompusisi asam lernak biasurhktan yang dihasiikan oleb
&ci/Iu$ sp. BMN 14 menggunakan gas kramatagM (GC)disajikan pa&
-
Tabel 19 dan Lampiran 38 39. Komposisi asam lemak pada biosurfaktm yang dihasilkan ofeh isulat BaciIIus sp. BMPI 14 dengan media gtukosa brdiri dad
rniristat, pentadekamat, palmitat, stearat dan oleat.
Sebenarnya pada
biosurfaktan yaw dihasiliran dengan menggunakan teas tabu, juga tempat sembifan komponen asam lemak, narnun
kamna ketert>atasan asam larnak
stantfar yang digunakan, sehingga tidak terdetaksi samua asam Iernak yang &a.
Diduga asam lernak tersebut: mempunyai rantai karbon antam 14
- 18, dengan
kandungan asam palmitat {Cje) yang dominan. Sedangkan asam Iemair pada surfaktin yang dihasilkan aleh B, subti/is ATCC 21332 msmpunyai rantsai hrbm
yang lebih panjiang, yaitu antara 14 - 22. Tabel 99. Komposisi asam Ismak, surfaktin yang dihsilkan abh B. subfijis
ATCC 21332 dan biosurfslictan yang dihasilkan BaciiIus sp. BMM 14 (media giukosa dan tetes tebu).
No
Asam Umak
Surfalrtin*
BMPi 14* (Glukosa 4 %)
1
Tridekanoat (C13)
Miristat (C1$
Pentadekanoat (Cs) Palmitat (Cza) stearat (cis)
oleat (Cia) Amhidat (C,) Ca:s
(
12, / ~ 2 2 : 6 Ketemqpn : = tidak terdeteksi
-
* 3,399 * Sumkr : Rasnalib (1999)
BMN 14 Fetes *bu)
Aktivitas permukaan biosurfaittan dipengsfuhi aleh panjaw rantai ka-n
asam lemak dm jenis percabangrannya. Semagn pandek rantai IraFbon, kemampuan menurunkan tegangan pemukaannya sernakin h i k . EJiasurhktan
dengan rantai karbon lurus (normal), Mih tinggi aktivi&s pamukaanya dibandingkan clengan iso atau ankisa. Amm tsrnak jenuh yang sangat air#
msnurunkan twangan pemukaan k M s a r antara Cia - C14 (Rosmberg, 1988). Berdasafkan ha1 tersebut, biasurfaktan yam dihasilkan aleh BacifIus sp, BMN 14 diduga mempunyai aktivitas parmukaan yang lsbih baik dibandingkan surfaktin
yang dihasilkan oleh 8.subtiIis ATCC 21332. Jenny a n DeRriau, (4 993) mnyatakan bahwa perkthan struirtuf kirnia antam surfaktin yang dihasilkan olah B. subfilis dan lipopptida yaw ditras3hn oleh B. lichefliformis acfalatr pada asam amino C-terminal, yaitu lausin digantikan
aleh isaleusin. Di samping ihr komposisi bagian fipofifik surfaktin mangandung asam lernak @UH-i,ai C13dan lebih banyak PQH-i,ai Cis. Hasil identifikasi manggunakan
GCMS
brhadap
biasurfakhn
yang
dihasilkan
oieh
B. lichanifoms menunjukkan bahwa bagian lipofilik terdiri dari ester metit asam lemak dan turunannya, seperti p-OH-isa Cis, $-OH Ctdr p-OH-ISO C15 dan
P-OH-anteiso CqS d a q m perbandingan 28:45:%:I4 %. Sedangkan txrgian hidrofilik terdiri dari asam amino aspartat, leusin, vaiin, glutamat dan isoleusin dangan pe&andmgan 1:3: 1:1:1.
Hasil pwelitian Yakirnov sf a/. (1995) menunjukkan bahwa lipupeptida
yaw tjiasilkn oleh 8. licknihmis B A S 0 mempunyai bsgian tipida yang mengandung carnpumn 14 asam lemak ptridfaksi linier dan bemtrang danhgan panjaw rantai ka&on 32 -17 dengnn komponen utama phidruksi-iso Crs, j3-
hidroirsi-n Cia, P-hidraksi-iso C I S , P-hidroksi-anteis0 Cis dangan nisbah 26:45: 15:14.
I.Hasil pengujian menunjukkan biosurfaktan yang dihssilkan baik
dewan
menhigunakan gluitusa 4 40 maupun tetes tebu menunjukkan keswlan pa& kisaran pH 6 - 10, tral ini ditunjuidran dengan nilai tegangan permukaan yang ralaM tcatap pada kisaran pH tersebut. 2. Nilai Konsanhsi Misel Kritis (KMK) biusuriaktan irasar dengan menggurtakan
media tatas tebu sdalah wksar 250 mg/L, sedangkan &wan menggunakan media glukosa 4 % sebesar 200 rn*.
BerdasElrkan nitai KMK
terseut, biosurfaktcltn yang dihasilh Iebih efisien dibndingkan surfaktan
sintetis,
3. Kornpasisi asam amino biosuffaktan kasar yang dihasilkan olah Bacillus sp. BMN 14 selain mengandung keempat asam amino asam glutamat, asam
aspartat teusina dan valina, juga mengandung asam amino lain yang cukup daminan, yaitu gfisina, alanina d m IiJrta. Jenis biasurfsktan yang dihasilkan
adalah biasuhktan anianik, 4.
Asam larnak biasurfaktan
yang dihasilkan olah Baci!lus sp. BMN 14
mempunyai ranhi icarbat7 &ti
C8- Cg8,tardiri dari kaprilat, kapmt, burat,
tridekanoat, miristat, pntadekanoat, palmit&, steam* dan
olaat.
5. BiosurXakbn yang dihasilkan aleh Baciilus sp. 8MN 44 diduga lebih dari jenis satu lipopeticia.
