MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
TEKNIK FERMENTASI (FER)
Disusun oleh: Jasmiandy Dr. M. T. A. P. Kresnowati Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR ISI DAFTAR ISI................................................................................................................................................ i DAFTAR GAMBAR.................................................................................................................................... ii DAFTAR TABEL ....................................................................................................................................... iii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................................. 1 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN ........................................................................................... 2 2.1 Tujuan ........................................................................................................................................... 2 2.2 Sasaran .......................................................................................................................................... 2 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN PERCOBAAN ..................................................................................... 3 3.1 Alat Pendukung ............................................................................................................................. 3 3.2 Bahan/ Zat Kimia ........................................................................................................................... 3 BAB IV PROSEDUR KERJA ........................................................................................................................ 4 4.1 Proses Inokulasi............................................................................................................................. 4 4.2 Proses Fermentasi ......................................................................................................................... 5 4.3 Pembuatan Kurva Pertumbuhan Sel ............................................................................................. 6 4.4 Analisis menggunakan HPLC ......................................................................................................... 7 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................... 8 LAMPIRAN A. TABEL DATA MENTAH ......................................................................................................................... 9 A.1 Kurva Pertumbuhan Sel ................................................................................................................ 9 A.2 Data Waktu Retensi Standar......................................................................................................... 9 A.3 Kurva Konsumsi Substrat dan Produksi Substrat.......................................................................... 9 B. PROSEDUR PERHITUNGAN................................................................................................................ 10 B.1 Penentuan Perolehan Biomassa ................................................................................................. 10 B.2 Penentuan Perolehan Produk ..................................................................................................... 10 B.3 Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik Maksimum .................................................................... 10 C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR ................................................................................................... 10 C.1 Kurva Baku Glukosa .................................................................................................................... 10 C.2 Kurva Baku Etanol ....................................................................................................................... 10
FER
i
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR GAMBAR Gambar 4.1 Proses inokulasi .................................................................................................................. 4 Gambar 4.2 Proses fermentasi ............................................................................................................... 5 Gambar 4.3 Pembuatan kurva pertumbuhan sel ................................................................................... 6 Gambar 4.4 Analisis menggunakan HPLC ............................................................................................... 7
FER
ii
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR TABEL Tabel 1. Alat Pendukung ......................................................................................................................... 3
FER
iii
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB I PENDAHULUAN Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk menghasilkan metabolit primer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan yang dikendalikan. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses fermentasi yang dikendalikan terutama dalam pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup. Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai Oksigen (O2), dan agitasi. Bahkan jumlah mikroba dalam fermentor juga harus dikendalikan sehingga tidak terjadi kompetisi dalam penggunaan nutrisi. Nutrisi dan produk fermentasi juga perlu dikendalikan, sebab jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil fermentasi tersebut dapat menyebabkan inhibisi dan represi. Pengendalian diperlukan karena pertumbuhan biomassa dalam suatu medium fermentasi dipengaruhi banyak faktor baik ekstraselular maupun faktor intraselular. Kinetika pertumbuhan secara dinamik dapat digunakan untuk meramalkan produksi biomassa dalam suatu proses. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan fermentor bervolume 5L. Sebagai biakan digunakan Saccharomyces cereviceae dengan substrat glukosa. Fermentasi dilakukan secara aerobik dengan aerasi . Praktikan bertugas mengamati profil pertumbuhan biomassa sel. Pengamatan dilakukan dengan pengambilan sampel setiap satu jam. Pada sampel dianalisis konsentrasi sel/biomassa, substrat, dan produk. Setelah serangkaian tahap penyiapan sampel, konsentrasi sel dianalisa dengan menggunakan spektrofotometri dan konsentrasi substrat serta produk dianalisa dengan menggunakan HPLC, kemudian dengan korelasi pada kurva baku akan diketahui konsentrasi berat sel kering (BSK), substrat, dan produk. Data konsentrasi BSK kemudian diplot menjadi sebuah grafik pertumbuhan sel. Dari data yang diperoleh dapat diamati yield dan µmax. Dalam percobaan ini diasumsikan laju pertumbuhan pada setiap bagian fermentor sama untuk waktu tertentu. Pengadukan dianggap sempurna sehingga konsentrasi komponen sama di setiap bagian fermentor.
FER
1
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum Modul Teknik Fermentasi, praktikan akan mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa dan produk metabolit. 2.2 Sasaran Praktikum ini dilakukan agar praktikan dapat mengoperasikan fermentasi mulai dari penyiapan medium, pelaksanaan dan pengakhiran fermentasi. Pada akhirnya praktikan dapat menggambarkan kurva pertumbuhan mikroorganisme, konsumsi substratnya, dan produksi produk metabolit pada suatu proses fermentasi.
FER
2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN PERCOBAAN 3.1 Alat Pendukung Tabel 1. Alat Pendukung
Erlenmeyer (2) 500 mL
Inkubator Shaker
Pipet tetes
Jarum ose
Erlenmeyer 1 L
Kuvet
Gelas ukur 50 mL
Fermentor
Spektrofotometer
Gelas ukur 1 L
Botol scott duran 250 mL
HPLC
Timbangan
Syringe (4)
Erlenmeyer 50 mL
Autoclave
Filter (4)
Vial (3)
Biological safety cabinet
Gelas ukur 10 mL
3.2 Bahan/ Zat Kimia 1. Glukosa 2. Bahan-bahan nutrisi 3. Biakan mikroba dalam agar miring
FER
3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Proses Inokulasi Mulai
Alat dan bahan disiapkan
Bahan medium inokulasi
Larutan nutrien
Labu erlenmeyer steril, jarum ose, dan pembakar spritus
Bahan medium gula dilarutkan dalam aqua dm, nutrient lain dilarutkan terpisah
Sterilisasi
Dicampurkan secara aseptik
Larutan gula
Sterilisasi
Medium inokulasi
Dicampurkan tiga ose mikroba dari biakan agar secara aseptik
1
Larutan diinkubasi dalam shaker pada temperatur 30oC dan pH 5
2
Larutan inokulasi
Selesai Gambar 4.1 Proses inokulasi (Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013) Keterangan: 1 adalah biakan miring
FER
4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.2 Proses Fermentasi Mulai Bahan medium fermentasi
Alat dan bahan disiapkan
Bahan medium gula dilarutkan dalam aquades, nutrient lain dilarutkan terpisah
Larutan nutrien
Sterilisasi
Labu Erlenmeyer steril, jarum ose, dan pembakar spritus
Larutan gula
Dicampurkan secara aseptik
Sterilisasi
Medium fermentasi
Dicampurkan secara aseptik
2
Larutan diinkubasi dalam shaker pada temperature 30oC dan pH 5
3
Sampling
Larutan fermentasi
Selesai Gambar 4.2 Proses fermentasi (Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.3 Pembuatan Kurva Pertumbuhan Sel Mulai 3
Alat dan bahan disiapkan
Spektrofotometer dan kuvet
Ukur absorbansi setiap waktu tertentu dan dicatat
Nilai absorbansi sampel Pada waktu tertentu Plot nilai absorbansi sampel terhadap waktu
Waktu pertumbuhan sel
Selesai
Gambar 4.3 Pembuatan kurva pertumbuhan sel (Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.4 Analisis menggunakan HPLC Mulai Larutan standar dan alat HPLC
Alat dan bahan disiapkan
Ambil sampel setiap waktu tertentu Beberapa konsentrasi larutan standar
Sampel disentrifugasi
Analisis dengan HPLC
Kurva kalibrasi komponen
Selesai Supernatan sampel diambil dan disimpan di lemari es
Filtrasi supernatan
Analisis dengan HPLC
Selesai
Hasil komposisi beberapa komponen sampel
Gambar 4.4 Analisis menggunakan HPLC (Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR PUSTAKA Bailey, J.E., and Ollis, D.F., Biochemical Enginering Fundamentals, McGraw-Hill Kogakusha Ltd., Tokyo, 1987 Murnandari, A., and Jasmiandy. 2013. Pengembangan Proses Fermentasi Xilitol dari Hidrolisat Tandan Kosong Sawit. Institut Teknologi Bandung Soeryo, W, Kinetika Pertumbuhan Mikroba.
FER
8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
LAMPIRAN A. TABEL DATA MENTAH A.1 Kurva Pertumbuhan Sel
Jam ke- Pengenceran A1 A2 A rata-rata [BSK] DO
A.2 Data Waktu Retensi Standar
Standar
Waktu retensi
Konsentrasi pembuatan
Luas puncak
Konsentrasi konversi
Glukosa Etanol
A.3 Kurva Konsumsi Substrat dan Produksi Substrat Jam ke- Pengenceran Luas puncak [Substrat]
Jam ke- Pengenceran Luas puncak [Produk]
FER
9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
B. PROSEDUR PERHITUNGAN B.1 Penentuan Perolehan Biomassa 𝑌𝑋/𝑆 = −
∆𝑋 𝑋 − 𝑋0 = ∆𝑆 𝑆0 − 𝑆
𝑌𝑃/𝑆 = −
∆𝑃 𝑃 − 𝑃0 = ∆𝑆 𝑆0 − 𝑆
B.2 Penentuan Perolehan Produk
B.3 Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik Maksimum ln 𝑋𝑎𝑤𝑎𝑙 − ln 𝑋𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝜇𝑚𝑎𝑘𝑠 = ( ) ∆𝑡 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑖𝑘
C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR C.1 Kurva Baku Glukosa
C.2 Kurva Baku Etanol
FER
10
