UNIVERSITAS INDONESIA

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGARUH KOSUBSTRAT PADA PRODUKSI XILITOL OLEH Candida fukuyamaensis UICC Y-247 Fermentasi Dari Hidrolisat Sorgum Manis (Sorghum bicolor)

SKRIPSI

DESI BETTIVIA 0606068966

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI ILMU KIMIA DEPOK JULI 2011

Pengaruh kosubstrat ..., Desi Bettivia, FMIPA UI, 2011

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGARUH KOSUBSTRAT PADA PRODUKSI XILITOL OLEH Candida fukuyamaensis UICC Y-247 Fermentasi Dari Hidrolisat Sorgum Manis (Sorghum bicolor)

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains

DESI BETTIVIA 0606068966

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI ILMU KIMIA DEPOK JULI 2011 ii


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: Desi Bettivia

NPM

: 0606068966

Tanda Tangan :

Tanggal

: 8 Juli 2011

iii


HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : Nama

: Desi Bettivia

NPM

: 0606068966

Program Studi

: Kimia

Judul Skripsi

: Pengaruh Kosubstrat Pada Produksi Xilitol oleh Candida fukuyamensis UICC Y-247 Fermentasi dari Hidrolisat Sorgum Manis (Sorghum bicolor)

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Endang Saepudin

Penguji

: Dr. Ir. Antonius Herry Cahyana

Penguji

: Dra. Siswati Setiasih, M.Si

Penguji

: Dra. Susilowati Hs, M.Sc

Ditetapkan di : Depok Tanggal

: 8 Juli 2011 iv


KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji bagi-Mu ya Rabb. Dengan segala keterbatasan dalam diri ini, Kau sempurnakan dengan cara-Mu, sehingga rampung juga penelitian dan skripsi ini. Kau mudahkan ini melalui manusia-manusia dahsyat di sekitarku. Maka terima kasih sebesar-besarnya kepada : (1)

Dr. Endang Saepudin yang senantiasa membimbing, mengarahkan, dan mengajarkan banyak hal sehubungan penyelesaian skripsi ini. Atas waktu, tenaga, dan pikiran yang dicurahkan, semoga Allah menggantinya dengan kebaikan yang berlipat.

(2)

Dr. Ir. Antonius Hery Cahyana yang telah dengan baik dan ramahnya menjadi pembimbing akademis selama masa perkuliahan di kimia ini.

(3)

Dr. Supriyanto selaku Senior Scientist SEAMEO BIOTROP Bogor yang telah menyediakan bahan baku sorgum, bahkan mengijinkan penulis memilih dan “memanen” sendiri sorgum yang diinginkan, juga atas informasinya terkait sorgum.

(4)

Seluruh dosen yang telah mendidik dan mengajarkan ilmu-ilmu bermanfaat selama perkuliahan.

(5)

Kedua orang tua, Mama & Bapak yang senantiasa mencurahkan doa dan dukungannya untuk menyelesaikan skripsi ini. Atas setiap kebaikan yang tersembunyi maupun yang nampak, semoga Allah menghadiahkan sebaikbaiknya balasan atas kebaikan kalian.

(6)

Babe Sutrisno yang dengan ramahnya menyediakan ruang di perpus kimia dan buku-buku penunjang. Juga Pak Hedi, Pak Amin, Pak Kiri, Pak Wito, dan seluruh staf Departemen Kimia.

(7)

Kak Rasyid dan seluruh staf di Laboratorium Afiliasi Departemen Kimia yang telah mengijinkan dan membimbing penggunaan HPLC.

(8)

Mba Ema, Mba Tri, Mba Ina, Mba Cucu, dan Mba Eva yang telah memenuhi permintaan bahan kimia dan mengijinkan penggunaan alat di Laboratorium Kimia lantai 3&4.

(9)

Kedua kakak dan ketiga adik yang memberi dukungan, semangat, dan doa.

v


(10)

Teman-teman penelitian lantai 4 : Arif, Stefanus, Mega, Nisa, Ikan, Awe, Rifan, Yulinar, Eno, Prita, dan Bu Yeti. Walaupun sering kebocoran, takkan gentar di lab ya.

(11)

Teman-teman penelitian lantai 3 dan lab kering : Dante, Sherly, Ka Sabri, Ka Omi, Ka Atin, Nany, Novi, Evi, Zetri, Ina, Nadya, Wiwit, Ka Desti, Bu Nana, Bu Indri, Iki, Tyas, Jojo, Tirta.

(12)

Teman-teman kimia 2006 yang telah memberi kebersamaan dari awal tahun di kimia, semoga tetap solid ya.

(13)

Teman-teman sailor yang dengan tulusnya mendukung dan mendoakan, semoga kita senantiasa menggenggam kebahagiaan.

(14)

Pelangi06 yang menawarkan persahabatan paling indah dan tulus, yang mendoakan dalam diam, dan yang memperhatikan tanpa diminta. Semoga semua yang telah ada tak kan lekang dimakan waktu.

(15)

Rakoor S-X3 yang tak bosan menanyakan kabar skripsi ini lalu mendoakan yang terbaik. Satu tahun kemarin adalah pelajaran paling berharga yang tercipta. Semoga Allah senantiasa memudahkan urusan kalian.

(16)

Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini.

Semoga Allah SWT memberikan balasan terbaik atas kebaikan kalian. Hanya saja tak pernah kita tahu, seberapa bernilai tiap liku dan jeda yang tercipta, seberapa jauh rentang jarak kita dengan-Nya Maka tak ada pilihan kecuali, bergerak lebih bermakna tiap detik. Semoga yang kecil dan sedikit ini pun bermakna.

Depok, 8 Juli 2011

Penulis vi


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama

: Desi Bettivia

NPM

: 0606068966

Program Studi : S1 Departemen

: Ilmu Kimia

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jenis karya

: Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas skripsi saya yang berjudul : Pengaruh Kosubstrat pada Produksi Xilitol oleh Candida fukuyamaensis UICC Y-247, Fermentasi dari Hidrolisat Sorgum Manis (Sorghum bicolor), beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok Pada tanggal : 8 Juli 2011 Yang menyatakan

( Desi Bettivia )

vii


ABSTRAK Nama : Desi Bettivia Program Studi : Ilmu Kimia Judul : Pengaruh Kosubstrat pada Produksi Xilitol oleh Candida fukuyamaensis UICC Y-247 Fermentasi dari Hidrolisat Sorgum Manis (Sorghum bicolor) Xilitol merupakan pemanis alami yang bersifat antikariogenik dan memiliki indeks glikemik rendah. Xilitol dapat diproduksi dari xilosa, baik melalui proses kimiawi ataupun proses fermentasi. Xilitol dihasilkan melalui proses fermentasi xilosa oleh Candida fukuyamaensis UICC Y-247. Xilosa diperoleh dari hidrolisis hemiselulosa dalam limbah sorgum manis yang telah dihilangkan senyawa ekstraktif dan ligninnya. Hidrolisis dilakukan secara kimiawi dengan katalis asam sulfat 0,3 M. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan kosubstrat terhadap yield xilitol. Yield xilitol tertinggi diperoleh dari fermentasi malai jam ke-12 sebesar 188 ppm dengan konversi xilosa menjadi xilitol 20,29%. Penambahan kosubstrat L-arabinosa 150 ppm menaikkan yield xilitol hingga 347 ppm dengan konversi sebesar 37,37%. Penambahan kosubstrat D-glukosa 150 ppm menghasilkan xilitol 287 ppm dengan konversi 30,93%.

Kata kunci: Xilitol, sorgum manis, fermentasi, Candida fukuyamaensis Xiv + 53 halaman; 33 gambar; 7 tabel; 12 lampiran Daftar Pustaka : 46 (1961-2011)

viii


ABSTRACT Name : Desi Bettivia Program Study : Chemistry Title : Effect of Cosubstrate on Xylitol Production by Candida fukuyamaensis UICC Y-247 Fermentation of Sweet Sorgum (Sorghum bicolor) Hydrolysate Xylitol is a natural sweetener that has anti-cariogenic properties and has a low glycemic index. Xylitol can be produced from xylose, either through a chemical process or fermentation process. Xylitol was produced through a process of xylose fermentation by Candida fukuyamaensis UICC Y-247. Xylose derived from hemicellulose hydrolysate of sweet sorghum waste in which the lignin and extractive compounds had been removed. The hydrolysis was done chemically with sulfuric acid catalyst 0.3 M. This research was conducted to determine the effect of adding cosubstrate on xylitol yield. The highest xylitol yield obtained from the fermentation tassel at the hour 12 by 188 ppm with the conversion of xylose into xylitol 20.29%. The addition of L-arabinose cosubstrate 150 ppm increased xylitol yield up to 347 ppm by a conversion of 37.37%. The addition of D-glukosa cosubstrate 150 ppm produced xylitol 287 ppm by a conversion of 30,93%. Key words: Xylitol, sweet sorghum, fermentation, Candida fukuyamaensis Xiv + 53 pages; 33 pictures; 7 tables; 12 attachments Bibliography : 46 (1961-2011)

ix


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL..................................................................................... HALAMAN PERNYATAAN....................................................................... HALAMAN PENGESAHAN....................................................................... KATA PENGANTAR................................................................................... LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH...................... ABSTRAK..................................................................................................... DAFTAR ISI.................................................................................................. DAFTAR GAMBAR..................................................................................... DAFTAR TABEL.......................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah..................................................................... 1.2 Perumusan Masalah............................................................................ 1.3 Tujuan Penelitian................................................................................ 1.4 Hipotesis............................................................................................. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Xilitol................................................................................................... 2.1.1 Manfaat Xilitol.......................................................................... 2.1.2 Keunggulan Xilitol dari Pemanis Lain...................................... 2.1.3 Proses Produksi Xilitol.............................................................. 2.2 Sorgum Manis .................................................................................... 2.2.1 Taksonomi Sorgum................................................................... 2.2.2 Manfaat Sorgum........................................................................ 2.2.3 Limbah Sorgum......................................................................... 2.3 Lignoselulosa...................................................................................... 2.3.1 Lignin........................................................................................ 2.3.2 Selulosa .................................................................................... 2.3.3 Hemiselulosa............................................................................. 2.3.3.1 Xilan ............................................................................ 2.3.3.2 Xilosa............................................................................ 2.4 Hidrolisis Hemiselulosa............................................................... 2.5 Fermentasi.................................................................................... 2.6 Khamir......................................................................................... 2.6.1 Candida fukuyamaensis UICC Y-247²²........................... 2.7 Metabolisme Xilosa...................................................................... 2.8 Substrat dan Kosubstrat................................................................ 2.8.1 Glukosa dan Arabinosa Sebagai Kosubstrat.................... 2.9 Perkembangan Produksi Xilitol secara Bioteknologi................... 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan.......................................................... 3.1.1 Alat-alat yang Digunakan.......................................................... 3.1.2 Bahan Kimia yang Digunakan................................................... x


ii iii iv v vii viii x xii xiii xiv 1 2 3 3

4 4 5 5 7 7 8 8 9 10 11 12 13 13 14 15 16 16 17 18 18 19

21 21 21

3.1.3 Bahan Baku Sumber Xilosa....................................................... 3.1.4 Mikroorganisme yang Digunakan.............................................. 3.2 Prosedur Kerja...................................................................................... 3.2.1 Pembuatan Sampel Limbah Sorgum Manis............................... 3.2.2 Pembuatan Larutan Standar....................................................... 3.2.2.1 Larutan Standar Xilosa.................................................. 3.2.2.2 Larutan Standar Glukosa............................................... 3.2.2.3 Larutan Standar Arabinosa............................................ 3.2.2.4 Larutan Standar Xilitol.................................................. 3.2.3 Delignifikasi Sampel.................................................................. 3.2.4 Pembuatan Hidrolisat................................................................. 3.2.5 Sterilisasi Alat............................................................................ 3.2.6 Penyiapan Inokulum................................................................... 3.2.7 Penentuan Jumlah Sel Khamir................................................... 3.2.8 Substrat dan Kosubstrat............................................................. 3.2.9 Fermentasi.................................................................................. 3.2.9 Variasi yang Dilakukan.............................................................. 3.2.10 Analisis Produk dengan HPLC................................................

21 22 25 25 25 25 25 26 26 26 26 27 27 28 28 28 29 29

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembuatan Sampel dari Limbah Sorgum............................................. 4.2 Larutan Standar Karbohidrat................................................................ 4.3 Dewax dan Delignifikasi...................................................................... 4.4 Hidrolisis.............................................................................................. 4.5 Detoksifikasi......................................................................................... 4.6 Fermentasi............................................................................................ 4.7 Penentuan Sel Khamir.......................................................................... 4.8 Hasil Fermentasi Xilosa........................................................................ 4.9 Pengaruh Kosubstrat.............................................................................

30 31 33 34 36 36 38 39 42

5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan........................................................................................... 5.2 Saran.....................................................................................................

49 49

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................

50

xi


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12

Proses Produksi Xilitol............................................................. Tumbuhan Sorgum................................................................... Model Lignoselulosa............................................................... Struktur Lignin........................................................................ Struktur Selulosa..................................................................... Struktur Arabinoglukuronoxilan............................................. Struktur Glukuronoxilan......................................................... Struktur D-xilosa.................................................................... Mekanisme Hidrolisis Asam Pada Ikatan Glikosida.............. Diagram Sel Khamir............................................................... Jalur Metabolisme Xilosa Oleh Khamir.................................. Struktur D-glukosa dan L-arabinosa.......................................

6 7 10 11 12 13 13 13 15 16 17 18

Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3

Bagan Kerja Pengeringan........................................................ Bagan Kerja Delignifikasi....................................................... Bagan Kerja Fermentasi..........................................................

23 23 24

Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15

Batang dan Malai Sorgum....................................................... Serbuk Sorgum........................................................................ Kromatogram Standar Arabinosa............................................ Kromatogram Standar Xilitol.................................................. Kromatogram Standar Xilosa.................................................. Kromatogram Standar Glukosa............................................... Zat yang Terekstrak dalam Pelarut......................................... Hidrolisat................................................................................. Candida dalam Agar Miring.................................................... Haemocytometer dan Cover Glass.......................................... Ukuran Kotak pada Haemocytometer .................................... Kromatogram Fermentasi Xilosa pada Jam ke-4.................... Kromatogram Fermentasi Hidrolisat pada Jam ke-12............ Kurva Fermentasi Xilosa Murni.............................................. Kromatogram Fermentasi Malai + Arabinosa 150 ppm Jam ke 14............................................................................................ Kromatogram Fermentasi Malai + Glukosa 150 ppm Jam ke 14............................................................................................. Kurva Pengaruh Arabinosa..................................................... Kurva Pengaruh Glukosa........................................................ Pathway L-arabinosa dalam Metabolisme Khamir.................

30 31 32 32 32 33 34 35 37 38 39 40 41 43

Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19

xii


44 45 46 46 47

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Nutrisi Beras dan Sorgum........................................................

8

Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6

Rendemen Xilosa dari Berbagai Hidrolisat............................. Data Fermentasi Xilosa Murni 500 ppm................................. Data Fermentasi Malai CTY................................................... Data Fermentasi Xilosa 500 ppm dengan Kosubstrat Glukosa Data Fermentasi Malai CTY dengan Arabinosa..................... Data Fermentasi Malai CTY dengan Glukosa........................

35 40 41 42 44 44

xiii


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8

Kromatogram Larutan Standar Xilosa Kromatogram Larutan Standar Xilitol Kromatogram Hidrolisat Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa Murni 500 ppm Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa + Glukosa 150 ppm Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa + Glukosa 300 ppm Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Arabinosa 150 ppm Lampiran 9 Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY+ Arabinosa 300 ppm Lampiran 10 Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Glukosa 150 ppm Lampiran 11 Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Glukosa 300 ppm Lampiran 12 Contoh Cara Perhitungan

xiv


BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Xilitol merupakan pemanis alami yang memiliki banyak keunggulan dari

pemanis lain. Selain tingkat kemanisannya yang sama dengan sukrosa, xilitol juga relatif aman untuk penderita diabetes karena dimetabolisme tanpa melibatkan insulin (Mellinghoff, 1961 ; Lang, 1964). Berbeda dengan sukrosa, xilitol memiliki nilai indeks glisemik yang rendah. Indeks glikemik adalah angka suatu bahan pangan yang dievaluasi berdasarkan pengaruhnya terhadap peningkatan kadar gula darah. Angka yang digunakan adalah 0-100. Suatu pangan dengan indeks glikemik di atas 55 memiliki nilai indeks glikemik yang tinggi, begitupula bila di bawah 55 memiliki nilai indeks glikemik yang rendah. Sifat xilitol yang nonkariogenik membuatnya aman untuk gigi (Mäkinen, 1992). Saat ini sekitar 95 persen penduduk dunia menderita penyakit karies atau gigi berlubang. Penyebab gigi berlubang, yakni bakteri Streptococcus mutans dan sisa makanan. Streptococcus mutans mampu memetabolisme gula dari sisa makanan menjadi asam yang kemudian menempel pada gigi. Kondisi ini bila dibiarkan akan menyebabkan gigi berlubang. Penggunaan xilitol dapat mengatasi masalah ini, karena xilitol tidak difermentasi oleh bakteri Streptococcus mutans, sehingga akan menghambat pertumbuhannya. Selain itu, xilitol akan memicu produksi air liur yang mengandung banyak mineral penting bagi email gigi, sehingga akan memperbaiki lapisan luar gigi. Xylitol diketahui meningkatkan aktifitas neutrofil, yakni sel darah putih yang berguna untuk melawan berbagai infeksi (Renko et al, 2008). Infeksi mulut jamur Candida juga mampu dicegah oleh xylitol (Abu Elteen, 2005). Xilitol juga mampu menghambat pertumbuhan bakteri di tuba Eustachio, yang menghubungkan hidung dengan telinga. Hal ini dimanfaatkan untuk mencegah infeksi telinga (Uhari M et al, 1998). Pada tahun 2001 jumlah kebutuhan xilitol dunia mencapai angka 40.000 ton dengan nilai sekitar 250 miliar rupiah. Untuk menjawab kebutuhan ini, xilitol diproduksi dalam skala industri melalui hidrolisis xilan dengan asam, xilan diperoleh dari kayu birch. Hasilnya adalah gula xilosa yang selanjutnya dihidrogenasi menjadi xilitol dengan bantuan katalis nikel pada suhu 80-140 °C 1

Universitas Indonesia


2

dan tekanan 50 atm (Parajó, 1998). Proses produksi ini memiliki tingkat kesulitan tinggi, sementara rendemen xilitol yang dihasilkan hanya 50-60% dari xilosanya (Nigam, 1995). Proses produksi yang sulit ini membuat xilitol cukup mahal di pasaran. Harganya sekitar 3 kali lebih mahal dibanding gula sukrosa. Selain itu, limbah nikel dari proses ini dapat membahayakan bila dibuang ke lingkungan. Paparan nikel terhadap manusia dapat menyebabkan rusaknya sistem imun tubuh dan kanker dalam jangka panjang. Untuk itulah, saat ini mulai dikembangkan metode fermentasi sebagai metode alternatif skala industri. Xilitol dihasilkan dari xilosa melalui proses fermentasi oleh mikroorganisme seperti fungi. Xilosa ini diperoleh dari hidrolisis hemiselulosa yang terkandung dalam limbah pertanian dan perkebunan seperti sorgum manis. Sorgum manis merupakan tanaman yang berpotensi untuk wilayah Indonesia. Adaptasi tanaman sorgum lebih luas karena dapat ditanam di hampir semua jenis lahan, baik yang subur maupun pada lahan marjinal. Selain itu dapat tumbuh di daerah panas dan kering, juga dapat tumbuh di daerah bercurah hujan tinggi. Memerlukan pupuk yang relatif lebih sedikit dan pemeliharaan yang lebih mudah dibanding tanaman tebu. Umur panennya pun lebih cepat, hanya 4 bulan, dibandingkan dengan umur panen tebu yang 7 bulan (Batan, Soeranto). Sorgum manis telah berhasil dibudidayakan oleh BIOTROP dan telah digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel dan bioetanol, pengganti tepung gandum, dan pakan ternak. Limbah sorgum manis mengandung hemiselulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan xilitol.

1.2

Perumusan Masalah Dalam penelitian ini, akan dilakukan hidrolisis oleh asam sulfat terhadap

limbah sorgum untuk menghasilkan xilosa. Kemudian xilosa yang dihasilkan digunakan sebagai substrat dalam proses fermentasi oleh Candida fukuyamaensis UICC Y-247. Pada proses fermentasi ini ditambahkan glukosa dan arabinosa sebagai nutrien pendamping (kosubstrat) untuk melihat pengaruhnya terhadap xilitol yang dihasilkan. Penambahan kosubstrat diharapkan dapat menaikkan xilitol karena khamir mendapatkan sumber karbon lain untuk pertumbuhannya dan suplai energi. Universitas Indonesia


3

1.3

Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh penambahan kosubstrat

pada proses produksi xilitol oleh Candida fukuyamaensis UICC Y-247.

1.4

Hipotesis Penambahan glukosa dan arabinosa sebagai kosubstrat ke dalam proses

fermentasi dapat menaikkan yield xilitol. Tanpa kosubstrat, khamir menggunakan xilosa untuk menghasilkan energi, sehingga xilosa yang dapat dikonversi menjadi xilitol menjadi berkurang. Glukosa dan arabinosa dapat digunakan oleh khamir untuk suplai energi dan sebagai sumber karbon untuk pertumbuhannya. Hal ini diharapkan dapat menaikkan yield xilitol.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Xilitol Xilitol adalah gula alkohol berkarbon lima yang memiliki tingkat

kemanisan setara dengan sukrosa namun nilai kalorinya 40% lebih rendah dari kelompok karbohidrat lainnya. Xilitol dimanfaatkan sebagai pemanis alami karena terdapat dalam sayuran dan buah-buahan seperti wortel, kembang kol, selada, bawang, pisang, strawberry, raspberry, plum kuning, dan apel. Xilitol juga diproduksi dalam tubuh manusia sebanyak 5-15 g/hari sebagai senyawa antara (intermediate) dalam metabolisme karbohidrat (Pepper and Olinger, 1988). Penemuan xilitol dilatarbelakangi peristiwa kelangkaan pasokan gula pada tahun 1930. Peristiwa ini mendorong peneliti untuk mencari gula alternatif. Kemudian tahun 1943 ditemukan xilitol yang terdapat secara alami di dalam tumbuhan. Xilitol mulai digunakan sebagai pemanis bagi penderita diabetes pada tahun 1960-an. Lalu pada tahun 1970-an di Finlandia mulai dimanfaatkan untuk perawatan gigi. Setelah melalui proses yang cukup panjang pada tahun 1983 JECFA (Joint Expert Committee of Food Additives) milik FAO/WHO mengijinkan penggunaan xylitol sebagai pemanis dalam produk pangan. Tiga tahun kemudian, FDA (Food Drug Administration) pun mengijinkan penggunaannya karena dinilai tidak mempunyai efek toksik.

2.1.1

Manfaat Xilitol

1. Xilitol dapat mencegah kerusakan gigi dengan cara menghambat pertumbuhan bakteri dalam mulut Streptococcus mutans, karena xilitol tidak dapat difermentasi oleh bakteri ini. Daya hambat xilitol terhadap pertumbuhan bakteri ini mencapai 90%. Sebuah riset di Amerika menyatakan bahwa xilitol mampu menekan jumlah bakteri penyebab kerusakan gigi, menghambat pertumbuhan plak, menekan keasaman plak dan mempercepat proses pembentukan kembali mineral gigi (Mäkinen, 1992).

4



5

2. Xilitol dapat digunakan sebagai pemanis alternatif bagi penderita diabetes karena memiliki indeks glisemik yang rendah (kurang dari 55) dan dalam metabolismenya tidak membutuhkan insulin (Mellinghoff, 1961 ; Lang, 1964). 3. Xilitol dapat digunakan untuk melawan osteoporosis karena dapat meningkatkan kepadatan tulang (Mattila PT, 2002). 4. Xilitol dapat mencegah infeksi telinga (otitis media akut) dengan cara mengunyah permen karet yang mengandung xilitol. Hal ini disebabkan karena xilitol menghambat pertumbuhan bakteri di tuba Eustachio, yang menghubungkan hidung dengan telinga (Uhari M et al, 1998). 5. Xilitol diketahui meningkatkan aktifitas neutrofil, yakni sel darah putih yang berguna untuk melawan berbagai infeksi (Renko et al, 2008) 6. Xilitol dapat mencegah infeksi mulut yang disebabkan oleh Candida (Abu Elteen, 2005).

2.1.2

Keunggulan Xilitol dari Pemanis Lain

1. Xylitol memiliki tingkat kemanisan yang sama dengan sukrosa dan lebih tinggi dibandingkan dengan sorbitol (Granström, 2007). 2. Xilitol mempunyai kelebihan dibanding gula pasir (sukrosa) yaitu sebagai pemanis rendah kalori. Nilai kalori xilitol adalah 2,4 Kal/g, sementara nilai kalori sukrosa lebih tinggi, yakni 4 Kal/g (Granström, 2007). Karena ini xilitol dapat dimanfaatkan dalam manajemen mengatasi berat badan. 3. Xilitol memiliki sifat nonkariogenik karena bukan merupakan substrat yang cocok untuk pertumbuhan bakteri mulut penyebab gigi berlubang . 4. Xilitol merupakan pemanis alami yang sudah dinyatakan aman oleh JECFA dan FDA.

2.1.3

Proses Produksi Xilitol Xilitol terdapat dalam sayuran dan buah (wortel, kembang kol, pisang,

apel), sehingga bisa diekstraksi untuk mendapatkan xilitolnya. Tetapi cara ini memiliki kelemahan, jumlah xilitol yang diperoleh sedikit, kandungan xilitol dalam sayur dan buah kurang dari 900 mg/100 g. Perolehan dengan cara ini tidak Universitas Indonesia


6

menguntungkan secara ekonomi (Hyvönen et al., 1982; Pepper and Olinger, 1988). Xilitol dapat juga diproduksi secara kimiawi melalui proses hidrogenasi dengan bantuan katalis nikel pada suhu 80-140 °C dan tekanan 50 atm (Juan Carlos Parajo, 1998). Proses kimiawi ini memiliki tingkat kesulitan yang tinggi dan membutuhkan biaya mahal. Xilitol yang diperoleh sekitar 50-60% dari xilosa awal. Saat ini mulai dikembangkan proses produksi xilitol secara fermentasi oleh beberapa jenis khamir dengan menggunakan bahan baku ligsoselulosa.

Gambar 2.1 Proses produksi xilitol [Sumber : Bioresource Technology 65(1998) 191-201]



7

2.2

Sorgum Manis (Sorghum bicolor L) Sorgum merupakan tumbuhan rumput-rumputan yang dapat tumbuh di

daerah panas dan kering, tetapi juga dapat bertoleransi di daerah yang bercurah hujan tinggi dan tanah yang tergenang (Batan, Soeranto). Selain itu, seluruh bagian tanaman dari sorgum ini bernilai ekonomis. Karena keunggulannya ini, sorgum sangat berpotensi untuk wilayah Indonesia. Daerah yang pernah melakukan penanaman sorgum di Indonesia meliputi Jawa Barat, Jawa Tengah, Yogyakarta, Jawa Timur, dan Nusa Tenggara Timur.

2.2.1

Taksonomi Sorgum Manis Kingdom

: Plantae

Subkingdom

: Tracheobionta

Superdivision

: Spermatophyta

Division

: Magnoliophyta

Class

: Liliopsida

Subclass

: Commelinidae

Order

: Cyperales

Family

: Poaceae (Grass)

Genus

: Sorghum

Spesies

: Sorghum bicolor

Gambar 2.2 Tumbuhan sorgum



8

2.2.2

Manfaat Sorgum (SEAMEO BIOTROP, 2011).

1. Sebagai bahan pangan dunia, sorgum berada pada urutan ke-5 setelah gandum, padi, jagung dan barley (ICRISAT/FAO, 1996). Kandungan nutrisi sorgum tidak kalah dari beras yang menjadi pangan pokok di Indonesia. Tabel 2.1 Nutrisi beras dan sorgum (Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan RI, 1992)

Unsur Nutrisi

Beras (kandungan/100 g)

Sorgum (kandungan/100 g)

Kalori (cal)

360

332

Protein (g)

6,8

11

Lemak (g)

0,7

3,3

Karbohidrat (g)

78,9

73

Kalsium (mg)

6

28

Besi (mg)

0,8

4,4

Pospor (mg)

140

287

Vitamin B1 (mg)

0,12

0,38

2. Biji sorgum merupakan bahan baku industri minuman seperti industri bir, minuman anggur, dan sirup. 3. Biji sorgum dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri lem dan cat. 4. Batang dan biji sorgum dapat dikonversi menjadi bioetanol dan digunakan sebagai sumber energi. 5. Batang sorgum dapat digunakan sebagai bahan baku pulp karena mengandung selulosa. 6. Sorgum dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku media jamur merang. 7. Biji sorgum dapat digunakan sebagai pakan ternak unggas sedang batang dan daunnya untuk ternak ruminansia.

2.2.3

Limbah Sorgum Sorgum dimanfaatkan di banyak negara seperti India, Cina, Amerika,

Thailand, termasuk Indonesia. Pemanfaatannya meninggalkan masalah baru berupa limbah. Limbah sorgum hanya dimanfaatkan sebagian kecil sebagai pakan Universitas Indonesia


9

ternak, sehingga masih menyisakan sebagian besar limbah. Saat ini banyak yang memulai penelitian untuk memanfaatkan limbah sorgum sebagai bahan baku pembuatan bioetanol dan xilitol.

2.3

Lignoselulosa Di Indonesia, sumber lignoselulosa melimpah terutama pada produk-

produk pertanian dan perkebunan. Lignoselulosa merupakan komponen utama tanaman yang menggambarkan jumlah sumber bahan organik yang dapat diperbarui. Lignoselulosa terutama tersusun dari lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Kandungannya bervariasi tergantung jenis dan umur tanaman. Semua komponen lignoselulosa ini terdapat pada dinding sel tanaman.



10

Gambar 2.3 Model lignoselulosa [Sumber : http://pubs.acs.org/cen/coverstory/86/8649cover2.html]

2.3.1

Lignin Lignin adalah komponen non karbohidrat yang paling keras pada dinding

sel tanaman. Kandungan lignin dalam kayu sekitar 25-40% (Maryana, 2006), tergantung pada jenis kayu dan faktor lain yang mempengaruhi perkembangan kayu. Lignin berfungsi sebagai pengikat antar sel dan menguatkan dinding sel kayu. Lignin berupa polimer dari unit-unit fenilpropana yang berikatan silang satu sama lain sehingga tidak larut dalam air. Universitas Indonesia


11

Lignin dikelompokkan menjadi lignin guaiasil dan lignin guaiasil-sirigil (Gibbs, 1958). 1. Lignin guaiasil yaitu lignin yang terdapat dalam hampir semua kayu lunak, sebagian besar merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol. 2. Lignin guaiasil-sirigil yaitu lignin yang terdapat pada kayu keras yang merupakan kopolimer dari koniferil dan sinapil alkohol.

Gambar 2.4 Struktur lignin [Sumber : research.uky.edu]

2.3.2

Selulosa Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman.

Kandungan selulosa pada tumbuhan tingkat tinggi sebesar 35-50% dari berat kering tanaman (Lynd et al, 2002). Selulosa tersusun atas polimer glukosa yang tidak bercabang. Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling menumpuk Universitas Indonesia


12

atau terikat dengan sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan dari jumlah unit glukosa di dalam polimer, yang disebut dengan derajat polimerisasi. Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu (Patria, 2011) : Selulosa

adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH

17,5% atau larutan basa kuat dengan DP (derajat polimerisasi) 600 - 1500. Selulosa

dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat kemurnian

selulosa. Selulosa β adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan DP 15 - 90, dapat mengendap bila dinetralkan Selulosa γ sama dengan selulosa β, tetapi DP nya kurang dari 15. Selain itu ada yang disebut Hemiselulosa dan Holoselulosa : o

Hemiselulosa adalah polisakarida yang bukan selulosa, jika dihidrolisis akan menghasilkan D-manosa, D-galaktosa, D-Xylosa, L-arabinosa dan asam uranat.

o

Holoselulosa adalah bagian serat yang bebas dari sari dan lignin, terdiri dari campuran selulosa dan hemiselulosa.

Gambar 2.5 Struktur selulosa 2.3.3

Hemiselulosa Hemiselulosa merupakan suatu heteropolisakarida bercabang yang bersifat

nonkristalin, tidak bersifat serat, dan mudah mengembang. Berbeda dengan selulosa yang hanya tersusun dari glukosa, hemiselulosa tersusun dari beberapa monomer gula yang berbeda, seperti D-xilosa, D-galaktosa, dan D-manosa. Kandungan hemiselulosa sekitar 25-30% (Perez et al, 2002). Rantai polimer hemiselulosa memiliki cabang yang pendek dan amorf. Hemiselulosa memiliki derajat polimerisasi 50-200. Hemiselulosa berfungsi sebagai pendukung dinding sel dan berlaku sebagai perekat antar sel tunggal yang terdapat didalam batang tanaman. Universitas Indonesia


13

2.3.3.1 Xilan Xilan merupakan salah satu komponen utama pada hemiselulosa. Di dalam dinding sel tanaman, xilan akan berinteraksi dengan lignin dan selulosa melalui ikatan nonkovalen membentuk struktur sel yang kuat (Poliana J, MacCabe AP. 2007). Xilan pada kayu lunak berupa arabinoglukuronoxilan dan pada kayu keras berupa glukuronoxilan.

Gambar 2.6 Struktur arabinoglukuronoxilan

Gambar 2.7 Struktur glukuronoxilan

2.3.3.2 Xilosa Xilosa merupakan aldopentosa yang tersusun dari lima atom karbon dengan gugus aldehid. Xilosa merupakan unit penyusun xilan yang dapat dihasilkan dari limbah lignoselulosa dengan cara hidrolisis. Xilosa ini dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan xilitol.

Gambar 2.8 Struktur D-xilosa



14

2.4

Hidrolisis Hemiselulosa Hidrolisis adalah suatu proses kimia berupa pemecahan molekul besar

menjadi bagian lebih kecil oleh adisi air. Hidrolisis hemiselulosa dapat dilakukan secara enzimatis atau kimiawi dengan menggunakan katalis asam. Hidrolisis hemiselulosa secara enzimatis menghasilkan produk hidrolisis yang lebih spesifik dan tidak terjadi hidrolisis lanjutan terhadap gula yang terbentuk. Enzim xilanase dapat digunakan untuk menghidrolisis xilan yang merupakan polimer xilosa dan xilooligosakarida. Hidrolisis enzimatik memiliki beberapa kelemahan : xilosa yang dihasilkan lebih sedikit dibanding hidrolisis dengan asam (Nurmalia, 2007), membutuhkan waktu lebih lama, harga enzim lebih mahal dibanding harga asam, dan kerja enzim dihambat oleh produk (Sanchez, 2007). Hidrolisis dengan asam lebih aplikatif karena biaya produksinya lebih rendah dibanding hidrolisis dengan enzim (Yani Darliah, 2008). Tetapi, hidrolisis dengan asam akan menghasilkan produk berupa campuran karena gula yang dihasilkan dapat didegradasi menjadi senyawa furfural. Asam yang biasa digunakan sebagai katalis hidrolisis adalah asam sulfat. Asam ini melepaskan proton yang akan memecah ikatan eter heterosiklik antara monomer gula dalam rantai polimer yang dibentuk oleh hemiselulosa dan selulosa. Produk hidrolisis yang dihasilkan berupa campuran xilosa, glukosa, dan arabinosa. Selain itu dihasilkan produk samping oligomer, furfural, dan 5hidroksimetil furfural. Senyawa furfural dalam hidrolisat dapat menghambat fermentasi karena bersifat toksik. Furfural ini dapat terbentuk dengan mudah pada konsentrasi asam dan suhu yang tinggi. Oleh karena itu, degradasi xilosa menjadi furfural dapat dihindari dengan menurunkan konsentrasi asam. Selain itu, untuk menghilangkan inhibitor dapat ditambahkan karbon aktif. Hidrolisis dalam suasana asam menghasilkan pemecahan ikatan glikosida yang terdiri atas tiga tahap. Tahap pertama, proton (sebagai katalis asam) berinteraksi dengan oksigen glikosida (ikatan glikosida) dan membentuk asam konjugat. Langkah ini diikuti oleh pemecahan secara lambat ikatan C-O-C (glikosida) menghasilkan intermediet kation karbonium siklik. Setelah mengalami



15

adisi yang cepat, terbentuk gula bebas (Qian X, Yong Y.L, and Robert W.T, 2004).

Gambar 2.9 Mekanisme hidrolisis asam pada ikatan glikosida [Sumber : http://mcat-review.org/carbohydrates.php]

2.5

Fermentasi Fermentasi berasal dari kata ferment yang berarti mendidih sehingga

fermentasi berarti anggur yang mendidih. Pada perkembangan berikutnya maknanya meluas menjadi penggunaan mikroorganisme untuk bahan pangan. Fermentasi mulai dikenal pada tahun 6000 sebelum masehi dalam pembuatan minuman alkohol, roti, dan keju. Hanya saja, belum diketahui bahwa ada mikroorganisme yang berperan di dalamnya. Pada tahun 1857, Pasteur berhasil membuktikan keberadaan mikroorganisme di dalam proses fermentasi. Mikroorganisme yang umumnya terlibat adalah bakteri, khamir, dan kapang.



16

2.6

Khamir Khamir adalah fungi uniseluler yang beberapa spesiesnya dimanfaatkan

untuk proses fermentasi. Khamir merupakan mikroorganisme fakultatif anaerob, yakni dapat hidup dalam kondisi anaerob. Kebanyakan berbentuk oval dan bereproduksi secara aseksual melalui pembentukan tunas. Reproduksi secara seksual menghasilkan akospora melalui konjugasi dua sel atau konjugasi dua akospora. Selain memiliki kebermanfaatan, khamir dapat pula merugikan karena dapat menyebabkan kerusakan pada makanan dan patogen karena dapat menyebabkan beberapa penyakit misalnya infeksi pada rongga mulut.

Gambar 2.10 Diagram sel khamir

2.6.1

Candida fukuyamaensis UICC Y-247²² Genus candida seringkali digunakan untuk memfermentasikan xilosa

menjadi xilitol. Begitu pun dengan Candida fukuyamaensis. Spesies ini ditumbuhkan pada suhu ruang dalam media YMA (Yeast Malt Agar). Koloni spesies ini berwarna putih agak krem, permukaan dan tekstur koloni licin, mengkilap seperti mentega, profil dan tepi koloni menggunung, dan lurus (Rianti, 2009). Isolat ini diisolasi dari Taman Nasional Gunung Halimun, Jawa Barat. Candida ini digunakan karena dapat menghasilkan enzim xilosa reduktase yang mengkonversi xilosa menjadi xilitol. Selain itu, juga menghasilkan enzim xilitol dehidrogenase yang mampu mengoksidasi xilitol menjadi D-xilulosa.



17

2.7

Metabolisme Xilosa Metabolisme xilosa oleh khamir melibatkan tiga enzim, yaitu

xilosa reduktase, xilitol dehidrogenase, dan xilulokinase. Pada jalur ini, xilosa reduktase memerlukan kofaktor NADPH, xilitol dehidrogenase memerlukan kofaktor NAD, dan xilulokinase memerlukan kosubstrat ATP. Kondisi oksigen dalam proses fermentasi dibuat terbatas, agar NADPH yang terbentuk tidak dapat dioksidasi kembali, sehingga terjadi kenaikan konsentrasi NADPH (Granstrom et al, 2001). Konsentrasi NADPH yang tinggi di dalam sel akan menaikkan aktivitas enzim xilose reduktase yang kemudian menyebabkan terakumulasinya xilitol.

Gambar 2.11 Jalur metabolisme xilosa oleh khamir [Sumber : Appl Microbiol Biotechnol (2007) 74:277-281]

Rendemen xilitol dapat dinaikkan dengan menambahkan gula lain sebagai kosubstrat ke dalam proses fermentasi. Glukosa sebagai kosubstrat terbukti dapat menaikkan rendemen xilitol (Oh, 1998).



18

2.8

Substrat dan Kosubstrat Substrat adalah molekul organik utama yang siap bereaksi. Sedangkan

kosubstrat adalah molekul organik pendamping yang ditambahkan untuk menaikkan produk. Substrat fermentasi yang dikonversi menjadi xilitol adalah xilosa. Xilosa sebagai substrat dimetabolisme oleh khamir dengan bantuan katalis enzim untuk mempercepat reaksi. Dalam hal ini, enzim yang diharapkan adalah enzim xilosa reduktase yang berperan dalam mereduksi xilosa menjadi xilitol. Kosubstratnya adalah gula lain seperti glukosa dan arabinosa. Gula lain ini dapat digunakan oleh khamir sebagai sumber energi dan sumber karbon untuk pertumbuhannya, sehingga diharapkan substrat xilosa terkonsentrasi untuk dikonversi menjadi xilitol tanpa digunakan oleh khamir untuk kebutuhan energi dan pertumbuhannya.

2.8.1

Glukosa dan Arabinosa Sebagai Kosubstrat D-glukosa merupakan monosakarida beratom karbon enam (heksosa)

dengan gugus aldehid. Semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan terkonversi menjadi glukosa di dalam tubuh. L-arabinosa merupakan monosakarida beratom karbon lima (pentosa) yang terdapat alami di dalam tumbuhan. D-glukosa dan L-arabinosa ditambahkan sebagai kosubstrat ke dalam proses fermentasi agar dapat menaikkan rendemen xilitol, karena sel mendapatkan sumber karbon lain. Sehingga sel tidak memetabolisme xilitol yang dihasilkan sebagai suplai energi. Hal ini menyebabkan naiknya akumulasi xilitol.

Gambar 2.12 Struktur D-glukosa (kiri) dan L-arabinosa (kanan)



19

2.9

Perkembangan Produksi Xilitol Secara Bioteknologi Ketertarikan terhadap produksi xilitol secara bioteknologi dikarenakan

pemanis ini memiliki manfaat yang luas tetapi harganya mahal dan proses produksinya sulit. Awalnya, produksi xilitol oleh khamir menggunakan glukosa sebagai bahan baku, karena mudah didapat dan harganya murah. Jalur metabolisme yang pertama kali diusulkan adalah glukosa diubah menjadi Darabitol, kemudian membentuk D-xilulosa, dan D-xilulosa selanjutnya direduksi menjadi xilitol. Jalur metabolisme ini lebih panjang dibandingkan dengan pembentukan xilitol dari D-xilosa, sehingga jalur ini kurang diminati. Selain itu, rendemen xilitol yang dihasilkan masih rendah, yakni 11,6% dari 77,5 g glukosa yang dikonsumsi (Granstrom et al, 2007) Penelitian dilanjutkan dengan menggunakan D-xilosa sebagai bahan baku dan didapatkan informasi bahwa aktivitas enzim xilosa reduktase berperan dalam pembentukan xilitol (Girio et al, 1989). Bersamaan dengan itu, diperoleh informasi bahwa Candida tropicalis dan Candida guiliermondii merupakan spesies khamir terbaik yang berperan dalam biokonversi xilosa menjadi xilitol (Barbosa et al, 1988). Sementara di laboratorium penelitian kimia UI, Candida fukuyamaensis dianggap lebih baik dalam memberikan hasil xilitol diantara 10 spesies khamir koleksi UI (Riki, 2008 ; Ahmad F, 2008 ; Niezha E.P, 2008). Tahun 1998, penelitian berkembang ke arah usaha untuk menaikkan rendemen xilitol dengan menambahkan glukosa sebagai kosubstrat. Dengan penambahan glukosa 15% dari xilosa, rendemen xilitol naik hingga 93%, sementara rendemen xilitol dari xilosa sebesar 82% (Oh, 1998). Penelitian dilanjutkan kepada mutasi gen penyandi enzim kunci dalam fermentasi xilosa, yakni xilitol dehidrogenase yang mengkatalisis oksidasi xilitol menjadi xilulosa. Mutasi pada gen penyandi xilitol dehidrogenase menyebabkan penggunaan xilosa sebagai sumber energi tidak mungkin terjadi. Sumber energi dapat diperoleh karena xilulosa yang dihasilkan dari oksidasi xilitol oleh katalis xilitol dehidrogenase, masuk ke jalur glikolisis untuk pembentukan ATP. Sehingga tanpa adanya xilitol dehidrogenase, diperlukan sumber energi lain selain xilosa. Penggunaan glukosa sebagai sumber energi lain menaikkan rendemen hingga 98% dari 50 g/L xilosa dan 10 g/L glukosa (Meinander, 1996). Universitas Indonesia


20

Selanjutnya penelitian berkembang kepada usaha untuk menggunakan bahan baku yang murah, karena mahalnya penggunaan xilosa murni sebagai substrat awal fermentasi. Bahan baku limbah pertanian dan perkebunan menjadi pilihan. Limbah pertanian dan perkebunan yang telah diteliti adalah ampas tebu (Ahmad F, 2008), pollard gandum (Riyanti, 2009), sekam padi, tongkol jagung (Niezha E.P, 2008), tandan kosong kelapa sawit, dan limbah sorgum (Sri R.N, 2010 ; Wuryaningrum, 2010). Selain itu, telah ditentukan bahwa hidrolisis kimiawi dengan katalis asam sulfat 0,3 M memberikan rendemen xilosa terbaik dibanding hidrolisis enzimatik (Nurmalia, 2007).



BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Alat dan Bahan Kimia

3.1.1

Alat-alat yang digunakan Alat gelas yang digunakan yaitu : labu erlenmeyer, labu ukur, gelas ukur,

tabung reaksi, pipet volumetri (5; 10; 20; 25 ml), pipet ukur (2; 5 ml), pipet tetes, beaker gelas, batang pengaduk, corong gelas, tabung sentrifugasi, labu didih, kondensor, cawan petri, botol semprot, jarum ose, pipet mikro, propipit (bulb), tip ukuran 1 ml. Alat-alat lain yang digunakan yaitu : blender, vortex, autoklaf, oven, alat sentrifugasi, timbangan analisis, alat degassing, shaker (fermentor), heating mantel, syringe, HPLC Shimadzu prominence 20 dengan kolom Shimpack SCR101 C dan detektor Refraktif Indeks (RID-10A), pompa LC-20AB, dan pH meter.

3.1.2

Bahan-bahan kimia yang digunakan Heksana, etanol, H2SO4, NaOH, aqua destilata, xilosa, glukosa, arabinosa,

ammonium sulfat, magnesium sulfat, KH2PO4, pepton, malt extract, agar-agar, alkohol 70%, aqua bidestilata, kertas lakmus merah dan biru, karbon aktif, kertas saring, resin penukar kation dan anion, filter membran nitroselulosa nitrat .

3.1.3

Bahan Baku Sumber Xilosa Bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan xilosa adalah limbah

sorgum manis yang diperoleh dari SEAMEO BIOTROP Tajur Bogor. Limbah yang digunakan adalah bagian batang dan malai yang diambil dari jenis sorgum CTY dan sorgum Numbu. Limbah batang diperoleh setelah proses pemerahan nira dan limbah malai diperoleh setelah perontokkan biji sorgumnya.

21



22

3.1.4

Mikroorganisme yang Digunakan Mikroorganisme yang digunakan dalam penelitian ini adalah khamir

Candida fukuyamaensis UICC Y-247 yang diperoleh dari Laboratorium Mikrobiologi UICC Departemen Biologi, Universitas Indonesia. Khamir ini diisolasi dari Taman Nasional Gunung Halimun, Jawa Barat.



23

Bagan Kerja

Limbah sorgum manis Dicuci, dikeringkan, dihaluskan, disaring Serbuk halus limbah sorgum

Gambar 3.1 Bagan kerja pengeringan

Serbuk halus limbah sorgum Diekstrak dengan soxhlet menggunakan n-heksan:etanol (2:1) selama 6,5 jam

Ekstrak

Residu Delignifikasi dengan NaOH 1% (1:25, m/v), suhu 55 °C, 90 menit

Ekstrak

Sampel delignifikasi

Gambar 3.2 Bagan kerja delignifikasi



24

1 g sampel Hidrolisis dengan H2SO4 0,3 M 35 menit

Residu

Hidrolisat Detoks dengan 1% arang aktif, 50 °C, 10 menit

Uji HPLC

Media fermentasi + media aktiviasi

Substrat detoks

Fermentasi di inkubator shaker, 110 rpm, 30°C Hasil fermentasi dipanaskan 80 °C, 10 menit, sentrifugasi 15 menit

Endapan

Supernatan Deionisasi Uji HPLC

Gambar 3.3 Bagan kerja fermentasi



25

3.2

Prosedur Kerja

3.2.1

Pembuatan Sampel Limbah Sorgum Manis Limbah batang dan malai sorgum manis dicuci, dibilas dengan aquades,

lalu diangin-anginkan hingga kering. Batang dan malai ini kemudian digiling sampai halus dan disaring. Sampel serbuk yang halus ini selanjutnya diekstraksi untuk menghilangkan senyawa ekstraktif, didelignifikasi, lalu dihidrolisis.

3.2.2

Pembuatan Larutan Standar

3.2.2.1 Larutan Standar Xilosa Larutan induk xilosa 1000 ppm dibuat dengan menimbang 100 mg xilosa yang dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL kemudian ditambahkan aquabides sampai tanda batas. Larutan ini selanjutnya digunakan sebagai larutan induk untuk membuat standar xilosa berikutnya, dengan variasi konsentrasi 50, 100, 250, dan 500 ppm. Larutan induk xilosa 1000 ppm dipipet sebanyak 2,5; 5; 12,5; 25 mL, kemudian masing-masing dimasukkan ke dalam labu ukur 50,0 mL dan ditambahkan aquabides sampai tanda batas. Deret larutan standar xilosa ini dianalisis dengan HPLC pada kondisi kecepatan alir 1 mL/menit, suhu oven 80 °C, dan fase gerak aquabides. Diperoleh nilai waktu retensi untuk uji kualitatif, dan nilai luas area untuk uji kuantitatif. Dari nilai luas area dan konsentrasi masing-masing larutan standar xilosa, dibuat persamaan garis regresi linier.

3.2.2.2 Larutan Standar Glukosa Larutan induk glukosa 500 ppm dibuat dengan menimbang 50 mg glukosa yang dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL kemudian ditambahkan aquabides sampai tanda batas.



26

3.2.2.3 Larutan Standar Arabinosa Larutan induk arabinosa 500 ppm dibuat dengan menimbang 50 mg arabinosa, kemudian dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL, dan ditambahkan aquabides sampai tanda batas.

3.2.2.4 Larutan Standar Xilitol Larutan induk xilitol 1000 ppm dibuat dengan menimbang 100 mg xilitol, kemudian dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL, dan ditambahkan aquabides sampai tanda batas. Larutan ini selanjutnya digunakan sebagai dasar untuk membuat deret larutan standar xilitol berikutnya. Dengan variasi konsentrasi sebesar 50; 100; 250 dan 500 ppm. Larutan induk xilitol 1000 ppm dipipet sebanyak 2,5; 5,0; 12,5; dan 25 mL, kemudian masing-masing dimasukkan ke dalam labu ukur 50,0 mL dan ditambahkan aquabides sampai tanda batas. Deret larutan standar ini kemudian dianalisis dengan HPLC.

3.2.3

Delignifikasi Sampel Sampel serbuk sorgum manis diekstraksi dalam soxhlet dengan pelarut

heksana-etanol 2:1 (v/v) selama 6,5 jam. Kemudian residunya didelignifikasi dengan NaOH 1% pada suhu 55 °C dengan perbandingan solid : liquid (1:25, w/v) selama 2 jam. Residu dipisahkan dengan kertas saring dan dinetralkan melalui pembilasan dengan aquades.

3.2.4

Pembuatan Hidrolisat Serbuk sampel yang halus ditimbang sebanyak 1 g lalu dimasukkan ke

erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 30 mL larutan H2SO4 0,3 M. Sampel ini ditutup dengan sumbat kapas dan dimasukkan ke dalam autoklaf untuk dihidrolisis pada suhu 121 °C selama 35 menit (waktu hidrolisis optimum untuk sampel serbuk dari batang dan malai sorgum manis adalah 35 menit berdasarkan penelitian tesis Sri Rahayu Ningsih, 2010). Segera setelah proses hidrolisis selesai, ke dalam hidrolisat ditambahkan NaOH 0.5 M untuk menetralkan asam sulfat hingga pH sekitar 5-7. Kemudian hidrolisat disaring dengan kertas saring dan filtratnya disentrifugasi selama 15 menit dengan kecepatan putaran 3000 rpm. Universitas Indonesia


27

Supernatannya ditambahkan 1 % karbon aktif dan dipanaskan dalam penangas air suhu 55 °C selama 10 menit, lalu disaring dengan kertas saring dobel. Untuk pengujian kadar xilosa dalam hidrolisat, filtrat yang didapatkan dari hasil sentrifugasi, dideionisasi dengan resin penukar kation dan anion terlebih dahulu. Setelah itu, disaring dengan menggunakan filter membran nitroselulosa dan dilakukan perhitungan kadar xilosa dengan menggunakan HPLC Shimadzu prominence 20 dengan kolom Shimpack SCR-101 C yang merupakan kolom penukar kation terdiri dari kalsium dengan kopolimer stiren divinilbenzena. Kondisi kecepatan alir yang digunakan 1 mL/menit, suhu kolom 80 °C, dan fase gerak yang digunakan adalah aqua bidestilata. Detektor yang digunakan adalah RID-10A.

3.2.5

Sterilisasi Alat Semua alat gelas yang digunakan untuk fermentasi dilakukan sterilisasi

kering menggunakan oven pada suhu 150 °C selama 2 jam. Sedangkan alat plastik (tip) dan media yang akan digunakan dilakukan sterilisasi basah menggunakan autoklaf pada suhu 121 °C dan tekanan 2 atm selama 15 menit.

3.2.6

Penyiapan Inokulum Dalam proses ini digunakan sel mikroba berupa khamir dari spesies

Candida fukuyamaensis UICC Y-247 yang didapat dari Laboratorium Mikrobiologi UICC (Universitas Indonesia Culture Center). Media agar yang digunakan untuk pertumbuhan adalah media YMA (Yeast Malt Agar) yang terdiri dari : ekstrak khamir 3g/L, malt extract 3 g/L, pepton 5 g/L, glukosa 10 g/L, dan agar 15 g/L. Spesies khamir ini sebelum digunakan harus dimurnikan dengan metode cawan gores. Cawan petri yang telah digores kemudian diinkubasi dengan suhu 30 °C selama dua hari. Untuk digunakan pada fermentasi, secara aseptik biakan dipindahkan ke dalam media agar miring yang telah disiapkan, kemudian inkubasi selama dua hari pada suhu 30 °C.



28

3.2.7

Penentuan Jumlah Sel Khamir Penentuan jumlah sel khamir dilakukan dengan metode kamar hitung.

Pada metode kamar hitung, setetes suspensi diletakkan di kamar hitung tipe Neurbauer dan jumlah sel dapat ditentukan secara langsung dengan bantuan mikroskop dengan pembesaran 10 x atau 40 x. Jumlah total sel dihitung per ml suspensi.

3.2.8

Substrat dan Kosubstrat Substrat yang digunakan dalam proses fermentasi adalah xilosa dari hasil

hidrolisis limbah sorgum. Kosubstrat yang digunakan adalah L-arabinosa dan Dglukosa. Kosubstrat ini dimasukkan dalam proses fermentasi bersama substrat xilosa. Disterilisasi secara terpisah dari media fermentasi berupa ekstrak khamir, KH2PO4, (NH4)2SO4, dan MgSO4.7H2O.

3.2.8

Fermentasi Komposisi media yang digunakan untuk fermentasi, yaitu xilosa 20 g/L,

ekstrak khamir 2 g/L, KH2PO4 5 g/L, (NH4)2SO4 2 g/L, dan MgSO4.7H2O 0,4 g/L dengan pH 6. Sebelum fermentasi, dilakukan pembuatan media aktivasi, xilosa dilarutkan terpisah dengan yang lainnya. Kemudian pH larutan dibuat 6. Media aktivasi ini kemudian disterilisasi dengan autoklaf pada suhu 121 °C selama 15 menit. Setelah selesai, campurkan secara aseptik xilosa dengan kandungan media lainnya tadi. Sebagai sumber khamir, buat suspensi sel dengan 10 mL aquades steril ke dalam khamir di agar miring yang telah berusia 2 hari. Suspensi sel yang telah diperoleh ini dimasukkan ke dalam erlenmeyer berisi media aktivasi dengan perbandingan 1:25 (v/v). Lalu diinkubasi pada suhu 30 °C selama 48 jam dengan laju 110 rpm. Setelah 48 jam, media aktivasi yang berisi suspensi sel dimasukkan ke dalam media fermentasi yang berisi hidrolisat dengan perbandingan 1:25 (v/v). Sampel yang berisi media fermentasi dan suspensi sel diinkubasi di dalam inkubator shaker pada suhu 30 °C dengan laju 110 rpm. Fermentasi dihentikan Universitas Indonesia


29

dengan cara memanaskannya dalam penangas air pada suhu 80 °C selama 10 menit.

3.2.9

Variasi yang Dilakukan Variasi yang dilakukan pada penelitian : 1. Variasi bahan baku, yakni bagian tanaman dari limbah sorgum : malai dan batang. 2. Variasi jenis sorgum : CTY-33 dan NUMBU 3. Variasi nutrient pendamping substrat (kosubstrat) : L-arabinosa dan D-glukosa 4. Variasi konsentrasi kosubstrat : 150 ppm dan 300 ppm

3.2.10 Analisis Produk dengan HPLC Hasil fermentasi disentrifugasi pada kecepatan 3000 rpm selama 15 menit dan diambil filtratnya. Selanjutnya ke dalam filtrat ditambahkan resin penukar kation dan anion, lalu disaring dengan membran nitroselulosa. Sebanyak 20 µL larutan diambil untuk dianalisis dengan HPLC. Hasilnya diamati dengan membandingkan waktu retensinya dengan standar.



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh penambahan kosubstrat ke dalam proses fermentasi terhadap produksi xilitol. Xilosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis limbah sorgum menggunakan asam selama 35 menit (waktu hidrolisis ini merupakan waktu optimum untuk limbah sorgum berdasarkan penelitian sebelumnya), difermentasi dengan khamir penghasil enzim xilosa reduktase. Pada proses ini ditambahkan juga kosubstrat : arabinosa dan glukosa.

4.1

Pembuatan Sampel dari Limbah Sorgum Limbah sorgum yang digunakan yakni bagian batang dan malai. Limbah

malai diperoleh setelah proses perontokkan biji sorgum yang digunakan sebagai bahan baku pangan. Sedangkan limbah batang diperoleh setelah proses pemerahan nira. Masing-masing limbah ini merupakan limbah dari Sorghum bicolor CTY-33 dan Sorghum bicolor NUMBU yang diperoleh dari SEAMEO BIOTROP Bogor.

batang

malai

Gambar 4.1 Batang dan malai sorgum (Batan, Soeranto)

Sampel batang dan tangkai ini dicuci bersih, kemudian dikeringkan dengan diangin-anginkan. Pencucian dimaksudkan untuk menghilangkan kotoran berupa pasir, tanah, atau debu yang menempel. Pencucian ini dilakukan berulang

30



31

hingga didapat air cucian tidak lagi mengandung kotoran. Sampel dianginanginkan hingga kering agar tak merusak struktur karbohidrat. Sampel yang sudah kering kemudian dihaluskan hingga berbentuk serbuk agar luas permukaannya semakin besar sehingga diharapkan akan memperbesar kontak sampel dengan pereaksi. Setelahnya, sampel yang telah halus ini disaring agar ukurannya homogen.

Gambar 4.2 Serbuk sorghum

4.2

Larutan Standar Karbohidrat Larutan standar karbohidrat berupa larutan xilosa, xilitol, glukosa, dan

arabinosa diukur menggunakan HPLC Shimadzu Prominence 20 dengan kolom Shimpack SCR-101 C dan detektor Refraktif Indeks (RID-10A). Larutan standar ini digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif dari hasil hidrolisis dan hasil fermentasi. Analisis kualitatif dilakukan dengan menggunakan informasi waktu retensi dari larutan standar. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan dengan memasukkan luas area suatu puncak yang ingin diketahui ke dalam persamaan garis dari larutan standar. Persamaan garis larutan standar diperoleh dengan memasukkan data berbagai luas area suatu puncak pada deret konsentrasi. Dengan memasukkan luas area suatu puncak dari hasil hidrolisis maupun fermentasi ke dalam persamaan linier, dapat diketahui konsentrasi suatu hasil. Xilosa muncul di waktu retensi sekitar 7 menit, xilitol 13 menit, glukosa 6 menit, dan arabinosa 8 menit. Persamaan linier y = ax + b, dimana untuk standar xilosa, a = 147,3583 dan b = – 3080,5572. Sedangkan untuk xilitol, a = 149,4354 dan b = – 4578,8607. Persamaan ini digunakan untuk menentukan konsentrasi xilosa dan xilitol dalam hidrolisat maupun hasil fermentasi. Berikut adalah kromatogram larutan standar : Universitas Indonesia


32

Gambar 4.3 Kromatogram standar arabinosa

Gambar 4.4 Kromatogram standar xilitol

Gambar 4.5 Kromatogram standar xilosa



33

Gambar 4.6 Kromatogram standar glukosa

4.3

Dewax dan Delignifikasi Sampel sorgum sebelum dihidrolisis, dilakukan dewax dan delignifikasi

terlebih dahulu. Proses ini penting karena dapat mempengaruhi rendemen xilosa hasil hidrolisis. Lignoselulosa merupakan komponen organik di alam yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin, ekstraktif, dan abu (Isroi, 2008). Proses dewax dimaksudkan untuk melarutkan komponen ekstraktif dari sampel sorgum melalui ekstraksi cair-padat selama 6,5 jam menggunakan pelarut heksana : etanol (2:1) pada suhu di atas titik didih kedua pelarut ini. Pelarut heksana merupakan pelarut yang lipofil, sedangkan etanol mempunyai sifat hidrofil. Sehingga heksana dapat melarutkan senyawa ekstraktif tipe lipofil berupa wax, vaselin, dan lemak, sedangkan etanol dapat melarutkan senyawa ekstraktif tipe hidrofil berupa tanin dan resin. Zat-zat yang terekstrak ini menyebabkan perubahan warna pada pelarut. Warna pelarut menjadi kecoklatan setelah ekstraksi batang CTY, warna kuning setelah ekstraksi batang NUMBU dan malai NUMBU. Sementara menjadi warna merah setelah ekstraksi malai CTY.



34

Gambar 4.7 Zat yang terekstrak dalam pelarut

Residu ekstraksi ini kemudian dikeringkan di tempat terbuka. Heksana dan etanol merupakan zat yang mudah menguap, sehingga residu hanya perlu didiamkan beberapa saat sampai kering. Residu ini masih mengandung lignin yang dapat menghambat proses fermentasi. Lignin ini didegradasi dengan menambahkan larutan NaOH 1% dengan perbandingan 1:25 (w/v) pada suhu 55 °C selama 90 menit. Segera setelah proses ini, sampel disaring dan dibilas dengan aquades.

4.4

Hidrolisis Hidrolisis hemiselulosa dapat dilakukan secara enzimatik maupun

kimiawi. Proses enzimatik lebih banyak menghasilkan xilooligosakarida dibanding xilosa. Sementara proses kimiawi akan menghasilkan produk campuran, tetapi xilosa yang dihasilkan lebih banyak dibanding hidrolisis dengan enzim. Hemiselulosa merupakan senyawa heteropolisakarida yang berbentuk amorf dan bercabang. Hidrolisisnya dapat dilakukan dengan asam encer. Berdasarkan penelitian sebelumnya, yang paling baik menghidrolisis hemiselulosa adalah asam sulfat dengan konsentrasi 0,3 M. Bila asam yang digunakan lebih pekat, maka selulosa yang berbentuk mikrofibril kristalin, teratur, dan memiliki rigiditas tinggi dapat ikut terhidrolisis dan xilosa yang terbentuk cenderung akan mengalami dehidrasi menjadi furfural. Hidrolisis dilakukan dalam autoklaf bertekanan tinggi, 2 atm dan pada suhu 121 °C. Waktu hidrolisis yang digunakan adalah 35 menit berdasarkan penilitian waktu optimum untuk menghidrolisis sorgum sebelumnya. Proses hidrolisis segera dihentikan dengan NaOH 0,5 M hingga tercapai pH 5-7. Universitas Indonesia


35

Penetralan ini untuk mencegah terdehidrasinya xilosa yang terbentuk menjadi senyawa furufural. Hidrolisat tidak boleh mencapai pH lebih dari 7 karena pH yang basa dikhawatirkan akan merusak cincin karbohidrat yang ada.

Gambar 4.8 Hidrolisat

Hidrolisat ini kemudian didetoksifikasi untuk menghilangkan senyawa inhibitor di dalamnya. Kemudian dideionisasi dengan resin kation dan anion dan disaring dengan filter membran nitroselulosa sehingga siap diukur dengan HPLC. Dengan variasi substrat didapatkan rendemen xilosa terbaik dari malai sorgum CTY. Berikut adalah datanya : Tabel 4.1 Rendemen xilosa dari berbagai hidrolisat sorgum Hidrolisat

Luas Area

Konsentrasi (ppm)

% Rendemen Xilosa

Batang CTY

119418

831,30

3,33

Malai CTY

805531

5487,39

21,95

Batang Numbu

110101

768,07

3,07

Malai Numbu

663016

4520,25

18,08

Rendemen xilosa tertinggi diperoleh dari bagian malai, malai CTY menghasilkan xilosa 21,95%, dan malai Numbu menghasilkan xilosa 18,08%. Malai CTY merupakan penghasil xilosa terbesar, sehingga hidrolisat dari malai CTY inilah yang digunakan pada proses fermentasi.



36

4.5

Detoksifikasi Hasil hidrolisis dengan asam sulfat encer masih berupa campuran. Selain

xilosa terbentuk pula furfural dan 5-hidroksimetil furfural yang merupakan hasil samping turunan gula, dan senyawa fenolik yang merupakan hasil degradasi lignin. Senyawa-senyawa ini dapat mengganggu pertumbuhan mikroorganisme. Keberadaan senyawa-senyawa ini menyebabkan warna kecoklatan pada hidrolisat. Agar tidak mengganggu proses fermentasi, senyawa-senyawa ini dihilangkan dengan menambahkan 1% karbon aktif. Setelah itu, dilakukan penyaringan dengan kertas saring rangkap dua dan siap untuk fermentasi.

4.6

Fermentasi Fermentasi berdasarkan cara operasinya dibedakan menjadi fermentasi cair

dan padat. Pada penelitian ini yang dilakukan adalah fermentasi cair. Fermentasi cair dibedakan dalam dua tipe, yaitu fermentasi bawah permukaan (batch process, fed-batch, dan continuous process) dan fermentasi permukaan. Batch proces adalah fermentasi sekali unduh, media dan inokulum dimasukkan secara bersamaan ke dalam alat fermentasi dan produk diambil di akhir fermentasi. Fedbatch merupakan gabungan sistem batch dan kontinyu, konsentrasi nutrisi yang dibuat konstan dimasukkan ke dalam alat fermentasi dengan volume tertentu hingga produk yang diperoleh mendekati maksimal. Sedangkan continuous process, pengaliran substrat dan pengambilan produk dilakukan secara terusmenerus. Fermentasi yang dilakukan dalam penelitian ini adalah batch process. Sebelum dimulai fermentasi, semua alat dan media, juga hidrolisat disterilkan terlebih dahulu. Alat gelas disterilisasi dengan oven bersuhu 160 °C selama 2 jam. Sedangkan media dan hidrolisat disterilisasi dengan autoklaf 121 °C dan tekanan 2 atm selama 15 menit. Fermentasi dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme khamir, Candida fukuyamaensis. Khamir ini dimurnikan dengan metode cawan gores lalu diinkubasi dalam media agar miring sebagai stock culture. Untuk selanjutnya khamir dapat digunakan dengan mengaktifasinya di media agar miring lain yang diinkubasi selama 2 hari. Media agar yang digunakan adalah YMA (yeast malt



37

agar) yang terdiri dari : yeast extract (3 g/L), malt extract (3 g/L), pepton (5 g/L), glukosa (10 g/L), dan agar (15 g/L).

Gambar 4.9 Candida dalam agar miring

Inokulum khamir yang telah berusia dua hari disuspensikan dengan menambahkan 10 mL aquades steril secara aseptis. Suspensi ini digunakan sebagai sumber khamir untuk media starter. Media starter dibuat untuk menginduksi enzim xilosa reduktase dari khamir. Sehingga khamir siap mengubah xilosa menjadi xilitol. Tanpa media starter, proses fermentasi akan berlangsung lebih lama. Media starter terdiri dari : xilosa, yeast extract yang merupakan sumber C, N, dan vitamin B, sedangkan sebagai sumber mineral diperoleh dari KH2PO4, MgSO4.7H2O, dan (NH4)2SO4. Media ini diatur pada pH 6 yang merupakan pH optimal untuk pertumbuhan khamir. Sebelum diinkubasi, media ini disterilisasi di autoklaf. Xilosa disterilisasi secara terpisah dari yeast extract dan sumber mineral lain. Hal ini untuk mencegah terbentuknya basa schiff antara gula dengan gugus amina yang disebut reaksi Maillard. Reaksi ini menimbulkan warna kecoklatan dan rasa pahit. Media starter yang telah diinkubasi 2 hari dalam inkubator shaker dapat digunakan sebagai sumber khamir pada proses fermentasi dengan perbandingan media starter dan media fermentasi 1:25 (v/v). Media fermentasi sebelum digunakan disterilisasi terpisah antara gula dan komponen lain untuk menghindari reaksi Maillard. Fermentasi dilakukan dalam inkubator shaker agar suhu tetap terjaga dan memaksimalkan kontak mikroorganisme dengan media karena dishaker. Jumlah



38

khamir yang dimasukkan ke dalam proses fermentasi dihitung dengan metode counting chamber.

4.7

Penentuan Sel Khamir Candida fukuyamaensis ditentukan jumlahnya melalui penghitungan

langsung secara mikroskopis dengan menggunakan metode kamar hitung. Metode ini dipilih karena lebih efisien, tidak membutuhkan waktu lama.

Gambar 4.10 Haemocytometer dan cover glass [Sumber : http://blog.unila.ac.id/wasetiawan]

Setetes suspensi sel diteteskan ke alat haemocytometer yang sebelumnya telah dibersihkan dengan alkohol 70 %. Penggunaan alkohol 70% karena alkohol 70% tidak terlalu cepat menguap dibandingkan alkohol 95%, sehingga cukup punya waktu kontak untuk merusak suatu mikrorganisme yang mungkin menempel. Alkohol merusak suatu mikroorganisme dengan cara mendenaturasi proteinnya. Tetesan suspensi sel ini kemudian ditutup dengan cover glass untuk selanjutnya dilihat di bawah mikroskop. Kemudian dilakukan penghitungan sel sebanyak 5 kotak kecil.



39

Gambar 4.11 Ukuran kotak pada haemocytemeter [Sumber : http://blog.unila.ac.id/wasetiawan]

Sel yang terhitung dalam 2 mL suspensi sel adalah 2,4 x 1010 sel. Cara perhitungannya terlampir dalam lampiran 12.

4.8

Hasil Fermentasi Xilosa Fermentasi xilosa murni dilakukan sebelum fermentasi hidrolisat sorgum

untuk mengetahui waktu optimal yang dibutuhkan khamir untuk mengkonversi xilosa menjadi xilitol. Konsentrasi xilosa yang digunakan adalah 500 ppm. Konsentrasi xilosa mempengaruhi waktu optimal fermentasi, semakin besar konsentrasinya, semakin lama pula waktu yang dibutuhkan. Pada kadar xilosa 2% (20000 ppm), produksi xilitol tertinggi dicapai dengan lama waktu inkubasi 36-48 jam (Yulianto et al, 2005). Pada kadar xilosa 0,1-0,2 % (1000-2000 ppm), xilitol tertinggi dapat dicapai dengan lama waktu inkubasi 12-18 jam (Ningsih, 2010). Fermentasi hidrolisat yang digunakan dalam fermentasi ini berasal dari malai sorgum CTY yang merupakan penghasil xilosa terbesar. Hidrolisat ini diencerkan hingga konsentrasi yang mendekati konsentrasi xilosa pada fermentasi



40

sebelumnya. Pengkondisian ini bertujuan agar waktu fermentasi tidak terlalu lama, karena besarnya konsentrasi mempengaruhi waktu fermentasi. Proses fermentasi dihentikan dengan memanaskan tabung yang berisi cuplikan hasil fermentasi di penangas air bersuhu 80 °C selama 10 menit. Pemanasan ini bertujuan untuk menghentikan aktivitas mikroorganisme tanpa merusak struktur karbohidrat yang ada. Setelah itu sampel disentrifugasi dengan kecepatan 3000 rpm selama 15 menit dan dilakukan dekantasi untuk memperoleh supernatannya. Supernatan ini kemudian dideionisasi dengan resin kation dan anion agar tidak merusak kolom HPLC. Sampel ini masih perlu disaring dengan filter membran nitroselulosa 0,2 µm sehingga siap dianalisis dengan HPLC. Membran nitroselulosa ini mampu menyaring partikel kecil seperti debu dan mikroorganisme yang bisa merusak kolom HPLC. Berikut adalah tabel yang menampilkan data xilosa dan xilitol dari pengukuran HPLC :

Tabel 4.2 Data fermentasi xilosa murni 500 ppm Waktu Konsentrasi Konsentrasi % Fermentasi Xilosa Xilitol konversi (jam) (ppm) (ppm) 4 169,29 43,78 8,64 8 45,34 32,17 6,35 12 22,47 -

Gambar 4.12 Kromatogram fermentasi xilosa pada jam ke-4 Universitas Indonesia


41

Tabel 4.3 Data fermentasi malai CTY Waktu Fermentasi (Jam) 0 10 12 14

Konsentrasi Konsentrasi Xilosa Xilitol (ppm) (ppm) 916,18 44,65

60,89 188,35 178,14

% konversi 6,56 20,29 19,19

Gambar 4.13 Kromatogram fermentasi hidrolisat malai CTY jam ke-12

Dari hasil pengukuran dengan HPLC, waktu optimum fermentasi dengan substrat xilosa murni adalah jam ke-4, dimana xilitol dihasilkan sebesar 43,78 ppm dan konversi 8,64 %. Setelah jam ke-4, xilitol menurun hingga di jam ke-12 tidak terdeteksi. Sementara dengan substrat xilosa dari hidrolisat sorgum, xilitol tertinggi dihasilkan pada jam ke-12 dengan konsentrasi 138,35 ppm dan konversi 20,29%. Setelah itu xilitol mengalami penurunan. Xilitol yang terbentuk mengalami penurunan setelah waktu optimum fermentasi, karena xilitol mengalami metabolisme lebih lanjut. Xilitol direduksi dengan katalis enzim xilitol dehidrogenase menjadi xilulosa. Xilulosa selanjutnya difosforilasi menjadi xilulosa 5-fosfat yang masuk ke jalur pentose phosphat.



42

Konversi xilosa menjadi xilitol pada fermentasi hidrolisat sorgum lebih tinggi dibandingkan konversi pada fermentasi xilosa murni. Diduga hal ini terjadi karena hidrolisat mengandung gula lain selain xilosa. Gula lain ini dapat ikut dimetabolisme oleh khamir menjadi xilitol. Selain itu gula lain dapat digunakan oleh khamir sebagai sumber energi dengan memasuki jalur glikolisis. Hal ini meminimalisir penggunaan xilosa sebagai sumber energi. Sehingga xilitol lebih banyak yang terakumulasi.

4.9

Pengaruh Kosubstrat Untuk mengetahui pengaruh kosubstrat terhadap yield xilitol, dilakukan

fermentasi xilosa dan kosubstrat (glukosa, arabinosa) dengan variasi konsentrasi 150 dan 300 ppm.

Tabel 4.4 Data fermentasi xilosa 500 ppm dengan kosubstrat glukosa Waktu Fermen tasi (Jam)

4 8 12

Xilosa + Glukosa 150 ppm

Xilosa + Glukosa 300 ppm

Konsentrasi Xilosa (ppm)

Konsentrasi Xilitol (ppm)

% Konversi

Konsentrasi Xilosa (ppm)

Konsentrasi Xilitol (ppm)

% Konversi

346,19 245,08 22,37

41,25 57,80 31,82

8,14 11,41 6,28

323,23 194,27 21,06

32,33 77,56 46,33

6,38 15,31 9,14



43

Gambar 4.14 Kurva fermentasi xilosa murni

Penambahan glukosa 150 dan 300 ppm ke dalam fermentor berisi xilosa murni mampu menaikkan produk xilitol. Produk xilitol tertinggi dihasilkan dari penambahan glukosa 300 ppm pada jam ke-8, konversinya naik sebesar 77,2%. Sementara dengan penambahan glukosa 150 ppm, konversi xilosa menjadi xilitol naik sebesar 32,1% pada jam ke-8. Pada jam ke-4, konsentrasi xilosa masih besar bila dibandingkan dengan fermentasi tanpa glukosa di jam yang sama. Lalu pada jam ke-8, konsentrasi xilosa menurun dan xilitol menaik, tapi konsentasi xilosa ini juga masih lebih tinggi dibandingkan hasil fermentasi xilosa tanpa glukosa. Dan pada jam ke-12, xilosa dan xilitol makin menurun, sementara xilitol dari hasil fermentasi xilosa tanpa glukosa tidak terdeteksi. Hal ini menunjukkan, khamir menggunakan glukosa sebagai sumber energi. Glukosa dapat langsung masuk ke jalur glikolisis untuk mendapatkan energi. Sehingga lebih banyak xilosa yang dapat dikonversi menjadi xilitol. Pengaruh kosubstrat juga dilihat dari fermentasi dengan substrat hidrolisat malai CTY. Berikut adalah data fermentasi hidrolisat dengan penambahan kosubstrat.



44

Tabel 4.5 Data fermentasi malai CTY dengan arabinosa Waktu H.M.C + Arabinosa 150 ppm H.M.C + Arabinosa 300 ppm Fermentasi (Jam) Konsentrasi Konsentrasi % Konsentrasi Konsentrasi % Xilosa Xilitol konversi Xilosa Xilitol konversi (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) 0 916,18 916,18 8 207,50 55,21 5,95 321,13 38,61 4,16 12 34,17 224,16 24,14 37,98 210,40 22,66 14 347,02 37,37 342,44 36,88

Gambar 4.15 Kromatogram fermentasi malai + arabinosa 150 ppm jam ke-14

Tabel 4.6 Data fermentasi malai CTY dengan glukosa Waktu H.M.C + Glukosa 150 ppm H.M.C + Glukosa 300 ppm Fermentasi (Jam) Konsentrasi Konsentrasi % Konsentrasi Konsentrasi % Xilosa Xilitol konversi Xilosa Xilitol konversi (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) 0 916,18 916,18 4 293,33 281,35 34,35 3,7 12 76,78 223,90 24,11 36,17 166,22 17,9 14 287,21 30,93 270,10 29,09



45

Gambar 4.16 Kromatogram fermentasi malai + glukosa 150 ppm jam ke-14

Pengaruh kosubstrat arabinosa dan glukosa, terhadap produksi xilitol dapat menaikkan angka xilitol. Pada arabinosa 150 ppm, kenaikan tertinggi dicapai pada jam ke-14 dengan konversi 37,37%, mampu menaikkan angka konversi sebesar 84,18% dari fermentasi malai tanpa kosubstrat. Penambahan arabinosa 300 ppm dapat menaikkan xilitol dengan konversi 36,88% pada jam ke-14, angka konversi naik sebesar 81,76%. Kenaikan angka ini sedikit lebih kecil dibanding dari hasil arabinosa 150 ppm. Pengaruh glukosa terhadap produk xilitol, mampu menaikkan konversi xilitol sebesar 52,43% dari penambahan glukosa 150 ppm di jam ke-14 dan 43,37% dari penambahan glukosa 300 ppm di jam yang sama. Xilosa pada jam ke-14 dari tiap fermentasi dengan kosubstrat sudah tidak terdeteksi, sehingga fermentasi dihentikan. Dari kedua penambahan kosubstrat ini, xilitol tertinggi dihasilkan dari konsentrasi yang lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan konsentrasi kosubstrat tidak sejalan dengan kenaikan produk xilitol. Diduga bahwa konsentrasi yang terlalu besar akan membuat khamir mengabaikan xilosa yang tersedia. Untuk itu perlu dengan cermat mengatur konsentrasi kosubstrat dengan tepat bila ingin menaikkan produk xilitol.



46

Gambar 4.17 Kurva pengaruh arabinosa

Gambar 4.18 Kurva pengaruh glukosa

Kosubstrat glukosa maupun arabinosa digunakan sebagai sumber karbon lain oleh sel khamir, sehingga xilitol yang terbentuk tidak dimetabolisme lebih lanjut yang mengakibatkan xilitol terakumulasi lebih banyak dibandingkan fermentasi tanpa kosubstrat. Dalam kaitannya dengan produksi xilitol, kosubstrat memiliki 3 fungsi : sebagai suplai energi untuk pemeliharaan metabolisme sel, Universitas Indonesia


47

pertumbuhan, dan regenerasi kofaktor tereduksi (Oh, 1998). Pada penelitian ini yang digunakan adalah L-arabinosa dan D-glukosa. Selain tiga fungsi tersebut, kenaikan xilitol dapat juga terjadi karena L-arabinosa dan D-glukosa dapat dimetabolisme menjadi xilitol. D-glukosa dapat dikonversi menjadi xilitol melalui D-arabitol dan D-xilulosa (Granstrom et al, 2007). D-xilulosa ini kemudian direduksi menjadi xilitol. Sementara jalur L-arabinosa menjadi xilitol adalah Larabinosa direduksi menjadi L-arabitol yang kemudian dikonversi menjadi Lxilulosa. L-xilulosa ini direduksi menjadi xilitol. Jalur metabolisme L-arabinosa digambarkan sebagai berikut :

Gambar 4.19 Pathway L-arabinosa dalam metabolisme khamir (Cesar Fonseca, 2007)

L-arabinosa memberikan kenaikan xilitol yang lebih baik dibanding Dglukosa. Diduga L-arabinosa memasuki jalur pentosa fosfat dan menghasilkan koenzim NADPH yang dibutuhkan xilosa reduktase untuk mereduksi xilosa menjadi xilitol. L-arabinosa merupakan pentosa, dimana semua gula pentosa dimetabolisme melalui jalur pentosa fosfat (Walker, 1998). Sedangkan D-glukosa merupakan gula heksosa yang hanya 0,9-10% dimetabolisme melalui jalur pentosa fosfat (Hahn-Hagerdal et al, 1994). Universitas Indonesia


48

Pada penelitian sebelumnya, penggunaan D-arabinosa sebagai kosubstrat dalam proses fermentasi menghasilkan penurunan xilitol (Wuryaningrum, 2010). Sebaliknya pada penelitian ini, L-arabinosa dapat menaikkan angka xilitol. Hal ini memberikan dugaan bahwa perbedaan konfigurasi karbohidrat dapat memberikan hasil yang berbeda.



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan Dari hasil penelitian pengaruh penambahan kosubstrat terhadap produksi

xilitol disimpulkan bahwa : 1. Waktu optimum untuk memfermentasi xilosa 500-1000 ppm adalah 4-12 jam. Penambahan kosubstrat menambah waktu optimum ini menjadi 8-14 jam. 2. Pada konsentrasi xilosa 916 ppm, konversi xilosa menjadi xilitol lebih tinggi (20,29% konversi) dibanding pada konsentrasi xilosa 500 ppm (8,64% konversi). 3. Penambahan glukosa dan arabinosa sebagai kosubstrat menaikkan rendemen xilitol. 4. Xilitol tertinggi dari fermentasi xilosa tanpa kosubstrat sebesar188,35 ppm (20,29% konversi). Penambahan L-arabinosa 150 ppm menaikkan xilitol hingga 347,01 ppm (konversi naik menjadi 37,37%). Penambahan Dglukosa 150 ppm menaikkan xilitol hingga 287 ppm (konversi naik menjadi 30,93%). 5. Untuk menaikkan xilitol, L-arabinosa merupakan kosubstrat yang lebih baik dibanding D-glukosa.

5.2

Saran Berdasar hasil penelitian, maka diusulkan penelitian lanjutan : 1.

Perlu dilakukan penelitian tentang konsentrasi xilosa yang tepat dalam memberikan yield xilitol terbaik.

2.

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mencari perbandingan konsentrasi substrat dan kosubstrat yang tepat, sehingga dihasilkan produk optimum xilitol.

3.

49

Agar dilakukan variasi jenis kosubstrat yang lain.



DAFTAR PUSTAKA

Abu Elteen, Khaled H. (2005). The influence of dietary carbohydrates on in vitro adherence of four Candida species to human buccal epithelial cells. Microbial Ecology in Health and Disease, 17(3), 156-162. Affan. (2010). Produksi Xilitol dari Limbah. www.affan08.student.ipb.ac.id (diakses 18 Maret 2011, pukul 18.46). Aminudin. (2010). Diet Diabetes : Memahami dan Menggunakan Indeks Glikemik Makanan dan Indeks Glikemik Load. www.aminuddin.wordpress.com (diakses 5 Mei 2011, pukul 19.24). Barbosa MFS, Medeiros MB, Mancilha LM, Schneider H, Lee H. (1988). Screening of yeast for production of xylitol from D-xylose and some factor which affect xylitol yield in Candida guillirmondii. J Ind Microbial 3: 241-251. César F, Isabel SM, Bärbel HH. (2007). L-arabinose metabolism in Candida arabinofermentans PYCC 5603T and Pichia guilliermondii PYCC 3012 : influence of sugar and oxygen on product formation. Appl Microbiol Biotechnol. Faisal, Ahmad. (2008). Produksi Xilitol oleh Khamir Penghasil Enzim Xilosa Reduktase dari Hidrolisat Ampas Tebu, Karya Utama Sarjana Kimia-FMIPA UI Depok. Granström T, Ojamo H, Leisola M. (2001). Chemostat study of xylitol production by Candida guilliermondii. Appl Microbiol Biotechnol, 55:36–42. Granström TB, Izumori K, Leisolla M. (2007). A rare sugar xylitol part II : biotechnological production and future applications of xylitol. Appl Microbiol Biotechnol, 74: 273-276. Granström TB, Izumori K, Leisolla M. (2007). A rare sugar xylitol part I : the biochemistry and biosynthesis of xylitol. Appl Microbiol Biotechnol, 74: 277-281. Hahn-Hagerdal B, Jeppsson H, Skoog K, Prior BA. (1994). Biochemistry and Physcology of Xilose Fermentation by Yeast. Enzyme Microb Technol,16: 933-943. Universitas Indonesia


51

Hudiyono, Sumi. (1998). Teori dasar enzim. Depok : Departemen Kimia FMIPA UI. Hyvönen, L., Koivistoinen, P. and Voirol, F. (1982) In Advances in Food Research, Vol. 28, eds Chichester, C. O., Mrak, E. M. & Stewart, G., pp. 373403. Academic Press, New York. Juan Carlos Parajó, Herminia D, Jose MD. (1998). Biotechnological Production of Xilitol Part I : Interest of Xilitol and Fundamentals Its Biosynthesys. Bioresource Technology, 65: 191-201. Lang K. (1964). Die ernährungsphysiologischen eigenschaften von xylit. Int Z Vitamforsch, 34:117–122. Mäkinen KK. (1992). Dietary prevention of dental caries by xylitolclinical effectiveness and safety. J Appl Nutr, 44:16–28. Maryana, R. (2006). Pengembangan Bioetanol dari Starchy Materials dan Lignoselulosa Sebagai Salah Satu Energi Alternatif. Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan. Hal 206-212. Mattila PT, Svanberg MJ, Jämsä T, Knuuttila ML. (2002). Improved bone biomechanical properties in xylitol-fed aged rats. Metabolism, 51(1):92-6. Mellinghoff CH (1961) Uber die verwendbarkeit des xylit als ersatzzukker bei diabetikern. Klin Wochenschr 39:447. Nigam, P. & Singh, D. (1995). Process Biochemistry, 30: 117-124. Ningsih, SR. (2010). Pembuatan Xilitol Dari Limbah batang Dan Malai Sorgum Manis(Sorghum bicolor L.) CTY-33 Dengan Candida fukuyamaensis UICC Y247, Karya Utama Tesis Kimia-FMIPA UI Depok. Novitawati RT. (2009). Pemanfaatan Pollard (Limbah Penggilingan Gandum) Untuk Produksi Pemanis Xilitol, Karya Utama Sarjana Kimia-FMIPA UI Depok. Nurmalia. (2007). Studi Optimasi Hidrolisis Kimiawi Ampas Tebu Untuk Menghasilkan D-Xilosa Sebagai Bahan Pembuatan Xilitol, Karya Utama Sarjana Kimia-FMIPA UI Depok. Oh D.K and Kim S.Y. (1998). Increase of xylitol yield by feeding xylose and Glucose in Candida tropicalis, Appl Microbiol Biotechnol, 50: 419-425. Pepper, T. & Olinger, P. M. (1988). Food Technology, 42,98-106. Universitas Indonesia


52

Perez, J., J.M. Dorado, T. Rubia, and J. Martinez. (2002). Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicellulose and lignin : an overview. Int. Microbiol 5: 53-63. Poliana J, MacCabe AP. (2007). Industrial Enzymes; Structure, Function, and Applications. Dordrecht: Springer. Halaman: 76. ISBN 978-1-4020-5376-4 Putri, E.N. (2008). Produksi Xilitol dari Hidrolisat Tongkol Jagung oleh Khamir Penghasil Enzim Xilosa Reduktase, Karya Utama Sarjana Kimia-FMIPA UI Depok. Qian X, Yong YL, Robert WT. (2004). Kinetics of glucose decomposition during dilute-acid hydrolysis of lignocellulosic biomass. Appl Biochem Biotech 113-116. Renko, Marjo; Valkonen P, Tapiainen T, Kontiokari T, Mattila P, Knuuttila M, Svanberg M, Leinonen M, Karttunen R, Uhari M .(2008). Xylitol supplemented nutrition enhances bacterial killing and prolongs survival of rats in experimental pneumococcal sepsis. BMC Microbiology 8: 45. Riki. (2008). Seleksi Berbagai Spesies Khamir Untuk Menghasilkan Xilitol Menggunakan Bahan Dasar D-Xilosa, Karya Utama Sarjana Kimia-FMIPA UI Depok. Saepudin E, Siswati S. (2005). Bioteknologi. Depok : Departemen Kimia FMIPA UI. Setiasih S, Sri Handayani, Susilowati H.S, Endang Saepudin. (2006). Penuntun Praktikum Mikrobilogi, Depok : Departemen Kimia FMIPA UI. Soeranto. Pemuliaan Tanaman Sorgum di Patir-Batan. http://www.batan.go.id/patir/_berita/pert/sorgum/sorgum.html (diakses 18 Februari 2011, pukul 19.20). Sunardi. (2007). Penuntun Praktikum Kimia Analisa Instrumentasi, Depok : Departemen Kimia FMIPA UI. Uhari M, et al. (1998). A novel use of xylitol sugar in preventing acute otitis media. Pediatrics, 102(4): 879–974. Walker GM, (1997). Yeast Physiology ang Biotechnology. John Wiley and Sons ltd, West Susex, Inggris.



53

Wuryaningrum. (2010). Produksi Xilitol Oleh Khamir Penghasil Enzim Xylose Reductase, Candida fukuyamaensis UICC Y-247 Dari Hidrolisat Limbah Sorgum (Sorghum bicolor. L) ZH-30, Karya Utama Tesis Kimia-FMIPA UI Depok. Yulianto WA. (2001). Pengaruh pH, Kadar Xilosa dan Kadar Glukosa Terhadap Produksi Xilitol oleh Candida shehatae WAY 08. Jurnal Teknol dan Industri Pangan 3: 2 Yulianto WA, Kuswanto KR, Tranggono, Indrati R. (2010). Pengaruh Konsentrasi Xilosa Dan Kosubstrat Terhadap Produksi Xilitol oleh Candida shehatae WAY 08. Agritech 25: 143-147. http://blog.unila.ac.id/wasetiawan (diakses 13 Mei 2011, pukul 19.28). http://isroi.wordpress.com/2008/05/11/karakteristik-lignoselulosa-sebagai -bahan baku-bietanol (diakses 4 Mei 2011, pukul 19.19). http://isroi.wordpress.com/2008/11/21/produksi-bioethanol-berbahan-bakubiomassa- lignoselulosa : hidrolisis enzimatis (diakses 23 Mei 2011, pukul 20.12). http://jajo66.wordpress.com/2008/11/15/degradasi-komponen-lignoselulosa (diakses 21 Mei 2011, pukul 14.07). http://mcat-review.org/carbohydrates.php (diakses 23 Mei 2011, pukul 20.04). http://pubs.acs.org/cen/coverstory/86/8649cover2.html (diakses 18 Februari, pukul 20.25). http://research.uky.edu (diakses 18 Februari 2011, pukul 21.06).



Lampiran 1 : Kromatogram Larutan Standar Xilosa

1.

Larutan xilosa 50 ppm

2.


54



55

(lanjutan) 3.


4.




56

(lanjutan) 5.


6.

Kurva standar xilosa



57

Lampiran 2 : Kromatogram Larutan Standar Xilitol

1.

Larutan xilitol 50 ppm

2.




58

(lanjutan)

3.


4.




59

(lanjutan)

5.


6.

Kromatogram standar xilitol



60

Lampiran 3 : Kromatogram Hidrolisat

1.

Batang CTY

2.

Malai CTY



61

(lanjutan)

3.

Batang Numbu

4.

Malai Numbu



62

Lampiran 4 : Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa Murni 500 ppm

1.

Jam ke-4

2.

Jam ke-8



63

(lanjutan)

3.

Jam ke-12



64

Lampiran 5 : Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa + Glukosa 150 ppm

1.

Jam ke-4

2.

Jam ke-8



65

(lanjutan)

3.

Jam ke-12



66

Lampiran 6 : Kromatogram Hasil Fermentasi Xilosa + Glukosa 300 ppm

1.

Jam ke-4

2.

Jam ke-8



67

(lanjutan)

3.

Jam ke-12



68

Lampiran 7 : Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY

1.

Jam ke-0

2.

Jam ke-10



69

(lanjutan)

3.

Jam ke-12

4.

Jam ke-14



70

Lampiran 8 : Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Arabinosa 150 ppm

1.

Jam ke-8

2.

Jam ke-12



71

(lanjutan)

3.

Jam ke-14



72

Lampiran 9 : Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Arabinosa 300 ppm

1.

Jam ke-8

2.

Jam ke-12



73

(lanjutan)

3.

Jam ke-14



74

Lampiran 10 : Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Glukosa 150 ppm

1.

Jam ke-4

2.

Jam ke-12



75

(lanjutan)

3.

Jam ke-14



76

Lampiran 11 : Kromatogram Hasil Fermentasi Malai CTY + Glukosa 300 ppm

1.

Jam ke-4

2.

Jam ke-12



77

(lanjutan)

3.

Jam ke-14



78

Lampiran 12 : Contoh Cara Perhitungan

1.

Menghitung % rendemen xilosa y = 147,3583x – 3080,5572

Persamaan linier xilosa : Luas area xilosa dari Malai CTY

= 805531

Konsentrasi xilosa : 805531

= 147,3583x – 3080,5572

x

= 5487,3839

konsentrasi

= 5487,39 ppm

Massa xilosa (dalam 37 ml larutan) = 5487,39 mg/L x 40/1000 L = 219,5 mg Rendemen xilosa

= massa xilosa : massa sampel x100% = 219,5 mg/1000 mg x 100% = 21,95%

2.

Menghitung % konversi % konversi

= mol xilitol terbentuk/ mol xilosa mula-mula x 100%

Konsentrasi xilitol dari fermentasi Malai CTY jam ke-12 = 188,35 ppm Massa xilitol dalam 50 ml

= 188,35 mg/L x 50/1000 L = 9,42 mg

MR xilitol

= 152,15 mmol/mg

Mol xilitol

= 9,42 mg : 152,15 mmol/mg = 0,062 mmol

MR xilosa

= 150,13 mmol/mg

Konsentasi xilosa mula-mula = 916,18 ppm Massa xilosa dalam 50 ml

= 45,809 mg

Mol xilosa

= 0,305 mmol

Maka % konversinya

= 0,062/0,305 x 100% = 20,3%



79

(lanjutan)

3.

Menghitung jumlah sel Candida fukuyamaensis dengan metode kamar hitung

Rata-rata jumlah sel dari 5 kotak kecil = 3 Volume kotak kecil

= panjang x lebar x tinggi = 2.5 x 10-4 mm³

Dalam 1 ml

= 2.5 x 10-4 mm³ x 0.001 cm³/ mm³ = 2.5x10-7ml

Jumlah sel dalam 1 ml= jumlah sel : (2.5x10-7ml) x faktor pengenceran = 3 x 4 x 106 x 103 Karena yang digunakan pada fermentasi adalah 2 ml, maka : Jumlah sel khamir

= 2 x 12 x 106 x 103 = 2,4 x 1010



UNIVERSITAS INDONESIA

Recommend Documents