Fermentasi Teknik Kimmia

Oleh Rahmat Kamarullah

185,9 KB 7 tayangan 0 unduhan
 


Bagikan artikel

Transkrip Fermentasi Teknik Kimmia

Laporan Praktikum Laboratorium Teknik Kimia TEKNIK FERMENTASI Disusun Oleh: KELOMPOK III Kristina Wijaya (1507167739) Rahmat Kamarullah (1507167864) David Silalahi (1507165730) Muhammad Ariful Hidayat (1507167742) Program Studi Teknik Kimia S1 Fakultas Teknik Universitas Riau Pekanbaru 2016 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan Dengan melaksanakan praktikum modul Teknik Fermentasi, praktikan akan mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa. 1.2 Dasar Teori 1.2.1 Fermentasi Fermentasi berasal dari bahasa latin yaitu “fevere” artinya mendidih. Peristiwa mendidih sebenarnya timbul dari gelembung-gelembung CO2 yang dihasilkan dari proses katabolisme karbohidrat. Kemudian pengertian fermentasi berkembang dan didefenisikan sebagai proses penguraian yang dilakukan oleh mikroorganisme. Proses penguraian tidak hanya terhadap karbohidrat tetapi juga terhadap protein, lemak, asam, dan juga zat-zat lain karena adanya aktivitas enzim. Sampai sekarang defenisi fermentasi semakin berkembang bahkan kadangkadang sudah berbeda sama sekali baik ditinjau dari segi biokimia maupun dari segi mikrobiologi industri. Akan tetapi pengertian dasar dari pengertian fermentasi yang dapat diterima, baik dari segi biokimia maupun dari segi mikrobiologi yaitu sebagai proses penguraian/perubahan dari karbohidrat, protein, dan lemak oleh enzim-enzim yang diikuti oleh pembentukan gas. Wadah tempat melakukan proses fermentasi disebut sebagai fermentor. Fermentasi merupakan proses pemecahan senyawa organik menjadi senyawa sederhana yang melibatkan mikroorganisme. Mikroorganisme Klasik: Urai senyawa-senyawa organik komplek senyawa sederhana Anaerob Modern: Pengubahan suatu substrat Mikroorganisme Bahan lebih berguna Terkontrol Fermentasi merupakan segala macam proses metabolisme yang (enzim, jasad renik scroksidasi, reduksi, hidrolisa atau reaksi kimia lainnya) melakukan perubahan kimia pada suatu substrat organik dengan menghasilkan produk akhir. 1.2.2 Sifat-sifat Proses Sifat-sifat proses harus disesuaikan dengan kondisi yang dibutuhkan oleh mikroba dalam melakukan metabolisme. Kondisi yang dibutuhkan dapat aerob ataupun anaerob, sedangkan bentuk medium dapat cair ataupun padat. Dalam proses produksi dapat digunakan proses tertutup atau pun kontinu. Perbedaan kondisi yang dibutuhkan oleh mikroba dalam proses industri juga akan menentukan : 1. Tipe fermentor 2. Optimasi lingkungan: pH, aerasi, suhu, kadar nutrien 3. Macam alat bantu: sumber air, listrik, kompresor dan sebagainya 4. Cara pengunduhan hasil, sterilisasi 1.2.3 Komponen Proses Fermentasi Proses fermentasi mempunyai enam komponen dasar yaitu: 1. Susunan medium yang digunakan selama pengembangan inokulum dan di dalam fermentor 2. Sterilisasi medium, fermentor dan peralatan yang lain 3. Aktivitas produksi, pemanfaatan kultur murni, jumlah inokulum untuk produksi 4. Pertumbuhan mikroba dalam fermentor produksi pada kondisi optimum untuk pembentukan hasil 5. Ekstraksi produk dan pemurnian 6. Penanganan limbah yang dihasilkan selama proses Namun demikian, salah satu hal yang perlu diperhatikan di bidang penelitian adalah perancangan perbaikan efisiensi fermentasi secara terus menerus. Sebelum proses fermentasi dapat dilakukan, organisme yang dipakai harus diisolasi, dimodifikasi sehingga dapat menghasilkan produk yang diharapkan dalam skala komersial, hal ini tentunya membutuhkan perancangan peralatan. Proses ekstraksi produk juga harus diperhatikan karena ini menyangkut biaya produksi yang besar. Beberapa faktor medium, garam, keasaman, kultur, dan waktu berperan penting dalam fermentasi. Proses fermentasi bersifat sederhana namun harus teliti sehingga flavor, tekstur, aroma, dan karakteristik lainnya yang diharapkan, dapat muncul. 1.2.4 Jenis Jenis Fermentasi Fermentasi secara umum dibagi menjadi dua model utama yaitu fermentasi media cair (liquid state fermentation, LSF) dan fermentasi media padat (solid state fermentation, SSF). Fermentasi media cair diartikan sebagai fermentasi yang melibatkan air sebagai fase kontinu dari sistem pertumbuhan sel bersangkutan atau substrat baik sumber karbon maupun mineral terlarut atau suspensi sebagai partikel-partikel dalam fase cair. Fermentasi media padat merupakan proses fermentasi yang berlangsung dalam substrat tidak terlarut, namun mengandung air cukup sekalipun tidak mengalir bebas. Dalam fermentasi tradisional baik fermentasi medium cair maupun medium padat telah lama dikenal. Fermentasi cair dapat meliputi fermentasi minuman anggur dan alkohol, fermentasi asam cuka, yoghurt dan kefir. Fermentasi media padat seperti fermentasi tape, oncom dan kecap. a. Fermentasi Media Cair Komponen tambahan yang diperlukan pada pakan generasi baru seringkali disintesa secara terpisah dan ditambahkan kemudian. Cara yang digunakan biasanya dengan cara fermentasi media cair, yang dapat mensitesa asam-asam amino, asam-asam organik, enzim-enzim dan beberapa vitamin. Fermentasi cair dengan teknik tradisional dilakukan pengadukan, berbeda dengan teknik fermentasi cair modern melibatkan fermentor yang dilengkapi dengan pengaduk agar medium tetap homogen, aerasi, pengatur suhu (pendinginan dan pemanasan) dan hasil lebih homogen dan dapat diprediksi. Juga tidak dilakukan sterilisasi, namun pemanasan, perebusan dan pengukusan mematikan banyak mikroba kompetitor. b. Fermentasi Media Padat Fermentasi media padat mempunyai kandungan nutrien per volume dapat lebih besar. Produksi protein mikroba untuk pakan ternak dari keseluruhan hasil fermentasi dapat dilakukan dengan pengeringan sel-sel mikroba dan sisa substrat. Fermentasi substrat padat dengan kapang mempunyai keuntungan, yaitu: 1. Medium yang digunakan relatif sederhana 2. Ruang yang diperlukan untuk peralatan fermentasi relatif kecil, karena air yang digunakan sedikit. 3. Inokulum dapat disiapkan secara sederhana. 4. Kondisi medium tempat pertumbuhan fungi mendekati kondisi habitat alaminya. 5. Aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang udara diantara tiap partikel substrat. 6. Produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah. Faktor yang mempengaruhi fermentasi media padat diantaranya: 1. Kadar air Kadar optimum tergantung pada substrat, organisme dan tipe produk akhir. Kisaran kadar air yang optimal adalah 50-75%. Kadar air yang tinggi akan mengakibatkan penurunan porositas, pertukaran gas, difusi oksigen, volume gas, tetapi meningkatkan resiko kontaminasi dengan bakteri. 2. Temperatur Temperatur berpengaruh pada laju reaksi biokimia selama proses fermentasi. 3. Pertukaran Gas Pertukaran gas antara fase gas dengan substrat padat mempengaruhi proses fermentasi. 1.2.5 Fase Pertumbuhan Mikroba Kultivasi mikroba baik skala kecil maupun skala besar dilakukan dalam vessel reaksi spesial yang disebut bioreaktor atau fermentor, sehingga prosesnya disebut dengan fermentasi. Gambar 1.1 Reaktor pada proses fermentasi batch. Ada tiga model pengoperasian bioreaktor: batch, kontinu dan fed batch. Pada kultur batch, bioreaktor diisi dengan medium segar kemudian diinokulasi. Gambar 1.3 adalah salah satu contoh reaktor batch yang dipakai dalam melakukan reaksi fermentasi yang dilengkapi dengan pengaduk, saluran aerasi, dan perlengkapan lainnya. Diakhir fermentasi, isi reaktor dikeluarkan untuk proses down stream reaktor kemudian dibersihkan, disterilkan dan diisi kembali untuk fermentasi berikutnya. Saat sel ditumbuhkan pada kultur batch mereka akan mengalami beberapa fase pertumbuhan, yaitu the lag phase, exponential (or log) phase, stationary phase dan the death phase. Gambar 1.2 Kurva karakteristik pertumbuhan sel dalam medium fermentor Pertumbuhan kultur mikroba umumnya dapat digambarkan dalam suatu kurva pertumbuhan. Pertumbuhan mikroba dapat terbagi dalam beberapa tahap seperti pada gambar 1.2 antara lain: 1. Fasa stationer (a) adalah fasa yang disebut fasa adaptasi/lag phase. Pada saat ini mikroba lebih berusaha menyesuaikan diri dengan lingkungan dan medium baru dari pada tumbuh ataupun berkembang biak. Pada saat ini mikroba berusaha merombak materi-materi dalam medium agar dapat digunakan sebagai nutrisi untuk pertumbuhannya. Bila dalam medium ada komponen yang tidak dikenal mikroba, mikroba akan memproduksi enzim ekstraselular untuk merombak komponen tersebut. Fasa ini juga berlangsung seleksi. Hanya mikroba yang dapat mencerna nutrisi dalam medium untuk pertumbuhannya lah yang dapat bertahan hidup. 2. Fasa pertumbuhan dipercepat (b) adalah fasa dimana mikroba sudah dapat menggunakan nutrisi dalam medium fermentasinya. Pada fasa ini mikroba banyak tumbuh dan membelah diri sehingga jumlahnya meningkat dengan cepat. 3. Fasa eksponensial (c) adalah akhir fasa pertumbuhan dipercepat. Pada fasa ini laju pertumbuhan tetap pada laju pertumbuhan maksimum (μmaks). Nilai μmaks ini ditentukan oleh konstanta jenuh/saturasi substrat. Nilai μmaks untuk setiap mikroba juga tertentu pada masing-masing substrat. 4. Fasa pertumbuhan diperlambat (d) mulai pada akhir fasa eksponensial. Pertumbuhan mikroba yang begitu cepat tidak diimbangi tersedianya nutrisi yang cukup. Jika fermentasi dilakukan secara batch, dimana umpan nutrisi dimasukkan hanya pada awal proses fermentasi, pada waktu tertentu saat jumlah mikroba yang mengkonsumsi nutrisi tersebut melebihi daya dukung nutrisi akan terjadi kekurangan nutrisi. Hal lain yang memperlambat pertumbuhan mikroba adalah terjadinya inhibisi ataupun represi yang terjadi karena terakumulasinya produk metabolit sekunder hasil aktifitas fermentasi mikroorganisme. 5. Fasa kematian terjadi apabila nutrisi sudah benar-benar tidak dapat lagi mencukupi kebutuhan mikroorganisme. Keadaan ini diperparah oleh akumulasi produk metabolit primer dan sekunder yang tidak dipanen sehingga terus menginhibisi ataupun merepresi pertumbuhan sel mikroorganisme. Selain itu umur sel juga sudah tua, sehingga pertahanan sel terhadap lingkungan yang berbeda dari kondisi biasanya juga berkurang. Plot ln [Cell] terhadap waktu akan menghasilkan hubungan garis lurus yang mewakili exponential phase dapat dilihat pada Gambar 1.3. ln [Cells] [Cells] slope Waktu Waktu Gambar 1.3 Grafik ln [cells] Terhadap Waktu Analisis dari bagian exponential phase dari kurva pertumbuhan ini adalah bahwa sel tidak hanya bertambah dalam konsentrasinya tetapi juga dalam laju peningkatan konsentrasi sel. Sel adalah katalis yang self-reproducing (autocatalysts) yaitu dapat mengkatalisa reaksi dan juga memproduksi katalis lebih banyak lagi. Saat jumlah sel meningkat, laju bioreaksi juga akan meningkat. Sehingga, jika kondisi lainnya tetap konstan maka laju peningkatan jumlah sel (biomass) akan tergantung dari konsentrasi sel yang ada dalam reaktor yang dituliskan sebagai berikut: dX =αX dt .................................................................(1.1) Yang mana X adalah konsentrasi biomass dalam bioreaktor. Konsentrasi biomass dinyatakan dalam g/l. Ekspresi proporsionalitas dalam persamaan 1 dapat ditambahkan dengan sebuah konstanta yang disebut specific growth rate (μ), sehingga menjadi: dX =μX dt .................................................................(1.2) yang mana μ adalah laju pertumbuhan specific growth rate. Model pertumbuhan mikroba seperti ini disebut theexponential growth model. Specific growth rate (μ) mengambarkan berapa cepat sel bereproduksi. Semakin tinggi nilainya maka semakin cepat sel melakukan pertumbuhan. Saat sel tidak tumbuh, maka nilai specific growth ratenya adalah nol/zero. Selama exponential phase, specific growth rate relatif konstan. Untuk estimasi specific growth rate, maka persamaan 2 harus diintegralkan untuk menghasilkan hubungan antara konsentrasi biomass (X) dan waktu (t) pada interval waktu dari 10 sampai l. Dengan memindahkan variabel pada persamaan 2 maka diperoleh: X 1 = X 0 e μ ( t 1 −t 0 ) ....................................................(1.3) Plot ln X vs t akan menghasilkan persamaan garis lurus. Slope garis ini ekuivalen dengan specific growth rate (μ). Biomass biasanya diukur/dinyatakan dalam “dry weight” yaitu berat sel setelah air dikeluarkan (setelah pengeringan). Untuk menentukan dry weight, sel pertama kali harus dipisahkan dari medium fermentasi ini dapat dilakukan dengan filtrasi membran atau sentrifugasi. Teknik filtrasi membran yaitu liquid fermentasi difilter melalui predried, pre-weighed membran. Filter kemudian dicuci untuk menghilangkan broth yang masih larut. Lalu filter dikeringkan dan ditimbang. BAB II METODOLOGI PERCOBAAN 2.1 Percobaan I: Persiapan Inokulum 2.1.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum teknik fermentasi, praktikan akan mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa. 2.1.2 Bahan 1. Glukosa 2. Urea 3. NPK 4. Ragi / yeast extract 5. Aquadest steril 2.1.3 Alat 1. Erlenmeyer 1L 2. Timbangan Analitik 3. Autoclave 4. Kapas dan kain kasa 5. Shaker 2.1.4 Prosedur Praktikum 1. Aquades diambil sebanyak 1000 ml. 2. Nutrisi ditimbang yang terdiri dari Glukosa sebanyak 100 gram, Urea sebanyak 0,4 gram dan NPK 0,5 gr. 3. Ragi ditimbang sebanyak 4 gram 4. Glukosa yang dilarutan dengan aquades dan telah ditambahkan nutrisi yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam erlenmeyer 1 L kemudian kocok hingga homogen. 5. Erlenmeyer yang berisi larutan ditutup dengan kapas dan aluminium foil. 6. Erlenmeyer dimasukkan ke dalam autoclave selama 15 menit, dengan suhu sekitar 121oC dan kemudian didinginkan. 7. Setelah dingin, ragi yang telah ditimbang dicampurkan, dan tutup kembali erlenmeyer dengan kapas dan aluminium foil. 8. Erlenmeyer diletakkan diatas shaker selama 1 jam. 2.2 Persiapan Medium/Substrat 2.2.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum teknik fermentasi, praktikan akan mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa. 2.2.2 Bahan 1. Glukosa 2. Ragi / yeast extract 3. Aquadest steril 2.2.3 Alat 1. Erlenmeyer 2L 2. Timbangan Analitik 2.2.4 Prosedur Praktikum 1. Aquades diambil sebanyak 1000 ml 2. Glukosa ditimbang sebanyak 100 gram 3. Nutrisi yang terdiri dari Urea dan NPK ditimbang masing-masing sebanyak 0,4 gram dan 0,5 gram. 4. Glukosa yang telah ditambahkan nutrisi dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berfungsi sebagai reaktor. 5. Reaktor yang telah berisi medium disterilkan didalam autoclave selama 15 menit dengan suhu 121 oC, kemudian didinginkan. 6. Inokulum yang sudah di-shaker selama 1 jam dimasukkan ke dalam reaktor. 7. Campuran inokulum dan substrat di dalam reaktor (fermentor) ini diaduk hingga homogen kemudian di lakukan proses fermentasi. 2.3 Proses Fermentasi 2.3.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum teknik fermentasi, praktikan akan mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa. 2.3.2 Bahan Larutan substrat yang telah dicampur Inokulum 2.3.3 Alat 1. Agitator 2. Aerator 3. Pipet Volume Berskala 4. Tabung reaksi 2.3.4 Prosedur Praktikum 1. Rangkaian alat yang terdiri dari agitator, aerator dan fermentor (erlenmeyer) dipasang secara benar. 2. Agitator dan aerator dihidupkan. 3. Sampel produk fermentasi diambil 12 ml setiap 1 jam selama 6 jam dengan pipet volume berskala ke dalam tabung reaksi. 2.4 Analisa Produk 2.4.1 Kadar Glukosa 2.4.1.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum teknik fermentasi, praktikan akan mengenal teknik analisa kadar glukosa dalam produksi biomassa. 2.4.1.2 Bahan 1. Sampel produk fermentasi 2. Reagen Antron 0,02% 3. Aquadest 2.4.1.3 Alat 1. Gelas Ukur 100 ml 2. Tabung Reaksi 3. Sentrifuse 4. Labu ukur 1000 ml 5. Gelas ukur 10 ml 6. Rak Tabung Reaksi 7. Pipet Tetes 8. Vortex Mixer 9. Spektrofotometer 2.4.1.4 Prosedur Praktikum 1. Sebanyak 12 ml sampel produk fermentasi disentrifugasi dengan kecepatan 500 rpm selama 15 menit. 2. Sebanyak 1 ml supernatan (filtrat) diambil lalu dimasukkan ke dalam labu ukur 250 ml untuk pengenceran 250 kali 3. Sebanyak 1 ml larutan supernatan yang telah diencerkan diambil lalu dimasukkan ke dalam tabung reaksi untuk analisa kadar glukosa 4. Sebanyak 2 ml reagen antron 0,02% masing-masing ditambahkan ke dalam tabung reaksi yang berisi larutan supernatan yang telah diencerkan sehingga warna larutan berubah menjadi biru kehijauan 5. Tabung reaksi dikocok dengan vortex mixer selama 2 menit 6. Sampel didinginkan pada suhu kamar, jika perlu menggunakan air es. 7. Absorbansi sampel diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 520 nm. 2.4.2 Berat Sel Kering 2.4.2.1 Tujuan Dengan melaksanakan praktikum teknik fermentasi, praktikan akan mengenal teknik analisa produk fermentasi (biomassa sel). 2.4.2.2 Bahan 1. Sampel produk fermentasi 2. NaCl 0,1 M 3. Aquadest 2.4.2.3 Alat 1. Gelas ukur 100 ml 2. Timbangan Analitik 3. Oven 4. Kertas Saring 5. Gelas Kimia 100 ml 6. Corong 2.4.2.4 Prosedur Praktikum 1. Sisa sampel produk fermentasi yang telah disentrifuse disaring dengan menggunakan kertas saring yang sudah ditimbang sebelumnya. 2. Kertas saring dicuci dengan aquadest, kemudian dengan NaCl 0,1 M, dan dengan aquadest lagi. 3. Kertas saring dikeringkan di dalam oven pada suhu 110 oC sampai beratnya konstan.

Judul: Fermentasi Teknik Kimmia

Oleh: Rahmat Kamarullah


Ikuti kami