fermentasi asam sitrat

LAPORAN PRAKTIKUM DASAR BIOPROSES

FERMENTASI ASAM SITRAT OLEH Aspergillus niger

DOSEN PEMBIMBING:

Bintang Iwhan Moehady

Disusun Oleh:

Kelompok II

Arief Satrio (101411005)

Asep Bagus (101411006)

Asep Jumria (101411007)

Dedi Haryanto (101411008)

Kelas : IIA

Tanggal Praktikum : 22 Desember 2011 dan 5 Januari 2012

Tanggal Penyerahan Laporan : 11 Januari 2012

DIII TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Asam sitrat merupakan asam organik yang banyak terdapat di alam dan penyebarannya cukup luas, baik dalam tumbuhan maupun hewan. Pada buah jeruk terdapat kandungan asam sitrat sekitar 6-8%. Selain itu asam sitrat juga ditemukan pada buah pir, nanas, arbei, dan ceri. Pada hewan terdapat dalam darah, air seni, dan berbagai cairan tubuh lainya.

Produksi asam sitrat seluruh dunia terutama dimanfaatkan untuk industri makanan dan minuman sekitar 70%, industri farmasi 12%, dan isaya 18% untuk berbagai industri lainnya.

Pada industri makanan dan minuman mempergunakan asam sitrat untuk berbagai keperluan karena kelarutan asam sitrat yang relatif tinggi, tidak beracun, dan menghasilkan rasa asam yang disukai. Asam sitrat sering digunakan sebagai pegawet, pencegah rusaknya warna dan aroma, menjaga turbiditas, penghambat terjadinya oksidasi dan masih banyak lagi.

Tujuan

1. Memahami proses produksi asam sitrat.2. Memahami komposisi media fermentasi dan kondisi operasi yang tepat untuk

produksi asam sitrat.3. Memahami metoda pemisahan dan pemurnian asam sitrat.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sejarah Asam Sitrat

Asam sitrat diyakini ditemukan oleh alkimiawan Arab-Yemen (kelahiran Iran) yang hidup pada abad ke-8, Jabir Ibn Hayyan. Pada zaman pertengahan, para ilmuwan Eropa membahas sifat asam sari buah lemon dan limau; hal tersebut tercatat dalam ensiklopedia Speculum Majus (Cermin Agung) dari abad ke-13 yang dikumpulkan oleh Vincent dari Beauvais. Asam sitrat pertama kali diisolasi pada tahun 1784 oleh kimiawan Swedia, Carl Wilhelm Scheele, yang mengkristalkannya dari sari buah lemon. Pembuatan asam sitrat skala industri dimulai pada tahun 1860, terutama mengandalkan produksi jeruk dari Italia.

Pada tahun 1893, C. Wehmer menemukan bahwa kapang Penicillium dapat membentuk asam sitrat dari gula. Namun demikian, pembuatan asam sitrat dengan mikroba secara industri tidaklah nyata sampai Perang Dunia I mengacaukan ekspor jeruk dari Italia. Pada tahun 1917, kimiawan pangan Amerika, James Currie menemukan bahwa galur tertentu kapang Aspergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat secara efisien, dan perusahaan kimia Pfizer memulai produksi asam sitrat skala industri dengan cara tersebut dua tahun kemudian.

2.1.1 Asam Sitrat

Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan genus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadi di dalam mitokondria, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan.

Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut).

Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 (strukturnya ditunjukkan pada tabel informasi di sebelah kanan). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.

2.1.2 Sifat Fisika dan Kimia Asam Sitrat

Sifat-sifat fisis asam sitrat dirangkum pada tabel di sebelah kanan. Keasaman asam sitrat didapatkan dari tiga gugus karboksil COOH yang dapat melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi, ion yang dihasilkan adalah ion sitrat. Sitrat sangat baik digunakan dalam larutan penyangga untuk mengendalikan pH larutan. Ion sitrat

dapat bereaksi dengan banyak ion logam membentuk garam sitrat. Selain itu, sitrat dapat mengikat ion-ion logam dengan pengkelatan, sehingga digunakan sebagai pengawet dan penghilang kesadahan air (lihat keterangan tentang kegunaan di bawah).

Pada temperatur kamar, asam sitrat berbentuk serbuk kristal berwarna putih. Serbuk kristal tersebut dapat berupa bentuk anhydrous (bebas air), atau bentuk monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekul asam sitrat. Bentuk anhydrous asam sitrat mengkristal dalam air panas, sedangkan bentuk monohidrat didapatkan dari kristalisasi asam sitrat dalam air dingin. Bentuk monohidrat tersebut dapat diubah menjadi bentuk anhydrous dengan pemanasan di atas 74 °C. Secara kimia, asam sitrat bersifat seperti asam karboksilat lainnya. Jika dipanaskan di atas 175 °C, asam sitrat terurai dengan melepaskan karbon dioksida dan air.

Sifat-sifat Umum

Nama Asam sitrat

Rumus kimia C6H8O7, atau: CH2(COOH)•COH(COOH)•CH2(COOH)

Bobot rumus 192,13. Nama lain asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat

Sifat perubahan fase

Titik lebur 426 K (153 °C) Temperatur penguraian termal 448 K (175 °C)

Sifat asam-basa

pKa1 3,15 pKa2 4,77 pKa3 6,40

Sifat padatan

ΔfH0 -1543,8 kJ/mol S0 252,1 J/(mol·K), Cp 226,5 J/(mol·K), Densitas 1,665 ×103

kg/m3

Keamanan

Efek akut Menimbulkan iritasi kulit dan mata. Efek kronik Tidak ada.

Informasi lebih lanjut

Sifat-sifat NIST WebBook MSDS Hazardous Chemical Database

Satuan SI digunakan jika mungkin. Kecuali dinyatakan lain, digunakan kondisi

standar.

2.1.3 Pembuatan Asam Sitrat

Dalam proses produksi asam sitrat yang sampai saat ini lazim digunakan, biakan kapang Aspergillus niger diberi sukrosa agar membentuk asam sitrat. Setelah kapang disaring dari larutan yang dihasilkan, asam sitrat diisolasi dengan cara mengendapkannya dengan kalsium hidroksida membentuk garam kalsium sitrat. Asam sitrat di-regenerasi-kan dari kalsium sitrat dengan penambahan asam sulfat.

Cara lain pengisolasian asam sitrat dari hasil fermentasi adalah dengan ekstraksi menggunakan larutan hidrokarbon senyawa basa organik trilaurilamina yang diikuti dengan re-ekstraksi dari larutan organik tersebut dengan air.

2.1.4 Kegunaan Asam Sitrat

Penggunaan utama asam sitrat saat ini adalah sebagai zat pemberi cita rasa dan pengawet makanan dan minuman, terutama minuman ringan. Kode asam sitrat sebagai zat aditif makanan (E number ) adalah E330. Garam sitrat dengan berbagai jenis logam digunakan untuk menyediakan logam tersebut (sebagai bentuk biologis) dalam banyak suplemen makanan. Sifat sitrat sebagai larutan penyangga digunakan sebagai pengendali pH dalam larutan pembersih dalam rumah tangga dan obat-obatan.

Kemampuan asam sitrat untuk meng-kelat logam menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen. Dengan meng-kelat logam pada air sadah, asam sitrat memungkinkan sabun dan deterjen membentuk busa dan berfungsi dengan baik tanpa penambahan zat penghilang kesadahan. Demikian pula, asam sitrat digunakan untuk memulihkan bahan penukar ion yang digunakan pada alat penghilang kesadahan dengan menghilangkan ion-ion logam yang terakumulasi pada bahan penukar ion tersebut sebagai kompleks sitrat.

Asam sitrat digunakan di dalam industri bioteknologi dan obat-obatan untuk melapisi (passivate) pipa mesin dalam proses kemurnian tinggi sebagai ganti asam nitrat, karena asam nitrat dapat menjadi zat berbahaya setelah digunakan untuk keperluan tersebut, sementara asam sitrat tidak.

Asam sitrat dapat pula ditambahkan pada es krim untuk menjaga terpisahnya gelembung-gelembung lemak. Dalam resep makanan, asam sitrat dapat digunakan sebagai pengganti sari jeruk.

2.1.5 Keamanan Asam Sitrat

Asam sitrat dikategorikan aman digunakan pada makanan oleh semua badan pengawasan makanan nasional dan internasional utama. Senyawa ini secara alami terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan kelebihan asam sitrat dengan mudah dimetabolisme dan dihilangkan dari tubuh.

Paparan terhadap asam sitrat kering ataupun larutan asam sitrat pekat dapat menyebabkan iritasi kulit dan mata. Pengenaan alat protektif (seperti sarung tangan atau kaca mata pelindung) perlu dilakukan saat menangani bahan-bahan tersebut.

2.1.6 Sikus asam sitrat

Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan jenjang reaksi metabolisme pernafasan selular yang terpacu enzim yang terjadi setelah proses glikolisis, dan bersama-sama merupakan pusat dari sekitar 500 reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel. Lintasan katabolisme akan menuju pada lintasan ini dengan

membawa molekul kecil untuk diiris guna menghasilkan energi, sedangkan lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari lintasan ini dengan penyediaan substrat senyawa karbon untuk keperluan biosintesis. “Metabolom dan jenjang reaksi pada siklus ini merupakan hasil karya Albert Szent-Györgyi and Hans Krebs”.

Pada sel eukariota, siklus asam sitrat terjadi pada mitokondria, sedangkan pada organisme aerob, siklus ini merupakan bagian dari lintasan metabolisme yang berperan dalam konversi kimiawi terhadap karbohidrat, lemak dan protein - menjadi karbon dioksida, air, dalam rangka menghasilkan suatu bentuk energi yang dapat digunakan. Reaksi lain pada lintasan katabolisme yang sama, antara lain glikolisis, oksidasi asam piruvat dan fosforilasi oksidatif.

Produk dari siklus asam sitrat adalah prekursor bagi berbagai jenis senyawa organik. Asam sitrat merupakan prekursor dari kolesterol dan asam lemak, asam ketoglutarat-alfa merupakan prekursor dari asam glutamat, purina dan beberapa asam amino, suksinil-KoA merupakan prekursor dari heme dan klorofil, asam oksaloasetat merupakan prekursor dari asam aspartat, purina, pirimidina dan beberapa asam amino.

Proses Pembentukan Asam Sitrat

Siklus asam sitrat dimulai dengan satu molekul asetil-KoA bereaksi dengan satu molekul H2O, melepaskan gugus koenzim-A, dan mendonorkan dua atom karbon yang tersisa dalam bentuk gugus asetil kepada asam oksaloasetat yang memiliki molekul dengan empat atom karbon, hingga menghasilkan asam sitrat dengan enam atom karbon.

2.2 Aspergillus Niger

Aspergilus niger merupakan fungi dari filum ascomycetes yang berfilamen,

mempunyai hifa berseptat, dan dapat ditemukan melimpah di alam. Fungi ini

biasanya diisolasi dari tanah, sisa tumbuhan, dan udara di dalam ruangan. Koloninya

berwarna putih pada Agar Dekstrosa Kentang (PDA) 25 °C dan berubah menjadi

hitam ketika konidia dibentuk. Kepala konidia dari A. niger berwarna hitam, bulat,

cenderung memisah menjadi bagian-bagian yang lebih longgar seiring dengan

bertambahnya umur.

2.2.1 Habitat Aspergillus Niger

A. niger dapat tumbuh optimum pada suhu 35-37 °C, dengan suhu minimum

6-8 °C, dan suhu maksimum 45-47 °C. Selain itu, dalam proses pertumbuhannya

fungi ini memerlukan oksigen yang cukup (aerobik). A. niger memiliki warna dasar

berwarna putih atau kuning dengan lapisan konidiospora tebal berwarna coklat gelap

sampai hitam.

2.2.2 Metabolisme Aspergilus Niger

Dalam metabolismenya A. niger dapat menghasilkan asam sitrat sehinga

fungi ini banyak digunakan sebagai model fermentasi karena fungi ini tidak

menghasilkan mikotoksin sehingga tidak membahayakan. A. niger dapat tumbuh

dengan cepat, oleh karena itu A. niger banyak digunakan secara komersial dalam

produksi asam sitrat, asam glukonat, dan pembuatan berapa enzim seperti amilase,

pektinase, amiloglukosidase, dan selulase.

Selain itu, A. niger juga menghasilkan gallic acid yang merupakan senyawa

fenolik yang biasa digunakan dalam industri farmasi dan juga dapat menjadi substrat

untuk memproduksi senyawa antioksidan dalam industri makanan.

A. niger dalam pertumbuhannya berhubungan langsung dengan zat makanan

yang terdapat dalam substrat, molekul sederhana yang terdapat disekeliling hifa

dapat langsung diserap sedangkan molekul yang lebih kompleks harus dipecah

dahulu sebelum diserap ke dalam sel, dengan menghasilkan beberapa enzim ekstra

seluler seperti protease, amilase, mananase, dan α-glaktosidase. Bahan organik dari

substrat digunakan oleh Aspergillus niger untuk aktivitas transport molekul,

pemeliharaan struktur sel, dan mobilitas sel.

Aspergillus niger Mikrograf dari A. niger yang ditumbuhkan pada medium Sabouraud agar dengan perbesaran 100x

Klasifikasi ilmiah Domain: Eukaryota

Kerajaan: Fungi

Filum: Ascomycota

Upafilum: Pezizomycotina

Kelas: Eurotiomycetes

Ordo: Eurotiales

Famili: Trichocomaceae

Genus: Aspergillus

Spesies: A. nigerNama binomial Aspergillus niger van Tieghem 1867

2.3 Fermentasi

2.3.1 Sejarah Fermentasi

Ahli Kimia Perancis, Louis Pasteur adalah seorang zymologist pertama ketika

di tahun 1857 mengkaitkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan fermentasi

sebagai "respirasi (pernafasan) tanpa udara".

Pasteur melakukan penelitian secara hati-hati dan menyimpulkan, "Saya

berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak terjadi tanpa adanya organisasi,

pertumbuhan dan multiplikasi sel-sel secara simultan..... Jika ditanya, bagaimana

http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Aspergillus_niger_Micrograph.jpg

proses kimia hingga mengakibatkan dekomposisi dari gula tersebut... Saya benar-

benar tidak tahu".

Ahli kimia Jerman, Eduard Buchner, pemenang Nobel Kimia tahun 1907,

berhasil menjelaskan bahwa fermentasi sebenarnya diakibatkan oleh sekeresi dari

ragi yang ia sebut sebagai zymase.

Penelitian yang dilakukan ilmuan Carlsberg (sebuah perusahaan bir) di

Denmark semakin meningkatkan pengetahuan tentang ragi dan brewing (cara

pembuatan bir). Ilmuan Carlsberg tersebut dianggap sebagai pendorong dari

berkembangnya biologi molekular.

2.3.2 Pengertian Fermentasi

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik

(tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi

anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan

fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor

elektron eksternal.

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil

fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen

lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi

dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan

etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik

dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron

eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam

laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan

dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

2.3.3 Reaksi Pada Proses Fermentasi

Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang

digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang

merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol

(2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi

makanan.

Persamaan Reaksi Kimia

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)

Dijabarkan sebagai

Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon dioksida +

Energi (ATP)

Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang

terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari

tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan

bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.

2.3.4 Sumber Energi Pada Proses Fermentasi Anerobik

Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada

organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti

saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.

Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh

tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor

elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk

sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi

menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat

teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul

ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan

respirasi aerobik.

"Glikolisis aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk

memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah.

Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata)

menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk

menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada

oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu

pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka

waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia,

fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2

menit.

Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi

akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik

karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang

diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis

merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerobik.

2.3.5 Aplikasi Proses Fermentasi

Pembuatan tempe dan tape (baik tape ketan maupun tape singkong atau

peuyeum) adalah proses fermentasi yang sangat dikenal di Indonesia. Proses

fermentasi menghasilkan senyawa-senyawa yang sangat berguna, mulai dari

makanan sampai obat-obatan. Proses fermentasi pada makanan yang sering

dilakukan adalah proses pembuatan tape, tempe, yoghurt, dan tahu.

BAB III

PROSEDUR KERJA

3.1 Alat dan Bahan

NO ALAT

1 Fermentor

2 Shaker incubator

3 Buret

4 Erlenmeyer 50 mL; 500 mL; 2 L

5 Batang pengaduk

6 Pipet ukur

7 Corong

8 Brix

9 Hot plate

NO BAHAN

1 Biakan murni Aspergillus niger dalam media agar miring Potato

Dextrose Agar

2 Media produksi dan media pertumbuhan dengan komposisi :

Sukrosa : 710 g

(NH4)CO3 : 10 g

KH2PO4 : 0,7 g

MgSO4.7H2O : 10 g

FeCl3 : 5 g

HCl : sampai pH 2

Aquadest : 5 L

3 Indikator penolphtaline

4 Larutan NaOH 0,05 M

Siapkan media produksi dan larutkan dalam 500 mL air

Media tersebut dibagi menjadi 2

Media aktivasi 50 mL Media produksi 450 mL

Asamkan dengan HCl sampai pH 2,6 untuk menjaga kondisi optimum &

mencegah kontaminasi

Tutup dengan rapih dan sterilkan dalam autoclave selama 20 menit pada suhu 1210C

Dinginkan sampai mencapai suhu ruang

Keluarkan dari pendingin sampai mencapai suhu kamar campurkan

dengan media aktvasiInkubasikan pada shaker selama 1 hari pada T 290C

Simpan di dalam pendinginInokulasikan biakan A.niger pada media

aktivasi

Inkubasikan pada shaker selama 1 hari pada T 290C

3.2 Cara Kerja

a. Pembuatan Media Aktivasi

Inkubasikan dalam fermentor selama 7 hari dan periksa indeks bias dan pH nya

setiap hari.

Media aktivasi500 mL

Timbang 710 g sukrosa dan larutkan dalam 4500 mL

Fermentor5 Liter

b. Pembuatan Media Produksi dan Fermentasi

BAB IV

DATA PENGAMATAN

4.1 Pengukuran kadar sukrosa pada larutan baku sukrosa

Konsentrasi sukrosa (%v/v) % Brix3 25 37 4,99 711 913 1115 13

4.2 Pengukuran kadar sukrosa pada sampel

t Waktu (jam) % Brix0 0 131 6 12,82 20 12,13 30 114 260 115 270 11,56 284 117 294 10

4.3 Pengukuran Konsentrasi asam sitrat

t Waktu (jam) Volume asam sitrat (mL) Volume NaOH (mL)0 0 5 2,41 6 5 2,62 20 5 2,73 30 5 3,24 260 5 125 270 5 12,66 284 5 137 294 5 13,5

PENGOLAHAN DATA

6.4 Pembuatan larutan NaOH

Berat NaOH = 0,56 gram

Volume aquadest = 250 mL

Konsentrasi NaOH :

M = berat NaOHMR NaOH

×1000

V (mL)

konsentrasi NaOH ( M )=0,5640

×1000250

Konsentrasi NaOH = 0,056 M

6.5 Perhitungan konsentrasi asam sitrat

Pada t-0

VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat

2,4 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat

M Asam sitrat = 0,027 M

Pada t-1


2,6 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-2


2,7 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-3


3,2 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-4


12 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-5


12,6 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-6


13 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pada t-7


13,5 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat


Pembuatan kurva waktu vs konsentrasi asam sitrat

0 50 100 150 200 250 300 3500.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

f(x) = 0.000427360531934712 x + 0.0245690426034994R² = 0.998997430081554

kurva waktu VS konsentrasi asam sitrat

Waktu (jam)

kons

entr

asi a

sam

sitr

at (M

)

y = 0,0004x + 0,0246

y = mx + n

µ = m

= 0,0004 jam-1

= 1,44 detik-1

µ maks = 2µ

= 2 x 0,0004

= 0,0008 jam-1

= 2,88 detik-1

Menghitung pH akhir produk yang diperoleh :

[H+] = √Ka. M

= √(3,16 x 10−4) x (0,151)

= 6,91 x 10-3

pH = -log [H+]

= -log [6,91 x 10-3]

= 2,16

Pembuatan kurva baku sukrosa

2 4 6 8 10 12 14 160

2

4

6

8

10

12

14

23

4.9

7

9

11

13f(x) = 0.948214285714286 x − 1.40535714285714R² = 0.994136603390404

KURVA BAKUKONSENTRASI SUKROSA VS %BRIX

Y-Values

Linear (Y-Values)

Konsentrasi sukrosa (%b/v)

% B

rix

Perhitungan kadar sukrosa dalam sampel

Pada t-0, %brix = 13

y = 0,948x – 1,405

13 = 0,948x – 1,405

x = 15,195 %

Pada t-1, %brix = 12,8

y = 0,948x – 1,405

12,8 = 0,948x – 1,405

x = 14,984 %


y = 0,948x – 1,405

12,1= 0,948x – 1,405

x = 14,245 %


y = 0,948x – 1,405

11 = 0,948x – 1,405

x = 13,085 %


y = 0,948x – 1,405

11 = 0,948x – 1,405

x = 13,085 %


y = 0,948x – 1,405

11,5= 0,948x – 1,405

x = 13,612 %


y = 0,948x – 1,405

11 = 0,948x – 1,405

x = 13,085 %


y = 0,948x – 1,405

10 = 0,948x – 1,405

x = 12,030 %

Pembuatan kurva waktu vs kadar sukrosa

0 50 100 150 200 250 300 35011

12

13

14

15

f(x) = − 0.00579332717137412 x + 14.5080541034349R² = 0.578132917484726

kurva waktu VS kadar sukrosa

waktu (jam)

kada

r suk

rosa

(%)

Menghitung konsentrasi substrat awal (s):

S = gram sukrosavolume media

=710 gr4,5 L

= 157,78 gr/L

Menghitung konstanta kejenuhan (Ks):

µ = - 0,0058

µ max = 2 µ

= 2 x (-0,0058)

µ max = 0.0116 jam-1

= 41,76 detik -1

µ = µmaxS

Ks+S

-0,0058 = −0,0116158,78

Ks+158,78

Ks = 158,78 gr/L

BAB V

PEMBAHASAN

Praktikum kali ini bertujuan untuk memproduksi asam sitrat melalui proses

fer mentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus niger. Pada prinsipnya,

pembuatan asam sitrat ini adalah mengubah sukrosa (yang merupakan substratnya)

menjadi asam sitrat melalui proses fermentasi dengan bantuan jamur Aspergillus

niger. Aspergillus niger digunakan dalam proses ini karena Aspergillus niger

memiliki enzim amylase, glukoamilase atau amiloglukosedase sehingga senyawa

karbohidrat akan dipecah menjadi glukosa, dan melalui jalur EMP glukosa akan

dirubah menjadi asam piruvat. Asam piruvat melalui siklus krebs atau siklus PCA

akan dirubah menjadi asam sitrat.

Reaksi pembentukan asam sitrat :

C12H22O11(s) + H2O(l) → C6H12O6(s) + C6H12O5(s)

Sukrosa Glukosa

C6H12O6(s) + 32

O2(g) → C6H8O7(s) + 2 H2O(l)

Glukosa Asam sitrat

Pembuatan media fermantasi saat praktikum yaitu media fermentasi

pertumbuhan dan media fermentasi prduksi. Kedua media ini berbeda komposisi,

pada media pertumbuhan digunakan komposisi media yang lebih kompleks karena

mikroba masih dalam keadaan masaa adaptasi sehingga perlu penambahan komposisi

media yang kompleks sedangkan pada komposisi media fermentasi produk lebih

sederhana dibandingkan dengan komposisi media fermentasi pertumbuhan karena

pada saat digunakan, mikroba dalam keadaan fasa exponensial sehingga tidak

dibutuhkan lagi fasa adaptasi, dengan fasa exponensial pada mikroba ini diharapkan

mendapatkan produk yuang maksimal.

Aspergillus niger dapat tumbuh optimum pada suhu 35-37 °C, dengan suhu

minimum 6-8 °C, dan suhu maksimum 45-47 °C. Sehingga pada proses fermentasi

fermentor dikondisikan menjadi 400C. Selain suhu, faktor yang harus diperhatikan

yaitu aerasi karena pada percobaan kali ini merupakan fermentasi aerob ( karena

dalam proses pertumbuhannya Aspergillus niger memerlukan oksigen yang cukup ),

sehingga dalam prosesnya memerlukan aerasi. Proses aerasi ini bisa dilakukan

dilakukan dengan menambahkan atau memasukan udara ke fermentor dengan catatan

udara yang dimasukan harus steril agar tidak menimbulkan kontaminasi. Pada

percobaan kali ini kami melakukan aerasi dengan pengadukan.

Dari data yag diperoleh saat praktikum didapat kurva waktu terhadap

konsentrasi asam sitrat. Nilai µ maks yang didapat dari kurva 2,88 detik-1. Semakin

lama waktu yang dibutuhkan maka nilai konsentrasi asam sitrat semakin tinggi, hal

ini karena Aspergillus niger masih dalam keadaan fasa exponential sehingga jumlah

Aspergillus niger akan semakin banyak hal ini berpengaruh terhadap konsentrasi

asan sitrat karena jumlah Aspergillus niger yang semakin banyak dapat menkonversi

sukrosa ke asam sitrat yang lebih banyak pula pada rentan waktu tersebut

Dari data yang diperoleh dari kurva waktu terhadap kadar sukrosa

menunjukkan laju pengurangah substrat sebesar 157,78gr/L. Sedangkan konstanta

kejenuhan substrat sebesar 158,78 gr/L.

Factor-faktor yang mempengaruhi dalam mempengaruhi fermentasi asam

sitrat yang yang berlangsung :

a. Mikrobia

Saat ini produksi asam sitrat secara komersial menggunakan

Aspergillus niger, dan ada pula yang menggunakan Saccharomyces

lipolytica, Penicillium simplicissimum, dan A. foeitidus. Mikroba yang di

gunakan harus dalam keadaan pertumbuhan optimum atau pada saat fasa

eksponensial. Sehingga dapat menghasilkan produk yang maksimal.

b. Komposisi Nutrisi Media

Media fermentasi untuk biosintesis asam sitrat terdiri dari substrat

yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme, terutama terdiri dari

substrat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorgaisme terutama

sumber karbon, nitrogen dan fosfor. Selain itu air dan udara dapat pula

dimasukkan sebagai substrat fermentasi

Sumber Karbon

Media yang sering digunakan sebagai sumber karbon adalah berbagai

karbohidrat dan limbah selulosa, inulin, kurma, molase tebu

(digunakan dalam fermentasi kultur cair teraduk), whey kedelai, whey

keju, sukrosa, glukosa, fruktosa, methanol. Sumber karbon yng

digunakan sangat berpengaruh karena dalam proses penguraian

substrat membutuhkan oksigen sehingga semakin mudah di uraikan

maka kebutuhan oksigen semakin banyak juga.

Sumber Nitrogen

Nitrogen jug mempengaruhi pembentukan asam sitrat karena nitrogen

tidak hanya penting untuk laju metabolit dalam sel tetapi jug bagi

pembentukan protein sel. Jumlah produksi asam sitrat mencapai

maksimum jika konsentrasi ammonium nitrat sebesar 0,2%.

Peningkatan konsentrasi justru menurunkan jumlah asam yang

dihasilkan dan jamur tumbuh menyebar.

Sumber Fofor

Sumber fosfat yang digunakan adalah triklasium fosfat.

Konsentrasi ion Ferosianida

Konsentrasi ferosianida berpengaruh terhadap produksi asam sitrat.

Penambahan ferosianida dilakukan 24 jam setelah inokulasi sebanyak

200 ppm. Jumlah sel yang dihasilkan berkurang dengan naikknya

jumlah ferosianida.

Vitamin

Vitamin yang sering ditambahkan adalah riboflavin.

c. Proses Fermentasi

Fermentor

Dalam percobaan skala laboratorium sebaiknya digunakan

Erlenmeyer 1000 ml yang diisi 450 ml medium dan Erlenmeyer 100

ml yang di isi 50 ml media pertumbuhan. Masing-masing

Erlenmeyer diinokulasi dengan suspensi spora dan diinkubasi selama

24 jam pada suhu 27 0C.

Fermentor stainless stell berkapasitas 10 liter diisi medium 5 liter

untuk pembuatan asam sitrat.

Jumlah Inokulum

Jumlah inokulum yang digunakan juga merupakan factor yang

penting untuk diperhatikan. Jumlah inokulum sebesar 1% dari jumlah

media produksi cukup baik untuk fermentasi dalam fermentor

teraduk.

Fermentasi

Inokulum yang telah dibuat dimaukkan dalam fermentor produksi

sebanyak 5% (v/v). Inkubasi dilakukan pada suhu 270 + 10C selama

294 jam. Kecepatan agitasi adalah 200 rpm dengan laju aerasi 1,0 –

4,0 vvm.

Waktu Fermentasi

Waktu fermentasi yang maksimum untuk fermentasi asam sitrat

tergantung kondisi fermentasi dan organism yang digunakan.

Penggunaan A. niger dengan substrat sukrosa membutuhkan waktu

294 jam setelah inokulasi.

Suhu

Suhu medium fermentasi merupakan salah satu factor yang penting

dalam produksi asam sitrat. Suhu 270C adalah suhu yang paling baik.

Jika suhu medium rendah, aktivitas enzim jug rendah sehingga

mempengaruhi produksi asam tetapi jika suhu meningkat di atas

270C, biosintesis asam sitrat akan menurun dan terjadi akumulasi

produk samping seperti asam oksalat.

pH

Pengaturan pH penting bagi keberhasilan proses fermentasi. Untuk

fermentasi asam sitrat pH optimum adalah 2,0-3,0. Penurunan pH

menyebabkan produksi asam sitrat berkurang. Hal ini disebabkan

pada pH rendah ion ferosinida lebih toksik bagi pertumbuhan

miselium. Pada pH yang tinggi terjadi akumulasi asam oksalat.

Hasil Produk asam sitrat saat praktikum memiliki pH 2,16 sedangkan pada

literature pH asam sitrat sebesar 2-3. Hal ini menunjukan produk asam sitrat saat

praktikum sesuai dengan literature dan menunjukan pemebentukan asam sitrat yang

sebenarnya.

BAB VI

KESIMPULAN

Adapun dari percobaan yang telah kami lakukan dapat disimpulkan beberapa hal, diantaranya sebagai berikut:

Asam sitrat dapat diproduksi melalui proses fermentasi sukrosa dengan bantuan jamur Apergillus niger.

Fermentasi asam sitrat dilakukan dalam sebuah fermentor dalam kondisi aerobik.

Fermentasi asam sitrat berlangsung selama 16 hari dengan konversi sekitar 70 %

Kondisi operasi fermentasi asam sitrat:

1. Jenis media mengandung sukrosa, KH2PO4, MgSO4, (NH4)2CO3, FeCl3,

dan HCl

2. pH media 2

3. Suhu 29 °C

Proses fermentasu asam sitrat dipengaruhi oleh jenis media, pH media, waktu

fermentasi, suhu, aerasi, dan mikroorganisme yang digunakan.

Seharusnya proses pembuatan fermentasi asam sitrat tidak diikubasi tetapi

menggunakan reaktor berpengaduk,sehingga substrat terutai semua,dan

didapat biomassa yang diinginkan.

Produk asam sitrat memiliki :

Konsentrasi asam sitrat sebesar 0,151 M

Kadar sukrosa 12,030 %

Asam sitrat yang diperoleh memiliki pH sebesar 2,16

DAFTAR PUSTAKA

Manfaati, Rintis. 2011. “Pembuatan Asam Sitrat”. Politeknik Negeri Bandung.

Ali, S., Ikram-ul-Haq., M.A. Qadeer, and J. Iqbal. 2002. Production of Citric Acid

by Aspergillus niger Using Cane Molasses in a Stirred Fermentor.

Electronic Journal of Biotechnology Vol 5 No 3.

www.wikipedia.org/wiki/fermentasi

www.wikipedia.org/wiki/Apergillusniger

www.wikipedia.org/wiki/asamsitrat

http://www.wikipedia.org/wiki/asamsitrat

http://www.wikipedia.org/wiki/Apergillusniger

http://www.wikipedia.org/wiki/fermentasi

Documents

fermentasi asam sitrat