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
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
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
2,6 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,029 M
Pada t-2
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
2,7 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,030 M
Pada t-3
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
3,2 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,036 M
Pada t-4
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
12 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,134 M
Pada t-5
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
12,6 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,141 M
Pada t-6
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
13 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,146 M
Pada t-7
VNaOH × MNaOH = VAsam sitrat × M Asam sitrat
13,5 × 0,056 = 5 × M Asam sitrat
M Asam sitrat = 0,151 M
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 %
Pada t-2, %brix = 12,1
y = 0,948x – 1,405
12,1= 0,948x – 1,405
x = 14,245 %
Pada t-3, %brix = 11
y = 0,948x – 1,405
11 = 0,948x – 1,405
x = 13,085 %
Pada t-4, %brix = 11
y = 0,948x – 1,405
11 = 0,948x – 1,405
x = 13,085 %
Pada t-5, %brix = 11,5
y = 0,948x – 1,405
11,5= 0,948x – 1,405
x = 13,612 %
Pada t-6, %brix = 11
y = 0,948x – 1,405
11 = 0,948x – 1,405
x = 13,085 %
Pada t-7, %brix = 10
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