![KEL6 - KELAS 2B - LAPORAN PRAKIKUM IMOBILISASI DAN EVALUASI KINERJA SEL IMOBILISASI-dikonversi [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/kel6-kelas-2b-laporan-prakikum-imobilisasi-dan-evaluasi-kinerja-sel-imobilisasi-dikonversi.jpg)
5 0 711 KB
LAPORAN PRAKTIKUM BIOPROSES “Imobilisasi Sel dan Evaluasi Kinerja Imobilisasi Sel Bakteri Lactobacillus casei dengan Reaktor Packed Bed”
Dosen Pembimbing : Rintis Manfaati,S.T.,M.T Tanggal Praktikum : 27 Januari 2021 Tanggal Penyerahan : 3 Februari 2021
Disusun Oleh: Riana Putri Agustin Rizal Fadhillah Anwar Rosyidah Khoirunnisa Mahdan Salma Sabyla Rachmawati
: 191411055 : 191411056 : 191411057 : 191411058
2B/DIII – Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Laboratorium Bioproses
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Jalan Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Kotak Pos 1234 Bandung 40012 2021
I.
TUJUAN PRAKTIKUM
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan mampu: ➢ Memahami dan menguasai prosedur pembuatan sel terimobilisasi; ➢ Memahami karakteristik matriks pendukung sel terimobilisasi; ➢ Memahami dan menguasai prosedur penggunaan sel terimobilisasi dalam proses fermentasi; dan ➢ Mengevaluasi kinerja dari reaktor packed bed dengan cara menentukan laju alir optimum pada reaktor packed bed yang menghasilkan konsentrasi dan yield asam laktat tertinggi.
II.
LANDASAN TEORI 2.1 Sel Imobilisasi Salah satu masalah dalam proses fermentasi yang menggunakan sel bebas sebagai biokatalis adalah pemisahan sel dari media fermentasi yang mengandung produk. Biaya recovery dan recycle sel dapat dikurangi dengan menerapkan metoda untuk menahan sel agar tetap berada dalam reaktor yaitu dengan cara immobilisasi sel. Sel immobilisasi adalah sel yang dibatasi ruang gerak/mobilitasnya di dalam matriks tertentu sehingga tidak terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali. Teknik imobilisasi sel adalah pembatasan gerak/mobilitas sel dalam suatu matriks tertentu, sehingga sel tidak akan terbawa ke dalam aliran produk dan dapat dipergunakan kembali untuk proses berikutnya. Proses fermentasi dengan metode imobilisasi sel dapat dilakukan guna meningkatkan produktivitas produksi. Fermentasi yang menggunakan sel terimobilisasi dilakukan dalam reaktor yang memiliki gesekan hidrodinamik rendah agar tidak terjadi kerusakan pada matriks, salah satunya yaitu reaktor packed bed. Reaktor jenis packed bed tidak membutuhkan volume reaktor yang besar apabila dibandingkan dengan reaktor fluidized bed. Berdasarkan beberapa
penelitian, penggunaan metode imobilisasi sel pada proses fermentasi untuk menghasilkan suatu produk merupakan metode yang lebih efisien dibandingkan menggunakan sel bebas. Pada proses fermentasi menggunakan metode imobilisasi, sel mampu menghasilkan perolehan yield yang cukup tinggi. Menurut Brodelius (dalam Betha, 2009) imobilisasi merupakan suatu cara yang digunakan untuk menempatkan suatu sel, enzim, organel atau protein ke dalam suatu penyangga berupa bahan padat, matriks, atau membran. Imobilisasi dilakukan untuk meningkatkan stabilitas dan membuat sel, organel, atau enzim dapat dipergunakan terus menerus. Sel terimobilisasi juga dapat diartikan sebagai suatu sel yang dilekatkan pada suatu bahan inert dan tidak larut dalam bahan tersebut, misal dalam sodium alginat atau kalsium alginat. Dengan sistem ini, sel dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH, juga temperatur. Sistem ini juga membantu sel berada di tempat tertentu selama
berlangsungnya
reaksi
sehingga
memudahkan
proses
pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi lain (Sumo dkk., 1993). Sel/enzim tersebut tetap mempunyai aktivitasnya sebagai biokatalisator/katalis, serta sel/enzim tersebut dapat dipergunakan secara
terus
menerus
dan
sangat
penting
untuk
proses
berkesinambungan. Immobilisasi sel mikroba dibedakan atas 3 macam yakni: •
Sel mati: untuk reaksi konversi sederhana (1 tahap)
•
Sel hidup: untuk reaksi konversi yang melibatkan biokatalis heterogen (multi enzim)/memerlukan ATP atau biokoenzim seperti NADP atau koenzim A.
•
Sel dalam fase pertumbuhan: keadaan dimana terdapat aktivitas enzim untuk pertumbuhan.
2.2 Kelebihan Sel Immobilisasi Kelebihan penggunaan sel immobilisasi dibandingkan dengan sel bebas antara lain sebagai berikut: 1. Immobilasi menyediakan konsentrasi sel yang tinggi. 2. Immobilisasi
memungkinkan
penggunaan
sel
kembali
dan
mengurangi biaya recovery sel dan recycle sel. 3. Immobilisasi mengurangi masalah wash out sel pada laju alir yang tinggi. 4. Kombinasi konsentrasi sel yang tinggi dan laju alir yang tinggi (tanpa batasan wash out) menghasilkan produktivitas volumetric yang tinggi. 5. Immobilisasi menyediakan kondisi micro environmental yang menguntungkan seperti kontak antar sel, gradient nutrient-produk, gradient pH untuk sel sehingga menghasilkan kinerja biokatalis yang lebih baik (kecepatan pembentukan dan yield produk yang lebih tinggi). 6. Immobilisasi menyebabkan kestabilan genetik. 7. Immobilisasi menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.
2.3 Kekurangan Sel Immobilisasi Kekurangan penggunaan sel terimobilisasi adalah hambatan pada proses difusi baik substrat maupun produk yang terbentuk. Untuk sel yang hidup, pertumbuhan dan evaluasi gas sering merusak matriks pendukung sel terimmobilisasi.
2.4 Jenis-Jenis Immobilisasi Sel Secara umum, ada dua jenis sel immobilisasi yakni: 1. Immobilisasi Aktif Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan metoda pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan
secara fisik dalam matriks pendukung. Matriks pendukung yang bisa digunakan yaitu polimer porous (agar, alginate, carragenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, collagen), porous metal screen, polyurethane, silicagel, polystyrene, dan selulosa triacetate. Polymeric beads harus cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan produk. Polymeric beads biasanya dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.
Gambar 2.4 Mekanisme Penjeratan Immobilisasi Sel 2. Immobilisasi Pasif Berbentuk biological films yang berbentuk lapisan-lapisan koloni sel yang tumbuh dan melekat pada permukaan pendukung yang padat. Material pendukung dapat bersifat inert atau aktif secara biologis. Biological films digunakan pada pengolahan limbah atau fermentasi mikroba dengan jamur.
2.5 Metode Imobilisasi Beberapa ahli menggolongkan metode imobilisasi dengan tiga kelompok, yaitu: metode carrier binding, metode cross linking, dan metode entrapping (Sa’id, 1987). Pada metode carrier binding, enzim
diikatkan pada suatu matriks yang bersifat tidak larut adalam air. Sebagai matriks dapat digunakan bahan organik maupun anorganik. Bila menggunakan metode ini, hal yang perlu diperhatikan adalah pemilihan matriks dan pengikatan enzim pada matriks tersebut. Teknik pengikatan enzim pada matriks dapat dilakukan berdasarkan adsorpsi fisik, gaya elektrostatik atau ikatan kovalen (Chibata, 1978). Metode cross linking didasarkan pada pembentukan ikatan intermolekuler antara molekul-molekul enzim. Gugus fungsional dalam molekul enzim yang biasa digunakan untuk pembentukan ikatan intermolekmuler adalah gugus amino pada asam amino terminal, gugus amino dari lisin, gugus fenolik dari tirosin, gugus sulhidril dari sistein dan gugus imidazole dari histidin. Pada metode entrapping, imobilisasi, enzim/sel didasarkan pada penempatan enzim di dalam kisi dari suatu polimer atau di dalam membran yang bersifat semi permiabel. Bila enzim ditempatkan dalam kisi, maka metode yang digolongkan adalah jenis kisi, sedang bila ditempatkan dalam membran yang bersifat semipermiabel, maka metodenya digolongkan ke dalam jenis mikrokapsul (Chibata, 1978). Selain itu metode imobilisasi dapat digolongkan sebagai berikut: • Adsorpsi. • Penjeratan dalam matriks polimer. • Penjeratan dalam membran. Teknik imobilisasi yang paling baik adalah yang memenuhi kriteria utama tidak terjadi perubahan konformasi enzim dan tidak mengganggu gugus fungsi di pusat aktif enzim sehingga enzim tetap dapat berfungsi. Metode penjebakan enzim lebih banyak digunakan karena enzim ada dalam keadaan bebas dan tidak terikat pada bahan pendukung sehinga secara relatif fungsi katalitik dan struktur alami molekul enzim tidak mengalami gangguan goncangan (Wirahadikusumah, 1988).
Gambar 2.5 Metode Imobilisasi Secara Umum (Shuler et al, 2017) 2.6 Penjerat Atau Pembawa Imobilisasi Sel Karakteristik
yang
harus
dimiliki
oleh
penjerat/pembawa
immobilisai sel, antara lain : a. Mudah digunakan serta ukuran dan porositas media penjerat dapat dikontrol, terutama pada skala industri. b. Media penjerat berbentuk matrik stabil pada kondisi fermentasi (temperature dan pH optimum). c. Harga murah dan mudah didapat. d. Mempunyai sifat mekanik yang stabil, sehingga dapat tahan dalam waktu yanglama dalam reaktor yang digunakan. e. Penjerat harus inert terhadap mikrorganisme yang akan dijerat. f. Substrat, produk, dan metabolisme lain harus dapat berdiffusi secara bebas dengan media penjerat. Natrium alginat merupakan bahan yang digunakan sebagai penjerat sel, spesifikasi sebagai berikut : • Alginat merupakan koloid ganggang (fikokoloid) yang dapat diekstrak dari ganggang coklat (phasophyceae), terutama anggota laminariates, berbentuk asam alginat atau natrium alginat.
• Asam alginat adalah suatu getah selaput membran (membrane mucilage). • Garam alginat dapat larut dalam air, seperti natrium alginat, potassium alginat, dan ammonium alginat, sedikit larut dalam air, sedang kalsium alginat tidak larut dalam air. • Umumnya alginat berbentuk serbuk putih kekuningan dan kadangkadang dalam bentuk pasta yang merupakan senyawa organik kompleks dengan selulosa atau polisakarida. Senyawa alginat dapat dimurnikan sebagai garam natrium alginat dengan alginat atau garam alginat yang lain. Karakteristik natrium alginat : • Berbentuk serbuk berwarna putih atau kekuningan, tidak berbau, dan tidak berasa. Secara umum susut pengeringan tidak lebih dari 22 %. • Larut lambat dalam air membentuk larutan koloid yang kental, berwarna putih pucat sampai coklat kekuningan. Tidak larut dalam alkohol, kloroform dan eter,serta larutan air yang mengandung lebih besar dari 30 % alkohol. Variasi mutu natrium algianat ditentukan oleh variasi viscositas, antara 20-400 cp dari larutan 1% pada suhu 20o C. • Larutan alginat stabil pada pH 4 sampai 10. • Natrium alginat harus disimpan dalam wadah yang terlindung dari cahaya, bentuk larutan tidak boleh disimpan pada wadah logam. • Alginat sebagai hydrophylic polysakarida menyerap uap air dari udara.
2.7 Reaktor Imobilisasi
Gambar 2.7 Reaktor imobilisasi a) packed bed reactor, b) stirred tank reactor, c) fluidized bed reactor (Goldstein, Leon et al., 1976) •
Reaktor Packed Bed Reaktor packed bed memiliki gerakan substrat yang stabil dengan enzim terimobilissi dengan arah yang spasial. Kecepatan fluida yang membentuk bagian penampang melintang secara datar sempurna dapat dikatakan bahwa reaktor beroperasi sebagai reaktor aliran sumbat (PFR) di bawah kondisi ideal. Pada reaktor PFR, fluida divisualisasikan bergerak melalui reaktor dengan cara seperti sumbat. Sistem reaktor yang sebenarnya, memiliki pola aliran fluida yang cenderung berbeda dari kondisi ideal. Penyimpangan pada aliran sumbat terjadi karena adanya difusi substrat dalam arah aksial dan keberadaan gradien suhu normal terhadap arah aliran (Goldstein, Leon et al., 1976). Pada reaktor packed bed, terdapat dua pengaruh pola aliran dalam pengaplikasiannya. Aliran substrat dari atas ke bawah tidak banyak digunakan karena dapat menyebabkan pemampatan yang diakibatkan oleh beads yang berada pada bagian bawah reaktor. Sedangkan aliran dari bawah ke atas lebih banyak digunakan karena sel tidak menghalangi jalur keluar produk dan sel dapat langsung kontak dengan substrat.
•
Reaktor Stirred Tank Reactor Reaktor stirred tank digunakan dengan cara memasukkan sel atau enzim bersama substrat ke dalam suatu reaktor dan reaksi dilakukan pada tingkat konversi yang diinginkan. Reaktor stirred tank memiliki suatu
pengaduk yang dapatt memperbesar kontak antara enzim dan substrat. Namun, pengaduk yang terdapat pada reaktor dapat menyebabkan matriks lebih mudah hancur akibat adanya gesekan hidrodinamik yang tinggi. Menurut Goldstein, Leon et al. (1976) pada reaktor stirred tank biasanya tidak dilakukan upaya untuk pemulihan suatu enzim dari produk reaksi, karena biaya pemulihan enzim yang mahal. Enzim terimobilisasi dipisahkan dari aliran produk dengan beberapa tahapan. Prosedur pemulihan enzim atau sel terimobilisasi dapat dilakukan dengan cara filtrasi atau ultrasentrifugasi. Proses tersebut dapat menyebabkan enzim atau sel hilang dan memungkinkan sel atau enzim tidak dapat aktif kembali, sehingga reaktor jenis strirred tank jarang digunakan dan memiliki potensi yang terbatas dalam katalis enzim terimobilisasi di industri. •
Reaktor Fluidized Bed Pada reaktor fluidized bed, substrat dilewatkan ke atas melalui enzim imobil dengan kecepatan yang cukup tinggi untuk mengangkat partikel. Namun, kecepatan aliran substrat tidak terlalu tinggi yang menyebabkan beads menghilang dari dalam reaktor akibat terbawa oleh aliran keluar. Reaktor fluidized bed secara tradisional sering digunakan ketika memerlukan karakteristik perpindahan panas dan massa yang sangat baik. Secara khusus, hal ini dapat menghilangkan titik panas local pada reaktor dalam reaksi eksotermik yang tinggi, tetapi kebanyakan reaksi enzimatis adalah proses isothermal (Goldstein, Leon et al. 1976). Kelebihan dan kekurangan reaktor imobilisasi sel disajikan pada Tabel 2.1
Tabel 2.7 Kelebihan dan Kekurangan Reaktor Imobilisasi Sel 2.8 Fermentasi Asam Laktat Fermentasi dapat diartikan sebagai suatu disimilasi senyawasenyawa organik yang disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme. Menurut Sulistyaningrum (2008) pada proses disimilasi, senyawa substrat yang merupakan sumber energi diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana atau tingkat energinya lebih rendah. Proses fermentasi memanfaatkan aktivitas suatu mikroba tertentu atau campuran beberapa spesies mikroba. Mikroba yang banyak digunakan dalam proses fermentasi antara lain khamir, kapang, dan bakteri. Asam laktat dapat diproduksi melalui dua cara yaitu sintesis kimia dan fermentasi. Produksi asam laktat dengan cara sintesis kimia menggunakan bahan baku berupa lactonitrile. Menurut
Manfaati
(2010)
lactonitrile
diperoleh
dengan
mereaksikan antara asetaldehid dan hidrogen sianida yang kemudian dihidrolisis, sehingga diperoleh asam laktat. Produksi asam
laktat
dengan
cara
fermentasi
dilakukan
dengan
menggunakan bantuan bakteri asam laktat. Menurut Lahtinen et al. (2010), bakteri asam laktat adalah kelompok bakteri gram positif
yang tidak membentuk spora dan dapat mengubah karbohidrat menjadi asam laktat melalui proses fermentasi. Beberapa bakteri asam laktat yang sering digunakan dalam pngolahan pangan antara lain Aerococcus, Carnobacterium, Lactobacillus, Lactococcus, dan Streptococcus. Bakteri asam laktat digolongkan menjadi dua jenis yaitu homofermentative lactic acid bacteria dan heterofermentative lactic acid bacteria. Bakteri homofermentative lactic acid dapat menghasilkan asam laktat dan sel dalam jumlah besar dengan menghasilkan sedikit produk samping melalui Embden-Meyerhof pathway (Manfaati, 2010). Sel Lactobacillus casei merupakan bakteri
gram
positif,
anaerob
fakultatif,
non-motil,
tidak
membentuk spora, dan berbentuk batang. Bakteri Lactobcillus casei bersifat toleran terhadap asam, tidak dapat mensintesis porfirin dan menghasilkan asam laktat sebagai produk akhir metabolisme. Bakteri ini termasuk ke dalam genus Lactobacillus yang bersifat fakultatif heterofermentative dapat menghasilkan ±50% asam laktat dan 50% bahasn seperti asam asetat, etanol, dan CO2. Lactobacillus casei dapat bertahan hidup pada suhu 15-45C dan membutuhkan riboflavin, asam folat, kalsium panatotenat, dan niasin. Bakteri ini merupakan spesies yang mudah beradaptasi dan dapat diisolasi dari susu mentah dan susu yang telah diferementasi, usus manusia, dan hewan lainnya (Kandler dan Weiss, 1986). Bakteri Lactobacillus casei memiliki kondisi optimum untuk pertumbuhan dan pembentukan produk. Kondisi optimum dari keduanya hampir sama yaitu pada temperatur 37C dan nilai pH 6 (Hofvendahl & Hagerdal, 1997). Menurut Mortazavian et al (2007) aktivitas bakteri asam laktat dalam proses fermentasi dapat menurunkan pH lingkungan dari kondisi netral menjadi asam. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Ayuti et al (2016), bakteri Lactobacillus casei dapat menurunkan pH lingkungan hingga 3,444,19. Gula dan tepung sering digunakan sebagai sumber karbon
untuk media produksi asam laktat secara komersial. Konsentrasi glukosa melebihi 50 g/L pada media fermentasi akan menurunkan kinerja bakteri karena terjadi hambatan pada pertumbuhan bakteri oleh substrat (Shuler dan Kargi, 1992).
2.9 Analisis Asam Laktat Analisis
produk
dilakukan
sebagai
indikator
setelah
terbentuknya asam laktat. Konsentrasi asam laktat dapat ditentukan dengan metode titrasi asam-basa. Selain itu dilakukan pengujian konsentrasi glukosa sisa menggunakan brix refractometer dan metode kolorimetrik dengan menggunakan reagen dinitrosalisilat (DNS), serta pengujian derajat keasaman menggunakan pH meter.
2.10
Yield/Perolehan Produk terhadap Substrat Pertumbuhan
dan
pembentukan
produk
oleh
mikroba
merupakan proses biokonversi nutrisi menjadi massa sel dan metabolit (Whitaker, 1972). Yield produk per substrat (Yp/s) merupakan salah satu parameter penting yang menggambarkan efisiensi konversi substrat menjadi produk. Menurut Collins dan Walter (dalam Bowkamp, 1985) parameter tersebut dapat didefinisikan sebagai jumlah produk yang terbentuk per jumlah substrat yang dikonsumsi dalam selang waktu tertentu. Yield produk yang terbentuk terhadap substrat yang terkonsumsi disajikan pada persamaan :
Sumber: Rahim, Dicka AR., 2009) Pt
= Massa produk saat t
Po
= Massa produk awal
St
= Massa substrat saat t
So
= Massa substrat awal
III.
PERCOBAAN 3.1 Sel Imobilisasi 3.1.1 Alat dan Bahan Tabel 3.1.1 Alat dan Bahan Alat Bahan -Hotplate - Pipet ukur - Magnetic stirrer - Cawan petri - Erlenmeyer - Jarum ose - Gelas kimia - Pembakar spiritus - Batang pengaduk - Spuit steril 20 ml - Gelas ukur - Bola hisap - Tabung reaksi - Tabung sentrifugasi
-Natrium alginat -CaCl2 - Air garam steril - Sumber mikroba (Yakult) - MRS Broth - Aquades -Komposisi Media Nutrient Agar (NA): Aquades , Beef Extract 0,3 gr ,Pepton 1 gr ,Bacto Agar 1,8 gr ,NaCl 0,5, Aquades
3.1.2 Prosedur Kerja ➢ Pembuatan Media NA Timbang bahan lalu masukan kedalam gelas kimia beserta aquades 100 ml
Panaskan sambil diaduk hingga larut
Masukan 5 ml untuk agar miring dan 10 ml untuk agar cawan kedalam tabung reaksi, tutup dengan kapas lemak
Sterilisasi selama 15 menit dalam autoclave (121C), simpan dengan keadaan miring pada suhu ruang
Masukan larutan NA steril dalam cawan petri steril, simpan pada suhu ruang agar mengeras
➢ Persiapan Mikroba Dan Pembuatan Inokulum Siapkan yakult yang sudah diinkubasi, masukan dalam tabung sentrifugasi (4500 rpm, 20C, 15 menit)
Ambil endapan dibawah tabung sentrifugasi, gesekan pada cawan steril. Kemudian diinkubasi (37C, 48 jam)
Ambil koloni lactobacillus casei dengan jarum ose, gesekan pada agar miring steril lalu diinkubasi kembali (37C, 48 jam)
Buat larutan MRS (melarutkan glukosa 2 gr, yeast extract 0,4 gr, beef extract 0,4 gr, K2HPO4 0,2 gr, MgSO4 0,02 gr, tween 0,1 ml, dan MnSO4 0,005 gr dlm 100 ml aquades
Panaskan larutan MRS pada 80C, aduk hingga larut. Masukan dalam erlenmeyer 250 ml, tutup dengan kapas dan koran
Sterilkan dengan autoclave (121C, 15 menit), dinginkan hingga suhu ruang
Ambil satu tabung kultur kerja menggunakan jarum ose tambahkan dalam larutan MRS. Dilakukan dalam laminar air flow kondisi aseptis, lalu diinkubasi (37C, 24 jam, 150 rpm), larutan inokulum siap jika ada perubahan warna menjadi keruh
➢ Pembuatan Sel Imobilisasi
Larutkan 5,1 gr NA dalam 140 ml aquades, pasteurisasi selama 15 menit, 80C lalu dinginkan NA hingga suhu 30-40C
Sentrifugasi inokulum hingga didapat 30 ml endapan (4500 rpm, 20C, 15 menit)
Campurkan endapan dengan NA pada suhu 30-40C, suntikan campuran tersebut dalam 1000 ml CaCl2 0,2M menggunakan spuit (beads 3-4mm)
Bilas beads dengan aquades sebelum digunakan
3.2 Proses Fermentasi 3.2.1 Alat dan Bahan Alat
Bahan
- Seperangkat Alat Reaktor -beads (sel imobilisasi) Packed Bed - alkohol - Pompa peristaltik - Aquades - Hot plate stirrer -Komposisi Media Produksi: - Magnetic stirrer Aquades 1200 ml , yeast - Lemari incubator extract 12 gr, glukosa 24 gr, - Statif dan klem K2HPO4 3,6 gr, - Pipet ukur steril (1,5,10ml) MgSO4.7H2O 0,6 gr, - Erlenmeyer steril (100, MnSO4.H2O 0,0036 gr, 250, 500 mL) tween 80 1,2 ml - Gelas kimia steril (100, 250, 500 mL) - Gelas ukur 50 mL - Spuit steril - jarum ose - pembakar spirtus - termometer - bola hisap - spektrofotometer UV-Vis - Kuvet - Brix meter - pH meter - Stopwatch
3.2.2 Prosedur Kerja ➢ Pembuatan Media Produksi Fermentasi Larutkan Glukosa 24 g, Yeast extract 12 g, MgSO4.7H2O 0,6 g, MnSO4.H2O 0,036 g, K2HPO4 3,6 g dan Tween 1,2 mL kedalam aquades 1200 ml
Panaskan pada 80C di hotplate, aduk hingga larut (pH 6). Sterilisasi dengan autoclave (121C, 15menit) lalu dinginkan pada suhu ruang
➢ Penentuan Laju Alir Rangkai seluruh alat reaktor packed bed, isi erlenmeyer dengan air bersih Hidupkan pompa peristaltik, kalibrasi laju alir (20,30,40 rpm)
➢ Proses Fermentasi Lap seluruh reaktor dengan alkohol 70%, kemudian balut dengan handuk
Rangkai seluruh alat reaktor packed bed, hubungkan dengan pompa, Simpan recycle chamber di atas hotplate stirrer kemudian masukan magnetic stirrer ke dalamnya.
Masukkan media produksi fermentasi ke dalam recycle chamber, dan beads kedalam packed bed (sebelumnya cek ph dan brix media terlebih dahulu)
Lap seluruh reaktor dengan kapas alkohol 70% Pastikan selurih saluran jalur media sudah terbuka, kemudian hidupkan pompa (20,30,40 rpm) dan pengaduk (150 rpm)
Masukkan media produksi fermentasi ke dalam recycle chamber, dan beads kedalam packed bed (sebelumnya cek ph dan brix media terlebih dahulu)
Semprot seluruh lemari inkubator dengan alkohol 70%
Ambil sampel setiap 4 jam selama 32 jam, kemudian sampel disentrifugasi (4500 rpm, 15 menit terbentuk cairan supernatant bening) dan di cek kons. asam laktat, kons. glukosa, serta pH
➢ Analisa Produk o Konsentrasi asam laktat Masukan 5 ml sampel kedalam erlenmeyer 100 ml, tambah 2-3 tetes pp lalu titrasi dengan NaOH 0,01 N hingga berubah warna jadi kuning kemerahan
Catat jumlah NaOH yang terpakai, lakukan secara duplo
Masukan dalam persamaan untuk mendapat konsentrasi asam laktat
o Konsentrasi glukosa sisa Campurkan 5ml sampel dengan 3ml lar. DNS
Panaskan campuran dalam air mendidih selama 15 menit, lalu dinginkan dengan air atau es
Ukur absorbansi dengan Speltrofotometri UV-Vis ( = 540 nm), catat absorbansinya
Substitusikan nilai absorbansi yang terukur ke dalam persamaan garis dari kurva standar glukosa. Persamaan garis y = 0,4685x + 0,0306.
IV.
KESELAMATAN KERJA a. Selama praktikum, mahasiswa harus menggunakan sepatu tertutup, jas lab, masker, dan penutup kepala.
b. Jangan tinggalkan pemanas (hot plate dan water bath) tanpa pengawasan c. Hindari ceceran/ tumpahan cairan mengenai peralatan listrik untuk mencegah terjadinya arus hubungan pendek. d. Hati-Hati dengan penggunaan spiritus
V.
DATA PENGAMATAN 6.1
Dimensi Peralatan Penelitian
Tabel 6.1 Data Dimensi Peralatan Penelitian No. Keterangan Dimensi 1. Tipe Packed bed 2. Tinggi kolom reaktor 40 cm 3. Diameter reaktor 3 cm 4. Tinggi / Volume beads dalam reaktor 24 cm / 170 ml 5. Volume recycle chamber 2000 ml 6.2
Nilai Absorbansi setiap Konsentrasi Glukosa (Metode DNS)
Tabel 6.2 Data Nilai Absorbansi setiap Konsentrasi Glukosa (Metode DNS) Konsentrasi Air Glukosa Absorbansi (g/L) 9 0 0 0 8 1 0,111111111 0,117 7 2 0,222222222 0,364 6 3 0,333333333 0,676 5 4 0,444444444 0,894 4 5 0,555555556 1,114 6.3 Waktu (Jam)
Laju Alir Run 1 Tabel 6.3 Data Laju Alir 3,96 L/Jam V NaOH N NaOH V Sampel (mL)
(N)
Absorbansi
(mL)
0
0
0,01023
5
0,825
2
13,15
0,01023
5
0,787
4
13,9
0,01023
5
0,699
6
13,7
0,01023
5
0,673
8
16,45
0,01023
5
0,615
12
21,4
0,01023
5
0,003
16
24,7
0,01023
5
0,029
20
25
0,01023
5
0,069
24
27,55
0,01023
5
0,027
28
27,7
0,01023
5
0,026
32
27,2
0,01023
5
0,035
6.4 Waktu (Jam)
Laju Alir Run 2 Tabel 6.4 Data Laju Alir 5,4 L/Jam V NaOH N NaOH V Sampel (mL)
(N)
Absorbansi
(mL)
0
0
0,0101
5
0,862
2
18
0,0101
5
0,756
4
18,25
0,0101
5
0,643
6
24,85
0,0101
5
0,582
8
41,25
0,0101
5
0,097
12
42,4
0,0101
5
0,076
16
42,8
0,0101
5
0,092
20
41,4
0,0101
5
0,086
24
44,25
0,0101
5
0,096
28
44
0,0101
5
0,088
32
43
0,0101
5
0,077
VI.
PENGOLAHAN DATA 7.1 Kurva Standar/Kalibrasi Glukosa
Tabel 6.2 Data Nilai Absorbansi setiap Konsentrasi Glukosa (Metode DNS) Konsentrasi Air Glukosa Absorbansi (g/L) 9 0 0 0 8 1 0,111111111 0,117 7 2 0,222222222 0,364 6 3 0,333333333 0,676 5 4 0,444444444 0,894 4 5 0,555555556 1,114 Gambar 7.1 Kurva Kaibrasi Glukosa Kurva Kalibrasi Konsentrasi Glukosa(g/L) terhadap Absorbansi 0.6 y = 0.4685x + 0.0306 R² = 0.9895 Kurva Kalibrasi Konsentrasi Glukosa(g/L) terhadap Absorbansi
Konsentrasi Glukosa (g/L)
0.5
0.4
0.3
0.2
Linear (Kurva Kalibrasi Konsentrasi Glukosa(g/L) terhadap Absorbansi)
0.1
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Absorbansi
Dari gambar di atas didapat persamaan linear y = 0,4685x + 0,0306 7.2 Analisis Konsentrasi Asam Laktat dan Konsentrasi Glukosa Sisa pada Run-1
Run 1
= 20 RPM
Suhu
= 37℃
pH Awal
= 6,98
pH Produk Akhir = 4,93
Waktu (Jam)
Tabel 7.2 Data Run-1 V NaOH N NaOH V Sampel (mL)
(N)
Absorbansi
(mL)
0
0
0,01023
5
0,825
2
13,15
0,01023
5
0,787
4
13,9
0,01023
5
0,699
6
13,7
0,01023
5
0,673
8
16,45
0,01023
5
0,615
12
21,4
0,01023
5
0,003
16
24,7
0,01023
5
0,029
20
25
0,01023
5
0,069
24
27,55
0,01023
5
0,027
28
27,7
0,01023
5
0,026
32
27,2
0,01023
5
0,035
7.2.1
Penentuan Konsentrasi Glukosa Sisa Konsentrasi glukosa sisa dapat dicari dengan metode interpolasi
data absorbansi run-1 sebagai nilai x ke dalam persamaan linear kurva kalibrasi yaitu y = 0,4685x + 0,0306.
Tabel 7.2.1 Data Konsentrasi Glukosa Sisa pada Run-1 Waktu (Jam)
Persamaan Linear
Absorbansi (x)
0
y = 0,4685x + 0,0306
0,825
Konsentrasi Glukoasa Sisa dalam g/L ( y ) dikali factor pengenceran(50) y = (0,4685 (0,825) + 0,0306) x 50 = 20,86 g/L
2
y = 0,4685x + 0,0306
0,787
y = (0,4685 (0,787) + 0,0306) x 50 = 19,97 g/L
4
y = 0,4685x + 0,0306
0,699
y = (0,4685 (0,699) + 0,0306) x 50 = 17,90 g/L
6
y = 0,4685x + 0,0306
0,673
y = (0,4685 (0,673) + 0,0306) x 50 = 17,30 g/L
8
y = 0,4685x + 0,0306
0,615
y = (0,4685 (0,615) + 0,0306) x 50 = 15,94 g/L
12
y = 0,4685x + 0,0306
0,003
y = (0,4685 (0,003) + 0,0306) x 50 = 1,60 g/L
16
y = 0,4685x + 0,0306
0,029
y = (0,4685 (0,029) + 0,0306) x 50 = 2,21 g/L
20
y = 0,4685x + 0,0306
0,069
y = (0,4685 (0,069) + 0,0306) x 50 = 3,14 g/L
24
y = 0,4685x + 0,0306
0,027
y = (0,4685 (0,027) + 0,0306) x 50 = 2,16 g/L
28
y = 0,4685x + 0,0306
0,026
y = (0,4685 (0,026) + 0,0306) x 50 = 2,14 g/L
32
y = 0,4685x + 0,0306
0,035
y = (0,4685 (0,035) + 0,0306) x 50 = 2,35 g/L
7.2.2
Penentuan Konsentrasi Asam Laktat Tabel 7.2.2 Data Konsentrasi Asam Laktat
Waktu (Jam)
V NaOH (mL)
N NaOH (N)
V Sampel (mL)
0
0
0,01023
5
Konsentrasi Asam Laktat (g/L)
N= N=
2
13,15
0,01023
5
N= N=
4
13,9
0,01023
5
N= N=
6
13,7
0,01023
5
N= N=
8
16,45
0,01023
5
N= N=
12
21,4
0,01023
5
N= N=
16
24,7
0,01023
5
N= N=
20
25
0,01023
5
N= N=
24
27,55
0,01023
5
N= N=
28
27,7
0,01023
5
N= N=
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 0 𝑥 90,08 5
= 0 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 13,15 𝑥 90,08 5
= 2,423 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 13,9 𝑥 90,08 5
= 2,561 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 13,7 𝑥 90,08
= 2,524 g/L
5
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 16,45 𝑥 90,08 5
= 3,031 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 21,4 𝑥 90,08
= 3,944 g/L
5
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 24,7 𝑥 90,08
= 4,55 g/L
5
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 25 𝑥 90,08 5
= 4,607 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 27,55 𝑥 90,08 5
= 5,077 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 27,7 𝑥 90,08 5
= 5,105 g/L
32
27,2
0,01023
5
N= N=
7.2.3
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 27,2 𝑥 90,08 5
= 5,013 g/L
Penentuan Yield Produk Asam Laktat terhadap Substrat Dari Tabel 7.2.1 dan Tabel 7.2.2 dapat ditentukan nilai yield pada Run-1 ini yaitu : 𝑌𝑝/𝑠 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡 5,01 − 0,00 𝑌𝑝/𝑠 = 20,86 − 2,35 𝑌𝑝 = 0,2706 𝑠 𝑌𝑝 % = 27,06% 𝑠
Sehingga pada Run-1 diperoleh data sebagai berikut : Tabel 7.2.3 Data Hasil Pengolahan Run-1 Waktu (jam)
Konsentrasi Glukosa (g/L)
Konsentrasi As. Laktat (g/L)
0
20.86
0.00
2
19.97
2.42
4
17.90
2.56
6
17.30
2.52
8
15.94
3.03
12
1.60
3.94
16
2.21
4.55
20
3.15
4.61
24
2.16
5.08
28
2.14
5.11
32
2.35
5.01
Yield (%)
27.06
Sehingga melaui tabel 7.23 dapat dilihat laju pembentukan produk asam laktat yang diiringi dengan pengurangan konsentrasi substrat glukosa pada Run-1 sebagai berikut :
Kurva Pengurangan Konsentrasi Substrat dan Pembentukan Produk Asam Laktat Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat (Konsentrasi Asam Laktat dalam g/L) Kurva Pengurangan Substrat Glukosa (Konsentrasi Glukosa dalam g/L)
25
20
Konsentrasi (g/L)
15
10 y = 0.1292x + 1.745 R² = 0.7917 5
0 0
5
10
15
20
25
30
35
Linear (Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat (Konsentrasi Asam Laktat dalam g/L)) Linear (Kurva Pengurangan Substrat Glukosa (Konsentrasi Glukosa dalam g/L))
y = -0.6742x + 18.915 R² = 0.7532
-5
Waktu (Jam)
7.3 Analisis Konsentrasi Asam Laktat dan Konsentrasi Glukosa Sisa pada Run-2
Run 2
= 30 RPM
Suhu
= 37℃
Konsentrasi NaOH
= 0,0101 N
pH Awal
= 7,11
pH Produk Akhir
= 4,24
Waktu (Jam)
Tabel 7.3 Data Run-2 V NaOH N NaOH (mL)
V Sampel
(N)
Absorbansi
(mL)
0
0
0,0101
5
0,862
2
18
0,0101
5
0,756
4
18,25
0,0101
5
0,643
6
24,85
0,0101
5
0,582
8
41,25
0,0101
5
0,097
12
42,4
0,0101
5
0,076
16
42,8
0,0101
5
0,092
20
41,4
0,0101
5
0,086
24
44,25
0,0101
5
0,096
28
44
0,0101
5
0,088
32
43
0,0101
5
0,077
7.3.1
Penentuan Konsentrasi Glukosa Sisa Konsentrasi glukosa sisa dapat dicari dengan metode interpolasi data absorbansi run-1 sebagai nilai x ke dalam persamaan linear kurva kalibrasi yaitu y = 0,4685x + 0,0306.
Waktu (Jam)
Tabel 7.3.1 Data Konsentrasi Glukosa Sisa Persamaan Linear Absorbansi Konsentrasi Glukoasa Sisa dalam g/L ( y ) dikali factor pengenceran(50)
0
y = 0,4685x + 0,0306
0,862
y = (0,4685 (0,862) + 0,0306) x 50 = 21,722 g/L
2
y = 0,4685x + 0,0306
0,756
y = (0,4685 (0,756) + 0,0306) x 50 = 19,239 g/L
4
y = 0,4685x + 0,0306
0,643
y = (0,4685 (0,643) + 0,0306) x 50 = 16,592 g/L
6
y = 0,4685x + 0,0306
0,582
y = (0,4685 (0,582) + 0,0306) x 50 = 15,163 g/L
8
y = 0,4685x + 0,0306
0,097
y = (0,4685 (0,097) + 0,0306) x 50 = 3,802 g/L
12
y = 0,4685x + 0,0306
0,076
y = (0,4685 (0,076) + 0,0306) x 50 = 3,3103 g/L
16
y = 0,4685x + 0,0306
0,092
y = (0,4685 (0,092) + 0,0306) x 50 = 3,6851 g/L
20
y = 0,4685x + 0,0306
0,086
y = (0,4685 (0,086) + 0,0306) x 50 = 3,544 g/L
24
y = 0,4685x + 0,0306
0,096
y = (0,4685 (0,096) + 0,0306) x 50 = 3,778 g/L
28
y = 0,4685x + 0,0306
0,088
y = (0,4685 (0,088) + 0,0306) x 50 = 3,5914 g/L
32
y = 0,4685x + 0,0306
0,077
y = (0,4685 (0,077) + 0,0306) x 50 = 3,33 g/L
7.3.2
Penentuan Konsentrasi Asam Laktat Tabel 7.3.2 Data Konsentrasi Asam Laktat
Waktu (Jam)
V NaOH (mL)
N NaOH (N)
V Sampel (mL)
0
0
0,0101
5
Konsentrasi Asam Laktat (g/L)
N= N=
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 0 𝑥 90,08 5
= 0 g/L
2
18
0,0101
5
N= N=
4
18,25
0,0101
5
N= N=
6
24,85
0,0101
5
N= N=
8
41,25
0,0101
5
N= N=
12
42,4
0,0101
5
N= N=
16
42,8
0,0101
5
N= N=
20
41,4
0,0101
5
N= N=
24
44,25
0,0101
5
N= N=
28
44
0,0101
5
N= N=
32
43
0,0101
5
N= N=
7.3.3
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,01023 𝑥 18 𝑥 90,08
= 3,275 g/L
5
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 18,25 𝑥 90,08 5
= 3,32 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 24,85 𝑥 90,08 5
= 4,52 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 41,25 𝑥 90,08 5
= 7,505 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 42,4 𝑥 90,08 5
= 7,715 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 42,8 𝑥 90,08 5
= 7,787 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 41,4 𝑥 90,08 5
= 7,533 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 44,25 𝑥 90,08 5
= 8,051 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 44 𝑥 90,08 5
= 8,006 g/L
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 0,0101 𝑥 43 𝑥 90,08 5
= 7,82 g/L
Penentuan Yield Produk Asam Laktat terhadap Substrat
Dari Tabel 7.3.1 dan Tabel 7.3.2 dapat ditentukan nilai yield pada Run-2 ini yaitu : 𝑌𝑝/𝑠 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡 7,82 − 0,00 𝑌𝑝/𝑠 = 21,72 − 3,33 𝑌𝑝 = 0,4252 𝑠 𝑌𝑝 % = 42,52% 𝑠
Tabel 7.3.3 Data Hasil Pengolahan Run-2 Waktu (jam)
Konsentrasi
Konsentrasi
Glukosa
As. Laktat
(g/L)
(g/L)
0
21.72
0.00
2
19.24
3.28
4
16.59
3.32
6
15.16
4.52
8
3.80
7.51
12
3.31
7.72
16
3.69
7.79
20
3.54
7.53
24
3.78
8.05
28
3.59
8.00
32
3.33
7.82
% yield
42.52
Melalui Tabel 7.3.3 dapat dilihat laju pembentukan asam laktan dan pengurangan substrat glukosa sebagai berikut :
Gambar 7.3.3 Kurva Laju Pengurangan Substrat Glukosa dan Pembentukan Produk Asam Laktat
Kurva Laju Pengurangan Substrat Glukosa dan Pembentukan Produk Asam Laktat 25
Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat(Konsent rasi Asam Laktat dalam g/L)
20
Konsentrasi (g/L)
15 y = 0.1968x + 3.2399 R² = 0.6207
10
Kurva Pengurangan Substrat Glukosa(Konse ntrasi Glukosa dalam g/L)
5
0 0 -5
5
10
15
20
Waktu (Jam)
25 30 35 y = -0.546x + 16.431 R² = 0.6315
Linear (Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat(Konsent rasi Asam Laktat dalam g/L))
VII.
PEMBAHASAN
Nama : Riana Putri Agustin NIM : 191411055 Praktikum kali ini yaitu mengenai Imobilisasi Sel dan Evaluasi Kinerja Imobilisasi Sel Bakteri Lactobacillus casei dengan Reaktor Packed Bed. Ada tiga kelompok metode imobilisasi, yaitu: metode carrier binding, metode cross linking, dan metode entrapping. Teknik imobilisasi yang paling baik adalah yang memenuhi kriteria utama tidak terjadi perubahan konformasi enzim dan tidak mengganggu gugus fungsi di pusat aktif enzim sehingga enzim tetap dapat berfungsi. Metode penjebakan enzim lebih banyak digunakan karena enzim ada dalam keadaan bebas dan tidak terikat pada bahan pendukung sehinga secara relatif fungsi katalitik dan struktur alami molekul enzim tidak mengalami gangguan goncangan. Immobilisasi sel dibagi menjadi dua yaitu imobilisasi aktif dan pasif. Imobilisasi aktif dibagi menjadi dua yaitu metode pengikatan dan metode penjeratan. Pada praktikum kali ini melakukan percobaan dengan immobilisasi aktif metode penjeratan dengan matriks pedukung alginate. Setelah melaksanakan praktikum tersebut sesuai dengan prosedur maka akan didapatkan data-data pengamatan kemudian data-data tersebut dihitung lalu membuat Kurva Standar/Kalibrasi Glukosa (g/L) terhadap absorbansi sehingga didapat persamaan linear y = 0,4685x + 0,0306 dan R2 = 0.9895 . lalu pada analisis Konsentrasi Asam Laktat dan Konsentrasi Glukosa Sisa pada Run-1 = 20 RPM pada suhu 37 oC; pH awal didapatkan 6,98 sedangkan pada pH produk akhir didapatkan 4,93. Dan pada run 2 = 30 RPM pada suhu 37oC dengan konsentrasi NaOH 0,0101 N; pH awal 7,11 sedangkan pada Ph produk akhir didapatkan 4,24. Analisis produk dilakukan sebagai indikator setelah terbentuknya asam laktat. Selanjutnya menghitung persen yield Produk Asam Laktat terhadap Substrat pada run 1 didapatkan 27,06% sedangkan persen yield pada run 2 didapatkan 42,52 %. Yield produk per substrat (Yp/s) merupakan salah satu parameter penting yang menggambarkan efisiensi konversi substrat menjadi produk. Kondisi optimum bakteri lactobacillus casei biasanya pada temperatur 37C dan nilai pH 6 untuk pertumbuhan dan pembentukan produk. Dalam proses fermentasi aktivitas bakteri asam laktat dapat menurunkan pH lingkungan dari kondisi netral menjadi asam, bakteri Lactobacillus casei dapat menurunkan pH lingkungan hingga 3,44-4,19. Gula dan tepung sering digunakan sebagai sumber karbon untuk media produksi asam laktat secara komersial. Konsentrasi glukosa melebihi 50 g/L pada media fermentasi akan menurunkan kinerja bakteri karena terjadi hambatan pada pertumbuhan bakteri oleh substrat (Shuler dan Kargi, 1992). Nama : Rizal Fadhilah Anwar NIM : 191411056
Modul 6 : Imobilisasi Sel 1. Proses Imobilisasi Sel •
Langkah pertama, Pembuatan media nutrient agar. Pembuatan nutrient agar dapat dilakukan dengan mencampurkan bahan-bahan yang diperlukan kedalam aquades yang selanjutnya dilakukan proses pada autoclave sehingga dihasilkan nutrient agar.
•
Langkah Kedua, Pembuatan Inokulum Yakult digunakan sebagai starter untuk pembuatan inokulum, hal ini karena pada yakult terdapat bakteri yang dibutuhkan untuk proses imobilisasi. Hasil akhir dari proses ini merupakan terbentuknya MRS Broth yang didapat dengan melarutkan glukosa sebanyak 2 gram, yeast extract 2 gram, beef extract 0,4 gram, K2HPO4 0,2 gram, MgSO4 0,02 gram, Tween 0,1 mL dan MnSO4 0,005 gram dalam 100 mL aquades. Selanjutnya, pencampuran Lactobacillus Casei dengan MRS Broth yang kemudian dilakukan proses inkubasi agar mendapatkan inokulum yang diharapkan.
•
Langkah Ketiga, Pembuatan sel Imobilisasi Pembuatan sel imobilisasi dapat dimulai dengan melarutkan 5,1 gram natrium alginat ke dalam 140 ml aquades yang kemudian di pasteurisasi pada suhu 80oC selama 15 menit yang bertujuan agar tidak ada kontaminasi saat proses. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi dengan tujuan agar terbentuk endapan berupa natrium alginate. Setelah itu, suntikkan campuran tersebut ke dalam 1000 ml larutan 0,2 M CaCl2 steril menggunakan spuit steril. Larutan natrium alginat akan mengeras dan membentuk beads berdiameter 3 – 4 mm.
2. Kondisi Proses A. pH Proses Imobilisasi sel dengan bantuan bakteri Lactobacillus Casei dapat berjalan optimal di pH ±6 . Hal ini dikarenakan pada pH tersebut pertumbuhan isolate-isolat Lactobacillus yang paling tinggi. B. Suhu
Suhu yang diatur pada proses yaitu berkisar antara 30-40oC. Suhu yang diatur merupakan suhu optimum untuk pertumbuhan ataupun untuk proses yang melibatkan bakteri. Hal ini dikarenakan pada suhu tersebut, bakteri aktif bermetabolisme.
3. Penggunaan Yakult pada proses Yakult yang digunakan pada proses bertujuan untuk mempersingkat atau mempermudah proses. Karena yakul merupakan starter atau sumber mikroba yang dibutuhkan pada proses. Sehingga, untuk tidak membuat media starter dari awal maka digunakan yakult. 4. Karakteristik Reaktor Matriks pendukung sel imobilisasi biasanya mudah rusak, maka dipilih bioreaktan yang mempunyai gaya gesekan hidrodinamik yang kecil. Reaktor yang menggunakan pengaduk mekanik biasa digunakan untuk matriks pendukung yang 10 tidak mudah rusak. Reaktor tersebut dioperasikan dengan cara mengalirkan larutan nutrient melewati sel imobilisasi.
5. Faktor Pola Aliran pada Reaktor Packed Bed Pola aliran pada reaktor packed bed dapat dioperasikan dengan dua pola aliran yaitu pola aliran dari atas dan pola aliran dari bawah. Pola aliran dari atas tidak banyak digunakan karena enzim imobil yang berada pada bagian bawah reaktor akan menyebabkan
pemampatan reaktor oleh matriks natrium alginat. Sedangkan pola aliran ke atas banyak digunakan karena enzim imobil tidak menghalangi pengeluaran produk asam laktat dan dapat langsung kontak dengan substrat. 6. Aliran dalam Reaktor Packed Bed Aliran fluida dapat dibedakan menjadi aliran laminar dan aliran turbulen, tergantung pada jenis garis alir yang dihasilkan oleh partikel-partikel fluida. Aliran dapat disebut laminar atau turbulen yaitu dengan cara menggunakan Bilangan Reynold. Aliran laminar merupakan aliran yang bergerak sejajar (laminar) tanpa ada arus turbulen (pusaran) yang akan merusak matriks natrium alginat yang terdapat di dalam reaktor. 7. Matriks pada proses Matriks yang digunakan pada proses memiliki karakteristik semipermeabel. Matriks penjerat
berupa
gel
umumnya
memiliki
bentuk
seperti
manik-manik
(beads) berukuran 1-5 mm. Matriks penjerat memiliki beberapa kekurangan yaitu, buruknya kekuatan mekanik serta panjang struktur gel yang terbatas. Struktur gel mudah hancur akibat pertumbuhan sel didalam beads dan adanya produksi karbon dioksida dari proses fermentasi (Willaert, 1996). Alasan mengapa matriks yang digunakan pada proses adalah matriks semipermeabel, hal ini karena matriks tersebut dapat meloloskan subtract atau nutrient ke media fermentasi.
8. Fungsi Pasteurisasi Pasteurisasi bertujuan untuk menghilangan spora agar produk yang dihasilkan tidak terkontaminasi sehingga yield yang didapat dapat optimal.
9. Selter Imobilisasi Beads yang baik atau bagus adalah beads dengan komposisi Natrium Alginat = Air. Hal ini dikarenakan jika komposisi air berlebih akan membuat beads terlalu encer. Dan sebaliknya, jika komposisi natrium alginate lebih banyak maka beads yang dihasilkan akan terlalu padat. Beads yang padat akan mengakibatkan hambatan difusi yang besar sehingga substrat tidak akan/sulit terkonversi menjadi produk.
10. Penggunaan Natrium Alginat sebagai matriks Na-alginat digunakan untuk imobilisasi sel bakteri dikarenakan Na alginat yang ditambahkan ke dalam CaCl2 mudah membentuk matriks gel (beads) berupa Ca-alginat di sekeliling sel-sel bakteri, tidak beracun, murah, dan cara pengerjaannya yang sederhana dan mudah serta dapat mencapai usus dan melepaskan sel-sel bakteri yang terperangkap dalam beads (Amir et al., 2007). Chandramouli et al. (2004) mengungkapkan bahwa penggunaan konsentrasi larutan alginat lebih dari 2% tidak memungkinkan untuk menghasilkan beads homogen karena peningkatan viskositas larutan dan penurunan difusivitas massa. Imobilisasi sel yang hanya menggunakan gel alginat masih dapat menyebabkan lepasnya sel dari dalam beads selama penyimpanan. Hal ini karena matriks yang dihasilkan masih berpori, sehingga menyebabkan medium dapat berdifusi ke dalam matriks dan kekuatan perlindungannya menurun seiring penyimpanan. Menurunnya kekuatan perlindungan matriks juga menyebabkan beberapa sel yang dijerat dapat terlepas keluar. Lepasnya sel dari dalam beads juga salah satu penyebab perubahan pada carrier, oleh karena itu alginat dapat dikombinasikan dengan bahan lain untuk dapat meningkatkan kemampuan perlindungannya terhadap sel-sel bakteri yang dijerat
11. Jumlah Glukosa Glukosa yang digunakan pada proses kali ini diharapkan tidak lebih dari 50gr/L karena akan menghambat konversi substrat menjadi produk.
Modul 7 : Evaluasi Kinerja Sel Terimobilisasi
Kurva Pengurangan Konsentrasi Substrat dan Pembentukan Produk Asam Laktat (RUN 1) Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat (Konsentrasi Asam Laktat dalam g/L) Kurva Pengurangan Substrat Glukosa (Konsentrasi Glukosa dalam g/L)
25
20
Konsentrasi (g/L)
15
10
y = 0.1292x + 1.745 R² = 0.7917 5
0 0
-5
5
10
15
20
25
30
35
y = -0.6742x + 18.915 R² = 0.7532 Waktu (Jam)
Linear (Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat (Konsentrasi Asam Laktat dalam g/L)) Linear (Kurva Pengurangan Substrat Glukosa (Konsentrasi Glukosa dalam g/L))
Kurva Laju Pengurangan Substrat Glukosa dan Pembentukan Produk Asam Laktat (RUN 2) 25
Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat(Konsent rasi Asam Laktat dalam g/L)
20
Konsentrasi (g/L)
15 y = 0.1968x + 3.2399 R² = 0.6207
10
Kurva Pengurangan Substrat Glukosa(Konse ntrasi Glukosa dalam g/L)
5
0 0
5
10
-5
15
20
Waktu (Jam)
25 30 35 y = -0.546x + 16.431 R² = 0.6315
Linear (Kurva Pembentukan Produk Asam Laktat(Konsent rasi Asam Laktat dalam g/L))
1. Komparasi Konsentrasi Asam Laktat yang terbentuk terhadap laju alir. Pada 2 grafik di atas, dimana run 1 terjadi pada laju alir 3,96L/jam dan run 2 terjadi pada laju alir 5,4 L/jam. Pada run 1 dan run 2 konsentrasi asam laktat yang terbentuk meningkat seiring dengan penurunan konsentrasi glukosa. Hal ini menunjukan bahwa glukosa yang ada terkonversi menjadi asam laktat dan mengindikasikan bahwa mikroba aktif bermatabolime.
2. Yield yang Dihasilkan Yield asam laktat yang tinggi dengan metoda imobilisasi sel akan diperoleh jika bentuk reaktor packed bed dirangkai dan dibuat dengan dimensi peralatan yang tepat. Selain dimensi reaktor packed bed yang tepat, yield asam laktat yang tinggi diperoleh jika rangkaian peralatan pendukung dari reaktor packed bed juga tepat. Rangkaian reaktor tersebut harus dilakukan dengan tepat agar menghasilkan produk dengan konsentrasi yang tinggi.
Kinerja reaktor packed bed dipengaruhi oleh berbagai kondisi operasi seperti laju alir, konsentrasi substrat, pH, dan suhu media. Pada penelitian ini akan di evaluasi kinerja melalui variabel laju alir. Laju alir media fermentasi yang besar diharapkan akan menghasilkan laju alir volumetrik dari produk yang besar pula, namun hal itu tergantung kemampuan sel Acetobacter Aceti mengubah glukosa menjadi asam laktat. Laju alir yang digunakan pada percobaan kali ini adalah 3,96L/jam dan 5,4L/jam. Penggunaan dua laju alir yang berbeda bertujuan untuk bisa mengetahui laju alir optimum untuk proses imobilisasi. Hal ini dibuktikan dengan kurva konsentrasi asam laktat yang terbentuk, dimana pada laju alir 5,4 L/jam menghasilkan yield yang lebih besar dibandingkan dengan laju alir 3,96 L/jam. Pada reactor packed bed, laju alir yang rendah dapat membuat penyumbatan yang mengakibatkan produk/yang dihasilkan rendah. Oleh karena itu pada laju alir 5,4 L/jam yield yang dihasilkan lebih besar, hal ini dikarenakan pada laju alir 5,4 L/jam penyumbatan yang terjadi pada reactor tidak lebih besar dari laju alir 3,96L/jam. Nama : Rosyidah Khoirunnisa NIM : 191411057 Pada praktikum kali ini dibuat sel imobilisasi dari Sel Bakteri Lactobacillus casei dan dilihat kinerja dari sel imobilisasi yang telah dibuat dengan dilakukan fermentasi asam laktat menggunakan reaktor packed bed. Sel imobilisasi yang digunakan merupakan jenis imobilisasi aktif dengan metode pernjeratan dan pengikatan menggunakan matriks pendukung (penjerat) yaitu Natrium Alginat. Natrium alginat dipilih karena murah, mudah didapat, bersifat inert, dan cukup mudah untuk keluar masuknya substrat dan produk sehingga tidak menghambat proses fermentasi. Reaktor packed bed dipilih karena sederhana, biaya murah, tidak mudah merusak matriks. Sel Lactobacillus casei dipilih karena merupakan bakteri gram positif, anaerob fakultatif, non-motil, tidak membentuk spora, dan berbentuk batang, bersifat toleran terhadap asam, tidak dapat mensintesis porfirin dan menghasilkan asam laktat sebagai produk akhir metabolisme (±50% asam laktat dan 50% bahan seperti asam asetat, etanol, dan CO2). Pengadukan pada media produksi bertujuan supaya media tetap homogen. Berdasarkan data yang telah didapat dilakukan pengolahan data untuk menentukan besar konsentrasi asam laktat dan konsentrasi glukosa sisa. Konsentrasi glukosa sisa dapat dicari dengan metode interpolasi data absorbansi sebagai nilai x ke dalam persamaan linear kurva kalibrasi yaitu y = 0,4685x + 0,0306 dikali faktor pengenceran (50). Sedangkan
𝑔
penentuan besar konsentrasi asam laktat dilakukan dengan menggunakan persamaan 𝑁 ( 𝑙 ) = 𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙
dan penentuan yield produk asam laktat terhadap substrat dengan
menggunakan 𝑌𝑝 𝑠
=
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡
persamaan .
Pada run-1 dan run-2 diperoleh %yield asam laktat berturut-turut sebesar 27,06% dan 42,52%. Perbedaan besar yield asam laktat yang dihasilkan diakibatkan oleh perbedaan kondisi proses yang dialami pada run-1 dan run-2 dimana run-2 memiliki kecepatan putaran (rpm) yang lebih besar, laju alir yang lebih besar (L/jam), pH awal lebih tinggi dan pH akhir lebih rendah. Untuk glukosa sisa juga demikian, glukosa sisa pada run-1 lebih kecil dibandingkan run-2 (saat t=32). Pada kurva pengurangan konsentrasi substrat dan pembentukan produk asam laktat untuk run-1 dan run-2 terlihat bentuk kurva yang hampir mirip. Ini menandakan semakin banyak asam laktat yang terbentuk maka jumlah glukosa sisa akan semakin sedikit jumlah glukosa sisa pada saat t. Pada awalnya asam laktat belum terbentuk dan glukosa belum mengalami pengurangan. Sedangkan diakhir ketika jumlah asam laktat semakin banyak, jumlah glukosa pun secara bertahap berkurang. Nama : Salma Sabyla Rachmawati NIM : 191411058 Pembahasan Pada praktikum kali ini kami melakukan percobaan produksi asam laktat dengan metode immobilisasi sel secara dalam jaringan melalui video simulasi dari sel imobilisasi dan evaluasi kinerja reactor packed column pada proses imobilisasi sel pada produksi asam laktat .Sel immobilisasi adalah sel yang dibatasi ruang geraknya oleh suatu matriks sehingga sel dapat recycle. Selain itu, penggunaan immobilisasi sel ini juga dapat mengurangi wash out pada laju alir yang tinggi, menyebabkan kestabilan genetik, juga menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.Sehingga dengan digunakannya sel bakteri dalam produksi asam laktat diharapkan proses fermentasi tidak menghasilkan produk samping yang toksik dan proses yang terjadi mengarah pada proses pembentukan produk dan menekan pembentukan biomassa. Immobilisasi sel dibagi menjadi dua yaitu imobilisasi aktif dan pasif. Imobilisasi aktif dibagi menjadi dua yaitu metode pengikatan dan metode penjeratan. Pada praktikum kali ini praktikan melakukan percobaan dengan immobilisasi aktif metode penjeratan dengan matriks pedukung Natrium alginate yang kemudian direaksikan dengan CaCl2 sehingga membentuk
Kalsium Alginate. Penggunaan matriks berupa Natrium Alginate dilakukan karena matriks ini ramah terhadap sel, proses pembuatannya cukup mudah dan murah serta memiliki stabilitas yang tinggi. Pertama-tama dilakukan pembuatan inokulum atau starter dengan media pertumbuhannya yaitu MRS Broth untuk bakteri Lactobacillus casei. Lactobacillus casei adalah mikroba yang dapat menghasilkan asam laktat sebagai produk fermentasinya. Hal pertama yang dilakukan adalah mengembangbiakkan Acetobacter aceti dalam media pertumbuhan (media aktivasi) dalam kondisi aseptis. Kondisi aseptis tersebut bertujuan agar mencegah adanya mikroorganisme dari luar yang masuk ke dalam media aktivasi. Media aktivasi berupa MRS Broth tersebut terdiri dari pepton, yeast extract dan glukosa sebagai sumber glukosa. MRS Broth yang digunakan mengandung nutrisi-nutrisi yang dibutuhkan selama pertumbuhan bakteri Lactobacillus caseis seperti ekstrak ragi (yeast extract) berfungsi sebagai sumber vitamin (thiamin, riboflavin, niasin, piridoksin,dan asam pantotenat), sebagai growth factor, substrat, sumber asam amino tunggal, sumber peptida, dan sumber nitrogen; glukosa berfungsi sebagai sumber karbon yang akan dirombak dan digunakan untuk membangun massa sel, proses metabolisme, dan membentuk produk, glukosa akan masuk ke dalam sel dan digunakan sebagai persediaan energi yang dibutuhkan dalam perkembangbiakannya. Tujuan dari pembuatan media aktivasi berupa MRS Broth adalah memperbanyak sel Lactobacillus casei yang akan dibuat dalam matriksnya (dalam bentuk beads) sebagai sumber pembuatan asam laktat yang pada prosesnya dilakukan dalam reactor packed bed sehingga dapat dilakukan evaluasi kinerja dari reactor packed bed terhadap produksi asam laktat dengan sel yang terimobilisasi. Kemudian kulturkerja dipindahkan ke media pertumbuhan dengan menggunakan jarum ose. Inokulum itu lalu di inkubasi pada suatu alat yaitu incubator shaker dengan kecepatan putaran 150 rpm pada suhu 30℃ dengan durasi 24 jam agar bakteri tumbuh secara maksimal. Selain media aktivasi, media lain yang dibuat adalah media produksi. Media produksi mengandung komposisi glukosa (sebagai sumber karbon), MgSO4.7H2O (sebagai sumber Mg),yeast ekstrak, beef ekstrak, MnSO4.H2O(sebagai sumber Mn), tween 80, dan aquadest . Media produksi ini berfungsi sebagai laju alir dalam reaktor kolom. Selain media-media tersebut, dibuat juga media penjerat sel berupa natrium alginate. Pembuatan ini dilakukan
dengan melarutkan 5,1 gram natrium alginat ke dalam 140 mL aquades yang kemudian dipasteurisasi dengan suhu 80°C selama 10 menit dengan dilakukan pengadukan seselkali dengan wadah tertutup.Kemudian dilakukan pendinginan larutan hingga mencapai suhu ruang sekitar 30-40°C setelah 10 menit setelah dilakukan penghentian proses pateurisasi hingga mencapai suhu ruang sekitar 30-40°C. Natirum alginat yang sudah dicampur dengan media aktivasi kemudian dimasukan ke dalam larutan CaCl2 dengan cara disuntikkan menggunakan suntikan steril. Larutan CaCl2 berfungsi untuk menstabilkan beads (sebagai isotonik) yang dibuat dan memperkuat dinding beads. Ikatan antara kalsium dengan alginat adalah ikatan khelat yaitu antara kalsium dengan rantai L-guluronat dari alginat (Morris et al, 1978), karena ikatan inilah beads akan terbentuk dengan sendirinya. Proses tersebut harus dilakukan secara aseptis dan semua alat yang digunakan harus disterilisasi terlebih dahulu.Pada proses ini larutan natrium alginat akan mengeras dan membentuk beads dengan diameter 3-4 mm. Ukuran dari beads ini akan berpengaruh pada perpindahan massa yang terjadi dimana jika beads yang dihasilkan besar makan akan menghambat dari perpindahan massa dan sebaliknya, semakin kecil ukuran beads maka akan akan semakin kecil juga perpindahan massa yang terjadi. Pada produksi asam laktat ini,jenis reactor yang digunakan adalah Packed Column Reactor secara batch karena reactor ini tidak membutuhkan volume reactor yang besar serta memiliki gesekan hydrodynamic kecil sehingga tidak terjadi kerusakan pada matriks yang umumnya bersifat rapuh. Selanjutnya sel immobilisasi yang telah dibuat, dimasukkan ke dalam kolom yang telah disterilkan menggunakan alcohol 70%. Kemudian dilakukan kalibrasi laju alir pada pompa peristaltik,setelah beads dimasukkan ke dalam packed bed dan media produksi dimasukan ke dalam recycle chamber 2 variasi laju alir atau 2 variasi Q (Liter/jam).. Media produksi akan masuk memenuhi reaktor packed bed dari bawah sehingga terjadi overflow dan media produksi akan mengalir kembali ke dalam recycle chamber. Proses ini menghasilkan asam laktat yang konsentrasinya akan terus meningkat setiap waktunya. Dengan adanya peningkatan produksi asam laktat maka konsentrasi dari substrat semakin berukang. Pada praktikum kali ini, diberikan data pengamatan di mana ampel diambil setiap 2 dan 4 jam sekali sebanyak 11 kali. Sampel yang diambil berupa asam laktat untuk dianalisis konsentrasinya menggunakan titrasi dengan NaOH 0.01 N, dan juga kandungan glukosa sisa sebagai substrat pada proses
fermentasi ini menggunakan metode pereaksi asam reagen dinitrosalisilat (DNS), dan pH menggunakan pHmeter. Pada variasi laju alir , dibuat dua variasi yaitu Run-1 dengan laju alir 3,96 L/jam ( 20 rpm ) dan Run-2 dengan laju alir 5,4 L/jam (30 rpm) pada suhu yang sama yaitu 37°C . Untuk mengetahui kinerja dari sel terimobilisasi dalam reactor packed bed, perlu ditinjau laju peningkatan produksi asam laktat dan pengurangan substrat dengan melihat perubahan konsentrasinya tiap waktu. Maka dibuatlah kurva kalibrasi yang menjadi acuan penentuan nilai konsentrasi glukosa pada Run-1 dan Run-2 .Pembuatan kurva kalibrasi konsentrasi glukosa terhadap nilai absorbansi dibuat menggunakan metode DNS. Sehingga didapatkan persamaan garis y = 0,4685x + 0,0306 dengan factor pengenceran sebesar 50 kali. Nilai konsentrasi glukosa didapat dengan mensubstistusikan nilai absorbansi setiap pada Run-1 dan Run-2 sebagai nilai x yang kemudian akan didapat konsentrasi glukosa sebagai nilai y. Kondisi Run-1 dan Run-2 pun divariasikan 𝑁 (𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑔/𝐿) =
Sedangkan nilai konsentrasi asam laktat didapat melalui perhitungan
𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥 𝐵𝐸 𝐴𝑠𝑎𝑚 𝐿𝑎𝑘𝑡𝑎𝑡 𝑉𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙
Run Waktu Konsentrasi
1
. Sehingga didapat data sebagai berikut: Run
Konsentrasi Konsentrasi
(jam) Glukosa (g/L) As.
Laktat Glukosa
2 Konsentrasi As. Laktat
(g/L)
(g/L)
(g/L)
0
20.86
0.00
21.72
0.00
2
19.97
2.42
19.24
3.28
4
17.90
2.56
16.59
3.32
6
17.30
2.52
15.16
4.52
8
15.94
3.03
3.80
7.51
12
1.60
3.94
3.31
7.72
16
2.21
4.55
3.69
7.79
Kemudian
20
3.15
4.61
3.54
7.53
24
2.16
5.08
3.78
8.06
28
2.14
5.11
3.59
8.00
32
2.35
5.01
3.33
7.82
dicari
yield
dari
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑡
tiap
run
melalui
perhitungan
𝑌𝑝 𝑠
. Dan nilai % yield didapat dengan mengalikan
=
𝑌𝑝 𝑠
dengan 100% sehingga didapat :
% Yield
Run 1
Run 2
27,06 %
42,52
Sehingga didapat nilai yield produk terhadap susbtrat pada Run-2 lebih besar dari Run-1.Jika dilihat dari data percobaan,variasi Run-1 dan Run-2 juga dibedakan dpada kondisi pH sebelum dan sesudah dimana nilai pH pada produk awal lebih besar dibandingkan dengan pH pada produk akhir. Pada run-1 nilai pH awal 6,98 dan pH akhir 4,93. Sedangkan, pada run-2 didapatkan pH awal 7,11 dan pH akhir 4,24. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin lama waktu fermentasi maka kondisi semakain asam sehingga hal ini menunjukan bahwa semakin lama waktu fermentasi semakin tinggi pula konsentrasi asam laktat yang terbentuk ditunjukkan dengan pH yang menurun. Jika ditinjau dari yield yang dihasilkan dapat dilihat dan dinilai pada kondisi atau variasi mana sel imobilisasi dapat bekerja secara optimal dalam reaktor packed bed. Didapatkan nilai yield pada Run-1 dan run-2 secara berturut-turut yaitu 27.06% dan 42,52%. Sehingga dapat dikatakan bahwa laju alir optimum pada pembuatan produk Asam Laktat pada 30 rpm (5,4 L/jam) dimana pada kondisi proses tersebut yield produk terhadap substrat yang dihasilkan lebih besar dibandingkan pada Run-1 dimana laju alirnya lebih rendah 20 rpm(3,96 L/jam) . Nilai yield produk terhadap substrat yang tinggi pada Run-2 menunjukan bahwa waktu tinggal pada Run-2 lebih panjang dan waktu tinggal pada Run-1 lebih pendek sehingga yield produk terhadap substrat yang dihasilkan lebih rendah. Dan dapat dikatakan bahwa semakin tinggi laju alir maka nilai yield produk terhadap
substrat semakin besar. Sehingga jika ingin pembentukan produk asam laktat optimal maka kondisi proses sebisa mungkin menunjang agar mikroba menghasilkan produk metabolit yang diinginkan dan sebisa mungkin mencegah media produksi justru menjadi media pertumbuhan dengan cara mengatur kondisi lingkungan sedemikian rupa sehingga mampu menekan laju pertumbuhan mikroba dan menaikkan laju pembentukan produk. Selain itu, lebih tingginya nilai yield produk terhadap substrat pada Run-2 menunjukan bahwa pada Run-2 kinerja sel imobilisasi lebih optimal dan proses imobilisasi baik dimana tingginya konsentrasi produk yang didapat merupakan indikator keberhasilan imobilisasi sel.
IX. KESIMPULAN Nama : Riana Putri Agustin NIM : 191411055 Sel immobilisasi adalah sel yang dibatasi ruang gerak/mobilitasnya di dalam matriks tertentu sehingga tidak terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali. Pada praktikum kali ini melakukan percobaan dengan immobilisasi aktif metode penjeratan dengan matriks pedukung alginate. persen yield Produk Asam Laktat terhadap Substrat pada run 1 didapatkan 27,06% sedangkan persen yield pada run 2 didapatkan 42,52 %. Yield produk per substrat (Yp/s) merupakan salah satu parameter penting yang menggambarkan efisiensi konversi substrat menjadi produk. Nama : Rizal Fadhilah Anwar NIM : 191411056 Modul 6 : Imobilisasi sel 1. Matriks yang digunakan pada praktikum kali ini adalah Natrium Alginat. Na-alginat digunakan untuk imobilisasi sel bakteri dikarenakan Na alginat yang ditambahkan ke dalam CaCl2 mudah membentuk matriks gel (beads) berupa Ca-alginat di sekeliling selsel bakteri, tidak beracun, murah, dan cara pengerjaannya yang sederhana dan mudah serta dapat mencapai usus dan melepaskan sel-sel bakteri yang terperangkap dalam beads (Amir et al., 2007). 2. Hal yang perlu diperhatikan pada proses imobilisasi sel adalah jenis matriks yang
digunakan, reactor yang digunakan dan suhu maupun pH substrat. Modul 7 : Kinerja Imobilisasi sel 1. Yield yang dihasilkan dipengaruhi oleh kinerja dari alat yaitu reactor packed bed. 2. Laju alir yang lebih tinggi (5,4L/jam) dapat menghasilkan yield yang lebih besar. 3. Pada kondisi proses yang berbeda, kemampuan sel acetobacter aceti berbeda untuk mengubah glukosa menjadi asam laktat.
Nama : Rosyidah Khoirunnisa NIM : 191411057 ➢ Sel imobilisasi dibuat dengan beberapa tahap, antara lain: a. Pembuatan media NA b. Persiapan mikroba dan pembuatan inokulum c. Pembuatan sel imobilisasi Semua tahap dilakukan secara aseptis Beads yang baik berukuran 3-4mm ➢ Matriks pendukung baik digunakan jika: a. Tidak mudah larut dalam air (media fermentasi) b. Mudah dimasuki oleh substart dan keluar produk c. Bersifat inert d. Menjerat sel bebas e. Mudah digunakan f. Murah g. Membentuk koloid kental h. Stabil pada perubahan pH ➢ Prosedur penggunaan sel terimobilisasi dalam proses fermentasi adalah sebagai berikut a. Kalibrasi terlebih dahulu rangkaian reaktor packed bed yang akan digunakan menggunakan aliran air b. Membuat media produksi
c. Melakukan proses fermentasi i. Rangkai seluruh reaktor ii. Masukan beads dalam packed bed iii. Masukan media produksi dalam recycle chamber yang berisi magnet stirrer untuk menjaga homogen iv. Pastikan laju alir semua terbuka v. Nyalakan pompa peristaltik vi. Ambil sampel pada waktu tertentu beberapa kali Kondisi operasi aseptis dan steril (gunakan alkohol) ➢ Laju alir optimum yang baik digunakan untuk fermentasi asam laktat dari sel bakteri lactobacillus casei menggunakan reaktor packed bed berdasarkan data percobaan daring yang telah diberikan pembimbing adalah sebesar 30 rpm. ➢ Data hasil perhitungan a. Run-1 (20 rpm) − Laju Alir 3,96 L/Jam − Suhu 37℃ − pH Awal 6,98 − pH Produk Akhir 4,93 − glukosa sisa (saat t=32) 2,35 g/L − asam laktat (saat t=32) 5,013 g/L − %yield asam laktat 27,06% − Persamaan garis kurva glukosa sisa vs produk asam laktat y = -0,6742x + 18,915 R² = 0,7532 b. Run-2 (30 rpm) − Laju Alir 5,4 L/Jam − Suhu 37℃ − pH Awal 7,11 − pH Produk Akhir 4,24 − glukosa sisa (saat t=32) 3,33 g/L
− asam laktat (saat t=32) 7,82 g/L − %yield asam laktat 42,52% − Persamaan garis kurva glukosa sisa vs produk asam laktat y = -0,546x + 16,431 R² = 0,6315
Nama : Salma Sabyla Rachmawati NIM : 191411058 ➢ Teknik imonilisasi sel merupakan pembatasan gerak sel pada suatu matriks tertentu. Dimana pada praktikum kali ini, dilakukan imobilisasi sel pada bakteri Lactobacillus caseiPembuatan sel imobilisasi dilakukan pencampuran antara media pertumbuhan menggunakan bakteri Lactobacillus casei dengan metode penjeratan pada matriks berupa d Natrium alginate. ➢ Pada praktikum kali ini digunakan matriks pendukung sel yang memiliki sifatnya mudah rusak berupa Natrium Alginat. Natrium Alginat dipilih
karena memiliki
sifatyang ramah terhadap sel, mudah dalam proses pembuatannya dan harganya murah,serta dapat memberikan kekuatan dan fleksibilitas pada suatu jaringan sehingga memiliki kemampuan untuk membentuk gel yang bereaksi dengan ion-ion kalsium, viskositas tinggi serta memiliki stabilitas yang baik. ➢ Pada praktikum kali ini,proses fermentasi asam laktat memanfaatkan/menggunakan sel bakteri Lactobacillus casei yang sudah melewati proses imobilisasi sel sehingga mampu mengoptimalkan pembentukan produk asam laktat yang diuji dengan memvariasikan nilai laju alir untuk mengetahui laju alir optimum pembentukan produk asam laktat oleh Lactobacillus casei yang terimobilisasi . ➢ Pada praktikum ini,didapat bahwa Laju alir optimum pembentukan asam laktat oleh bakteri Lactobacillus caseiyang terimobilisasi
pada reactor packed bed yang
menghasilkan konsentrasi dan yield asam laktat tertinggi pada 30 rpm (5,4 L/jam) dengan nilai konsentrasi sebesar 8,06 g/L dan nilai %yield produk terhadap substrat sebesar 42,52%
pada Run-2 dibandingkan dengan Run-1 yang hanya memiliki
konsentrasi dan nilai %yield produk terhadap substrat asam laktat tertinggi yaitu 5,11
g/L dan %yield produk terhadap substrat sebesar 27,06%. ➢ Nilai pH awal yang semakin menurun seiring berjalannya waktu hingga mencapai pH akhir yang menunjukan kondisi asam menunjukkan bahwa semakin lama waktu fermentasi maka kondisi semakain asam sehingga hal ini menunjukan bahwa semakin lama waktu fermentasi semakin tinggi pula konsentrasi asam laktat yang terbentuk ditunjukkan dengan pH yang menurun.
DAFTAR PUSTAKA •
Kierstan MPJ, Cough D MP, 1985, Immobilisation Of Cells And Enzymes By Gel Entrapment. Di dalam: J. Woodward (ed). Immobilised Cells and Enzymes. A Practical Approach. Oxford: IRL Pr.
•
Masyithah, Zuhrina, 2005, Pemodelan Numerik Reaksi Enzimatik Imobilisasi, Media Publikasi Karya Ilmiah Teknik Kimia, ISSN 14127814.
•
Rusmana, Iman., 2008. Sistem Operasi Fermentasi, Departemen Biologi FMIPA IPB, Bogor Jawa Barat.
•
Tim Penyusun. (2021). Modul Praktikum Bioproses Teknik Imobilisasi Sel. Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
