BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Bakteri Penghasil Etanol Bakteri penghasil etanol banyak sekali jenisnya. Beberapa diantaranya ada 2 yang terkenal di masyarakat yaitu bakteri Saccharomyces cerevisiae dan Zymomonas mobilis. Penggunaan Saccharomyces cerevisiae dalam produksi etanol secara fermentasi telah banyak dikembangkan di beberapa negara, seperti Brasil, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat (Narita, 2005). Hal ini disebabkan karena Saccharomyces cerevisiae dapat memproduksi etanol dalam jumlah besar dan mempunyai toleransi terhadap alkohol yang tinggi. Selain Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis juga sangat potensial, namun bakteri ini perlu dikembangkan lebih lanjut, karena toleransinya yang rendah terhadap garam dalam media dan membutuhkan media yang steril, sehingga menyulitkan untuk aplikasi skala industri (Iida, dkk., 1993; Saroso, 1998; Hepworth, 2005). Oleh karena itu Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang paling dikenal saat ini. Efisiensi fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara mengamobilisasi sel mikroorganisme yang digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk membuat sel menjadi tidak bergerak atau berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya dan subtrat yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk. Material pendukung yang berupa system matriks, membran atau permukaan zat padat tertentu biasa digunakan sebagai carrier dalam amobilisasi sel. Sistem matriks untuk amobilisasi sel biasanya menggunakan gel polimer hidrofilik molekular tinggi seperti alginat, carragenan dan Agarosa. Dengan bahan ini, sel-sel diamobilisasi dengan cara penjebakan dalam gel yang bersangkutan (Prakasham dan Ramakrishna, 1998). Mikroorganisme memiliki karakteristik dinding sel yang berbeda satu sama lain. Perbedaan ini mempengaruhi efektifitas mobilisasinya pada berbagai bahan pendukung. Suatu bahan pendukung tertentu dapat memberikan kualitas amobilisasi yang lebih baik dibandingkan bahan pendukung lain karena lebih cocok dengan sel yang diamobilisasi, misalnya kesesuaian jumlah gugus hidrofil antara bahan pendukung dan sel. Pada umumnya sel S. cerevisiae diamobilisasi dengan metode entrapping menggunakan matriks polisakarida (Dias, dkk., 2000). Matriks polisakarida yang sangat potensial untuk digunakan sebagai bahan pengamobil Saccharomyces cerevisiae adalah

Agarosa. Agar batang memiliki struktur mirip dengan Agarosa (galaktan, polimer galaktosa) yang sangat mungkin digunakan sebagai bahan pengamobil sel Saccharomyces cerevisiae. Penggunaan agar batang sebagai bahan pengamobil sel belum pernah diteliti sebelumnya. Penggunaan bahan ini dilakukan mengingat harganya yang relatif murah dibandingkan dengan matriks pengamobil lainnya. Disamping itu, Indonesia mempunyai wilayah laut yang sangat luas sebagai pabrik hayati penghasil alga (ganggang) yang merupakan sumber alami agar batang (Suhaimi, 1985). Sejauh ini belum dikaji efektifitas penggunaan agar batang sebagai bahan pengamobil S. cerevisiae dalam fermentasi etanol. Penelitian ini difokuskan untuk melihat pengaruh amobilisasi S. cerevisiae dalam agar batang terhadap pola konsumsi substrat dan etanol yang dihasilkan selama proses fermentasi. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi berupa alternatif bahan pendukung yang murah untuk amobilisasi S. cerevisiae dalam rangka meningkatkan efisiensi fermentasi etanol.

2.2. Ragi Ragi atau istilah resminya adalah yeast merupakan organisme bersel tunggal berjenis eukariotik. Berkembang biak dengan membelah diri. Berbeda dengan bakteri, yeast memiliki ukuran sel lebih besar (sekitar 10x), memiliki organ-organ, memiliki membran inti sel, dan DNA terlokalisasi di dalam kromosom dalam inti sel. Ini menyebabkan yeast bisa melakukan fungsi-fungsi sel yang berbeda-beda di tiap lokasi dalam selnya. Singkatnya, sel yeast lebih mirip sel organisme tingkat tinggi seperti hewan. Dengan kata lain, yeast secara evolusi lebih maju ketimbang bakteri semacam E. coli. Ragi tape (juga tergolong S. cerevisiae). Jenis yeast yang paling populer adalah ragi roti Saccharomyces cerevisiae. Dulu waktu studi master di Delft, riset saya tentang yeast ini. Yeast ini sudah dipakai sejak 4000 tahun silam untuk membuat roti dan minuman keras (bir, wine, sake, arak, dll). S. cerevisiae merupakan powerhouse bagi riset biologi molekuler dan genetika. Organisme ini menjadi model untuk mempelajari metabolisme, genetika, termasuk aplikasinya dalam metabolic engineering di organisme tingkat tinggi. Di industri, yeast ini digunakan untuk produksi alkohol dan asam organik karena ketahanannya terhadap kedua produk di atas. Single cell protein diperoleh dari fermentasi yeast. Industri fermentasi terbesar di dunia dalam skala produksi adalah fermentasi gula (sucrose, glucose) oleh yeast ini menjadi alkohol (ethanol). Kapasitas produksi ethanol dunia berkisar 50 milyar liter di tahun 2006 di mana 75 % diproduksi via proses fermentasi, sisanya dengan proses katalitik. Brazil adalah produser ethanol dari fermentasi terbesar di dunia disusul USA dan China. Di samping

itu, yeast ini juga direkayasa genetika guna produksi obat-obatan, flavor, antibiotik, dan bahan kimia industri. Jenis yeast lainnya meliputi spesies Saccharomyces lainnya, Kluyveromyces, Candida, dll (www.yalun.wordpress.com/2008/11/23/mengenal-ragi-

saccharomyces-cerevisiae/).

2.3. Tahapan Fermentasi Secara umum tahapan fermentasi adalah sebagai berikut : a. Sterilisasi dan pembuatan media b. Penumbuhan mikroorganisme c. Pemeliharaan dalam media d. Produksi biomassanya e. Panen (www.lestarimandiri.org)

2.4. Sterilisasi Sterilisasi yaitu proses atau kegiatan membebaskan suatu bahan atau benda dari semua bentuk kehidupan. Sterilisasi ada 3 cara yaitu secara mekanik, fisik, kimiawi. Sterilisasi secara mekanik menggunakan saringan berpori yang sangat kecil sehingga mikroba dan penyinaran. Sterilisasi secara kimiawi biasanya menggunakan senyawa desinfektan antara lain alkohol (www.ekmonsaurus.blogspot.com/2008/11/bab-3-sterilisasi.html).

2.5. Media Fermentasi Pembagian media dikelompokkan berdasarkan bermacam-macam karakterisasi. Berdasarkan properti bahan biokimia dan biofisikanya yakni media cair dan media semi padat/semi solid medium. Berdasarkan komposisi/penggunaan yakni media terdefinisi kimianya (sintetik) dan media kompleks yang tak terdefinisi kimianya. Media terdefinisi adalah media yang diketahui komposisi hanya mengandung zat yang memang untuk pertumbuhan bakteri. Zat-zat yang diperlukan bakteri disediakan langsung ke dalam media ini. Sedangkan media kompleks tak terdefinisi adalah media yang tidak diketahui komposisi kimianya. Komposisi kimianya dapat berupa material kompleks dari biological murni. Berdasarkan seleksi dan kekayaannya yakni media selektif, media perbedaan, media kaya. Media selektif adalah media yang kaya akan tertentu, selektif mediumnya dan isinya. Hal itu dilakukan untuk memastikan faktor apa yang benar-benar menghambat atau menjaga kelangsungan suatu bakteri. Media berbeda (different medium) adalah media yang sangat

kaya akan nutrisi karena untuk mengklasifikasikan bakteri-bakteri yang berbeda dalam medium tersebut. Media kaya (enrichment medium) adalah media yang kaya nutrisi tapi dalam media tersebut terdapat 1 bakteri saja (Todar, 2000).

2.6. Penumbuhan Mikroorganisme Bila suatu sel mikroorganisme ditempatkan dalam suatu medium yang mengandung nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme, di dalam suatu sistem tertutup (batch system) maka pola pertumbuhannya mengikuti fase-fase tertentu. Setiap jenis mikroorganisme memiliki kekhasan tersendiri. Pertumbuhan sel adalah bertambahnya jumlah sel atau massa sel Growth (pertumbuhan) merupakan hal yang penting dalam fungsi mikroba. Bakteri membelah diri dalam waktu 20-90 menit, ragi 90-120 menit, kapang 4-8 jam. Syarat mikroba tumbuh adalah : Ada sel hidup Ada sumber energi Ada nutrisi dan faktor pertumbuhan Tidak ada inhibitor atau toksin Kondisi fisiko kimia yang mendukung Fase lag (adaptasi) adalah fase yang pada tahap ini terjadi reorganisasi konstituen molekul mikro dan makro. Fase ini melibatkan sintesis komponen struktur sel atau represi enzim. Fase lag bisa panjang atau singkat tergantung kondisi lingkungan dan sifat mikroorganisme. Fase logaritmik (eksponensial adalah suatu periode kesetimbangan (steady growth) dengan nilai (growth rate) konstan. Karakteristik fase ini adalah garis lurus bila diplot pada kurva semilog (ln x vs waktu. Keadaan akan konstan sampai terjadi perubahan komposisi medium yang cukup signifikan. Fase kriptik (cryptic growth) terjadi adakalanya setelah fase stasioner beberapa saat, terjadi lisis pada sel yang telah mati, menyebabkan keluarnya produk/isi sel. Isi sel yang lisis dapat menjadi nutrisi bagi sebagian sel yang masih hidup sehingga memungkinkan terjadinya pertumbuhan baru (cryptic growth) (www.download.fa.itb.ac.id).

2.7. Sistem Kultur untuk Pertumbuhan dan Produksi Menggunakan Mikroorganisme Sistem bioreactor ideal yaitu Sistem Batch (kultur curah), Sistem fed batch (kultur curah umpan), Sistem continuous (kultur sinambung). Pada semua sistem tersebut terjadi

proses pencampuran substrat dan sel yang digunakan untuk bioproses secara sempurna dan seragam sehingga keadaan reaksi biokatalisme dalam keadaan homogen. Kinetika reaksi biokatalisme pada sistem homogen (tetapan kinetika MichaelisMenten (KM ) ) digambarkan sebagai berikut :

Skema dasar bioreaktor biokatalisme sistem batch dan skema bioreaktor sel dapat digambarkan sebagai berikut :

(www.ptp2007.files.wordpress.com)

2.8. Sifat Bahan 2.8.1. Ragi Roti Ragi adalah makhluk hidup, bahasa umum ilmiahnya adalah yeast. Ragi roti biasanya adalah Sachharomyces cereviciae. Jadi ragi bukanlah sesuatu yang bisa di buat dari item bahan makanan. Ia adalah makhluk hidup tingkat rendah, yang berukuran micro. Ragi suka akan bahan makanan yg manis, bila mengembangkan di lab dia butuh glukosa. Ragi butuh makanan seperti layaknya manusia, butuh protein, glukosa, dan mineral

(www.banabakery.wordpress.com).

2.8.2. D-Glukosa Glukosa, suatu gula monosakarida, adalah salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa merupakan salah satu hasil utama fotosintesis dan awal bagi respirasi. Bentuk alami (D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada industri pangan. Glukosa (C6 H12O6), berat molekul 180.18) adalah heksosamonosakarida yang mengandung enam atom karbon. Glukosa merupakan aldehida (mengandung gugus -CHO). Lima karbon dan satu oksigennya membentuk cincin yang

di

t" i i

i

"

t

li

t il

t

ldosa berkabon enam. Dalam cincin ini

tiap karbon terikat pada gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali atom kelimanya, yang

terikat pada atom karbon keenam di luar cincin, membentuk suatu gugus C

. Struktur

cincin ini berada dalam kesetimbangan dengan bentuk yang lebih reakti , yang proporsinya 0.0026% pada pH 7 (www.id.wikipedia.org/wiki/ lukosa).

2.8.3. Sukrosa Sukrosa (C 2H22O11) ialah sejenis disakarida yaitu heterodisakarida yang bersi at bukan penurun dan tidak menunjukkan fenomena mutaputaran. Hidrolisis sukrosa menghasilkan glukosa dan fruktosa. Sukrosa boleh didapati dalam guba bit dan gula tebu, buah nanas, dan lobak merah. Struktur sukrosa :

(www.id.wikipedia.org/wiki/Sukrosa).

2.8.4. Air (H2O) Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H O, satu molekul air tersusun atas 2 dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen.Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) and temperatur 273,15 K (0 C). Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kim lainnya, seperti garam-garam, ia gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik. Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia. Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di bawa tekanan dan temperatur standar. h+ Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H) yang

berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion hidroksida (OH-)(www. id.wikipedia.org/wiki/Air).

2.8.5. KH2PO4 Kalium dihidrogen fosfat tidak mud meledak, memiliki massa molekul sebesar ah 136.1, melting point 2530C, densitas 2.34 g/cm3, kelarutan dalam air 22 g/100 mL (www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics1608.htm ).

2.8.6. (NH4)2SO4 Amonium sulfat berbentuk Kristal putih, tidak mudah meledak, kelarutan dalam air 41.22 g/100 g water 25C (77F), densitas 1.77, melting point 235-2800C

(www.jtbaker.com/msds/englishhtml/a6192.htm).

2.8.7. MgSO47 H2 O Magnesium sulfat memiliki berat molekul 246.47, berupa kristal transparan atau serbuk putih, sangat larut dalam air, densitas 1.67 g/ml 40C, larutannya memiliki pH netral atau agak asam lemah (www.jtbaker.com/msds/englishhtml/m0234.htm).

DAFTAR PUSTAKA

Dias, J. C. T., Rezende, R. P. dan Linardi, V. R. (2000), Biodegradation of Acetonitrile by Cells of Candida guilliermondii UFMG-Y65 Immobilized in Alginat, k-Carrageenan and Citric Pectin, Departemen Mikrobiologi, Instituto de Ciencias Biologicas, Brasil

Hepworth, M. (2005),Technical, Environmental and Economic Aspects of Unit Operations for the Production of Bioethanol from Sugar Beet in the United Kingdom, CET IIA Exercise 5, Corpus Christi College

Iida, T., Izumida, H., Akagi, Y. dan Sakamoto, M. (1993), Continuous Ethanol Fermentation in Molasses medium Using Z. mobilis Immobilized in

Photocrosslinkable Resin Gels, Journal of Fermentation and Bioengineering, Vol. 75, No. 1, 32-35

Narita, (2005), American society of Microbiology Press : Ethanol Production from biomass, Washington, DC

Prakasham, R.S. dan Ramakrishna, S. V. (1998), Microbial fermentations with immobilized cells, Lecture Handouts, Biochemical and Environmental Engineering, Indian Institute of Chemical Technology, India

Saroso, H. (1998), Pemanfaatan Kulit Pisang dengan Cara Fermentasi untuk Pembuatan Alkohol, Majalah Bistek, Edisi 06/Th. VI/Desember, 20-28 Suhaimi (1985), Manfaat Dan Pengolahaan Rumput Laut, Seafarming Workshop Report Bandar Lampung 28 October 1 November 1985 Part II Technical Report Todar, Kenneth, (2000), Culture Media for the Growth of Bacteria, University of Wisconins, Madison

www.banabakery.wordpress.com

www.download.fa.itb.ac.id

www.ekmonsaurus.blogspot.com/2008/11/bab-3-sterilisasi.html

www. id.wikipedia.org/wiki/Air

www.id.wikipedia.org/wiki/Glukosa

www.id.wikipedia.org/wiki/Sukrosa

www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics1608.htm

www.jtbaker.com/msds/englishhtml/a6192.htm

www.jtbaker.com/msds/englishhtml/m0234.htm

www.lestarimandiri.org

www.ptp2007.files.wordpress.com

www.yalun.wordpress.com/2008/11/23/mengenal-ragi-saccharomyces-cerevisiae/