DRAFT FIX Seminar Muslimah 2011 (Print 1)
-
Upload
muslimahst -
Category
Documents
-
view
53 -
download
1
description
Transcript of DRAFT FIX Seminar Muslimah 2011 (Print 1)
i
UNIVERSITAS INDONESIA
PENGARUH RASIO KARBON / NITROGEN
BERBASIS ONGGOK DAN AMPAS TAHU UNTUK
PRODUKSI AA, DHA, EPA DARI Aspergillus Oryzae
SEMINAR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
MUSLIMAH
1106017622
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPOK
2014
ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Seminar ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang
dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar
Nama : Muslimah
NPM : 1106017622
Tanda Tangan :
Tanggal : 18 Desember 2014
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Seminar dengan judul :
PENGARUH RASIO KARBON / NITROGEN BERBASIS ONGGOK DAN
AMPAS TAHU UNTUK PRODUKSI AA, DHA, EPA DARI
Aspergillus Oryzae
oleh
MUSLIMAH
1106017622
Dibuat untuk melengkapi sebagian prasyarat menjadi Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknologi Bioproses Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Indonesia dan disetujui untuk diajukan dalam sidang Seminar.
Depok, 18 Desember 2014
Menyetujui,
Dosen Pembimbing 1
Dr. Tania Surya Utami, S.T., M.T.
NIP. 197405121998022001
Dosen Pembimbing 2
Ir. Rita Arbianti, M.Si.
NIP. 196902021995122001
iv
KATA PENGANTAR
Pertama-tama saya mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang
Maha Esa, karena atas rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan penulisan seminar
ini. Seminar ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan akademis dalam
meraih gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknologi Bioproses pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Dalam
penyusunan skripsi ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dan bimbingan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Kedua orang tua, Subkhi dan Suyati, serta adik laki-laki penulis, Jafar
Sidik, atas seluruh doa dan dukungan yang telah diberikan ;
2. Dr. Tania Surya Utami, S.T., M.T. dan Ir. Rita Arbianti, M.Si. selaku
dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran
untuk mengarahkan saya dalam penyusunan makalah seminar ini ;
3. Dr. Muhamad Sahlan, M.Eng selaku pembimbing akademis yang banyak
memberikan masukan dan saran sejak pertama kali penulis menempuh
pendidikan universitas ini ;
4. Seluruh dosen Departemen Teknik Kimia UI yang telah mengajar dan
memberi saya wawasan sebagai mahasiswa Teknologi Bioproses ;
5. Firna Indriyadi Sari, Fachryan Zuhri, Rosida K, Dian Pratiwi, Desna
Qurratul’aini, Fajar Nur Hidayati, Safira Latifa Erlangga Putri, Guruh
Mehra Mulyana teman-teman satu riset grup yang telah berbagi keceriaan,
ilmu, serta semangat kepada penulis ;
6. Pihak-pihak lain yang telah mendukung dan membantu, yang tidak dapat
disebutkan satu persatu.
Terima kasih atas dukungan dan bantuan yang telah diberikan. Semoga
tulisan ini bermanfaat bagi pembaca, serta dapat menjadi kontribusi nyata bagi
dunia pendidikan dan ilmu pengetahuan
Depok, 18 Desember 2014
Penulis
v
ABSTRAK
Nama : Muslimah
Program Studi : Teknologi Bioproses
Judul : Pengaruh Rasio Karbon/Nitrogen Berbasis Onggok dan Ampas
Tahu untuk Produksi AA, DHA, EPA dari Aspergillus oryzae
Asupan gizi merupakan salah satu kebutuhan dasar yang sangat penting
bagi kehidupan manusia. berbagai macam jenis zat gizi memiliki peran dalam
pemberian energi, pertumbuhan, perkembangan, hingga berbagai aspek kesehatan
lainnya. Salah satu zat gizi yang penting bagi tubuh adalah lemak. Asam lemak
esensial merupakan jenis asam lemak yang tidak dapat dibuat oleh tubuh manusia
sehingga perlu asupan dari luar. Yang termasuk di dalamasam lemak ini
diantaranya adalah asam lemak tak jenuh rantai panjang (PUFA) seperti asam
lemak omega-3, omega-6, dan omega-9. AA, DHA, dan EPA merupakan bagian
dari asam lemak ini yang memiliki peran penting bagi kesehatan. Namun
ketersediaannya dari ikan dan biji-bijian memiliki keterbatasan. Oleh karena itu,
diperlukan alternatif produksi AA, DHA, dan EPA dari sumber lain. Kapang dan
yeast merupakan organisme yang mampu menghasilkan jenis asam lemak ini
dengan jumlah lebih banyak daripada mikroorganisme lain. Keterbatasan pada
produksi single cell oil (SCO) menggunakan mikroorganisme diantaranya adalah
biaya karena harga medium dan biaya operasi yang mahal. Salah satu alternatif
yang dapat dilakukan adalah dengan memanfaatkan limbah sebagai sumber
nutrisi. Dalam penelitian ini akan digunakan kapang Aspergillus oryzae untuk
menghasilkan asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-9 dengan
memanfaatkan limbah onggok dan ampas tahu. Metode yang digunakan adalah
submerged fermentation dengan variasi rasio karbon/nitrogen yang berasal dari
onggok dan ampas tahu.
Kata kunci: Aspergillus oryzae, onggok, ampas tahu, SCO, PUFA
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iv
ABSTRAK ......................................................................................................... v
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR....................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1 LATAR BELAKANG ................................................................................ 1
1.2 RUMUSAN MASALAH............................................................................ 4
1.3 TUJUAN PENELITIAN ............................................................................ 4
1.4 BATASAN MASALAH ............................................................................. 4
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN ................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 6
2.1 SINGLE CELL OIL (SCO) ......................................................................... 6
2.2 Poly Unsaturated Fatty Acid (PUFA) ......................................................... 7
2.2.1 Arachidonic Acid (AA) ........................................................................ 9
2.2.2 Decosahexaenoic Acid (DHA) ........................................................... 10
2.2.3 Eicosapentaenoic Acid (EPA) ............................................................ 10
2.3 SUMBER – SUMBER ASAM LEMAK TAK JENUH ............................. 11
2.3.1 Yeast .................................................................................................. 15
2.3.2 Fungi / Kapang .................................................................................. 16
2.3.3 Mikroalga .......................................................................................... 16
2.3.4 Bakteri ............................................................................................... 17
2.4 Aspergillus oryzae .................................................................................... 18
2.5 METODE FERMENTASI ........................................................................ 19
2.6 FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH DALAM ........................ 21
2.6.1 Suhu .................................................................................................. 22
2.6.2 pH ...................................................................................................... 22
2.6.3Waktu Inkubasi ................................................................................... 23
vii
2.6.4Aerasi ................................................................................................. 24
2.6.5 Rasio Karbon (C)/Nitrogen (N) .......................................................... 25
2.7 MEDIUM FERMENTASI (ONGGOK DAN AMPAS TAHU) ................ 26
2.8 PEMANENAN ......................................................................................... 27
2.8.1 Filtrasi ............................................................................................... 27
2.8.2 Pengeringan ....................................................................................... 27
2.8.3 Ekstraksi Lipid ................................................................................... 28
2.9 METODE ANALISIS .............................................................................. 29
2.9.1 Penentuan jumlah lipid total ............................................................... 29
2.9.2 Analisis konsentrasi asam lemak omega-3,6, dan 9 serta konsentrasi .. 30
2.10 STATE OF THE ART .............................................................................. 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 38
3.1 RANCANGAN PENELITIAN ................................................................. 38
3.2 ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN .......................................... 40
3.2.1 Peralatan ............................................................................................ 40
3.2.2 Bahan................................................................................................. 41
3.3 VARIABEL DALAM PENELITIAN ....................................................... 42
3.3.1 Variabel Bebas ................................................................................... 42
3.3.2 Variabel Terikat ................................................................................. 42
3.3.3 Variabel Tetap ................................................................................... 43
3.4 PROSEDUR PENELITIAN ..................................................................... 43
3.4.1 Tahap Persiapan ................................................................................. 43
3.4.2 Pre-Culture ........................................................................................ 44
3.4.3 Kultur Batch (2L) ............................................................................... 44
3.4.4 Pemanenan ......................................................................................... 45
3.4.5 Tahap Pengujian ................................................................................ 46
3.4.7 Data Penelitian ................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 49
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Proses Sintesis AA, DHA, dan EPA................................................. 8
Gambar 2. 2 Struktur Arachidonic Acid (AA) ...................................................... 9
Gambar 2. 3 Struktur Decosahexaenoic Acid (DHA) ......................................... 10
Gambar 2. 4 Struktur Eicosapentenoic Acid (EPA) ............................................ 11
Gambar 2. 5 Aspergilus oryzae (a. Struktur mikroskopik, b. Kumpulan filamen. 18
Gambar 2. 6 Produksi Lipid Aspergillus Oryzae dengan Medium Air Limbah ... 23
Gambar 2. 7 Akumulasi Lipid pada DGB1 dalam Medium Basal 5% Glukosa ... 24
Gambar 2. 8 Model Akumulasi Lipid pada Organisme Oleaginous dan Pengaru 26
Gambar 3. 1. Diagram Rancangan Penelitian ..................................................... 39
Gambar 3. 2 Alur produksi medium fermentasi tepung ampas tahu dan onggok . 43
Gambar 3. 3 Penampang Melintang Desain Reaktor untuk Kultur Kapang ......... 45
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Jumlah Akumulasi Lipid dan Asam Lemak dari Minyak Tumbuhan .. 12
Tabel 2. 2 Jenis Mikroorganisme dan Jumlah Lipid yang Dihasilkan ................. 14
Tabel 2. 3 Taksonomi Aspergillus oryzae ........................................................... 18
Tabel 2. 4 Perbedaan solid-state fermentation dan submerged fermentation ....... 20
Tabel 2. 5 Komposisi Nitrogen dan Karbon di dalam Onggok dan Ampas Tahu 26
Tabel 2. 6 State of the art ................................................................................... 33
Tabel 2. 7 Pemetaan state of the art .................................................................... 36
Tabel 3. 1 Peralatan yang Digunakan dalam Penelitian ...................................... 40
Tabel 3. 2 Peralatan yang Digunakan dalam Penelitian (lanjutan) ...................... 41
Tabel 3. 3 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian ........................................... 41
Tabel 3. 4 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian (lanjutan) ........................... 42
Tabel 3. 5 Komposisi nutrisi dalam medium untuk tahap pre-culture ................. 44
Tabel 3. 6 Data Pengamatan Harian untuk OD, pH dan Suhu Kultur .................. 47
Tabel 3. 7 Data Hasil Penelitian ......................................................................... 47
Tabel 3. 8 Data hasil penelitian .......................................................................... 48
1
Universitas Indonesia
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Masalah gizi merupakan salah satu masalah kesehatan yang ada di
berbagai negara. Berdasarkan data WHO (World Health Organization), Indonesia
merupakan salah satu negara di Asia dengan derajat kesehatan masyarakat
terendah yaitu berada pada peringkat ke-142 dari 170 negara. Angka gizi buruk
dan gizi kurang pada anak balita di Indonesia pada tahun 1989-2000 mengalami
penurunan dari 37,5% menjadi 24,6%. Namun pada tahun 2000-2005, angka gizi
buruk dan gizi kurang kembali meningkat dari 26,1% menjadi 29% (Aprizayanti,
2011).
Asupan gizi yang dibutuhkan tubuh jenisnya sangat beragam, salah
satunya adalah lemak. Salah satu fungsi utama lemak adalah sebagai sumber
energi. Sebagai sumber energi, lemak lebih efektif dibandingkan karbohidrat dan
protein. Satu gram lemak atau minyak dapat menghasilkan energi 9 kalori
sedangkan karbohidrat dan protein hanya menghasilkan 4 kalori (Ketaren, 1986).
Selain sebagai sumber energi, lemak juga mengandung senyawa yang baik untuk
kesehatan, yaitu dalam bentuk senyawa asam lemak tak jenuh (Polyunsaturated
FattyAcid/ PUFA). Berdasarkan letak ikatan rangkapnya, PUFA dibedakan
menjadi omega-3, omega-6, dan omega-9. Ketiganya terbukti berperan dalam
pertumbuhan dan perkembangan otak serta mencegah beberapapenyakit kronis.
Asam lemak omega-3 terdiri atas Docosahexaenoic Acid (DHA) dan
Eicosapentaenoic Acid (EPA). DHA cukup banyak terdapat dalam air susu ibu,
dan dalam banyak penelitian dihubungkan dengan pertumbuhan otak serta
kemampuan kognitif, psikomotor maupun ketajaman penglihatan (Helena, 2001).
Sedangkan EPA merupakan prekursor eikosanoid yang terlibat dalam pengaturan
metabolisme tubuh, berpotensi sebagai agen inflamasi dan digunakan dalam
pengobatan gangguan otak dan kanker (Calder, 1997). Kinerja DHA dan EPA
juga tidak terlepas dari asam lemak lain, salah satunya Arachidonic Acid (AA)
2
Universitas Indonesia
yang merupakan asam lemak omega-6. AA berperan dalam perkembangan otak
dan pengaturan fluiditas memebran dalam sel.
Sumber utama asam lemak omega-3 dan omega-6 yang tersedia di pasar
adalah minyak ikan. Namun, minyak ikan sebagai sumber asam lemak
mempunyai keterbatasan, diantaranya pencemaran logam berat pada ikan dan
minyak ikan, jumlah sumber daya ikan di alam yang akan menurun pada masa
mendatang, serta harga komoditas yang relatif mahal karena terbatasnya sumber
daya dan tingginya permintaan. Produksi asam lemak dari minyak ikan saat ini
50% berasal dari industri akuakultur (Tidwell, 2001). Food and Agriculture
Organization United Nations meramalkan bahwa permintaan rninyak ikan global
pada 2015 akan mencapai 145% dari kapasitas produksi global historis dan akan
terus tumbuh (New dan Wijkstrom, 2002). Oleh karena itu diperlukan kajian lebih
lanjut untuk menemukan sumber alternatif lain yang lebih mudah dikembangkan
untuk mengatasi permasalahan tersebut.
Salah satu alternatif yang dapat dikembangkan untuk memproduksi PUFA
adalah dengan penggunaan mikroorganisme. Alternatif ini dinilai cukup
menguntungkan karena tidak memerlukan lahan yang luas, waktu produksi relatif
singkat, pembentukan produk dapat diatur, dan tidak bergantung pada musim,
sehingga harga produk dapat terjaga kestabilannya.
Mikroorganisme penghasil lemak (oleaginous) yang dapat digunakan
diantaranya adalah yeast, kapang, alga, dan bakteri. Jenis yang cukup potensial
untuk digunakan diantara keempat mikroorganisme tersebut adalah kapang.
Kapang memiliki kelebihan dibandingkan jenis yang lain diantaranya dari segi
penanganan yang mudah, kemampuan mendegradasi sumber karbon yang
kompleks, dapat tumbuh cepat, menghasilkan berbagai jenis asam lemak dan
terutama sudah banyak dikenal masyarakat dalam industri makanan. Pada
umumnya, sebagian besar lemak kapang merupakan asam lemak oleat, palmitat
dan linoleat. Sebagian kecil terdiri dari asam stearat, linolenat dan palmitoleat.
Jumlah kapang yang digolongkan sebagai oleaginous belum diketahui
secara pasti. Menurut Ratledge (1982) dalam Bull (1983), ada beberapa genus
kapang yang mengandung lemak lebih dari 25% seperti Penicillium, Aspergillus,
Mucor dan Fusarium. Dari keempat jenis kapang ini salah satu yang sudah
3
Universitas Indonesia
banyak digunakan oleh masyarakat dalam kehidupan sehari-hari adalah
Aspergilus. Aspergilus biasa digunakan dalam industri makanan seperti kecap,
tauco, dan miso, sehingga dinilai aman bila digunakan sebagai sumber produksi
asam lemak. Oleh karena itu, genus Aspergilus dipilih sebagai bahan dalam
penelitian ini. Adapun spesies Aspergilus yang akan digunakan dalam penelitian
ini adalah Aspergilus oryzae. Aspergilus oryzae biasanya terdapat dilingkungan
sebagai saprofit dan dalam industri makanan digunakan dalam produksi tauco.
Selama proses fermentasi, kapang memerlukan nutrien sebagai sumber
kehidupan dan pertumbuhan yang terdiri atas sumber karbon, sumber nitrogen,
sumber energi, dan faktor pertumbuhan yaitu vitamin dan mineral (Fardiaz, 1992).
Sedangkan beberapa faktor yang mempengaruhi produksi minyak sel tungal
antara lain suhu, pH, waktu inkubasi, aerasi, nutrien meliputi sumber karbon,
nitrogen, vitamin dan mineral serta rasio karbon (C) dan nitrogen (N). Rasio
karbon dan nitrogen merupakan faktor penting bagi produksi minyak sel
tunggal. Akumulasi lipid di dalam sel mikroorganisme terjadi ketika jumlah
nitrogen dalam substrat sudah habis sedangkan jumlah karbon masih banyak.
Rasio karbon dan nitrogen memiliki kisaran yang luas tergantung jenis
kapangnya (Wassef, 1975).
Menurut Birch (1976) keefektifan mikroorganisme sebagai penghasil
minyak sel tunggal sangat tergantung pada kualitas minyak yang akan diproduksi
serta harga dan efisiensi perubahan substratnya. Hal ini terkait dengan biaya
operasi dan metodeyang digunakn. Metode kultur yang dapat digunakan
diantaranya adalah solid-state fermentation dan submerged fermentation.
Submerged fermentation membutuhkan biaya operasi yang relatif lebih mahal,
namun mudah untuk dilakukan manipulasi kondisi kultur sehingga dapat
diperoleh yield lipid lebih banyak. Biaya yang mahal dapat diatasi dengan
pemanfaatan limbah sebagai medium fermentasi. Oleh karena itu dalam penelitian
ini digunakan metode submerged fermentation dengan variasi rasio
karbon/nitrogen dan memanfaatkan limbah padat industri tapioka (onggok) dan
ampas tahu sebagai sumber karbon dan nitrogen di dalam medium pertumbuhan.
4
Universitas Indonesia
1.2 RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas, maka peneliti merumuskan poin utama
yang dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Berapa perbandingan penggunaan onggok dan ampas tahu yang dapat
menghasilkan yield biomassa kering dari Aspergillus oryzae dengan
massa paling besar.
2. Berapa perbandingan penggunaan onggok dan ampas tahu yang dapat
menghasilkan konsentrasi asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-
9 dengan nilai paling besar.
3. Berapa perbandingan penggunaan onggok dan ampas tahu yang
menghasilkan konsentrasi AA, DHA, dan EPA untuk setiap berat lipid
paling besar.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:
a. Menghasilkan formulasi medium fermentasi dengan rasio C:N dari
onggok dan ampas tahu yang paling optimal untuk sintesis asam lemak.
b. Mengidentifikasi kandungan asam lemak tak jenuh Aspergilus oryzae
pada sejumlah formulasi medium.
c. Mengidentifikasi kandungan AA, DHA, dan EPA dalam Aspergilus
oryzae pada sejumlah formulasi medium.
1.4 BATASAN MASALAH
Batasan masalah yang akan dibahas dalam tulisan ini adalah sebagai
berikut:
1. Mikroorganisme yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapang
spesies Aspergilus oryzae yang diperoleh dari INACC LIPI Cibinong.
2. Metode fermentasi yang digunakan adalah submerged fermentation
dengan menggunakan limbah padat industri tapioka dan tahu sebagai
sumber karbon dan nitrogen.
3. Medium onggok dan ampas tahu sebagai sumber karbon dan nitrogen
diproduksi sendiri di laboratorium.
5
Universitas Indonesia
4. Kondisi operasi yang dijaga dalam proses fermentasi adalah (suhu 25
±1°C, pH 6-6,5, aersai 1L/menit, dan waktu inkubasi hingga
pertumbuhan memasuki fase stasioner
5. Analisis yang akan dilakukan meliputi analisis jumlah yield biomassa
basah dan kering yang dihasilkan untuk setiap 2L batch culture,
konsentrasi asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-9 untuk setiap
gram biomassa kering, dan konsentrasi AA, DHA, dan EPA untuk
setiap massa lipid yang dihasilkan.
6. Metode analisis yang digunakan untuk analisis konsentrasi asam lemak
omega-3, omega-6, dan omega-9 dan konsentrasi AA, DHA, dan EPA
adalah dengan menggunakan GC-MS di Pusat Laboratorium Forensik
Jakarta Selatan.
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN
Penelitian ini terdiri dari 3 bab yang memiliki isi berbeda satu sama lain,
yaitu:
BAB I :Pendahuluan, yang berisi latar belakang, rumusan masalah,
tujuan penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II :Tinjauan pustaka yang berisi pengetahuan dasar tentang
Single Cell Oil, PUFA, AA, DHA, dan EPA, sumber asam lemak, jenis
kapang yaitu Aspergilus oryzae, metode fermentasi, faktor-faktor yang
berpengaruh dalam akumulasi Single Cell Oil, sumber karbon dan
nitrogen sebagai medium, metode ekstraksi, dan metode analisis.
BAB III :Metode penelitian yang memberikan penjelasan mengenai
metode fermentasi, metode ekstraksi, dan metode analisis.
6
Universitas Indonesia
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 SINGLE CELL OIL (SCO)
Single Cell Oil (SCO) adalah minyak yang berasal dari sumber mikroba,
biasa dikenal juga dengan unicellular oils atau microbial oils. Jenis trigliserida
minyak ini mirip dengan trigliserida yang ditemukan dalam lemak dan minyak
nabati tumbuhan maupun hewan (Kyle et al., 1992, Boswell et al., 1996). Seperti
semua sel hidup, mikroorganisme juga mengandung lipid. Beberapa spesies
mikroorganisme bahkan dapat menghasilkan lipid dalam jumlah yang melimpah.
Jenis mikroorganisme ini dikenal dengan sebutan oleaginous. Jenis
mikroorganisme oleaginous adalah mikroorganisme eukariotik, ganggang, yeast,
dan kapang (Hammond dan Glatz, 1988).
Penjabaran definisi mikroorganisme oleaginous secara tepat masih
menimbulkan kesulitan. Secara pragmatis mikroorganisme oleaginous
didefinisikan sebagai mikroorganisme yang mengandung 20-25% lipit dari
biomassa selnya. Definisi ini hanya berlaku untuk ganggang, yeast dan kapang,
tetapi tidak untuk bakteri. Boulton and Ratledge (1981) mengamati adanya
hubungan antara kandungan enzin citrate ATP-citrate lyase dengan kemampuan
yeast untuk mengakumulasi lipid lebih dari 20% dari biomassa selnya. Enzim ini
memiliki peran penting yaitu untuk menghasilkan asetil-CoA (dari sitrat), yang
merupakan substrat untuk biosintesis asam lemak.
Citrate + ATP +CoA acetyl-CoA + oxaloacetate + ADP +Pi
Acetyle-CoA tidak dapat diproduksi di dalam sitoplasma dengan
menggunakan piruvat. Mikroorganisme oleaginous mengakumulasi citrate di
dalam mitokondria kemudian diangkut ke dalam sitoplasma dan disana dipotong
dengan menggunakan enzim ATP-citrate lyase. Organisme nonoleaginous tidak
memiliki enzim ATP-citrate lyase, sehingga menggunakan cara lain yang
cenderung kurang efektif untuk menghasilkan asetyle-CoA di dalam sitoplasma.
Dengan demikian keberadaan enzim ATP-citrate lyase dapat dianggap sebagai
kunci untuk menentukan sifat oleaginicity suatu organisme (Ratledge, 1986).
7
Universitas Indonesia
Sejak lama telah diketahui bahwa mikroorganisme eukariotik akan
meningkatkan kandungan lipid di dalam tubuhnya dengan menghabiskan nutrisi
yang tersedia, asalkan suplai karbon untuk sel tetap berlimpah (Boulton and
Ratledge, 1985). Mikroorganisme oleaginous berbeda dengan nonoleaginous
salah satunya adalah pada kemampuan untuk terus menerus mengkonversi karbon
di dalam medium menjadi lipid intracellular, setelah nitrogen habis dari medium
(Hall dan Ratledge, 1977, Hammond dan Glatz, 1988, Kyle et al., 1992). Saat
kondisi kekurangan nutrisi, organisme tidak dapat mensintesis bahan sel penting
seperti protein dan asam nukleat, dengan demikian pembelahan sel menjadi
terhenti. Selama masa kekurangan nitrogen, baik organisme oleaginous dan non
oleaginous terus mengambil karbon (glukosa), tetapi hanya organisme oleaginous
yang melakukan metabolisme menggunakan karbon untuk meningkatkan rasio
ATP/AMP dalam sel. Sel-sel yang ada menjadi besar atau gemuk dengan
kandungan tetes lemak yang terus meningkat (Hammond dan Glatz, 1988).
Mikroorganisme oleaginous mengakumulasi lipid dalam bentuk
triacylglycerols dengan rantai asam lemak teresterifikasi dan mengandung 0-3
ikatan ganda. Saturated fatty acids disintesis dari acetyl-CoA dengan bantuan dua
jenis enzim yaitu acetyl-CoA carboxylase and fatty acid synthetase (Boulton and
Ratledge, 1985). Polyunsaturated fatty acids disintesis dari prekursor saturated
atau monosaturated fatty acids dengan elongasi dan desaturasi. Tanaman, algae
dan beberapa jenis fungi menghasilkan unsaturated fatty acid, namun manusia dan
hewan tidak dapat mensintesis jenis lipid ini (Kendrick dalam Ratledge, 1992).
2.2 Poly Unsaturated Fatty Acid (PUFA)
Asam lemak tak jenuh dapat dibedakan menurut letak ikatan rangkap
pertama dari atom karbon gugusan metil, dan dikenal asam lemak omega 3 (n-3),
omega 6 (n-6), omega 9 (n-9). Tubuh manusia dapat membuat asam lemak omega
9 dari asam lemak jenuh, karbohidrat atau keton sehingga asam lemak omega 9
disebut asam lemak tidak esensial. Sebaliknya, tubuh manusia tidak dapat
membuat ikatan rangkap pada posisi n-3 dan n-6 sehingga asam lemak omega-3
dan omega-6 harus diperoleh dari sumber di luar tubuh, karena itu disebut sebagai
asam lemak esensial.
8
Universitas Indonesia
Omega-3 dan 6 yang menjadi perhatian dalam gizi mikro adalah
Arachidonic Acid (AA), Eicosapentenoic Acid (EPA), dan Decosahexaenoic Acid
(DHA). AA (20:4 n-6) merupakan asam lemak yang berperan dalam penyusunan
membran sel, banyak terdapat pada otak, otot, dan hati. EPA (20:5 n-3)
merupakan prekursor pembentukan prostaglandin-3 yang bermanfaat pada
perkembangan bayi. DHA (22:6 n-3) merupakan komponen primer dalam korteks
otak besar manusia dan retina. Proses sintesis AA, DHA, dan EPA dijelaskan
pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. 1 Proses Sintesis AA, DHA, dan EPA
(Sumber: Ratledge, 2004)
9
Universitas Indonesia
Gambar 2.1 menunjukkan rute sintesis asam lemak tak jenuh rantai
panjang dengan rute Fatty Acid Synthase (FAS). Proses sintesis dimulai dari
Asetyl-CoA dan malonyl-CoA menggunakan enzim FAS. Asam lemak jenuh akan
mengalami desaturasi dan elongasi membentuk beberapa macam jenis asam
lemak tak jenuh, namun dalam siklus ini hanya golongan asam lemak omega-3
dan omega-6. Selanjutnya dengan proses desaturasi dan elongasi secara terus
menerus maka terbentuk Arachidonic Acid (AA), Eicosapentenoic Acid (EPA),
dan terakhir Decosahexaenoic Acid (DHA) secara bertahap.
2.2.1 Arachidonic Acid (AA)
AA (20:4 n-6) merupakan asam lemak yang dibutuhkan oleh tubuh karena
berperan sebagai penyusun membrane sel yang hadir dalam fosfolipid, selain itu
banyak terdapat pada otak, otot, dan hati (Amini, 2005). Genus Mortierella telah
sering diteliti memiliki kemampuan untuk mengakumulasi AA pada level industri,
meskipun strain lainnya juga telah diamati. Produksi AA oleh jamur atau kapang
dapat ditingkatkan secara substansial dengan mengatur kondisi kultivasi dimana
konsentrasi AA dalam minyak bervariasi antara 30-70% dengan 70-90% dari AA
yang dibentuk mengikat TAG (Certik dan Shimzu, 1999). Pada saat suhu turun,
konsentrasi AA akan semakin tinggi dalam fosfolipid sebagaimana yang
dihasilkan dari mekanisme adaptasi kapang pada fluiditas membrane. SSF juga
diterapkan untuk meningkatkan produksi AA dari kapang. Dari proses screening
berbagai minyak dari kapang, Mortierella alpina CCF-185 menunjukkan produksi
AA yang tinggi (Certik dan Shimzu, 1999), dimana 57,4 mg AA/g bioproduk
(49% AA dalam minyak).
Struktur Arachidonic Acid (AA) dapat dilihat padagambar di bawah ini.
Gambar 2. 2 Struktur Arachidonic Acid (AA) (Sumber: www.mcmaster.ca)
Arachidonic Acid (AA) merupakan asam lemak omega-6. Arachidonic
Acid (AA) memiliki ikatan ganda dimulai dari karbon keenam dengan total 4 buah
10
Universitas Indonesia
ikatan ganda. Arachidonic Acid (AA) merupakan hasil elongasi dan desaturasi
dari γ-linoleic acid.
2.2.2 Decosahexaenoic Acid (DHA)
DHA (22:6 n-3) merupakan komponen primer dalam korteks otak besar
manusia, dan retina manusia. Sumber yang kaya DHA adalah mikroorganisme
laut terutama mikroalga dan fungi. Diantara fungi laut yang mengandung DHA
yaitu Thraustochytrium aureum yang mengakumulasi 50% DHA dalam
minyaknya, dan Schizochytrium SR21 yang menghasilkan 15,5 g DHA per liter
dalam lima hari di dalam fermentor (Certik dan Shimzu, 1999).
Struktur Decosahexaenoic Acid (DHA) dapat dilihat pada gambar di
bawah ini.
Gambar 2. 3 Struktur Decosahexaenoic Acid (DHA)
(Sumber: www.rcsb.org)
Decosahexaenoic Acid (DHA) merupakan asam lemak omega-3.
Decosahexaenoic Acid (DHA) memiliki ikatan ganda dimulai dari karbon ketiga
dengan total 6 buah ikatan ganda. Decosahexaenoic Acid (DHA) merupakan hasil
elongasi dan desaturasi dari Eicosapentenoic Acid (EPA).
2.2.3 Eicosapentaenoic Acid (EPA)
EPA (20:5 n-3) merupakan prekursor pembentukan prostaglandin-3 yang
bermanfaat pada perkembangan bayi. Sumber EPA dapat ditemukan pada
mikroalga laut yang juga mengandung DHA dan fungi laut seperti spesies
Mortierella yang mengandung EPA 25% dati jumlah asa lemaknya (Certik dan
Shimzu, 1999). Kebanyakan fungi yang memproduksi AA juga diidentifikasi
mampu menghasilkan EPA dan konsentrasinya akan meningkat ketika fungi
dikultivasi pada medium bersuhu rendah, khususnya pada Mortierella sp. Hal ini
dikarenakan pada Mortierella sp kondisi suhu rendah akan membuat system
11
Universitas Indonesia
enzim di dalam tubuhnya mengkonversi AA menjadi EPA (Certik dan Shimzu,
1999).
Struktur Eicosapentenoic Acid (EPA) dapat dilihat pada gambar di bawah
ini.
Gambar 2. 4 Struktur Eicosapentenoic Acid (EPA) (Sumber: www.rcsb.org)
Eicosapentenoic Acid (EPA) merupakan asam lemak omega-3.
Eicosapentenoic Acid (EPA) memiliki ikatan ganda dimulai dari karbon ketiga
dengan total 5 buah ikatan ganda. Eicosapentenoic Acid (EPA) merupakan hasil
elongasi dan desaturasi dari α-linoleic acid.
2.3 SUMBER – SUMBER ASAM LEMAK TAK JENUH
Jalur biokimia untuk membuat asam lemak tak jenuh ganda n-3 dan n-6
(asam linoleat dan asam a-linolenat) hanya terdapat pada kloroplas sel tumbuhan,
algae dan beberapa jamur, sehingga tumbuhan merupakan sumber utama asam
lemak esensial ini. Ikan dan beberapa binatang laut tertentu mendapatkan bahan
ini dari fitoplankton dalam rantai makanannya. Selanjutnya tubuhnya mampu
memproses lebih lanjut melalui kerja enzim elongase dan desaturase sehingga
minyak ikan menjadi sumber yang kaya akan DHA khususnya ikan laut dalam
seperti salmon, mackerel, herring dan tuna.
Selain organisme tingkat tinggi sejumlah mikroorganisme juga dapat
memproduksi asam lemak tak jenuh seperti algae, yeast, kapang, dan bakteri.
Berdasarkan sejumlah penelitian dapat dilihat pada tabel di bawah ini perbedaan
kandungan lipid dan asam lemak yang berasal dari tumbuhan dan dari
mikroorganisme.
12
Universitas Indonesia
Fatty acid composition (%w/w)
Lipid content
(%w/w)
C14:0 C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 Other
Oilseed
Peanut 50 11 0 2 48 32 C20:0 (1%)
Rapeseed 45 4 2 62 22 10
Sunflower 45 7 5 19 68 1
Soybean 20 11 4 24 54 7
Tree fruits and kernels
Coconut 50 18 9 3 6 2 C4-C10 (15%); C12 :0
(47%)
Olive 6kg/L 13 1 3 71 10 1 C20 (1%)
Palm 50 1 44 4 38 10 1 C4-C10 (1%); C12 :0
(1%)
Palm kernel 16 8 3 15 2 C4-C10 (4%); C12 :0
(48%)
Microorganismes
Yeast
Cryptococcus albidus 60 12 1 3 73 12
Lipomyces starkeyi 63 34 6 5 51 3
Rhodosporodium
toruloides
66 18 3 3 66 C23:0 (3%); C24:0 (6%)
Rhodotorula glutinis 72 37 1 3 47 8
Yarrowia lipolytica 36 11 6 1 28 51
Rhizopus orrhizus 57 18 6 22 10 12
Fungi
Martierella isabellina 50 29 3 55 3
Tabel 2. 1 Jumlah Akumulasi Lipid dan Asam Lemak dari Minyak Tumbuhan dan Minyak Mikroorganisme Oleaginous.
13
Universitas Indonesia
Tabel 2. 1 Jumlah Akumulasi Lipid dan Asam Lemak dari Minyak Tumbuhan dan Minyak Mikroorganisme Oleaginous (lanjutan)
Fatty acid composition (%w/w)
Lipid content
(%w/w)
C14:0 C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 Other
Mucor circinelloides 25 22 5 38 10
Pythium ultinum 48 15 2 20 16 1 C4-C10 (7%); C20:1
(4%); C20:4 (15%);
C20:5 (12%)
Aspergillus terreus 2 23 Trace 14 40 C21 n-3 (21%)
Pellicularia praticola 8 2 11 72 C21 n-3 (2%)
Claviceps purpurea 23 2 19 8 12-OH-C18:1 (42%)
Bacteria
Rhodococcus opacus 19-26 3-19 6-74
Microalgae
Chlorella sp 28-32 7-19 10,9 1-4 8-9 1-14 16-19 C15 (5%); C16:2 (11%)
Chlorella zofingiensis 28-32 23 2 2 36 18 8 C16:2 (7%); C16:3 (2%)
Crypthecodinium cohnii 23 13 23 3 8 C12 (3%); C22:6 (50%)
Chatoceros muelleri 31-68 18-40 5-40 0-25 0-4 0-5 0-5 C12 (6-20%); C16:2 (0-
8%)
Schizochytrium
linacinum
50-77 3-4 54-60 1-4 C22:5:2 (4-6%); C22:6
(29-35%) (Sumber:Thevenieau, 2013)
14
Universitas Indonesia
Berdasarkan data pada tabel tersebut, yeast merupakan organisme yang
menghasilkan total lipid rata-rata lebih banyak dibandingkan dengan organisme
lain, begitu pula dengan kandungan asam lemaknya. Namun, mikroorganisme lain
seperti fungi dan microalga jug menghasilkan lipid yang cukup banyak meski
tidak sebanyak yeast dan tumbuhan. Hal ini disebabkan karena produksi lipid
dalam tubuh organisme dipengaruhi oleh sejumlah faktor diantaranya tipe proses
sintesisnya dan jenis medium yang digunakan.
Selanjutnya akan dibahas lebih lanjut mengenai mikroorganisme penghasil
lipid dan asam lemak. Mikroorganisme merupakan salah satu sumber lipid dan
asam lemak yang cukup berpotensi karena terbukti mampu mengakumulasi lipid
dengan jumlah yang tinggi di dalam selnya. Selain itu, pengembangbiakan
mikroorganisme juga tidak sulit, lebih cepat, dan tidak tergantung pada cuaca atau
musim. Beberapa mikroorganisme yang potensial dikembangkan diantaranya
adalah yeast, jamur atau kapang, alga, dan bakteri. Di bawah ini terdapat tabel
mengenai beberapa jenis mikroorganisme dan kandungan lipid yang mampu
diakumulasi berdasarkan penelitian yang sudah pernah dilakukan.
Tabel 2. 2 Jenis Mikroorganisme dan Jumlah Lipid yang Dihasilkan
Yeast, fungi or
bacteria strains
Lipid content
(% w/w)
Productivity (kg/m3/yr)
Biomass Lipid
Yeasts
Candida curvata 29-58 691 315
Cryptococcus albidus 33-60 252 146
Cryptococcus curvatus 25-46 1990 1154
Lipomyces starkeyi 61-68 636 410
Rhodosporidium
toruloides
58-68 3362 2120
Fungi
Mucor mucedo 62
Aspergillus oryzae 18-57 377 215
Cunninghamella
echinulata
35-58 232 134
Mortierella isabellina 50-55 1276 679
Bacteria
Arthrobacte sp >40 N/R N/R
Acinetobacter
calcoaceticus
27-38 N/R N/R
15
Universitas Indonesia
Tabel 2. 2 Jenis Mikroorganisme dan Jumlah Lipid yang Dihasilkan (Lanjutan)
Yeast, fungi or
bacteria strains
Lipid content
(% w/w)
Productivity (kg/m3/yr)
Biomass Lipid
Rhodococcus opacus 24-26 N/R N/R
Bacillus alcalophilus 18-24 N/R N/R
Microalgae strain
Chlorella sp 22-32 159 54
Scenedesmus obliquus 13-58 153 54
Chaetoceros muelleri 25-52 150 57
Chlorella zofingiensis 52 216 112
Crypthecodinium
cohnii
23 672 134
Nannochloropsis
oculata
23 870 200
Chlorella
protothecoides
48-64 412 231
Chaetoceros gracilis 15-60 1065 404
Schizochyrium
mangrovei
68* 732 498
Schizochytrium
limacinum
50* 1044 525
(Sumber: Thevenieau, 2013)
2.3.1 Yeast
Oleaginous yeasts, mengandung lipid sebanyak 20% dari berat kering
biomassanya. Bahkan beberapa oleaginous yeasts mampu mengakumulasi lipid
hingga 40%-70% berat kering biomassanya. Selain memiliki kandungan lipid
yang tinggi, yeast juga dapat tumbuh dengan cepat. Meskipun demikian,
kandungan lipid dan asam lemak dari yeast berbeda-beda tergantung jenis
spesiesnya. Beberapa jenis oleaginous yeasts yang mampu memproduksi lipid dan
asam lemak terbaik diantaranya adalah Candida, Cryptococcus, Lipomyces,
Rhodosporidium, Rhodotorula, Rhizpus, Trichosporon dan Yarrowia (Theveneau,
2013).
Yeast dapat memanfaatkan beberapa sumber karbon yang berbeda untuk
produksi massal sel dan lipid. Sumber karbon dapat berasal dari glukosa, xilosa,
gliserol, pati, hidrolisat selulosa, dan limbah organik industri dan kota. Proses
akumulasi lipid terjadi saat sel mengalami kekurangan sumber nutrisi selain
karbon, seperti nitrogen. Pada kondisi ini kelebihan substrat karbon akan terus
diasimilasi oleh sel dan diubah menjadi lemak. Namun pada kondisi ini sel akan
16
Universitas Indonesia
berhenti berkembang biak karena tidak adanya sumber nitrogen untuk sintesis
protein dan asam nukleat. Fenomena ini banyak terjadi pada yeast dan jamur
berfilamen, namun tidak terjadi pada alga fotosintetik maupun heterotrofik.
2.3.2 Fungi / Kapang
Banyak spesies jamur, seperti Aspergillus terreus, Claviceps purpurea,
Tolyposporium, Mortierella alpina, Mortierella isabellina, yang dapat
mengakumulasi lipid di dalam selnya. Sebagian besar jamur dieksplorasi terutama
untuk produksi lipid khusus, seperti gamma-linolenic acid (GLA),
eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaeneoic acid (DHA), dan arachidonic
acid (ARA).
Sumber karbon sangat berpengaruh pada produksi dan komposisi asam
lemak dalam lipid jamur, hal ini disebabkan karena perbedaan dalam metabolisme
tiap spesies jamur. Glukosa, laktosa, pati, minyak, corn steep liquor, dan hasil
pertanian telah digunakan sebagai sumber karbon untuk produksi lipid dari jamur.
Salah satu contoh, jamur selulolitik, Aspergillus oryzae A-4, menghasilkan lemak
36,6 mg/g substrat kering dengan konversi mikrobial menggunakan substrat
jerami gandum dan metode kultur tersuspensi serta menghasilkan 62,87 mg/g
substrat kering pada metode fermentasi dengan substrat padat dalam kondisi
optimal (Hui, et al., 2010).
2.3.3 Mikroalga
Mikroalga dapat menggunakan karbon dioksida sebagai sumber karbon
dan sinar matahari sebagai energi untuk jenis fotoautotrophic dan menggunakan
karbon organik sebagai sumber karbon untuk jenis heterotrophic. Selain itu untuk
jenis mixotrophic dapat menggunakan cahaya dengan karbon organik sebagai
sumber karbon tambahan. Membudidayakan mikroalga fotoautotrophic dengan
biaya minimal relatif lebih sulit, karena produksi lipid tergantung pada
ketersediaan cahaya matahari sehingga tergantung pada cuaca dan musim.
Mikroalga heterotrophic mudah dibudidayakan dan dikendalikan dalam
fermentor normal. Namun, mikroalga ini membutuhkan sumber karbon organik
untuk mengakumulasi minyak, sehingga membatasi penggunaannya dalam
produksi lipid skala besar.
17
Universitas Indonesia
Jumlah lipid yang dihasilkan sel alga bervariasi antara 1% hingga 70%,
dan bahkan bisa mencapai 90% dari berat kering dalam kondisi tertentu.
Kandungan lipid rata-rata untuk mikroalga pada umumnya pada kisaran 20-50%
berat keringnya. Chlorophyta dan Bacillariophyceae, memiliki kandungan
minyak yang lebih tinggi, dan mudah dibudidayakan, terutama chlorella. Dengan
demikian jenis ini dapat dikembangkan untuk skala industri.
Pertumbuhan sel dan akumulasi lipid pada mikroalga dalam kondisi
phototrophic dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah intensitas
cahaya, pH, konsentrasi oksigen terlarut, fraksi karbon dioksida, konsentrasi
nutrisi seperti nitrogen, fosfor, silikon, dan besi, serta adanya sumber karbon
organik.
2.3.4 Bakteri
Bakteri menunjukkan tingkat pertumbuhan sel tinggi dalam kondisi kultur
yang sederhana dan beberapa jenis bakteri dapat mengakumulasi lipid di dalam
kondisi lingkungan khusus. Namun biasanya, komposisi lipid yang dihasilkan
oleh bakteri sangat berbeda dari minyak mikroba lainnya. Kebanyakan bakteri
hanya menghasilkan lipid yang kompleks, dan hanya sebagian kecil juga yang
dapat memproduksinya. Pada beberapa jenis bakteri yang dapat menghasilkan
lipid dengan jumlah cukup tinggi umumnya dalam bentuk polyhydroxyalkanoic
yang berperan sebagai senyawa penyimpanan karbon dan energi intraseluler
bakteri. Akumulasi lipid sebagian besar berlangsung selama fase stasioner
pertumbuhan, yaitu setelah penghentian sintesis protein.
Dibandingkan dengan mikroorganisme lain, banyak mekanisme regulasi
gen dalam sintesis asam lemak pada bakteri yang sudah dipahami. Oleh karena
itu, dapat lebih mudah bila ingin menggunakan teknologi rekayasa biologi,
rekayasa genetika, dan rekayasa metabolisme untuk memodifikasi kerja bakteri
dalam mengakumulasi minyak. Telah dilaporkan bahwa Escherichia coli yang
telah direkayasa sistem metabolisnya dapat menghasilkan biodiesel dan ester
secara langsung, dengan konsentrasi 0,7 g/l hingga 3,8 g/l dengan metode
fermentasi batch dan menggunakan sumber karbon terbarukan (Kalscheuer, et al,
2006;. Steen, et al, 2010; Zhang, et al, 2012).
18
Universitas Indonesia
2.4 Aspergillus oryzae
Aspergillus oryzae adalah jenis kapang dari genus Aspergillus dan
biasanya terdapat dilingkungan sebagai saprofit. Taksonomi Aspergillus oryzae
dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2. 3 Taksonomi Aspergillus oryzae
Kingdom Fungi
Phylum Ascomycota
Subphylum Pezizomycotina
Class Eurotiomycetes
Order Eurotiales
Family Trichocomaceae
Genus Aspergillus
Species Aspergillus oryzae
(Sumber: Rawlings, et al.,2006)
Berdasarkan pada tingkat taksonnya, Aspergillus oryzae termasuk dalam
genus Aspergillus dan memiliki ciri-ciri fisik seperti terlihat pada gambar di
bawah ini.
a
b
c
Gambar 2. 5 Aspergilus oryzae (a. Struktur mikroskopik, b. Kumpulan filamen,
c. Koloni) (Sumber: www.bio.nite.go.jp, 2005)
Gambar diatas menunjukkan gambaran fisik Aspergillus oryzae. Koloni
Aspergillus oryzae yang sudah menghasilkan spora akan berwarna coklat
kekuning-kuningan, kehijauan atau kehitaman sehingga miselium yang semula
berwarna putih sudah tidak terlihat (Dwijiseputro, 1978). Aspergillus oryzae
merupakan jamur askomikotina aseksual. Secara morfologi kapang ini memiliki
konidia berbentuk bulat, berwarna hijau pucat agak kekuningan, dan memiliki
konidiofor dengan panjang 4-5 mm.
19
Universitas Indonesia
Aspergillus oryzae termasuk dalam kelompok Aspergillus flavus.
Kelompok Aspergillus flavus juga terdiri dari Aspergillus sojae, Aspergillus
nomius, dan Aspergillus parasiticus. Penggolongan ini didasarkan pada produksi
sporanya, yaitu ditinjau dari warnanya mulai dari kuning, kuning kehijauan,
hingga kuning kecoklatan. Selain itu, memiliki konidiofor yang tidak berwarna
dan kasar, dan apabila dilihat dengan mikroskop sporanya akan nampak seperti
duri-duri (Raper,et al., 1965).
Aspergillus oryzae biasa dimanfaatkan dalam pembuatan tauco, kecap,
miso, sake, shoyu, dan lain-lain. Penggunaan Aspergillus oryzae untuk
pembuatan produk tersebuk sudah sejak ratusan tahun yang lalu dan semuanya
terbukti aman dikonsumsi. Aspergillus oryzae juga digunakan untuk memproduksi
beberapa jenis enzim seperti amilase, protease, β-galaktosidase, lipase, selulase,
dan bahkan dapat dijadikan suplemen probiotik. Aspergillus oryzae yang
digunakan dalam industri makanan umunya merupakan strain budidaya yang
sudah mengalami modivikasi sehingga tidak menghasilkan aflatoxin seperti
golongan Aspergillus flavus yang diisolasi dari alam.
Untuk menghindari produksi mycotoxin dan aflatoxin salah satu anjuran
yang pernah diberikan adalah dengan mengatur periode inkubasi atau
fermentasinya, dimana periode inkubasi atau fermentasi tidak boleh lebih dari tiga
hari. Aspergillus oryzae terbukti menghasilkan senyawa beracun saat diinkubasi
dalam waktu lama (Semeniuk et al, 1971; Yokotsuka, et al, 1986). Penelitian ini
dilakukan pada kultur Aspergillus oryzae menggunakan medium beras yang biasa
disebut koji mold atau koji fermentation.
Namun pada beberapa penelitian menunjukkan bahwa Aspergillus oryzae
tidak menghasilkan aflatoxin meskipun termasuk dalam golongan Aspergillus
flavus (Wei, et al, 1986; Yokotsuka, et al, 1986). Dalam sebuah pengujian
Aspergillus oryzae dan Aspergillus sojae tidak menghasilkan aflatoxin (selain
pada koji fermentation), sedangkan 33%-85% Aspergillus flavus dan Aspergillus
parasiticus bersifat toksik (Kurtzman, et al.,1986).
2.5 METODE FERMENTASI
Sebagian besar proses fermentasi yang digunakan untuk produksi
komersial diklasifikasikan menjadi dua metode yaitu solid-state fermentation dan
20
Universitas Indonesia
submerged fermentation. Solid-state fermentation dan submerged fermentation
dapat berupa proses aerobik ataupun anaerobik. Secara umum perbedaan antara
solid-state fermentation dan submerged fermentation dapat dilihat pada tabel di
bawah ini.
Tabel 2. 4 Perbedaan solid-state fermentation dan submerged fermentation
Solid-state fermentation Submerged fermentation
Jenis organisme yang digunakan adalah
organisme yang membutuhkan sedikit
air untuk pertumbuhannya seperti jamur
berfilamen.
Konsentrasi media sangat sedikit
dibandingkan dengan kandungan air.
Dapat digunakan untuk berbagai jenis
sel termasuk sel hewan dan tumbuhan.
Menggunakan inert support (alami atau
buatan) yang berisi komponen yang
dibutuhkan untuk pertumbuhan dalam
bentuk larutan.
Bahan yang dibutuhkan harganya relatif
mahal.
Potensi terjadinya kontaminasi rendah
karena kadar air yang rendah.
Kandungan air yang tinggi
mempermudah berkembangnya
kontaminan.
Dapat menggunakan bioreaktor
berukuran kecil
Bioreaktor yang digunakan ukurannya
besar.
Konsumsi energi untuk aerasi dan
transfer gas sedikit.
Konsumsi energi tinggi karena proses
transfer udara relatif lebih sulit.
Transfer nutris pertumbuhan kurang
merata.
Dengan pengadukan nutrisi dapat
berdifusi secara merata.
Sulit untuk memastikan kuantitas
biomasa yang dihasilkan dan
melakukan pengecekan kondisi-kondisi
fisik lingkungan fermentasi.
Penggunaan sensor dapat
mempermudah pengontrolan kondisi
fisik, dan sempling dapat dilakukan
untuk memastikan kondisi biomassa.
Sulit untuk dilakukan manipulasi
kondisi fisik dan kimia.
Mudah untuk dilakukan manipulasi
kondisi fisik dan kimia.
Proses downstream mudah, murah dan
cepat.
Penggunaan air yang banyak membuat
proses downstream lebih susah dan
mahal.
Kemurniannya rendah Kemurniannya tinggi
Tidak menghasilkan limbah cair Menghasilkan limbah cair
(Sumber: Manpreet, et al., 2005)
Berdasarkan tabel di atas, terlihat masing-masing metode memiliki
kelebihan dan kelemahan masing-masing. Pada metode solid-state fermentation
mikroorganisme tumbuh pada media solid dengan kandungan air yang sangat
sedikit atau bahkan tanpa menggunakan air. Contoh pemanfaatan metode
21
Universitas Indonesia
fermentaasi ini adalah mushroom cultivation, pembuatan roti, proses fermentasi
biji coklat, produksi beberapa makanan tradisional seperti miso, sake, kecap,
tempe, dan lain-lain.
Proses produksi dengan metode solid-state fermentation dapat berupa
proses aerobik maupun anaerobik. Contoh proses aerobik adalah pada proses koji
fermentation. Sedangkan proses anaerobik misal pada proses produksi produk
daging fermentasi seperti bologna sausage (sosis daging), dry sausage, pepperoni,
dan salami.
Sedangkan pada submerged fermentation menggunakan medium padat
yang tersuspensi di dalam cairan atau menggunakan medium berupa larutan yang
berisi substansi nutrisi. Contoh penggunaan metode ini adalah pada pembuatan
asinan, acar, yoghurt, beer, wine, dan lain-lain. Submerged fermentation pada
umunya menggunakan sistem aerobik meskipun beberapa menggunakan sistem
anaerobik. Contoh proses aerobik pada submerged fermentation yaitu pada proses
produksi asam sitrat menggunakan Aspergilus niger. Sedangkan proses anaerobik
misalnya pada proses produksi yoghurt. Proses aerasi biasanya menggunakan
metode bubbling atau dengan pengadukan.
Jenis reaktor untuk submerged fermentation cukup beragam, salah satunya
adalah bubble column reaktor. Reaktor ini merupakan tangki silinder, dengan
rasio tinggi dan diameter 4-6. Biasanya dilengkapi dengan sparger pada dasar
tangki yang berfungsi sebagai agitator. Reaktor ini cukup sederhana, meski
memiliki keterbatasan pada larutan berfiskositas tinggi, namun cocok untuk
larutan dengan viskositas rendah karena nutrisi dan aerasi lebih merata.
2.6 FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH DALAM
PERTUMBUHAN KAPANG
Akumulasi lemak pada sebagian mikroorganisme oleaginous yang
tumbuh dalam kultur batch mengikuti pola dua tahap. Tahap pertama ialah
perkembangbiakan sel yang tumbuh dengan laju maksimum. Tahap ini
berlangsung terus sampai komponen nutrisi selain karbon, biasanya nitrogen
telah habis. Pembentukan sel-sel baru, yang membutuhkan sintesa protein, RNA,
DNA dan sebagainya, tidak dapat diteruskan karena habisnya nitrogen (fosfat atau
nutrien lainnya). Setelah itu, karbon yang berlebih akan terus dikonsumsi dan
22
Universitas Indonesia
dikonversi oleh mikroorganisme oleaginous menjadi lemak yang terakumulasi
pada jaringan intraseluler (Rahman, 1992). Faktor-faktor yang mempengaruhi
produksi minyak sel tunggal diantaranya adalah suhu, pH, rasio karbon dan
nitrogen, dan lama waktu inkubasi.
2.6.1 Suhu
Suhu lingkungan sangat besar pengaruhnya terhadap pertumbuhan
mikroorganisme. Suhu pertumbuhan optimal kapang yang bersifat mesofilik
berkisar 25–300C. Peningkatan suhu pertumbuhan pada kisaran optimum umunya
disertai dengan peningkatan kandungan lemak dan kapang (Shaw, 1965).
Pengaruh suhu yang paling nyata terhadap produksi minyak sel tunggal
adalah perubahan komposisi asam lemaknya. Asam lemak tidak jenuh relatif
meningkat pada suhu pertumbuhan yang relatif rendah (Summer, et al, 1969
dalam Wassef, 1975).
Perubahan komposisi asam lemak yang dipengaruhi oleh perubahan suhu,
ada hubungannya dengan aktivitas enzim desaturase. Enzim yang berperan dalam
pembentukan ikatan rangkap ini akan terhambat aktivitasnya pada suhu yang
tinggi. Hal ini memberi penjelasan mengapa pada suhu yang lebih rendah,
kandungan asam lemak tidak jenuhnya tinggi (Gurr et al, 1969 dalam Wassef,
1975).
Suhu juga berpengaruh terhadap kelarutan oksigen. Kelarutan oksigen
meningkat dengan menurunya suhu. Oksigen mempengaruhi kecepatan desaturasi
karena oksigen diperlukan dalam proses tersebut sebagai aseptor ion hydrogen.
Oleh karena itu, ketidakjenuhan asam lemak akan meningkat dengan
meningkatnya kelarutan oksigen (menurunya suhu) (James et al, 1969 dalam
Wassef, 1975).
2.6.2 pH
Kebanyakan kapang dapat tumbuh pada kisaran pH yang luas yaitu pH 2–
8,5, tetapi biasanya pertumbuhannya akan lebih baik pada kondisi asam atau pH
rendah (Fardiaz, 1992). Nilai pH optimum untuk pertumbuhan kapang berkisar
antara 6,0–7,0, sedangkan pH optimim untuk produksi lemak bervariasi pada
23
Universitas Indonesia
setiap spesies kapang. Kandungan lemak pada kapang yang ditumbuhan pada
kisaran pH 5,9–7,5 tidak berbeda nyata (Cantrell, 1971 dalam Wassef, 1975).
Nilai pH medium dipengaruhi oleh jenis sumber nitrogen yang digunakan
Amonium sulfat menyebabkan pH medium turun tajam hingga 2,0 setelah 10 hari.
Sebaliknya pemakaian urea sebagai sumber nitrogen menyebabkan pH sedikit
meningkat hingga 5,0–6,0 (Wati, 1995).
Penelitian yang dilakukan oleh Linberg et al. (1991) menggunakan
medium dengan pH awal 5,0 atau 5,5. Nilai GLA pada pH 5,5 lebih tinggi
dibandingkan pada pH 5,0. Nuraida et al. (1995) menyatakan bahwa kadar GLA
pada minyak dipengaruhi secara nyata oleh suhu dan pH awal medium,
dimana kadar tertinggi pada minyak diperoleh pada suhu 250C dan pH 5,0.
2.6.3Waktu Inkubasi
Waktu inkubasi berhubungan dengan kesempatan mikroorganisme untuk
memanfaatkan komponen nutrisi yang tersedia pada medium dan efektivitas
sistem metabolisme mikroorganisme dalam memanfaatkannya.
Fase pertumbuhan mikroorganisme terbagi dalam fase adaptasi, fase
pertumbuhan awal, fase logaritmik, fase pertumbuhan lambat, fase
pertumbuhan statis dan fase kematian (Fardiaz, 1992). Masa inkubasi
mikroorganisme terbaik berada pada fase stasioner dan tidak boleh melebihi
fase kematian. Untuk produksi GLA, diharapkan pada akhir masa inkubasi
akumulasi asam lemak sudah mencapai titik maksimum (Nawangsari, 1996).
Gambar 2. 6 Produksi Lipid Aspergillus Oryzae dengan Medium Air Limbah
Proses Pengolahan Kentang (Sumber: Muniraj, et al., 2013)
24
Universitas Indonesia
Gambar 2. 7 Akumulasi Lipid pada DGB1 dalam Medium Basal 5% Glukosa
(Sumber: Abu-Elreesh., 2013)
Berdasarkan kedua grafik diatas, diketahui bahwa rata-rata akumulasi lipid
tertinggi terjadi pada rentang hari kelima hingga ke tujuh.
2.6.4Aerasi
Yoshida (1982) dalam Tsao (1982) menyatakan bahwa tujuan aerasi
dalam fermentasi adalah untuk mensuplai oksigen dan pada saat yang sama
akan memindahkan CO2 dari sel mikroorganisme yang tersuspensi dalam cairan
fermentasi.
Mikroorganisme aerob dan anaerob fakultatif membutuhkan oksigen
pada proses desaturasi asam lemak. Aerasi dapat meningkatkan kelarutan
oksigen sehingga meningkatkan derajat ketidakjenuhan asam lemak yang
diproduksi (Erwin, 1973 dalam Bajpai, 1993).
Aerasi dapat mempercepat pertumbuhan dan meningkatkan pemakaian
sumber karbon yang tersedia. Aerasi tidak menyebabkan perbedaan nyata pada
kandungan lemak total kultur kapang (Starkey, 1946 dalam Wassef, 1975).
Aerasi bisa menjadi faktor pembatas kenaikan jumlah sel karena dalam
kasus-kasus tertentu, fermentasi alkohol (anaerob) dapat menghambat
kenaikan sel. Bagi kapang Mucorales, oksigen sangat penting terutama bila
akan diproduksi miseliumnya dalam fermentor skala industri (Aggelis et al, 1988
dalam Wati, 1995).
25
Universitas Indonesia
Aerasi akan meningkatkan oksigen yang merupakan aseptor elektron
terminal dari sitokrom oksidase. Reaksi hidroksilase diperlukan untuk
pertumbuhan dan biosintesis asam lemak tidak jenuh (Wassef, 1975).
2.6.5 Rasio Karbon (C)/Nitrogen (N)
Rasio karbon dan nitrogen merupakan faktor penting bagi produksi
minyak sel tunggal. Rasio karbon dan nitrogen memiliki kisaran yang luas
tergantung jenis kapangnya. Rasio karbon dan nitrogen yang optimum untuk
pertumbuhan kapang dan produksi lemak adalah 60 :1 dan 80:1 (Wassef,
1975). Rasio karbon dan nitrogen yang lebih tinggi akan menghasilkan
kandungan lemak yang lebih tinggi, tetapi pertumbuhan selnya lebih lambat,
sehingga secara keseluruhan produktivitas lemaknya lebih rendah. Menurut
Nawangsari (1996), campuran onggok-ampas tahu dengan rasio C/N = 20 : 1
dapat menghasilkan asam gamma linolenat paling tinggi (27,3 mg/g minyak)
diantara rasio C/N lainnya.
Rasio karbon/nitrogen ini erat kaitannya dengan skema akumulasi lipid di
dalam sel organisme. Terdapat tiga fase yang terjadi di dalam kultur batch. Fase
pertama, pada saar sumber karbon dan nitrogen masih tersedia, organisme hanya
akan mensisntesis lipid fungsional seperti lipid penyususn membran sel.
Kemudian pada fase kedua yaitu setelah sumber nitrogen habis namun masih
tersedia cukup banyak sumber karbon, maka organisme akan mengakumulasi lipid
di dalam selnya. Selanjutnya pada fase ketiga yaitu setelah sumber karbon juga
habis maka organisme akan menggunakan lipid yang sudah disimpan di dalam
selnya untuk metabolisme sel dan bertahan hidup. Secara grafik kondisi ini dapat
dijelaskan dengan gambar 2.7 dibawah ini.
26
Universitas Indonesia
Gambar 2. 8 Model Akumulasi Lipid pada Organisme Oleaginous dan Pengaruh
Konsentrasi C/N (Sumber: Rossi, et al. 2011)
2.7 MEDIUM FERMENTASI (ONGGOK DAN AMPAS TAHU)
Pada formulasi media pertumbuhan kapang, peprlu diketahui ketersediaan
sumber karbon (C) dan nitrogen (N) dari komponen bahan dasar media fermentasi
tersebut.
Tabel 2. 5 Komposisi Nitrogen dan Karbon di dalam Onggok dan Ampas Tahu
Bahan Dasar Kadar C (g/100g) Kadar N (g/100g)
Onggok 41,71 0,88
Ampas Tahu 40,87 2,52 (Sumber: Sumanti, 2003)
Penggunaan sumber C dan N alami dari limbah lebih menguntungkan dari
medium sintetik, karena sumber nutrien ini mengandung semua atau beberapa
vitamin yang dibutuhkan oleh kapang (ahman, 1989). Selain itu pula komponen
penyusunnya yang relative lebih murni dan juga dapat menekan biaya produksi.
Kapang sangat membutuhkan senyawa C dalam jumlah yang cukup, yang akan
dipecah untuk menghasilkan energi bagi aktivitas penyusunan komponen sel dan
pembentukan metabolit. Dalam pertumbuhannya kapang membutuhkan unsure
N yang cukup karena N diperlukan untuk sintesis protein. Keuntungan dari
penggunaan ampas tahu sebagai media selain sebagai penyedia N, juga
merupakan sumber factor pertumbuhan (growth factor), karena terdapat
berbagai asam amino dalam ampas tahu. Rahman (1989) menyatakan bahwa
komponen media fermentasi harus memenuhi kebutuhan dasar untuk
27
Universitas Indonesia
pembentukan biomassa dan produk fermentasi serta dapat menyediakan energi
yang cukup untuk biosintesis dan pemeliharaan sel.
2.8 PEMANENAN
Proses hilir atau downstream process di akhir periode fermnetasi kapang
meliputi satu atau lebih tahap pemisahan padatan dan cairan. Biomassa dapat
dipisahkan dari medium dengan cara sedimentasi, sentrifugasi, dan filtrasi.
Terkadang juga membutuhkan tahap flokulasi dengan penambahan bahan
koagulan (Medina, et al., 2004)
2.8.1 Filtrasi
Untuk kultur skala kecil dan beroperasi secara batch, pada umumny alat
penyaring yang digunakan adalah kain satin yang terbuat dari benang-benang
kanvas. Sedangkan untuk skala yang lebih besar alat yang biasa digunakan untuk
menyaring adalah rotary vacum drum filter dan chamber filter press yang
memiliki filter cloth berbahan dasar canvas, nylon, dacron, logam, dan serat fiber.
Untuk menyaring spesies yang memiliki fragilitas yang tinggi, diperlukan
metode penyaringan yang lebih baik lagi, agar zat metabolit yang diinginkan tidak
hilang. Mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi adalah metode yang paling sesuai. Kedua
metode ini sama-sama menggunakan membran yang terbuat dari polivinilidin
(PVDV). Untuk ultrafiltrasi membran yang digunakan biasanya terbuat dari
PVDF, poliakrilonitil (PAN), dan polietersulvon (PES).
2.8.2 Pengeringan
Setelah tahap penyaringan masih banyak enzim aktif yang bekerja pada
biomassa seperti esterase dan lipase yang dapat teraktifkan akibat keadaan tanpa
nutrisi yang dapat memicu mikroba untuk mengkonsumsi kandungan lipid pada
tubuh mereka untuk bertahan hidup. Oleh karena itu, biomassa basah yang
diperkirakan masih mengandung 80% air harus segera dikeringkan untuk
menstabilkan kandungan minyak di dalam tubuh biomassa (Ratledge, et.al, 2005).
Pada kondisi kering dan stabil ini, biomassa masih terancam rusak akibat
oksidasi sehingga disarankan untuk segera dilakukan proses ekstraksi untuk
mempertahankan kandungan minyak yang tinggi, jika ingin disimpan untuk
28
Universitas Indonesia
analisis lanjut maka biomassa kering harus disimpan pada sehu rendah dengan
atmosfer nitrogen (Ratledge, et.al, 2004).
2.8.3 Ekstraksi Lipid
Lipid merupakan salah satu komponen yang terdistribusi luas di dalam
organisme, dapat berupa lipid sederhana atau kompleks. Lipid sederhana
merupakan suatu bagian dari agregat besar minyak (minyak, lemak, dan wax)
yang secara khusus tersimpan dalam suatu jaringan , yang mana akan mudah
untuk diekstrak dengan menggunakan heksana atau dietil eter. Sedangkan lipid
yang kompleks pada umumnya menjadi komponen penyususn membran
(berinteraksi atau berikatan dengan protein dan polisakarida lain seperti
phosphatidate, glycerophospholipid, phosphatidylinositol, phosphatidylcholine)
kondisi seperti ini tidak mudah untuk diekstrak. Dalam kondisi ini pelarut tidak
hanya larut dalam lipid saja namun juga harus dapat berinteraksi dengan lipid dan
matriks jaringan. Ekstraksi lipid dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti
maserasi, soklet, SFE (Supercritical Fluid Extraction), tekanan tinggi, sonikasi,
dan MAE (Microwave Assisted Extraction).
Dalam mikroorganisme oleaginous, lipid terdapat di membran sel dan
sitosol. Akumulasi lipid dalam organisme oleaginous diketahui terjadi ketika ada
penurunan pertumbuhan, dan gizi selain karbon, sehingga proliferasi sel
terhambat dan memungkinkan terjadinya akumulasi lipid di dalam sel (Retledge,
et al., 1998). Jumlah lipid pada organisme oleaginous bergantung pada metode
ekstraksi dan pelarut yang digunakan untuk mengekstrak lipid.
Ekstraksi menggunakan pelarut masih menjadi metode ekstraksi yang
paling sering digunakan karena sederhana, tidak membutuhkan alat khusus dan
relatif murah. Terdapat tiga pelarut yang umum digunakan pada tahap ekstraksi
yaitu menggunakan pelarut kloroform:methanol (2:1), pelarut
heksana:isopropanol (3:1) dan pelarut heksana saja. Menurut Zhu, et al (2002),
ekstraksi menggunakan pelarut organik kloroform:methanol (2:1) memberikan
hasil ekstraksi lipid maksimum untuk sel kapang. Sistem pelarut ideal untuk
mengekstrak lipid dari sel harus cukup polar untuk menghilangkan semua lipid
dari membran sel. Pada saat yang sama pelarut tidak boleh terlalu polar karena
dapat menyebabkan lipid nonpolar tidak larut. Kombinasi pelarut polat dan
29
Universitas Indonesia
nonpolar menguntungkan ekstraksi lipid dari mikroorganisme. Sistem pelarut ini
telah digunakan untuk mengekstrak senyawa nonpolar dan phospolipid dari
mikroorganisme (Cetrik, et al., 1996).
Metode yang telah digunakan untuk ekstraksi lipid dari mikroorganisme
adalah metode Bligh dan Dyer. Pada metode ini sampel dikarakterisasi dengan
menggunakan campuran kloroform, metanol, dan air. Sampel disaturasi dengan
metanol dan kloroform dan menyisakan satu fase. Kemudian ditambahkan
kloroform berlebih dan airsehingga membentuk dua fase. Lipid berada pada fase
kloroform, yang dapat dihilangkan dengan penguapan.
Lipid dalam sel jamur atau kapang diperoleh dengan ekstraksi basah dan
kering. Ekstraksi lipid jamur Mortierella alpina secara langsung dari biomassa
basah menggunakan metode Bligh dan Dyer menghasilkan jumlah lipid yang
lebih sedikit dibandingkan dengan ekstraksi dari biomassa kering (Zhu, et al.,
2005). Hal ini menunjukkan bahwa lipid dalam biomassa basah tidak diekstraksi
sepenuhnya. Meskipun metode Bligh dan Dyer sering diterapkan dalam ekstraksi
lipid dari biomaterial basah, tidak tepat ekstraksi lipid dari miselium basah. Hal
ini mungkin disebabkan karena perbedaan biomaterial. Lipid dalam biomassa
jamur tidak hanya ada dalam tubuh lipid tetapi juga dalam membran.
2.9 METODE ANALISIS
Analisis dilakukan untuk mengetahui jumlah lipid total untuk setiap berat
biomassa kering, analisis tingkat kandungan PUFAs, dan analisis kandungan AA,
DHA, dan EPA.
2.9.1 Penentuan jumlah lipid total
Berat lipid didapatkan dari selisih antara berat botol kosong dan berat
botol dengan lipid kering. Penentuan kandungan lipid kapang dapat dilakukan
dengan menimbang lipid yang diperoleh dari hasil ekstraski. Presentase lipid total
dapat dihitung dengan persamaan Ketaren (1986).
......(1)
30
Universitas Indonesia
2.9.2 Analisis konsentrasi asam lemak omega-3,6, dan 9 serta konsentrasi
AA, DHA, dan EPA
Konsentrasi asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-9 serta
konsentrasi AA, DHA, dan EPA dapat dianalisis dengan menggunakan GC-MS.
Lipid seluler dilarutkan dengan menggunakan heksana, kemudian diinjeksikan ke
dalam kolom kromatografi gas. Hasil dapat dianalisis dengan menggunakan
database komponen asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-9, AA, DHA, dan
EPA.
2.10 STATE OF THE ART
Penelitian terkait dengan single cell oil bukanlah penelitian yang pertama
kali dilakukan. Sebelum penelitian ini, ada banyak percobaan yang telah
dilakukan dan berhasil diterbitkan dalam bentuk jurnal nasional maupun
internasional. Namun jenis mikroorganisme, metode fermentasi, jenis medium
dan kondisi yang divariasikan berbeda satu sama lain. Jenis mikroorganisme yang
digunakan diantaranya yeast, kapang, alga, dan bakteri.
Secara umum yeast dan kapang dapat mengakumulasi lipid jauh lebih
banyak dari bakteri dan alga (Li ,et al., 2009). Beberapa penelitian menggunakan
yeast yang sudah dilakukan adalah produksi SCO dari yeast golongan Yarrowia
diantaranya Yarrowia lipolytica yang dilakukan oleh Zinjarde, 2013 dan
Yarrowia lipolytica QU-21 yang dilakukan oleh Poli, et al., 2014. Hasil akumulasi
lipid pada pada masing-masing strain ini adalah sebagai berikut. Dengan
perbandingan konsentrasi medium 40 g/L glukosa, dan 31 g/L biomass, diperoleh
konsentrasi lipid maksimal yaitu 12,4 g/L (40%) pada strain Yarrowia lipolytica.
Sedangkan pada strain Yarrowia lipolytica QU-21produksi lipid 1,48 g/L (30,1%
dalam total biomassa kering). Terlihat hasil akumulasi lipid yang berbeda pada
kedua strain. Namun disini pengaruh lingkungan kultur juga menentukan besarnya
akumulasi lipid, karena dari dua spesies yang sama namun berbeda strain ini
dikultur dalam medium yang berbeda.
Sedangkan dari kapang diantaranya adalah produksi SCO dari kapang
golongan Fusarium. Dengan menggunakan limbah cheese whey sebagai medium
diperoleh akumulasi total lipid sebesar 0,1467 hingga 0,8661 mg lipid per mg
31
Universitas Indonesia
berat basah biomass, dan dari kandungan lipid tersebut sebagian besar didominasi
oleh jenis asam lemak palmitat, stearat dan oleat (Akpinar-Bayizit, et al., 2014)
Penelitian lain yang sudah banyak dilakukan dan menunjukkan hasil
akumulasi lipid cukup besar adalah pada golongan Mortierella. Penelitian
menggunakan Mortierella alpina yang dilakukan oleh Peng, et al., 2010
menggunakan variasi suhu menghasilkan peningkatan berat sel kering 34,7 hingga
36,7g/l, dan konsentrasi ARA 7,3 hingga 9,2g/l pada suhu 25◦C dan 20◦C.
Sedangkan penelitian menggunakan Mortierella isabellina yang dilakukan oleh
Meeuwse, et al., 2012 menggunakan variasi rasio C/N memberikan hasil
akumulasi lipid tertinggi pada fase eksponential ada pada rasio C/N 18:1 yaitu 39
± 1%, dan pada fase stasioner pada rasio C/N 18:1 yaitu 54±1%.
Beberapa faktor sangat menentukan besarnya akumulasi lipid dan produksi
asam lemak tak jenuh. Faktor tersebut dianaranya adalah jenis spesies, nutrisi,
suhu, pH, dan aerasi. Optimisasi untuk masing-masing kondisi lingkungan
biasanya akan memberikan pengaruh pada biaya operasi. Seperti kendala
pengembangan produksi lipid yang terjadi saat ini yaitu biaya yang tinggi dalam
proses produksi sehingga kurang kompetitif secara ekonomi. Oleh karena itu,
penggunaan limbah sebagai sumber nutrisi merupakan salah satu alternatif yang
dapat dilakukan.
Sejumlah penelitian produksi lipid dari yeast dan kapang menggunakan
medium limbah juga telah dilakukan. Dalam sejumlahpenelitian menunjukkan
bahwa konsentrasi GLA pada hampir semua jenis yeast rendah, hanya 10 strain
yang mengandung GLA lebih dari 2%. Cunninghamella elegans menghasilkan
GLA terbanyak yaitu 3,8% (Certik,et al., 1993).
Penelitian menggunakan kapang juga banyak dilakukan seperti
penggunaan kapang jenis Mucorales, Rhizopus, Mortierella,dan Aspergillus.
Rhizopus, dan Aspergilus merupakan jenis kapang yang sudah banyak dikenal
dalam industri makanan dan terbukti sebagian besar spesiesnya aman dikonsumsi,
sehingga sangat potensial untuk dijadikan sumber SCO yang akan digunakan
sebagai suplemen makanan. Penelitian menggunakan Rhyzopus mengunakan
metode solid-substrate menunjukkan hasil akumulasi lipid 34-36% berat kering
biomass dengan kandungan DHA 14,32 mg per gram lipid (Salunke, et al., 2014).
32
Universitas Indonesia
Penelitian dengan menggunakan Aspergillus juga sudah mulai dilakukan
diantaranya pada spesies Aspergillus terreus menggunakan medium onggok dan
ampas tahu. Hasil penelitia menunjukkan rata-rata kadar lemak 12,04%
menggunakan metode solid-state fermentation.
Berbagai upaya optimisasi produksi lipid juga sudah banyak dilakukan,
mulai dari mencari kondisi lingkungan yang sesuai dengan tiap spesies seperti
suhu, pH, dan kebutuhan aerasi, melakukan pemilihan jenis sumber karbon dan
nitrogen, variasi konsentrasi sumber karbon dan nitrogen, hingga rekayasa
genetik. Faktor-faktor ini memang sangat penting dalam meningkatkan produksi
lipid mikroorganisme. Suhu memiliki peran penting karena mempengaruhi laju
metabolisme, aerasi juga memiliki peran penting karana O2 berperan sebagai alat
transfer elektron dalam proses metabolisme. Namun salah satu hal yang penting
diperhatikan adalah masa akumulasi lipid, dimana masa produksi lipid tidak sama
dengan masa akumulasi lipid. Masa akumulasi lipid terjadi saat jumlah nitrogen
dalam substrat telah habis namun jumlah karbon masih banyak. Hal ini juga
menjadi perhatian sejumlah peneliti.
Penelitian saat ini ditinjau dari beberapa faktor. Pertama berdasarkan
ketersediaan organisme seperti beberapa jenis kapang yang sudah banyak
digunakan dalam industri makanan sehingga dapat dipastikan jumlah
ketersediaanya mencukupi dan produknya aman dikonsumsi. Kedua, dari faktor
lingkungan yang memberikan kondisi terbaik untuk akumulasi lipid seperti suhu,
pH, aerasi, dan rasio karbon/nitrogen. Maka diputuskan untuk penelitian ini akan
digunakan kapang Aspergillus Oryzae dengan memanfaatkan limbah onggok dan
ampas tahu sebagai sumber karbon dan nitrogen pada metode fermentasi
submerged fermentation. Variabel bebas yang akan digunakan dalam penelitian
ini untuk memperoleh jumlah lipid serta asam lemak tak jenuh tertinggi dari
Aspergillus Oryzae adalah rasio karbon dan nitrogen yang berasal dari onggok
dan ampas tahu. Penelitian ini akan memberikan kontribusi pada pemanfaatan
lebih lanjut limbah industri tapiokan dan tahu. Selain itu, penggunaan Aspergillus
Oryzae juga akan memberikan alternatif baru pemanfaatan mikroorganisme
khususnya kapang sebagai produsen suplemen makanan bernilai tinggi.
33
Universitas Indonesia
Tabel 2. 6 State of the art
Peneliti Tahun Organisme Metode
Fermentasi Medium Variabel bebas Hasil
Sumanti, et
al
2005 Aspergillus terreus Fermentasi padat Onggok dan
ampas tahu
Rasio C/N - Akumulasi lipid paling tinggi pada rasio C/N
45:1 yaitu 14,63%.
Peng, et al 2010 Mortierella alpina Kultur cair Glukosa Variasi suhu (15oC-
25oC)
- Pertumbuhan sel optimal pada suhu 25◦C,
akumulasi ARA maksimal pada suhu 20◦C.
- Berat sel kering meningkat 34,7 hingga 36,7g/l, dan konsentrasi ARA meningkat 7,3
hingga 9,2g/l pada suhu 25◦C dan 20◦C.
Meeuwse, et
al 2012 Umbelopsis
isabellina
(Mortierella
isabellina)
Submerged batch
culture.
Glukosa (C) dan
(NH4)2SO4 (N) Rasio C/N - Akumulasi lipid tertinggi pada fase
eksponential ada pada rasio C/N 18:1 yaitu 39
± 1%, dan pada fase stasioner pada rasio C/N
18:1 yaitu 54±1%.
Muniraj, et
al 2013 Aspergillus oryzae Submerged
fermentation
Air limbah
pengolahan
kentang
Rasio dilusi air
limbah yang
digunakan (25%,
50%, 75%)
- Konsentrasi lipid maksimum: 3,5 g/L pada
rasio dilusi 25%.
- Jenis lipid yang terkandung diantaranya: Asam
palmitat (11,6%), asam palmitoleat (15,6%),
asam stearat (19,3%), asam oleat (30,3%),
asam linolenat (5,5%), asam linoleat (6,5%)
Zinjarde 2013 Yarrowia lipolytica Submerged
fermentation
Glukosa dan
biomassa
(sugar cane)
Konsentrasi
glukosa dan
biomass
Dengan perbandingan konsentrasi medium 40 g
L-1
glukosa, dan 31 g L-1
biomass, maka
konsentrasi lipid mencapai maksimal yaitu 12,4
g L-1
(40%)
34
Universitas Indonesia
Peneliti Tahun Organisme Metode
Fermentasi Medium Variabel bebas Hasil
Akpinar-
Bayizit, et al
2014 Fusarium culmorum,
Fusarium solani,
Fusarium
verticillioides,
Fusarium
graminearum,
Fusarium
semitectum.
Fermentasi cair Cheese whey Spesies yang
digunakan
Rata-Rata Kandungan Lipid: 0,1467-
0,8661 mg lipid per mg w/w
Wet Biomass:
- F. Verticillioides: 937,50 mg
- F. Culmorum: 780 mg
- F. Solani: 778,75 mg
PUFA (%/Wet Biomass)
- F. Verticillioides: 44,22%
- F. Culmorum: 44,12%
- F. Solani: 57,20
Jenis PUFA yang terkandung: ARA (F.
Culmorum ) dan EPA (rata-rata: 0,03 -
0,12 %)
Schulze, et
al
2014 Trichosporon
porosum,
Cryptococcus
podzolicus
Fermentasi cair Glukosa Spesies yang
digunakan
- C. podzolicus menghasilkan yield lipid
31,8% per biomass kering, dan T. Porosum menghasilkan yield lipid 34,1% (atau
konsentrasi lipidnya 17,97g/L dan 17,02
g/L).
- Jenis asam lemak yang dihasilkan adalah:
oleic acid (39,6 – 59,4%), Palmitic acid (18,4
– 21,1%), linolenic acid (7,5 - 18,7%)
Salunke, et
al
2014 Rhizopus oligosporus
NCIM 1215
Kultur pada media
agar.
potato dextrose
agar (PDA)
Variasi konsentrasi
PDA (3%, 6% and
10%)
- Akumulasi lipid 36% per biomassa kering.
- Produksi DHA: 14.32 mg DHA/mg lipid
pada variasi 3% FSM dan suhu 20°C
Tabel 2. 6 State of the art (Lanjutan)
35
Universitas Indonesia
Peneliti Tahun Organisme Metode
Fermentasi Medium Variabel bebas Hasil
Poli, et al 2014 Yarrowia lipolytica
QU-21
Kultur cair.
Glycerol dan
(NH4)2SO4
Variasi konsentrasi
Glycerol dan
(NH4)2SO4
Produksi lipid 1,48 g/L (30,1% dalam total
biomassa kering)
Lin, et al 2014 Aspergillus oryzaeA-
4
solid-state.
Medium agar. Rekombinasi
kromosom
(celAtransformant A2-
2 and
celCtransformant D1-
B1)
Peningkatan yield biomassa kering 101%–
133% dan akumulasi lipid meningkat 35,22%–
59,57% dibandingkan strain A-4.
(Sumber: aneka sumber)
Tabel 2. 6 State of the art (Lanjutan)
36
Universitas Indonesia
Tabel 2. 7 Pemetaan state of the art
Organisme
Kapang Yeast
Aspergillus
oryzae
Aspergillus
oryzae
Aspergillus
terreus
Mortierella
alpina
Mortierella
isabellina
Fusarium culmorum,
Fusarium solani,
Fusarium verticillioides,
Fusarium graminearum,
Fusarium semitectum.
Rhizopus
oligosporus
NCIM
1215
Yarrowia
lipolytica
Trichosporon
porosum
Cryptococcus
podzolicus
SUMBER KARBON
Glukosa
Cheese whey
Air limbah
pengolahan
kentang
Sugar cane
Onggok
SUMBER NITROGEN
Ampas tahu
KH2PO4 dan
NaH2PO4
(NH4)2SO4
37
Universitas Indonesia
Tabel 2. 7 Pemetaan state of the art (Lanjutan)
Organisme
Kapang Yeast
Aspergillus
oryzae
Aspergillus
oryzae
Aspergillus
terreus
Mortierella
alpina
Mortierella
isabellina
Fusarium culmorum,
Fusarium solani,
Fusarium verticillioides,
Fusarium graminearum,
Fusarium semitectum.
Rhizopus
oligosporus
NCIM
1215
Yarrowia
lipolytica
Trichosporon
porosum
Cryptococcus
podzolicus
METODE FERMENTASI
Solid state
fermentation
Submerged
fermentation
EKSTRAKSI
Sochlet
Bligh dan Dyer
Sonikasi
Folch
Hexane
Sekarang Muniraj, et
al., 2013
Sumanti, et
al., 2005
Peng, et al.,
2010
Meeuwse,
et al., 2012
Akpinar-Bayizit, et al.,
2014
Salunke, et
al., 2014
Zinjarde,
2013
Schulze, et
al., 2014
Schulze, et al.,
2014
(Sumber: aneka sumber)
38
Universitas Indonesia
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas mengenai pelaksanaan penelitian yang meliputi alur
penelitian, alat dan bahan yang digunakan, penjelasan variable, dan prosedur
penelitian. Penelitian dibagi menjadi tiga tahap yaitu persiapan, pemanenan, dan
pengujian. Penelitian dilakukan di Laboratorium Rekayasa Bioproses,
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Analisis GC-
MS dilakukan di Pusat Laboratorium Forensik.
3.1 RANCANGAN PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode submerged fermentation dengan
variasi rasio karbon dan nitrogen dari onggok dan ampas tahu. Diagram rancangan
penelitian ini dapat dilihat pada bagan di bawah ini.
39
Universitas Indonesia
Gambar 3. 1. Diagram Rancangan Penelitian
(Sumber: Data Pribadi)
40
Universitas Indonesia
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh kondisi fermentasi
optimal sehingga kapang Aspergilus oryzae dapat menghasilkan lipid per bimassa
kering paling banyak dan menghasilkan PUFAs terutama AA, DHA, dan EPA
paling banyak persentasenya. Oleh karena itu dilakukan variasi kondisi
fermentasi. Variasi yang dilakukan dalam penelitian ini adalah variasi C:N rasio
dari medium kultur yaitu dengan memvariasikan massa onggok dan ampas tahu
yang digunakan sebagai sumber C dan N dalam medium kultur 20:1, 40:1, 60:1,
80:1. Kondisi yang dijaga tetap pada penelitian ini adalah temperature yaitu 25oC,
pH yaitu 6,0-6,5, dan kecepatan agitasi yaitu 120 rpm. Parameter pemanenan
ditinjau dari nilai OD yaitu pada saat kapang mulai memasuki fase stasioner.
3.2 ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN
Bahan-bahan dan peralatan yang dibutuhkan untuk menunjang
pelaksanaan penelitian ini diantaranya sepeti disebutkan di dalam tabel 3.1 dan
3.2 di bawah ini.
3.2.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini seperti tertera pada tabel 3.1
dibawah ini.
Tabel 3. 1 Peralatan yang Digunakan dalam Penelitian
Peralatan Kegunaan
Autoklaf Untuk sterilisasi peralatan
Shaker incubator Tempat inkubasi kapang
Erlenmeyer 250 ml (Pyrex) Wadah inokulasi kapang
Peralatan glassware (Pyrex): Gelas ukur
10 ml, 1L, gelas beaker 1L.
Tempat membuat medium inokulasi
Mikropipet dan microtube Untuk mengambil sampel dalam jumlah
micron
Laminar air flow Tempat melakukan peremajaan kapang
dan inokulasi secara aseptis
Kaca arloji Wadah untuk menimbang bahan dan
sampel
41
Universitas Indonesia
Tabel 3. 2 Peralatan yang Digunakan dalam Penelitian (lanjutan)
Peralatan Kegunaan
Neraca digital Untuk menimbang bahan dan
mengukur berat sampel
Buret dan statif Alat titrasi
Oven Untuk sterilisasi glassware dan
mengeringkan biomassa
Mortar Untuk menghaluskan biomassa
Sentrifugator Untuk ekstraksi kapang
Kertas saring Untuk filtrasi biomassa
Pengaduk Untuk mengaduk larutan
Termometer Untuk mengukur suhu fermentasi
pH meter Untuk mengukur pH fermentasi
Tabung reaksi (10 cm) Sebagai wadah sampel
Botol vial Wadah sampel lipid
Unit GC Untuk analisis AA, DHA, dan EPA
(Sumber: data pribadi)
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan untuk penelitian ini seperti yang tertera pada
tabel 3.3 di bawah ini.
Tabel 3. 3 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian
Bahan Kegunaan
Aspergilus oryzae yang diperoleh dari
Indonesia Nature Culture Colection
(INACC) LIPI Cibinong
Mikroorganisme oleaginous
Onggok dan Ampas tahu Medium fermentasi dan sumber C serta
N utama
KH2PO4 dan Na2HPO4 Sumber nitrogen
Yeast ekstrak, Amonium Klorida, dan
Glukosa
Sumber karbon
42
Universitas Indonesia
Tabel 3. 4 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian (lanjutan)
Bahan Kegunaan
CaCl2.2H2O, FeSO4.7 H2O, ZnSO4.7
H2O, MnSO4.2 H2O, CuSO4.5 H2O
Mikronutrien
Aquades Untuk membuat medium kultur
Kapas dan kain kasa Untuk membuat sumbat pada inokulasi
kapang
Aluminium foil dan plastic tahan panas Tutup labu inokulasi
Alcohol 70% Untuk sterilisasi peralatan dan tempat
Kloroform dan metanol Untuk ekstraksi
Heksana Pelarut dalam ekstraksi lemak sisa
Iodine dan Na2S2O3 Untuk analisis PUFAs
HCL dan KOH Untuk menaikkan atau menurunkan pH
medium bila diperlukan
(Sumber: data pribadi)
3.3 VARIABEL DALAM PENELITIAN
Terdapat tiga variabel yang digunakan dalam penelitian ini yaitu variabel
bebas, terikat, dan tetap. Masing-masing variabel akan dijelaskan pada sub-sub
bab di bawah ini.
3.3.1 Variabel Bebas
Variabel yang akan divariasikan dalam penelitian ini adalah medium
fermentasi Aspergilus oryzae yaitu dengan membuat variasi massa onggok dan
ampas tahu yang dijadikan sebagai sumber utama C dan N. Variasi yang dibuat
yaitu 20:1, 40:1, 60:1, dan 80:1. Dari berbagai rasio C:N tersebut akan dicari
keadaan paling optimum untuk mendapatkan yield lipid, PUFAs, AA, DHA, dan
EPA.
3.3.2 Variabel Terikat
Variabel yang akan diukur pada penelitian ini adalah jumlah total lipid
yang dihasilkan per berat biomassa kering, persentase kandungan PUFAs, dan
persentase kandungan AA, DHA, dan EPA.
43
Universitas Indonesia
3.3.3 Variabel Tetap
Variabel yang dijaga tetap pada penelitian ini meliputi temperature yaitu
25oC, pH yaitu 6-6,5, kecepatan agitasi yaitu 120 rpm, dan waktu inkubasi hingga
pertumbuhan mulai memasuki fase stasioner.
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
Prosedur penelitian ini terdiri dari tahap persiapan, kultur, pemanenan,
hingga analisis akan dijelaskan pada sub-sub bab berikut ini.
3.4.1 Tahap Persiapan
Tahap persiapan di sini terdiri dari persiapan bahan baku dan peralan.
Rincian masing-masing tahap adalah sebagai berikut.
3.4.1.1 Persiapan bahan baku
Bahan baku vermentasi menggunakan onggok dan ampas tahu. dalam hal
ini bahan baku akan dibuat sendiri di daam laboratorium Rekayasa Bioproses
Departemen Teknik Kimia UI. Tahapan pembuatan medium ini adalah sebagai
berikut.
Gambar 3. 2 Alur produksi medium fermentasi tepung ampas tahu dan onggok
(Sumber: Sumanti, et al., 2005)
44
Universitas Indonesia
Setelah menyiapkan bahan baku selanjutnya adalah menyiapkan bahan
tambahan berupa mikronutrien seperti CaCl2.2H2O, FeSO4.7 H2O, ZnSO4.7 H2O,
MnSO4.2 H2O, CuSO4.5 H2O, KH2PO4 dan Na2HPO4.
3.4.1.2 Sterilisasi Peralatan Kultur
Sterilisasi peralatan dilakukan dengan mencuci peralatan, mengeringkan
peralatan, kemudian disterilisasi dengan autoclaf pada suhu 121oC selama kurang
lebih 90 menit. Untuk cawan petri dan erlenmeyer disterilisai dengan oven pada
suhu 180oC selama 2 jam.
3.4.2 Pre-Culture
Dilakukan pada labu erlenmeyer 250 mL dengan volume medium 100 mL,
menggunakan medium standar yaitu KH2PO4, Na2HPO4, Yeast ekstrak, Amonium
Klorida, Glukosa, CaCl2.2H2O, FeSO4.7 H2O, ZnSO4.7 H2O, MnSO4.2 H2O,
CuSO4.5 H2O dengan komposisi masing-masing seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 3. 5 Komposisi nutrisi dalam medium untuk tahap pre-culture
Senyawa Bahan yang Digunakan Komposisi (g/L)
Sumber nitrogen KH2PO4 7
Na2HPO4 2
Sumber karbon
Yeast ekstrak 1,5
Amonium Klorida 2
Glukosa 10
Mikronutien
CaCl2.2H2O 0,5
FeSO4.7 H2O 0,1
ZnSO4.7 H2O 0,1
MnSO4.2 H2O 0,001
CuSO4.5 H2O 0,005 (Sumber: Bayizit, et al, 2014)
Inkubasi dilakukan pada suhu 25oC, pH 6-6,5, kecepatan agitasi 120 rpm,
selama 3 hari. Setelah 3 hari, 10-80 mL pre-culture diambil, disentrifugasi, dan
diresuspensi pada 40 mL medium yang tidak mengandung karbon dan nitrogen.
3.4.3 Kultur Batch (2L)
Dilakukan pada reaktor batch volume 2L. Menggunakan medium onggok
dan ampas tahu sebagai sumber karbon dan nitrogen dengan variasi rasio C/N
45
Universitas Indonesia
20:1, 40:1, 60:1, 80:1. Menggunakan 40 mL pre-culture, dengan kondisi operasi
pada suhu 25oC, pH 6-6,5, kecepatan aerasi 1L/menit, dan dilakukan hingga data
optical density (OD) menunjukkan pertumbuhan mulai memasuki fase stasioner.
Desain reaktor untuk melakukan kultur batch ini adalah sebagai berikut.
Gambar 3. 3 Penampang Melintang Desain Reaktor untuk Kultur Kapang (Sumber: Data Pribadi)
Reaktor yang digunakan untuk kultur seperti terlihat pada gambar diatas
yaitu berupa bubble column reaktor. Reaktor memiliki kapasitas 2L dengan
bentuk silinder, dalam hal ini dapat digunakan gelas beker dengan volume 2L.
Kemudian pada bagian atas reaktor diberi tutup, untuk mencegah kontaminasi dari
lingkungan. Tutup ini dilengkapi dengan katub yang dapat dibuka untuk
keperluan pengambilan sampel dan pengukuran kondisi kultur seperti suhu dan
pH. Reaktor dilengkapi dengan sparger yang dipasang di dasar reaktor sebagai
alat aerasi.
3.4.4 Pemanenan
Pemanenan dimulai dari tahap penyaringan menggunakan kertas saring,
kemudian dilakukan penimbangan berat basah biomass. Selanjutnya biomass
dikeringkan dengan oven suhu 60oC selama 3 hari, hingga berat konstan
kemudian dilakukan penimbangan berat kering. Biomass kering selanjutnya
ditumbuk dengan mortar agar halus, dan selanjutnya diekstraksi dengan
menggunakan pelarut polar dan non polaruntuk mendapatkan lipid polar dan non
polar.
Pengambilan sampel
46
Universitas Indonesia
Biomass dicampur dengan 2mL metanol dan 1mL kloroform
menggunakan vortex. Setelah tercampur sempurna, ditambahkan 1 mL kloroform
dan 0,8 mL air aquadest, vortex hingga campuran terpisah. Setelah itu campuran
disentrifuge hingga terpisah bagian bawah berwarna kuning dan bagian atas
bening. Bagian bawah yang berupa lipid dan pelarut kemudian diambil.
Selanjutnya campuran lipid dan pelarut dievaporasi dengan rotary evaporator
untuk menmisahkan pelarut dari lipid dan meregenari pelarut kembali. Lipid yang
diperoleh berupa lipd kering atau konsentrat selanjutnya akan diuji.
3.4.5 Tahap Pengujian
3.4.5.1 Analisis Konsentrasi asam lemak omega 3, 6, dan 9
Analisi konsentrasi asam lemak omega-3, omega-6, dan omega-9 dengan
menggunakan GC-MS yang ada di Pusat Laboratorium Forensik Jakarta Selatan.
Lipid dilarutkan dengan menggunakan heksana, kemudian diinjeksikan ke dalam
kolom kromatografi gas. Kandungan asam lemak diidentifikasi dengan mengacu
pada database lipid seluler. Kondisi alat kromatografi gas yang digunakan adalah
sebagai berikut.
Jenis alat : Hitachi 263-50
Detektor : detektor ionisasi nyala
Jenis kolom : DEGS
Laju alir nitrogen : 1kgf/cm2
Laju alir hidrogen : 0,5 kgf/cm2
Suhu awal : 150oC
Suhu akhir : 280oC
Suhu injektor : 200oC
Suhu detektor : 290oC
Volume injeksi : 2µL
3.4.5.2 Analisis Kandungan AA, DHA, EPA
Analisis AA, DHA, dan EPA akan dilakukan dengan metode GC-MS yang
ada di Pusat Laboratorium Forensik Jakarta Selatan. Selanjutnya untuk
mengetahui jumlah AA, DHA, dan EPA dalam sample digunakan persamaan:
47
Universitas Indonesia
3.4.7 Data Penelitian
Data yang diambil dan diolah dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
Tabel 3. 6 Data Pengamatan Harian untuk OD, pH dan Suhu Kultur
No Waktu OD pH Suhu
(Sumber: Data Pribadi)
Tabel 3.6 diatas ini digunakan untuk mencatat data Optical Density (OD)
dari kultur batch yang akan digunakan untuk membuat kurva pertumbuhan
sebagaiacuan pemanenan kapang. Pada hari pertama data akan diambil untuk
setiap selang waktu dua jam untuk beberapa titik, hingga grafik mulai stabil.
Selanjutnya akan dilakukan pengambilan sampel tiga kali dalam sehari hingga
hari keempat dan mulai dilakukan lebih sering lagi saat memasuki hari kelima
hingga kultur memasuki fase stasioner.
Tabel 3. 7 Data Hasil Penelitian
No Rasio C/N Biomassa
Kering (gram) Lipid (g)
1 20:1
2 40:1
3 60:1
4 80:1
(Sumber: Data Pribadi)
Tabel diatas digunakan untuk mencatat data hasil penelitian berupa massa
biamassa kering dan massa lipid untuk tiap biomassa kering yang dihasilkan.
... (2)
48
Universitas Indonesia
Tabel 3. 8 Data hasil penelitian
No Rasio
C/N
Jenis dan
Konsentrasi
Asam lemak (%)
Konsentrasi
AA (%)
Konsentrasi
DHA (%)
Konsentrasi
EPA (%)
1 20:1
2 40:1
3 60:1
4 80:1
(Sumber: Data Pribadi)
Tabel diatas digunakan untuk mencatat hasil penelitian berupa kandungan
asam lemak untuk setiap jenis asam lemak yang diketahui dari hasil pembacaan
pada GC-MS serta kandungan AA, DHA, dan EPA dari hasil pembacaan GC-MS.
49
Universitas Indonesia
DAFTAR PUSTAKA
Abu-Elreesh, Gadallah dan Desouky Abd-El-Haleem, “An Effective Lipid-
Producing Fungal sp. Strain DGB1 and its use for Biodiesel Production,”
Academic Journals, Vol. 12 (August, 2013), hal. 34.
Akpinar-Bayizit, Arzu, Tulay Ozcan, Lutfiye Yilmaz-Ersan, Fikri Basoglu,
“Single cell oil (SCO) production by Fusarium species using cheese whey
as a substrate,” Mljekarstvo, vol.64(2) (2014), hal.111-118.
Bajpai, P. dan Bajpai, P.K. “Eicosapentaenoic Acid (EPA) Production from
Microorganisme: a review,” Journa of Biotechnology, Vol. 30 (1993), hal.
161–183.
Birch, E. E., S. Garfield, D. R. Hoffman, R. Uauy, dan D. G. Birch (1976) A
randomized controlled trial of early di etary supply for long -chain
polyunsaturated fatty acids and mental development in term infants.
Develop. Med. Child Neurol. 42: 174 -181
Boswell, K. Koskelo, E.K. Carl, L. Glaza, S. Hensen, D.J.Williams, K.D. dan
Kyle, D.J, “Preclinical evaluation of single-cell oils that are highly
enriched with arachidonic acid and docosahexaenoic acid,” Food Chemic
Toxicol, Vol. 34 (1996), hal. 585-593.
Boulton, C.A. Ratledge, C, “Biosynthesis of Fatty Acids and Lipids,” dalam:
Comprehensive biotechnology. Oxford, Pergamon press, 1985, 459-482.
Boulton, C.A. Ratledge, C,”Correlation of lipid accumulation in yeasts with
possession and ATP : citrate lyase,” J. Gen. Microbiol, Vol. 127 (1981),
hal. 169-176.
Calder, P. C, Thies, F., Garry, J. M., Yaqoob, P., Rerkasem, K., Williams, J.,
Shearman, C. P., Gallagher, P. J., dan Grimble, R. F, “Association of n-3
polyunsaturated fatty acids with stability of atherosclerotic plaques: a
randomised controlled trial,” Lancet, Vol. 361 (1997), 477-485.
Djuhana Wati.“Seleksi Kapang Rhizopus dan Optimasi pH Serta Suhu untuk
Produksi Minyak.” Skripsi, FATETA, IPB, Bogor, 1995.
50
Universitas Indonesia
Fardiaz, S. Mikrobiologi Pangan I (PAU Pangan dan Gizi IPB Bogor: P.T.
Gramedia Pustaka Utama Jakarta, 1992).
Fardiaz, S.dan F.G. Winarno. Mikrobiologi Pangan (Bogor: PAU Pangan dan
Gizi, Institut Pertanian Bogor, 1992).
Fidler, Natasa, Berthold Koletzko, dan Thorsten U Sauerwald, “Single Cell Oils
Production and Application,” Zb. Biotehniöke, Univ. Ljubljani. Kmetijstvo,
Zootehnika, Vol. 74 (1999), hal. 2.
H. Certik, L. Balteszova dan J.Sajbidor. Lipid Formation and γ-linoleic acid
production by Mucorales fungi grown on sunflower oil (Department of
biochemica technology , faculty of chemical technlogy, Slovak Technical
University, Bratislavia, Slovak Republik, 1999)
Hall, M.J. Ratledge, C, “Lipid accumulation in an oleaginous yeast (Candida 107)
growing on glucose under various conditions in a one and two-stage
continuous culture,” App. Environment. Microb, Vol. 33 (1977), hal. 577-
584.
Hammond, E.G. Glatz, B.A, “Biotechnology Applied to Fats and Oils. In: Food
Biotechnology,” Eds.: King, R.D. Cheetham, P.S.J. London, Elsevier
Applied Science (1988), hal. 173-216.
Kalscheuer R, Stolting T, Steinbuchel A, “Microdiesel:Escherichia coli
engineered for fuel production,” Microbiology, Vol. 152 (2006), hal.
2529–2536
Kendrick, A.J. Ratledge C, “Microbial polyunsaturated fatty acids of potential
commerce interest,” SIM Indust. Microb. News, vol. 42 (1992), hal. 59-65.
Ketaren, S. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan (Jakarta: Penerbit
Universitas Indonesia, 1986).
Kurtzman, C.P., M.J. Smiley, C.J. Robnett, and D.T. Wicklow,” DNA relatedness
among wild and domesticated species of the Aspergillus flavus group,”
Mycologia, vol. 78(6) (1986), hal. 955-959.
Kyle, D. J. and Ratledge, C. (Eds.) Industrial Application of Single Cell Oils.
Champaign, American Oil Chemists' Society, 1992.
Kyle, D.J. Sicotte, V.J. Singer, J.J. Reeb, S.E,” Bioproduction of docosahexaenoic
acid (DHA) by microalgae. In: Industrial Applications of Single Cell
51
Universitas Indonesia
Oils,” (Eds.: Kyle, D.J./ Ratledge, C.) Champaign, American Oil Chemists'
Society, (1992), hal. 287-300.
Lin, Hui, Qun Wang, Qi Shen, Junwei Ma, Jianrong Fu, dan Yuhua Zhao,
“Engineering Aspergillus oryzae A-4 through the Chromosomal Insertion
of Foreign Cellulase Expression Cassette to Improve Conversion of
Cellulosic Biomassinto Lipids,” PLoS ONE Journal, vol. 9(9) (2014).
Linberg, A.M. dan L. Hansson, “Production of Gamma Linolenic Acid by
Fungus Mucor rouxii on Cheap Nitrogen and Carbon,” Microbiol Biotech.
Vol. 36 (1991), hal. 26 – 28.
Manpreet,S, Sawraj,S., Sachin,D., Pankaj,S.and Banerjee, U.C. 2005, “Influence
of Process Parameters on the Production of Metabolites in Solid-State
Fermentation,” Jounal of Microbiology, Vol. 1(2) (2005), hal. 1-9.
Medina, A.R., A.G. Gimenez, F.G. Camacho, J.A.S. Perez, E.M. Grima, and A.C.
Gomez,” Concentration and Furication of stearidonic, Eicosapentaenoic
and Docosahexenoic Acids from Cod Liver Oil and the Marine Microalga
Isochrysis Galbana,” J. of the American Oil Chem. Soc., vol. 72 (5)
(1995), hal. 575-583.
Meeuwse, Petra, Payman Akbari, Johannes Tramper, Arjen Rinzema, “Modeling
growth, lipid accumulation and lipid turnover in submerged batch cultures
of Umbelopsis isabellina,” Bioprocess Biosyst Eng, vol.35 (2012),hal.591-
603.
Muniraj, Iniya Kumar, Liwen Xiao, Zhenhu Hu, Xinmin Zhan, dan Jianghong
Shi, “Microbial lipid production from potato processing wastewater using
oleaginous filamentous fungi Aspergillus oryzae,” Elsevier Ltd, (2013),
hal. 1-7.
Nawangsari, R.T. ”Penggunaan Berbagai Sumber Karbon dan Produksi
Minyak Sel Tunggal Oleh Kapang Mucor inaequisporus M05II/4.”
Skripsi, Fakultas Teknologi Hasil Pertanian UGM, Yogyakarta, 1996.
New MB, Wijkstrom UN. ”Use of Fishmeal and Fish Oil in Aquafeeds: Further
Thoughts on the Fishmeal Trap. FAO Fisheries Circular, vol. 975
(2002), hal. 1‐61.
52
Universitas Indonesia
Nuraida, L., N.L. Puspitasari-Nienaber, Winarno, G.A. Swandoko dan F.
Kusnandar, “Produksi Asam Gamma Linolenat oleh Kapang Mucor,”
Buletin Teknologi Industri Pangan, vol. 6 (3) (1995), hal. 66–73.
Peng, Chao, He Huang, Xiaojun Ji, Xin Liu, Jiangying You, Jinmiao Lu, Leilei
Cong, Xiaokang Xu, Pingkai Ouyang, “A temperature-shift strategy for
efficient arachidonic acid fermentation by Mortierella alpinain batch
culture,” Biochemical Engineering Journal, vol. 53 (2010), hal. 92-96.
Raper, K.B. and D.I. Fennell, “The genus Aspergillus,” Williams and Wilkins
Company, Baltimore, MD, (1965), hal. 686.
Ratledge, C, “Lipids. In: Biotechnology,” Weinheim, VCH, Vol. 4 (1986),
hal.185-198.
Ratledge, C. Boulton, C.A, “Fats and oils. In: Comprehensive biotechnology,”
(Eds.: Blanch, H. W./ Drew, S./ Wang, D.I.C.). Oxford, Pergamon press,
vol.3 (1985), hal. 983-1003.
Ratledge, Colin, “Fatty acid biosynthesis in microorganisms being used for Single
Cell Oil production,” Elsevier Biochimie, vol.86 (2004), hal. 807–815
Ratledge,C, “Microbiall ipids: Commercial realities or academic curiosities,”
AOCS Press, (1982), hal.1- 15.
Rawlings, N.D., Morton, F.R. & Barrett, A.J, “Proteomic analysis of extracellular
proteins from Aspergillus oryzae Grown under Submerged and Solid State
Culture Condition,” Journal Environmental Microbiology, Vol. 72 (May
2006), hal. 3448-3457.
Salunke, Devyani, Rupali Mangalekar, Aniket Kuvalekar, dan Abhay Harsulkar,
“Bioconversion of Alpha-Linolenic Acid Into Long Chain Polyunsaturated
Fatty Acids by Oleaginous Fungi,” International Journal of Pharma and
Bio Sciences, vol. 5 (2) (2014), hal. 27-35.
Schulze, Ines, Silla Hansen, Steffen Großhans, Thomas Rudszuck, Katrin
Ochsenreither, Christoph Syldatk, dan Anke Neumann, “Characterization
of newly isolated oleaginous yeasts -Cryptococcus podzolicus,
Trichosporon porosum and Pichia segobiensis,” Springer open journal,
vol. 4 (2014), hal. 24.
53
Universitas Indonesia
Semeniuk, G., G.S. Harshfield, C.W. Carlson, C.W. Hesseltine and W.F. Kwolek,
“Mycotoxins in Aspergillus,” Mycopathologia, vol.43 (1971), hal.137-152.
Shaw, R., “The occurence of gamma linolenic acid in fungi,” Biochem. Biophys.
Acta, vol.98 (1965), hal. 230-237.
Steen EJ, Kang Y, Bokinsky G, Hu Z, Schirmer A, McClure A, del Cardayre SB,
Keasling JD, “Microbial production of fatty-acid-derived fuels and
chemicals from plant biomass,” Nature, vol.463 (2010), hal.559–562.
Sumanti, Debby M, Carmencita Tjahjadi, Marleen Herudiyanto, Tati Sukarti,
“Mempelajari Mekanisme Produksi Minyak Sel Tunggal dengan Sistem
Fermentasi Padat pada Media Onggok-Ampas Tahu dengan Menggunakan
Kapang Aspergillus terreus.” Jurnal teknologi dan industri pangan,
vol.XVI (2005), hal. 51-61.
Thevenieau, France , dan Jean-Marc Nicaud, “Micro-organismes producteurs de
lipides (Microorganisms as sources of oils),” OCL-journal, vol. 20(6)
(2013), hal. 11-13.
Tsao, G. Annual Report on Fermentation Processes (New York :Academic Press,
1982).
Wassef, M.K. Fungal Lipids. (New York: Adv. Lipid Res. Vol. 15. Academic
Press, 1975).
Wei, D.L. and S.C. Jong, “Production of aflatoxins by strains of the Aspergillus
flavus group maintained in ATCC,” Mycopathologia, vol.93 (1986),
hal.19-24.
Yokotsuka, T. and M. Sasaki, “Risks of mycotoxin in fermented foods,”
Mycologia Memoirs, vol.15 (1986 ), hal. 259-287
Zhang X, Agrawal A, San K-Y, “Improving fatty acid productionin Escherichia
coli through the over expression of malonyl coA–acyl carrier protein trans
acylase,” Biotechnol, Vol.28 (2012), hal.60–65.
Zhu H, He GQ, “The nutrition requirement for submerged culture of Flammulina
velutipesutilizing starch-processing wastewater,” Chinese Journal of
Biotechnology, vol.15(4) (2002), hal.512-516.
Zinjarde, Smita S, “Food-related applications of Yarrowia lipolytica,”
Food Chemistry, vol. 152 (2014), hal. 1-10.