KINETIKA FERMENTASI Bacillus sp. BMN 14 PADA SISTEM DVA FASA CAIR (PEG-FOSFAT)

lINTliK PRODliKSI BIOSVRFAKTAN

Olch:

JAKSEN M. AMIN

PROGRAM PASCASARJANA INSTITVT PERTANIAN BOG OR

1999

RINGKASAN

.ruben 1\,1 Amm; TIP 96364. Kinetika Fermentasi Baed/us sp. BMN 14 pada Sistem Dua FasQ Cair {pEG-Fosfat) untuk Produksi B!Osurfaktan. Dibawah bimbingan DJumall:-v1angunwidjaj3(Ketua).AniSur;.-am dan Muhammad Romil, sebagai anggot3.

BIOSlirfaklan merupakan prod uk mikroblal J.X'ntmg yang mengandung bagian

hldrofobd, dnn hldrofilik sehmgga mampu mcnurunkan tegangan pennukaan.

1310surfaban dllcrapkan sccara lua:, paJa hcrba~al mdu:,tn dan proses, scpcrti

rcnmgkatan r(,((Jl'('IY mmyak OUln! dan sumum\'(j sccara hlOloglS (MEOR), pada

tndu~tn dcterJCn. knsmetik. farmasL makanan_ mmuman. penanggulangan

pcnccmaran mmyaL dan lain-lam

r(lplk rn:nclitlan In! adalah mcmpt~laJan kmc!ika fermentas! sistem dua rasa

calr n1ctlt'-gunakan HUll/Ills sp. [3i\'11\' I-t untuk memproduksl blosurfaktan. Sebagal

ml'dla JlIJ (;.1',0 em dl1:,'unakan PH; -t1l!)1.1 - roslJl (".I--1YO~ dan Na·Hpo.d. Unluk

rcrhandlngan ha~1l .Juga dlgunakan 8tll'ill//.\ SUhlflls ATCC 21332. balk dalam satu

rasa maupun Jalam dua fa~a SI<;ICI11 fenncnta~1 salu fasa digunakan sebagal konlrol

Sl'l11ua rl?rcooaan memakiillllcdla garam B1111eral Cooper-Sen. scrta -1- 00 (tl \)

glukoSl s\.'hag'H sumber karbon. Balk propagasl. percobaan penentuan koefislcn

ranis] ("I mauplln prodllksi ddakukan dengan menggunakan labu erlenmeyer yang

dl1ell1palkan dalam fX.'nangas an goyang pada suhu 37 "C serta agiiasl I-tO rpm.

Pertama dllakukan propagasl Isolat lokal untuk meneotukan \\aktu

pel11l11dahan lI111kulum ke media krmcntasl Selalt) Itu dilakukan pcrcobaan

pcmbU<lWll campuran media dua rasa Pr:G~fosfat yang mengacu kcpada kurva

hll/od,i/ Alhert"son (Ii 01. (1986). Konsentrasl PE(j~fostat yang memlllki K tertlllggi

dlplilh paJa tahap produksl dengan media dua fasa.

Dan propa)!aSI isolat lobi didapat bahwa waktu pemindahan inokulum ke

m(""dla krmentasl darat drlakukan antara Jam ke~21·25, dlmana terJadl pertumbuhan

sci optlmum yang dttandai dengan kekeruhan dan nilai densitas optik (DO) tmggl

serla tegangan permukaan l·t) mmmmm

II

Hasil optimal yang didapat pada fermentasi satu fasa adalah ;

1. Untuk fennentasi satu fasa menggunakan isolat lokal, diperoleh konsentrasi

biomassa = 3,092 gil padajam ke 27, konsentrasi biosurfaktan = 1,6870 gil pada

jam ke 27, y minimum = 27.5 mNim pada jam ke 24 dan 27. Dari perhitungan

parameter kinetika dihasilkan J.1 = 0,1414/jam, Yp/x = 0.6323 gig, Yp/s = 0.0587

gig, dan YXls ~ 00,0896 g'g. Nlla, Qsurf ~ 0,0770 gil jam dan Qteg ~ 0,8702

mNimjam.

'") Untuk fermentasl saw fasa mcnggunakan isolat komersial (kontrol), diproleh

konsentrasi biomassa = 3.517 g;1 pada Jam ke 30, konsentrasi biosurfaktan =

1.9650 gil pada jam kc 30. y minimum = 27,2 mN/m pada jam ke 24. Dari

perhitungan parameter kinetika dihasilkan I..l = 0,154l/jam, YpiX = 0.6469 g,'g,

Yp:s ~ 0.0707 g.;g, dan y",~ ~ 0.1032 g:g. Nliai Qsurf - 0,0907 g.'1 jam dan Qtec:

= O.9-l88 mN m Jam.

Pembentukan biomassa berasosiasi dengan produksi biosurfaktan. Dari nilai J.1

dapat dlsimpulkan bahwa fennentasi dua fasa relatif lambat danpada satu fasa. dan

p isolat lo).;al re1atif lebih keeil dibanding Isola1 komersial. fenncntasi satu fasa

men gal ami gejala penghambatan akibat produk. Walaupun konsentrasl biomassa

pada satu fasa lebih besar, tap! yang dapat dikonversi menjadi biosurfak.1an relatif

keeil dibanding dua fasa (Yp/x satu fasa lebih keei! dari Yp/x dua fasa).

Konsumsi substrat relatif sarna, terlihat dari glukosa sisa pada akhir

percobaan. Karena biosurfaktan pada dua fasa lebih besar, maka Ypls dua fasa lebih

besar dari Yp/s satu fasa. Sebaliknya karena biomassa pacta fermentasi dua fasa lebih

kecil, maka Yxfs dua fasa lebih kecil dari Yxfs satu rasa. Walaupun biosurfaktan dua

rasa lebih tinggi, tapi karena waktu fermentasi lebih lama, maka Qsurf satu fasa lebih

besar dari Qsurf dua fasa, begitu juga dengan Qteg. Nilai pH berkisar antara 5,45

sampai 6,97, schingga masih memenuhi syarat untuk pertumbuhan Bacillus sp.

Seeara keseluruhan isolat komersial masih lebih baik daripada isolat loka!.

Hal ini terlihat dari nilai parameter kinetika fermentasi isolat komerslal yang lebih

tinggi dari isolat lokal.

IV

Pada Slstem dua fasa, tetjadi penghambatan pertumbuhan sel, terutama oteh

fosfat yang herada di fasa hawah dimana sel-sel herada_ T etapi produktifitas dan

stabilitas meningkat dengan menggunakan media PEG-fosfat yang mempunyal

seiektivitas tmggi untuk pemlsahan blOproduK hidrofobik

Pertumbuhan seJ juga terhambat olch PEG yang mempunyai pengaruh kuat

terhadap osmolitas_ Fasa adaptasi lebih lama serta rasa stasioner bergeser ke periode

.\ang kbdl lambat. Oleh scbab Uu pada tahap a\\"al produk:;i rendah, letapi adanya

pengaruh PEG pada penneabilitas dmdmg scl dan pengaruh menslabilkan prod uk

m~mung.l...Inh.an aktifitas akhir vang Iehih Imggl. Represl katabolik dalam fermentasi

Honl/I/\ sp abn dlkurangl dlkarenakan pemlsahan substrat dalam sistem dua rasa_

f...:emungkman lam yang mcnyebabkan produksl tinggi pada tcrmentasl dua

rasa adalah karena tidak adanya penguraian bwsurfaktan oleh metabolit lain. Sebab

rada tL-rm .. .'nla'-'l ~atu fasa dlduga adan~a mctahoht lam yang dlproduksi Hoel/lus sp.

HM~ 14 Scp.::rti protease yang bersifat menguraikan protein yang terkandung dalam

blOsurfaktan seh11lgga produksl cenderung mcnurun. terutama setdah memasuki fasa

stasionl.!f. Pada tennentasi dua rasa. biosurfaktan yang. dihasllkan terckstrak pacta rasa

atas s¢hmgga tak dapat diuraikan oleh rnctaboht lain tcrst:but

K~untungan lain menggunakan media dua rasa adalah kemudahan pemisahan

sel dan produk Secara prakus. hanya dengan didlamkan saJa dl dekanter atau di

dalam tabung. fasa PEG yang mengandung biosurfaktan mudah terpisah dengan fasa

ba\\uh yung mengandung biomassa Jadi dalam produksi biosurfaktan secara besar­

bcsaran dan k(lntmyu. fennentasl dua rasa 101 dapat diterapkan. Dalam hal ini PEG

henmdak sdaku fasa yang bt!rgt!rak ikontmyu) dan menarik biosurfaktan yang

terbcntuk, scdangkan fosfat bcrtindak selaku fasa terdispersl yang berada di fasa

dasar tempat dimana hiomassa tumbuh_ SelanJutnya setelah biosurfal"tan diisolasi

(pada proses hillfL PEG yang telah diregenerasi dapat disirkulaslkan kembali ke

dalam bioreaktor.

Judu) Tesis KINETIKA FERMENTASI Bacillus sp. BMN 14

PADA SISTEM DUA FASA CAIR (pEG-FOSFAT)

UNTUK PRODUKS1 BIOSlJRFAKTAN

Nama Mahasiswa Jaksen M. Amin

Nomor Pokok ': 96364

Program Studi Teknologi Industri Pertanian

Menyetujui :

1. Komisi Pembimbing,

Dr. Ir. Djumali ManguDwidjaja, DEA Ketoa

//!:p ~.J-Dr. DEA Dr. Jr. Muhammad Romli M.Sc St.

ADggota

2. Ketua Program Studi TIP

Dr. Ir. Irawadi .Jamaran

Tanggallulus: 02 Desember 1999

KINETIKA FERMENTASI Bacillus sp. BMN 14 PADA SISTEM DUA FASA CAIR (PEG-FOSFAT)

lINTlIK PRODllKSI BIOSLIRFAKTAN

Olcb:

JAKSEN I\\. AMIN TIP. 96364

Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sa ins

Pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor

PROGRAM PASCASARJANA INSTITLIT PERTANIAN BOGOR

1999

Riwayat Hidup

Penulis dilahirkan di Penyandingan - OK! pada tanggal 04 September 1962,

putra pertama dari delapan bersaudara, pasangan dari orang tua Muhammad Amin

Rema dan Khalifah M. Nur. Penulis menikah dengan Ir. Elina Margaretty,

dikaruniai dua orang putera, Jaka Perdana Sena dan Jaya Fitrah Sena.

Pada tahun 1981 penulis menyelesaikan pendidikan di SMA I Muhammadiyah

2 Palembang. Gelar Sarjana Teknik Kimia diperoleh dari Fakultas Teknik Universitas

Sriwijaya tahun 1988. Sejak tahun 1988 penulis bekelja sebagai staf pengajar pada

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang. Dan September •

1988 sampai Agustus 1989, Penulis mengikuti pendidikan dan latihan rekayasa

industri di Polytechnic Education Development Center (PEDC), Bandung. Sejak

tahun 1983 sampai tahun 1993, Penulis pemah menjadi tenaga pengajar bidang

kimia, fisika dan matematika pada berbagai Bimbingan Belajar dan Sekolah

Menengah Umwn di Palembang.

Penulis mengikuti program Magister Sains (S2) bidang Teknologi Industri

Pertanian pada Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor tahun 1996 atas biaya

TMPDIBPPS.

VHI

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah, atas rahmat dan iradahMNya, penuhs dapat

menuntaskan peneiitian In!. Tesis ini merupakan Japoran penelitian yang

mengungkapkan ~inetika fennenta5i Bacillus sp. BMN 14 dengan menggunakan

media dua fasa caif PEG-Fosfat (Campuran Na2HP04 dan KH2PO.d untuk produksl

biosurfaktan.

Melalu! kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terirnakasih yang

setulus-tulusnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :

1. Dr.lr.Djumali Mangunwidjaja, DEA, selaku Ketua Komlsi Pembimbing, Dr. Ir.

Ani Suryani, DEA dan Dr. Ir. Muhammad Roml! M.Sc St., dalam hal 1m selaku

Anggota Kornslsi Pemhlmbmg, yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga

dan pemikJran untuk membantu penulis mulai dari penulisan proposal,

kolokium, penelitian, semmar, uJlan akhlr dan sampa! penuntasan teslS mi.

2. Direktur PAU Bioteknologi, IPB dan Kepala Laboratorium Rekayasa Bioproses,

PAU Bioteknologi, IPB atas segala izin penggunaan fasilitas yang diperlukan

selama pcnelitian.

3. Dirjen Pendidikaan tinggi, Departemen Pendidikan Nasional melalui Proyek

Hibah Tim Penelitian Pasca Sarjana yang telah membiayai penelitian

biosurfaktan im. Juga dlsampaikan terimakasih atas beasisv,.-a dari TMPDIBPPS.

4. Direktur dan Asisten Direktur I, Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor

yang ikut mcnyetujui laporan teslS 1m.

S. Rektor Universitas Sriwljaya dan Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya alas izin

tugas beJajar.

6. Prof Ir. H. Machmud Hasjirn, MME., Ir. H. Muchjin Aklp dan Ir. HJ. Marlisnar

yang telah memberikan referensl alau rekomendasi.

7. Isteri tercinta, lr. Elina Margaretty yang telah sarna-sarna menglkutt Program

Pascasarjana di TIP, IPS. Kerjasama dalam beiajar, ketabahan dan doanya yang

IX

tulu5 Ikhlas merupakan sumber encq,ri dan motor penggrak selama mengikuti

program S2 ini.

8. Ananda tercinta, Jaka Perdana Sena dan Jaya Fitrah Scna, serta adinda Dinah

yang sempat menemani belajar di Bogor selama 2 tahun. Kesediaan mereka

berpisah sementara kembali ke Patembang, terutama pada saat kesibukan

peneiJtian im, merupakan pengorbanan dan sekaligus swnbangan mereka untuk

memotlvaSI hlngga selesalnya pendidikan Ini.

9. Kedua pasangan orang tuaku tercinta : Ayahanda M. Amin R & Ibunda Khalifah

M. Nur dl Buk-it Besar dan Ayahanda H. Ali Hanafiah Riza BBA & Ibunda Dra

Hj. Sirzlah En), RIZ3 di Kenten Permal; Mas Ed) & Yuk Lis; semua adik-adik

dan keponakan tersayang. Terimakasih atas bantuan moril dan doa tulus anda

semua.

10. Ternan-ternan sekerja di Lab. RBP terutama Tim Biosurfaktan : Ibu Liesbetini,

Ibu DWI, Bapak Alfi, dan lbu Ell)" lbu Mulyonm, alas segala pengertian, bantuan

dan kerjasamanya selama penelitian. Bapak Kosasih, Mbak Pepi, Mbak Emi,

Mbak DewI, Mbak lntan, atas bantuannya di laboratorium.

Penuhs menyadan maslh banyak yang bel urn terungkap secara Jelas dan

rnendalam mengenai substansl hasil penelitian mi. Olch schab itu diharapkan adanya

penelitian lanjut mcngenai blosurfaktan In!, khususnya pembahasan tentang kinctika.

Saran dan knllk yang proporslOnal tt:nlunya dJpt:rlukan bagl Penulis, terutama untuk

penelitian yang akan dalang.

Scrnoga Allah sclalu memben petunJuk kepada bta semua untuk

mengembangkan ilmu pengctahuan dan teknolo£1 yang didasari oleh kelmanan dan

ketak",.'aan, amlcn. Harapan saya, lesis ini bermanfaat bagi semua pembaca, terutama

para mahasiswa dan p.lfa peneliti di bidang rekayasa bioproses.

Bogor, November 1999 Penulis,

Jaksen M. Amin

x