Candida tropicalis dan Candida guilliermondii
Pertumbuhan sel Candida tropicalis dan Candida guilliermondii yang telah ditumbuhkan dalam media YM cair dapat diukur secara turbidimetri menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 600 nm. Spektrofotometer mengukur tingkat kekeruhan yang berbanding lurus dengan waktu inkubasi dalam bentuk nilai absorban. Cahaya yang dibiaskan oleh sumber cahaya akan diserap oleh sel sehingga semakin tinggi pertumbuhan sel akan memberikan nilai absorban yang lebih besar. Absorban kemudian dikonversi menjadi nilai optical density (OD). Nilai inilah yang kemudian digambarkan dalam bentuk kurva pertumbuhan.
Kurva pertumbuhan menunjukkan informasi tentang fase-fase pertumbuhan biomassa sel. Istilah pertumbuhan dari mikrob mengacu pada pertumbuhan populasi mikrob secara total, bukan dari suatu pertumbuhan individu organisme saja (Pelczar & chan 2008). Penelitian ini diawali dengan menentukan kurva pertumbuhan sel Candida tropicalis dan Candida guilliermondii. Sel
yang diujikan adalah sel bebas dan amobil dari kedua jenis sel Candida. Informasi ini diperlukan untuk mengetahui karakteristik pertumbuhan sel bebas dan sel amobil. Pembuatan kurva dilakukan dengan pengamatan setiap 12 jam sekali sampai jam ke-120, karena kecepatan pertumbuhan sel khamir lebih lambat daripada sel bakteri yang membelah setiap dua jam sekali. Dari Gambar 5 dan 6, dapat dilihat bahwa nilai optical density (OD) pada sel bebas lebih tinggi dibandingkan sel amobil. Nilai OD yang lebih tinggi menunjukkan bahwa pertumbuhan sel bebas dalam media fermentasi lebih cepat dibandingkan dengan sel amobil. Hal ini disebabkan oleh kontak langsung antara sel dengan media. Sel bebas dapat berinteraksi langsung dengan media sedangkan pada sel amobil yang dijebak dalam kalsium alginat membutuhkan waktu yang lebih lama. Namun secara garis besar dapat dilihat bahwa pola pertumbuhan antara sel bebas dengan sel amobil adalah sama, terdiri atas tiga fase yaitu fase adaptasi (lag), eksponensial (log), dan stasioner.
Berdasarkan Gambar 5 dan 6, pada 12 jam pertama pertumbuhan biomassa sel yang terdeteksi nilai OD 0.2 menjadi 0.6 pada sel amobil Candida tropicalis dan nilai 0.1 menjadi 0.5 pada sel amobil Candida guilliermondii yang mengindikasikan sel sedang berada dalam fase lag. Pertumbuhan biomassa sel pada fase lag cenderung lambat karena adanya adaptasi terhadap media YM. Pada fase ini tidak terjadi kenaikan jumlah sel, namun ukuran sel mengalami peningkatan.
Fase eksponensial sel terjadi pada jam ke 12 sampai jam ke 48 dimana sel menggunakan sumber karbon dan bahan-bahan lainnya yang terdapat dalam media untuk tumbuh. Hal tersebut dapat terlihat dari Gambar 5 dimana terdapat kenaikan yang signifikan dari nilai OD mencapai 1.6 pada sel amobil Candida tropicalis. Peningkatan terjadi akibat adanya pembelahan biner sel yang meningkatkan jumlah sel hidup sehingga semakin banyak cahaya dari spektrofotometer yang diserap sehingga membuat nilai absorbansi lebih besar. Pengaruh lain adalah terjadinya pertumbuhan sel di luar sel amobil (beads). Prasetio (2010) menyatakan bahwa pertumbuhan sel diluar beads alginat dapat terjadi karena sel dalam beads yang sudah tinggi konsentrasinya atau adanya kebocoran dan pecahnya beads karena hilangnya daya ikat antar matriks. Sel yang diluar beads alginat akan mengalami pertumbuhan yang lebih tinggi sehingga pola pertumbuhan sel
amobil dan sel bebas cenderung sama pada fase eksponensial. Kurva pertumbuhan menunjukkan bahwa pertumbuhan sel khamir melambat setelah jam ke 48 hingga jam ke 96 namun masih terjadi peningkatan nilai OD walaupun laju pertumbuhan biomassa sel tidak terlalu tinggi (fase stasioner). Pada fase ini adalah awal dari terjadinya pertumbuhan biomassa sel yang sebanding dengan kematian sel, sehingga jumlah sel yang hidup cenderung konstan. Hal ini disebabkan oleh menurunnya jumlah nutrisi yang terdapat pada media, ditambah dengan adanya penimbunan hasil metabolisme seperti etanol yang dapat menghambat pertumbuhan sel (Carvalho et al. 2002).
Gambar 5 Pertumbuhan sel bebas dan sel amobil Candida tropicalis.
Gambar 6 Pertumbuhan sel bebas dan sel amobil Candida guilliermondii.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108120 optical density (OD) waktu (jam) sel amobil sel bebas 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 optical density (OD) waktu (jam) bebas amobil
8
Berdasarkan kurva pertumbuhan yang diperoleh dapat ditentukan waktu inkubasi yang optimum adalah ketika sel Candida tropicalis dan Candida gulliermondii berada pada tengah fase eksponensial antara jam ke 12 sampai 48, yaitu selama 24 jam. Pada fase ini kedua sel Candida membelah dengan cepat dan konstan mengikuti kurva logaritmik dan siap untuk dipindahkan ke media inokulum. Data waktu inkubasi optimum selama 24 jam digunakan sebagai referensi waktu pemanenan sel yang digunakan untuk proses fermentasi.
Konsentrasi Xilosa dalam Media Hidrolisat Ampas Tebu
Xilosa merupakan substrat yang digunakan untuk memproduksi xilitol. Konsentrasi substrat berpengaruh pada pertumbuhan sel, pembentukan xilitol, dan pengaruhnya bervariasi terhadap spesies khamir (Jeffries 1981; Gong et al 1981). Konsentrasi substrat yang terlalu tinggi akan menghambat pertumbuhan (da Silva & Afschar 1994). Konsentrasi xilosa antara 100- 150 g/L dapat menghambat produksi xilitol, karena adanya penimbunan hasil metabolisme (Vandeska et al. 1995). Menurut Meyrial et al. (1991) konsentrasi xilosa antara 150-200 g/L dapat menjadi inhibitor bagi produksi xilitol pada C.guilliermondii dan C.boidinii. Kenaikan konsentrasi xilosa akan menyebabkan penurunan kecepatan pertumbuhan organisme, kecuali aerasi ditingkatkan (Nolleau et al. 1993). Sedangkan konsentrasi substrat yang rendah dapat menurunkan hasil produksinya, karena substrat tersebut sebagian digunakan sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan sel.
Ampas tebu merupakan sumber xilosa yang mengandung kurang lebih 30% fraksi hemiselulosa yang dapat dihidrolisis menjadi xilitol oleh khamir (Felipe et al. 1997). Hasil analisis menunjukkan bahwa hidrolisat ampas tebu yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas beberapa senyawa monosakarida yaitu xilosa, glukosa, dan arabinosa dapat dilihat pada Tabel 1. Glukosa dihasilkan dari hidrolisis selulosa dan hemiselulosa, xilosa dan arabinosa dihasilkan dari hidrolisis hemiselulosa (Ambarsari 2010).
Tabel 1 Kandungan Hidrolisat Ampas Tebu Komposisi Konsentrasi (%)
Xilosa 6.16 Glukosa 1.2 Arabinosa 0.8
Hidrolisat ampas tebu ini telah diberi perlakuan untuk menghilangkan senyawa furfural yang terbentuk selama proses hidrolisis. Perlakuan yang diberikan adalah detoksifikasi dengan kombinasi NaOH, asam fosfat, dan karbon aktif. Xilosa dari ampas tebu ini diperoleh melalui proses hidrolisis dengan metode pemanasan dan penambahan asam sulfat. Hidrolisat ampas tebu digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai alternatif untuk mengganti substrat xilosa karena ampas tebu banyak mengandung xilan (hemiselulosa). Komposisi ampas tebu (% berat kering) yang digunakan terdiri atas selulosa 39.2%, hemiselulosa 18.83%, lignin 8.37%, lain-lain 33.24% (Ambarsari 2010).
Dalam penelitian ini dilakukan fermentasi xilosa pada dua jenis konsentrasi hidrolisat, yaitu 60 g/L dan 30 g/L untuk mengetahui aktivitas biokonversi xilosa menjadi xilitol pada konsentrasi yang berbeda. Berdasarkan Tabel 2 hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh konsentrasi xilitol tertinggi untuk hidrolisat yang mengandung xilosa 60 g/L terjadi pada jam ke 72 sebesar 18.82 g/L. Konsentrasi xilitol sebesar 12.28 g/L pada hidrolisat yang mengandung xilosa 30 g/L. Dari hasil pengujian konsentrasi xilitol ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi xilosa maka konsentrasi xilitol yang dihasilkan akan semakin tinggi. Peningkatan produksi xilitol berbanding lurus dengan meningkatnya konsumsi xilosa oleh khamir (Dominguez et al. 1996). Xilosa terus dikonversi menjadi xilitol sehingga konsumsi xilosa menyebabkan akumulasi xilitol.
Glukosa dapat berfungsi sebagai ko- substrat pada proses produksi xilitol. Ko- substrat berperan untuk mencegah xilitol sebagai produk utama dimetabolisme lebih lanjut untuk pertumbuhan sel, yang akan berakibat menurunnya produksi xilitol. selain itu juga, glukosa dapat digunakan untuk menyediakan koenzim (NADH/NADPH) dan sebagai suplai energi untuk kehidupan sel Candida tropicalis (Hallborn et al. 1994). Dalam media fermentasi hidrolisat ampas tebu terdapat glukosa sebesar 1.2%. Sehingga dapat dikatakan bahwa biokonversi xilosa menjadi xilitol oleh C.tropicalis ini didukung dengan adanya glukosa.
Dari hasil penelitian terlihat bahwa pada konsentrasi xilosa 60 g/L diperoleh xilitol yang lebih tinggi namun tidak halnya dengan rendemen yang dihasilkan. Efisiensi proses biokonversi biasanya dilihat dari besarnya nilai rendemen. Nilai rendemen yang tinggi menyebabkan efisiensi produksi xilitol
menjadi tinggi. Jika suatu proses biokonversi memiliki nilai rendemen mendekati 1 artinya hampir seluruh substrat yang dikonsumsinya diubah menjadi produk. Menurut Barbosa et al. (1988), nilai rendemen untuk produksi xilitol secara teoritis sebesar 0.917 g/g. Nilai rendemen tertinggi dalam penelitian ini sebesar 0.41 g/g, lebih rendah dibandingkan nilai teoritisnya. Nilai rendemen tersebut menunjukkan bahwa belum semua substrat yang dikonsumsi khamir diubah menjadi produk karena konsumsi substrat berkaitan erat dengan pertumbuhan khamir yang dipengaruhi oleh faktor eksternal sel dan internal sel. Jadi kemungkinan besar yang terjadi adalah pada proses fermentasi substrat yang hilang itu digunakan oleh sel untuk pertumbuhan C.tropicalis.
Berdasarkan hasil penelitian nilai rendemen tertinggi sebesar 0.41 g/g diperoleh dari sampel konsentrasi xilosa 30 g/L (Tabel 2). Dengan konsentrasi lebih kecil diperoleh rendemen yang lebih tinggi dinilai lebih efisien. Oleh karena itu konsentrasi xilosa sebesar 30 g/L yang akan digunakan untuk perlakuan selanjutnya.
Tabel 2 Kadar xilitol dengan konsentrasi xilosa 60 g/L dan 30 g/L
Xilosa (g/L)
Jam ke- [xilitol] g/L Y (p/s) 60 72 18.82 0.31 96 18.24 0.30 30 72 12.08 0.40 96 12.28 0.41 Y p/s = Rendemen (g xilitol dihasilkan/ g xilosa yang dikonsumsi)
Kadar Xilitol yang dihasilkan oleh Sel Bebas dan Sel Amobil pada Media
Hidrolisat Ampas Tebu
Penelitian penentuan kurva produksi xilitol ini dilakukan dengan menggunakan dua perlakuan sel, yaitu sel bebas dan sel amobil Candida tropicalis. Dengan menggunakan data-data yang telah diperoleh sebelumnya yaitu berdasarkan kurva pertumbuhan sel, maka sel yang akan diamobil adalah sel yang telah diinkubasi selama 24 jam. Pada fase ini sel berada pada fase yang disebut sebagai idiophase yaitu awal diproduksinya metabolit primer dalam hal ini adalah xilitol. Produksi xilitol dengan proses bioteknologi melalui fermentasi memiliki kelemahan. Hal tersebut dilaporkan oleh Sanchez et al. (2004) yang
menjelaskan bahwa xilitol dapat dimetabolisme oleh Candida tropicalis untuk pertumbuhan sel sehingga menurunkan produksi xilitol. Hambatan tersebut dapat diatasi dengan teknik amobilisasi sel. Amobilisasi sel merupakan metode penjebakan sel mikrob dalam suatu matriks polimer (Najafpour et al. 2004). Teknik ini dapat membatasi pertumbuhan sel.
Penjebakan sel dalam matriks Ca-alginat merupakan teknik yang paling efektif dan sering digunakan dalam teknik amobilisasi sel karena mempertahankan viabilitas dan aktivitas sel amobil, murah, mudah digunakan, serta tidak beracun (Ahmed 2006). Penjebakan sel dalam matriks Ca-alginat dipengaruhi oleh konsentrasi Na-alginat dan CaCl2. Beberapa penelitian melaporkan bahwa
penggunaan konsentrasi Na-alginat dan CaCl2
yang optimum dapat menjebak biomassa sel dan meningkatkan produk yang dihasilkan (Beshay 2003; Srinivasulu et al. 2003; Ahmed 2006). Kombinasi konsentrasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah natrium alginat 20 g/L dan kalsium klorida 11 g/L mengacu pada Ambarsari (2010) yang sebelumnya telah melakukan optimasi konsentrasi optimum Na- alginat dan CaCl2.
Berdasarkan Gambar 7 dapat dilihat bahwa konsentrasi xilitol yang dihasilkan sel amobil Candida tropicalis lebih tinggi dibandingkan sel bebas. Pada jam ke 72 konsentrasi xilitol sel amobil dan sel bebas berturut-turut sebesar 12.08 g/L dan 10.20 g/L. Pada jam ke 96 diperoleh 12.28 g/L untuk sel amobil dan 10.84 g/L untuk sel bebas. Hasil konsentrasi xilitol yang tinggi pada sel amobil ini dipengaruhi oleh banyaknya jumlah sel yang bekerja saat fermentasi biokonversi xilosa menjadi xilitol. Bobot basah sel yang digunakan dalam pembuatan sel amobil adalah 2.5 g yang dipanen dari 5 buah labu Erlenmeyer 125 mL berisi 50 mL media inokulum. Sedangkan untuk fermentasi menggunakan sel bebas, jumlah sel yang digunakan hanya sebanyak 1% dari media fermentasi. Hasil penelitian ini mendukung hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan Prasetio (2010) menyatakan bahwa sampel yang mengandung 2.5 g sel awal yang terjerap dalam natrium alginat menghasilkan konsentrasi xilitol terbaik. Dalam penelitian tersebut dilakukan variasi bobot sel awal, yaitu 1 g, 1,5 g, 2 g, dan 2.5 g. Hasil konsentrasi xilitol yang tinggi pada sel amobil ini membuktikan bahwa penjebakan sel dalam matriks Ca-alginat merupakan teknik yang efektif dalam meningkatkan produksi xilitol.
10
Berdasarkan grafik sel bebas jam ke 96 dan jam ke 120 terlihat bahwa konsentrasi xilitol mengalami penurunan dari 10.84 g/L menjadi 8.75 g/L. Terjadinya penurunan produksi xilitol disebabkan karena xilosa sebagai sumber karbon semakin menipis, padahal xilosa digunakan oleh C.tropicalis selain untuk konversi menjadi xilitol juga digunakan untuk memenuhi kebutuhan akan sumber karbon sehingga produk fermentasi berupa xilitol digunakan sebagai pengganti sumber karbon. Hasil ini mendukung penelitian yang dilakukan Silva dan Felipe (2006) yang menemukan bahwa penurunan konsentrasi xilitol yang dihasilkan, bertepatan dengan habisnya xilosa pada media. Menurut Sanchez et al. (2004) terjadi proses penggunaan hasil produk fermentasi berupa xilitol oleh sel untuk pertumbuhan dan Felipe et al. (1995) juga menyatakan sel khamir dapat mengasimilasi xilitol ketika xilosa pada media sudah habis dikonsumsi. Menurut Winkelhausen dan Kuzmanova (1998), pada saat sumber karbon terbatas, khamir akan mengkonsumsi xilitol yang telah diproduksinya.
Berdasarkan data kadar xilitol yang diperoleh dapat dijadikan referensi untuk menentukan waktu fermentasi optimum pada sel amobil. Kadar xilitol pada jam ke 120 adalah 12.82 g/L. Konsentrasi xilitolnya lebih tinggi dibandingkan jam ke 96 sebesar 12.28 g/L. Walaupun pada jam ke 120 pertumbuhan sel masih terjadi dan xilitol yang dihasilkan masih tinggi, namun mempertimbangkan efisiensi waktu maka 96 jam ditetapkan sebagai waktu fermentasi optimum.
Gambar 7 Kadar xilitol yang dihasilkan sel bebas dan sel amobil C. tropicalis
Kadar Xilitol yang Dihasilkan oleh Sel Amobil C. tropicalis dan C. guilliermondii
pada Media Hidrolisat Ampas Tebu
Penelitian ini menggunakan mikroba Candida guilliermondii dan Candida tropicalis. Sel ini berasal dari isolat lokal yang telah dikulturkan di Biotechnology Culture Collection (BTCC) LIPI Cibinong. Isolat ini belum pernah digunakan untuk penelitian sebelumnya sehingga masih belum diketahui fungsi dan kemampuannya secara spesifik tetapi kedua jenis sel Candida ini merupakan jenis khamir yang sering digunakan untuk biokonversi xilosa menjadi xilitol. Menurut Yahashi et al. (1996), Candida tropicalis dapat memproduksi xilitol sebanyak 84,5 g/L dengan konsentrasi substrat xilosa 150 g/L. Sedangkan Candida guilliermondii menghasilkan xilitol 221 g/L dari 300 g/L xilosa (Meyrial et al. 1991). Pada penelitian ini dilakukan perbandingan kadar xilitol dan yield antara kedua jenis khamir terbaik sebagai pengkonversi xilitol. Dari kedua jenis khamir ini akan dipilih salah satu yang menghasilkan xilitol tertinggi dan digunakan untuk tahapan penelitian selanjutnya.
Xilosa digunakan pada media inokulum maupun media fermentasi. Konsentrasi xilosa yang digunakan dalam penelitian ini adalah 30 g/L. Hal ini berdasarkan beberapa penelitian sebelumnya yang menggunakan konsentrasi xilosa antara 30-100 g/L (Rao et al. 2006; Helle et al. 2004; Puspita 2010). Hasil penelitian yang dilakukan Puspita (2010) menyatakan bahwa biokonversi xilosa menjadi xilitol meningkat pada kisaran 30-70 g/L xilosa dengan nilai rendemen tertinggi pada konsentrasi xilosa 30 g/L sebesar 0.25 g/g.
Kurva produksi xilitol ditentukan dengan mengukur kadar xilitol pada panjang gelombang 492 nm. Dari hasil penelitian diperoleh nilai rendemen tertinggi sebesar 0.41 g/g terjadi pada fermentasi menggunakan Candida tropicalis (Tabel 3). Kadar xilitol pada Candida tropicalis dan Candida guilliermondii berturut-turut 12.08 g/L dan 2.45 g/L pada jam ke 72 serta 12.28 g/L dan 2.8 g/L pada jam ke 96 dapat dilihat pada Gambar 8. Kadar xilitol maupun nilai rendemen pada kedua sel Candida yang diujikan berbeda jauh. Perbedaan hasil ini menunjukkan kemampuan sel Candida dalam mengkonsumsi xilosa berbeda-beda. Spesies khamir yang berbeda-beda mempunyai kemampuan yang berbeda-beda dalam memfermentasikan xilosa menjadi etanol atau xilitol (Jeffries 1981). 12.08 12.28 12.82 10.2 10.84 8.75 0 2 4 6 8 10 12 14
72 jam 96 jam 120 jam sel amobil sel bebas
[xilitol] g/L
Tabel 3 Kadar xilitol yang dihasilkan sel amobil Candida tropicalis dan Candida guilliermondii Sampel Jam ke- [xilitol] g/L Y (p/s) C.tropicalis 72 12.08 0.40 96 12.28 0.41 C.guilliermondii 72 2.45 0.08 96 2.8 0.09 Y p/s = Rendemen atau Product yield (g xilitol dihasilkan/ g xilosa yang dikonsumsi)
Gambar 8 Kadar xilitol yang dihasilkan sel amobil Candida guilliermondii dan Candida tropicalis.
Kadar xilitol yang tinggi pada C. tropicalis ini didukung dengan adanya glukosa dalam media fermentasi. Glukosa digunakan sebagai ko-substrat agar xilitol yang dihasilkan tidak dimetabolisme lebih lanjut oleh sel Candida, baik untuk pertumbuhan atau sebagai sumber koenzim serta sumber energi. Adanya glukosa dapat digunakan oleh C.tropicalis sebagai ekuivalen reduksi (NADH/NADPH) yang diperlukan untuk mereduksi xilosa menjadi xilitol untuk pemeliharaan serta pertumbuhan sel. Sedangkan xilosa yang tersedia dapat langsung direduksi secara efisien menjadi xilitol (Meyrial et al. 1991). Adanya glukosa pada media menghasilkan efek yang berbeda pada C. guilliermondii. Hasil kadar xilitol pada C. guilliermondii jauh lebih rendah dibanding C. tropicalis. Silva et al. (1996) menyatakan bahwa penambahan glukosa pada media yang mengandung xilosa murni dapat berefek mengurangi produktivitas xilitol oleh C. guilliermondii. Penemuan ini berdasarkan pada fakta bahwa penambahan glukosa dapat menghambat induksi enzim xilosa reduktase (XR) pada C. guilliermondii, dan intensitas hambatan tersebut terkait dengan jumlah
glukosa yang ditambahkan pada media (Silva et al. 2007). Silva et al. (1996) juga menyatakan dalam hasil penelitiannya bahwa efisiensi konversi xilosa menjadi xilitol oleh C.guilliermondii hanya sebesar 45% ketika ditumbuhkan pada media yang mengandung glukosa 1.5% dan xilosa 6.5%, tetapi dapat meningkat sampai 66% jika dalam media tersebut tanpa glukosa. Oleh karena itu, adanya kandungan glukosa dalam media fermentasi merupakan salah satu penyebab dari rendahnya produksi xilitol pada C.guilliermondii yang diujikan.
Pada penelitian ini perlakuan pada C. guilliermondii dan C. tropicalis adalah sama, yaitu kecepatan pengadukan 120 rpm, suhu 30oC, aerasi 50 mL, dan pH 5.5 mengacu pada penelitian sebelumnya Puspita (2010) yang telah melakukan optimasi terhadap C. tropicalis. Robert et al. (1999) yang dalam penelitiannya bekerja menggunakan C. guilliermondii mengatakan bahwa produksi xilitol tertinggi dapat dicapai dengan adanya regulasi suplai oksigen selama proses fermentasi. Sehingga kemungkinan faktor aerasi selama proses fermentasi ini menjadi faktor penyebab rendahnya kadar xilitol yang dihasilkan oleh C.guilliermondii. Berdasarkan hasil kadar xilitol dan nilai rendemen tertinggi maka ditetapkan sel C. tropicalis yang akan digunakan pada tahapan penelitian selanjutnya.
Pengaruh Penambahan Nutrien dalam Media Hidrolisat Ampas Tebu oleh Sel
Amobil C. tropicalis
Proses fermentasi sangat dipengaruhi oleh faktor internal maupun eksternal sel. Faktor eksternal sel meliputi keadaan lingkungan, suhu, pH, agitasi, dan aerasi. Faktor internal sel dipengaruhi oleh kinerja enzim yang terlibat dalam proses fermentasi tersebut. Oleh karena itu komposisi dari media fermentasi yang digunakan akan berpengaruh terhadap kinerja sel. Sel yang bekerja dalam proses fermentasi berupa sel amobil dari Candida tropicalis. Dalam proses pembuatan sel amobil, sel yang digunakan adalah hasil panen dari media inokulum. Unsur- unsur yang digunakan dalam media inokulum meliputi bakto pepton, ekstrak khamir, ekstrak malt, garam-garam mineral, dan glukosa. Glukosa pada media digunakan sebagai sumber karbon, ekstrak khamir, malt dan bakto pepton sebagai sumber nitrogen organik. Garam-garam mineral yang digunakan dalam penelitian ini adalah KH2PO4, MgSO4.7H2O, K2HPO4, ammonium
2.45 12.08 2.8 12.28 0 2 4 6 8 10 12 14 C. guilliermondii C.tropicalis 72 jam 96 jam [xilitol] g/L
12
sulfat. Beberapa logam dan mineral berpengaruh pada proses pertumbuhan sel dan fermentasi. Salah satunya adalah magnesium. Ion magnesium terlibat dalam beberapa fungsi penting pada fisiologi khamir yaitu perkembangan dan pertumbuhan sel dan metabolisme respirasi fermentatif (Birch et al. 2003). Ion magnesium adalah esensial untuk produksi enzim dan berperan sebagai aktivator untuk beberapa enzim (Birch et al. 2003). Ammonium sulfat berfungsi sebagai sumber nitrogen anorganik. Nutrisi lengkap yang terkandung dalam media inokulum ini bertujuan agar sel dapat tumbuh dengan optimal sebelum dipanen untuk dijadikan sel amobil. Sehingga pada proses selanjutnya yaitu proses fermentasi, sel amobil ini sudah siap untuk melakukan biokonversi xilosa menjadi xilitol.
Tahapan penelitian sebelumnya telah dilakukan proses fermentasi oleh sel amobil Candida tropicalis dalam media hidrolisat ampas tebu. Media hidrolisat ampas tebu ini digunakan tanpa penambahan unsur lain. Media hanya mengandung sumber karbon saja, yaitu xilosa, glukosa, dan arabinosa (Tabel 1). Hasil dari proses fermentasi tersebut diperoleh kadar xilitol sebesar 12.28 g/L dan nilai rendemen 0.41 g/g (Tabel 3). Menurut Barbosa et al. (1988), nilai rendemen untuk produksi xilitol secara teoritis sebesar 0.917 g/g. Nilai rendemen tertinggi dalam penelitian ini sebesar 0.41 g/g, lebih rendah dibandingkan nilai teoritisnya. Oleh karena itu dilakukan tahapan penelitian selanjutnya yaitu penambahan nutrien ke dalam media fermentasi sehingga tersedia sumber nutrisi lain selain sumber karbon. Adanya nutrien tambahan dalam media fermentasi hidrolisat ampas tebu diharapkan dapat mendukung kebutuhan sel dalam proses biokonversi xilosa menjadi xilitol sehingga hasil produksi dan nilai rendemen xilitol meningkat.
Penambahan nutrien yang dilakukan dalam penelitian ini adalah KH2PO4 dan
ekstrak khamir. Hasil penelitian yang disajikan pada Gambar 9 menunjukkan produksi xilitol mengalami peningkatan dengan adanya penambahan nutrien. Pada perlakuan tanpa penambahan nutrien apapun ke dalam media sehingga media hanya berupa hidrolisat ampas tebu (kontrol) diperoleh xilitol sebesar 12.35 g/L dan rendemen sebanyak 0.41 g/g. Perlakuan dengan penambahan ekstrak khamir diperoleh kadar xilitol sebesar 17.59 g/L dengan rendemen sebanyak 0.59 g/g. Hal ini sesuai dengan peran unsur mikro dan mineral yang
membantu dalam proses fermentasi maupun pertumbuhan sel. Komponen ekstrak khamir dalam media fermentasi berperan dalam pertumbuhan sel. Faktor penting yang berpengaruh dalam produksi xilitol adalah jumlah sel. Konsentrasi xilitol dalam media dan aerasi sangat berhubungan dengan jumlah sel di dalam media. Jika jumlah sel sedikit maka akumulasi oksigen menjadi meningkat akan menyebabkan rendahnya produksi xilitol. Keberadaan oksigen dapat menurunkan aktivitas NADH yang berakibat pada menurunnya akumulasi produksi xilitol (Winkelhausen dan Kuzmanova 1998). Oleh karena itu pada penelitian ini media hidrolisat ampas tebu ditambahkan ekstrak khamir untuk mendukung proses fermentasi dalam hal pertumbuhan sel dan jumlah sel.
Hasil penambahan nutrien terbaik adalah perlakuan dengan penambahan KH2PO4
dengan kadar xilitol yang dihasilkan sebesar 20.31 g/L dan nilai rendemen sebesar 0.68