BAB II. PENELAAHAN PUSTAKA
C. Saccharomyces cerevisiae
C. Saccharomyces cerevisiae 1 2 Gambar 3. Sel Saccharomyces cerevisiae (Anonim, 2008) Keterangan gambar:
1 = Sel Saccharomyces cerevisiae 2 = Pembentukan tunas (budding) Kasifikasi Saccharomyces cerevisiae Kingdom : Fungi Phylum : Ascomycota Subphylum : Saccharomycotina Class : Saccharomycetes Family : Saccharomycetaceae Genus : Saccharomyces
Spesies : S. Cerevisiae (Anonim, 2008)
S. cerevisiae merupakan yeast yang sering digunakan dalam proses pembentukan etanol hasil fermentasi molase, yang memiliki daya konversi etanol paling besar dibanding spesies lainnya, selektivitas yang tinggi dalam menghasilkan produk, dapat menguraikan berbagai jenis gula, tahan terhadap kadar etanol yang tinggi yaitu antara 9-13% volume, tahan terhadap kadar glukosa yang tinggi 14-25°Brix, pH optimum pertumbuhan yang rendah 4,0-5,0; suhu
optimum pertumbuhan yang relatif tinggi yaitu 25-30°C, dan akumulasi produk samping yang rendah (Salmah, 2004).
S. cerevisieae merupakan mikroorganisme bersel tunggal, yang ukurannya lebih besar dari bakteri (1-10µ), tidak dapat bergerak karena tidak berflagel, berkembang biak dengan pembelahan sel. S. cerevisiae tumbuh secara menggerombol dan dapat melepaskan CO2 dengan cepat, menyebabkan sel terapung pada permukaan. Koloni S.cerevisiae berwarna putih kekuningan, mempunyai bentuk tepi yang circular, dan permukaannya mengkilat (surface glistening). Sel S.cerevisiae berbentuk bundar (spherical), adakalanya berbentuk ellipsoidal (lonjong, memanjang) sampai cylindrical, dan menghasilkan pseudomiselium. Berkembangbiak secara vegetatif dengan cara pertunasan multilateral (budding). Dapat berbentuk tonjolan-tonjolan. Dalam medium biakan cair biasanya terjadi pertumbuhan di dasar medium (Salmah, 2004).
S. cerevisieae dapat hidup dalam konsentrasi solute (gula) yang lebih tinggi dari bakteri, sehingga kebutuhan air untuk pertumbuhannya lebih kecil dari bakteri (Prescott and Dunn, 1999). Menurut Vamanu, dkk (2007), S. cerevisiae yang diinkubasi dalam media molase, ekstrak jagung, monopotasium fosfat, ammonium sulfat, magnesium sulfat dan fero sulfat pada pH 4,5 menghasilkan kurva pertumbuhan sigmoid, dengan lag phase selama 6 jam, eksponensial phase selama 30 jam, setelah diinkubasi selama 48 jam.
Bahan-bahan dalam medium harus mencukupi kebutuhan elemen yang akan dipergunakan biomassa sel dan produksi metabolit, serta harus cukup memberi energi untuk biosintesa dan pemeliharaan selama proses. Karena itu
16
perlu penelitian yang lebih rinci untuk membuat medium yang cocok untuk proses fermentasi, walaupun elemen dasar tertentu yang harus ada pada setiap medium sudah diketahui. Semua mikrobia membutuhkan air, energi, C, N, elemen mineral, vitamin, dan oksigen. Penyediaan sumber C yang cukup, sangat perlu untuk proses pembentukan produk pada fermentasi (Salmah, 2004).
Konsentrasi pada setiap metabolit yang dihasilkan oleh S.cerevisiae sangat dipengaruhi faktor-faktor lingkungan seperti ketersediaan oksigen, temperatur dan komposisi kimia dari zat untuk pertumbuhannya. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan S. cerevisiae, antara lain:
1. Nutrisi
Dalam kegiatannya S. cerevisiae memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan, misalnya: unsur C pada karbohidrat; N dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, ZA, urea, amonia, pepton dan sebagainya; P dengan penambahan pupuk fosfat dari NPK, TSP, dan sebagainya; mineral-mineral; dan vitamin-vitamin. Penentuan konsentrasi gula dalam fermentasi oleh S. cerevisieae dipengaruhi oleh dua hal yang mendasar, yaitu konsentrasi gula yang terlalu tinggi akan menghambat pertumbuhan sel khamir di awal proses fermentasi dan konsentrasi etanol yang tinggi akan akan mematikan S. cerevisiae (Alico, 1982). Kadar gula yang melebihi 25°brix akan menghambat berbagai enzim yang dihasilkan S. cerevisiae.
2. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi etanol, S. cerevisiae memerlukan media suasana asam, yaitu antara pH 4,0– 5,0. Pengaturan pH dilakukan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau natrium bikarbonat jika substratnya asam.
3. Temperatur
Temperatur optimum untuk pengembangbiakan adalah 28–300C. Pada waktu fermentasi, terjadi kenaikan panas karena ekstrem. Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik perlu pendinginan supaya suhu tetap dipertahankan. 4. Udara/ ketersediaan oksigen
Fermentasi etanol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara/O2). Namun demikian, oksigen diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk pertumbuhan S. cerevisiae (Hamidah, 2003).
Pada proses pembibitan di PS Madukismo, digunakan bahan tambahan seperti urea [(NH2)2CO] yang berfungsi sebagai sumber nitrogen untuk pertumbuhan S.cerevisiae, yang ditambahkan ke dalam media pada saat pemasakan dan fermentasi; NPK [CaH(PO4)2] sebagai nutrien untuk pertumbuhan S.cerevisiae yaitu sebagai sumber Ca dan P, ditambahkan ke dalam media pada saat pembibitan; asam sulfat (H2SO4) sebagai sumber sulfur, mengatur pH dan di samping itu juga untuk menghambat pertumbuhan jenis bakteri yang mengganggu proses fermentasi (Anonim, 1984).
18
Sel S. cerevisieae berbentuk bundar, sedangkan mikrostrukturnya terdiri dari kapsul, dinding sel, membrane sitoplasma, nucleus, vakuola, mitokondria, globula lipid, volutin atau polifosfat dan sitoplasma (Prescott and Dunn, 1999).
Lapisan terluar dari sel S. cerevisiae adalah dinding sel yang terdiri atas khitin. Dinding sel ini berperan dalam menjaga struktur dan rigriditas sel, namun dinding sel ini bersifat permeable terhadap solute yang ukurannya kurang dari 600 dalton. Di bawah dinding sel terdapat membrane plasma yang relatif impermeable terhadap molekul-molekul hidrofilik. Plasma membrane berfungsi memisahkan bagian dalam membrane dengan komponen lain diluar membran. Mitokondria berperan pada fungsi metabolisme energi. Retikulum endoplasma dan badan golgi berperan pada sintesis protein dan lemak. Inti sel sebagai tempat sintesis DNA, vakuola dan peroksisomal memiliki fungsi dalam metabolisme dan pencernaan. Berikut ini gambar organela sel S. cerevisiae (Van der Rest, dkk., 1995).
D. Etanol
Etanol adalah cairan bening, tidak berwarna, mudah mengalir, mudah menguap, higroskopik dengan karakteristik bau spiritus dan rasa membakar, mudah terbakar dengan api biru tanpa asap. Etanol dapat bercampur dengan air (dengan kenaikan suhu dan kontraksi volume), kloroform, eter, gliserol, dan hampir dengan semua pelarut organik lainnya. Nama lain dari etanol adalah alkohol, etil alkohol, aethanolum (Anonim, 1999). Menurut Anonim (1995) etanol memiliki titik didih 78˚C. Struktur etanol adalah sebagai berikut :
Gambar 5. Struktur etanol (Anonim, 2007)
Dalam bidang kefarmasian etanol digunakan antara lain sebagai pelarut, karena memiliki kemampuan melarutkan yang tinggi (misalnya: untuk pelarut obat-obatan, tinta, parfum, dan lain-lain), sebagai antiseptik, sebagai penunjuk suhu pada thermometer, dan sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan kimia (misalnya: eter, chloroform, ester, dan acetaldehyde) (Muspahaji, 2007).
E. Destilasi
Destilasi adalah metode pemisahan suatu senyawa dalam campuran yang berbeda titik didihnya. Syarat suatu senyawa yang dapat didestilasi adalah dapat menguap berapapun titik didihnya. Titik didih adalah suhu dimana tekanan uap suatu larutan sama dengan tekanan udara luar pada tekanan 1 atm. Suatu senyawa
20
dikatakan menguap bila titik didihnya terlampaui. Macam-macam metode destilasi :
a. Destilasi sederhana
Pada destilasi sederhana, pemanasan yang dilakukan termasuk pemanasan langsung. Biasanya untuk memisahkan 2 macam senyawa yang titik didihnya ≥ 50°C.
b. Destilasi dengan kolom fraksinasi
Pada destilasi fraksinasi, pemanasannya termasuk pemanasan langsung. Berfungsi untuk memisahkan senyawa yang selisih titik didihnya terlalu kecil. c. Destilasi uap
Sumber panas yang digunakan adalah uap air. Uap air tersebut dialirkan untuk menguapkan senyawa yang ingin dipisahkan. Fungsi destilasi uap adalah memisahkan senyawa-senyawa yang rusak oleh pemanasan langsung.
d. Destilasi hampa
Fungsi destilasi hampa adalah memisahkan senyawa-senyawa yang tidak dapat didestilasi sempurna pada tekanan 1 atm, atau senyawa tersebut akan rusak bila dipanasi pada suhu didihnya. Pengatasannya senyawa tersebut diuapkan dibawah titik didihnya dan dibawah tekanan 1 atm. Dengan mengurangi tekanan pada sistem, senyawa tersebut dapat mendidih dibawah suhu didihnya (Christian, 2004).
F. Kromatografi Gas
Kromatografi gas adalah suatu cara memisahkan senyawa atsiri dengan meneruskan arus gas melalui fase diam (Bonelli, 1988).
Gambar 6. Skema alat kromatografi gas (Anonim, 2007)
Senyawa-senyawa yang dapat ditetapkan dengan kromatografi gas sangat banyak, namun ada batas-batasnya. Senyawa tersebut harus mudah menguap dan stabil pada temperatur pengujian, utamanya dari 50-300°C. Komponen dasar kromatografi gas adalah sebagai berikut :
1. Suplai gas pembawa dengan pengatur tekanan dan pengendali aliran Gas pembawa merupakan fase gerak yang berfungsi untuk membawa cuplikan melewati kolom. Gas yang biasa digunakan adalah helium, hidrogen, nitrogen dan argon. Gas-gas ini relatif tidak mahal, bisa didapatkan dengan mudah, tidak begitu berbahaya, bersifat tidak reaktif sehingga tidak bereaksi dengan molekul-molekul cuplikan pada tekanan dan suhu kromatograf (Christian, 2004). Pipa gas pembawa lebih baik berbahan logam daripada plastik, karena plastik dapat mengakibatkan kebocoran dan permeasi (Dean, 1995).
2. Tempat injeksi dan kemungkinan disertai splitter
Fungsi dari tempat penginjeksian adalah menyediakan jalan masuk bagi sampel ke dalam aliran gas pembawa dan menyediakan panas yang cukup untuk
22
menguapkan sampel. Microsyringe digunakan untuk menginjeksikan sampel cair ke blok yang dipanaskan. Pemanasan pada tempat penginjeksian berfungsi untuk mengubah sampel cair menjadi menjadi fase gas secara langsung (flash vaporization) tanpa dekomposisi (Dean, 1995).
3. Kolom
Pemisahan komponen-komponen sampel terjadi pada kolom yang terus menerus dialiri fase gerak. Kolom pemisahan mengandung fase diam yang berupa (1) adsorben (Kromatografi Gas Padat) atau (2) cairan yang didistribusikan pada permukaan partikel – partikel berdiameter kecil atau interior tabung kapiler (Dean, 1995). Fase diam dipilih berdasarkan polaritas sample, dengan prinsip like disolve like. Fase diam yang polar akan lebih berinteraksi dengan senyawa polar, dan begitu pula sebaliknya (Christian, 2004).
Tabel II. Contoh-contoh fase diam (Christian, 2004)
Senyawa Polaritas Kegunaan Suhu
maksimum Dimetilpolisiloksan Si CH3 O CH3
Non polar Untuk memisahkan senyawa hidrokarbon aromatik, polinuklear 320°C Polietilenglikol (carbowax) HO H2 C H2 C O H2 C H2 C O H2 C H2 C OH n Sangat polar
Untuk memisahkan etanol, aldehid, keton, dan isomer aromatik, seperti xylene
4. Detektor
Beberapa jenis detektor yang digunakan dalam kromatografi gas adalah Thermal Conductivity (TCD), Flame Inonization Detector (FID), Argon Ionization Detector dan Electron Capture Detector (ECD) (Dean, 1995).
Flame Inonization Detector (FID) adalah detektor yang paling popular, karena sensitivitasnya yang tinggi. Detektor ini tidak sensitive untuk kebanyakan senyawa anorganik termasuk air (Christian, 2004) dan 1000 kali lebih sensitive dibanding Thermal Conductivity (TCD) untuk mendeteksi senyawa organik (Dean, 1995).
5. Oven yang dapat diprogram untuk berbagai tingkat pemanasan
Suhu harus dimonitor, disesuaikan, dan diatur pada tempat injeksi, kolom dan detektor. Suhu pada tempat injeksi harus cukup tinggi untuk menguapkan sampel secara langsung, namun tidak boleh terlalu tinggi sehingga menyebabkan terjadinya dekomposisi termal (Dean, 1995).
Analisis kuantitatif dengan metode kromatografi gas menggunakan standar internal karena ketidakpastian yang disebabkan injeksi sampel, kecepatan aliran gas dan variasi kolom lainnya. Standar internal dapat meminimalisasi kesalahan akibat ketidakpastian tersebut. Bahan yang dipilih sebagai standar internal harus teresolusi dengan baik dari komponen-komponen sampel, tidak bereaksi dengan komponen-komponen sampel dan tidak ada pada sampel (Dean, 1995).
24