F
HIDR
FAKULTA
POTENS
ROLISAT
AS MATE
IN
I KHAMI
T RUMPU
MENJAD
INGGIT
DEPART
EMATIKA
NSTITUT P
IR DALAM
UT LAUT (
DI BIOET
T RADES
TEMEN B
A DAN IL
PERTANI
BOGOR
2013
M FERME
(
Kappaphy
TANOL
IYANI
BIOLOGI
LMU PENG
IAN BOG
R
ENTASI
ycus alvar
I
GETAHU
GOR
rezii
)
ABSTRAK
INGGIT RADESIYANI. Potensi Khamir dalam Fermentasi Hidrolisat Rumput Laut (Kappaphycus alvarezii)Menjadi Bioetanol. Dibawah bimbingan GAYUH RAHAYU dan DWI SETYANINGSIH.
Rumput laut (K. alvarezii) mengandung galaktosa yang dapat digunakan sebagai bahan baku bioetanol. Beberapa khamir menggunakan galaktosa sebagai sumber karbon dan sumber energi serta mengubahnya menjadi etanol. Penelitian ini bertujuan untuk menapis Pachysolen tannophilus IPBCC y 11.1149, Pichia anomala IPBCC y 11.1182, dan IPBCC y 11.1192 serta
Saccharomyces cerevisiae IPBCC y 03.545 dalam kemampuannya mengubah hidrolisat rumput laut menjadi bioetanol. Sebelum penapisan, galur-galur tersebut diuji kemampuannya dalam fermentasi glukosa dan galaktosa menjadi bioetanol. Semua galur khamir dapat mengubah glukosa menjadi etanol, tetapi hanya dua galur yang dapat mengubah galaktosa menjadi etanol yakni P. tannophilus and S. cerevisiae. Dua galur ini diseleksi kemampuannya menghasilkan etanol dari hidrolisat rumput laut. P. tannophilus merupakan khamir yang potensial. P. tannophilus
menghasilkan volume etanol yang lebih tinggi (0.48mL-1.13mL) dibandingkan dengan S. cerevisiae (0.05mL-0.11mL). Kadar etanol kedua isolat juga berbeda, P. tannophilus menunjukkan kadar etanol yang lebih tinggi (0.50%-1.18%) dibandingkan dengan S. cerevisiae (0.05%-0.19%).
P. tannophilus memiliki efisiensi substrat berkisar dari 16.45%-24.38% dan efisiensi fermentasi berkisar dari 12.16%-23.13% lebih tinggi dibandingkan dengan efisiensi substrat dan efisiensi fermentasi S. cerevisiae, yaitu berturut-turut 20.76%-22.6% dan 1.18%-2.19%.
Kata kunci: bioetanol, hidrolisat Kappaphycus alvarezii, Saccharomyces cerevisiae, Pachysolen tannophilus, Pichia anomala
ABSTRACT
INGGIT RADESIYANI. Yeast Producing Bioetanol From Seaweed (Kappaphycus alvarezii) Hydrolysate. Supervised by GAYUH RAHAYU and DWI SETYANINGSIH.
Seaweed (K. alvarezii)contains galactose that can be used as raw material for bioetanol production. Some yeasts were able to use galactose for carbon source and energy source as well as converts it into bioethanol. This study was aimed to screening Pachysolen tannophilus IPBCC y 11.1149, Pichia anomala IPBCC y 11.1182, and IPBCC y 11.1192, and Saccharomyces cerevisiae
IPBCC y 03.545 in their ability to produce bioetanol from seaweed hydrolysate. Prior to screening, these yeasts were determined their ability to ferment glucose and galactose to bioetanol. All strain were able to convert glucose to bioetanol, but only two strains can use galactose. These were P. tannophilus and S. cerevisiae. These isolates were tested for their ability to produce bioetanol from seaweed hydrolysate. P. tannophilus was the potential one. P. tannophilus produce more ethanol volume (0.50%-1.18%) comparing to S. cerevisiae (0.05%-0.11%). The ethanol concentration from both strain were different, P. tannophilus showedethanol concentration higher (0.50%-1.18%) than S. cerevisiae (0.05%-0.19%). P. tannophilus had the substrate efficiency 16.45%-24.38% and fermentation efficiency 12.16%-23.13% it was higher than S. cerevisiae
which has20.76%-22.6% and 1.18%-2.19% respectively.
Keywords: bioetanol, hydrolysate of Kappaphycus alvarezii, Saccharomyces cerevisiae, Pachysolen tannophilus, Pichia anomala
POTENSI KHAMIR DALAM FERMENTASI HIDROLISAT
RUMPUT LAUT (
Kappaphycus alvarezii
) MENJADI
BIOETANOL
INGGIT RADESIYANI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Biologi
Judul : Penapisan Khamir Penghasil Etanol pada Hidrolisat Rumput Laut
(
Euchema cottonii
)
Nama : Inggit Radesiyani
NRP
: G34080034
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
v
Judul :Potensi Khamir dalam Fermentasi Hidrolisat Rumput Laut
(
Kappaphycus alvarezii
) Menjadi Bioetanol
Nama :Inggit
Radesiyani
NRP :G34080034
Disetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Gayuh Rahayu
Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si
NIP. 1958105 198303 2 002
NIP. 19700103 199412 2 001
Diketahui,
Ketua Departemen
Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
NIP 19641002 198903 1 002
6
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Potensi Khamir dalam Fermentasi Hidrolisat Rumput Laut (Kappaphycus alvarezii) Menjadi Bioetanol” dengan baik. Penelitian ini dilakukan mulai bulan April sampai Oktober 2012 di Laboratorium Surfactan and Bioenergy Research Center (SBRC IPB) LPPM Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dibiayai oleh Dana Hibah Kompetitif LPPM IPB tahun 2012.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Gayuh Rahayu dan Dr. Ir. Dwi Setyaningsih M.Si atas bimbingan, saran, motivasi, dan fasilitas yang telah diberikan selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih pula kepada Prof. Dr. Ir. Alex Hartana selaku penguji dan wakil Komisi Pendidikan yang telah memberikan kritik dan saran dalam penulisan karya ilmiah ini.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ummi dan Abah serta seluruh keluarga tercinta yang senantiasa memberikan doa, dukungan dan semangatnya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Mbak Nely, dan Mbak Indah atas segala bantuannya serta teman-teman di SBRC (Raka, Yuni, Dea, Dodi, dan Adit) atas doa dan semangatnya. Tak lupa juga kepada teman-teman Biologi 45, khususnya teman seperjuangan di mikologi (Agul, Siti dan, Ipeh) dan sahabat-sahabat terbaik Biologi 45 (Epoy, Pipit, Dian, Prima, Jijah, Gina, dan, Puspa) serta teman-teman Wisma Fairus atas semangat, perhatian, dan keceriaan yang selalu terukir selama kuliah di IPB.
Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Juni 2013
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, 20 September 1990 dari Bapak H. Gunawan dan Ibu Yayan Nuryani. Penulis merupakan anak ketiga dari enam bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Tangkil 01 pada tahun 2002, SMPN 1 Cijeruk tahun 2005, dan SMAN 1 Cigombong tahun 2008. Setelah itu penulis melanjutkan perguruan tinggi di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Penulis aktif sebagai anggota Divisi Rohis Kelas SERUM G IPB periode 2009/2010 dan pernah bergabung dalam kepanitian Pesta Sains Nasional (PSN) tahun 2010 sebagai anggota Divisi Kestari, dan Salam ISC LDK Al-Hurriyah tahun 2010 sebagai anggota divisi Tarhib. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Biologi Dasar, Biologi Cendawan, dan menjadi asisten mata kuliah Pendidikan Agama Islam.
8
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... .….... viii
DAFTAR GAMBAR ... .... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... .... viii
PENDAHULUAN ... .. 1
Latar Belakang ... .. 1
Tujuan ... 1
BAHAN DAN METODE ... 1
Waktu dan Tempat ... 1
Bahan dan Alat ... 1
Metode ... 1
Persiapan Inokulum ... 1
Uji Fermentasi Glukosa dan Galaktosa ... 1
Penapisan Khamir Produsen Bioetanol dari Hidrolisat Rumput Laut (K. alvarezii) .... 2
HASIL ... 2
Pertumbuhan Khamir dan Produksi Etanolnya pada Larutan Glukosa 10%... 2
Penapisan Pada Media Galaktosa 10% ... 4
Pertumbuhan Khamir Terseleksi dan Produksi Etanolnya pada Hidrolisat K. alvarezii 100% ... 5
PEMBAHASAN ... 7
SIMPULAN ... 8
SARAN ... 8
DAFTAR PUSTAKA ... 8
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Produksi gelembung gas hasil fermentasi galaktosa 10% menggunakan tabung
Durham pada hari ke 5………... 5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Pertumbuhan berbagai khamir pada larutan glukosa 10% ... 2
2 Volume etanol dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir. ... 3
3 Kadar etanol dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir ... 3
4 Efisiensi substrat glukosa 10% dari berbagai khamir ... 3
5 Produksi etanol dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir ... 4
6 Efisiensi fermentasi glukosa dari berbagai khamir ... 4
7 Gelembung gas pada jam ke 24: P. tannophilus, Pi. anomala IPBCC y 11.1182, Pi. anomala IPBCC y 11.1192, dan S. cerevisiae ... 5
8 Pertumbuhan P. tannophilus dan S. cerevisiae pada hidrolisat K. alvarezii ... 5
9 Volume etanol dalam 100 ml hidrolisat K. alvarezii produksi P. tannophilus dan S. cerevisiae ... 5
10 Kadar etanol hasil fermentasi hidrolisat K. alvarezii oleh P. tannophilus dan S. cerevisiae ... 6
11 Efisiensi substrat (hidrolisat K. alvarezii) P. tannophilus dan S. cerevisiae. ... 6
12 Presentase produksi etanol hasil fermentasi hidrolisat K. alvarezii oleh P. tannophilus dan S. cerevisiae... 6
13 Efisiensi fermentasi P. tannophilus dan S. cerevisiae pada hidrolisat K. alvarezi... 6
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Cara Perhitungan efisiensi susbtrat dan efisiensi fermentasi………. 11
2 Kadar etanol dan sisa gula pereduksi selama fermentasi pada media glukosa 10% ... 11
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bioetanol merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunakan dalam penanganan krisis energi dan lingkungan (Hambali et al. 2008). Sejak tahun 1950-an hingga 1980-an, beberapa peneliti di Indonesia telah mengembangkan riset mengenai bioetanol (Hambali et al.
2008). Namun bahan dasar yang digunakan adalah glukosa dan pati. Bahan-bahan lain seperti lignoselulosa, hemiselulosa atau monomernya seperti xilosa dan galaktosa belum banyak diteliti.
Potensi bahan non-glukosa dan non-pati seperti rumput laut dapat dimanfaatkan lebih luas lagi melalui aplikasi bioteknologi. Pada saat ini, pemerintah Indonesia menganjurkan penanaman rumput laut dalam skala besar (KKP 2012). Rumput laut menjadi sumber pendapatan bagi masyarakat pesisir. Rumput laut saat ini dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai bahan makanan, minuman, kosmetik, dan obat (Istini 1998). Didalam rumput laut terdapat karbohidrat karagenan yang dapat digunakan sebagai bahan baku etanol (Banati et al. 2009). Kappaphycus sp. adalah salah satu rumput laut yang menghasilkan ekstrak karagenan tinggi. Karagenan merupakan polisakarida rumput laut yang mengandung natrium, magnesium, dan kalsium yang dapat terikat pada gugus ester sulfat dari galaktosa dan kopolimer 3.6-anhidro-galaktosa (Bawa et al. 2007).
Produksi etanol dari bahan bukan glukosa pernah diteliti, namun agen fermentasinya masih dalam proses pengembangan. Menurut Kurtzman & Fell (2000), Saccharomyces cerevisiae dapat menggunakan glukosa dan galaktosa sebagai sumber karbon untuk fermentasi. Beberapa khamir seperti Kluyveromyces marxianus, K. africanus, Pachysolen tannophilus, dan
Pichia segobiensis telah dilaporkan dapat menggunakan galaktosa (Kurtzman & Fell 2000). IPB Culture Collection (IPBCC) memiliki beberapa koleksi khamir, tetapi kemampuan menghasilkan etanol dari galaktosa dan hidrolisat rumput laut belum diketahui. Oleh sebab itu, penapisan terhadap khamir koleksi IPBCC yang berpotensi sebagai penghasil etanol dari hidrolisat rumput laut perlu dilakukan.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menapis khamir-khamir koleksi IPBCC yang
berpotensi mengonversi hidrolisat rumput laut menjadi etanol.
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2012 hingga Oktober 2012, di Laboratorium Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC) LPPM Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah media Yeast Malt Glucose Pepton
(YMGP), glukosa, D-galaktosa, hidrolisat rumput laut, pereaksi DNS, NPK, urea, empat galur khamir yakni: Pachysolen tannophilus IPBCC y 11.1149, Pichia anomala IPBCC y 11.1182 dan IPBCC y 11.1192, serta Saccharomyces cerevisiae
IPBCC y 03.545. Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini antara lain peralatan gelas, autoklaf, pH universal, hemasitometer, densitometer (Anton Paar), spektrofotometer (Genesys 20), seperangkat alat inokulasi, dan seperangkat alat destilasi.
Metode
Persiapan Inokulum. Kultur stok khamir diremajakan pada media YMGP cair dan diinkubasi pada suhu ruang selama 48 jam. Kemudian kultur ini digunakan sebagai sumber inokulum dalam seleksi khamir produsen etanol. Konsentrasi sel dalam sumber inokulum dihitung dengan hemasitometer sebelum digunakan. Inokulan diuji kemampuannya dalam fermentasi glukosa dan galaktosa sebelum diuji kemampuannya dalam mengonversi hidrolisat rumput laut menjadi bioetanol.
2
ukur sedangkan kadar etanol diukur menggunakan densitometer. Jumlah gula yang dikonsumsi dan jumlah sel khamir dihitung. Efisiensi substrat dan efisiensi fermentasinya juga dihitung (Lampiran 1). Setiap perlakuan dan pengamatan terdiri atas tiga ulangan.
Uji fermentasi kedua dilakukan dengan metode tabung Durham. Tabung reaksi berisi 10 ml larutan galaktosa 10% dan tabung Durham dalam posisi terbalik disterilisasi. Sebanyak 0.5 ml satu sumber inokulum (106 sel ml-1) ditambahkan ke dalam tabung secara aseptis dan tabung disumbat. Biakan diinkubasi selama 5 hari. Setiap isolat dibuat 3 kali ulangan untuk setiap hari pengamatan. Setiap hari selama masa inkubasi pembentukan gelembung diamati. Kemampuan fermentasi diukur secara kualitatif berdasarkan ada tidaknya gelembung gas. Pada akhir masa inkubasi, dua isolat dengan kemampuan produksi gelembung gas yang relatif besar dipilih untuk seleksi tahap terakhir. Khamir yang menunjukkan kemampuan fermentasi glukosa dan galaktosa dipilih untuk penelitian selanjutnya. Hasil dinyatakan dalam rata-rata 3 kali ulangan.
Penapisan Khamir Produsen Bioetanol dari Hidrolisat Rumput Laut (K. alvarezii). Prosedur penapisan pada hidrolisat rumput laut sama seperti uji fermentasi glukosa, hanya media produksi etanolnya adalah hidrolisat rumput laut 100%. Sebanyak 10 ml kultur khamir terpilih dimasukkan ke dalam 90 ml hidrolisat. NPK (0.0084gr) dan Urea (0.07gr) dimasukkan ke dalam larutan fermentasi. Larutan fermentasi tersebut diinkubasi dalam labu Erlenmeyer 250 ml pada suhu ruang selama 5 hari. Produksi etanol, jumlah sel, efisiensi substrat, dan efisiensi fermentasi diamati.
HASIL
Pertumbuhan Khamir dan Produksi Bioetanol pada Larutan Glukosa 10%
Pada penelitian ini, konsentrasi inokulum
P. tannophilus, Pi. anomala IPBCC y 11.1182, dan IPBCC y 11.1192 serta S. cerevisiae berturut-turut adalah 3.2x106 sel/ml, 5.6x106 sel/ml, 6.4x106 sel/ml dan 9.2x106sel/ml. Konsentrasi sel semua isolat khamir kecuali Pi. anomala IPBCC y 11.1192 meningkat sampai dengan 4 hari
inkubasi dan setelah itu relatif tetap (Gambar 1). Konsentrasi sel P. tannophilus pada hari ke 3, 4, dan 5 berturut-turut adalah 6.85x107 sel/ml, 1.0x108 sel/ml dan 1.1x108 sel/ml. Pi. anomala IPBCC y 11.1182 dan IPBCC y 11.1192 memiliki pola pertumbuhan yang berbeda. Pada masa inkubasi yang sama, konsentrasi sel Pi. anomala IPBCC y 11.1182 meningkat sampai dengan hari ke 4 inkubasi dan stabil pada hari ke 5 inkubasi yaitu 8.6x107 sel/ml, 1.1x108 sel/ml, dan 1.2x108sel/ml. Konsentrasi sel Pi. anomala
IPBCC y 11.1192 relatif meningkat selama masa inkubasi yaitu 5.6x107sel/ml, 1.0x108
sel/ml, dan 1.3x108 sel/ml. Konsentrasi sel
S. cerevisiae berturut-turut dari hari ke 3, 4, dan 5 adalah 9.45x107 sel/ml, 1.3x108 sel/ml, dan 1.4x108sel/ml (Gambar 1).
Gambar 1 Pertumbuhan berbagai khamir pada larutan glukosa 10%.
Diantara ke-empat isolat yang diuji, S. cerevisiae menunjukan produksi etanol yang tertinggi pada hari ke 3-5 inkubasi (Gambar 2). Volume etanol yang dihasilkan oleh S. cerevisiae berkisar dari 1.81 ml hingga 2.34 ml (Gambar 2) dengan kadar berkisar dari 2.02% hingga 2.56% (Gambar 3). Produksi etanol terendah diperoleh dari P. tannophilus sebesar 0.56 ml hingga 0.59 ml (Gambar 2) dengan kadar berkisar dari 0.41% hingga 0.63% (Gambar 3).
7,00 7,20 7,40 7,60 7,80 8,00 8,20 8,40
1 2 3 4 5
Ko
ns
entr
asi
S
el (
L
og Se
l/m
l)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus IPBCC Y 11.1149 Pi. anomala IPBCC Y 11.1182 Pi. anomala IPBCC Y 11.1192 S. cerevisiae IPBCC Y 03.545
IPBCC y 11.1149 IPBCC y 11.1182 IPBCC y 11.1192
3
Gambar 2 Volume etanol dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir.
Gambar 3 Kadar etanol dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir.
Gambar 4 Efisiensi substrat glukosa 10% dari berbagai khamir.
0,57 0,53 0,58 0,67 0,59
0,89
0,74 0,85
1,07 1,81
2,23 2,34
0 1 2
3 4 5
Vol
u
m
e E
ta
n
ol
(m
l)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus (IPBCC Y.11.1149) Pi. anomala (IPBCC Y11.1182)
Pi. anomala(IPBCC Y11.1192) S. cerevisiae (IPBCC Y03.545)
IPBCC y 11.1149
IPBCC y 11.1182
IPBCC y 11.1192
IPBCC y 03.545
0,41
0,60 0,63
0,80
0,97
1,15
0,54 0,69
0,93 2,02
2,58 2,65
0 1 2 3
3 4 5
K
ada
r E
ta
n
o
l (%)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus (IPBCC Y.11.1149) Pi. anomala(IPBCC Y11.1192)
Pi. anomala (IPBCC Y11.1182) S. cerevisiae (IPBCC Y03.545)
IPBCC y 11.1149
IPBCC y 11.1182
IPBCC y 11.1192
IPBCC y 03.545
23,39
35,82
47,73
74,25 76,27
80,89
36,10 36,39 41,25
87,35 90,26
99,13
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3 4 5
E
fisie
nsi Substr
at
(%)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus (IPBCC Y.11.1149) Pi. anomala(IPBCC Y11.1182)
Pi. anomala (IPBCC Y11.1192) S. cerevisiae (IPBCC Y03.545)
IPBCC y 11.1149
IPBCC y 11.1182
IPBCC y 11.1192
4
S. cerevisiae dapat memanfaatkan substrat lebih efisien dibandingkan dengan 3 isolat lainnya (Gambar 4). Nilai efisiensi substratnya selama 5 hari inkubasi berkisar dari 87.35% hingga 99.13%. Pi. anomala
IPBCC y 11.1192 memanfaatkan substrat paling sedikit yakni berkisar dari 36.10% hingga 41.25% (Gambar 4). Produksi etanol
S. cerevisiae berdasarkan jumlah gula yang dikonsumsiberkisar dari 17.75-22.48% (b/b gula) (Gambar 5). P. tannophilus
menunjukkan produksi etanol terendah berdasarkan jumlah gula yang dikonsumsi. Produksi etanolnya berkisar dari 4.71-7.67% (b/b gula) (Gambar 5).
S. cerevisiae juga mengkonsumsi substrat lebih banyak untuk memproduksi etanol dibandingkan 3 isolat lainnya (Gambar 6). Nilai efisiensi fermentasi S.
cerevisiae selama inkubasi hari ke 3-5 berkisar dari 28.87% hingga 38.33%. P.
tannophilus menunjukkan nilai efisensi fermentasi terendah selama inkubasi 5 hari inkubasi dibandingkan dengan 3 isolat lainnya yakni berkisar dari 10.11% hingga 11.69% (Gambar 6).
Penapisan Pada Media Galaktosa 10%
Semua isolat diuji kembali dalam kemampuannya menggunakan galaktosa. Isolat Pi. anomala IPBCC y 11.1182 dan
Pi. anomala IPBCC y 11.1192 menunjukkan jumlah gelembung yang sedikit selama inkubasi 5 hari (Tabel 1). Tabung Durham tidak terisi penuh oleh gelembung gas (Gambar 7 b & c). Dua isolat lainnya yakni P. tannophilus dan S. cerevisiae
menunjukkan jumlah gelembung yang paling banyak selama inkubasi 5 hari.
Gambar 5 Produksi etanol (% b/b gula) dalam larutan glukosa 10% yang dihasilkan berbagai khamir.
Gambar 6 Efisiensi fermentasi glukosa dari berbagai khamir.
4,71 6,29
7,67
7,43 8,06
10,26 10,96
15,49
20,61 17,75
21,28 22,48
0 5 10 15 20 25
3 4 5
Pr
oduksi
E
tanol (
%
b
/b gula)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus (IPBCC Y11.1149) Pi. anomala(IPBCC Y11.1182)
Pi. anomala (IPBCC Y11.1192) S. cerevisiae (IPBCC Y03.545)
IPBCC y 11.1149
(IPBCC Y 11.1192)
IPBCC y 11.1182
IPBCC y 11.1192 IPBCC y 03.545
10,11 10,71 11,69
13,47 14,60
18,39
8,68
11,46
15,32 28,87
37,10 38,33
1 6 11 16 21 26 31 36
3 4 5
E
fi
siena
i Fe
rm
en
tas
i
(%)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus (IPBCC Y11.1149) Pi. anomala (IPBCC Y11.1182)
Pi. anomala (IPBCC Y11.1192) S. cerevisiae (IPBCC Y03.545)
(IPBCC Y 11.1149) (IPBCC Y 11.1182)
(IPBCC Y 11.1192) (IPBCC Y 03.545)
IPBCC y 11.1149 IPBCC y 11.1182
T g p O u p T K ( ( G P P a S t P d r s t d s 4 s ( P P P S Tabung Dur gelembung ga pengamatan ha Oleh karena i untuk tahap s pada media hid
Tabel 1 Pro ferm men pada
Keterangan: + (Gelembung (Gelembung ba
Gambar 7 Ge (a) an Pi da Pertumbuhan Produksi Et alvarezii 100%
Pada penel
S. cerevisiae a
tannophilus
Peningkatan k dan P. tannop
relatif sama. K selama inkuba turut adalah 6. dan 1.4x108 s sel P. tannoph
4, dan 5 ber sel/ml, 1.0x10 (Gambar 8).
N
P. tannophilus Pi. anomala IP
Pi. anomala IP
S. cerevisiae IP
a
rham terisi as dan tidak b
ari kelima (Ga itu dua isolat selanjutnya, y drolisat.
oduksi gelemb mentasi gal nggunakan ta
a hari ke 5
+ ( Gelembun agak ban anyak).
elembung gasp ). P. tannop nomala IPBCC
i. anomala IPB an, (d) S. cerev
n Khamir T tanol pada %
itian ini, konse adalah 7.5x10 adalah 5.8 konsentrasi se
philus selama Konsentrasi se si hari ke 3, 4, 45x107sel/ml, sel/ml, sedang
ilus selama ink rturut-turut 08 sel/ml, dan
ama Isolat
s IPBCC y 11. PBCC y 11.118 PBCC y 11.119 PBCC y 03.545
b
penuh ole berubah hingg ambar 7 a & d t ini akan diu akni fermenta
bung gas has
laktosa 10 abung Durha
ng sedikit), + nyak), +++
pada jam ke 2
philus, (b). P
C y 11.1182, (c BCC y 11.119
visiae.
Terseleksi da Hidrolisat K
entrasi inokulu 06 sel/ml dan P
x106 sel/m el S. cerevisia
waktu inkuba el S. cerevisia
, dan 5 berturu , 1.3x108sel/m kan konsentra kubasi hari ke adalah 5.8x1 1.2x108 sel/m
Ge
1149 82 92 5
c
d
eh ga d). uji asi sil % am ++ ++ 4: Pi. c). 92 an K. um P. ml. ae asi ae ut-ml, asi 3, 07 ml Gam K. (Ga ting pro Vol tann (Ga dari G Vl E t l ( l) elembung CO2 ++++ + + ++
mbar 8 Pertum
S. cer alvar
Volume etano
alvarezii oleh ambar 9) dan ggi (Gambar duksi dan kada lume etanol y
nophilus berk ambar 9) deng
i 0.50%-1.18%
Gambar 9 Vol hidr tann 6,00 6,20 6,40 6,60 6,80 7,00 7,20 7,40 7,60 7,80 8,00 8,20 8,40 0 L og Se l/m L P. tannophilus S. cerevisiae IP
0,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 V o lum e Et ano l (m l) P. tan S. cer
mbuhan P. tann revisiae pada
rezii.
olhasil ferment h P. tannop
n kadarnya 5 10) dibanding ar etanol dari S
yang dihasilka kisar dari 0.4 gan kadarnya y % (Gambar 10)
lume etanol da rolisat K. alva nophilus dan S
1 2 3
Waktu Inkubas
s IPBCC Y11.1149 IPBCC Y03.545
IPBCC y 11.1
IPBCC y 03.545
48 0,67 0,05 0, 3 4 Waktu Inkubasi nnophilus IPBCC revisiae IPBCC Y0IPBCC y
IPBC
5
nophilus dan hidrolisat K.
tasi hidrolisat
philus 7-11x .5-10x lebih gkan dengan
S. cerevisiae. an oleh P.
48-1,13 mL yaitu berkisar
alam 100 ml
6
Gambar 10 Kadar etanol hasil fermentasi
hidrolisat K. alvarezii oleh P. tannophilus dan S. cerevisiae.
P. tannophilus memiliki nilai efisiensi substrat relatif sama dibandingkan dengan S. cerevisiae. Nilai efisiensi substrat selama 3 hari inkubasi dari P. tannophilus berkisar dari 16.45%-24.38% (Gambar 11), sedangkan S. cerevisiae berkisar dari 20.76%-22.6%. Produksi etanol P. tannophilus berdasarkan gula yang dikonsumsi berkisar dari 19.84-20.86% (b/b gula) (Gambar 12).
Gambar 11 Efisiensi substrat (hidrolisat K. alvarezii) P. tannophilus dan
S. cerevisiae.
Gambar 12 Presentase produksi etanol hasil fermentasi hidrolisat K. alvarezii oleh P. tannophilus
dan S. cerevisiae.
P. tannophilus memanfaatkan lebih banyak gula-gula terlarut dalam hidrolisat untuk fermentasi dibandingkan dengan S. cerevisiae. Efisiensi fermentasi P. tannophilus selama 3 hari inkubasi berkisar dari 12.16%-23.13% (Gambar 13), sedangkan S. cerevisiae berkisar dari 1.18%-2.19%.
Gambar 13 Efisiensi fermentasi P. tannophilus dan S. cerevisiae
pada hidrolisat K. alvarezii. 0,50 0,70 1,18 0,05 0,13 0,19 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
3 4 5
Ka dar E tanol ( % v/v)
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus IPBCC Y11.1149 S. cerevisiae IPBCC Y03.545
IPBCC y 11.1149
IPBCC y 03.545
16,45 21,18 24,38 20,76 21,35 22,6 0 5 10 15 20 25 30
3 4 5
E fi siensi S ubstr at (% )
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus IPBCC Y11.1149 S. cerevisiae IPBCC Y03.545IPBCC y 03.545
IPBCC y 11.1149
19,64 20,13
20,86
2,33 3,12 3,53
0 5 10 15 20 25
3 4 5
P roduksi E ta nol (% b/b gula )
Waktu inkubasi (hari)
P. tannophilus IPBCC Y11.1149 S. cerevisiae IPBCC Y03.545IPBCC y 03.545
IPBCC y 11.1149
12,16
14
23,13
1,18 1,87 2,19
0 5 10 15 20 25
3 4 5
E fis iensi F er m enta si (% )
Waktu Inkubasi (hari)
P. tannophilus IPBCC Y11.1149 S. cerevisiae IPBCC Y03.545IPBCC y 03.545
PEMBAHASAN
Pertumbuhan mikroba ditandai dengan peningkatan biomassa dan kecepatan pertumbuhannya bergantung pada lingkungan fisik dan kimianya (Reed & Rehm 1983). Diantara beberapa faktor kimia, sumber karbon menjadi faktor utama. Dua jenis gula yang baik digunakan sebagai sumber karbon oleh S. cerevisiae adalah glukosa dan fruktosa (Martini & Martini 2001). Menurut Casida (1980), konsentrasi glukosa optimum untuk pertumbuhan S. cerevisiae berkisar dari 10%-18%. Pada uji fermentasi glukosa, kadar glukosa yang dipergunakan untuk uji adalah 10%. Pada kondisi ini populasi sel semua isolat khamir meningkat sampai dengan hari ke 4 inkubasi dan setelah itu relatif tetap kecuali Pi. anomala IPBCC y 11.1192. Konsentrasi Pi. anomala IPBCC y 11.1192 masih meningkat hingga hari kelima. Peningkatan konsentrasi sel diduga karena gula pereduksi (Lampiran 2) dalam media masih tersedia dalam jumlah yang cukup banyak sehingga sel masih dapat memperbanyak diri.
Pada uji fermentasi glukosa 10%, S. cerevisiae memproduksi etanol dengan volume (1.81-2.34ml) dan kadar etanol (2.02-2.56%) yang tinggi selama masa inkubasi. S. cerevisiae merupakan salah satu spesies khamir yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol yang tinggi (Oura 1983), bersifat fermentatif kuat, dan sangat aktif memfermentasi pada suhu 20oC (Frazier & Westhoff 1978).
Produksi etanol yang tinggi berkorelasi dengan efisiensi substrat dan efisiensi fermentasinya. Substrat yang digunakan oleh keempat galur khamir itu tidak seluruhnya dikonversi menjadi etanol. Diantara keempat galur, efisiensi fermentasi S. cerevisiae
tertinggi dan berkisar antara 28.87%-38.33%, sehingga substrat digunakan oleh S. cerevisiae lebih banyak untuk memproduksi etanol dibandingkan 3 isolat lainnya. Namun demikian, nilai efisiensi ini kurang dari fermentasi alkohol teoritis dari bahan baku yang mengandung glukosa. Berdasarkan persamaan reaksi fermentasi alkohol yakni : C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+2ATP, 70%
energi bebas yang dihasilkan dikeluarkan sebagai panas dan secara teoritis 100% karbohidrat diubah menjadi 51,1% etanol dan 48.9% menjadi CO2 ( Prescott & Dunn
1981).
Selain glukosa, monomer polisakarida lainnya seperti silosa, manosa dan galaktosa juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon oleh khamir (Kurtzman & Fell 2000). Pada uji kemampuan fermentasi D-galaktosa 10% menjadi gelembung gas, dua galur khamir yakni P. tannophilus IPBCC y 11.1149 dan S. cerevisiae IPBCC y 03.545 memiliki kemampuan fermentasi galaktosa lebih baik daripada galur-galur Pi. anomala.
Menurut Kurtzman & Fell (2000) Pi. anomala memiliki kemampuan yang lemah dalam memfermentasi galaktosa dan memiliki kemampuan yang kuat untuk memfermentasi glukosa dan sukrosa. P. tannophilus dan S. cerevisiae menujukkan jumlah gelembung yang paling banyak sejak pengamatan hari pertama. Kedua galur itu kemudian terpilih untuk fermentasi hidrolisat K. alvarezii.
Galaktosa merupakan nutrisi non-konvensional bagi khamir. Metabolisme galaktosa pada khamir dilakukan dengan bantuan enzim khusus pada jalur Leloir (Frey 1996) yakni, galaktosa mutarotase, galaktokinase, galaktosa 1-fosfat uridiltransferase, UDP 4-epimerase dan fosfoglukomutase. Sebagian besar organisme termasuk S. cerevisiae memiliki enzim khusus tersebut (Timson 2007).Pada saat galaktosa yang tersedia dalam media, enzim-enzim tersebut akan mengubah D-galaktosa menjadi D-glukosa 6-fosfat.
Galaktosa merupakan komponen utama gula terlarut dalam hidrolisat K. alvarezii
dan diikuti oleh glukosa dalam jumlah yang sedikit (Meinita et al. 2011). Produksi etanol dari hidrolisat rumput laut oleh P. tannophilus dan S. cerevisiae berbeda dari produksi etanolnya pada fermentasi glukosa 10%. Kadar etanol yang dihasilkan oleh P. tannophilus sebesar 0.50-1.18% dan S. cerevisiae sebesar 0.05-0.58%. Hal ini menunjukkan P. tannophilus memiliki kemampuan untuk menggunakan galaktosa lebih baik daripada S. cerevisiae. Meskipun demikian, produksi etanol ini tidak lebih baik dibandingkan dengan produksi etanol S. cerevisiae pada media glukosa. Malezka et al. (1982) juga menemukan satu galur P. tannophilus NRRL Y-2460 yang mampu menghasilkan etanol pada media D-galaktosa 2% dengan kadar etanol sebesar 0.98%. Namun, produksi etanol S. cerevisiae
8
Selama produksi etanol P. tannophilus
dan S. cerevisiae mengonsumsi gula-gula terlarut pada hidrolisat rumput laut. Efisiensi substrat kedua khamir relatif sama. Gula terlarut pada hidrolisat tidak seluruhnya diubah menjadi etanol oleh P. tannophilus
dan S. cerevisiae. P. tannophilus memiliki efisiensi fermentasi (12.16 % -23.13 %) yang lebih tinggi, tetapi nilai tersebut masih kurang dari efisiensi fermentasi (41%) galur
S. cerevisiae pada hidrolisat rumput laut hasil penelitian Meinita et al. (2011). Galur
P. tannophilus dan S. cerevisiae yang digunakan dalam penelitian ini belum pernah diadaptasi pada media hidrolisat, namun galur lain yaitu S. cerevisiae IPBCC y 05.548 AL IX yang telah diadaptasi oleh Setyaningsih et al. (2012) mampu menghasilkan kadar etanol yang lebih baik yaitu 2% dengan efisiensi fermentasi 48.86 %. Oleh sebab itu galur P. tannophilus dan
S. cerevisiae koleksi IPBCC yang dipergunakan dalam penelitian ini belum menjadi galur unggul untuk konversi hidrolisat rumput laut menjadi etanol.
Pada uji fermentasi galaktosa dengan tabung Durham, kemampuan produksi CO2
tidak dapat dibedakan. Namun, ketika kedua galur tersebut diuji kemampuan produksi bioetanolnya dari hidrolisat rumput laut, P. tannophilus menunjukkan kemampuan produksi yang lebih baik. Kemungkinan produksi etanol dalam hidrolisat rumput laut dipengaruhi oleh adanya senyawa inhibitor pada hidrolisat. Senyawa inhibitor seperti hidroksimetil furfural dan furfural hasil hidrolisis asam bahan lignoselulosa akan menghambat pertumbuhan mikroba dalam proses fermentasi untuk menghasilkan etanol (Palmqvist & Hagerdal 2000). Meinita et al. (2011) menganalisis kandungan inhibitor dalam hidrolisat rumput laut K. alvarezii dan menyatakan bahwa senyawa inhibitor dalam hidrolisat rumput laut adalah hidroksimetil furfural (HMF) serta asam levulinik. S. cerevisiae diduga menggunakan gula sebagai sumber energi untuk detoksifikasi HMF dan furfural daripada memproduksi etanol seperti dilaporkan Maharani (2011). P. tannophilus
diduga lebih toleran terhadap inhibitor dalam hidrolisat K. alvarezii dibandingkan dengan S. cerevisiae. Khamir yang toleran terhadap HMF dan furfural akan mengonversi HMF dan furfural menjadi alkohol (Maharani 2011).
Kemampuan P. tannophilus
memproduksi etanol dalam hidrolisat
rumput laut lebih tinggi jika dibandingkan dengan S. cerevisiae, namun masih kurang dari produksi etanol S. cerevisiae dalam glukosa. Sehingga P. tannophilus memiliki kemampuan yang relatif sama dalam mengubah glukosa dan hidrolisat K. alvarezii menjadi etanol.
SIMPULAN
Semua galur khamir mampu mengubah glukosa menjadi bioetanol, namun hanya dua galur khamir yakni P. tannophilus
IPBCC y 11.1149dan S. cerevisiae IPBCC y 03.545 yang dapat menggunakan galaktosa dan hidrolisat rumput laut sebagai media untuk fermentasi.
SARAN
Perlu dilakukan adaptasi terhadap S. cerevisiae dan P. tannophilus untuk meningkatkan produksi etanol dari hidrolisat rumput laut dan perlakuan khusus untuk menghilangkan inhibitor fermentasi.
DAFTAR PUSTAKA
Banati F. 2008. Pengaruh penambahan enzim α-amilase pada fermentasi karbohidrat ekstrak Ulva fasciata dari Bale kamban, Malang menggunakan ragi roti fermipan [skripsi]. Surabaya: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Surabaya.
Bawa BAGI, Putra BAA, Laila RI. 2007. Penentuan pH optimum isolasi karaginan dari rumput laut jenis
Eucheuma cottonii. Kimia 1: 15-20. Casida LE. 1980. Industrial Microbiology.
New York: John Wiley and Sons Inc. Frazier WB, Westhoff DC. 1998. Food Microbiology. Third Edition. New York: McGraw-Hill, Inc.
Frey PA. 1996. The Leloir Pathway: mechanism imperative for three enzymes to change the stereochemical configuration of a single carbon in galactose.
Federation of American Societies For Experimental Biology 10: 46-470. Hambali E, Mudjalipah S, Tambunan AH,
9
Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agro Media Pustaka Jakarta Selatan. Istini S, Suhaimi. 1998. Manfaat dan
Pengolahan Rumput Laut. Jakarta: Lembaga Oseonologi Nasional. [KKP] Kementrian Kelautan dan Perikanan.
2012. Workshop of Mariculture Indonesia-Norwegia. [terhubung berkala]http://www.djpb.kkp.go.id/be rita.php [5 Feb 2013].
Kurtzman CP, Fell JW. 2000. The Yeast, A Taxonomy Study Fourth Edition. Amsterdam: Elsevier Science B.V. Maharani DM. 2011. Adaptasi
Saccharomyces cerevisiae terhadap hidrolisat asam ubi kayu untuk produksi etanol [tesis]. Bogor: Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor.
Malezka R, Wang FY, Schneider H. 1982. Ethanol production from D-Galactose and glycerol by Pachysolen tannophillus. Enzyme and Microbial Technology 4: 349-352.
Martini AV, Martini A. 2001.
Saccharomyces meyen ex Reess. Di dalam: Kurtzman CP, Fell JW (ed).
The Yeast, A Taxonomy Study Fourth Edition. Amsterdam: Elsevier. Meinita MDN et al. 2011. Bioethanol
production from acid hydrolysate of the carrageenophyte Kappaphycus alvarezii (cottonii). Journal of Applied Phycology 24: 857-862. Oura E. 1983. Reaction products of yeast
fermentation. Di dalam: H. Dellweg, (ed.) Biotechnology Volume III. New York: Academic Pr.
Palmqvist E, Hahn-Hagerdal B. 2000. Fermentation of lignocellulosic hiydrolysates. II: inhibitors and mechanism of inhibition. Bioresource Technology 74: 25-33.
Prescott SC, C. G. Dunns. 1981. Industrial Microbiology. Connecticut: The AVI. Publ. Co. Inc. West Port.
Reed G, Rehm HJ. 1983. Biotechnology, Vol.5 Food and Feed Production with Microorganisms.West Germany: Verlag Chemie Weinheim.
Setyaningsih D, Windarwati S, Khayati I, Muna N, Purnomo P. 2012. Acid
hydrolysis technique and yeast adaptation to increase red macroalgae bioetanol production. International Journal of Environment and Bioenergy 3(2): 98-110.
Timson DJ. 2007. Galactose metabolism in
Saccharomyces cerevisiae: A review.
10
L E E S E L
Lampiran 1 C Efisiensi subst
Efisiensi substr
S0 = total gula Efisiensi ferme
Efisiensi fe
Lampiran 2 K
0 2 4 6 8 10 12 Si sa G u la Pe red uk si (% b/ v) ara perhitunga rat dihitung de
rat(ds/s) =
a awal; S = gula entasi dapat dih
ermentasi(%)=
Kadar etanol da
Keteranga 0 S. cerevisiae P. tannophilu Pc. anomala S. cerevisiae
an efisiensi sub engan rumus:
a total setelah f hitung dengan
an sisa gula per
an : Kadar
IPBCC Y 03.5 us IPBCC Y 11 IPBCC Y 11.1 IPBCC Y 03.5
strat dan efisie
fermentasi rumus: reduksi selama Etanol 3 Waktu I 545 1.1149 1182 545 ensi fermentasi (Ma
a fermentasi pa
: Sisa Gula P 4
Inkubasi (hari
i
aharani 2011)
ada media gluk
ereduksi i) P. tannophil Pc. anomala Pc. anomala Pc. anomala 11 kosa 10% 5
lus IPBCC Y 1 a IPBCC Y 11. a IPBCC Y 11 a IPBCC Y 11
