Cultivation Medium Selection and Optimization Agitation Speed of Bacterial Cellulose Production by Acetobacter pasteurianum in Shaking Culture

z'"

I�

1,-SELEKSI EDIA KULTIV ASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI

PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH AceQbacter psteurnum

PADA KULTUR TERGOYANG

Oleb

ATTANSAH F03498099

2003

Fl.TAS _{TENOLOGJ PERTN}

NST

PERTN BOGOR

BOGOR

ATANSA.

F03498099.

Seleksi Media Kultivasi Dan Optimasi Kecepatan

Agitasi Prduksi Selulosa Baderi Oleh

Acetobcter pasteuri

m Pada Kultur

Tergoyang. Di bawah bimbingan LESBETI ARTOTO _dan NOER LAlLY.

NGSN

Selulosa bakteri adalah elulosa yang diproduksi oleh mikroha teutama galur

Acetobacter.

Sejauh ini, proses produksi seluloa bakteri yang biasa digunakan adalah dengan kultur diam

(static cultue).

Paa kultur tersebut. rata�raa produksi per volume kultur (rendemen) dapat ditingkatkan dengan membuat kultur sedangkal mUDgkin. Namun. hal ini membutuhkan area yang luas untuk menumbuhkan kultur dan tidak praktis unuk skala produksi esar (Okiyama

et

i.,

1992

di dalam Son

et aI., 2001).

Oleh karena itu diperlukan metode produksi massal yang praktis dan ekonomis untuk memproduksi selulosa bakteri. Kultur tergoyang dan kultur teraduk berpotensi dijadikan metode produksi massal selulosa bakteri karena tidak membutuhkan tempat yang luas untuk menumbuhkan kultur dan waktu fennentasi yang relatif cepat.

Tujuan enelitian ini adalah mendapatkan mdia kultivasi Genis sumber karbon dan jenis sumber nitrogen) yang terbaik dan kecepatan agitasi optimum untuk memproduksi selulosa bakteri oleh

Acetobacter pasteurianum

pada kultur tergoyang serta mendapatkan parameter-paremeter kinetika kultivasinya. Optimasi kecepatan agitasi dilakukan untuk mendapatkan kecepatan agiasi propagasi sel dan kcepatan agitasi poduksi eluloa bakteri yang optimum.

Penetitian dilakukan dalam tiga tahap. Penetitian tahap pertama adalah seleksi media kultivasi. Komosisi mdia kultivasi yang digunakan merupakan modiikasi media CSL-Fru. Mdifikasi tersebut dilakukan dengan mensubstitusi beberapa komponen media CSL-Fru (foyosaki

et al., 1995)

seperti campuran vitamin, campuran mineral

n

CSL

(Con Steep Liquor)

dengan air kelapa. Modiikasi juga dilakukan terhadap sumer karbon dan sumber nirogen. Sedangkan bahan yang dipertahankan adalah KH2P04

0,1

% b/v dan MgS04.7H20

0,25

% b/v. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan aeak lengkap faktorial dengan dua faktor perlakuan n dua kali ulangan. Faktor erlakuan terdiri i jenis sumer karbon (C) dan jenis sumber nirogen

(Y).

Faktor erlakuan jenis sumer karbon (C) terdiri dari

4 �

yaitu fruktosa

4,03

% blv

(CI),

glukosa

4,43

% b/v

(e2),

surosa

3,83

% b/v

(C3). n

sorbitol

4,08

% b/v

(C4).

Sdangkan faktor perlakuan jenis sumber nitrogen

)

terdiri dari

3

taraf, yaitu ..)2S04

0,73

% b/v

(y1),

(NH4)2S04

0,5

% b/v + ekstrak khamir

0,5

% blv

(Y2)

dan eksrak khamir

1,57

% bl ..

(Y3).

Kon;;Iisi setiap taraf jenis sumer karbon

n

sumber nirogen dibuat berbeda-beda aar memiliki bobot atom karbon dan kadar nitrogen yang sana dengan media

CSL-Fo,

yaitu

1,62

g boot atom C dan

0,1924

% kadar N. Anatisa yang dilakukan adalah rendemen seluloa bakteri mumi kering. Peneliian tahap I dimulai dengan penyegaran isolat (media aar miring,

4

hari inkubasi dalam inkubator, dan suhu

30

0C). kemudian propagasi sel

(3

Ose, secara diam, volume keja

100

ml dllam labu ed�ilmeyer

300

ml, pH""

5,

3

hari inkubusi, dan suhu ruar.g) dan produksi selulosa bakteri (inokulum

5

% v/v,

100

rpm, volume kerja

100

ml dalam labu erlenmeyer

300

ml, pH =

5, 7

hari inkubasi, dan suhu ruang).

hp I. Peneliian dilakukan dengan nn aak lengkap aktorial dengan dua faktor erlakuan n dua kali ulangan.

Fr

erlakuan terdiri i kcepatan agitasi propagasi sel (A) dan kecepatan agitasi prduksi (B). Tf faktor kcepaan agitasi propagasi sel (A) terdiri dari 4 kecepatan, yaitu 0 rpm (A 1), 80 rpm

(l),

160 rpm (A3) dan 240 rpm

(4).

Sedangkan taraf kcepaan agiasi produksi juga terdiri i 4 kecepatan, yaitu 100 rpm (BI), 140 rpm (B2), 180 rpm (B3) dan 220 rpm (B4). Prosedur eneliian tahap II adalah seeti prosedur penelitian tahap I, tetapi kondisi inkubasi (keceatan agitasi) disesuaikan dengan perlaruan masing-masing. Analisa yang dilakukan adalah rendemen selulosa :ri mumi kering.

Penelitian tahap III adalah enentuan, nilai parameter kinetika kultivasi selulosa bakteri pada kultur tergoyang. Media yang digunakan adalah media kultivasi terbaik hasil eleksi pada penelitian tahap I dan kecepatan agitasi yang digunakan adalah kcepatan agitasi optimum hasil penelitian tahap II. Analisa yang dilakukan meliputi rendemen selulosa bakteri mumi kering, kerapatan optik cairan media kultivasi, baot biomassa kering dan kadar gula total sisa. Analia tersebut dilakukan selama 10 i. Hari pertama setiap 4 jam ekali. Hari ke-2 sampai hari ke-4 setiap 6 jam, hari ke-5 etiap 8 jam, hari ke-6 sampai hari ke-lO setiap 12 jam.

Hasil analisa ragam terhadap enelitian tahap I menunjukkan bahwa rendemen selulosa bakteri mumi kering dipengaruhi oleh kdua faktor perlakuan Genis sumber karbon dan jenis sumer nitrogen) dan interaksi antar faktor perlakuan. Media kultivasi optimum untuk produksi selulosa bakteri pada kultur tergoyang adalah erlakuan YIC3 dengan rendemen sebear 2.27 gil. Komposisi media YIC3 terdiri dari air kelapa sebagai elarut, KH2P04 0,1 % b/v. MgS04.7H20 0,25 % b/v, sukrosa 3,83 % b/v dan (Nt)2S04 0,73 % b/v.

Rendemen selulosa bakteri mumi kering pada peneiitan tahap II diengaruhi oleh kedua faktor periakuan (kecepaan agitasi propagasi sel dan kecepatan agitasi produksi) dan interaksi antar faktor erlakuan. Kecepaan agitasi optimum dihasilkan oleh perJakuan AIB2 (kecepatan agiasi propagasi sel 0 rpm dan keceatan agitasi produksi 140 rpm) dengan rendemen sebear 5,4995 gil.

Hasil enelitian tahap III menunjukkan bahwa embentukan selulosa bateri erasosiasi dengan pertumbuhan sel pada kultur tergoyang. Laju pertumbuhan sesifik (�) eesar O,0251jn dengan oo. biomassa kering tertinggi

(""

. )

Ataiansab. F03498099. Cultivation Mdium Selecion and Opimiion Agitation Seed of Bacterial Cellulose Production by Acetobaeter psteurianum in Shaking Culture. Under suervision of Liesbetini artoto _and Noer _Lay.

SUMMARY

Bacterial cellulose is cellulose produced by microe especially Acetobacter strain. So far, production process of bacterial cellulose which commonly use is static culture. At this culture, production mean per culture volume (rendemen) can be improved madely culture as shallow as possible. But, this matter rquire wide area to grow culture and impractical for the mass production scale (Okiyama et al., 1992 in Son et al., 2001). Therefore it needed an economic and practical mass production method to produce bacterial cellulose. Shaking Culture and agitated culture are potentials method for mass production method of bacterial cellulose due to not require wide place to grow the culture and fermentaion ime relative quickly.

This research objectives are to obtain suitable cultivation mdium (type of carbon and nitrogen source) and optimum agitation seed in producing bacterial cellulose by A. pasteurianum in shaking culture and also its kineic asct pmeter.

Optimization of agitation spet was carried out to obtain opimum agitation speed of cell propagation and production bacterial cellulose.

This research was carried out in three steps. First step was selection of cultivation medium. Composition of cultivation medium, which were used in this step. was modiication of CSL-Fru medium. This modification had done by substituted vitamin mix, mineral mix and CSL (Com Steep Liquor). Modification had also done to l"bon and nirogen source of CSL-Fru mdium. Meanwhile, the fixed material of CSL-Fru mdium were 0.1 % w/v _{KHzP04.and 0.25} % WI" MgS04.7H20. Experiment desin in this step s torial complete random desin

with two reament and two replications. First reament factor s type of caron

source (C). which comprised four levels, that were 4.03 % w/v ructose (CI), 4.43 % WI" glucose (C2), 3.83 % WI" sucrose (C3), and 4.08 % WI" sorbitol (C4) . . Second treatment factor was type of nirogen source (Y) comprisd four level, that were 0.73 % WI. (NH.)zSO, (Yl ), 0.5 % WI. (NH.)zS04 + 0.5 % WI. yeast exract

(Y2) and 1.57 % WI. yeast exract (Y3). Concenration of each level of reatment factors were made diferent in order to have equal weight of caron atom and nirogen percentage with CSL-Fru medium. that is 1.62 g weight of carbon atom and 0.1924 % nirogen percentage. Analysis in this

p

s yield of dried pure bacterial

cellulose. First esearch step was egun with rereshing isolate (slant agar medium. pH � 4.5, 4 day nd 30 0C), then cell propagation (3 ose, statically, 10 ml working

volume in 300 l erleruneyer flask, pH � 5, 3 day, and room temperature) and

production of bacterial cdlu!ose (5 % v/v inocul..r:, 100 rpm, 100 1 working volume in 300 l erlenmeyer flask, pH = 5. 7 day, and room temperature).

Second research step was the assessment of optimum agitation speed. Cultivation medium in this step s the est medium that

d

obtained rom irst

agitation spd (B) which coprisd 4 level, that were 100 rpm (Bl), 140 rpm (B2), 180 rpm (B3) and 220 rpm (B4). Analysis in this step s yield of drid pure bacterial cellulose. Rech procedures in this step were ame as st reseacrh step procedures, but incubation condition (agitation sped) s accordance to each treatment.

Third research step was the assessment of kineic parameter value of production bacterial cellulose in shaking culture. Culivation mdium, which was used in this step, was the est medium obtaind om the st research step. Meanwhile, agitation speed, which s used in this step, was optimum agitation speed obtained from second research step. Analysis that caried out in' this step comprised of yield of dried pure bacterial cellulose, optical density of culture medium, weight of dried biomass and rest of sugar concenraion. The analysis was carried out in ten day. First day was every 4 hour. Second until forth day was every

6

hour. Fifth day s every 8 hour and sixth until tenth day s every 12 day.

Variance analysis result of irst research step showd t yield of dried pure bacterial cellulose was iluenced by both reatment factor (tye of caron source and

pe of nirogen source) and interaction between eament fators. The suitable

cultivation medium for producing bacterial cellulose was YI C3 reament with yield 2.27 gil. Comosition medium of YIC3 reatment are coconut water as solvent, 0.1 % w/y KH2P04, 0.25 % w/y MgS04.7H2v, 3.83 % WI. sucrose and 0.73 % w/y

N.hSO,.

Variance analysis result of second research step showed that yield of dried pure bacterial cellulose was inluenced by both treatment factor (aitation speed of cell propagation and agitation speed of production bacterial cellulose) and interaction between reatment factors. Optimum agitation was obtained om A I B2 treatment (0 pm agitation speed of cell propagation and 140 rpm agiion sped of production bacterial cellulose). The yield of this treatment was 5.4995 gil.

Third research step result concluded that bacterial cellulose producing associated with cell rowth in shaking culture. Seeific rowth rate

(,)

s 0.0251 houri with maximum biomass concenraion (Xmax) s 2.5685 g. Cell duplicating time (td) occurred for 27.6154 hours. Cell rowth aen composed of adaptation phase (until the48th hour), exponenial phase (54th hour unil l04h hour) and death phase (begun in 112th hour). Yield coeicient composed of Y i, � 0.2537 g bacterial celluloselg substrate, Y "' � 0.0996 g biomass/g subsrate

SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI ECEPATAN AGITASI

PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEHAcetobacter psteurianum

PADA KULTUR TERGOYANG

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat nk mendapatkan gelar

Sarjana

Pada

Jurusan Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

OIeb

ATTARIANSAH

F03498099

2003

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PRERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

FAKULTAS TEKNOLOGI F:RTANIAN NSTITUT PERTANIAN BOGOR

SELEKSI MEDIA KULTIVASI DAN OPTIMASI KECEPATAN AGITASI

PRODUKSI SELULOSA BAKTERI OLEH _{AceJobac1er pateurianum}

PADA KULTUR TERGOYANG

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat

n. memperoleh Gelar Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Jurusan Teknologi Indusri Pertanian

FakuItas Teknoloi Pertanian

Dra. Noer Laity, Msi

Dosen Pembimbing

II

Institut Pertanian Bogor

Oleb

ATTAANSAH

F03498099

rn

pada Tangai 14

Mart

1980

Di Jakarta

Tanggal us: .3

S'emb-o3

Disetujui,

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karen. hanya dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menye1esaikan skripsi dengan judul 'Seleksi Media Kultivasi dan Optimasi Kecepatan Agitasi Produksi Selulosa Bi Oleh A. paMeurianum Puda Kultur Tergoyang'. Skripsi ini enuiis SlSn herdasarkn hasil penelitian selama sebelas bulan, sejak bulan Agustus 2002 sampai bulan Ji 203.

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Bioindusri (LTB), Pusat Penelitian, Pengkajian IImu n Teknologi (Puspitek), Serpong. Selama penelitian sampai dengan tersuswmya skripsi ini. penulis banyak menerima bimbingan, saran dan hantuan dari bebagai pihak baik berupa banooan mori! maupun material. Oleh karena itll, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-enya kepada:

1.

Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS selaku Dosen Pembimbing pertama yang telah memberikan bantuan dan membimbing penulis selama penyelesaian tugas akhir. 2. Dra. Noer Laily. Msi selaku Dosen Pembinbing kedua atas segala nn,

bimbingan dan fasilitas yang telah diberikan selama penelitian n penulisan skripsi.

3.

Dr. Ir. Titi Candra Sti. MSi. yang telah bersdia nenguji dan nemn kritik dan saran atas perbaikan sripsi ini.

4. Kedua orang tua dan adik-adikku (Ira dan Adi) atas segala erhatian n doanya, sert. kepad. Ir. Irwandi yang telah enulis

i

segi sial.

5.

Bu Trismillah, Bu Tining, Bu Diana, Bu Ida, Bu Relno dan Pak Jamil elku peneliti di LTB atas senua n-san dan bantuannya.

6.

Tenan-tenan seerjuangan : nbak Emi, mbak Faim, mbak Lilis, Marita, Widi, Helena, Yam, Vera, Dewi dan Yudi terima kasih atas keja samanya.

7. Seluruh teman-teman TIN

35

yang mudah-mudahan selalu kompak

n

tetap menjalin komunikasi.

DAfARISI

Halaman

KATA PENGANTAR

1

DAFT AR lSI

... ... ... 11

DAFTAR TABEL

...

.

...

.

.

.

..

.

... ... IV

DAFTAR GAMBAR ...

v

DAFTAR LAMPlRAN

...

.

...

....

.

...

.

...

.

..

..

..

.

.

.

.

...

.

...

.

.. V11

I. PENDAHULUAN

..

.

..

...

...

....

.

...

.

....

.

...

...

.

...

.

..

...

.

.

.

.

. . .

.

. 1

A. LATAR BELAKANG

...

.

...

.

...

..

...

.

....

.

.

..

.

..

...

.

..

.

... 1

B. TUJUAN

...

.

..

.

...

.

..

...

.

...

.

...

.

....

.

...

..

...

.

...

.

.

...

.

...

.

.... 3

II. TINJAUAN PUST

A

..

.

...

.

..

...

...

.

...

...

.

...

.

.

.

.

.

...

.

...

.

... 4

A. SELULOSA BAKTERI

...

.

...

.

...

...

. 4

1.

Mikroba Penghasil Selulosa Bakteri .

.

... ... ... ...

5

2. Biosintesis Selulosa Bakteri

...

.

.

...

.

.

6

B. PRUDUKSI SELULOSA BAKTERI

PADA KULTUR TERGOYANG

...

...

...

.

..

...

.

.

.

...

.

...

..

.

. 8

1.

Medium Kultivasi

...

.

.

...

.

..

.

..

.

...

..

.

. ... 8

2.

Kultur Tergoyang

.

.

..

....

..

..

.

...

.

..

...

...

15

C. FAKTOR-F AKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI

SELULOSA BAKTERI PADA KUL

R

TERGOY ANG ...

.

..

... 17

1. pH ..

..

.

..

.

...

..

.

...

.

...

...

...

.

. 17

2.

Suhu Inkubasi

....

.

...

.

...

...

..

...

.

..

... . . . ...

.

.. 17

3.

Kecepatan Agitasi

... 18

4.

Sumber Karbon, N�trogen Dan Vitamin ...

.

..

....

...

.

.

... 18

D. KlNETIKA KUL TIV ASI

.

.

...

.

...

..

...

.

...

.

...

20

III. BAHAN DAN ETODE

A. ALAT DAN BAHAN

25 25

B. METOD E PENELITIAN

...

25

1.

Tahap I : Seleksi Media Kultivasi .

...

.

.

.

....

..

...

.

. "...

26

a

Penyegaran Isolat

.

.

...

.

..

.

...

"...

28

b. Prop.gasi Sel

.

.

" ... ... ...

29

c. Produksi Selulos. Bakteri

...

30

2.

Tahap II : Penentuan Kecepatan Agitasi Optimum

3.

Tahap III : Kinetika Kultivasi Selulosa Bakteri

31

pad. Kultur Tergoyang

...

.

.

.

...

.

...

.

.

...

33

C. RANCANGAN PERCOBAAN. ...

. .

.

...

.

...

.

...

.

. ...

..

....

..

..

.

...

3

4

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

..

.

.

.

.

..

..

.

.

.

...

... 36

A. SELEKSI MEDIA KULTIV ASI

...

.

.

...

...

...

...

.

...

36·

B. OPTIMASI KECEPATAN AGITASI

.

.

.

...

.

.

.

.

...

.

...

..

...

39

C. KINETIKA KUL TIV ASI SELULOSA BARTER!

...

..

...

.

... 45

V. KESIMPULAN DAN SARAN

....

.

..

.

..

.

...

.

....

.

...

.

...

.

...

.

...

.

...

.

... 51

A. KESIMPULAN

...

.

.. ... ... 51

B. SARAN

....

.

...

.

...

.

... ... 51

DAFT AR PUST AA

...

.

.

... ...

.

... ... 52

LAMPIRAN

...

.

...

.

...

.

..

.

_ . . . .

.

..

.

....

.

.

..

.

.

... ... ... ...

56