i
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BIOSURFAKTAN OLEH
Streptococcus thermophilus MENGGUNAKAN CRUDE PALM
OIL (CPO) SEBAGAI SUMBER KARBON TAMBAHAN
Disusun Oleh:
VALISTA TIANASARI DEWI KINANTI
M0313071
SKRIPSI
Ditulis dan diajukan untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sajana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BIOSURFAKTAN OLEH
Streptococcus thermophilus MENGGUNAKAN CRUDE PALM OIL (CPO)
SEBAGAI SUMBER KARBON TAMBAHAN
VALISTA TIANASARI DEWI KINANTI M0313071
Skripsi ini dibimbing oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Venty Suryanti, M.Phil., Ph.D Dr. Desi Suci Handayani, M.Si NIP. 197208171997022001 NIP. 197212071999032001
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada:
Hari : Rabu
Tanggal : 24 Januari 2018
Anggota Tim Penguji:
1. Dr. rer. nat Maulidan Firdaus, M.Sc 1. ………..
NIP. 197902052005011001
2. Dra. Tri Martini, M.Si 2. ………..
NIP. 195810291985032002 Disahkan oleh
Kepala Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si NIP. 197301241999032001
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BIOSURFAKTAN OLEH
Streptococcus thermophilus MENGGUNAKAN CRUDE PALM OIL (CPO)
SEBAGAI SUMBER KARBON TAMBAHAN” belum pernah diajukan untuk
memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Januari 2018
iv
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI BIOSURFAKTAN OLEH
Streptococcus thermophilus MENGGUNAKAN CRUDE PALM OIL (CPO)
SEBAGAI SUMBER KARBON TAMBAHAN
VALISTA TIANASARI DEWI KINANTI
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Produksi dan karakterisasi biosurfaktan oleh Streptococcus thermophilus menggunakan crude palm oil (CPO) sebagai sumber karbon tambahan telah dilakukan. Tahap awal penelitian ini adalah optimasi kondisi produksi biosurfaktan. Optimasi kondisi dilakukan dengan variasi penambahan sumber karbon CPO ke dalam media fermentasi sebesar 0, 5, 10, 20% (v/v) dan variasi lama fermentasi dari 0-12 hari. Biosurfaktan diamati setiap 24 jam selama 0-12 hari berupa nilai tegangan permukaan, indeks emulsi 24 jam (E24) dan kepadatan sel bakteri (optical density/OD). Tahap kedua merupakan produksi biosurfaktan pada kondisi optimum. Pengambilan biosurfaktan dilakukan dengan ekstraksi cair-cair dengan pelarut kloroform:metanol (13:3). Biosurfaktan yang diperoleh kemudian diidentifikasi dengan menggunakan spektroskopi FTIR dan kromatografi lapis tipis (KLT) dengan reagen penampak noda anisaldehid:H2SO4:asam asetat glasial
(0,5:1:50) , uap iodin, ninhidrin dan 15% (v/v) H2SO4 dalam etanol. Karakterisasi
biosurfaktan meliputi penentuan nilai konsentrasi kritik misel (KKM), tegangan permukaan, sistem emulsi dan kestabilan emulsi yang dibentuk air dengan beberapa hidrokarbon yang diamati selama 30 hari.
Kondisi optimum produksi biosurfaktan diperoleh pada media dengan konsentrasi CPO 5% (v/v) dan 5 hari fermentasi. Biosurfaktan hasil pemurnian parsial (BHPP) yang diperoleh berbentuk cairan kental berwarna coklat sebanyak 80 mg dalam 1 L media fermentasi. Berdasarkan hasil FTIR, gugus fungsi BHPP berupa hidroksi, asam karboksilat, ester, metil dan metilen. Hasil analisis dengan KLT menunjukkan adanya senyawa gula, lipida dan glikolipida yang mengindikasikan bahwa BHPP termasuk dalam jenis glikolipida. Nilai KKM BHPP diperoleh sebesar 1000,05 mg/L dan menurunkan tegangan permukaan air dari 72,75 mN/m menjadi 46,33 mN/m. Sistem emulsi BHPP adalah water in oil (w/o). Kestabilan emulsi dibentuk oleh air dengan beberapa hidrokarbon seperti motor oil, benzena dan minyak kelapa sawit dengan persentase emulsi sebesar 23-81%. Kata kunci: biosurfaktan, Streptococcus thermophilus, crude palm oil (CPO)
v
PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF BIOSURFACTANT BY
Streptococcus thermophilus USING CRUDE PALM OIL (CPO) AS
ADDITON OF CARBON SOURCE
VALISTA TIANASARI DEWI KINANTI
Departement of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
Production and characterization of biosurfactant by Streptococcus thermophilus using crude palm oil (CPO) as addition of carbon source has been done. The first step was optimization condition for biosurfactant production. Optimization condition had been examined at concentration CPO of 0, 5, 10, 20% (v/v) in fermentation medium for 0-12 days fermentation. The biosurfactant was evaluated every 24 hours for 0-12 days by surface tension, emulsion index 24 hours (E24) and optical density (OD). The second step was biosurfactant production at optimum condition. Biosurfactant had been recovered by liquid-liquid extraction with mixture solvent of chloroform:methanol (13:3). Biosurfactant from the recovery process was identified using FTIR spectroscopy and thin layer chromatography (TLC) with visualization reagent of anisaldehyde:H2SO4:acetic
glacial acid (0.5:1:50), iodine vapour, ninhydrin and 15% (v/v) H2SO4 in ethanol.
The biosurfactant was characterized value of critical micelle concentration (CMC), surface tension, emulsion system, and index emulsion of water and hydrocarbons and their emulsion stability were observed for 30 days.
The optimum condition for biosurfactant production was afforded at 5% (v/v) of CPO with 5 days fermentation. The obtained of partial purification biosurfactant (BHPP) was viscous brown with 80 mg in 1 L of fermentation medium. Based on FTIR result, function group of BHPP was hydroxyl, carboxylic acid, ester, methyl and methylene. The result of analysis with TLC showed the presence of sugar, lipid and glycolipid compounds indicating that BHPP was glycolipid type. The CMC value of BHPP was 1000.05 mg/L and reduced surface tension of water from 72.75 mN/m to 46.33 mN/m. The emulsion type of BHPP was water in oil (w/o). The stability emulsion was formed between water and some hydrocarbons such as motor oil, benzene and palm oil with emulsion percentage of 23-81%.
vi
MOTTO
“Maka bersabarlah untuk (melaksanakan) ketetapan Tuhanmu dan janganlah engkau ikuti orang yang berdosa dan orang yang kafir di antara mereka.”
(QS. Al-Ihsan,76:24)
“(Yaitu) orang-orang yang beriman dan hati mereka menjadi tenteram dengan mengingat Allah. Ingatlah hanya dengan mengingat Allah hati menjadi tenteram.”
(QS. Ar-Ra’d, 13:28)
“Hanya saja yang ingin kita raih belum tentu kita dapatkan, yang ingin kita tuju belum tentu kita sampai. Kita hanya perlu memahami bahwa tugas kita memang
untuk berjuang dan benar-benar ikhlas tentang hasil.” (Kurniawan Gunadi)
“Berharaplah kepada Allah dan mulailah bekerja.” (Penulis)
vii
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada: Allah SWT, tempat curhat terbaik dalam segala keadaan
Nabi Muhammad SAW, sumber inspirasi terbesar Papa, Mama, Melin, Kung Uti, pemberi do’a, semangat, sumber kekuatanku Meyta Dyah, Alifia Harista, Prima Yudha, Linda Fitrianti, sahabat tercinta
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat serta salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai suri tauladan seluruh umat manusia.
Skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik tanpa adanya bantuan dan dukungan dari banyak pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi S1 Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Venty Suryanti, M.Phil., Ph.D selaku pembimbing I yang telah memberikan bantuan, saran, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku pembimbing II yang telah memberikan
bantuan, saran, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini. 4. Candra Purnawan, M.Sc selaku Pembimbing Akademis yang telah
memberikan nasehat dan bimbingannya.
5. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si, selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu. 6. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Kepala Laboratorium
Program Studi Kimia FMIPA UNS.
7. Segenap dosen di FMIPA UNS, terima kasih atas ilmu yang telah diberikan. 8. Laboran Lab Kimia, Lab Pusat Biologi dan semua pihak yang bertugas di
FMIPA UNS. Terima kasih atas segala bantuan selama ini.
9. Teman-teman dalam penelitian (Fitri, Isnaini, Santi, Linda Anita, Lindasari). Terima kasih telah mau berjuang bersama dan membantu dalam penelitian. 10. Teman-teman laboratorium organik (Aisyah, Putri R, Wahyu, Marta, Nia,
Septi, Mia, Ratna, Leny, Metin, Fajar, Annisa Istiqomah). Terima kasih atas semangat dan motivasi yang diberikan.
11. Teman-teman Kimia 2013. Terima kasih atas canda tawa, cerita dan pengalaman yang tidak terlupakan.
ix
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin.
Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan semua pihak yang membutuhkan.
Surakarta, Januari 2018
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACT ... v
MOTTO ... vi
PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
DAFTAR SINGKATAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Perumusan Masalah ... 3
1. Identifikasi Masalah ... 3
2. Batasan Masalah ... 6
3. Rumusan Masalah ... 6
C. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 7
1. Tujuan Penelitian ... 7
2. Manfaat Penelitian ... 7
BAB II LANDASAN TEORI ... 8
A. Tinjauan Pustaka ... 8
1. Biosurfaktan ... 8
2. Crude Palm Oil (CPO) ... 13
3. Streptococcus thermophilus ... 14
4. Jalur Biosintesis dalam Produksi Biosurfaktan ... 15
xi
6. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ... 17
7. Kepadatan Sel Bakteri (Optical Density/OD) ... 17
8. Tegangan Permukaan ... 19
9. Emulsi ... 20
10. Konsentrasi Kritik Misel (KKM) ... 22
B. Kerangka Pemikiran ... 23
C. Hipotesis ... 25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 26
A. Metode penelitian ... 26
B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 26
C. Alat dan Bahan ... 26
1. Alat ... 26
2. Bahan ... 27
D. Prosedur Penelitian ... 28
1. Optimasi Kondisi Produksi Biosurfaktan ... 28
2. Produksi Biosurfaktan ... 29
3. Identifikasi Biosurfaktan ... 30
4. Karakterisasi Biosurfaktan ... 31
E. Teknik Analisis Data ... 32
1. Spektrofotometer UV-Vis ... 32
2. Fourier Transform Infra Red (FTIR) ... 32
3. Kromatografi Lapis Tipis (KLT) ... 32
4. Konsentrasi Kritik Misel (KKM) ... 32
5. Sistem Emulsi ... 33
6. Indeks Emulsi dan Kestabilan Emulsi... 33
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 34
A. Penentuan Kondisi Optimum Produksi Biosurfaktan ... 34
1. Tegangan permukaan ... 34
2. Indeks Emulsi 24 Jam (E24) ... 35
3. Kepadatan Sel Bakteri (Optical Density/OD) ... 36
xii
C. Identifikasi Biosurfaktan ... 40
1. Kromatografi Lapis Tipis (KLT) ... 40
2. FTIR ... 41
D. Karakterisasi Biosurfaktan ... 43
1. Konsentrasi Kritik Misel (KKM) ... 43
2. Sistem Emulsi ... 45
3. Indeks Emulsi dan Kestabilan Indeks Emulsi ... 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 50
A. Kesimpulan ... 50
B. Saran ... 50
DAFTAR PUSTAKA ... 51
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Struktur biosurfaktan ... 10
Tabel 2. Sumber karbon dan mikroorganisme penghasil biosurfaktan ... 11
Tabel 3. Kandungan asam lemak dalam CPO ... 14
Tabel 4. Hasil optimasi kondisi produksi biosurfaktan ... 38
Tabel 5. Serapan BHPP pada spektroskopi FTIR ... 43
Tabel 6. Pengukuran DHL BHPP, akuades dan minyak sawit ... 46
Tabel 7. Indeks emulsi yang dibentuk air dan hidrokarbon dengan BHPP ... 48
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Jalur biosintesis rhamnolipida oleh P. aeruginosa dari
n-tetradekana ... 15
Gambar 2. Kurva pertumbuhan bakteri ... 18
Gambar 3. Kurva pertumbuhan Pseudomonas selama 120 jam ... 19
Gambar 4. Emulsi air dan minyak ... 21
Gambar 5. Sistem emulsi biosurfaktan ... 21
Gambar 6. Konsentrasi kritik misel (KKM) ... 23
Gambar 7. Tegangan permukaan S. thermophilus pada berbagai variasi konsentrasi media 0, 5, 10, 20 % (v/v) ... 35
Gambar 8. Indeks emulsi S. thermophilus pada berbagai variasi konsentrasi media 0, 5, 10, 20 % (v/v) ... 36
Gambar 9. Kepadatan sel S. thermophilus pada berbagai variasi konsentrasi media 0, 5, 10, 20 % (v/v) ... 37
Gambar 10. Hasil analisis KLT setelah diberi reagen penampak noda ... 41
Gambar 11. Perbandingan spektra FTIR biosurfaktan ... 42
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram Alir Cara Kerja ... 58
Lampiran 2. Hasil Pengukuran Tegangan Permukaan selama 0-12 Hari ... 64
Lampiran 3. Hasil Pengukuran E24 selama 0-12 Hari ... 65
Lampiran 4. Hasil Pengukuran OD selama 0-12 Hari ... 66
Lampiran 5. Uji Statistik Duncan Tegangan Permukaan ... 67
Lampiran 6. Uji Statistik Duncan E24 ... 71
Lampiran 7. Uji Statistik Duncan Kepadatan Sel Bakteri ... 75
Lampiran 8. Analisis dengan Spektroskopi FTIR ... 78
Lampiran 9. Penentuan Konsentrasi Kritik Misel (KKM) ... 79
Lampiran 10. Penentuan Kestabilan Indeks Emulsi Air dan Hidrokarbon dengan BHPP dan SDS ... 81
xvi
DAFTAR SINGKATAN
BAL : Bakteri asam laktat
BHPP : Biosurfaktan hasil pemurnian parsial
CPO : Crude palm oil
13C NMR : Carbon nuclear magnetic resonance
DHL : Daya hantar listrik
E24 : Indeks emulsi 24 jam
FTIR : Fourier transform infra red
GC MS : Gas chromatography mass spectrometry
1H NMR : Proton nuclear magnetic resonance
KKM : Konsentrasi kritik misel
KLT : Kromatografi lapis tipis
MRS broth : de man, rogosa sharpe broth
MSM : Mineral salt medium
NA : Nutrient agar
NB : Nutrient broth
