STUDI PRODUKSI ASAM LAKTAT MENGGUNAKAN
Lactobacillus Plantarum
DENGAN SUBSTRAT MOLASE
Hendrico Petrik* dan Judy Retti Witono
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan Jl. Ciumbuleuit 94, Bandung 40141, Indonesia.
*)Penulis korespondensi : choco_trix91@yahoo.com
Abstrak
Penggunaan mikroba dalam produksi asam laktat dengan proses fermentasi telah banyak digunakan pada berbagai macam industri seperti industri makanan dan minuman. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan asam laktat melalui proses fermentasi dengan substrat molase yang mudah diperoleh dan harganya murah. Bakteri Lactobacillus plantarum diinokulasikan pada konsentrasi molase sebesar 30 g/L ; 60 g/L ; dan 90 g/L. Proses fermentasi berlangsung pada suhu 37oC, dengan pH awalnya adalah 6 dan pengencekan hanya dilakukan saat proses fermentasi telah berakhir. Selama fermentasi dilakukan analisis terhadap optical density (OD) dan kadar asam total yang diperoleh. Berdasarkan hasil analisis diperoleh kesimpulan bahwa substrat molase dapat dijadikan bahan baku untuk proses fermentasi asam laktat ;konsentrasi molase 90 g/L memberikan hasil paling maksimal terhadap perolehan asam laktat sebesar 1,62 g/L dan yield asam total tertinggi diperoleh pada konsentrasi molase 30 g/L dengan perolehan sebesar 0,375 (g.g-1)
Kata kunci : Fermentasi, Lactobacillus plantarum, molase
Abstract
The use of microbes in the production of lactic acid by fermentation processes have been widely used in various industries such as food and beverage industry . This study aims to produce lactic acid through fermentation with molasses substrates are easily available and cheap. Lactobacillus plantarum was inoculated at a concentration of molasses at 30 g / L , 60 g / L , and 90 g / L. The fermentation process takes place at 37 ° C , with a pH of 6 and the checking initially is only done when the fermentation process has ended . During fermentation carried out an analysis of the optical density (OD) and total acid levels were obtained. Based on the analysis we concluded that the substrate of molasses can be used as raw material for lactic acid fermentation process ; molasses concentration of 90 g / L gives the maximum result of the acquisition of lactic acid at 1.62 g / L and the highest yield was obtained at a total acid concentration of 30 g molasses / L with a gain of 0.375 ( g.g-1)
Keyword : Fermentation, Lactobacillus plantarum, molasses
PENDAHULUAN
Asam laktat merupakan bahan baku penting di banyak industri seperti industri makanan
dan minuman. Dengan pertumbuhan
tahunan sebesar 8,6% dari pasar asam laktat didunia 50% dipergunakan untuk industri maknaan dan minuman. Di indonesia sendiri penggunaan asam laktat cukup luas dalam
dunia industri atau dengan kata lain kebutuhan asam laktat masih sangat besar dimana nilai impor asam laktat mencapai 2 juta dolar dan harganya mencapai 1 dolar untuk satu kilogram. Asam laktat di dalam berada dalam dua bentuk optikal isomer
yaitu D(-) lactic acid dan L(+) lactic acid.
bisa meracuni manusia sedangkan L(+) lactic acid adalah isomer yang dipilih untuk makanan dan industri farmasi, karena tubuh
manusia hanya menghasilkan L-lactate
dehydrogenase. Isomer L(+) lactic acid juga merupakan bahan baku pembuatan PLA ( Jin Bo et al.,2005; J.M Dominguez et al.,1999). Asam laktat telah diproduksi secara komersial baik dengan proses sintesa kimia atau fermentasi bakterial. 70-80%
asam laktat dunia diproduksi secara
fermentasi bakterial dan sisanya diperoleh
secara sintesa kimia dari hidrolisis
lactonitrile (Jin Bo et al., 2005).
Fermentasi asam laktat oleh bakteri telah
banyak dikembangkan. Bakteri
Lactobacillus plantarum merupakan bakteri homofermentatif yang mampu menghasilkan
asam laktat. keterbatasan fermentasi
bakterial adalah tingginya biaya untuk pretreatment hidrolisis substrat menjadi
glukosa, penambahan nutrien spesifik
seperti yeast extract yang membuat
pembuatan asam laktat melalui proses fermentasi ini mahal. Oleh karena itu kini
telah banyak diteliti beberapa media atau substrat murah dan mampu menghasilkan asam laktat dengan bantuan mikroorganisme
pembuat asam laktat dengan proses
fermentasi bakterial dimana molase adalah salah satu substrat yang telah banyak diteliti dan dapat dipergunakan sebagai media untuk bakteri dalam memproduksi asam
laktat (Stanbury et al., 1984; Shuler et
al,.1992).
Glukosa dan sukrosa murni jarang
digunakan untuk industrial scale fermentasi
terutama karena harganya yang mahal. Oleh
karena itu digunakan molase yang
merupakan sebuah produk sampingan dari tebu dan produksi gula bit yang lebih murah dan bisa digunakan sebagai pengganti sukrosa dimana kandungan gula dari molase terutama sukrosanya berkisar pada 40-55%. Molase merupakan produk limbah dari industri gula dimana produk ini merupakan bahan baku yang sangat baik untuk industri fermentasi (Monteagudo et al., 1997).
Molase dari tebu dapat dibedakan menjadi 3 jenis yakni molase kelas 1, kelas 2 dan
blackstrap. Molase kelas 1 didapatkan dari hasil proses pendidihan (pengkristalan) pertama tanaman gula tebu. Saat proses pengkristalan terdapat sisa jus yang tidak mengkristal dan berwarna bening, sisa jus inilah yang langsung diambil sebagai molase kelas 1. Kemudian molase kelas 2 atau biasa
disebut dengan dark diperoleh saat proses
pengkristalan kedua. Warnanya agak
kecoklatan sehingga molase ini diberikan
istilah dark. Dan molase kelas akhir atau
blackstrap diperoleh dari kristalisasi
terakhir. Warna blackstrap ini memang
mendekati hitam (coklat tua) sehingga molase kelas akhir ini diberikan istilah blackstrap. Molase jenis blackstrap ini memiliki kandungan zat-zat yang berguna
lainnya disamping sukrosa sebagai
kandungan utama. Kandungan zat-zat dalam blackstrap antara lain kalsium, magnesium, potasium, dan besi. Oleh karena itu pada penelitian ini menggunakan molase jenis blackstrap yang akan digunakan sebagai substrat untuk proses fermentasi asam laktat
dengan bantuan dari bakteri Lactobacillus
plantarum (Roukas, 1998).
METODE PENELITIAN Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam proses
pembuatan asam laktat adalah fermentor,
autoklaf, waterbath inkubator, gelas kimia,
gelas ukur, indikator pH, centrifuge,
inkubator, cawan petri, labu ukur,
erlenmeyer, ependorf, tabung reaksi, kuvet dan maxi mix. Bahan-bahan yang digunakan
antara lain isolat bakteri Lactobacillus
plantarum, adalah potasium sulfat (K2SO4),
tembaga sulfat (CuSO4), asam sulfat
(H2SO4) pekat, indikator phenolphthalein,
natrium hidroksida (NaOH), asam klorida (HCl) dan air reverse osmosis (RO).
Preparasi Kultur
Kultur bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus plantarum yang berasal dari
Laboratorium Mikrobiologi Institut
Teknologi Bandung (ITB), Bandung.
Medium pertumbuhan yang dipakai dalam
pembuatan isolat baru ini adalah MRS agar
untuk pertumbuhan bakteri Lactobacillus plantarum. Kemudian isolat bakteri yang berhasil ditumbuhkan dijadikan starter
bakteri yang akan digunakan dalam
pembuatan kurva penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Starter bakteri merupakan kumpulan bakteri aktif yang dikembangbiakan pada medium fermentasi sehingga biakan dari bakteri ini dapat dengan cepat beradaptasi saat dimasukkan substrat atau media lainnya.
Isolat bakteri yang telah berhasil
ditumbuhkan digores dan dimasukkan
kedalam MRS cair untuk diinkubasi selama
24 jam dalam suhu 37oC. setelah 24 jam
larutan media bakteri tersebut dimasukkan kembali pada MRS cair dengan volume yang lebih besar dan kembali diinkubasi selama 24 jam. Bakteri dapat dijadikan sebuah starter jika bakteri ini telah memiliki nilai
OD diantara 0,5-0,8 saat dilakukan
pengecekan dengan menggunakan
spektrofotometer.
Pembuatan Kurva Kalibrasi
Penelitian ini menggunakan dua cara dalam proses penghitungan jumlah bakteri yakni metode cawan tuang dan metode berat sel kering. Berat sel kering diukur dengan mengambil 5 ml dari kultur yang telah dilakukan pengenceran berseri, dimana pengenceran yang dilakukan sampai pada
pengenceran kesepuluh (10-10). 5 ml dari
kultur tersebut kemudian di sentrifugasi
sehingga padatannya akan mengendap
terpisah dengan supernatannya. Supernatan hasil sentrifugasi dibuang dan padatannya
dikeringkan pada oven dengan suhu 95oC
dan kemudian dilakukan penimbangan untuk mengetahui berat sel dari setiap pengenceran yang dilakukan.
Metode cawan tuang dengan mengambil 1 ml dari tiap pengenceran yang telah dilakukan untuk dimasukkan kedalam cawan petri. MRS agar dibuat untuk dimasukkan sebanyak 15 ml kedalam cawan petri bersama 1 ml kultur tiap pengenceran tadi dan cawan petri ini diinkubasi selama 24
jam dengan suhu 37oC. setelah 24 jam
dengan kondisi perhitungan adalah hanya bakteri dengan jumlah koloni sebanyak 30-300 yang dihitung.
Pembuatan Kurva Tumbuh
Proses fermentasi dilakukan dalam
erlenmeyer yang telah berisi larutan MRS cair murni yang akan diisi dengan starter bakteri yang nilai OD telah diketahui. Sampling dilakukan setiap 1 jam sekali selama 24 jam atau sampai didapatkan keempat fase dari pertumbuhan bakteri Lactobacillus plantarum. Sampel yang diambil tiap jam tersebut diukur nilai ODnya
menggunakan spektrofotometer dan
dilakukan pengencekan terhadap berat sel keringnya.
Percobaan utama
Starter bakteri yang telah diketahui nilai OD dimasukkan kedalam gelas kimia 2 L yang telah berisi molase yang telah diketahui
konsentrasinya dengan metode luff-schrool.
Proses fermentasi berlangsung selama 24
jam pada suhu 37oC dengan pH awal yang
dijaga agar bernilai 6 sebelum fermentasi berlangsung. Gelas kimia digoyang dengan
kecepatan rpm 100 rpm/menit dan aerasi dibuat sebagai sumber oksigen untuk bakteri. Sampling dilakukan setiap 1 jam sekali untuk dicek nilai OD sampel tersebut serta analisis kadar asam total dengan metode titrasi dengan menggunakan NaOH.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penghitungan jumlah bakteri
Dari hasil analisis didapatkan data bahwa semakin lama pengecerannya maka akan menyebabkan baik cawan tuang ataupun
berat sel kering akan menjadi
kecenderungan semakin besar, atau dengan kata lain penghitungan jumlah bakteri dengan metode cawan tuang dan berat sel kering memiliki hubungan yang sebanding.
Dari kurva yang didapat ini dapat
disimpulkan bahwa metode perhitungan dengan berat sel kering dapat digunakan
sebagai cross check dari hasil perhitungan
jumlah bakteri menggunakan cawan tuang. Kurva kalibrasi antara berat sel kering terhadap cawan tuang dapat dilihat pada
Gambar 1. Kurva kalibrasi bakteri Lactobacillus plantarum
Pembuatan Kurva Tumbuh
Berdasarkan analisis terhadap bakteri
Lactobacillus plantarum pada media MRS cair selama 24 jam didapatkan hasil bahwa bakteri tidak mengalami fase lag dalam percobaan ini dikeranakan inokulum bakteri yang dimasukkan dalam proses fermentasi asam laktat merupakan bakteri starter yang telah teraktifkan sehingga ketika percobaan dimukai bakteri dapat beradaptasi secara cepat dengan substrat yang baru yang mengakibatkan fase lag yang dihasikan pendek atau tidak terlalu lama. Fase logaritmik berlangsung hampir dari awal percobaan hingga pada jam ke-7 dimana
pada jam tersebut bakteri berkembang dengan sangat cepat menciptakan koloni baru. Setelah jam ke-7 bakteri kemudian mengalami fase stasioner dimana pada fase ini pertumbuhan bakteri yang didapat cenderung konstan dari waktu ke waktu hingga jam ke-17. Setelah itu nilai OD bakteri lama kelamaan akan turun yang
disebabkan oleh bakteri yang mulai
mengalami fase kematian dimana pada saat ini bakteri akan mati karena kekurangan makanan yang mensuplai kehidupan dari bakteri. Dari hasil analisis ini disimpulkan bahwa penelitian ini dapat berlangsung dalam rentang waktu 24 jam dengan pada rentang 0-13 jam bakteri akan mengalami fase logaritmik dan kemudian mengalami fase stasioner selama 6-7 jam lalu menuju fase kematian. Berdasarkan literatur, hasil peneltian ini sesuai dimana bakteri akan mengalami 4 fase pertumbuhan yakni fase adaptasi atau fase lag yang disusul dengan fase logaritmik, fase stasioner dan akhirnya fase kematian. Kurva pertumbuhan bakteri
dapat dilihat pada Gambar 2.
0 5E+09 1E+10 1.5E+10 2E+10 2.5E+10 3E+10 3.5E+10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Ju m la h B ak te ri ( se l / m l) DCW (gram)
Gambar 2. Kurva pertumbuhan bakteri Lactobacillus plantarum
Percobaan Utama Analisis OD
Pada percobaan ini, diamati bagaimana
bakteri Lactobacillus plantarum dapat
bertumbuh dan berfermentasi terhadap substrat molase untuk menghasilkan asam laktat. berdaarkan hasil analisis didapatkan hasil yang tidak berbeda jauh antara kurva pertumbuhan bakteri pada media MRS dengan molase. Pada media molase sendiri bakteri mengalami fase lag yang singkat sehingga dapat dikatakan bahwa fase logaritmik telah dimulai sejak jam pertama bakteri mulai dimasukkan kedalam substrat. Hasil yang didapat pada penelitian ini
dimana pada saat konsentrasi substrat dinaikkan menjadi 60 g/L ataupun 90 g/L dibanding percobaan pertama yang hanya memakai 30 g/L, pertumbuhan bakteri tidak
selalu mengalami kenaikan bahkan
terkadang pertumbuhannya mengalami
perlambatan ataupun penurunan yang
ditandai dengan turunnya nilai OD. Hasil yang didapat ini sesuai dengan hasil studi literatur, kenaikan konsentrasi substrat tidak akan memberikan kecenderungan yang nyata terhadap pertumbuhan bakteri karena bakteri hanya memanfaatkan substrat secara optimal pada konsentrasi tertentu saja, dan pertumbuhan bakteri cenderung melambat pada konsentrasi substrat yang cukup tinggi (literatur). Kurva analisis OD dari bakteri pada substrat molase dapat dilihat pada
Gambar 3. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 10 20 30 Ab so rb an si t (jam) OD DCW
Gambar 3. Kurva analisis OD bakteri Lactobacillus plantarum
Analisa Berat Sel Kering
Analisa berat sel kering ini tidak lepas hubungannya dari analisa nilai OD yang dilakukan pada percobaan utama. Data-data yang didapat pada analisa OD dimasukkan kedalam persamaan yang berasal dari kurva penelitian pendahuluan antara berat sel kering terhadap OD. Dari kurva tersebut, tiap data yang didapat kemudian dihitung berat sel kering dari tiap sampel yang didapat. Kurva dari analisa berat sel kering
dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Kurva pertumbuhan bakteri dalam media molase
Pada variasi substrat molase 30 g/L, 60 g/L, 90 g/L dari gambar diatas memperlihatkan hasil yang kurang baik untuk ketiga variasi konsentrasi dimana sel kering yang didapat tidak terlalu banyak sehingga kemungkinan aktivitas sel juga kurang baik dan tentu berpengaruh pada hasil yang didapatkan. Berdasarkan kurva diatas juga terlihat kecenderungan bahwa berat sel yang didapat pada awal reaksinya langsung terjadi peningkatan tiap jamnya sampai pada pengecekan sampel terakhir
pada jam ke-7. Terjadi penyimpangan
dimana pada penelitian ini terjadi penurunan perolehan berat sel kering setelah proses fermentasi berada pada jam ke 15, hal ini disebabkan karena terjadinya kesalahan saat akan menganalisis dimana kesalahan yang terjadi disebabkan karena adanya volume sampel yang terjatuh saat akan terjadinya 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 10 20 30 OD t (jam) Molase 90 g/L Molase 60 g/L Molase 30 g/L 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0 10 20 30 D C W ( gr am )
waktu fermentasi (jam)
Molase 90 g/L Molase 60 g/L Molase 30 g/L
proses analisa dan juga proses sentrifugasi yang kurang tepat yang menyebabkan
larutan tidak bening saat dilakukan
pengecekan OD. Pada fase ini laju
pertumbuhan akhirnya menurun yang
biasanya disebabkan oleh kurangnya faktor pertumbuhan seperti vitamin dan unsur mineral. Berhentinya pertumbuhan juga
dapat disebabkan oleh berkurangnya
beberapa nutrient esensial dalam media atau karena terjadinya akumulasi autotoksin dalam media atau kombinasi dari keduanya (Shuler et al., 1996).
Analisa Kadar Asam Total
Kadar asam total didapat dari analisa dengan metode titrimetrik dimana sampel dipipet ke dalam labu erlenmeyer dan
ditambahkan akuades serta 2-3 tetes
indikator (phenolphtalein) sebelum dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N dimana dari volume titrasi NaOH yang didapat maka perolehan kadar asam totalnya dapat dihitung. Berikut dapat dilihat kadar asam dengan tiga konsentrasi molase yang
dipergunakan pada Gambar 5 dibawah ini.
Gambar 5 Kadar asam total bakteri pada molase
Dari ketiga grafik diatas didapatkan
kesimpulan bahwa pada awalnya asam laktat yang terbentuk dari proses reaksi substrat dengan bakteri berjalan lambat, dapat dilihat bahwa pada rentang waktu 5 jam pertama kadar asam total yang terbentuk tidak
memiliki kenaikan yang signifikan.
Kemudian setelah melewati 5 jam pertama, asam total yang diperoleh mengalami kenaikan yang signifikan sampai pada pengambilan sampel terakhir yakni pada jam ke-24. Kandungan akhir asam total tertinggi didapat pada variasi konsentrasi molase sebesar 90 g/L dengan kadar asam total sebesar 1,62 g/L dan kandungan asam total terkecil didapat pada variasi konsentrasi asam total 30 g/L dengan kadar asam
totalnya sebesar 1,53 g/L. Secara
keseluruhan dapat dikatakan bahwa bakteri Lactobacillus plantarum mampu untuk mendegradasi molase menjadi asam, hal ini
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 10 20 30 V N aO H (m l) t (jam) Molase 90 g/L Molase 60 g/L Molase 30 g/L
diperlihatkan dengan adanya peningkatan konsentrasi asam total terhadap proses fermentasi. Namun perolehan kadar asam total yang rendah ini didapatkan karena ketidakadaan nutrisi lain dalam molase yang
menyebabkan bakteri tidak dapat
memproduksi asam laktat secara maksimal. Perolehan kadar asam total yang diperoleh dari hasil analisis ini dapat diasumsikan sebagai asam laktat karena bakteri asam laktat yang dipakai dalam penelitian ini merupakan bakteri yang tergolong dalam
jenis bakteri homofermentatif atau
homolactic dimana pada prosesnya hanya menghasilkan asam laktat sebagai produk
utama dan satu-satunya dari proses
fermentasi tersebut (OZEKI et al., 1996).
KESIMPULAN
Molase merupakan bahan baku murah yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam proses fermentasi asam laktat. perolehan asam tertinggi diperoleh pada variasi
konsentrasi molase 90 g/L dengan
konsentrasi 1,62 g/L. konsentrasi molase yang dipakai mencukupi untuk pertumbuhan
Lactobacillus plantarum untuk
memproduksi asam laktat.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima Kasih disampaikan kepada Ibu Judy
Retti atas bimbingannya selama penelitian ini
berlangsung dan kepada Iby Arry Miryanti
yang telah banyak membantu dalam
perjalanan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Jin Bo, Pinghe Yin, Yibong Ma, Ling Zha O (2005). Production of Lactic Acid and Fungal Biomassa by Rhizopus Fungi from Food Processing Waste Streams, Jurnal Ind. Microbiol. Biotechnol, 32 : 678 – 686, Enviromental Biotechnology, Australia.
J. M Dominguez, dan Vazquez, M (1999). Effect of the Operational Condition on Lactic Acid Production by Rhizopus oryzae, Cienc.Tecnol. Alinment. Vol.2, No.3. (113-118), Galicia, Spanyol. Stanbury Peter F., Allan Whitaker. 1984.
Principles of Fermentation Technology, Pergamon Press, New York.
Shuler Michael L., Fikret Kargi. 1992
Bioprocess Engineering Basic Concepts, Prentice-Hall International Inc., New Jersey.
Monteagudo, J.M., Rodriguez, L., Rincon, J.
& Fuertes, J. 1997. Kinetics of lactic
acid fermentation by Lactobacillus delbrueckii grown on beet molasses. Journal of Chemical Technology and
Biotechnology 68, 271–276.
Roukas, T. 1998. Pretreatment of beet
production. Process Biochemistry 33, 805–810.
OZEKI, EIICHI. 1996. Characteristics of
Poly(L-Lactide) as biodegradable
