teknik fermentasi (fer)

MODUL PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
TEKNIK FERMENTASI
(FER)
Disusun oleh:
Jasmiandy
Dr. M. T. A. P. Kresnowati
Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2014
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI................................................................................................................................................ i
DAFTAR GAMBAR.................................................................................................................................... ii
DAFTAR TABEL ....................................................................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................................. 1
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN ........................................................................................... 2
2.1 Tujuan ........................................................................................................................................... 2
2.2 Sasaran .......................................................................................................................................... 2
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN PERCOBAAN ..................................................................................... 3
3.1 Alat Pendukung ............................................................................................................................. 3
3.2 Bahan/ Zat Kimia ........................................................................................................................... 3
BAB IV PROSEDUR KERJA ........................................................................................................................ 4
4.1 Proses Inokulasi............................................................................................................................. 4
4.2 Proses Fermentasi ......................................................................................................................... 5
4.3 Pembuatan Kurva Pertumbuhan Sel ............................................................................................. 6
4.4 Analisis menggunakan HPLC ......................................................................................................... 7
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................... 8
LAMPIRAN
A. TABEL DATA MENTAH ......................................................................................................................... 9
A.1 Kurva Pertumbuhan Sel ................................................................................................................ 9
A.2 Data Waktu Retensi Standar......................................................................................................... 9
A.3 Kurva Konsumsi Substrat dan Produksi Substrat.......................................................................... 9
B. PROSEDUR PERHITUNGAN................................................................................................................ 10
B.1 Penentuan Perolehan Biomassa ................................................................................................. 10
B.2 Penentuan Perolehan Produk ..................................................................................................... 10
B.3 Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik Maksimum .................................................................... 10
C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR ................................................................................................... 10
C.1 Kurva Baku Glukosa .................................................................................................................... 10
C.2 Kurva Baku Etanol ....................................................................................................................... 10
FER
i
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 4.1 Proses inokulasi .................................................................................................................. 4
Gambar 4.2 Proses fermentasi ............................................................................................................... 5
Gambar 4.3 Pembuatan kurva pertumbuhan sel ................................................................................... 6
Gambar 4.4 Analisis menggunakan HPLC ............................................................................................... 7
FER
ii
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Alat Pendukung ......................................................................................................................... 3
FER
iii
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB I
PENDAHULUAN
Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk
menghasilkan metabolit primer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan yang
dikendalikan. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses fermentasi yang
dikendalikan terutama dalam pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup.
Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai
Oksigen (O2), dan agitasi. Bahkan jumlah mikroba dalam fermentor juga harus dikendalikan
sehingga tidak terjadi kompetisi dalam penggunaan nutrisi. Nutrisi dan produk fermentasi
juga perlu dikendalikan, sebab jika berlebih nutrisi dan produk metabolit hasil fermentasi
tersebut dapat menyebabkan inhibisi dan represi. Pengendalian diperlukan karena
pertumbuhan biomassa dalam suatu medium fermentasi dipengaruhi banyak faktor baik
ekstraselular maupun faktor intraselular. Kinetika pertumbuhan secara dinamik dapat
digunakan untuk meramalkan produksi biomassa dalam suatu proses.
Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan fermentor bervolume 5L. Sebagai
biakan digunakan Saccharomyces cereviceae dengan substrat glukosa. Fermentasi dilakukan
secara aerobik dengan aerasi . Praktikan bertugas mengamati profil pertumbuhan biomassa
sel.
Pengamatan dilakukan dengan pengambilan sampel setiap satu jam. Pada sampel
dianalisis konsentrasi sel/biomassa, substrat, dan produk. Setelah serangkaian tahap
penyiapan sampel, konsentrasi sel dianalisa dengan menggunakan spektrofotometri dan
konsentrasi substrat serta produk dianalisa dengan menggunakan HPLC, kemudian dengan
korelasi pada kurva baku akan diketahui konsentrasi berat sel kering (BSK), substrat, dan
produk. Data konsentrasi BSK kemudian diplot menjadi sebuah grafik pertumbuhan sel. Dari
data yang diperoleh dapat diamati yield dan µmax.
Dalam percobaan ini diasumsikan laju pertumbuhan pada setiap bagian fermentor
sama untuk waktu tertentu. Pengadukan dianggap sempurna sehingga konsentrasi komponen
sama di setiap bagian fermentor.
FER
1
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB II
TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN
2.1 Tujuan
Dengan melaksanakan praktikum Modul Teknik Fermentasi, praktikan akan
mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa dan produk metabolit.
2.2 Sasaran
Praktikum ini dilakukan agar praktikan dapat mengoperasikan fermentasi mulai dari
penyiapan medium, pelaksanaan dan pengakhiran fermentasi. Pada akhirnya praktikan dapat
menggambarkan kurva pertumbuhan mikroorganisme, konsumsi substratnya, dan produksi
produk metabolit pada suatu proses fermentasi.
FER
2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB III
RANCANGAN PERCOBAAN PERCOBAAN
3.1 Alat Pendukung
Tabel 1. Alat Pendukung
Erlenmeyer (2) 500 mL
Inkubator Shaker
Pipet tetes
Jarum ose
Erlenmeyer 1 L
Kuvet
Gelas ukur 50 mL
Fermentor
Spektrofotometer
Gelas ukur 1 L
Botol scott duran 250 mL
HPLC
Timbangan
Syringe (4)
Erlenmeyer 50 mL
Autoclave
Filter (4)
Vial (3)
Biological safety cabinet
Gelas ukur 10 mL
3.2 Bahan/ Zat Kimia
1. Glukosa
2. Bahan-bahan nutrisi
3. Biakan mikroba dalam agar miring
FER
3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
BAB IV
PROSEDUR KERJA
4.1 Proses Inokulasi
Mulai
Alat dan bahan
disiapkan
Bahan
medium
inokulasi
Larutan nutrien
Labu erlenmeyer
steril, jarum ose,
dan pembakar
spritus
Bahan medium gula dilarutkan
dalam aqua dm, nutrient lain
dilarutkan terpisah
Sterilisasi
Dicampurkan secara aseptik
Larutan gula
Sterilisasi
Medium
inokulasi
Dicampurkan tiga ose mikroba
dari biakan agar secara aseptik
1
Larutan diinkubasi dalam shaker pada temperatur 30oC
dan pH 5
2
Larutan inokulasi
Selesai
Gambar 4.1 Proses inokulasi
(Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
Keterangan: 1 adalah biakan miring
FER
4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.2 Proses Fermentasi
Mulai
Bahan
medium
fermentasi
Alat dan bahan
disiapkan
Bahan medium gula dilarutkan
dalam aquades, nutrient lain
dilarutkan terpisah
Larutan
nutrien
Sterilisasi
Labu Erlenmeyer
steril, jarum ose,
dan pembakar
spritus
Larutan gula
Dicampurkan secara aseptik
Sterilisasi
Medium fermentasi
Dicampurkan secara aseptik
2
Larutan diinkubasi dalam shaker pada temperature 30oC dan pH 5
3
Sampling
Larutan fermentasi
Selesai
Gambar 4.2 Proses fermentasi
(Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.3 Pembuatan Kurva Pertumbuhan Sel
Mulai
3
Alat dan bahan disiapkan
Spektrofotometer dan
kuvet
Ukur absorbansi setiap waktu
tertentu dan dicatat
Nilai absorbansi sampel
Pada waktu tertentu
Plot nilai absorbansi
sampel terhadap waktu
Waktu
pertumbuhan sel
Selesai
Gambar 4.3 Pembuatan kurva pertumbuhan sel
(Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
4.4 Analisis menggunakan HPLC
Mulai
Larutan standar
dan alat HPLC
Alat dan bahan disiapkan
Ambil sampel setiap
waktu tertentu
Beberapa
konsentrasi
larutan standar
Sampel
disentrifugasi
Analisis
dengan HPLC
Kurva kalibrasi
komponen
Selesai
Supernatan sampel diambil
dan disimpan di lemari es
Filtrasi supernatan
Analisis dengan HPLC
Selesai
Hasil komposisi
beberapa komponen
sampel
Gambar 4.4 Analisis menggunakan HPLC
(Sumber: Murnandari, A and Jasmiandy., 2013)
FER
7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
DAFTAR PUSTAKA
Bailey, J.E., and Ollis, D.F., Biochemical Enginering Fundamentals, McGraw-Hill
Kogakusha Ltd., Tokyo, 1987
Murnandari, A., and Jasmiandy. 2013. Pengembangan Proses Fermentasi Xilitol dari
Hidrolisat Tandan Kosong Sawit. Institut Teknologi Bandung
Soeryo, W, Kinetika Pertumbuhan Mikroba.
FER
8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
LAMPIRAN
A. TABEL DATA MENTAH
A.1 Kurva Pertumbuhan Sel
Jam ke- Pengenceran A1 A2 A rata-rata [BSK] DO
A.2 Data Waktu Retensi Standar
Standar
Waktu retensi
Konsentrasi
pembuatan
Luas puncak
Konsentrasi
konversi
Glukosa
Etanol
A.3 Kurva Konsumsi Substrat dan Produksi Substrat
Jam ke- Pengenceran Luas puncak [Substrat]
Jam ke- Pengenceran Luas puncak [Produk]
FER
9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Teknik Fermentasi
B. PROSEDUR PERHITUNGAN
B.1 Penentuan Perolehan Biomassa
𝑌𝑋/𝑆 = −
∆𝑋 𝑋 − 𝑋0
=
∆𝑆 𝑆0 − 𝑆
𝑌𝑃/𝑆 = −
∆𝑃 𝑃 − 𝑃0
=
∆𝑆 𝑆0 − 𝑆
B.2 Penentuan Perolehan Produk
B.3 Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik Maksimum
ln 𝑋𝑎𝑤𝑎𝑙 − ln 𝑋𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟
𝜇𝑚𝑎𝑘𝑠 = (
)
∆𝑡
𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑖𝑘
C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR
C.1 Kurva Baku Glukosa
C.2 Kurva Baku Etanol
FER
10