Pemanfaatan Limbah Kulit Nanas sebagai Substrat oleh

P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
Pemanfaatan Limbah Kulit Nanas sebagai Substrat oleh
Lactobacillus lactis untuk Produksi Asam Laktat
(Utilization
of Pineapple Skin Waste As Substrates to Produce Lactic Acid by
Lactobacillus lactis)
Mira Andam Dewi*, Muharam Marzuki, R. Dellique Dieratu
Fakultas Farmasi, Universitas Jenderal Achmad Yani, Cimahi
*Corresponding email: [email protected]
ABSTRAK
Kulit nanas merupakan limbah yang mengandung karbohidrat cukup tinggi. Karbohidrat pada kulit
nanas dapat dimanfaatkan sebagai substrat oleh Lactobacillus lactis untuk menghasilkan asam laktat
melalui jalur metabolisme glikolisis. Penelitian dilakukan beberapa tahap, dimulai dari identifikasi
bakteri Lactobacillus lactis, kemudian penentuan kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis pada media
MRS Broth. Dilanjutkan dengan pembuatan substrat yaitu menghidrolisis karbohidrat menjadi glukosa.
Kondisi fermentasi untuk produksi asam laktat dilakukan pada suhu 40 0C, pH awal 5 dan kecepatan
pengocokan 150 rpm. Asam laktat yang dihasilkan selama fermentasi di analisis secara kualitatif dan
kuantitatif yaitu dengan cara titrasi asam basa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar asam laktat
tertinggi dihasilkan pada komposisi substrat 500 g/L kulit nanas yaitu sebesar 1,834% b/v setelah 24
jam fermentasi.
Kata Kunci: Kulit nanas, Lactobacillus lactis, asam laktat, glikolisis
PENDAHULUAN
Kulit nanas merupakan limbah berbagai
dimanfaatkan sebagai sumber karbon pada
media pertumbuhan Lactobacillus lactis untuk
pengolahan produk agroindustri yang masih
menghasilkan
asam
laktat.
Asam
jarang dimanfaatkan. Berdasarkan kandungan
merupakan
salah
satu
nutriennya, ternyata kulit nanas mengandung
pencemaran
alam
karena
karbohidrat dan gula yang cukup tinggi. Maka
sangat ramah lingkungan sehingga dikenal
kulit nanas memungkinkan untuk dimanfaatkan
sebagai the
sebagai bahan baku pembuatan bahan kimia,
biodegradable plastic raw material. Senyawa
salah satunya adalah asam laktat melalui proses
asam laktat juga dibutuhkan dalam industri
fermentasi. Kulit nanas mengandung 81,72% air,
lainnya, mulai dari industri makanan sampai
20,87% serat kasar, 17,53% karbohidrat, 4,41%
dengan industri kosmetika (Febriningrum, P. N.,
protein dan 13,65% gula reduksi (Rahman, N.
2013). Sebanyak 70% dari total asam laktat yang
A.dan Harimbi S., 2012). Dalam penelitian ini
diperdagangkan digunakan dalam makanan dan
digunakan limbah kulit nanas sebagai substrat
pengolahan makanan sebagai pengatur pH,
fermentasi. Glukosa pada kulit nanas dapat
bahan pengawet dan agent buffer. Asam laktat
solusi
laktat
masalah
karakteristiknya
green solvent compound and
54
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
digunakan sebagai bahan pengawet makanan
dari 26 g MRSA yang ditambahkan 500 mL
dan merupakan bahan baku (feedstock) industri
aquadest, lalu disterilkan dalam autoklaf pada
polimer biodegradable, oxygenated chemicals,
suhu 1210C selama 15 menit.Biakan bakteri
pengatur pertumbuhan tanaman, dan pelarut
Lactobacillus lactis diinokulasi sebanyak 1 ose
yang ramah lingkungan. Salah satu terapan yang
dan digoreskan pada permukaan media MRSA
paling menjanjikan dari asam laktat adalah
secara aseptis, kemudian diinkubasi pada suhu
sebagai bahan baku pembuatan PLA (poly lactic
370C selama 24 jam.
acid)
yang
bersifat
biocompatible
sebagai
biodegradable
alternatif
dan
pengganti
plastik non-biodegradable yang dihasilkan dari
minyak
bumi, batu
Identifikasi Bakteri Starter
a.
bara atau gas alam
Identifikasi
Lactobacillus
lactis
Secara
Makroskopis
(Wignyanto, Suharjono, dan Novita, 2001).
Bakteri Lactobacillus lactis ditumbuhkan
pada MRSA, kemudian diinkubasi pada suhu
METODE PENELITIAN
370C selama 24 jam. Kemudian, dilakukan
Alat
pengamatan terhadap bentuk, permukaan
Alat-alat yang digunakan antara lain:
dan warna spesifik dari bakteri pada media
erlenmeyer, pipet tetes, pipet volume, tabung
pertumbuhan.
reaksi, termometer, blender, pH meter, rotary
shaker, pembakar spiritus, kaki tiga dan kasa,
timbangan
analitik
(Sartorius
penangas
air,
batang
BL
b.
2105),
Identifikasi
Lactobacillus
lactis
Secara
Mikroskopis (Pewarnaan Gram)
pengaduk,
Bakteri Lactobacillus lactis disapukan sedikit
spektrofotometer sinar tampak (Shimadzu-
di atas kaca obyek, ditambahkan 1 tetes air,
1601), autoklaf, inkubator, cawan petri.
kemudian disuspensikan. Ditambahkan zat
warna karbol gentian violet dan dibiarkan
Bahan
selama satu menit, lalu dibilas dengan air
Bahan yang digunakan limbah kulit
suling. Ditambahkan Lugol dan dibiarkan
nanas dari Pasar Kosambi Bandung, kultur
selama dua menit, lalu bilas dengan air
bakteri Lactobacillus lactis koleksi Laboratorium
suling. Tetesan yang terbentuk
Mikrobiologi SITH Institut Teknologi Bandung,
dengan alkohol sampai seluruh zat warna
MRSA (Mann Rogose and Sharpe Agar), MRSB
terlarut,
(Mann Rogose and Sharpe Broth), asam sulfat 4%,
Ditambahkan
amonium klorida, aquadest, natrium hidroksida
dibiarkan selama satu menit, lalu dibilas
pro analisis, asam oksalat pro analisis, kalsium
dengan air. Kemudian diteteskan minyak
karbonat, indikator fenolftalein, TSIA (Triple
imersi
Sugar Iron Agar), kalium permanganat, besi (III)
pemeriksaan dibawah mikroskop dengan
klorida.
perbesaran 10-1000 kali.
Peremajaan Bakteri Starter
Peremajaan bakteri Lactobacillus lactis
c.
lalu
pada
Identifikasi
dicuci
dibilas
dengan
air.
pewarna
safranin
dan
preparat
dan
Lactobacillus
dilakukan
lactis
Menggunakan Media TSIA
dilakukan pada media MRSA. Media MRSA dibuat
55
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
Media TSIA (Triple Sugar Iron Agar) diisikan
yaitu kurva serapan terhadap waktu. Data serapan
pada dua tabung reaksi, 1 tabung dibuat
yang diukur merupakan gambaran jumlah populasi
tegak
sel bakteri pada setiap fase pertumbuhan.
dan
1
tabung
dibuat
miring.
Diinokulasikan bakteri starter, untuk media
yang tegak dengan cara ditusuk, sedangkan
untuk media yang miring dengan cara
digores. Diinkubasi kedua tabung tersebut
pada suhu 370C selama 24 jam. Pengamatan
berdasarkan
adanya
pembentukkan
gelembung-gelembung gas, pembentukkan
gas H2S dan perubahan warna media. Jika
warna
media
menjadi
kuning
dapat
diartikan reaksi positif glukosa-laktosa,
tetapi jika warna media tidak berubah (tetap
merah) dapat diartikan reaksi negatif
glukosa-laktosa.
lactis
Kurva pertumbuhan dilakukan dalam
media MRSB (Mann Rogose and Sharpe Broth).
Media MRSB dibuat dari 26 g MRSB yang
500
mL
aquadest.
Kemudian
disterilkan dalam autoklaf pada suhu 1210C selama
15 menit. Biakan Lactobacillus lactis usia 24 jam
pada media MRSA disuspensikan ke dalam larutan
garam fisiologis secara aseptis. Kepekatan diatur
sehingga memberikan transmitan 25% pada
panjang gelombang 580 nm. Suspensi Lactobacillus
lactis diinokulasikan sebanyak 10% v/v secara
aseptis ke dalam labu erlenmeyer berisi media
MRSB, kemudian diinkubasi dalam inkubator
kocok dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 400C.
Pengamatan dilakukan setiap jam selama 48 jam
dengan
kotoran yang menempel, kemudian dipotong kecilkecil,
lalu
temperatur
dimasukkan
70oC
dalam
oven
pada
untuk mengurangi kadar air.
Setiap hari dilakukan penimbangan kulit nanas. Jika
berat kulit nanas 2 hari berturut-turut sama atau
mendekati sama, maka pemanasan dihentikan
karena diasumsikan kandungan airnya sudah
habis. Kulit nanas kering ditimbang sebanyak 300
g, 400 g, dan 500 g untuk volume kerja 1000 mL,
diblender dan ditambah aquadest pada masingmasing variasi berat kulit nanas, kemudian
Pembuatan Kurva Pertumbuhan Lactobacillus
ditambahkan
Pembuatan Substrat Fermentasi
Kulit nanas dipisahkan dari kotoran-
mengukur
kekeruhan
substrat
menggunakan Spektrofotometer sinar tampak
pada panjang gelombang 580 nm. Nilai transmitan
hasil pengukuran dikonversikan menjadi nilai
serapan. Data serapan dan waktu pengambilan
sampel menghasilkan kurva pertumbuhan bakteri
dilakukan proses pemanasan selama 2 jam pada
temperatur 800C dengan penambahan H2SO4 4%
sebanyak 125 mL untuk memecah karbohidrat
menjadi glukosa. Setelah proses pemanasan, sari
kulit nanas disaring dan dimasukkan ke dalam
botol penampung yang bersih dan steril untuk
masing-masing konsentrasi (300 g/1000 mL, 400
g/1000 mL dan 500 g/1000 mL) sebanyak 250 mL.
Kemudian didinginkan dalam keadaan tertutup.
Keasaman medium diatur pada pH awal 5 dengan
penambahan CaCO3. Ditambahkan pula 12,5 g/L
amonium klorida sebagai nutrisi. Selanjutnya
botol-botol yang berisi medium tersebut ditutup
dengan kapas sumbat serta dilapisi dengan kertas
sampul, lalu disterilisasi pada suhu 1210C selama
15 menit.
Proses Fermentasi dan Produksi Asam Laktat
a.
Pembuatan Starter
Menginokulasi biakan kultur murni sebanyak
10% v/v dari 250 mL medium starter.
Kemudian
menyimpan
botol
di
dalam
inkubator kocok kecepatan 150 rpm dengan
56
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
suhu 400C, selama 24 jam atau sampai fase
(terjadi perubahan warna). Total asam laktat
logaritmik berakhir. pH awal diatur 5 dengan
dihitung sebagai persentase asam laktat dengan
penambahan CaCO3.
rumus:
b. Proses Fermentasi
Substrat yang telah steril dimasukkan ke
𝑉1 𝑥 𝑁 𝑥 𝐵
𝑥 100%
𝑉2 𝑥 1000
dalam inkubator kocok dengan kecepatan
pengadukan 150 rpm pada suhu 400C.
Keterangan :
Diinokulasi biakan kultur murni yang berasal
V1
= Volume NaOH yang digunakan (mL)
dari medium starter sesuai dengan kombinasi
V2
= Berat sampel yang dititrasi (gram)
perlakuan yang telah ditentukan (variasi
N
= Normalitas NaOH
konsentrasi substrat). Jumlah biakan yang
B
= Berat Molekul Asam Laktat (90)
diinokulasi sebanyak 10% v/v dari 250 ml
medium fermentasi. Pengujian metabolit hasil
HASIL DAN DISKUSI
fermentasi dilakukan pada awal fase log, akhir
1. Hasil Identifikasi Bakteri Starter Lactobacillus
fase log dan awal fase stasioner dari kurva
lactis
pertumbuhan. Substrat hasil fermentasi yang
Bakteri
diharapkan
laktat
digunakan sebagai starter dilakukan proses
kemudian di sentrifugasi pada 3000 rpm
identifikasi untuk melihat kebenaran dan
selama 20 menit. Supernatan dan biomassa
kemurnian kultur bakteri. Di identifikasi secara
dipisahkan, selanjutnya dilakukan pengujian
makroskopis dengan melihat warna dan
asam laktat.
permukaan koloni bakteri.Lalu di identifikasi
mengandung
asam
Lactobacillus
lactis
yang
akan
secara mikroskopis dengan pewarnaan Gram,
Analisis Kualitatif Asam Laktat
a.
b.
Jika larutan laktat direaksikan dengan asam
Gram positif.Bakteri di uji pula dengan
sulfat encer dan larutan kalium permanganat
menggunakan media TSIA (Triple Sugar Iron
dan dipanaskan, akan terjadi asetaldehida,
Agar) untuk melihat penggunaan gula pada
yang dapat dikenal dari baunya.
keberlangsungan hidup bakteri. Tabel 1
Jika sampel ditambahkan dengan besi (III)
menunjukkan
klorida, sampel akan menghasilkan larutan
Lactobacillus lactis.
berwarna kuning.
c.
diperoleh bakteri berbentuk batang dengan
hasil
identifikasi
bakteri
2. Kurva Pertumbuhan Lactobacillus lactis
Jika sampel ditambahkan dengan larutan
Kurva pertumbuhan dilakukan pada media
iodin dan natrium hidroksida, maka akan
MRSB (Mann Rogose and Sharpe Broth) untuk
menghasilkan larutan berwarna kuning jika
memperoleh
hasil
yang
mengandung asam laktat.
dibandingkan
pada
substrat
Analisis Kuantitatif Asam Laktat
Pengukuran total asam laktat tertitrasi
lebih
akurat
fermentasi.
Suspensi sel bakteri sebanyak 10% v/v dengan
transmitan 25% diinokulasikan pada media
dilakukan dengan metode Fardiaz (1987). Sampel
MRSB.
Pengukuran
pertumbuhan
bakteri
sebanyak 5 mL di titrasi dengan larutan NaOH 0,1
dilakukan dengan metode turbidimetri, yaitu
N dengan indikator fenolftalein. Titrasi dihentikan
melihat jumlah sel bakteri dengan mengukur
setelah terbentuk warna merah muda yang tetap
kekeruhan dengan spektrofotometer pada
57
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
panjang gelombang 580 nm yang dilakukan
fermentasi dilakukan pada awal fase log, akhir
selama 48 jam dengan selang waktu 1 jam.
fase log dan awal fase stasioner dari kurva
Metode tersebut termasuk metode tidak
pertumbuhan.
langsung, karena tidak dapat membedakan
menghasilkan reaksi positif untuk semua
antara bakteri yang hidup dengan yang sudah
sampel yang di uji, dari sampel awal fase log
mati sehingga seolah-olah tidak ada fase
(kemungkinan jam ke 3) hingga awal fase
kematian
stasioner (kemungkinan
(Dwipayana
Ariesyady,
2009).
dan
Kurva
Herto
Dwi
Semua
analisis
kualitatif
jam ke 21-24).
pertumbuhan
Sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa
memberikan informasi penting mengenai fase
asam laktat telah diproduksi dari awal fase log
pertumbuhan dan metabolisme bakteri. Hasil
dan terus bertambah hingga awal fase
kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis pada
stasioner.
media MRSB memiliki tipe pertumbuhan yang
5.
Analisis Kuantitatif Asam Laktat
hampir sama seperti semua bakteri pada
Untuk mengetahui kadar asam laktat yang
umumnya, yaitu terjadinya fase log yang
berada pada sampel, maka dilakukan uji
dilanjutkan dengan fase stasioner.
kuantitatif dengan metode titrasi alkalimetri.
Berdasarkan hasil kurva pengamatan
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa
pertumbuhan Lactobacillus lactis pada media
komposisi substrat terbaik yang menghasilkan
MRSB, diperkirakan memasuki awal fase log
asam laktat paling banyak adalah 500 g/L kulit
pada jam ke 3, akhir fase log atau awal fase
nanas dibandingkan dengan komposisi 300
stasioner pada jam ke 21-24, dan hingga jam ke
g/L dan 400 g/L kulit nanas. Untuk komposisi
48 masih mengalami fase stasioner. Menurut
500 g/L, kadar asam laktat pada jam ke 3
Stacy (1998), menyatakan bahwa waktu
adalah 1,726% b/v dan pada jam ke 24 setelah
pertumbuhan optimum bakteri Lactobacillus
fermentasi kadar asam laktatnya 1,834% b/v.
delbrueckii subsp. bulgaricus adalah 12-18 jam
Sedangkan untuk komposisi 300 g/L dan 400
(Pratama, Ridho, 2012).
g/L, kadar asam laktat pada jam ke 24 setelah
3. Proses Fermentasi dan Produksi Asam Laktat
fermentasi
secara
berturut-turut
adalah
Hasil metabolisme pada saat lag phase sebagian
1,375% b/v dan 1,747% b/v. Perbedaan asam
besar
laktat yang dihasilkan selama fermentasi dapat
berupa
asam
laktat
yang
dimanifestasikan oleh adanya penurunan nilai
disebabkan
pH. Produksi asam ini suatu saat menjadi
dibutuhkan untuk bakteri berkembangbiak.
penghambat dalam pertumbuhan mikroba
Pada komposisi 300 g/L dan 400 g/L kulit
yang bersangkutan (efek negative feed back)
nanas kemungkinan nutrisi untuk bakteri
(Koroleva, 1991), yaitu ketika telah mencapai
belum tercukupi secara sempurna sehingga
fase stasioner bakteri tidak tumbuh lagi bahkan
asam laktat yang dihasilkan pun jauh lebih
banyak yang lisis atau mati (Usmiati, Sri dan Tri
sedikit. Sedangkan pada komposisi 500 g/L
Marwati, 2007).
kulit nanas, nutrisi untuk bakteri telah
4. Analisis Kualitatif Asam Laktat
oleh
faktor
nutrisi
yang
tercukupi sehingga bakteri dapat tumbuh
Untuk mengetahui keberadaan asam laktat
secara optimal dan menghasilkan asam laktat
pada media fermentasi, dilakukan uji kualitatif
yang lebih banyak. Menurut Nystrom (2004),
terlebih
ketika sumber nutrisi tercukupi, sumber
dahulu.Pengujian
metabolit
hasil
58
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
nutrisi akan digunakan untuk pertumbuhan,
akan dikonsentrasikan untuk survival atau
sebaliknya ketika sumber nutrisi ada pada
bertahan hidup (Yudhi, Andri, dkk).
jumlah yang terbatas, semua energi mikroba
Tabel 1. Hasil Identifikasi Bakteri Starter Lactobacillus lactis
Lactobacillus lactis
No.
1
Bentuk Pengamatan
Makroskopis dan
Mikroskopis
2
Hasil
Pustaka
Bentuk
Batang
Sesuai
Permukaan
Licin
Sesuai
Warna
Putih
Sesuai
Pewarnaan Gram*
Gram positif
Sesuai
Laktosa/sakarosa (+)
Tegak
Sesuai
Gas H2S (-)
3
Media TSIA
Glukosa (+)
Miring
Sesuai
Gas dan gas H2S (-)
Keterangan : )* = Berdasarkan pustaka Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology sebagai
acuan pemeriksaan.
2.5000
Serapan (A)
2.0000
1.5000
1.0000
0.5000
0.0000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Waktu (Jam)
Gambar 2. Kurva pertumbuhan Lactobacillus lactis dalam media MRS Broth yang diukur
menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 580 nm
5
pH
4
3
300 g/L
2
400 g/L
1
500 g/L
0
3
4
5
18
19
20
21
22
23
24
Waktu (Jam)
Gambar 2. Kurva penurunan pH substrat kulit nanas selama proses fermentasi
59
Total Asam Laktat (% b/v)
P ro sid ing Sem ina r Na siona l & Wo rkshop “Pe rkemba ngan Te rki ni Sa in s Fa rma si & K l in i k 5” | Padang , 6 -7 No vembe r 2015
2
1.5
300 g/L
1
400 g/L
0.5
500 g/L
0
3
4
5
18
19
20
21
22
23
24
Waktu (Jam)
Gambar 3. Kurva total asam laktat dalam substrat kulit nanas yang dianalisis
dengan metode titrasi alkalimetri
KESIMPULAN
Konsentrasi substrat terbaik yang menghasilkan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah
asam laktat paling banyak adalah 500 g/L kulit
dilakukan dapat disimpulkan bahwa substrat
nanas dibandingkan dengan konsentrasi 300 g/L
kulit nanas dapat digunakan sebagai media
dan 400 g/L kulit nanas, dengan total asam laktat
pertumbuhan
1,834% b/v setelah 24 jam fermentasi.
bakteri
Lactobacillus
lactis.
DAFTAR PUSTAKA
Dwipayana dan Herto Dwi Ariesyady. 2009. “Identifikasi
Keberagaman Bakteri Pada Lumpur Hasil
Pengolahan Limbah Cat Dengan Teknik
Konvensional”. Institut Teknologi Bandung.
Febriningrum, P. N. 2013. “Pengaruh Konsentrasi
Substrat Kulit Nanas dan Kecepatan Pengadukan
terhadap Pertumbuhan Lactobacillus plantarum
untuk Produksi Asam Laktat”.Jurnal Rekayasa Kimia
dan Lingkungan. Volume 9, No. 3, Hal. 144-151.
Pratama, Ridho. 2012. Pemanfaatan Metabolit
Ekstraseluler Lactobacillus delbrueckii subsp.
bulgaricus Dalam Pembentukan Nanopartikel Perak.
Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Rahman, N. A. dan Harimbi S. 2012. “Peningkatan Kadar
Bioetanol dari Kulit Nanas Menggunakan Zeolit Alam
dan Batu Kapur”. Jurnal Teknik Kimia. Volume 6, No.
2, Hal. 46-49.
Usmiati, Sri dan Tri Marwati. 2007. “Seleksi dan Optimasi
Proses Produksi Bakteriosin dari Lactobacillus sp”.
J.Pascapanen. Hal. 27-37.
Wignyanto, Suharjono, dan Novita. 2001. “Pengaruh
Konsentrasi Gula Reduksi Sari Hati Nanas dan
Inokulum Saccharomyces cerevisiae Pada
Fermentasi Etanol”. Jurnal Teknologi Pertanian.
Volume 2, No. 1, Hal.68-77.
Yudhi, Andri, dkk. “Proses Fermentasi Pati Singkong
Mentah oleh Lactobacillus plantarum B9 (Kajian
Jenis dan Konsentrasi Sumber Nitrogen)”.
Universitas Brawijaya Malang.
60