kinetika penggunaan substrat (bioproses)

KINETIKA PENGGUNAAN SUBSTRAT

(Laporan Praktikum  Teknologi Bioproses)

Oleh

Suci Nata Kusuma

1314051046

Kelompok 2

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2015

BAB 1.   PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Pada penyajian tentang keseimbangan kimiawi atau stoikiometri pertumbuhan mikroba, pertumbuhan seluler dan pembentukan produk berkaitan dengan penggunaan substrat. Subsrat oraganik merupakan substrat yang paling efektif dan efisien, dimana pati yang terkandung dalam bahan dasar tersebut akan mengalami proses hidrolisa dengan putusnya ikatan polimer molekul pati menjadi monomer-monomernya (glukosa) oleh adanya aktifitas enzim yang dihasilkan oleh mikroba dalam membentuk suatu produk. Konsentrasi produk dapat diperoleh dengan mengetahui ukuran partikel substrat, dimana ukuran partikel substrat sangat mempengaruhi proses fermentasi dalam menghasilkan suatu produk (Muin, 2008).

Selama proses fermentasi berlangsung, komposisi substrat berubah setiap waktunya dan produk metabolit akan terbentuk. Kondisi lingkungan pertumbuhan mikroba berada dalam keadaan unstedy state. Proses fermentasi berlangsung pada laju pertumbuhan spesifik yang konstan dan tidak bergantung pada perubahan konsentrasi nutrien (Ahmad, 2009). Selama proses fermentasi, mikroba menggunakan substrat untuk pertumbuhannya dan semakin lama waktu fermentasi maka konsentrasi substrat semakin menurun. Untuk itu, perlu dipelajari kinetika mengenai penggunaan substrat oleh mikroba dalam membentuk suatu produk atau metabolit dan parameter apa saja yang berpengaruh dalam kinetika pengunaan substrat.

B.     Tujuan

Tujuan dilakukan praktikum ini adalah untuk mengetahui kinetika penggunaan substrat oleh ragi saccharomyces cereviceae berbagai merk, pada berbagai kondisi pertumbuhannya.

BAB II.  METODELOGI

A.    Waktu dan Tempat

Praktikum yang berjudul “Kinetika Penggunaan Substrat” dilaksanakan pada Rabu, 6 April 2015 pukul 15.00 WIB s.d selesai, di Laboratorium Mikrobiologi Hasil Pertanian, Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Univeraitas Lampung.

B.     Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah timbangan digital, tabung reaksi, rak tabung reaksi, spatula, inkubator, erlenmeyer, hotplate, vortex, pipet tetes, mikropipet, gelas beaker, gelas ukur, corong, spektofotometer, dan termometer.

Bahan yang digunakan adalah ragi (fermipan dan curah), akuades, glukosa, natrium karbonat, natrium bikarbonat, garam rochelle, arsenomolybdat, kapas sumbat, alumunium foil, kertas label, dan alkohol.

C.     Diagram Alir

1.    Persiapan Kultur Antara

·         Pembuatan Yeast Pepton Dextron 7%

Ditimbang YPD (Yeast Pepton Dextron) sebanyak 3,5 gram dengan Yeast sebanyak 0,5 gram, Pepton 1 gram, Dextron 1 gram, dan Agar 1 gram.

Dilarutkan YPD kedalam 50 mL aquades dan dihomogenkan menggunakan magnetic stirer

Disterilisasi larutan media YPD menggunakan autoklaf pada suhu 121°C selama 15 menit

Dituang 10 mL larutan YPD yang telah disterilisasi kedalam tabung reaksi 20 mL, lalu dinginkan dalam keadaan miring hingga memadat

           

·         Pembuatan inokulum

Dilarutkan ragi fermipan dan ragi curah sebanyak masing-masing 1 gram kedalam 10 mL aquades, lalu dihomogenkan menggunakan vortex

Diinokulasikan 1 mL larutan ragi pada media agar miring lalu diinkubasi pada suhu 30°C selama 48 jam

Diambil 3 loop ragi dari media agar miring lalu diinkulasi pada larutan media YPD 7%, kemudian diinkubasi pada suhu 38°C dan 40°C selama 48 jam

2.    Persiapan Bahan Baku

Dimasukkan 2,1 gram glukosa kedalam 2 tabung reaksi ukuran 20 mL

Ditambahkan aquades sebanyak 15 ml kedalam masing masing tabung reaksi, lalu dihomogenkan

Ditambahkan 1,5 gram (10% w/v) ragi fermipan dan ragi curah kedalam tabung reaksi, lalu homogenkan menggunakan vortex

Diinkubasi pada suhu 30°C dan 45°C selama 144 jam, lalu diamati konsentrasi glukosa setiap 24 jam

3.         Pengamatan Gula Reduksi

Diencerkan sampel/ bahan baku yang telah di fermentasi menjadi 2%,4%,6%,8%, dan 10%

Diambil 0,5 mL masing-masing sampel yang telah diencerkan, lalu ditambahkan 0,5 mL Nelson AB setelah itu panaskan selama 20 menit

Ditambahkan 0,5 mL Arsenomolypdat dan 3,5 mL aquades, lalu dihomogenkan dan di spektrofotometer

                                  

BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.     Data Pengamatan

Berdasarkan praktikum mengenai kinetika penggunaan substrat maka diperoleh data sebagai berikut :

·      Kurva standar

Konsentrasi	λ (nm)	A
0	540	0
2	540	0
4	540	0,127
6	540	0,177
8	540	0,256
10	540	0,279
Konsentrasi	λ (nm)	A
0	540	0
2	540	0,079
4	540	0,076
6	540	0,125
8	540	0,174
10	540	0,148

                                                                           

·      Hasil Pengenceran 50 dan 100 untuk kelompok  1 dan 3 (suhu 30ºC)

keompok	pengenceran	λ (nm)	A
		540	0
1	50	540	0,882
3	50	540	2,711
1	100	540	0,013
3	100	540	0,013

·    Hasil Pengenceran 50 dan 100 untuk kelompok 2 dan 4 (suhu 40⁰C)

keompok	pengenceran	λ (nm)	A
		540	0
2	50	540	0,654
4	50	540	1,267
2	100	540	0,624
4	100	540	0,709

B.     Perhitungan

Berdasarkan data pengamatan yang diperoleh maka dapat dilakukan perhitungan berat sampel yaitu sebagai berikut :

Persamaan kurva standar yang dipakai yaitu y = 0,034x - 0,025 dengan R² = 0,944, sehingga kadar gula reduksi yaitu :

Ø  Perhitungan gula reduksi untuk pengenceran 50 dan 100 untuk kelompok 1 dan 3 (suhu 30 ⁰C)

·         Pengenceran 50

Kelompok 1 =  = 27,059

Kelompok 3 =  = 80, 853

·         Pengenceran 100

Kelompok 1 =  = 1,5

Kelompok 3 =  = 1,5

Ø  Perhitungan pengenceran 50 dan 100 kali untuk kelompok 2 dan 4 (suhu 40 ⁰C)

·         Pengenceran 50

Kelompok 2 =  = 20,235

Kelompok 4 =  = 38,382

·         Pengenceran 100

Kelompok 2 =  = 19,471

Kelompok 4 =  = 21,971

C.     Grafik

Berdasarkan data pengamatan yang telah diperoleh, maka dapat dilihat grafik atau kurva penggunaan substrat yaitu sebagai berikut :

1. Kurva Standar

o   Grafik Kurva Standar 1

           

           2.  Grafik Pengenceran

Tabel 3. Gula Reduksi Hasil Fermentasi dengan Pengenceran 50 dan 100 kali

pengenceran	gula reduksi 30 0C	gula reduksi 40 0C
50	27,059	20,235
50	80,853	38,382
100	1,5	19,471
100	1,5	21,971

Keterangan:

Y atas persamaan untuk warna biru

Y bawah persamaan untuk warna merah

D.    Pembahasan

Kurva standar merupakan kurva yang dibuat dari sederetan larutan standart yang masih dalam batas linieritas sehingga dapat diregresilinierkan. Kurva standart menunjukkan hubungan antara konsentrasi larutan (sumbu-x) dengan absorbansi larutan (sumbu-y). Kurva standar yang dibuat adalah kurva standar glukosa, yang bertujuan untuk mengetahui linieritas hubungan antara konsentrasi larutan standar dengan absorbansinya, sehingga dapat diketahui apakah langkah kerja yang dilakukan telah sesuai atau tidak. Pembuatan kurva standar juga berfungsi untuk menentukan konsentrasi dari larutan sampel yang absorbansinya telah diketahui (Rizkiyani, 2011). Pada kurva standar gula reduksi juga ditambahkan reagen Nelson Somogy yang bertujuan untuk mereduksi kupri oksida menjadi kupro oksida yang mana K-Na-tartrat yang ada dalam reagen Nelson berfungsi untuk mencegah terjadinya pengendapan kupri oksida sehingga kupri oksida bisa direduksi menjadi kupro oksida dan dapat dideteksi jumlah endapan kupro oksida dengan mereaksikannya dengan larutan arsenomolybdat (Hadi, 2011).

Hasil fermentasi hari ke-6 kadar gula reduksi yang diperoleh tetap tinggi disebabkan oleh jenis substrat yang digunakan dan adanya kontaminasi mikroba dari udara luar. Jenis substrat yang digunakan adalah glukosa, dan bukan sukrosa. Apabila yang digunakan adalah sukrosa maka hasil fermentasi terhadap gula reduksinya akan turun. Hal ini disebabkan karena glukosa adalah salah satu gula reduksi sedangkan sukrosa adalah gula non reduksi. Gula reduksi seperti glukosa dapat meruduksi senyawa-senyawa penerima elektron karena adanya gugus aldehid atau keton bebas. Hal ini dibuktikan dengan percobaan pada saat masing-masing sampel ditambah dengan arsenomolybdat sebanyak 0,5 ml warna yang dihasilkan adalah warna biru,  dimana warna biru menunjukkan bahwa kadar gula reduksinya masih tinggi. Semakin pekat warna biru maka semakin tinggi kadar gula reduksi. Apabila kadar gula reduksi masih tinggi maka akan sulit untuk dibaca pada spektrofotometer.

Berdasarkan teori (Mangunwidjaja, 1994) bahwa pada hari terakhir mikroba telah memasuki fase kematian. Kematian mikroba tersebut menandakan bahwa gula reduksinya rendah selain penggunaan substratnya juga rendah. Pada hasil praktikum menunjukkan bahwa gula reduksinya masih tinggi yang kemungkinan disebabkan oleh adanya kontaminasi udara dari luar. Kontaminasi tersebut menyebabkan mikroba lain yang tidak diinginkan menggunakan substrat sehingga gula reduksinya masih tetap tinggi.

Hasil fermentasi yang sesuai teori adalah semakin lama fermentasi maka konsentrasi substrat semakin menurun. Namun, hasil percobaan menunjukkan bahwa kadar gula reduksi tetap tinggi atau konsentrasi substrat tidak menurun seiring bertambahnya waktu. Hal tersebut disebabkan oleh penggunaan substrat oleh mikroba hanya sedikit. Mikroba yang digunakan tidak sebanding dengan substrat yang diberikan, sehingga konsumsi mikroba terhadap substrat menurun akibat substrat yang diberikan terlalu banyak. Oleh sebab itu konsentrasi substrat masih tetap banyak atau kadar gula reduksinya masih tetap tinggi. Mangunwidjaja (1994) menjelaskan teori pada grafik kinetika penggunaan enzim bahwa semakin banyak konsentrasi substrat yang diberikan maka laju pertumbuhan mikroba akan semakin cepat, namun jika substrat yang diberikan terlalu banyak maka dapat menurunkan laju pertumbuhan mikroba. Konsentrasi mikroba dan konsentrasi substrat yang seimbang dapat menurunkan kadar gula reduksi. Sebab, selama pertumbuhan mikroba menggunakan substrat dan semakin bertambahnya waktu maka konsentrasi substrat semakin menurun sehingga dapat menurunkan kadar gula reduksi.

Pada praktikum dilakukan pembacaan absorbansi pada panjang gelombang 540 nm karena pada panjang gelombang ini molekul gula reduksi dapat menyerap sinar secara optimum sehingga pembacaan absorbansi dapat berjalan dengan baik. Semakin tinggi nilai absorbansi menunjukkan bahwa konsentrasi larutan semakin besar. Nilai absorbansi yang diperoleh kemudian diplotkan dalam bentuk kurva untuk memperoleh persaman nilai y. Pada kurva standar diperoleh persamaan yaitu y = 0,034x - 0,025 dengan R² = 0,944. Nilai y adalah absorbansi sampel dan nilai x adalah kadar gula reduksinya.

Pengenceran 50 kali pada suhu 30ºC menghasilkan gula reduksi sebesar 27,059 untuk kelompok 1, dan 80,853 untuk kelompok 3. Pengenceran 100 kali pada suhu 30ºC menghasilkan gula reduksi sebesar 1,5 untuk kelompok 1 dan kelompok 3. Pengenceran 50 kali pada suhu 40ºC menghasilkan gula reduksi sebesar 20,235 untuk kelompok 2, dan 38,382 untuk kelompok 4. Pengenceran 100 kali pada suhu 40ºC menghasilkan gula reduksi sebesar 19,471 untuk kelompok 2, dan 21,971 untuk kelompok 4. Nilai gula reduksi tersebut diplotkan dalam bentuk kurva untuk menentukan nilai y dan R² yang terdapat pada grafik  gula reduksi hasil fermentasi.

Persamaan yang diperoleh dari grafik gula reduksi hasil fermentasi yaitu y= -1,049x + 106,4 dengan R² = 0,655 untuk sampel suhu 30ºC, dan  y = -0,176x + 38,33 dengan R² = 0,326 untuk sampel suhu 40ºC. Nilai tersebut menunjukan bahwa nilai gula reduksi sampel dengan suhu 40ºC lebih besar daripada sampel dengan suhu 30ºC. Kadar gula reduksi yang bernilai negatif disebabkan karena sampel yang dianalisa kandungan gula reduksinya terlalu tinggi sehingga tidak terbaca saat absorbansi dan nilai absorbansinya bernilai nol. Kesalahan ini juga dapat disebabkan karena terjadinya kekeliruan saat preparasi sampel, misalnya terlalu encer dalam membuat sampel ataupun kesalahan seperti kelebihan penambahan reagen.

BAB IV. KESIMPULAN

A.    Kesimpulan

Berdasarkan praktikum yang dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1.      Berdasarkan hasil perhitungan dan grafik, diperoleh persamaan kurva standar glukosa yaitu Y = 0,034x - 0,025 dengan R² = 0,944.

2.      Berdasarkan hasil perhitungan dan grafik, diperoleh persamaan gula reduksi hasil fermentasi yaitu Y = -1,049x + 106,4 dengan R² = 0,655 untuk sampel suhu 30ºC, dan Y = -0,176x + 38,33 dengan R² = 0,326 untuk sampel suhu 40ºC.

3.      Kadar gula reduksi yang bernilai negatif disebabkan karena sampel yang dianalisa terlalu sedikit, kesalahan saat preparasi sampel yang terlalu encer.

4.      Nilai gula reduksi tinggi disebabkan kontaminasi oleh mikroba luar yang menggunakan substrat sehingga gula reduksinya masih tinggi.

5.      Suhu berpengaruh terhadap kadar gula reduksi yang dihasilkan, dimana sampel suhu 30ºC menghasilkan kadar gula lebih tinggi dibanding smapel suhu 40ºC.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, A 2009. Teknologi Fermentasi, Diktat, Laboratorium Rekayasa Bioproses

Teknik Kimia. Universitas Riau. Pekanbaru.

Hadi, Danang Kumara. 2011. Analisa Karbohidrat. http://danang-kurang

kerjaan.blogspot.com/2011/05/analisa-karbohidrat.html. diakses pada Minggu, 28 Juni 2015 pukul 22.00 WIB.

Mangunwidjaja, D. dan Suryani, A., 1994. Teknologi Bioproses. Penebar

Swadaya. Jakarta.

Muin, Rosdiana. 2008. Studi Kinetika Fermentasi Etanol Dengan Pendekatan

“Minimal Residual Substrat”. Jurnal: Universitas Sriwijaya. Palembang.

Rizkiyani, Hilda Nur. 2011. Penggunaan Spektrofotometer. Institut Pertanian

Bogor. Bogor.