MAKALAH FERMENTASI ASAM
AMINO
DASAR – DASAR FERMENTASI
Disusun Oleh
Kelompok 8
Astri Nuraini
1314051008
Ela Rovita 1314051014
Siti Ma’rifah 1314051045
Suci Nata Kusuma 1314051046
JURUSAN TEKNOLOGI HASIL
PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
belakang
Pasar asam amino di dunia
per tahun diperkirakan akan terus meningkat. Sebagai gambaran pada tahun 1992
nilainya mencapai USD 1,8 milyar dan pada tahun 2000 nilainya bahkan meningkat
menjadi USD 2,4 milyar. Asam amino digunakan secara luas dalam industri makanan
, tambahan pakan, dalam obat, dan sebagai bahan pemula dalam industri kimia.
Produksi asam amino secara mikrobiologi dapat melalui proses fermentasi. Sebagian
besar asama amino yang penting secara komersial adalah asam glutamat, yang
digunakan untuk meningkatkan rasa. Dua asama amino yang juga penting adalah
asam aspartat dan fenilalanin, yang menyususn bahan pemanis buatan. Aspartat
sendiri merupakan unsur penting dalam minuman ringan dan makanan lain yang
dijual sebagai produk bebas gula.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari makalah
ini yaitu agar mahasiswa mampu mengetahui pemanfaatan teknologi fermentasi asam
glutamat.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian monosodium glutamate
Definisi dari Monosodium Glutamate (MSG) atau Mononatrium Glutamate adalah garam asam
glutamat yang berperan sebagai penghasil rasa umami (gurih) dengan formula
HOO-CCH(NH2)-CH2CH2COONa yang dihasilkan dari
hidrolisa protein nabati atau larutan dari limbah penggilingan gula tebu atau
bit. Asam glutamat terdiri dari 5 atom karbon dengan 2 gugus karboksil yang
pada salah satu karbonnya berkaitan dengan NH2 yang menjadi ciri asam
amino. Asam
glutamat merupakan kelompok asam amino non-essensial dan mempunyai peranan
penting dalam kaitannya dengan kehidupan manusia. Terdapat beberapa alasan
utama yang mendasari urgensi asam glutamat. Alasan tersebut antara lain terkait
dengan pentingnya fungsi asam glutamat dan turunannya di dalam tubuh, fungsi
strategis asam glutamat dalam meningkatkan citarasa, serta isu kesehatan yang
terkait atau berusaha dikaitkan dengan konsumsi monosodium glutamat (MSG),
serta memandang dari tingginya permintaan asam glutamat global
Berikut adalah tabel yang
menunjukkan penggunaan berbagai macam asama amino pada indusrtri makanan
Asam Amino
|
Makanan
|
Tujuan
|
Asam Glutamat (MSG)
|
Berbagai Makanan
|
Meningkatkan citarasa
|
Aspartat dan Alanin
|
Juice Buah
|
Menyempurnakan Rasa
|
Glisin
|
Pemanis Makanan
|
Perbaikan Rasa
|
Sistein
|
Roti
|
Perbaikan kualitas
|
Triftofan+Histidin
|
Juice Buah
|
Antioksidan
|
Aspartam
|
Berbagai makanan, susu bubuk
|
Antioksidan, mencegah tengik
|
Asam Aspartat
|
Minuman Ringan, dsb
|
Pemanis rendah kalori
|
Lisin
|
Roti (Jepang)
|
Tambahan nutrisi
|
(Brock dan Madigan, 1991).
Tahapan-tahapan yang perlu
dilakukan adalah pemilihan bahan baku, persiapan bakteri dan media, serta
fermentasi utama asama glutamat.
2.2 Pemilihan
Bahan Baku
Dalam industri fermentasi diperlukan substrat yang murah,
mudah tersedia dan efisien penggunaannya. Dalam industri fermentasi dimana
produk-produknya juga dapat dihasilkan secara sintetis atau dengan cara
lainnya, pemilihansubstrat merupakan hal yang kritis. Sebagai contoh misalnya
produksi asam-asam amino (glutamat, lisin, metiamin, dan sebagainya) serta PST
(Protein Sel Tunggal).Pemilihan substrat untuk fermentasi produk-produk
tersebut harus sedemikian rupa sehinggaharga produknya dapat bersaing dengan harga
produk yang diproduksi dengan cara lain.
Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan asam glutamat
adalah tetes tebu, dextrose,dan raw sugar. Gula-gula yang dimanfaatkan
bakteri sebagai substrat adalah fermentable
sugar (sukrosa, fruktosa dan glukosa). Selain cane molasses, tepung tapioca yang merupakan pati dan raw sugar juga dapat digunakan untuk
bahan baku fermentasi asam glutamat. Bahan baku (sumber gula) yang digunakan
pada industri fermentasi asam glutamat, umumnya, mengacu pada kondisi geografis
tempat pemrosesan. Misalnya Amerika Serikat menggunakan sirup jagung, Asia
Selatan menggunakan tapioka, serta molases pada Eropa dan Amerika Selatan. Hal
yang menarik adalah pemanfaatan sumber gula pada industri glutamat China yang
menggunakan jagung. China sebagai produsen jagnung terbesar di dunia
memanfaatkan instrumen pengalihan ekspor jagung menjadi bahan baku dalam negeri
untuk menjaga tingkat harga di petani serta mendorong industri dalam negeri
yang efisien karena murahnya bahan baku.
Pada proses fermentasi asam glutamat digunakan bahan baku
berupa tetes tebu sebagai sumber energi/media pertumbuhan bakteri dalam proses
fermentasi dan beet mollases yang berguna untuk meningkatkan rendemen
MSG. Tetes tebu diperoleh dari pabrik-pabrik gula disekitar lokasi
pabrik sedangkan beet molase
diperoleh secara impor. Perbandingan
penggunaan molase tebu dan molase beet
adalah 200 ton beet untuk 5000 ton
molase tebu. Kualitas bahan baku akan mempengaruhi kualitas MSG yang nantinya
dihasilkan . Molase yang dipakai harus memenuhi standar yang ditetapkan yaitu :
Kandungan Utama
|
Komposisi
|
Kadar Gula Total (TDS)
Kadar Ca
Berat jenis
Brix
|
Minimal 55 %
0,8-1,3 %
1,4-1,6 kg/L
Minimal 800
|
Sementara itu, ditambahkan pula beberapa bahan pendukung
sebagai berikut :
a.
H₃PO₄ sebagai sumber pospat
untuk pertumbuhan mikroba
b.
H₂SO₄ untuk menurunkan kadar Ca2⁺ yang terkandung dalam
tetes tebu
c.
Urea dan amoniak cair
sebagai sumber nitrogen bagi pertumbuhan
mikroba
d.
Defoamer untuk menghilangkan busa/gelembung selama proses
fermentasi berlangsung
e.
Penicillin untuk mengontrol
pertumbuhan bakteri dan memudahkan pemanenan asam glutamat menjadi produk akhir dalam proses fermentasi.
2.3 Persiapan Bakteri dan Media
Persiapan bakteri dan media dilakukan dengan laboratory
seed culture, yaitu tahap pembuatan media dan pengembangan mikroba dalam skala
laboratorium. Proses fermentasi asam glutamat dilakukan dengan bantuan bakteri
penghasil asam glutamat. Fermentasi asam glutamat (GA) menggunakan bakteri Micrococcus glutamicus atau yang
sekarang disebut Corynebacterium
glutamicus. Bakteri ini termasuk ke dalam gram positif, tidak membentuk
spora, non-motil, serta memerlukan biotin untuk tumbuh. Bakteri akan
mengonversi glukosa dan memetabolismenya menjadi asam glutamat.
2.4 Proses fermentasi asam glutamat
berlangsung dalam 3 tahap, yakni :
·
Molasses Treatment (Dekalsifikasi)
Tahap ini berguna untuk mengurangi kadar Ca₂⁺ dalam bahan baku molase
dengan menambahkan H₂SO₄ dan koagulan yang
mengendapkan Ca menjadi CaSO₄. Kadar Ca yang tinggi
dapat menyebabkan MSG yang dihasilkan menjadi berwarna keruh sehingga
kualitasnya menurun. Maka dari itu tahap ini perlu dilakukan. Jumlah asam
sulfat yang digunakan tergantung dengan kadar Ca dalam tetes tebu, semakin
banyak kadar Ca yang terkandung maka semakin banyak asam sulfat yang
ditambahkan.
Pada proses treatment,
air dan asam sulfat ditambahkan terlebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk
mencegah terbentuknya kerak yang berlebihan di dalam tangki dan meningkatkan
efektifitas pencampuran asam sulfat dengan tetes. Proses ini dipercepat dengan
bantuan steam (500), adanya steam akan meningkatkan reaksi antara
ion kalsium dengan asam sulfat pekat. Penambahan koagulan (aronfis) bertujuan untuk
mengendapkan partikel-partikel yang tidak dapat diendapkan oleh asam sulfat
pekat.
Endapan yang dihasilkan kemudian dialirkan ke tahap
pemisahan sehingga dihasilkan tetes yang bersih. Tahap pemisahan yang pertama
adalah thickener.Thickener bekerja dengan
memanfaatkan gaya grafitasi, partikel yang besar cenderung akan tertarik ke
bawah sedangkan cairan tetes yang bersih akan berada di atas. Tahap pemisahan
selanjutnya adalah brush stainer yang
berfungsi memisahkan tetes dari kotoran yang berukuran kecil. Saringan yang berada di seluruh permukaan
dinding brush stainer akan menyebabkan tetes bersih meresap melewati
saringan sedangkan partikel pengotor akan tertinggal di saringan. Alat ini
dilengkapi dengan agitator yang berfungsi untuk meratakan tetes dan juga sikat
yang berfungsi untuk membersihkan kotoran yang menempel pada saringan.
Tahap pemisahan selanjutnya menggunakan sand cyclone
yang berfungsi memisahkan tetes dari pasir. Tahap ini memanfaatkan
gaya sentrifugal dengan menggunakan tekanan sebesar 2 bar. Gaya sentrifugal
menyebabkan partikel pasir terlempar ke dinding alat sedangkan tetes bersih
akan naik ke atas. Tahap pemisahan yang terakhir adalah dengan menggunakan westfalia separator. Tahap ini juga
memanfaatkan gaya sentrifugal hanya saja gaya nya diperbesar dengan plate-plate yang berbentuk sirip ikan.
Tetes bersih memiliki tingkat keasaman 4-4,5 akibat penambahan asam sulfat pada
mollases treatment.
Endapan dari setiap tahap pemisahan ditreatment kembali dengan ditambahkan air
dan asam sulfat pekat. Campuran tersebut
kemudian dipisahkan dengan menggunakan SDC (super
de canter) yang bekerja secara sentrifugal dengan bantuan ulir berputar.
Ulir akan memisahkan endapan dengan air PPT / precipitate (cairan yang masih mengandung tetes), air PPT ini
dapat digunakan lagi pada proses awal treatment
sedangkan endapannya akan dibuang sebagai limbah.
·
Proses Seeding
Tahap ini merupakan proses pembiakan bakteri sebelum
masuk ke dalam fermentor. Hal ini dilakukan agar bakteri dapat beradaptasi di
dalam media seeding (starting) sebelum
fermentasi dilakukan. Media seeding
mengandung air, garam, molase, serta H₃PO₄. Proses seeding berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu
sterilisasi tangki dan main filter, sterilisasi
dan pengisian media, proses pemasukan bakteri ke dalam media, serta pencucian
tangki. Proses sterilisasi yang dilakukan bertujuan untuk memusnahkan
mikroorganisme yang terdapat pada alat-alat tersebut sehingga fermentasi dapat
dikendalikan dan hasilnya sesuai dengan harapan.
Selama proses seeding,
diperlukan pengaturan udara karena bakteri yang dibiakkan bersifat aerob.
Selain itu pengaturan suhu juga penting dilakukan karena aktivitas bakteri
selama proses bersifat eksoterm (menghasilkan kalor). Oleh sebab itu suhu
selama proses harus dijaga tetap 34°C dengan cara mengalirkan air dingin.
Adanya peningkatan kecepatan aliran air pendingin menunjukkan adanya
peningkatan pertumbuhan bakteri.
Selain itu adanya pertumbuhan bakteri juga ditandai
dengan peningkatan kecepatan aliran amoniak yang diakibatkan oleh aktivitas
bakteri yang menghasilkan asam glutamat sehingga terjadi penurunan pH. Oleh
karena itu pada saat proses seeding berlangsung
NH3 perlu ditambahkan agar pH tetap stabil. Apabila proses seeding telah selesai maka diperoleh
cairan seeding yang mengandung banyak
bakteri penghasil asam glutamat. Selanjutnya cairan tersebut harus dipindahkan
ke fermentor untuk proses fermentasi.
Pengaliran cairan seeding
ke fermentor harus terjaga dari kontaminasi, oleh karena itu pipa dari seeding ke fermentor harus di
sterilisasi terlebih dahulu dengan uap panas selama 15 menit. Setelahitubarulah cairan seeding
dialirkan menuju fermentor.
·
Fermentasi
Dalam proses ini stater
yang dimasukkan dalam reaktor sebanyak 3% stater per volume reaktor. Oksigen
yang masuk ke reaktor sekitar 10-15%. Jika kurang 10-15% akan terbentuk asam
laktat. pH sekitar 7-8. Lama waktu fermentasi 36-72 jam. Pemberian amoniak
dalam reaktor akan menurunkan pH sehingga terjadi proses stationer. Proses
stationer mengakibatkan mikroba saling berkompetisi untuk mendapatkan makanan.
Pada proses stationer glutamat akan keluar dari sel mikroba.
Pada skala industri main
fermentor sebagai tangki fermentasi utama, merupakan tempat terjadinya
fermentasi. Pada main fermentor, suhu
operasi dijaga konstan 31,5-37 oC dan pH dijaga sekitar 7,7. Selain itu, dilakukan juga penambahan bahan
pendukung, yaitu urea sebagai sumber karbon. Proses ini berlangsung selama
holding time 28-30 jam disertai dengan pengadukan karena waktu fermentasinya
lama maka perlu dilakukan penambahan media sebagai sumber makanan dari bakteri.
Pada akhir proses fermentasi ini akan dihasilkan Original Broth (OB) yang terdiri dari
bangkai bakteri, lumpur, sisa media, kotoran dan asam glutamat yang akan
diproses lebih lanjut pada Refinery I.
Cairan hasil fermentasi ini telah mengandung asam glutamat ± 10% dan akan
dilakukan pemekatan menjadi larutan OB dengan kandungan asam glutamat 31%
dengan evaporasi menggunakan multy effect
evaporator (evaporator dengan lebih dari dua heater) selama 1 jam dengan
suhu 80 oC pada tekanan vakum.
Kemudian tahap selanjutnya akan tergantung pemanfaatan
asam amino glutamat yang telah dihasilkan, misalnya produksi MSG, akan
dilanjutkan dengan tahap kristalisasi dan netralisasi, serta pengeringan,
pengayakan, dan pengemasan.
2.5 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fermentasi Asam Glutamat
Baik pada proses pembiakan
maupun fermentasi, temperatur proses harus terjaga kurang lebih 30-350C
(optimum 340C) karena proses metabolisme yang berlangsung bersifateksoterm.
pH dikontrolantara 7-8 dengan cara menambahnkan NH3. Penurunanan pH diakibatkan
oleh produksi asam glutamat oleh bakteri. fermentasi asam glutamat merupakan
fermentasi aerobik, oleh karena itu pengaliran udara (sebagai suplai oksigen)
dan aerasi harus cukup agar tidak terbentuk asam laktat (bila kekurangan
oksigenkadar gula selama proses fermentasi akan semakin berkurang
karenadiubaholeh bakteri menjadi asam glutamat) maka penambahan tetes feeding
penting dilakukan saat fermentasi berlangsung.
Efek biotin, kadar yang
digunakan 10-20 mg/L. Biotin berperan penting dalam akumulasi asam glutamate dalam
jumlah yang besar.
Efek Penicillin, untuk seleksi
mikroba dan mengakumulasi asam glutamate pada saat fase pertumbuhan, serta memudahkan
glutamate untuk dipanen karena glutamate terekstraksikeluar sel.
Proses pembuatan monosodium
glutamat yang dipilih adalah metode fermentasi dengan
alasan yaitu karena ketersediaan bahan baku
molasses yang melimpah
diIndonesia, sehingga menjaga kelangsungan berdirinya pabrik monosodium glutamat. sehingga biaya produksi
lebih bisa ditekan. Bakteri yang dipilih ialah Microccocus glutamicus karena
bakteri ini paling sesuai .
Kegunaan produk Monosodium
glutamat digunakan sebagai bahan penyedap makanan. Monosodium glutamat
digunakan sebagai campuran
dalam pembuatan bahan kosmetik.
Monosodium glutamat dapat
digunakan sebagai nutrisi
pertumbuhan tanaman. Monosodium
glutamat dalam industri
farmasi dalam jumlah
tertentu digunakan sebagai nutrisi penunjang perkembangan otak.
Proses pembuatan monosodium
glutamat dari molasses dengan menggunakan
metode fermantasi
menggunakan fermentor batch
pada suhu 35°C dan tekanan
atmosferis. Kandungan sukrosa dalam molasses dikonversi terlebih dahulu
hingga terbentuk glukosa. Selanjutnya dilakukan proses fermentasi dengan
menggunakan bakteri Micrococcus glutamicus.
Reaksi
Yield = 81,7 % (Atkinson. 1983)
2.6
Tahapan Pemanenan Asam Amino
Pemanenan
asam amino dapat dilakukan dengan cara isolasi, yaitu memisahkan produk asam
amino dari medium dan bakteri. Proses isolasi terjadi dalam 4 tahap yakni
asidifikasi (kristalisasi 1), separasi 1, pencucian, dan pengubahan kristal.
a. Asidifikasi
Proses asidifikasi
disebut juga proses kristalisasi I. HB (Hakko Broth) dialirkan
melalui heat exchanger (HE) untuk menurunkan suhu broth dari
40°C menjadi 25°C ke dalam tangki kristalisasi I. Tangki tersebut dilengkapi
agitator untuk menghomogenkan konsentrasi H2SO4 yang
ditambahkan. pH HB dibuat isoelektrik sekitar 3,2 – 3,4 sehingga diperoleh
konsentrat asam glutamat. Kesetimbangan ion yang terjadi pada kondisi
isoelektris menyebabkan menurunnya kelarutan dan terjadi kristalisasi.
b. Separasi
I
Separasi dilakukan
dengan alat Super Decanter Centrifuge (SDC). Dimana kristal
asam glutamat yang mempunyai berat jenis besar akan mendapat gaya yang lebih
besar, sehingga akan terpisah ke tepi. Sedangkan cairannya akan berada
ditengah. Hasil pemisahannya disebut GH (Glutamic Hakko) berupa asam
glutamat dan larutan induk GM (Glutamic Mother). Kemudian larutan GM
yang masih mengandung sisa asam glutamat, sisa mikroba serta sisa media
fermentasi ini dievaporasi dengan Falling Film Evaporator (FFE)
dua efek sampai total solid kira-kira 30-40%, setelah dipekatkan cairan ini
disebut didinginkan dengan cooling water (CW) dan dipisahkan
lagi dengan Super Decanter Sentrifuge(SDC).
c. Pencucian
Pencucian dilakukan
pada kristal asam glutamat (GH) dengan cara penyemprotan air ke kristal
asam glutamat, dan laju air dijaga secara optimal agar menghindari hilangnya
kristal asam glutamat. Selanjutnya, larutan tersebut dipisahkan kembali
dengan Super Decanter Sentrifuge (SDC) untuk memisahkan
kristal GH dari air sisa pencucian (GM). Kemudian pada GM yang masih mengandung
asam glutamat dalam jumlah cukup besar dipekatkan dan dievaporasi
menggunakan Falling Film Evaporator (FFE) tiga efek.
d. Pengubahan
Kristal
Mengubah bentuk kristal α pada GH
menjadi kristal β. Tujuan pengubahan ini adalah untuk mengurangi kandungan
pengotor (impurities) yang terdapat pada kristal α. Kristal β berbentuk
prisma heksagonal pipih dan berukuran lebih kecil dari pada kristal α dan juga
kristal β memiliki kestabilan yang jauh lebih tinggi daripada kristal α. Proses
pengubahan kristal ini dilakukan dengan cara pemanasan steam 80°C. Pada kondisi
temperatur demikian kristal α akan melarut dan terbentuk kristal β. Kristal
yang keluar masih bertemperatur tinggi, oleh karena itu perlu didinginkan
sampai 40-50°C dengan cara mengalirkan air pendingin, proses ini terjadi di
tangki Transform Crystal Cooling (TCC) (Said,1987).
Pembahasan jurnal
BAB III
KESIMPULAN
1.
Asam glutamat merupakan salah satu dari 20 jenis asam amino yang
termasuk dalam kelompok asam amino non esensial.
2.
Mononatrium Glutamate
adalah garam asam glutamat yang berperan sebagai penghasil rasa umami (gurih), yang dapat dibuat dari
hasil fermentasi zat tepung dan tetes gula tebu.
3.
Pembuatan Monosodium glutamat dapat dilakukan dengan proses fermentasi
menggunakan mikroba Micrococus glutamicus
atau Corynebacterium
glutamicus, dan substratnya yaitu molasses.
4.
Proses fermentasi asam
glutamat berlangsung dalam 3 tahap, yakni Dekalsifikasi (Molasses Treatment), proses seeding, dan fermentasi.
5.
Pemanenan asam amino dapat dilakukan dengan cara isolasi yaitu
memisahkan produk asam amino dari medium dan bakteri, yang terdiri dari tahap
asidifikasi (kristalisasi 1), separasi 1, pencucian, dan pengubahan kristal.
6.
DAFTAR PUSTAKA
Brock, T.D. and Madigan, M.T., 1991. Biology Of Microorganisms (6th ed.)
Prentice hall. Eaglewood cliffs, New Jersey. USA
Chairi,H. Et al. Fermentasin Asam Glutamat Pada Industri
dan Review Singkat
Said, E. Gumbira. 1987. Bioindustri :
Penerapan Teknologi Fermentasi.
Mediyatama Sarana
Perkasa. Jakarta.
Sukawan, U. 2008. Efek Toksik Monosodium Glutamat (MSG)
pada Binatang
Percobaan. Jurnal, Sutisning (Jan 2008):
306-314.
Supriyanto, P.A. 2013. Fermentasi Asam Amino. www.academia.edu. Diakses pada Senin 27 April 2015, pukul 20.00 WIB.
Menjual berbagai macam jenis chemical untuk wtp, wwtp, STP Ipal bakteri nutrien dll untuk info lebih lanjut tentang produk ini bisa menghubungi kami di email tommy.transcal@gmail.com
BalasHapusMobile:081310849918