Fermentasi Asam Amino (Daswet)

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

C₆H₁₂O₆+NH₃+3/2o₂ micrococcus glutamicus C₅H₉NO₄+CO₂+₃H₂O

Yield = 81,7 % (Atkinson. 1983)

C₅H₉NO₄+NAOH                      C₅H₈NnaO₄ + H2O

Yield = 70-80 % (keyes,1961)

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

Atas Isu Kesehatan Terkait. www.academica.edu. Diakses pada Senin, 27 April 2015 pukul 20.00 WIB.

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.