LAPORAN PRAKTIKUM DASAR BIOPROSES FERMENTASI ASAM SITRAT OLEH Aspergillus niger DOSEN PEMBIMBING: Bintang Iwhan Moehady Disusun Oleh: Kelompok II Arief Satrio (101411005) Asep Bagus (101411006) Asep Jumria (101411007) Dedi Haryanto (101411008) Kelas : IIA Tanggal Praktikum : 22 Desember 2011 dan 5 Januari 2012 Tanggal Penyerahan Laporan : 11 Januari 2012
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN PRAKTIKUM DASAR BIOPROSES
FERMENTASI ASAM SITRAT OLEH Aspergillus niger
DOSEN PEMBIMBING:
Bintang Iwhan Moehady
Disusun Oleh:
Kelompok II
Arief Satrio (101411005)
Asep Bagus (101411006)
Asep Jumria (101411007)
Dedi Haryanto (101411008)
Kelas : IIA
Tanggal Praktikum : 22 Desember 2011 dan 5 Januari 2012
Tanggal Penyerahan Laporan : 11 Januari 2012
DIII TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Asam sitrat merupakan asam organik yang banyak terdapat di alam dan penyebarannya cukup luas, baik dalam tumbuhan maupun hewan. Pada buah jeruk terdapat kandungan asam sitrat sekitar 6-8%. Selain itu asam sitrat juga ditemukan pada buah pir, nanas, arbei, dan ceri. Pada hewan terdapat dalam darah, air seni, dan berbagai cairan tubuh lainya.
Produksi asam sitrat seluruh dunia terutama dimanfaatkan untuk industri makanan dan minuman sekitar 70%, industri farmasi 12%, dan isaya 18% untuk berbagai industri lainnya.
Pada industri makanan dan minuman mempergunakan asam sitrat untuk berbagai keperluan karena kelarutan asam sitrat yang relatif tinggi, tidak beracun, dan menghasilkan rasa asam yang disukai. Asam sitrat sering digunakan sebagai pegawet, pencegah rusaknya warna dan aroma, menjaga turbiditas, penghambat terjadinya oksidasi dan masih banyak lagi.
Tujuan
1. Memahami proses produksi asam sitrat.2. Memahami komposisi media fermentasi dan kondisi operasi yang tepat untuk
produksi asam sitrat.3. Memahami metoda pemisahan dan pemurnian asam sitrat.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sejarah Asam Sitrat
Asam sitrat diyakini ditemukan oleh alkimiawan Arab-Yemen (kelahiran Iran) yang hidup pada abad ke-8, Jabir Ibn Hayyan. Pada zaman pertengahan, para ilmuwan Eropa membahas sifat asam sari buah lemon dan limau; hal tersebut tercatat dalam ensiklopedia Speculum Majus (Cermin Agung) dari abad ke-13 yang dikumpulkan oleh Vincent dari Beauvais. Asam sitrat pertama kali diisolasi pada tahun 1784 oleh kimiawan Swedia, Carl Wilhelm Scheele, yang mengkristalkannya dari sari buah lemon. Pembuatan asam sitrat skala industri dimulai pada tahun 1860, terutama mengandalkan produksi jeruk dari Italia.
Pada tahun 1893, C. Wehmer menemukan bahwa kapang Penicillium dapat membentuk asam sitrat dari gula. Namun demikian, pembuatan asam sitrat dengan mikroba secara industri tidaklah nyata sampai Perang Dunia I mengacaukan ekspor jeruk dari Italia. Pada tahun 1917, kimiawan pangan Amerika, James Currie menemukan bahwa galur tertentu kapang Aspergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat secara efisien, dan perusahaan kimia Pfizer memulai produksi asam sitrat skala industri dengan cara tersebut dua tahun kemudian.
2.1.1 Asam Sitrat
Asam sitrat merupakan asam organik lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan genus Citrus (jeruk-jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat yang terjadi di dalam mitokondria, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan dan sebagai antioksidan.
Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi, yang dapat mencapai 8% bobot kering, pada jeruk lemon dan limau (misalnya jeruk nipis dan jeruk purut).
Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7 (strukturnya ditunjukkan pada tabel informasi di sebelah kanan). Struktur asam ini tercermin pada nama IUPAC-nya, asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.
2.1.2 Sifat Fisika dan Kimia Asam Sitrat
Sifat-sifat fisis asam sitrat dirangkum pada tabel di sebelah kanan. Keasaman asam sitrat didapatkan dari tiga gugus karboksil COOH yang dapat melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi, ion yang dihasilkan adalah ion sitrat. Sitrat sangat baik digunakan dalam larutan penyangga untuk mengendalikan pH larutan. Ion sitrat
dapat bereaksi dengan banyak ion logam membentuk garam sitrat. Selain itu, sitrat dapat mengikat ion-ion logam dengan pengkelatan, sehingga digunakan sebagai pengawet dan penghilang kesadahan air (lihat keterangan tentang kegunaan di bawah).
Pada temperatur kamar, asam sitrat berbentuk serbuk kristal berwarna putih. Serbuk kristal tersebut dapat berupa bentuk anhydrous (bebas air), atau bentuk monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekul asam sitrat. Bentuk anhydrous asam sitrat mengkristal dalam air panas, sedangkan bentuk monohidrat didapatkan dari kristalisasi asam sitrat dalam air dingin. Bentuk monohidrat tersebut dapat diubah menjadi bentuk anhydrous dengan pemanasan di atas 74 °C. Secara kimia, asam sitrat bersifat seperti asam karboksilat lainnya. Jika dipanaskan di atas 175 °C, asam sitrat terurai dengan melepaskan karbon dioksida dan air.
Sifat-sifat Umum
Nama Asam sitrat
Rumus kimia C6H8O7, atau: CH2(COOH)•COH(COOH)•CH2(COOH)
Bobot rumus 192,13. Nama lain asam 2-hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat
Sifat perubahan fase
Titik lebur 426 K (153 °C) Temperatur penguraian termal 448 K (175 °C)
Efek akut Menimbulkan iritasi kulit dan mata. Efek kronik Tidak ada.
Informasi lebih lanjut
Sifat-sifat NIST WebBook MSDS Hazardous Chemical Database
Satuan SI digunakan jika mungkin. Kecuali dinyatakan lain, digunakan kondisi
standar.
2.1.3 Pembuatan Asam Sitrat
Dalam proses produksi asam sitrat yang sampai saat ini lazim digunakan, biakan kapang Aspergillus niger diberi sukrosa agar membentuk asam sitrat. Setelah kapang disaring dari larutan yang dihasilkan, asam sitrat diisolasi dengan cara mengendapkannya dengan kalsium hidroksida membentuk garam kalsium sitrat. Asam sitrat di-regenerasi-kan dari kalsium sitrat dengan penambahan asam sulfat.
Cara lain pengisolasian asam sitrat dari hasil fermentasi adalah dengan ekstraksi menggunakan larutan hidrokarbon senyawa basa organik trilaurilamina yang diikuti dengan re-ekstraksi dari larutan organik tersebut dengan air.
2.1.4 Kegunaan Asam Sitrat
Penggunaan utama asam sitrat saat ini adalah sebagai zat pemberi cita rasa dan pengawet makanan dan minuman, terutama minuman ringan. Kode asam sitrat sebagai zat aditif makanan (E number ) adalah E330. Garam sitrat dengan berbagai jenis logam digunakan untuk menyediakan logam tersebut (sebagai bentuk biologis) dalam banyak suplemen makanan. Sifat sitrat sebagai larutan penyangga digunakan sebagai pengendali pH dalam larutan pembersih dalam rumah tangga dan obat-obatan.
Kemampuan asam sitrat untuk meng-kelat logam menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen. Dengan meng-kelat logam pada air sadah, asam sitrat memungkinkan sabun dan deterjen membentuk busa dan berfungsi dengan baik tanpa penambahan zat penghilang kesadahan. Demikian pula, asam sitrat digunakan untuk memulihkan bahan penukar ion yang digunakan pada alat penghilang kesadahan dengan menghilangkan ion-ion logam yang terakumulasi pada bahan penukar ion tersebut sebagai kompleks sitrat.
Asam sitrat digunakan di dalam industri bioteknologi dan obat-obatan untuk melapisi (passivate) pipa mesin dalam proses kemurnian tinggi sebagai ganti asam nitrat, karena asam nitrat dapat menjadi zat berbahaya setelah digunakan untuk keperluan tersebut, sementara asam sitrat tidak.
Asam sitrat dapat pula ditambahkan pada es krim untuk menjaga terpisahnya gelembung-gelembung lemak. Dalam resep makanan, asam sitrat dapat digunakan sebagai pengganti sari jeruk.
2.1.5 Keamanan Asam Sitrat
Asam sitrat dikategorikan aman digunakan pada makanan oleh semua badan pengawasan makanan nasional dan internasional utama. Senyawa ini secara alami terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan kelebihan asam sitrat dengan mudah dimetabolisme dan dihilangkan dari tubuh.
Paparan terhadap asam sitrat kering ataupun larutan asam sitrat pekat dapat menyebabkan iritasi kulit dan mata. Pengenaan alat protektif (seperti sarung tangan atau kaca mata pelindung) perlu dilakukan saat menangani bahan-bahan tersebut.
2.1.6 Sikus asam sitrat
Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan jenjang reaksi metabolisme pernafasan selular yang terpacu enzim yang terjadi setelah proses glikolisis, dan bersama-sama merupakan pusat dari sekitar 500 reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel. Lintasan katabolisme akan menuju pada lintasan ini dengan
membawa molekul kecil untuk diiris guna menghasilkan energi, sedangkan lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari lintasan ini dengan penyediaan substrat senyawa karbon untuk keperluan biosintesis. “Metabolom dan jenjang reaksi pada siklus ini merupakan hasil karya Albert Szent-Györgyi and Hans Krebs”.
Pada sel eukariota, siklus asam sitrat terjadi pada mitokondria, sedangkan pada organisme aerob, siklus ini merupakan bagian dari lintasan metabolisme yang berperan dalam konversi kimiawi terhadap karbohidrat, lemak dan protein - menjadi karbon dioksida, air, dalam rangka menghasilkan suatu bentuk energi yang dapat digunakan. Reaksi lain pada lintasan katabolisme yang sama, antara lain glikolisis, oksidasi asam piruvat dan fosforilasi oksidatif.
Produk dari siklus asam sitrat adalah prekursor bagi berbagai jenis senyawa organik. Asam sitrat merupakan prekursor dari kolesterol dan asam lemak, asam ketoglutarat-alfa merupakan prekursor dari asam glutamat, purina dan beberapa asam amino, suksinil-KoA merupakan prekursor dari heme dan klorofil, asam oksaloasetat merupakan prekursor dari asam aspartat, purina, pirimidina dan beberapa asam amino.
Proses Pembentukan Asam Sitrat
Siklus asam sitrat dimulai dengan satu molekul asetil-KoA bereaksi dengan satu molekul H2O, melepaskan gugus koenzim-A, dan mendonorkan dua atom karbon yang tersisa dalam bentuk gugus asetil kepada asam oksaloasetat yang memiliki molekul dengan empat atom karbon, hingga menghasilkan asam sitrat dengan enam atom karbon.
2.2 Aspergillus Niger
Aspergilus niger merupakan fungi dari filum ascomycetes yang berfilamen,
mempunyai hifa berseptat, dan dapat ditemukan melimpah di alam. Fungi ini
biasanya diisolasi dari tanah, sisa tumbuhan, dan udara di dalam ruangan. Koloninya
berwarna putih pada Agar Dekstrosa Kentang (PDA) 25 °C dan berubah menjadi
hitam ketika konidia dibentuk. Kepala konidia dari A. niger berwarna hitam, bulat,
cenderung memisah menjadi bagian-bagian yang lebih longgar seiring dengan
bertambahnya umur.
2.2.1 Habitat Aspergillus Niger
A. niger dapat tumbuh optimum pada suhu 35-37 °C, dengan suhu minimum
6-8 °C, dan suhu maksimum 45-47 °C. Selain itu, dalam proses pertumbuhannya
fungi ini memerlukan oksigen yang cukup (aerobik). A. niger memiliki warna dasar
berwarna putih atau kuning dengan lapisan konidiospora tebal berwarna coklat gelap
sampai hitam.
2.2.2 Metabolisme Aspergilus Niger
Dalam metabolismenya A. niger dapat menghasilkan asam sitrat sehinga
fungi ini banyak digunakan sebagai model fermentasi karena fungi ini tidak
menghasilkan mikotoksin sehingga tidak membahayakan. A. niger dapat tumbuh
dengan cepat, oleh karena itu A. niger banyak digunakan secara komersial dalam
produksi asam sitrat, asam glukonat, dan pembuatan berapa enzim seperti amilase,
pektinase, amiloglukosidase, dan selulase.
Selain itu, A. niger juga menghasilkan gallic acid yang merupakan senyawa
fenolik yang biasa digunakan dalam industri farmasi dan juga dapat menjadi substrat
untuk memproduksi senyawa antioksidan dalam industri makanan.
A. niger dalam pertumbuhannya berhubungan langsung dengan zat makanan
yang terdapat dalam substrat, molekul sederhana yang terdapat disekeliling hifa
dapat langsung diserap sedangkan molekul yang lebih kompleks harus dipecah
dahulu sebelum diserap ke dalam sel, dengan menghasilkan beberapa enzim ekstra
seluler seperti protease, amilase, mananase, dan α-glaktosidase. Bahan organik dari
substrat digunakan oleh Aspergillus niger untuk aktivitas transport molekul,
pemeliharaan struktur sel, dan mobilitas sel.
Aspergillus niger Mikrograf dari A. niger yang ditumbuhkan pada medium Sabouraud agar dengan perbesaran 100x
Klasifikasi ilmiah Domain: Eukaryota
Kerajaan: Fungi
Filum: Ascomycota
Upafilum: Pezizomycotina
Kelas: Eurotiomycetes
Ordo: Eurotiales
Famili: Trichocomaceae
Genus: Aspergillus
Spesies: A. nigerNama binomial Aspergillus niger van Tieghem 1867
2.3 Fermentasi
2.3.1 Sejarah Fermentasi
Ahli Kimia Perancis, Louis Pasteur adalah seorang zymologist pertama ketika
di tahun 1857 mengkaitkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan fermentasi
sebagai "respirasi (pernafasan) tanpa udara".
Pasteur melakukan penelitian secara hati-hati dan menyimpulkan, "Saya
berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak terjadi tanpa adanya organisasi,
pertumbuhan dan multiplikasi sel-sel secara simultan..... Jika ditanya, bagaimana