Karakteristik Fermentasi Pulp Kakao dalam Produksi Asam ... · kayu, limbah kayu, onggok, pulp kakao (Hartono 1991). ... harus dioptimasi, fermentasi dan destilasi (Hartoto 1991).

TINJAUAN PUSTAKA

Pulp Kakao

Kakao lindak paling banyak dibudidayakan di seluruh negara produsen

kakao dunia termasuk Indonesia, dan didominasi oleh perkebunan rakyat. Kakao

lindak Indonesia ditandai dengan ciri pulp yang tebal, keasaman biji keringnya

tinggi. Pulp yang tebal dapat berasal dari buah yang kurang masak atau biji kecil

(Suryatmi 1995). Hasil analisis komposisi dari pulp kakao dari Ivorian, Nigerian

dan Malaysia dapat dilihat pada Tabel 1 (Pettipher 1986).

Tabel 1. Komposisi pulp kakao Ivorian, Nigerian dan Malaysian (Pettipher 1986) Komposisi Ivorian Nigerian Malaysian

(g/100g berat segar pulpa)

Etanol 0 0.10 0.20 Sukrosa 4.35 1.92 1.35 Glukosa 3.00 5.06 4.90 Fruktosa 3.80 6.07 5.35 Dalam freeze dried (g/kg berat kering)

Selulosa 51.80 Tidak ditentukan 47.30 Hemiselulosa 28.50 Tidak ditentukan 15.80 Pektin 66.10 59.1 37.50 Lignin 15.00 Tidak ditentukan 5.00

Sekitar 15-25% larutan gula dapat diubah selama fermentasi. Berbagai

jenis bahan seperti pati kentang, sirup glukosa, sukrosa, sirup gula tebu, molases

tebu dan molases bit dapat digunakan sebagai karbohidrat. Tetapi pada umumnya

hanya gula yang dapat dengan cepat dimanfaatkan sebagai sumber karbon dalam

fermentasi. Atmawinata et al. (1998) menyatakan bahwa pulp diketahui

mempunyai kandungan glukosa antara 10-15% dan air 80-85%. Effendi (2002)

menyatakan bahwa, limbah cair pulp kakao dengan kadar gula 12-15% potensial

untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku berbagai produk proses kimia industri

melalui pendekatan bioteknologi.

Komposisi media merupakan faktor yang penting bagi pertumbuhan

mikroorganisme. Menurut Purawisastra et al. (1994) komponen media yang

diperlukan adalah unsur karbon, nitrogen dan mineral. Pengaruh konsentrasi

sukrosa awal yang berbeda pada fermentasi gula pasir dan nira tebu terhadap

etanol yang dihasilkan disebabkan karena konsentrasi glukosa pada awal

fermentasi untuk kedua medium adalah berbeda. Nira tebu mengandung glukosa

lebih besar dari gula pasir karena nira tebu merupakan bahan alami, sehingga

molekul glukosanya tidak hanya secara alami sudah mengandung glukosa, tetapi

juga berasal dari molekul sukrosa yang terhidrolisis.

Fermentasi Alkohol

Etanol adalah nama kimia dari alkohol, rumus kimianya adalah C2H5OH.

Penggunaannya sangat luas antara lain dalam industri kimia, kosmetik, industri

minuman, sebagai bahan pelarut dan bahan bakar. Etanol dapat dibuat dari bahan

hasil pertanian, seperti bahan yang mengandung turunan gula (molase gula tebu,

sari buah), bahan yang mengandung pati, atau bahan yang mengandung selulosa

kayu, limbah kayu, onggok, pulp kakao (Hartono 1991).

Gula sederhana seperti glukosa dapat langsung difermentasi menjadi

etanol. Bahan yang mengandung senyawa yang lebih kompleks seperti pati atau

selulosa harus dihidrolisis menjadi senyawa yang lebih sederhana sebelum

difermentasi menjadi etanol. Hidrolisis dapat dilakukan secara kimiawi atau

menggunakan enzim. Purawisastra et al. (1994) menjelaskan bahwa medium gula

pasir dengan penambahan enzim invertase dapat meningkatkan konsentrasi etanol

yang dihasilkan.

Susijahadi et al. (1998) lebih lanjut menjelaskan bahwa konsentrasi

gula awal substrat berpengaruh terhadap jumlah alkohol yang dihasilkan.

Wardani et al. (1991) menjelaskan bahwa, secara teoritis kadar alkohol

maksimum yang dapat diperoleh dari 180 g/l gula adalah 12.26% v/v.

S. cerevisiae adalah galur yang memproduksi etanol dalam jumah tinggi

sehingga sering digunakan dalam produksi etanol, anggur, minuman keras, dan

enzim invertase. Purawisastra et al. (1994) menyimpulkan bahwa enzim invertase

disamping berperan pada hidrolisis molekul sukrosa menjadi fruktosa dan

glukosa. Juga dapat membantu proses konversi glukosa menjadi etanol. Dengan

demikian, etanol yang dihasilkan dipengaruhi oleh konsentrasi awal molekul

sukrosa dan glukosa sebelum fermentasi berlangsung.

Baik khamir maupun bakteri dapat digunakan untuk memproduksi etanol.

Khamir S. cerevisiae var ellipsoids mampu menghasilkan etanol dalam jumlah

tinggi 16-18% pada media yang sesuai. Damanhuri (2004) menyimpulkan bahwa,

substrat larutan madu rambutan afkir dengan kadar gula total 20% menghasilkan

16.10% etanol. Effendi (2002) berpendapat bahwa, fermentasi substrat limbah

cair pulp kakao dengan kadar gula 12.63% baik tanpa maupun dengan

penambahan urea dan S. cerevisiae R60 dengan konsentrasi inokulum 10% (v/v),

suhu 30 οC, waktu fermentasi 48 jam dihasilkan kadar etanol rata-rata 5.30%.

Untuk menghasilkan kadar etanol sebesar 5% sampai 6% diperlukan waktu

fermentasi antara 48 sampai 50 jam.

Pada kondisi aerob atau konsentrasi glukosa tinggi S. cerevisiae tumbuh

dengan baik, namun etanol yang dihasilkan rendah dibandingkan secara anaerob.

Pada kondisi anaerob, pertumbuhan lambat dan piruvat dari jalur katabolik

dipecah oleh enzim piruvat dikarbosilase menjadi asetaldehid dan karbon

dioksida. Pada umumnya produksi etanol meliputi tiga tahap dimana tiap tahap

harus dioptimasi, fermentasi dan destilasi (Hartoto 1991).

Fermentasi Asam Asetat

Asam asetat merupakan hasil dua tahap proses fermentasi dimana tahap

pertama adalah fermentasi gula menjadi etanol oleh khamir, sedangkan tahap

kedua adalah oksidasi etanol menjadi asam asetat oleh bakteri asam asetat.

Asam asetat (vinegar) adalah senyawa yang cukup penting dalam pengolahan

bahan pangan baik sebagai bumbu maupun bahan pengawet (Luwihana 1998).

Menurut Wardani et al. (1991) bahwa vinegar adalah larutan encer asam asetat

yang dihasilkan melalui dua tahap fermentasi larutan gula menjadi etanol dan

dilanjutkan dengan proses oksidasi etanol menjadi asam asetat.

Fermentasi asam asetat membutuhkan medium yang mengandung etanol

10-13%, umumnya medium tersebut diperoleh dari hasil fermentasi alkohol, yaitu

fermentasi pengubahan gula menjadi etanol. Bila konsentrasi etanol terlalu tinggi,

pembentukan asam asetat akan terganggu, sehingga fermentasi etanol menjadi

asam asetat tidak berlangsung dengan sempurna, selain itu keasaman medium

perlu diperhatikan (Darwis dan Sukara 1989). Damanhuri (2004) menjelaskan

fermentasi asam asetat dengan substrat etanol 16.10% menghasilkan 0.11% asam

asetat dengan lama fermentasi selama 5 minggu.

Pada proses pembuatan cuka fermentasi, mula-mula dilakukan tahap

fermentasi alkohol dimana gula yang ada diubah menjadi etanol menggunakan

khamir S. cerevisiae dalam kondisi anaerobik, selanjutnya dalam tahap fermentasi

asetat, etanol akan diubah menjadi asam asetat, galur yang paling umum

digunakan ialah A. aceti, dalam kondisi aerob (Chandra et al. 1990).

Effendi (2002), menyimpulkan bahwa pada fermentasi etanol hasil

fermentasi limbah cair pulp kakao oleh A. aceti B127 dengan kondisi suhu 30 οC,

nilai pH awal 4, konsentrasi etanol 5% (v/v), inokulum 10% (v/v), dengan

kecepatan pengadukan terbaik 400 rpm dengan hasil asam asetat 4.24%. Ebner

(1983) dan Standardisasi Nasional (1990) menjelaskan cuka yang baik minimal

harus mengandung 4% asam asetat.

Produksi asam asetat dapat ditingkatkan dengan cara pemberian aerasi dan

agitasi serta pengaturan suhu fermentasi pada suhu optimum pertumbuhan bakteri

asam asetat. Produksi asam sangat bergantung pada tingkat kesuburan

pertumbuhan sel bakteri dan tingkat kesuburan tersebut menurun seiring dengan

peningkatan kadar etanol substrat (Soedarini et al. 1998).

Pudjiraharti et al. (1998) menyimpulkan bahwa pembuatan asam cuka dari

sari buah jambu mete telah dilakukan dalam fermentor Biostat B skala 2 liter.

Fermentasi berlangsung pada suhu 35 οC, pH awal 4, aerasi 1 vvm dan berbagai

kecepatan agitasi 500, 600 dan 700 rpm selama 6 hari. Kadar total asam

maksimum dicapai pada hari ke-tiga fermentasi pada semua kecepatan agitasi.

Fermentasi dengan kecepatan agitasi 600 rpm menunjukkan total asam tertinggi

4.01% (b/v) ekivalen dengan 3.90% (b/v) asam asetat dengan efisiensi

pengubahan dari etanol menjadi asam asetat 58.64%. Dari hasil analisis

kandungan etanol, pada hari ke-tiga fermentasi kadar etanol sisa dalam media

mendekati nol pada semua kecepatan agitasi.

Nurika et al. (2001) menyimpulkan bahwa, nilai rata-rata jumlah asam

asetat yang terbentuk dari media air kelapa secara fermentasi kontinyu dengan

penambahan 10% (v/v) A. aceti FNCC 0016 (IFO 3283) berkisar antara 0.44

sampai dengan 1.12 g/hari yang diperoleh dari perlakuan tinggi partikel dalam

kolom bio-oksidasi 34 cm dengan kecepatan aerasi 0.08 vvm.

Enzim Selulase

Irawadi (1999) menyatakan bahwa, enzim yang berperan dalam proses

hidrolisis limbah lignoselulosa terdiri dari tiga kelompok, yaitu kelompok

selulase, ligninase dan hemiselulase. Masing-masing kelompok terdiri atas tiga

jenis enzim. Selulase terdiri dari endoglukanase (CHC-ase), eksoglukanase

(selobio-hidrolase) dan β-glukosidase. Ligninase terdiri dari laccase,

lignin-peroksidase dan Mn-peroksidase. Hemiselulase (xilanase) terdiri dari

endoxilanase, eksoxilanase dan β-xilosidase. Sudaryati et al. (1993) menyatakan

bahwa, selulase adalah nama trival bagi semua enzim yang memutuskan ikatan

glikosidik β-1.4 di dalam selulosa, sedodekstrin, selobiosa.

Selulase sesungguhnya adalah enzim yang kompleks sehingga dapat

mendegradasi selulosa membentuk monosakaridanya yaitu glukosa. Aktivitas

enzim selulase dinyatakan dalam satuan unit per mililiter filtrat enzim (U/ml).

Satu unit aktivitas enzim setara dengan satu mikromol glukosa yang dihasilkan

dari perlakuan enzim terhadap larutan karboksimetil selulosa 1% setara 1 unit

(Wirakartakusumah et al. 1987). Menurut Irawadi (1999) bahwa, semakin tinggi

aktivitas enzim maka semakin tinggi pula gula pereduksi yang dihasilkan.

Purwadaria et al. (2004) menyatakan bahwa, produksi enzim selulase

dengan Penicillium nalgiovense S11 pada media pollard gandum dapat

ditingkatkan dengan perlakuan awal pada substrat. Perlakuan NaOH dengan

peningkatan konsentrasi substrat dari 2 menjadi 4% dengan waktu inkubasi

optimum 5 hari meningkatkan produksi enzim selulase (CMCase, FPase,

β-glucosidase). Penambahan 250 ppm glukosa juga meningkatkan aktivitas

spesifik dari CMCase, FPase, β-glucosidase.

Menurut Ghani et al. (1990) bahwa, enzim selulotik terbentuk dari

beberapa mikroorganisme termasuk fungi, actinomycetes dan bakteri, ada 40

spesies fungi, 12 spesies bakteri dan 4 spesies dari actinomycetes yang dapat

memproduksi selulase. Beberapa keuntungan dalam penggunaan bakteri :

1) Spesies bakteri mempunyai waktu potensial lebih besar dalam manipulasi

genetik.

2) Bakteri memiliki waktu pendek untuk produksi enzim

Selulosa yang tersedia berlimpah sangat potensial dipakai sebagai bahan

baku untuk produksi etanol. Proses hidrolisis enzimatis secara bertahap dari

selulosa menjadi glukosa dipengaruhi oleh faktor penghambat yang sangat

menentukan didalam biokonversi selulosa menjadi etanol. Faktor penyebab

utamanya ialah adanya penghambatan produk (terutama selobiosa dan glukosa)

terhadap semua tahapan hidrolisis karena rendahnya aktivitas enzim β-glukosidase

(EC.3.2.1.21) dalam kompleks enzim selulase dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Tahapan hidrolisis selulosa oleh enzim dan sistem sakarifikasi dan fermentasi sinambung selulosa menjadi etanol (Koesnandar, 2001).

Koesnandar (2001) menyimpulkan bahwa, konversi selobiosa

menggunakan sistem batch berulang dengan penambahan substrat selobiosa

secara bertahap dengan kondisi anaerob, etanol yang diperoleh ialah 60-70 g/l

selama 50-75 jam inkubasi dengan hasil konversi antara 0.40-0.47 g etanol/g

selobiosa. Hasil tersebut menunjukkan bahwa imobilisasi sel ganda antara

Lipomyces starkeyi dan S. cerevisiae sangat potensial untuk memproduksi

etanol dari selobiosa secara langsung pada konsentrasi yang tinggi (Tabel 2).

Selulosa

β -- glukosidase

Glukosa Etanol

HambatHambat Hambat

Eksoglukanaseendoglukanase

Sakarifikasi dan fermentasi sinambung

Selobiosagula lain

Khamir

Tabel 2. Sakarifikasi dan fermentasi simultan selebiosa menjadi etanol menggunakan berbagai katalis

Katalis yang digunakan

Produksi etanol final

(g/l)

Etanol (g/g

substrat)

Sumber acuan

Imobilisasi sel ganda Lypomyces starkeyi dan Saccharomyces cerevisiae

70.00 0.47 Koesnandar (2001)

Rekombinan Klebsiella oxytoca 45.20 0.49 Wood & Ingram (1992)

Keuntungan lain dari hidrolisis enzim selain dapat bekerja pada

kondisi normal atau tidak memerlukan suhu, tekanan dan pH yang tinggi,

juga produk yang dihasilkan lebih spesifik dan dekomposisi dapat dihindari.

Laju reaksi enzim sangat dipengaruhi oleh adsorpsi enzim substrat. Semakin

banyak enzim yang dapat diserap maka semakin tinggi kecepatan reaksi hidrolisis

enzim. Faktor yang mempengaruhi adsorpsi selulase pada selulosa adalah sifat

substrat, konsentrasi enzim, perubahan struktur substrat selama hidrolisis,

inaktivasi selulase oleh produk-produk hidrolisis (Irawadi 1999).

Bioreaktor

Bioreaktor adalah alat yang digunakan untuk memperoleh lingkungan

terkontrol untuk pertumbuhan mikroorganisme, sehingga diperoleh produk yang

diinginkan. Dua kriteria penting dalam penggunaan bioreaktor adalah

(1) peralatan harus dapat dioperasikan secara aseptis selama beberapa hari dan

mampu digunakan untuk jangka waktu yang lama, (2) agitasi dan aerasi harus

cukup tersedia agar kebutuhan metabolisme mikroorganisme terpenuhi (Stanbury

dan Whitaker 1984.)

Penggunaan bioreaktor diharapkan antara lain mampu memberikan

kondisi lingkungan seperti pH, suhu, oksigen terlarut bagi pertumbuhan

mikroorganisme beserta aktivitas metabolik yang diharapkan sehingga tercapai

proses optimum serta dapat dicegah terjadinya kontaminasi yang berasal dari

lingkungan (Hartato dan Sailah 1989). Berdasarkan cara pemberian medium atau

substrat dan pengambilan produk, sistem operasi bioreaktor dapat digolongkan

menjadi sistem batch, kontinyu dan fed-bacth (Hartoto 1991).

Tipe Fermentor

Penggolongan tipe fermentor dilakukan berdasarkan mode operasi dan

pola alir fermentor. Sistem yang paling umum digunakan adalah tangki batch

berpengaduk. Pada beberapa kasus, reaktor tipe ini juga dikerjakan secara

fed-batch.

• Fermentor Batch

Fermentor batch relatif sederhana sesuai dengan cara operasinya, sehingga

baik untuk percobaan penentuan kinetika reaksi skala kecil. Konfigurasi fermentor

ini dapat dilihat pada Gambar 2. Beberapa kelebihan fermentor batch antara lain

adalah fleksibilitas operasinya, yaitu lebih mudah dan cepat. Namun

kelemahannya perlu banyak tenaga kerja, dan pengawasan mutu produk yang

rendah selama operasi (Hartato dan Sailah 1989).

Menurut Machfud et al. (1989) tangki fermentor bacth adalah jenis

reaktor yang paling sederhana. Reaktor ini digunakan untuk substrat yang

mempunyai viskositas tinggi. Reaktor jenis ini dapat pula dibuat secara fed-batch

sehingga reaksi dapat berlangsung lebih efisien.

Gambar 2. Penampang fermentor untuk fermentasi skala laboratorium

Uap untuk Sterilisasi

Motor

Pemecah Busa

Medium

Udara Steril

Impeller

Pengendali pH

• Fermentor Tangki Teraduk Kontinyu

Jenis fermentor ini tidak berbeda dengan fermentor batch, kecuali adanya

saluran untuk memasukan umpan dan mengeluarkan produk. Perbedaan kedua

jenis fermentor ini terutama pada tangki teraduk kontinyu berjalan secara steady

state yaitu kondisi (konsentrasi dan suhu) dalam fermentor tidak berubah selama

fermentasi. Hal tersebut dapat dicapai dengan adanya aliran umpan masuk dan

aliran produk yang keluar sama secara kontinyu.

Karakteristik penting fermentor tangki teraduk kontinyu adalah kondisi di

dalam fermentor sama dengan kondisi pada aliran keluar. Dengan demikian untuk

mengetahui kondisi di dalam fermentor seperti sisa umpan atau produk yang

terbentuk dapat dilakukan dengan menganalisis cairan fermentasi yang keluar

fermentor (Rahman 1992).

Sistem Operasi Bioreaktor

Berdasarkan pemberian medium atau substrat dan pengambilan produk,

sistem operasi bioreaktor dapat digolongkan menjadi sistem batch, kontinyu dan

fed-batch.

• Sistem Batch

Pada sistem batch atau curah, substrat dimasukkan ke dalam bioreaktor,

kemudian dibiarkan teraduk sampai selang waktu tertentu. Setelah tercapai tingkat

konversi yang dikehendaki, produk yang dihasilkan dikeluarkan. Selang waktu

operasi sistem batch biasanya lebih pendek dari sistem kontinyu. Disebabkan

selama proses tidak ada aliran yang keluar dan masuk dimana dikenal dengan

sistem tertutup. Sistem batch merupakan sistem yang paling sederhana dan efektif

untuk reaksi-reaksi homogen (Hartato 1991).

Pada fermentasi sistem tertutup, setelah inokulasi tidak dilakukan lagi

penambahan medium ke dalam fermentor, kecuali pemberian oksigen,

antibuih dan asam atau basa untuk mengatur pH. Karena itu pada sistem

tertutup ini, dengan semakin lamanya waktu fermentasi, laju pertumbuhan

spesifik mikroorganisme semakin menurun sampai akhirnya pertumbuhan

berhenti. Penurunan dan berhentinya pertumbuhan disebabkan karena dengan

berhenti. Penurunan dan berhentinya pertumbuhan disebabkan karena dengan

semakin bertambahnya waktu fermentasi, nutrien-nutrien esensial dalam medium

semakin berkurang yang mempengaruhi laju pertumbuhan (Rahman 1992).

• Sistem Kontinyu

Pada sistem ini terdapat aliran medium yang masuk ke dalam bioreaktor

serta ada aliran produk beserta sisa substrat yang belum terkonversi keluar.

Adanya kedua aliran ini menyebabkan sistem ini disebut sebagai sistem terbuka

(Hartato 1991). Lebih lanjut menurut Machfud et al. (1989), bahwa dalam sistem

kontinyu, larutan nutrien steril dalam volume tertentu ditambahkan ke dalam

fermentor secara terus-menerus, dan pada saat bersamaan cairan fermentasi yang

mengandung sel dan produk fermentasi dikeluarkan dari fermentor dengan

volume yang sama.

Sistem kontinyu sangat efektif untuk reaksi homogen dengan jumlah

substrat yang besar. Modifikasi sistem ini antara lain sistem seri yaitu beberapa

bioreaktor digabung atau adanya daur ulang untuk meningkatkan konsentrasi

produk yang diinginkan (Rahman 1992).

• Sistem Fed-Batch

Istilah kultur fed-batch pertama kali digunakan oleh Yoshida et al. (1973)

untuk menggambarkan pengoperasian kultur batch yang secara bertahap. Dengan

adanya penambahan nutrien (media) mengakibatkan volume kultur terus

meningkat. Kultur fed-batch dibandingkan dengan kultur batch konvensional

memiliki beberapa keuntungan yaitu rendahnya konsentrasi gula tereduksi,

tingginya konsentrasi oksigen terlarut di dalam media, penurunan waktu

fermentasi dan meningkatkan produktivitas (Roukas 1996).

Ciri lain dari kultur fed-batch adalah adanya keleluasan untuk mengatur

konsentrasi nutrien tertentu di dalam kultur selama proses berlangsung, yaitu

dengan memanipulasi laju penambahannya (Minihane dan Brown 1986). Oleh

karena itu kultur fed-batch umumnya lebih unggul dibandingkan kultur batch

konvensional khususnya pada proses fermentasi yang produktivitasnya dapat

ditingkatkan melalui manipulasi konsentrasi nutrien medium.

Kultur fed-batch sangat ideal diterapkan pada fermentasi yang

pertumbuhan sel atau proses pembentukan produknya peka terhadap konsentrasi

substrat pembatas. Umumnya teknik ini efektif dalam mengurangi pengaruh

inhibisi substrat. Selain itu, teknik ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan

konsentrasi sel yang tinggi, mengatasi kehilangan air akibat penguapan

selama fermentasi serta untuk mempertahankan viskositas medium (Minihane

dan Brown 1986).

Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi dalam Bioreaktor

• Suhu

Laju pertumbuhan mikroorganisme yang terdiri dari serangkaian reaksi

kompleks yang melibatkan enzim sebagai katalis, akan meningkatkan dua kali

dengan meningkatnya suhu sebesar 10 οC. Peningkatan laju pertumbuhan tersebut

hanya terjadi pada selang suhu tertentu. Pada suhu rendah, laju pertumbuhan

menurun kematian sel meningkat dan akibat mekanisme pengaturan nutrien dan

produk ke dalam dan keluar sel. Pada suhu yang tinggi, laju pertumbuhan

menurun dikarenakan laju kematian sel meningkat akibat denaturasi thermal

komponen protein dan pemecahan struktur sel yang penting seperti fluiditas

membran seluler.

Berdasarkan penelitian Purawisastra et al. (1994) bahwa hasil

fermentasi etanol meliputi konsentrasi, efisiensi dan yield pada

Zymomonas mobilis dalam medium gula dan nira tebu dapat ditingkatkan dengan

penambahan enzim invertase pada suhu 35 οC. Pudjiraharti et al. (1998)

menyatakan bahwa pembuatan asam cuka dari sari buah jambu mete telah

dilakukan dalam fermentor Biostat-B skala 2 liter dimana fermentasi

dilangsungkan pada suhu 35 οC.

• pH

Kondisi medium seperti pH mempunyai pengaruh yang besar terhadap

pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroorganisme. Tingkat pH

medium juga mempengaruhi produk yang dibentuk, selain mempengaruhi

pertumbuhan mikroorganisme. Sebagai contoh kebenyakan bakteri pada kondisi

anaerob cenderung membentuk produk yang bersifat netral selama pertumbuhan

pada pH rendah, sementara pada pH alkalis berubah membuat produk bersifat

asam. Hal ini mengakibatkan pengontrolan pH selama bioreaktor merupakan hal

yang sangat penting.

• Aerasi dan Agitasi

Pada fermentasi alkohol hasil fermentasi limbah cair pulp kakao oleh

A. aceti B127 secara kultur batch dengan kondisi suhu 30 οC nilai pH awal 4,

konsentrasi etanol 5.0% v/v, inokulum 10% v/v, diperoleh kecepatan pengadukan

terbaik adalah 400 rpm dengan hasil asam asetat 4.24% dengan efisien 71.20%.

Berdasarkan kinetika produksi asam asetat dari etanol hasil fermentasi limbah cair

pulp kakao oleh A. aceti B127 dengan kecepatan aerasi 1.0 vvm sebesar 4.24%

lebih tinggi dibandingkan dengan kecepatan aerasi 0.5 vvm dan 1.5 vvm

(Effendi 2002).

Roukas (1996) menyimpulkan bahwa, kultur fed-batch membuktikan

proses fermentasi untuk produksi etanol lebih baik dibanding kultur batch. Kultur

fed-batch dengan atau tanpa immobilisasi sel S. cerevisiae menghasilkan

konsentrasi etanol maksimum 53 g/l dengan konsentrasi gula awal 250 g/l dengan

feeding rate 250 ml/jam. Pada repeated fed-batch kultur, secara keseluruhan sel

imobilisasi S. cerevisiae memberikan konsentrasi etanol tertinggi.

Kinetika Proses Fermentasi

Pertumbuhan sel dan pembentukan produk oleh mikroorganisme

merupakan proses biokonversi dengan nutrien kimiawi yang diumpankan pada

fermentasi dikonversi menjadi metabolit. Setiap tahap konversi tersebut dapat

dikuantitatifkan oleh suatu koefisien hasil yang dinyatakan sebagai massa sel atau

produk yang terbentuk persatuaan massa sel atau produk yang terbentuk per-unit

massa nutrien yang dikonsumsi yaitu Y x/s untuk sel dan Y p/s untuk produk.

Hubungan kinetika di antara pertumbuhan dan pembentukan produk

tergantung pada peranan produk dalam metabolisme sel. Dua buah kinetik yang

umum digunakan adalah kinetika yang menggambarkan sintesis produk selama

pertumbuhan, dan kinetika yang menggambarkan sintesis produk selama

pertumbuhan terhenti (Said 1987).

Menurut Darwis dan Sunarti (1991) produk-produk yang dihasilkan pada

pola pertumbuhan berasosiasi dengan pembentukan produk biasanya merupakan

produk-produk langsung dari suatu jalur katabolit seperti pada fermentasi anaerob

glukosa menjadi etanol, atau produk-produk tersebut dihasilkan sebagai

metabolit-metabolit primer dan hubungannya dengan pertumbuhan dinyatakan

dalam persamaan berikut :

• Laju pertumbuhan spesifik

Peningkatan jumlah biomassa (dx) (b/v) selama interval waktu yang sangat

kecil sebanding dengan jumlah biomassa yang ada dan interval waktu :

dtdx ×= μ …(1)

dengan µ adalah laju pertumbuhan spesifik (jam-1).

Xt = X0eµt … (2)

• Growth Yield etanol / asam asetat

Growth yield (Y x/s) didefinisikan sebagai peningkatan jumlah biomassa (x)

sebagai akibat penggunaan substrat (s).

dsdx

sxY −= … (3)

Growth Yield diasumsikan konstan dan dapat berubah jika terlampaui fase

pertumbuhan yang berasosiasi dengan fermentasi.

)()(

0

0

ssxx

sxY

−−

= … (4)

Dengan s dan s0 masing-masing adalah substrat akhir dan substrat awal.

Product yield (Y p/s) dapat dihitung dari persamaan berikut ini :

... (5)

dengan p dan p0 masing-masing adalah konsentrasi produk akhir dan

konsentrasi produk awal.

)()(

0

0

sspp

Ysp −

−=