BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Jamur Aspergillus Niger adalah mikroba yang paling banyak
digunakan dalam produksi asam sitrat secara komersial. 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.
Asam sitrat merupakan metabolit primer yang dihasilkan dari
proses fermentasi. Asam sitrat merupakan asam organik yang
penggunannya cukup luas di dunia industri. Hampir 70% dari produksi
asam sitrat digunakan oleh industri makanan sebagai bahan tambahan
karena memiliki rasa yang enak dan aman dikonsumsi. Dan kurang
lebih 10% dari produksi asam sitrat digunakan untuk bidang kosmetik
dan farmasi, seperti untuk bahan pengisi pembuatan antacid,
multivitamin, dan senyawa pelarut aspirin. Asam sitrat juga
digunakan untuk senyawa pengkelat logam, sehingga banyak digunakan
untuk membersihkan boiler dan instalasi sejenis. Kemampuan asam
sitrat untuk mengkelat 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 termasuk salah satu produk andalan yang di ekspor
Indonesia ke berbagai negara. Termasuk negara-negara maju seperti
Amerika Serikat, Jepang, Inggris, dan lain-lain. Kebutuhan dunia
akan asam sitrat terus meningkat dari tahun ke tahun dan produksi
asam sitrat setiap tahunya meningkat sebesar 2- 3%.
Asam sitrat merupakan produk metabolit primer dari fermentasi
substrat yang mengandung unsur karbon oleh jamur Aspergillus Niger.
Berbagai proses fermentasi asam sitrat telah dikembangkan. Proses
Koji merupakan fermentasi tradisional yang menggunakan substrat
padat dan dapat digolongkan sebagai fermentasi permukaan. Proses
fermentasi bawah permukaan menunjukkan hasil yang lebih baik
dibandingkan dengan fermentasi permukaan (Bailey dan Ollis,
1986).
1.2 Tujuan
Untuk mengetahui proses produksi asam sitrat oleh Aspergillus
Niger
Untuk mengetahui pengaruh komposisi media fermentasi pada
produksi asam sitrat oleh Aspergillus Niger.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Landasan Teori
Fermentasi adalah reaksi dengan menggunakan biokatalis untuk
mengubah bahan baku menjadi produk. Biokatalis yang digunakan
adalah bakteri, yeast atau jamur (fungi).
Asam sitrat merupakan suatu senyawa organik, yang banyak
ditemukan pada daun dan buah tumbuhan yang mempunyai rasa asam.
Senyawa ini merupakan bahan pengawet alami yang baik, selain
dipakai sebagai penambahan rasa masam pada makanan juga dapat
digunakan untuk minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal
sebagai senyawa antara yang penting dalam metabolisme makhluk
hidup, sehingga ditemukan pada hampir semua 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. Rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7. Struktur asam ini
tercermin pada nama IUPAC nya asam 2-
hidroksi-1,2,3-propanatrikarboksilat.
Aspergillus niger merupakan Sebagai inokulum pada pembuatan asam
sitrat digunakan strain-strain tertentu dari Aspergillus Niger,
Aspergillus fumaricus, Aspergillus japonicus, atau Aspergillus
wentii. Pada penelitian ini digunakan sejumlah strain Aspergillus
Niger karena memiliki kemampuan produksi yang paling baik dalam
fermentasi asam sitrat (Currie, 1917). 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.
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 -glaktosidase. Bahan organik dari
substrat digunakan oleh Aspergillus niger untuk aktivitas transport
molekul, pemeliharaan struktur sel, dan mobilitas sel.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Proses Produksi
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.
Fermentasi asam sitrat
Dapat dilakukan menggunakan 2 macam metode fermentasi :
permukaan (surface process) dan bawah permukaan (submerged
process).
Pada tahap tropofase, sebagian dari glukosa digunakan untuk
membentuk miselium dan respirasi.
Pada tahap idiofase, sisa glukosa diubah menjadi asam organik,
termasuk asam sitrat.
Produksi berkisar antara 4069% dalam bentuk asam sitrat1hidrat
(123 g per 100 g sukrosa) atau asam sitrat anhidrat (112 g per 100
g sukrosa).
Medium untuk nutrisi
Sumber karbon : berbagai amilum dapat digunakan (kentang,
hidrolisat amilum, sirup glukosa, sukrosa, molase, dll).
Penambahan trace elements (Cu, Mn, Mg, Fe, Zn, Mo) dalam skala
ppm. Bila berlebih dapat berakibat toksik.
Fe merupakan faktor penentu, jumlahnya tergantung pada sumber
karbon yang digunakan.
Komponen medium lainnya : sumber nitrogen, fosfat, juga
diperlukan
pH harus diatur < 3.0, untuk menekan pembentukan asam oksalat
dan asam
glukonat. Selain itu dapat mengurangi kemungkinan
terkontaminasi.
3.1.1 Galur Pembentuk Asam Sitrat
Secara alami asam sitrat merupakan produk metabolisme primer,
tidak diekskresi oleh mikroorganisme dalam jumlah yang cukup
berarti. Penggunaan Aspergillus niger sp sebagai agen biologis
dapat menekan produk-produk samping yang tidak diinginkan seperti :
asam oksalat, asam isositrat dan asam glukonat.
Proses penguraian glukosa menjadi piruvat, alkohol, laktat, atau
CO2 dan air dapat berlangsung melalui beberapa jalan metabolisme,
tergantung keadaan lingkungan, keadaan sel, atau macam jasadnya.
Satu macam jasad hidup dapat melakukan satu atau lebih jalur
metabolisme penguraian glukosa, tergantung keperluan dan proses
penguraian tersebut (Wirahadi-kusumah, 1988 ). Daur asam sitrat
dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1. Daur asam trikarboksilat (Krebs) sebagai bagian utama
penghasil metabolisme energy
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Hasil dan Pembahasan
Proses pembuatan asam sitrat dapat berjalan dengan maksimal
tergantung dari parameter fermentasi yang optimal dan komposisi
media fermentasi. Kondisi media yang baik ialah tergantung pada
konsentrasi gula, waktu sintesa asam sitrat, suplai oksigen, suhu,
pH, dan komposisi media fermentasi.
4.1.1 Kandungan gula
Umumnya konsentrasi gula yang tinggi diperlukan untuk
mendapatkan hasil yang banyak. Larutan dengan konsentrasi 14-20 %
dapat dipergunakan. Substitusi parsial terhadap sukrosa dan
fruktosa atau glukosa, yang menghasilkan konsentrasi gula 1-5 %
(diluar total 14 %) akan menghasilkan asam sitrat yang lebih
sedkkit bila dibandingkan dengan media yang hanya mengandung
sukrosa. Hidrolisa parsial selama sterilisasi juga menurunkan hasil
asam sitrat.
4.1.2 Profil Waktu asam sitrat
Fermentasi dilakukan dengan malt berbeda sorgum dari 24 jam
menjadi 216 jam. Hasil maksimum asam sitrat diperoleh setelah 144
jam (7 hari).
4.1.3 Suplai oksigen
Suplai oksigen (melalui udara) yang terlalu banyak justru akan
menurunkan rendemen. Kadang-kadang justru rendemen akhir fermentasi
dengan suplai udara khusus sama saja dengan rendemen akhir
fermentasi tanpa suplai udara. Tetapi suplai udara yang terlalu
sedikit juga berakibat tidak baik terhadap asam sitrat.
4.1.4 Suhu
Suhu yang tepat tergantung pada organisme dan kondisi
fermentasi. Biasanya fermentasi dilakukan pada suhu 2535oC. Doelgar
dan Prescott menegaskan bahwa 26 28oC adalah suhu yang paling
optimum. Mereka menyatakan bahwa jumlah asam sitrat yang dihasilkan
akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu dari 8 28oC. Diatas
30oC produksi asam sitrat akan menurun dan produksi asam oksalat
justru akan meningkat. Aspergillus niger pada suhu inkubasi
menghasilkan kalsium sitrat sebanyak 2530 gram dari 200 gram molase
yang mengalami dua hari fermentasi. selain itu juga dihasilkan
kalsium glukonat.
4.1.5 Keasaman (pH)
Kemantapan pH adalah faktor yang terpenting dalam proses
fermentasi. Garam-garam anorganik dan pH sangat berpengaruh
terhadap porporsi asam sitrat dan oksalat yang dihasilkan. Jadi pH
dan garam anorganik harus demikian hingga produksi asam sitrat
tinggi dan sebaliknya asam oksalat ditekan serendah mungkin.
Penggunaan pH rendah banyak menguntungkan yakni hasil asam sitrat
yang tinggi, pembentukan asam oksalat tertekan dan bahaya
kontaminasi minimum.
2.3.6 Komposisi Media Fermentasi
Komposisi media fermentasi sangat mempengaruhi produksi asam
sitrat. Media fermentasi asam sitrat harus mengandung makronutrien
seperti sumber karbon, nitrogen, fosfat, kalium, magnesium dan
mikronutrien sperfti Fe, Zn dan Mn. Gula monosakarida dan
disakarida sebagai sumber karbon dapat dimetabolisme dengan cepat
oleh Aspergillus Niger. Penggunaan garam ammonium sebagai sumber
nitrogen merupakan pilihan yang tepat karena selama proses ammonium
akan dikonsumsi oleh Aspergillus Niger dan melepaskan ion hidrogen
sehingga akan menurunkan pH media fermentasi sehingga meningkatkan
hasil produksi asam sitrat.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulam
Produksi asam sitrat oleh Aspergillus Niger sangat dipengaruhi
oleh komposisi media fermentasi. Pada penelitian-penelitian ini
produksi asam sitrat akan tercapai pada konsentrasi 14-22 %. Sumber
nitrogen dalam bentuk ammonium ataupun urea tidak mempengaruhi
produksi asam sitrat. Akumulasi asam sitrat akan tercapai jika
konsentrasi fosfat, Fe, Zn da Mn lebih rendah dari konsentrasi yang
dibutuhkan untuk pertumbuhan optimum biomassa.
5.2 Saran
Dalam proses fementasi pembuatan asam sitrat harus dilakukan
pada laboratorium steril dan khusus yang terpisah dari laboratorium
lain. Hal ini dimungkinkan untuk menghindari terjadinya kontaminasi
akibat Aspergiilus Niger dan hal-hal yang berpengaruh dalam proses
fermentasi harus diperhatikan untuk menghasilkan asam sitrat yang
optimal.
DAFTAR PUSTAKA
Bailey, James E, dkk.1986.Biochemical Engineeering Fundamentals,
Second Edition Mc.Graw Hill Chemical Engineering Series.
Singapura.
Cate,Prescott S, dkk. 1959.Industrial Microbiology, Mc.Graw Hill
Book Company. New York.
Kishore, K.A., M.P. Kumar, V.R. Krishna, V. Ravi and G.V. Reddy.
2008.Optimization of process variables of citric acid production
using Aspergillus niger in a batch fermentor. Engineering Letters.
16 (4): p572.
Moo Young Murray, Comprehensive Biotechmology, Vol.3, Pergamon
Press, New York, 1984.
Rohr, Max, dkk.1984.Citric Acid, Institut Fur Biochemische
Tchnologie and Mikrobiologie Technische Wien Australia.
Parekh S, Vinchi VA and Strobel RJ (2000) Improvement of
microbial strains and fermentation process. Appl Microbial
Biotechnol 54:287-301
Shuler, Michael L,dkk.1992.Bioprocess Engineering Basic Concept,
Prentice-Hall International, Inc.Nem Jersey.
Wikipedia.2014.Asam Sitrat(online).
http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_sitrat. Diakses tanggal 4 April
2015.
Wikipedia.2013. Aspergillus niger(online).
http://id.wikipedia.org/wiki/Aspergillus_niger. Diakses tanggal:
2April 2015.
