PENGARUH VARIASI KONSENTRASI SUBSTRAT, pH DAN TEMPERATUR PADA FERMENTASI ASAM SITRAT DARI KULIT NENAS MENGGUNAKAN Aspergillus niger

Nandha Riveri Sesunan^1*, Windy Heristika², 

Panca Nugrahini F., S.T., M.T.³

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Lampung

Jalan Prof. Dr. Sumantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 31545

*Email : riveri@rocketmail.com atau NandhaRiveri@gmail.com

 

Abstrak

            Asam sitrat merupakan salah satu produk andalan yang diekspor oleh Indonesia. Pembuatan produk ini akan meningkat bila industri makanan, kosmetik dan obat-obatan juga meningkat. Asam sitrat digunakan untuk memberikan rasa, anti-oksidan, bahan pengawet, untuk mencegah kerusakan warna dan aroma. Saat ini, asam sitrat telah dihasilkan dalam bentuk kristal monohidrat (C₆H₈O₇.H₂O), melalui proses fermentasi oleh Aspergillus niger. Nenas merupakan salah satu tanaman yang mengandung karbohidrat dan gula yang dapat diolah menjadi asam sitrat. Kulit nenas masih mengandung 10,54% karbohidrat yang dapat digunakan sebagai alternatif substrat penghasil asam sitrat. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh dari empat variasi ketebalan dan tiga variasi substrat berkonsentrasi pada dua jenis perlakuan fermentasi asam sitrat dari kulit nanas menggunakan Aspergillus niger, yaitu: pada temperatur konstan dengan empat variasi pH dan pada pH konstan dengan empat variasi suhu. Dari hasil penelitian, produksi tertinggi asam sitrat terdapat pada suhu 30^oC, pH 3 dan ketebalan 1,5 cm, di mana dalam perlakuan pertama konsentrasi asam sitrat tertinggi yang dihasilkan adalah 49,423 g/l pada konsentrasi substrat 2000 g/l dan pada perlakuan kedua 51,063 g/l pada konsentrasi substrat 2200 g/l.

Kata kunci: Asam Sitrat, Fermentasi, nenas, Aspergillus niger, karbohidrat

Keywords: Citric acid, fermentation, pineapple, Aspergillus niger, carbohydrate

1.        Pendahuluan

Asam sitrat merupakan salah satu produk andalan yang diekspor oleh 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 tiap tahun meningkat 2 – 3%. Produksi asam sitrat nasional menurut Biro Pusat Statistik (BPS, 1993) pada tahun 1991 adalah 3.063 ton/tahun dengan nilai Rp. 5.055.444.000,00 dan produksi tersebut diperkirakan akan meningkat seiring dengan perkembangan industri makanan, kosmetik dan obat-obatan.

Asam sitrat digunakan dalam industri pangan (70 %), farmasi (12 %) dan industri lainnya (18 %). Asam sitrat digunakan sebagai pemberi rasa, anti oksidan, pengawet, pencegah kerusakan warna dan aroma. Untuk industri farmasi, asam sitrat digunakan sebagai pembangkit aroma dan bila ditambah dengan bikarbonat akan menimbulkan buih. Industri-industri lain yang juga menggunakan asam sitrat adalah kosmetik sebagai anti oksidan dan sinergis, industri detergen, dan industri tekstil. (Prescott dan Dunn, 1982)

Saat ini, asam sitrat telah diproduksi secara besar-besaran dalam bentuk kristal monohidrat (C₆H₈O₇.H₂O), melalui proses fermentasi dengan menggunakan kapang Aspergillus niger. (Tjokroadikoesoemo, 1986)

 Ada beberapa tanaman di Indonesia yang mengandung karbohidrat dan gula sehingga dapat diproses untuk menjadi asam sitrat. Salah satu jenis tanaman tersebut adalah nenas. Nenas merupakan salah satu jenis buah-buahan yang banyak dihasilkan di Indonesia.

Dari data statistik, produksi nenas di Provinsi Lampung pada tahun 2005 dan 2006 berturut-turut sebesar 26.487,8 ton dan 303.766 ton yang didominasi produksi nenas dari Kabupaten Lampung Tengah sebanyak 301.079 ton (BPS Propinsi Lampung, 2007), sedangkan pada tahun 2007 produksi nenas di Lampung mengalami peningkatan yang sangat signifikan hingga mencapai angka produksi sebesar 1.239.107 ton. Produksi nenas di Indonesia juga mengalami peningkatan dari 952.082 ton di tahun 2006 (BPS Jakarta-Indonesia, 2007) menjadi 2.237.858 ton di tahun 2007 (BPS Jakarta-Indonesia, 2008). Semakin meningkat nenas yang diproduksi, maka semakin meningkat juga kulit nenas yang dihasilkan.

Kulit nenas selama ini hanya dianggap sebagai limbah buangan, ternyata dapat dijadikan sebagai substrat untuk pembuatan asam sitrat (http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_sitrat, 2008). Kulit nenas mengandung sekitar 10,54 % karbohidrat (Sidharta, 1989). Dengan kandungan karbohidrat tersebut maka limbah kulit nenas dapat dijadikan bahan baku alternatif dalam proses produksi asam sitrat.

            Dari studi literatur didapatkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi asam sitrat adalah pemilihan strain; konsentrasi substrat; dan pengaruh kondisi fermentasi yang meliputi temperatur, derajat keasaman, serta luas permukaan.

            Pemilihan strain dalam industri fermentasi harus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu murni, unggul, stabil dan bukan patogen. Konsentrasi substrat harus diatur dengan tepat (tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah). Substrat akan dirombak oleh mikroorganisme dengan bantuan enzim  membentuk asam sitrat. Substrat yang terlalu pekat mengakibatkan naiknya tekanan osmosis. Apabila tekanan osmosis lingkungan lebih tinggi dari sitoplasma, akan mengakibatkan sitoplasma kehilangan air yang selanjutnya isi sel akan mengecil dan struktur sel akan hancur. Substrat yang terlalu encer akan mengakibatkan laju pertumbuhan menjadi lambat. (Agustian, 2005)

            Temperatur sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan dan produksi asam sitrat. Agar dihasilkan konsentrasi asam sitrat yang tinggi maka fermentasi harus berlangsung pada temperatur optimal berkisar 25 – 30 ^oC. (Eva Novitasari W. dkk, 2008)

            Di atas temperatur optimum, kecepatan tumbuh sel akan menurun secara cepat yang berlawanan dengan kenaikan temperatur (Abdullah Shaleh, 1995). Temperatur yang terlalu tinggi akan mempengaruhi membran sel mikroorganisme, di mana membran sel akan menjadi cair sehingga sel kehilangan strukturnya. Sedangkan pada temperatur rendah akan menyebabkan membran sel menjadi padat. Hal ini berkaitan dengan struktur membran yang terdiri dari lapisan lemak dan protein yang akan mengeras pada temperatur rendah sehingga proses pemasukan makanan melalui lapisan membran sel tidak terjadi, selanjutnya dapat menyebabkan kematian dari sel mikroorganisme tersebut. (Agustian, 2005)

            Pengaturan pH penting bagi keberhasilan proses fermentasi. Untuk fermentasi asam sitrat pH optimum adalah 3, sedangkan pH optimum untuk pertumbuhan Aspergillus niger adalah 2,5 – 3,5. Penurunan pH menyebabkan produksi asam sitrat berkurang. Hal ini disebabkan pada pH rendah ion ferosinida lebih toksik bagi pertumbuhan miselium. Pada pH yang tinggi terjadi akumulasi asam oksalat. (Laboratorium Bioindustri TIP, FTP, Unbraw, 2008)

            Sedangkan pada metode fermentasi permukaan, faktor luas permukaan juga harus diperhatikan. Karena proses fermentasi hanya berlangsung pada permukaan bidang media, maka untuk mendapatkan hasil yang maksimal, luas permukaan diusahakan seluas mungkin dengan memperkecil ketebalan cairan (pada media cair) atau memperkecil ukuran partikel pada media padat. (Schlegel,1986)

            Berdasarkan rumusan di atas, maka permasalahan yang dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi konsentrasi substrat dan temperatur pada derajat keasaman (pH) dan luas permukaan konstan dalam fermentasi asam sitrat dari limbah kulit nenas menggunakan Aspergillus niger.

            Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi konsentrasi substrat dan ketebalan substrat pada dua perlakuan yaitu temperatur tetap dan pH tetap.

2.        Metodelogi

2.1    Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium THP Politeknik Negeri Lampung, pada bulan Desember 2009 – Maret 2010.

2.2    Bahan

2.2.1    Mikroorganisme

            Mikroorganisme yang digunakan adalah Aspergillus niger. Kultur persediaan Aspergillus niger ini dipelihara dalam media agar miring yang disimpan pada temperatur kamar.

2.2.2        Media

            Media yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari media untuk biakan murni dan media fermentasi.

2.2.2.1  Media untuk Biakan Murni

            Media untuk biakan murni menggunakan PDA (potato dextrose agar) yang dapat dibeli ditoko bahan-bahan kimia.

2.2.2.2  Media Fermentasi

            Komposisi media fermentasi asam sitrat dengan Aspergillus niger disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi media fermentasi.

Komponen	Jumlah
Limbah kulit nenas Urea H2SO4 (4% wt) KH2PO4 FeSO4.7H2O	*) 2,93 g/l 125 ml/l 1,86  g/l 0,0105 g/l

*) disesuaikan dengan variasi konsentrasi substrat yang digunakan

2.3    Alat

            Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: auto clave, nampan, bueret, labu ukur, kompor/hotplate, bunsen, alumunium foil, kapas sumbat, jarum ose, pHmeter, desikator, crucible,water oven, gelas beaker, pipet  tetes, termometer, botol pencuci, tabung reaksi, spatula, stopwatch, labu ukur, erlenmeyer, blender, hemacytometer, inkubator, clean beanch.

2.4    Parameter Proses

            Penelitian ini dilakukan dengan empat variasi ketebalan (0,5 1, 1.5, dan 2 cm) pada luas permukaan konstan (623,7 cm²) serta dengan dua jenis perlakuan fermentasi asam sitrat dari kulit nanas ini dengan Aspergillus niger, yaitu: [1] konstan suhu 30 ^oC dengan tiga variasi konsentrasi substrat (1200, 1600, dan 2000 g/L) dan empat variasi pH (2, 2.5, 3, dan 3.5); dan [2] pH konstan (pH = 3) dengan tiga variasi konsentrasi substrat (1400, 1800, dan 2200 g/L) dan empat variasi suhu (29^oC, 30^oC, 31^oC, dan 32^oC).

4.        Simpulan Dan Saran

4.1    Simpulan

            Asam sitrat dapat diproduksi dari bahan baku kulit nenas melalui fermentasi metode surface dengan bantuan Aspergillus niger; dan produksi asam sitrat terbaik terdapat pada temperatur 30^o C, pH 3 dan ketebalan 1,5 cm. Untuk konsentrasi substrat 1200 g/l, 1400 g/l, 1600 g/l, 1800 g/l, 2000 g/l dan 2200 g/l jumlah konsentrasi asam sitrat yang dihasilkan masing-masing adalah 36,796; 43,218; 44,689, 46,447; 49,423 dan 51,063 g/l. Sehingga kondisi terbaik untuk memproduksi asam sitrat pada penelitian ini adalah konsentrasi substrat 2200 g/l, pH 3, temperatur 30^o C, pH 3 dan ketebalan 1,5 cm.

4.2    Saran

Melakukan penelitian pembanding dengan menggunakan bahan baku lain, seperti molases gula; dan melakukan penelitian pembanding dengan menggunakan mikroba kultur campuran, seperti Aspergillus niger dengan Aspergillus wentii.

Ucapan Terimakasih

Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala, karena hanya berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian ini. Sholawat serta salam senantiasa tercurah bagi junjungan serta suri teladan Baginda Rasulullah SAW, beserta keluarga dan para sahabat.

Melalui kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: kedua orangtua penulis yang senantiasa memberikan bantuan doa, motivasi dan dana untuk melaksanakan penelitian; Bapak Ir. Azhar, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung; Ibu Diah Tri Antari, S.T. yang telah memberikan banyak kritik dan masukkan dalam merancang percobaan; Staff Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian Politeknik Negeri Lampung yang telah memberikan izin menggunakan fasilitas dan pengarahan dalam penggunaan alat dan keselamatan kerja selama melakukan pengamatan di laboratorium; seluruh rekan-rekan penelitian fermentasi: Tri, Angga, Shelin, Falah, Harun, Qory dan Eka, yang telah banyak membantu memberikan saran-saran, pencarian literatur, bahan baku, laboratorium dan penyusunan laporan penelitian ini; Adi Susanto, S.Si., Asep Khaerudin, S.Pi., Neori Wijaya dan Diqdar Satyabufara, S.E. yang senantiasa memotivasi dan membantu dalam pencarian informasi dan literatur; serta semua pihak yang terlibat dalam proses pelaksanaan penelitian, pengerjaan laporan penelitian dan seminar penelitian yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Pada akhirnya semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.