EFISIENSI TRANSFORMASI VINEGAR YANG DIPRODUKSI DARI ISOLAT Acetobacter sp. DENGAN MEDIUM FERMENTASI YANG BERBEDA
I. PENDAHULUAN
Proses transformasi merupakan fermentasi yang memodifikasi suatu senyawa dalam fermentasi. Produk proses transformasi adalah asam asetat. Asam asetat merupakan cairan yang tidak berwarna dengan bau asam yang tajam. Asam asetat mempunyai berat jenis 1,049 dan titik didih 118,1 °C pada tekanan 1 atm. Pembuatan asam asetat secara fermentasi dilakukan dalam dua tahap, yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam asetat oleh bakteri asam asetat pada larutan yang mengandung alkohol (Hidayat, 2006).
Asam asetat digunakan sebagai pereaksi kimia untuk menghasilkan berbagai senyawa kimia. Sebagian besar (40-45%) dari asam asetat dunia digunakan sebagai bahan untuk memproduksi monomer vinil asetat (vinyl acetate monomer, VAM). Selain itu asam asetat juga digunakan dalam produksi anhidrida asetat dan juga ester. Penggunaan asam asetat lainnya, termasuk penggunaan dalam cuka relatif kecil (Anonim a, 2008).
Beberapa Kegunaan asam asetat atau vinegar menurut Achmadirfani (2007) adalah sebagai berikut :
1. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain.
2. Pengatur keasaman pada industri makanan
3. Pelunak air dalam rumah tangga
4. Minuman fungsional misal: cuka apel
5. Sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan kimia lain Vinil asetat, Selulosa asetat, Asetat Anhidrit, Ester Asetat, Garam Asetat
Asam asetat memiliki beberapa nama antara lain asam etanoat, vinegar (mengandung minimal 4 gram asam asetat per 100 larutan), atau asam cuka. Asam asetat merupakan senyawa organik yang mengandung gugus asam karboksilat. Rumus molekul dari asam asetat adalah C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat memiliki sifat antara lain (Perry, 1999):
- Berat molekul 60,05
- Berupa cairan jernih (tidak berwarna)
- Berbau khas
- Mudah larut dalam air, alkohol, dan eter
- Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah (korosif)
- Asam asetat bebas-air membentuk kristal mirip es pada 16,7°C, sedikit di bawah suhu ruang
- Mempunyai titik didih 118,1 oC
- Mempunyai titik beku 16,7 oC
- Spesific grafity 1,049
Tujuan praktikum ini adalah dapat membedakan produk transformasi dengan produk lainnya, mengetahui proses produksi produk transformasi, dan dapat menentukan nilai efisiensi transformasi.
II. MATERI DAN METODE
2.1 Materi
Alat yang digunakan adalah Erlenmeyer, pipet ukur, kertas saring, pH meter, blender, autoclave, biuret, aerator dan statif.
Bahan yang digunakan adalah isolate Acetobacter sp., etanol yang diproduksi dari Saccharomyces cerevisiae dalam medium air leri dan jus tomat, K2Cr2O7, H2SO4, Na2S2O3, NaOH phenolphthalein dan amilum.
Lokasi praktikum adalah ini adalah di Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Bilogi Unsoed Purwokerto pada pukul 16.00 hari Senin 1 Desember 2008 dan pengamatan dilakukan pada pukul 06.00 Kamis 4 Desember 2008.
2.2 Metode
2.2.1 Preparasi inokulum
Isolate Acetobacter sp. ditumbuhkan pada 100 ml medium dasar dan diinkubasi pada suhu ruang selama 7-8 jam atau kira-kira jumlah sel sekitar 106-108 sel/ml.
2.2.2 Fermentasi Asam Asetat
Inokulum Acetobacter sp. ditumbuhkan pada produk etanol sebanyak 3% dari medium produksi pada saat kepadatan sel sekitar 106-108 sel/ml. Diinkubasi 3×24 jam pada suhu ruang. Setelah 3×24 jam, kadar alkohol residu, pH, dan kadar asam asetat ditentukan.
2.2.3 Penentuan Kadar Alkohol
Analisis kadar alkohol dengan metode Nicloux (Kliener dan Dotti, 1958). Satu ml larutan sample dilarutkan dalam aquades sebanyak 10 ml dalam labu ukur 100 ml, ditambah 5 ml larutan K2Cr2O7 0,4 N dan dihomogenkan. Kemudian ditambahakan H2SO4 sambil digoyang. Selanjutnya larutan tersebut dipanaskan selama 15 menit kemudian didinginkan. Setelah dingin ditambahkan KI sebanyak 3 gr, dihomogenkan dan ditambah 1 ml amilum. Ditritasi dengan natrium tiosulfat (Na2S2O3) sampai warna biru hilang.
Larutan blanko dibuat menggunakan akuades diberi perlakuan yang sama seperti pada sample. Larutan natrium tiosulfat yang digunakan untuk titrasi dihitung. Kadar alkohol dapat diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut :
Berat equivalen (BE) = ¼ BM etanol=11,5
Konsumsi Etanol = Kadar etanol awal=Kadar sisa etanol
Keterangan :
N1= Normalitas K2Cr2O7 (0,4 N)
V1= Volume K2Cr2O7 yang digunakan
N2= Normalitas Na2S2O3 (0,4 N)
V2= Selisih banyaknya larutan Na2S2O3 yang digunakan untuk titrasi larutan sampel dan
larutan blanko
2.2.4 Penentuan Kadar Asam Asetat
Kadar asam asetat diukur dengan cara metode titrasi sebanyak 10 ml larutan sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer ditetesi phenolphtalein sebanyak 3 tetes, kemudian dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai larutan tepat berubah warna. Kadar asam asetat dihitung dengan rumus :
2.2.5 Perhitungan Efisiensi Transformasi
Nilai Efisiensi transformasi dihitung dengan menggunakan rumus (Kocher et al., 2006) :
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar alkohol yang dihasilkan pada fermentasi alkohol menggunakan media air leri lebih kecil dari kadar alkohol dari fermentasi menggunakan medium jus tomat. Hal ini disebabkan air leri mengandung pati sehingga harus dipecah dulu menjadi karbohidrat sederhana. Hal ini sesuai dengan pernyataan Jumhana (2003), bahan yang mengandung monosakarida langsung dapat difermentasi. Sedangkan untuk disakarida bahan berpati dan berselulosa harus dilakukan perlakuan hidrolisis lebih dahulu. Proses hidrolisis dapat dilakukan dengan asam atau enzim yang berasal dari mikroorganisme, hasil hidrolisis berupa monosakarida yang siap untuk difermentasi.
Kadar asam asetat yang dihasilkan oleh media fermentasi air leri dengan perlakuan menggunakan aerator adalah 0,162%, kadar asam asetat dengan medium jus tomat dengan perlakuan shaker adalah sebesar 2,0296%, sedangkan dengan perlakuan aerator sebesar 0,3%. Nilai efisiensi transformasi jus tomat dengan aerasi adalah 0,103% sedangkan dengan shaker yaitu sebesar 0,177%. Efisiensi transformasi asam asetat dengan medium air leri dengan perlakuan aerasi adalah 0,09%. Nilai Efisiensi transformasi dengan air leri yang kediua bernilai negatif yaitu -0,003%, hal ini dapat terjadi karena beberapa sebab seperti adanya kontaminan, titrasi yang tidak sesuai atau konsentrasi alkohol yang belum selesai.
Tabel 1. Hasil pengamatan terhadap kadar asetat dan nilai Efisiensi Transformasi
|
Kel |
Media |
Fermentasi |
Kadar alkohol awal |
Kadar alkohol akhir |
Konsumsi etanol |
% asam asetat |
Efisiensi Transfor-masi |
|
1 |
Jus Tomat |
Diam (aerator) |
1,96 |
1,68 |
0,28 |
0,3 |
0,103 |
|
2 |
Air leri |
Diam (aerator) |
1,38 |
1,196 |
0,184 |
0,162 |
0,09 |
|
3 |
Jus Tomat |
Gerak (shaker) |
2,208 |
1,104 |
1,104 |
2,0296 |
0,177 |
|
4 |
Air leri |
Gerak (shaker) |
1,288 |
3,68 |
-2,392 |
0,084 |
-0,003 |
Menurut Hidayat (2006), pertumbuhan bakteri akan meningkat dengan adanya aerasi dan agitasi pada cairan yang difermentasi. Sistem oksidasi terjadi apabila bakteri dapat kontak dengan udara yang dialirkan lewat bagian bawah fermentor dan kontak dengan substrat yang menetes dari bagian atas. Metabolisme bakteri Acetobacter aceti yang bersifat aerobik mempunyai fungsi penting, karena mempunyai kemampuan untuk mengoksidasi alkohol dan karbohidrat lainnya menjadi asam asetat.
Fermentasi asam asetat didahului oleh proses fermentasi alkohol secara anaerob yaitu sebagai berikut :
H2O
(C6H10O5)n ————————-→ N C6H12O6 (2)
enzyme(pati) (glukosa)
(C6H12O6)n ————————→2 C2H5OH + 2 CO2. (3)
(glukosa) yeast (ragi) (ethanol)
Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.
Reaksi:
|
C6H12O6 2 C2H5OH 2 CH3COOH + H2O + 116 kal
glukosa etanol cuka asam cuka
Reaksi pemebentukan asam asetat dari etanol terdiri dari 4 tahap, yaitu :
1. Tahap Formasi Asetal dehid
|
|
C2H5OH CH3COOH +2H+ + 2e
2. 
Hidrasi Asetal dehid
CH3COOH + H2O CH3-O
3. Formasi Asam Asetat
|
OH
OH
H |
 |
|||
|
|||
CH3-O CH3COOH + 2H+ + 2e
4. Transfer Elektron
2H+ + 2e + O2 H2O + 3 ATP
Asam asetat diproduksi secara sintetis maupun secara alami melalui fermentasi bakteri. Menurut Kocher (2006), bakteri penghasil asam asetat yaitu Saccharomyces cerevisiae dan Acetobacter aceti. Hanya 10% dari produksi asam asetat dihasilkan melalui jalur alami dan asam asetat yang terdapat dalam cuka haruslah berasal dari proses biologis. Asam asetat yang diproduksi oleh industri kimia, 75% diantaranya diproduksi melalui karbonilasi metanol. Sisanya dihasilkan melalui metode-metode alternatif.
Proses fermentasi pembuatan asam asetat atau vinegar menurut Achmadirfani (2007), terdiri atas dua metode yaitu metode lambat dan metode cepat, yaitu :
a. Metoda lambat (Slow Methods)
- Biasanya untuk bahan baku berupa buah-buahan
- Etanol tidak banyak bergerak atau mengalir karena proses dilakukan pada suatu tangki batch
- Memasukan jus buah, yeast, dan bakteri vinegar ke dalam tangki
- Sebagian jus buah terfermentasi menjadi etanol (11-13 % alkohol) setelah beberapa hari
- Fermentasi etanol menjadi asam asetat terjadi pada permukaan tangki
- Bakteri vinegar di permukaan larutan yang membentuk lapisan agar-agar tipis mengubah etanol menjadi asam asetat atau vinegar (asetifikasi)
- Proses ini memerlukan temperatur 21- 29 oC
- Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan memperlambat asetifikasi. Permasalahan ini bisa dicegah dengan memasang lapisan yang dapat mengapungkan lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar
- Kelebihan Metoda lambat (Slow Methods) adalah prosesnya sangat sederhana dan kekurangan metoda lambat (Slow Methods) adalah proses relative lama berminggu-minggu atau berbulan-bulan. Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan memperlambat asetifikasi.
b. Metoda cepat (Quick Methods) atau German process
- Biasanya untuk bahan baku berupa etanol cair
- Bahan baku untuk basis 1 ton asam asetat (100%) : alkohol 95 % sebanyak 1.950 lb, sedikit nutrisi, udara sebanyak 11.000 lb
- Etanol mengalami perpindahan selama proses
- Proses fermentasi terjadi di dalam tangki pembentukan (Frings generator) yang terbuat dari kayu atau besi.
- Bagian-bagian dari tangki pembentukan : Bagian atas, tempat alkohol dimasukkan. Bagian tengah, terdapat bahan isian (berupa: kayu, tongkol jagung, rottan) di bagian ini untuk memperluas bidang kontak rektan (etanol dan oksigen). Bahan isian mula-mula disiram dengan larutan vinegar yang mengandung bakteri asetat sehingga dipermukaan bahan isian akan tumbuh bakteri asetat. Bagian bawah, digunakan sebagai tempat mengumpulkan produk vinegar.
- Mendistribusikan campuran etanol cair (10,5 %), vinegar(1 %), dan nutrisi melalui bagian atas tangki dengan alat sparger
- Campuran mengalir turun melalui bahan isian dengan sangat lambat
- Udara dialirkan secara countercurrent melalui bagian bawah tangki
- Panas yang timbul akibat reaksi oksidasi diambil dengan pendingin. Pendingin dipasang pada aliran recycle cairan campuran (yang mengandung vinegar,etanol, dan air) dari bagian bawah tangki. Temperatur operasi dipertahankan pada rentang suhu 30-35 oC
- Produk yang terkumpuk di bagian bawah tangki mengandung asam asetat optimum sebesar 10- 10,5 %. Sebagian produk direcycle dan sebagian yang lain di keluarkan dari tangki
- Bakteri asetat akan berhenti memproduksi asam asetat jika kadar asam asetat telah mencapai 12-14 %
- Bahan baku 2.500 gal dengan produk 10,5 % asam asetat memerlukan waktu proses 8-10 hari
- Kelebihan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process : Biaya proses rendah, relatif sederhana dan kemudahan dalam mengontrol. Konsentrasi produk asam asetat besar. Tangki proses membutuhkan sedikit tempat peletakannya, Penguapan sedikit
- Kekurangan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process :Waktu tinggal terlalu lama bila dibandingkan metoda perendaman (Submerged Method) dan pembersihan tangki cukup sulit
Faktor lingkungan yang berperan penting terhadap kecepatan fermentasi asam asetat meliputi suhu, pH, konsentrasi inokulum, kecepatan aerasi dan konsentrasi etanol. Suhu optimal untuk proses fermentasi asam asetat adalah 30°C, pH pertumbuhan optimaladalah 6,0 dengan kisaran pH 5,0-7,0 dan etanol yang akan dioksidasi menjadi asam asetat pada pH 4,5. konsentrasi oksigen terlarut sangat penting untuk pertumbuhan sel mikrobia dalam menghasilkan asam asetat. Kecepatan aerasi diperlukan untuk mengatur konsentrasi oksigen terlarut pada medium fermentasi. Besarnya udara yang digunkan berkisar antara 0,06-1,2 vvm dengan diameter gelembung sekitar 1 mm (Hidayat, 2006).
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Berdasarkan data dan pembahasan praktikum dapa disimpulkan bahwa :
1. Asam asetat merupakan salah satu produk hasil transfomasi karena memodifikasi senyawa dalam fermentasi, yaitu transformasi dari produk etanol menjadi produk asam aseat.
2. Proses produksi produk transformasi meliputi fermentasi alkohol dan fermentasi asam asetat.
3. Fermentasi asam asetat terdiri dari 3 tahap yaitu formasi asetaldehida, hidrasi asetaldehida, dan formasi asam asetat.
4. Nilai efisiensi transformasi jus tomat dengan aerasi adalah 0,103 sedangkan denga shaker yaitu sebesar 0,177. Efisiensi transformasi asam asetat dengan medium air leri dengan perlakuan aerasi adalah 0,09.
4.2 Saran
Setelah melakukan praktikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui proses-proses terbentuknya asam asetat dan perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang proses efesiensi transformasi vinegar agar memperoleh produk yang lebih optimal.
DAFTAR REFERENSI
Anonim a. Asam Asetat. http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_asetat. diakses 27 November 2008. Diakses 7 Desember 2008.
Anonim b, 2008). Pembuatan Asam Asetat dengan Proses Fermentasi. http://achmadirfani.files.wordpress.com/2007/12/pembuatan-asam-asetat-dengan-proses-fermentasi_fix.doc. Diakses 7 Desember 2008.
Hidayat, N., M.C. Padaga, dan S. Suhartini. 2006. Mikrobiologi Industri. Andi, Yogyakarta.
Kocher,G.S., K.L. Kalra and R.P. Phutela. 2006. Comparative Production of Sugarcane Vinegar by Different Immobilization Techniques. Department of Microbiology, Punjab Agricultural University, Ludhiana-141004, India.
Perry. 1999. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. McGraw-Hill. Amerika
