Produksi Asam Laktat dari Bakteri Lactobacillus delbrueckii


Pendahuluan

Asam Laktat

Asam laktat merupakan suatu asam organik yang penting dalam industri bioteknologi. Asam laktat terdapat dalam banyak makanan baik secara alami maupun sebagai produk hasil fermentasi. Produk yang menggunakan asam laktat yaitu seperti makanan manis, roti, bir, anggur, daging, dan susu (Dziezak, 2003). Selain dalam makanan, asam laktat juga terdapat dalam produk untuk peraasa, pengatur pH, fortifikasi mineral, peningkatan kualitas mikroba, dan industri kosmetik. Asam laktat muncul sebagai cairan sirup berwarna tidak berwarna sampai kuning. Korosif terhadap logam dan jaringan. Glukosa dan sukrosa adalah sumber karbon yang paling cocok untuk produksi mikroba asam laktat. Produksi asam laktat dibantu oleh mikroba dalam hal fermentasinya. Terdapat banyak mikroba yang dapat menghasilkan asam laktat, seperti Rhizopus oryzae NRRL 395, Lactobacillus delbrueckii, dan Lactobacillus amylophilus GV6. Pada tulisan kali ini diambil proses fermentasi asam laktat dengan menggunaan bakteri Lactobacillus delbrueckii.

Lactobacillus delbrueckii

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus merupakan salah satu dari beberapa bakteri yang ditemukan dalam produk fermentasi alami. Bakteri tersebut termasuk kedalam jenis batang gram-positif, nonmotil, dan tidak membentuk spora. Bakteri Lactobacillus delbrueckii dapat tumbuh pada pH rendah (sekitar 5, 4-6) dan suhu sekitar 30 - 46° dengan pertumbuhan secara optimal pada pH 6 dan suhu 30°C. Bakteri Lactobacillus delbrueckii dapat hidup di kondisi anaerob maupun aeorob, tetapi bakteri Lactobacillus delbrueckii tumbuh secara optimal di kondisi anaerob. Bakteri Lactobacillus delbrueckii dapat memproduksi asam laktat dari fermentasi karbohidrat seperti tepung terigu dan gula.

Produksi Asam Laktat dari Fermentasi Bakteri Lactobacillus delbruekcii

Gambar 1. Skema Produksi Asam Laktat
(Torre dkk, 2019)

Proses Upstream

Raw Material

Asam laktat merupakan salah satu bahan baku yang sangat penting dalam produksi berbagai produk melalui proses fermentasi, dan juga digunakan dalam industri tekstil dan makanan. Selain digunakan untuk aplikasi dalam bidang industri tekstil, industri farmasi dan kimia, ia juga digunakan untuk mengawetkan makanan dan menghambat bakteri berkembang dalam makanan. Dalam memproduksi asam laktat dalam jumlah yang besar, perlu diperhatikan beberapa aspek dalam memilih bahan baku olahan seperti: harga yang murah, biaya yang rendah, dapat menghasilkan hasil yang tinggi, tidak ada pembentukan hasil samping yang berbahaya, dan kontaminasi yang sedikit. Sebagai contoh bahan baku olahan yang dapat mengurangi biaya pemurnian/purifikasi asam laktat yaitu menggunakan bahan baku karbohidrat. Namun dalam hal ini biaya produksi yang dihasilkan sangatlah tinggi sehingga tidak mencakup beberapa aspek yang diperhatikan. Bahan baku yang biaya produksinya yang sering digunakan yaitu bahan bertepung seperti: jagung, kentang beras, tepung terigu. Selain beberapa bahan tersebut bahan baku lainnya yang ada ya itu seperti residu pertanian dimana bahan baku tersebut merupakan sumber terbarukan yang kaya akan karbohidrat sehingga dapat meningkatkan hasil produksi asam laktat. Selain itu produksi asam laktat dapat diproduksi juga menggunakan bakan baku molase. Dalam produksi asam laktat dari bahan baku molase mikroorganisme Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus penting digunakan dalam proses fermentasi karena akan menutrisi ke media fermentasi tersebut.


Peran Mikroorganisme

Dalam produksi asam laktat yang besar, mikroorganime merupakan peran penting dan harus tersedia dalam proses produksi asam laktat. Sebagaian besar produksi asam laktat dalam skala industri menggunakan mikroorganisme bakteri dalam hal ini yang bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus karena dapat memproduksi/mengeluarkan asam laktat. Bakteri Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus dipilih karena merupakan bakteri asam laktat dengan jenis homofermentatif yang dapat memproduksi asam laktat yang tinggi dan juga dapat tumbuh pada suhu dan pH yang optimal dan juga tidak menghasilkan hasil samping yang dapat merugikan kesehatan. Homofermentative normalnya memetabolisme glukosa dengan jalur glikolisis yang hanya menghasilkan asam laktat sebagai hasil akhir dari metabolisme glukosa.

Proses Downstream

Fermentasi

Fermentasi dilakukan dalam suatu bioreactor. Asam laktat dibuat dari bahan yang mengandung karbohidrat, dalam kasus ini menggunakan tepung terigu denga alesan ekonomi karena harganya yang murah. Bakteri Lactobacillus delbrueckii dimasukan dalam bioreactor dengan jenis batch dengan kecepatan pengadukan 200 rpm kondisi anaerob. Fermentasi dalam bioreactor dihentikan setelah berlangsung sekitar 6 jam atau ketika pembentukan asam laktat berkurang atau mendekati konstan. Selama proses fermentasi pH dalam bioreactor akan semakin turun. Nilai pH dipertahankan dengan cara menambah suatu basa, dalam hal ini yaitu kapur (CaCO3) dengan demikian mengubah asam laktat (sebagian) menjadi kalsium laktat. Netralisasi H+ meningkatkan tingkat konversi substrat dan memberikan konsentrasi produk yang tinggi selama fermentasi asam laktat.
fermentasi asam laktat
Gambar 2. Proses Fermentasi Asam Laktat
(Vandenberghe dkk, 2018)
Dari gambar diatas terlihat bahwa Asam laktat atau laktat diproduksi selama fermentasi dari piruvat oleh laktat dehidrogenase. Reaksi ini, selain menghasilkan asam laktat, juga menghasilkan nikotinamid adenin dinukleotida (NAD) yang kemudian digunakan dalam glikolisis untuk menghasilkan sumber energi adenosin trifosfat (ATP).

Pengolahan Hilir

Garam kalsium kasar yang mengendap dari cairan fermentasi pekat dikristalisasi, disaring, dilarutkan dan selanjutnya diasamkan dengan asam sulfat menurut proses yang dijelaskan oleh Inskeep et al. dan
Peckham. Dalam rute ini, endapan kalsium laktat dipisahkan dari pengotor terlarut melalui penyaringan dan pencucian. Namun, beberapa kotoran tetap ada dalam cake. Ada kehilangan kalsium laktat bersamaan dengan pencucian. Rute konvensional menghasilkan kue kalsium sulfat dalam jumlah besar. Kue dengan sisa-sisa organik sulit untuk dibuang. Kaldu terfermentasi yang disaring terutama mengandung kotoran seperti senyawa gula residu, warna dan asam organik lainnya. Pengotor ini dapat dihilangkan dengan ekstraksi reaktif, adsorpsi, elektro dialisis dan esterifikasi - hidrolisis dengan distilasi. Pekerjaan penelitian yang dilakukan oleh berbagai peneliti tentang langkah-langkah pemurnian ini ditinjau dan dinilai di sini.

Ekstraksi Reaktif

Ekstraksi menggunakan reaksi antara ekstraktan dan bahan yang diekstraksi. Asam laktat yang terbentuk mengandung banyak pengotor organik yang bersifat toksik. Oleh karena itu, perlu diekstraksi dengan suatu ekstraktan. Ekstraktan yang digunakan yaitu amina tersier rantai panjang dengan pertimbangan daya ekstraksinya yang tinggi. Amina tersier rantai panjang tersebut memiliki kelarutan terhadap air yang rendah. Hasil ekstraksi yang didapat berupa campuran amina tersier rantai panjang dengan pengotor organik. Hasil ekstraksi tersebut merupakan limbah yang nantinya didaur ulang. Sebelum dibuang, pengotor organik tersebut harus diencerkan terlebih dahulu karena bersifat toksik. Pelarut yang digunakan dalam kasus ini yaitu alkohol karena pengotor tersebut yang bersifat organik.

Proses Recovery

Proses recovery bertujuan untuk meningkatkan pemulihan ion laktat dari kaldu hasil fermentasi yang dilakukan oleh bakteri L. delbrueckii tersebut. Setelah proses recovery, diperoleh hasil asam laktat dengan kosentrasi dan hasil yang tinggi.



Substrat Bagan Proses Upstream-Downstream

Secara industri, asam laktat dapat diproduksi melalui sintesis kimia atau melalui fermentasi mikroba . Proses utama produksi Asam Laktat dibagi menjadi 2. Meskipun asam laktat selalu dihasilkan oleh sintesis kimia dari sumber petrokimia, asam laktat murni juga dapat diperoleh dengan fermentasi mikroba dari sumber daya terbarukan ketika mikroorganisme seperti bakteri Lactobacilus delbrueckii. Fermentasi mikroba menawarkan keuntungan, termasuk substrat terbarukan yang murah, suhu produksi yang rendah, dan konsumsi energi yang rendah.
Gambar 3.  Purifikasi Asam Laktat
(Komesu dkk, 2017)


Daftar Pustaka:
Courtin, P. dan Rul, F., 2004. Interactions between microorganisms in a simple ecosystem: yogurt bacteria as a study model. Le Lait , 84 (1-2), hal.125-134.

Dziezak, JD, 2003. ASAM | Asam Alami dan Asidulan. Ensiklopedia Ilmu dan Nutrisi Makanan (Edisi Kedua), hal: 12-17.

Gillett, HR, Arnott, ID, McIntyre, M., Campbell, S., Dahele, A., Priest, M., Jackson, R. dan Ghosh, S., 2002. Successful infliximab treatment for steroid-refractory celiac disease: a case report.. Gastroenterologi , 122 (3), hal.800-805.

Joglekar, H.G., Rahman, I., Babu, S., Kulkarni, B.D. and Joshi, A., 2006.
Comparative assessment of downstream processing options for lactic
acid. Separation and purification technology, 52(1), pp.1-17.

Komesu, A., Oliveira, J. A. R. d., Martins, L. H. d. S., Wolf Maciel, M. R., and Maciel Filho, R. 2017. Lactic acid production to purification: A review, BioRes. 12(2). 4364-4383.

I. de la Torre, M.G. Acedos, M. Ladero, V.E. Santos, 2019. On the use of resting L. delbrueckii spp. delbrueckii cells for D-lactic acid production from orange peel wastes hydrolysates,
Biochemical Engineering Journal, Volume 145, hal 162-169.

Morel, B. dan Ramanujam, R., 1999. Through the looking glass of complexity: The dynamics of organizations as adaptive and evolving systems. Organization Science. 10 (3), pp.278-293.

National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Lactic acid, CID=612, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Lactic-acid (accessed on Feb. 29, 2020)

Pradier, S., Attie, JL, Chong, M, Escobar, J.,Peuch, VH, Lamarque, JF, Khattatov,
B. dan Edwaeds, D.,2006. Evaluation of 2001 springtime CO transport over West Africa using MOPITT CO measurements assimilated in a global chemistry transport model. Tellus B, 58 (3), hal.163-176.

Vandenberghe, LP, Karp, SG, de Oliveira, PZ, de Carvalho, JC, Rodrigues, C. dan
Soccol, CR, 2018. Solid-State Fermentation for the Production of Organic Acids (hlm. 415-434). Elsevier.

Tidak ada komentar untuk "Produksi Asam Laktat dari Bakteri Lactobacillus delbrueckii"