## INDONESIA
Skrining Bakteri Lactobacillus dan Weisella untuk Produksi Asam Laktat dengan Metode Fermentasi Batch
Atika Nandini 1* ; Silvana Dwi Nurherdiana 1 ; Dilirani Nagarajan 2 ; Jo Shu- Chang 2,3
1 Departemen Teknik Kimia, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur, Surabaya 2 Department of Chemical Engineering, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan 3 Research Center for Energy Technology and Strategy, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
*Corresponding author:

## Abstract
Seven types of lactic acid bacteria (LAB) were used with batch lactic acid fermentation method. This study aims  to  determine  effectiveness  performance  of  LAB  to  produce  LA  in  order  to  obtain  high  yield  and productivity. Bacteria were L. plantarum, L. sakei, Weisella sp. 26, Weisella sp. 28, Weisella sp. 29, Weisella cibaria  and  Weisella  paramesenteroides.  LA  production  was  carried  out  by  using  incubation  and fermentation process. The incubation conditions: temperature of 30°C, glucose conc. of 20 g/L, agitation of 200 rpm, time of 14 h. Optimal fermentation conditions: pH of 5.5, temperature of 30°C, glucose conc. of 40 g/L, agitation of 200 rpm, time of 24 h, under anaerobic condition. Glucose and LA were analyzed by using HPLC. Highest LA productivity of 4.46 g/L/h was obtained using L. plantarum.
Keywords: lactic acid bacteria, batch fermentation, Lactobacillus, Weisella .

## Abstrak
Produksi  asam  laktat  menggunakan  tujuh  jenis  bakteri  dengan  metode  fermentasi  batch.  Penelitian  ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas kinerja bakteri asam laktat dalam memproduksi asam laktat sehingga didapatkan yield dan produktivas yang tinggi. Jenis bakteri yang digunakan adalah L. plantarum, L. sakei, Weisella sp. 26, Weisella sp. 28, Weisella sp. 29, Weisella cibaria dan Weisella paramesenteroides. Produksi asam laktat dilakukan dengan menggunakan proses inkubasi dan fermentasi. Kondisi inkubasi adalah suhu 30°C, konsentarsi glukosa 20g/L, putaran 200 rpm dan waktu inkubasi selama 14 jam. Kondisi fermentasi adalah pH 5.5, suhu 30°C, konsentarsi glukosa 40 g/L, putaran 200 rpm, waktu inkubasi selama 24 jam dan dalam  kondisi  anaerobik.  Analisa  glukosa  dan  asam  laktat  menggunakan  alat  instrumen  HPLC. Produktivitas  asam  laktat  tertinggi  4,46  g/L/jam  didapatkan  dari  hasil  fermantasi  dengan  menggunakan Lactobacillus plantarum.
Kata kunci: bakteri asam laktat, fermentasi batch, Lactobacillus, Weisella.

## I. Pendahuluan
Asam  laktat  merupakan  bahan  organik alami  yang  banyak  digunakan  di  industri seperti industri makanan dan industri farmasi. Asam  laktat  juga  digunakan  sebagai  bahan baku utama dari pembuatan polimer biodegradable  yaitu  polilactic  acid  (PLA). PLA merupakan salah satu alternatif polimer yang ramah lingkungan serta dapat digunakan sebagai  bahan  baku  untuk  bahan  bakar  fosil [1].  PLA  dapat  dimanfaatkan  sebagai alternatif pengganti polimer seperti polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET),  polystyrene  (PS)  dan  polypropylene (PP). Asam laktat juga dapat digunakan untuk pembuatan  etil  laktat,  ini  merupakan  pelarut ramah  lingkungan  yang  dihasilkan  dari esterifikasi  etanol  dengan  asam  laktat  [2]. Kebutuhan asam laktat di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat bila dilihat dari  semakin  banyaknya  industri  yang menggunakannya.  Banyaknya  industri  yang memerlukan asam laktat membuktikan bahwa adanya  kesempatan  pasar  yang  cukup  besar dalam produksi asam laktat. Asam laktat dapat juga  diproduksi  dari  limbah-limbah  industry maupun bahan baku terbarukan dimana bahan baku tersebut sangat banyak di Indonesia.
Asam  laktat  dapat  diproduksi  dengan dua cara yaitu sintesis kimiawi dan fermentasi mikroba.  Cara  sintesis  kimia  terjadi  melalui jalur  laktonitril  menggunakan  asetaldehida dan  asam  laktat  yang  dihasilkan  merupakan
campuran rasemisasi asam laktat dari bentuk D(+)  dan  L(-).  Sedangkan,  cara  fermentasi mikroba terjadi dengan bantuan mikroorganisme  dan  asam  laktat  yang dihasilkan  memiliki  tingkat  kemurnian  yang tinggi  yaitu  hingga  90-95%  (v/v)  [3]. Fermentasi  mikroba  memiliki  keuntungan sebagai  berikut  :  pemanfaatan  biomassa karbohidrat sebagai bahan baku hemat biaya, beroperasi  pada  suhu  rendah  sehingga konsumsi energi rendah dan dapat memproduksi  asam  laktat  dengan  tingkat kemurnian tinggi dengan memilih mikroorganisme yang sesuai [4]. Sekitar 90% asam  laktat  di  dunia  diproduksi  dengan  cara fermentasi  mikroba,  sedangkan  sisanya dengan  menggunakan  sintesis  kimiawi  [5]. Fermentasi mikroba dapat berlangsung dalam kondisi  aerobik  maupun  anaerobik.  Sumber karbon  yang  digunakan  mikroba  untuk memproduksi  asam  laktat  dapat  berupa  gula murni (glukosa, laktosa, xilosa, galaktosa) dan gula kompleks seperti karbohidrat.
Metode  yang  paling  umum  digunakan untuk produksi asam laktat adalah fermentasi batch.  Kondisi  operasi  fermentasi  berbeda- beda untuk setiap sistem, tetapi biasanya pada suhu 45-60°C, pH 5,0-6,5 untuk Lactobacillus delbrueckii  dan  pada  suhu  43°C  dengan  pH 6,0-7,0 untuk Lactobacillus bulgaricus. Proses fermentasi dilakukan selama ± 1-2 hari dalam kondisi  operasi  yang  optimal.  Tingkat kemurnian produk asam laktat setelah proses
fermentasi sebesar 90-95% (v/v) berdasarkan konsentrasi  sumber  karbon.  Kondisi  optimal fermentasi tergantung pada parameter seperti pH, suhu, konsentrasi awal substrat dan juga konsentrasi nutrisi (seperti nitrogen, mineral, vitamin) [6].
Pada  umumnya,  bakteri  asam  laktat (BAL)  merupakan  kelompok  bakteri  gram positif yang tidak membentuk spora dan dapat memfermentasikan karbohidrat untuk
memproduksi asam laktat. BAL dapat tumbuh pada kondisi anaerobik karena tidak membutuhkan  oksigen  untuk  pembentukan energinya,  tetapi  mereka  juga  dapat  tumbuh pada  lingkungan  yang  memiliki  oksigen sebagai  anaerob  aerotoleran  [7].  Bakteri (BAL)  yang  diinginkan  oleh industri  saat  ini adalah mikroba yang mempunyai kemampuan untuk  melakukan  fermentasi  dalam  waktu singkat,  tidak  membutuhkan  banyak  nutrisi (seperti  karbon,  nitrogen,  mineral,  asam amino dan vitamin), tetapi dapat menghasilkan asam laktat dengan yield yang tinggi  serta  hanya  menghasilkan  sedikit produk samping (kondisi operasi suhu rendah dan pH tinggi) [8].
Tujuan  dari  penelitian ini adalah  untuk mengetahui  efektivitas  kinerja  bakteri  asam laktat  berdasarkan  produksi  asam  laktat dengan yield dan  produktivitas  yang  tinggi serta kemampuan bakteri untuk memproduksi asam  laktat  dalam  waktu  singkat.  Bakteri asam  laktat  yang  memiliki  kinerja  optimal
akan  digunakan  untuk  penelitian  asam  laktat selanjutnya.  Dimana  penelitian  selanjutnya yaitu fermentasi asam laktat dengan menggunakan  beberapa  sumber  bahan  baku alternatif, yang mampu menghasilkan produktivitas  asam  laktat  dengan  konversi substrat  yang  tinggi  dan  efektif,  seperti mikroalga,  ampas  tebu,  whey  keju  (limbah produksi keju), dll.

## II. Metodologi

## Bakteri dan Media
Bakteri  diperoleh  dari  salah  satu laboratorium  PTN  di  Taiwan.  Strain  yang digunakan ada 7 jenis yaitu : L. plantarum , L. sakei , Weisella  sp. 26, Weisella  sp. 28, Weisella sp. 29, Weisella cibaria dan Weisella paramesenteroides. Media untuk pertumbuhan  bakteri  adalah  MRS- broth (deMan, Rogosa dan Sharpe) yang mengandung pepton, 10 g/L; ekstrak daging, 10  g/L;  Tween  80,  1  mL/L;  kalium  fosfat, 2 g/L; natrium asetat, 5 g/L; amonium sitrat, 2  g/L;  magnesium  sulfat,  0,1  g/L;  mangan sulfat,  0,05  g/L.  Konsentrasi  glukosa  dalam media  divariasikan  sesuai  dengan  kebutuhan penelitian.

## Inkubasi bakteri
Bakteri  dikembangkan  dalam  250  ml erlenmeyer  yang  berisi  100  ml  media  MRS- broth dengan konsentrasi glukosa sebesar 20 g/  kemudian  diinkubasi  selama  14  jam  di dalam  orbital  shaking  incubator  pada  suhu
30°C  dan  putaran  200  rpm.  Kondisi  ini digunakan  untuk  masing-  masing  bakteri. Kemudian, dilakukan pemisahan antara filtrat dan  suspensi  sel  dengan  menggunakan centrifuge dengan putaran 10000 rpm selama 5  menit  pada  suhu  25°C.  Suspensi  sel digunakan  untuk  proses  selanjutnya  yaitu fermentasi

## Metode Fermentasi Batch
25% (%v/v) dari suspensi sel dipindahkan  ke  500  ml  reaktor  yang  berisi medium MRS-broth baru dengan konsentrasi glukosa  40  g/L  untuk  membentuk  200  ml volume akhir. Pada fermentor diinjeksikan gas argon untuk menggantikan udara yang ada dan ditambahkan 1 ml L-cysteine HCl (100 g/l) ke dalam  medium.  Proses  fermentasi  dilakukan dalam kondisi anaerobik pada suhu 30°C dan kecepatan  pengadukan  200  rpm  selama  24 jam.  Analisa  asam  laktat  dilakukan  setiap  2 jam  sekali  dengan  menggunakan  alat instrumen  HPLC.  Proses  fermentasi  dijaga pada  pH  5,5  dengan  menambahkan  larutan NaOH dengan konsentrasi sebesar 5 N sebagai pengontrolnya.

## Metode Analisa Data
Konsentrasi suspensi sel ditentukan
menggunakan spektrofotometer UV/Vis (Model  U-  2001,  Hitachi,  Jepang)  dengan panjang gelombang absorbansi pada 600 nm. Konsentrasi  glukosa,  asam  laktat  dan  by- product  (asam  asetat,  etanol)  ditentukan
menggunakan  HPLC  atau High  performance liquid chromatography (Model 2489, Waters, USA)  yang  dilengkapi  dengan  ICSep  ICE- COREGEL 87H3 kolom dan detektor indeks bias  (RID).  Mobile  phase  yang  digunakan adalah  0,008  N  H 2 SO 4 dengan  laju  alir  0,4 ml/menit.  Suhu  kolom  dipertahankan  pada 70℃  dan  volume  injeksi  adalah  20  μL. Konsentrasi  glukosa,  asam  laktat  dan  by- product  (asam  asetat,  etanol)  dihitung  dari standar kurva kalibrasi.

## III. Hasil dan Pembahasan
Dalam penelitian ini, tujuh jenis bakteri yang  digunakan  untuk  memproduksi  asam laktat  menggunakan  fermentasi  batch.  Tujuh jenis bakteri asam laktat memiliki kemampuan masing-  masing  untuk  memproduksi  asam laktat.  Bakteri  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah Lactobacillus plantarum 23, Lactobacillus sakei 25, Weissella cibaria, Weissella sp. 26, Weissella sp. 28, Weissella sp.  29  dan  Weissella  paramesenteroides. Kondisi  operasi  untuk  proses  fermentasi  ini sebagai  berikut  :  pH  5,5,  suhu  30°C, konsentrasi  sumber  karbon  (glukosa)  40 g/L, putaran 200 rpm dan dalam kondisi anaerobik.
Gambar 1 menunjukkan bahwa Lactobacillus  plantarum dapat  memproduksi asam laktat dengan konsentrasi sebesar 26,31 g/L. Selama proses fermentasi, etanol muncul sebagai  produk  samping.  Namun,  jumlah etanol  tidak  meningkat  secara  signifikan
selama  proses  tersebut.  Konsentrasi  asetat sebagai  produk  samping  sebesar  2,93  g  /L. Produktivitas  asam  laktat  sebesar  4,46 g/L/jam  dan  biomassa  maksimum  yang didapatkan sebesar 9,84 g/L dengan menggunakan strain Lactobacillus plantarum
untuk menghasilkan asam laktat.
Gambar 1. Fermentasi Batch dengan
menggunakan Lactobacillus plantarum
Gambar 2 menunjukkan bahwa
Lactobacillus sakei dapat memproduksi asam laktat  dengan  konsentrasi  sebesar  22,77  g/L dengan  produktivitas  dan  yield  sebesar  4,30 g/L/jam dan 0,60 g/g, berturut-turut.
Konsentrasi asetat sebesar 3,15 g /L. Gambar 3 menunjukkan bahwa Weisella cibaria dapat memproduksi asam laktat dengan konsentrasi sebesar  23,35  g/L  dengan  produktivitas  dan yield  sebesar  3,09  g/L/jam  dan  0,51  g/g,
berturut-turut.  Tetapi  konsentrasi  asetat meningkat menjadi 3,74 g /L.
Gambar 2. Fermentasi Batch dengan menggunakan Lactobacillus sakei Gambar 3. Fermentasi Batch dengan menggunakan Weisella cibaria
Gambar 4 menunjukkan bahwa Weisella sp. 26  menghasilkan  asam  laktat  dengan konsentrasi  sebesar  24,04  g/L  dengan produktivitas  dan  yield  yang  rendah  yaitu sebesar  2,80  g/L/jam  dan  0,38  g/g,  berturut- turut.  Konsentrasi  asetat  sebesar  3,24  g  /L. Gambar  5  menunjukkan  bahwa Weisella  sp.
28 memproduksi asam laktat dengan konsentrasi  cukup  tinggi  sebesar  25,14  g/L dengan  produktivitas  dan  yield  sebesar  3,15 g/L/jam  dan  0,44  g/g,  berturut-  turut.  Untuk konsentrasi asetat meningkat secara signifikan hingga mencapai 4,18 g /L.
Gambar 4. Fermentasi Batch dengan menggunakan Weisella sp. 26 Gambar 5. Fermentasi Batch dengan menggunakan Weisella sp. 28
Gambar  6 menunjukkan  bahwa Weisella  sp.
29  dapat  memproduksi  asam  laktat  dengan konsentrasi  sebesar  23,30  g/L  dengan produktivitas  dan  yield  sebesar  3,03  g/L/jam dan 0,30 g/g, berturut-turut. Konsentrasi asetat sebesar  3,85  g  /L.  Gambar  7 menunjukkan
bahwa
Weisella paramesenteroides menghasilkan asam laktat dengan produktivitas  dan  yield  sebesar  3,37  g/L/jam dan  0,55  g/g,  berturut-turut.  Dan  untuk konsentrasi  asetat  yang  dihasilkan  cukup rendah yaitu sebesar 2,89 g /L.
Gambar 6. Fermentasi Batch dengan menggunakan Weisella sp. 29
Gambar 7 . Fermentasi Batch dengan menggunakan Weisella paramesenteroides
Genus Weisella, strain Weisella paramesenteroides cukup  efektif  untuk digunakan  sebagai  mikroba  penghasil  asam laktat.  Hal  ini  dikarenakan  asam  laktat  yang dihasilkan sekitar 24,22 g/L dengan produktivitas  dan  yield  sebesar  3,37  g/L/jam dan  0,55  g/g,  berturut-turut.  Dan  juga  asetat sebagai  produk  samping  hanya  2,89  g/L (Tabel 1).
Tabel 1 menunjukan bahwa L. plantarum dapat memproduksi asam laktat dengan konsentrasi,  produktivitas  serta  yield  yang  tinggi sebesar 26,31 g/L; 0,67 g/g; 4,46 g/L/h, berturut- turut, dibandingkan dengan BAL yang lainnya. L. plantarum  juga  dapat  memanfaatkan  glukosa sebagai sumber karbon dengan efektif dan efisien,
yaitu sebesar 99,46%, sehingga dapat menghasilkan  produktivitas  asam  laktat  yang tinggi. L. plantarum memiliki ketahanan terhadap kadar oksigen yang rendah, sangat tahan terhadap asam,  dapat  memanfaatkan  oksigen  untuk metabolisme  asam  laktat  dan  juga  pertumbuhan sel  [9].  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa kinerja  L.  plantarum  lebih  efektif  dan  efisien dalam  memproduksi  asam  laktat  karena  mampu menghasilkan  asam  laktat  dengan  konsentrasi yang  tinggi  sebesar  26,31  g/L  dalam  waktu inkubasi  yang  singkat  yaitu  18  jam.  Bakteri  ini juga  menghasilkan  yield  sebesar  0,67  g/g  dan produktivitas  sebesar  4,46  g/L/h,  dimana  hasil tersebut  lebih  tinggi  jika  dibandingkan  dengan bakteri lainnya (Gambar 8).
Tabel 1. Hasil Produksi Asam Laktat dengan Beberapa Jenis Bakteri Asam Laktat.
Strain Lactate conc. Lactate yield Lactate productivity Sugar consumption Acetate Maximum conc. (g/L) (g/g) (g/L/h) (%) (g/L) biomass (g/L) Lactobacillus plantarum 26.31 0.67 4.46 99.46 2.93 9.84 Lactobacillus sakei 22.77 0.60 4.30 99.37 3.15 8.55 Weissella cibaria 23.35 0.51 3.09 99.02 3.74 8.85 Weissella sp . 26 24.04 0.38 2.80 98.24 3.24 6.75 Weissella sp . 28 25.14 0.44 3.15 98.69 4.18 6.45 Weissella sp . 29 23.30 0.30 3.03 97.94 3.85 6.63 Weissella paramesenteroides 24.22 0.55 3.37 97.82 2.89 8.25
Gambar 8. Efektivitas Produksi Asam Laktat dengan Jenis Bakteri Asam Laktat (a) Lactobacillus plantarum 23; (b) Lactobacillus sakei 25; (c) Weissella cibaria ; (d) Weissella sp . 26; (e) Weissella sp. 28; (f) Weissella sp. 29; dan (g) Weissella paramesenteroides .

## IV. Kesimpulan
Proses  fermentasi  asam  laktat  dengan menggunakan L.  plantarum menghasilkan produktivitas  dan  yield  asam  laktat  tertinggi sebesar 4,46 g/L/h dan 0,67 g/g, berturut-turut. Kinerja bakteri L. plantarum lebih efektif dan
efisien  dibandingkan  dengan  bakteri  asam laktat yang lain karena kemampuannya untuk menghasilkan  konsentrasi  asam  laktat  tinggi dalam  waktu  yang  relatif  singkat  dan  dapat memanfaatkan  atau  mengkonversi  sumber karbon dengan efisien.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  kepada  tim,  baik  yang  di UPN  “Veteran”  Jawa  Timur  maupun  di
National  Cheng  Kung  University,  Taiwan yang  telah  membantu  saya  dalam  penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Yadav,  A.  K.,  Chaudhari,  A.  B.,  & Kothari,  R.  M,  “Bioconversion  of renewable  resources  into  lactic  acid:  an industrial  view”, Critical  Reviews  in Biotechnology, 31 (1), 1-19. 2011.
[2] Pereira,  C.  S.  M.;  Rodrigues,  A.  E., “Ethyl Lactate Main Properties,
Production  Processes,  and  Applications.
in: Alternative  Solvents  for  Natural Products  Extraction” ,  (Eds.)  F.Chemat, M. A. Vian, Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Heidelberg, 107. 2014.
[3] Kotzamanidis,  C.  H.,  Roukas,  T.,  & Skaracis,G., “Optimization of lactic acid production  from  beet  molasses  by Lactobacillus delbrueckii NCIMB 8130”,
World  Journal  of  Microbiology  and Biotechnology, 18(5), 441-448. 2002.
[4] Abdel-Rahman,  M.  A.,  Tashiro,  Y.,  & Sonomoto,  K.  “Lactic  acid  production from lignocellulose-derived sugars using

## lactic acid bacteria: Overview and limits”,
Journal  of  Biotechnology,  156 (4),  286- 301. 2011.
[5] Zhou, S., Shanmugam, K. T., Yomano, L. P.,  Grabar,  T.  B.,  &  Ingram,  L.  O. “Fermentation  of  12%  (w/v)  glucose  to 1.2  M  lactate  by Escherichia  coli strain SZ194  using  mineral  salts  medium”, Biotechnology  Letters,  28 (9),  663–670. 2006.
[6] Zhou,  S.,  Causey,  T.  B.,  Hasona,  A., Shanmugam,  K.  T.,  &  Ingram,  L.  O. “Production  of  Optically  Pure  D-  Lactic Acid  in  Mineral  Salts  Medium  by Metabolically  Engineered  Escherichia coli W3110”. Appl. Environ. Microbiol.,
69 (1), 399-407. 2003.
[7] Madigan  MT,  Martinko  JM,  “Brock: Biology  of  Microorganism”,  Pearson Education  International.  ISBN  0-13- 196893-9.Page.375-377. 2006.
[8] Narayanan,  N.,  Roychoudhury,  P.  K.,  & Srivastava,  A,  “L  (+)  lactic  acid fermentation and its product polymerization”, Electronic  Journal  of Biotechnology, 7 (2), 167-178. 2004.
[9] Khumalawati, I. & Ulfa,
Y., “Pemanfaatan  Limbah  Kubis  Menjadi
Asam Laktat”, Teknik Kimia, Universitas Diponegoro . 2009.