The effect of pH, sucrose and ammonium sulphate concentrations on the production of bacterial cellulose

The effect of pH, sucrose and ammonium sulphate concentrations on the production of nata-de-coco, a form of bacterial cellulose, by Acetobacter xylinum was studied. Comparisons for physical properties like thickness,
wet weight, water-holding capacity (WHC), moisture content and hardness, a textural parameter were done on nata-de-coco grown in tender coconut water medium supplemented with varying concentrations of sucrose and
ammonium sulphate at different pH values.
The results were analysed by fitting a second-order polynomial
regression equation. Response surface methodology was used to study the effect of the three variables. The study showed that A. xylinum could effectively use sucrose as the sole carbon source in coconut water medium and that cellulose production was more dependent on pH than either
sucrose or ammonium sulphate concentrations. Maximum
thickness of nata was obtained at pH 4.0 with 10% sucrose
and 0.5% ammonium sulphate concentrations. These conditions also produced good quality nata-de-coco with a smooth surface and soft chewy texture. The study will enable efficient utilization of coconut water, a hitherto
wasted byproduct of coconut industry and will also provide a new product dimension to the aggrieved coconut farmers who are not getting the right price for their production of nata de cocoNata-de-coco

Nata deCoco

nata mayang

Nata merupakan produk fermentasi dari bakteri Acetobacter xylinum yang berupa lembaran selulosa dari pengubahan gula yang terdapat pada substrat (umumnya air kelapa tetapi dapat pula dari bahan lain) menjadi pelikel selulosa. Nata ini kandungan utamanya adalah air dan serat sehingga baik untuk diet dan sering digunakan dalam pembuatan dessert atau sebagai tambahan substansi pada koktail, es krim dan sebagainya. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan nata di antaranya adalah bakteri, gula dan nitrogen, selain itu harus pula diperhatikan suhu dan pH serta jangan tergoyanng agar pembentukan pelikel berlangsung baik.

Bakteri Acetobacter xylinum adalah bakteri Gram negatif yang dapat mensistesis selulosa dari fruktosa. Selulosa ini memiliki pori melintang pada kristal mini glukan yang kemudian terkoalisi dedalam mikrofibril. Cluster mikrofibril yang ada dalam struktur senyawa yang terbentuk seperti pita-pita ini dpat diamatai secara langsung menggunakan mkroskop. Acetobacter xylinum merupkan suatu model sistem untuk mempelajari nzim dan gen yang terlibat dalam biosintesis selulosa. Jumlah inokulum yang diberikan 10 – 20% dari bakteri umur 6 hari.

Tahapan pembuatan nata adalah: Air kelapa yang telah dibersihkan dari kotoran ditambah gula pasir 2,5% dan amonium sulfat 0,5% kemudian direbus. Setelah perrebusan ditambahkan asam asetat 99,8% sebanyak 0,75% untuk menurunkan pH agar sesuai bagi pertumbuhan bakteri. Setelah medium dingin ditambahkan starter nata (Acetobacter xylinum) dan diinkubasi selama 1 mingu pada suhu kamar. Nata yang terbentuk kemudian dipanen dan lembaran direndam dalam air segar untuk menghilangkan lendir dan asam kemduian dilakukan pemotongan dan pencucian kembali hingga asam hilang. Nata yang telah bersih kemudian diberi sirup ntuk dikemas atau untuk konsumsi yang lain.

Sumber karbon merupakan faktor penting dalam proses fermentasi. Bakteri untuk menghasilkan nata membutuhkan sumber karbon bagi proses metabolismenya. Glukosa akan masuk ke dalam sel dan digunakan bagi penyediaan energi yang dibutuhkan dalam perkembangbiakannya. Fruktosa yang ada akan disintesis menjadi selulosa. Jumlag gula yang ditambahkan harus diperhatikan sehingga mencukupi untuk metabolisme dan pembentukan pelikel nata. Meskipun pada air kelapa terdapat gula namun gula yang ada belum mencukupi untuk pembentukan pelikel sehingga perlu ditambahkan dari luar.

Selain gula, sumber nitrogen merupakan faktor penting pula. Nitrogen diperlukan dalam pembentukan protein yang penting pada pertumbuhan sel dan pembentukan enzim. Kekurangan nitrogen menyebabkan sel kurang tumbuha dengan baik dan menghambat pembentukan enzim yang diperlukan sehingga proses fermentasi dapat mengalami kegagalan atau tidak sempurna. Nitrogen yang digunakan untuk pembuatan nata umumnya adalah pupuk ZA yang relatif murah dan cenderung asam dibandingkan urea.

pH medium dibuat sekitar 3 – 4 menggunakan asam cuka dan suhu inkubasi sekitar 28 – 300C atau suhu kamar dan dijaga dari kontaminan, misalnya dengan ditutup kain saring atau kertas koran. Bak fermentasi umumnya dibuat bertingkat untuk menghemat tempat.


Living Antibotics

By S.E. Gould

A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. She is currently in the process of applying for a PhD in order to do study the manipulation of bacteria through synthetic biology. Follow on Twitter @labratting.

Bacteria will eat anything. Their highly diverse biochemistry, and ability to adapt quickly to change means that they can adapt to take up nutrients from a range of sources, including hot acid lakes and the interior of underground thermal vents. However bacteria also predate each other, and one particular bug, Micavibrio aeruginosavorus does this by latching onto a fellow bacteria and sucking the life out of it.

There are a range of different types of predatory bacteria, and I discussed a few of them in my old blog in the post ‘Bacterial Hunting Strategies‘. While that post examined bacteria that hunt down their prey like wolf-packs, and the littleBdellovibrio that curls up inside a bacteria and devours it from the inside, theMicavibrio was a new one for me. It differs from other bacterial predators as rather than getting inside the cell, or killing it and then eating the remains, it simply hangs onto the slowly dying cell and sucks the life out of it, dividing around it’s prey until the prey finally dies. Like a very determined and slightly horrific leech.

A leechThis was the nicest picture of a leech I could find. By Shizhao from wikimedia commons

The Micavibrio life cycle therefore consists of two main stages. First the attack stage, where the bacteria must seek out its prey. Micavibrio were originally thought to be very fussy about which particular bacteria they feed off, but some have been found that are less specific about their prey. The specificity is very exciting from an antimicrobial point of view, as anything that targets a dangerous bacteria while not affecting the non-dangerous bacteria that live within our bodies has therapeutic potential. Particularly interesting is that the Micavibrio are not put off by biofilms; the sticky layer that bacteria such as Pseudomonas aeruginosa tend to coat themselves in. Antibiotics have real difficulties with biofilms, but the Micavibrio can swim right through them.

Examining the genome of the Micavibrio yields exciting answers as to how it functions as a leeching parasite. Despite relying exclusively upon other bacteria for survival, it has an impressive collection of metabolic enzymes, with very little of the genomic loss seen in other parasitic bacteria. It is, however, missing several genes required to make amino-acids (the building blocks of proteins) which explains its dependance on bacterial-prey. While the Micavibrio seems more than happy to produce its own energy, in order to grow, reproduce, or make any new proteins, it needs a bacterial host. The Micavibrio is also incapable of taking up amino-acids from the environment. You can grow it in a media containing all the amino-acids it needs and it will still die because it can’t transport them into the cell. It needs to be attached to another bacteria to survive. Quite how it gets the amino-acids out of its prey is as yet unknown, although cytoplasmic bridges and intracellular nanotubes have been proposed.

micovibrio aeruginosavorusThe micovibrio (in yellow) attached to its prey (in purple). Picture from the University of Virginia press release (link below)

While this is fascinating from a microbiological perspective, the synthetic biologist inside me is already asking whether this specific bacteria-killing machine could be of any medical use. Using bacteria to kill bacteria is an interesting idea, although theMicavibrio would have to be fitted with a death gene to dispose of it once the disease bacteria were removed. The problem with a death gene is simply that it is highly evolutionarily disfavored. Any bacteria that manage to loose the death gene will be at a massive advantage and would quickly spread.

However while the living antibiotics might not be immediately applicable in medical scenarios, there are plenty of industrial situations that could benefit from the specificity and hunting ability of the Micavibrio. Biofilms form in pipes, and block up nozzles in equipment, and as using antibiotics tends to leave behind small parts of the biofilm (which has an increased likelihood of being resistant) using the search-and-destroy feature of Micavibrio could be really useful. It could also (with some genetic tweaking) play a part removing contaminating bacteria from fermenting solutions, without requiring the need for antibiotic treatments.






Pembangunan Berkelanjutan

Nur Hidayat

Istilah keberlanjutan merupakan istilah yang popular pada decade akhir-akhir ini. Namun demikian, masih saja terjadi perdebatan tentang maknanya. Definisi dasar adalah “Keputusan sekarang yang tidak akan merusak propek usaha atau jika mungkin memperbaiki standar hidup kedepannya”. Sedangkan pembangunan berkelanjutan adalah “memenuhi kebutuhan saat ini tanpa mengabaikan kebutuhan generasi mendatang”. Bagaimana kita mengetahui bahwa yang kita lakukan sekarang adalah sesuai kebutuhan masa depan?

Kesalahan definisi dapat pula dilakukan oleh lembaga seperti Asian Development Bank yang dalam laporan 1990 mengintrepretasikan keberlanjutan dengan kombinasi beberapa parameter yang diikuti dengan peningkatan income per kapita. Pandangan dari sisi ekonomi ini tidakmutlak salah namun tanpa memandang aspek lingkungan maka akan mempersulit pengembangan sumberdaya alam yang akhirnya juga akan merusak pasar. Sebagai ilustrasi, pengembangan sawit besar-besaran akan meningkatan pendapatan Negara melalui pendapatan dari ekspor CPO namun kerusakan hutan untuk keperluan perluasan lahan sawit tanpa memperhatikan faktor lingkungan dapat merusak plasma nuftah, perubahan lingkungan dan dapat merubah iklim suatu daerah sehingga bahaya banjir dan kekeringan menjadi lebih mudah terjadi.

Dalam keberlanjutan harus terdapat keseimbangan antara input dan output. Dengan kata lain, diasumsikan bahwa modal, tenaga kerja, lahan dan input-input lingkungan lainnya adalah berlanjt secara efektif. Dalam hal yang sama, diasumsikan pula bahwa manusia menjadikan barang dan jasa dimungkinkan untuk dapat saling menggantikan bagi lingkungan. Layanan lingkungan yang paling kritis adalah kondisi dasar yang menyokong kehidupan di bumi yaitu stabilitas iklim (suhu, curah hujan dan sebagainya), pasokan pangan (rantai makanan), dan penanganan limbah serta daur ulang bahan.

Siklus iklim dapat dipantau dari suhu, lapisan ozon, siklus karbon – oksigen, siklus nitrogen, siklus air, pelestarian hutan, kesuburan tanah dan biodiversitas. Peningkatan suhu saat ini dianggap telah menyebabkan pencairan es di kutun yang mengakibatkan permukaan air laut naik. Peningkatan suhu juga dapat menyebabkan perubahan arah angin sehingga terjadinya angin besar menjadi lebih sering terjadi dan banjir yang tak terelakkan. Kerusakan lapisan ozon menyebabkan sinar ultra violet menerobos kepermukaan bumi dan menyebabkan beberapa perubahan genetic pada organisme. Siklus karbon – oksigen menjadi penting diperhatikan karena kebutuhan oksigen bagi kehidupan manusia akan semakin terbatas jika produksi karbon dioksida terus meningkat akibat perkembangan industry dan tidak diimbangi dengan ketersediaan tanaman penyerap karbon dioksida yang mengubahnya menjadi biomass. Begitu juga dengan siklus nitrogen dan siklus air.

Rantai makanan merupakan siklus alam yang seharusnya dijaga karena hilangnya salah satu unsur dalam rantai  tersebut dapat menjadikan tidakterkendalinya unsur yang lain dan bahkan dapat mengganggu siklus lainnya. Campur tangan manusia dengan penggunaan bahan kimia sering menjadikan perubahan rantai makanan yang tidak terduga. Penanganan limbah dan daur ulang bahan merupakan keharusan agar keberlanjutan pasokan bahan baku dapat terjadi.

Aktivitas manusia sering bersifat degradatif dan tidak bersifat berkelanjutan. Sebagai contoh, aktivitas yang secara lingkungan tidak berkelanjutan adalah ekstraksi dan penggunaan bahan bahan bakar fosil. Penggunaan minyak bumi untuk industry kimia dan plastic, penambangan logam sering merusak secara besar-besaran untuk mengambil bahan di dalamnya yang relative sedikit.

Tren kekinian dari aktivitas ekonomi yang tidak mendukung keberlanjutan secara taksonomi ekonomi adalah:

  1. Sector primer mencakup ekstraksi bahan baku (pertambangan, pertanian, kehutanan dan sebagainya), proses-proses fisis untuk memperbanyak jumlah bahan baku murni kasar dan pembuangan limbah (destilasi petroleum kasar, pengupasan buah dan sebagainya) dan proses – proses kimia atau termal (penyangraian, dehidrogenasi, pulping kayu,pemasakan dan pemanggangan produk – produk makanan dan sebagainya). Output dari sector primer adalah bahan akhir, termasuk minyak, komoditi kimia dan elektrik.
  2. Sektor sekunder mencakup proses konversi (pembentukan, penggabungan, pelapisan, pengecatan, pencetakan dan sebagainya) pada bahan akhir menjadi produk manufaktur.
  3. Sektor tersier adalah berupa jasa bukan produk, layanan yang mungkin dihasilkan orang (misal perawat atau guru) atau layanan seperti transportasi dan komunikasi.

Sukrosa ester bukan pemanis

Sukrosa ester asam lemak, umumnya dikenal sebagai ester sukrosa, dan ester sukrosa oligo adalah ekstensi yang relatif baru dalam bidang emulsifier dan termasuk dalam emulsifier non ionic. Senyawa ini diperoleh dengan esterifikasi satu atau lebih dari (primer) gugus hidroksil dari molekul sukrosa dengan asam lemak metil. Dengan memvariasikan derajat esterifikasi dari molekul sukrosa adalah mungkin untuk mendapatkan pengemulsi dengan nilai HLB berkisar dari 1 sampai 16 untuk mono-ester tinggi. Ester sukrosa dapat digunakan dalam berbagai aplikasi makanan. Mereka sebagian besar digunakan di industri roti, kembang gula, makanan penutup dan emulsi khusus.

Ester sukrosa diklasifikasikan sebagai pengemulsi, selain emulsifikasi mereka memiliki fungsi tambahan yaitu berinteraksi dengan pati, interaksi dengan protein, kristalisasi gula dan aerasi. Fungsi-fungsi ini dapat mempengaruhi produksi dan kualitas produk akhir. Sebagai contoh adalah pada kesegaran produk panggang, hasil rasa es krim atau mousse cokelat dan dan permen.

Sukrosa (oligo) ester mencair pada suhu antara 40°C dan 60°C, tergantung pada derajat esterifikasi. Pemanasan sampai suhu 185°C dapat dilakukan tanpa efek yang merugikan pada kinerja. Namun, pada suhu yang lebih tinggi dari 140°C beberapa pembentukan warna dapat terjadi karena karamelisasi. Mereka stabil pada nilai pH antara 4 dan 8. Pada nilai pH yang lebih tinggi dari 8,saponifikasi dari ikatan ester mungkin terjadi, sementara di bawah kondisi asam inversi dari bagian sukrosa adalah mungkin. Agregasi asam dapat terjadi pada pH yang sangat rendah dan konsentrasi garam yang tinggi. Ester sukrosa lebih mudah larut dalam air dan tidak larut dalam minyak. Sukrosa ester oligo tidak larut dalam air dan lebih larut dalam minyak. Ketika fase minyak atau air dipanaskan sampai 60 – 80°C kelarutan meningkat