Kuliah :Teknologi Fermentasi

Prof .Dr. Ir. Rindit Pambayun, MPDr. rer nat Ir Agus Wijaya, MsiIr. Tri Wardani Widowati, MP

http://contoh.in

Kuliah 1 : Pendahuluan • Materi kuliah mencakup :

- Isolasi, penyimpanan, pengembangan galur - media untuk fermentasi- sterilisasi- pengembangan inokulum- Fermentor - pengendalian fermentasi- Pengunduhan hasil

Perkembangan Fermentasi

• 6000 SM, khamir telah digunakan untuk pembuatan minuman beralkohol.• 4000 SM, di Mesir khamir digunakan sebagai pengembang roti.• Abad ke 14 ditemukan metode destilasi alkohol.• Di Timur Tengah dan China bakteri asam laktat

telah digunakan untuk pengawetan susu.• Bakteri asam asetat ditemukan sebelum

penemuan Anthony Van Leuwenhoek.• Colombus di Amerika mengembangkan

fermentasi jagung.

Lanjutan :• 1800-an, Carlsberg mengembangkan starter untuk inokulum bir.• 1803, Thenard menemukan khamir penghasil alkohol• 1857, Edward Buchner menemukan mikrobia penghasil alkohol.• 1901, Rudolf Emmerich & Oscarlow menemukan pyonase antibiotik o/ Pseudomonas geruginosa.• 1918, Chaim Wismann menemukan Clostridium penghasil aseton.• 1923, Pfizer menemukan Aspergillus niger penghasil asam sitrat.• 1928, A. Fleming menemukan Penisilin oleh P. notatum untuk menghambat Staphylococcus aureus

Lanjutan :• Selman Waksman menemukan Streptomyces

griseus, mikrobia penghasil streptomisin.• 1957, Louis Pasteur menemukan khamir

penghasil alkohol, fermentasi vitamin, antibiotik, asam amino dan steroid.

• Tahun 1900-1920 merupakan periode penting perkembangan fermentasi gliserol, aseton, butanol dan enzim.

• 1960 mulai dikembangkan produksi biomassa oleh mikrobia untuk sumber protein.

• Periode selanjutnya penelitian lebih ditujukan pada rekayasa genetik.

TEKNOLOGI FERMENTASI• FERMENTASI berasal dari kata :

fervere/ferment (Latin) → yang berarti mendidih• Pengertian Fermentasi Awal (L. PASTEUR)

- Proses penguraian gula pada buah anggur menjadi gelembung udara (CO2) oleh khamir yg terdapat dalam cairan ekstrak buah anggur tsb

• Pengertian Fermentasi lain1. Proses yg menggunakan suatu senyawa (substrat) menjadi senyawa

lain (produk) oleh adanya aktivitas mikroba2. Suatu proses yg menghasilkan energi dg melibatkan molekul organic

baik sebagai donor maupun eseptor elektron 3. Suatu proses yg melibatkan kultur mikroba baik yg bersifat aerob maupun anaerob 4. proses pembusukan bahan makanan 5. suatu kultur mikroba dlm kondisi optimum unt menghasilkan produk berupa metabolit, enzim, produk lain (spt biomassa) pengertian dasar dr kuliah Tekn. Fermentasi

Ruang lingkup Proses fermentasi :• Menghasilkan sel mikrobia (biomassa)

sel yeast u/ industri roti, SCP u/ pakan ternak- Yeast diproduksi skala besar mulai awal 1900- Yeast mulai u/ makanan di Jerman selama PD I- SCP mulai dikembangkan 1960.Contoh : Saccaromyces cerevisiae

• Menghasilkan microbial enzimlebih menguntungkan : mampu menghasilkan dlm jml yg besar, mudah dikembangkan & dikendalikanContoh :Pektinase u/penjernihan beer (Fungi)Protease u/ pengembangan dough adonan (fungi/bakteri)

Lactase u/ Ind susu (Yeast) Amylase u/Ind sirup (bakteri)

Lanjutan :• Menghasilkan metabolit (primer/sekunder)

- metabolit Primer : diproduksi saat fase logaritmik, berhubungan dengan pertumbuhan selmisal : Etanol, asam sitrat, asam glutamat, lysine- metabolit sekunder : diproduksi saat sel sudah mencapai fase stasioner, metabolit yang bersifat antimikrobia, enzim inhibitormisal : antibiotik, biopestisida

• - Menghasilkan senyawa yg merupakan perubahan / modifikasi dari komponen yg ditambahkan dalam proses fermentasi.- Mikrobia mengkonversi komponen yg sengaja ditambahkan dlm fermentasi supaya diubah menjadi senyawa yg dikehendakimelalui proses dehydrogenasi, oksidasi, hydroksilasi, isomerasi, decarboksilasi, dsb.Co. ethanol menjadi asam asetat (vinegar) o/ Acetobacter aceti Asam phenylacetat menjadi Penicillin G o/ P. chrysogenum

Kuliah 2 : Isolasi, penyimpanan isolat dan pengembangan galur

• Kriteria mikrobia u/ Industri Fermentasi :- karakteristik nutrisi, diharapkan cocok dengan

substrat yang murah dan melimpah- suhu opt, dipilih m.o yg bersuhu optimum > 40°C shg mengurangi biaya produksi- kesesuaian m.o dng type proses dan peralatan

yang digunakan- stabilitas m.o - produktifitas tinggi- tidak bersifat toksik

Lanjutan

• Jumlah MIKROBA yang sudah dimanfaatkan untuk Industri Fermentasi masih sedikit →→ perlu upaya :

ISOLASI SELEKSI STRAIN IMPROVEMENT

SCREENING

MIKROBIA UNGGUL

Isolasi dan Seleksi• Air, udara, tanah sumber m.o yg melimpah• Cara Isolasi Mikrobia

- Acak non-selektif : semua isolat diuji untuk mendapatkan mikrobia dengan kualitas yg dikehendaki. Perlu waktu sangat lama

- Acak selektif : dilakukan praseleksi sebelumnya dpt dilakukan dng menggunakan pengetahuan

biokimiawi• Usaha untuk memudahkan :

- menggunakan media diperkaya/selektif- penambahan senyawa ttt sesuai dng tujuan

seleksi m.o- dari sumber yg sesuai dng yang dikehendaki

• Seleksi untuk mencari mo yg berpotensi tinggi• Identifikasi Mikrobia terpilih

Isolasi (lanjutan)

• Contoh : Isolasi bakteri asam laktat menghasilkan asam, Gram pos., katalase neg.

• Isolasi menggunakan media selektif :- MRS pH 6,5 atau PGY + CaCO3- koloni yg dipilih adl koloni yg membentuk zona jernih (clear zona) krn pasti koloni tsb menghasilkan asam - koloni mo tsb kemudian dicek Gram dan katalase- memenuhi kriteria (BAL : hrs Gram pos. & Katalase neg) - dilakukan dimurnikan dan dilakukan pemilihan yg

berpotensi tinggi sesuai dengan yg dikehendaki mis : penghasil antimikrobia, kandidat probiotik, dsb - penentuan sifat morfologi, fisiologis, biokimiawi (sifat phenotif) dan sifat molekuler /DNA (sifat genotif) untuk tujuan identifikasi (penentuan spesies / sub species)

Lanjutan• Mikrobia yang sudah diisolasi dan diseleksi disebut

dengan Isolat• Isolat dikembangkan menjadi populasi sel disebut dengan

Kultur• Inokulum : populasi sel yg siap di inokulasikan• Pengembangan galur/ strain improvement : usaha untuk

- mengembangkan/meningkatkan potensi (keunggulan) isolat untuk dipersiapkan sebagai kultur Industri - peningkatan produktivitas

- peningkatan efisensi dalam proses - kecocokan dng bahan dasar yang lebih bervariasi - Stabil selama proses dan dalam stock

Pengembangan Galur

• Cara :1. pendekatan ekologis dilakukan dengan memodifikasi faktor

lingkungan pertumbuhan (mis. pH, suhu, nutrien) shg. diperoleh kondisi optimum

2. pendekatan genetika dilakukan dengan memodifikasi susunan

gen (DNA)

Modifikasi Gen

1. Proses mutasi :Proses perubahan susunan gen, dpt spontan / induksi. Spontan : - proses peremajaan terus menerus

- pengaruh kondisi lingkungan Induksi : dipacu dng radiasi, mutagen kimiaPerubahan susunan gen terjadi secara acak

2. Hibridisasi atau rekombinasi :Penyusunan ulang gen atau bagian gen dari dua atau lebih organisme & menggabungkan menj. satu informasi gen dlm organisme tunggalhibridisasi seksual : terjadi pencampuran materi gen

Contoh : proses miosis pk ukariotik hibridisasi paraseksual : prokariotik (seksualitas blm jelas

Contoh : proses rekombinasi konjugasi, fusi protoplas

Penyimpanan isolat

• Tujuan penyimpanan : - mikrobia tetap hidup- terhindar dari kontaminasi- mencegah terjadinya perubahan genetis- produktifitas tetap terjaga

• Metoda penyimpanan :- penyimpanan pada suhu yang rendah /beku

> agar miring (harus diremajakan sec kontinyu) > suspensi sel dlm cryoprotective agent

(gliserol 10 %)(sebaiknya disimpan pada suhu – 20°C s/d – 80°C)

- penyimpanan bentuk kering > terutama untuk m.o berspora > sel kering dengan freeze drying disimpan dlm ampul pada suhu ref. dapat tahan lama

• Pengendalian kultur stock> pengujian secara periodik terhadap : - kemurnian - viabilitas

- produktivitas

TUGAS

• 1. MENCARI SATU JURNAL TENTANG PROSES ISOLASI MIKROBIA

• 2. KEMUDIAN DIRINGKAS CARA/METODE ISOLASINYA

• 3. RINGKASAN DIKUMPULKAN BESERTA JURNAL ASLINYA

• 4. WAKTU : 1 MINGGU