TUGAS ICE 205 MIKROBIOLOGI INDUSTRIPERANAN MIKROBA DALAM INDUSTRI

dibuat untuk memenuhi nilai tugas mata kuliah Mikrobiologi Industri

Disusun oleh :Fahrizal Faza 2010620132Celfin Alfari Tratama 2011620071

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIUNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGANBANDUNG20151. PendahuluanPeranan mikroba dalam industri telah lama berkembang di dunia dan terbagi dalam 5 fase. Pada fasse pertama, di awal tahun 1900 ,merupakan periode fermentasi alkohol, fase kedua 1900-1940 yaitu periode antibiotik. Fase ketiga 1940-1964 periode protein sel tunggal, fase keempat 1964-1979 periode produksi metabolit dan fase kelima 1979 hingga saat ini disebut periode bioteknologi.2. Fase 1 Fermentasi Alkohol (awal tahun 1900 )Pada fase 1 dari tahun 1900, proses fermentasi bermula dari proses fermentasi oleh peradaban Mesir kuno dalam skala besar 1500 barel dimulai pada awal tahun 1700. Kemudian ditengah abad 18 seorang ahli kimia Liebig menilai bahwa fermentasi merupakan proses kimia secara murni. Dia menuturkan fermentasu merupakan penggabungan proses dimana kehadiran substansi molekul pada starter. ahli kimia lain seperti Berzelius (1779-1848) dan Bertholet (1827-1907) menyetujui pandangan Liebig tersebut. Tetatpi menurut Louis Pasteur memberikan peryataan bahwa proses fermentasi ialah proses secara biologi hal tersebut berdasarkan sejumlah eksperimen yang dapat membuktikan bahwa yeast dibutuhkan untuk merubah gula menjadi alkohol dan organisne lai n dari yeast dapat merubah gula menjadi asam laktat. Pada tahun 1861 dengan meneliti proses fermentasi dapat dilakukan menggunakan oksigen oleh organisme berbentuk rod. Organisme inilah yang berperan pada fermentasi asam butirat yang kemudian disebut bakteri asam butirat. Observasi ini berhasil mengkasifikasikan mikroorganisme menjadi dua yaitu anaerobik dan aerobik. 2.1 Saccharomyces Cerevisiae didalam industri AlkoholSaccharomyces cerevisiae adalah spesies dari ragi yang secara umum digunakan dalam proses fermentasi untuk mengkonversi glukosa menjadi etanol dalam produksi minuman dan biofuels.Saccharomyces cerevisiae ini telah digunakan didalam produksi bir selama ribuan tahun yang lalu.Didalam industri yang memproduksi etanol, Saccharomyces Cerevisiae direkayasa dahulu daur metabolismenya secara genetika sehingga etanol yang didapatkan lebih efektif dan efisien.2.2 Struktur Sell Saccharomyces CerevisiaeStruktur sell saccharomyces Cerevisiae ini serupa dengan sel eukariot lainnya yang mempunyai organell membrane seperti mitokondria, nucleus dan vakuola. Saccharomyces cerevisiae ini mempunyai 17 sel kromosom yang disimpan didalam nucleus. Proses metabolisme utama saccharomyces cerevisiae membutuhkan oksigen dan terjadi di mitokondria. Resprirasi yang terjadi oleh saccharomyces serevisiae ini terjadi secara aerob dan anaerob. Fermentasi terjadi didalam sitoplasma, oksigen tidak diperlukan didalam fermentasi ini .Didalam proses pembuatan alkohol, terjadi proses fermentasi gula menjadi alkohol dan CO2karena adanya pengaruh dari aktifitas enzim yang dihasilkan oleh sel khamir. Oleh karena itu pemilihan khamir/ ragi sangat berpengaruh didalam proses fermentasi. Selain itu proses fermentasi ini dipengaruhi oleh:1. konsentrasi gula (glukosa)2. keasaman larutan3. pemberian oksigen dan suhu. (optimum pada suhu kamar)4. pH larutan (optimum pada pH 4-4,5)Proses Pembuatan BirProses pembuatan bir terdiri dari 4 langkah utama yaitu 1. Tahap penumbukan bahan baku2. Tahap pendidihan3. Tahap Fermentasi4. Tahap Penyejukkan

3. Fase 2 Periode AntibiotikTujuan lain mikrobiologi industri ini ialah pembuatan dalam skala besar antibiotik disebut penisilin dimana penisilin ini sangat dibutuhkan untuk keperluan perang dunia ke 2. Produksi penisilin ini berlangsung dalam kondisi aerobik dimana diperoleh dalam kultur dalam kondisi aseptis. Tantangan pembuatan penisilin ini ialah pemecahan masalah kondisi aseptis yang diperlukan untuk pembuatan penisilin. Weisman mengembangkan teknik yang mana memberikan solusi untuk proses aseptis secara aerobik yang mana berhasil untuk pembuatan gliserol, asam sitrat dan asam laktat. Dengan demikian masalah utama yaitu kontaminasi pada medium dalam jumlah besar, pembersihan kultur dengan udara steril, pencampuran broth yang snagat kental telah diseslesaikan. Sehingga teknologi pembuatan penisilin ini memberikan jalan pengembangan secara luas pada proses yang baru seperti produksi antibiotik jenis lain, vitamin, asam amino, enzim dan trnasformasi steroid.BasitrasinBasitrasin merupakan antibiotik polipeptida yang dihasilkan dari mikroba basilus subtilis atau basilus lichenformis.Basitrasin efektif dalam melawan bakteri gram positif seperti staphylococcui, streptococci, dan corynebacter.Antibiotik ini mempunyai afinitas tinggi terhadap membrane sitoplasma sehingga antibiotik ini bersifat racun terhadap bakteri maupun sel eukariot.Basitrasin digunakan dalam obat obatan terutama didalam bidang antibiotik untuk mengobati infeksi kulit yang disebabkan oleh mikroorganisme yang sensitif terhadap basitrasin.Basitrasin menghalangi sintesis dinding sel bakteri dengan mencegah sintesis asam amino dan nukleotida nukleotida kedalam dinding sel.Basitrasin diproduksi melalui sistem produksi batch, mikroorganisme yang digunakan untuk mencapai produksi optimum didalam produksi basitrasin adalah Bacillus subtilis. Bahan baku yang digunakan dalam produksi basitrasin adalah gliserol, karena gliserol mempunyai dua jenis sumber nitrogen yaitu asam glutamik dan alanin. pH optimum yang digunakan didalam produksi basitrasin adalah 7-7,5 dan suhu optimum yang digunakan adalah 37-40oC. Parameter lain yang mempengaruhi produksi pembuatan bacillin adalah: Masa Inkubasi (waktu inkubasi yang digunakan adalah 24 jam (maksimal) Konsentrasi Gliserol: Pada inkubasi 120 jam, konsentrasi glukosa yang digunakan adalah 5%, glukosa 1% pada inkubasi 24 jam, glukosa 5% pada 96 jam dan glukosa 4% pada 48 jam dan 72 jam suhu dan kecepatan pengadukan juga berpengaruh pada produksi basitrasin, pengadukan maksimum hanya boleh pada 150 rpm. Asupan sumber nitrogen dan karbon juga berpengaruh terhadap produksi basitrasin Fase 3 Periode Protein Sel Tunggal (1940-1964)Periode ini ditandai oleh produksi makanan berprotein dari biomassa yang diberi mikroba. agar harga dari produk yang dihasilkan sangat rendah, produksi skala besar biomassa diperlukan. Hal ini mengarahkan pengembangan fermentor berpengaduk terbesar dari 80.000 150.000 liter atau diameter yang lebih besar lagi. Proses fermentasi yang besar ini disebut fermentasi kultur kontinyu menjadi terkenal. Proses fermentasi kultur kontinyu yang paling lama ialah ICI Pruteen yang memproses makanan hewan dengan kultur Methylophillus methylotrophus.Protein sel tunggal merupakan mikro organisme uniselluler yang dapat dikonsumsi, merupakan pengembangan bahan makanan dengan kadar protein tinggi yang diproses melalui bioteknologi dengan bantuan mikroba. Protein bersel tunggal mempunyai banyak kelebihan dan digunakan sebagai bahan pangan manusia sampai sekarang, kelebihan protein bersel tunggal adalah sebagai berikut:1. Tidak mengandung racun dan senyawa karsinogenik didalam substrat.2. Melalui proses biosintesis oleh mikroorganisme.3. Memiliki kandungan asam nukleat yang sangat tinggi.4. Memiliki kandungan protein yang sangat tinggi disbanding protein yang ada pada hewan dan tumbuhan.5. Mudah dibiakkan didalam berbagai media dan substrat.Protein bersel tunggal diproduksi dengan cara fermentasi. Protein sel tunggal dapat diproduksi melalui beragam mikroorganisme dan substrat yang berbeda, Ragi merupakan salah satu contoh substrat yang paling umum digunakan didalam produksi protein sel tunggal.Beberapa alas an mengapa digunakan ragi untuk memproduksi protein tinggi adalah: Ragi dapat memproduksi protein bersel tunggal dengan kuantitas yang sangat besar dengan jumlah kebutuhan ragi yang sedikit. (100 lbs ragi dapat memproduksi 250 ton protein bersel tunggal). Mengandung asam nukleat yang sedikit Mengandung lysine yang banyak Dapat melakukan fermentasi dalam suasana sangat asamRagi dapat mengembangbiakkan berbagai mikroorganisme dan substrat yang berbeda untuk memproduksi protein bersel tunggal, mikroorganisme yang cocok untuk dibiakkan dalam memproduksi protein bersel tunggal adalah mikroorganisme yang tidak menyebabkan penyakit terhadap tanaman, hewan, dan manusia.nilai gizinya baik, dapat digunakan sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk yang dibutuhkan rendah.berikut adalah contoh mikroba dan substrat yang digunakan didalam protein bersel tunggal:Mikroorganisme (Bakteri)Substrat

Aeromonas HydrophiliaLactose

Acromobacter delvactaven-alkana

Acinetobacter calcoacenticusEthanol

Bacillus MegateriumKomponen protein non nitrogen

Bacillus Subtillis, Cellumonas sp, FlavobacteriumSelulosa, Hemiselulosa

Lactobasilus spGlukosa, amilosa, maltose

Methylomonas MethylotropusMethanol

Pseudomonas Flourescensglukosa

Langkah langkah yang perlu diperhatikan dalam pengembangbiakkan protein bersel tunggal adalah sebagai berikut:1. Pemilihan dan penyiapan sumber karbon, beberapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap bahan dasar yang diperlukan2. Penyiapan media yang cocok dan mengandung sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor, dan unsur-unsur lain yang penting3. Pencegahan kontaminasi media4. Pembiakan mikroorganisme yang diperlukan5. Pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi6. Penanganan lanjut biomassa

4. Fase 4 Periode produksi metabolitSelama periode ini, proses mikroba yang baru untuk produksi asam amino dan 51 nukleosida sebagai perisa dikembangkan di Jepang. Banyak proses untuk produksi enzim yang mana sangat dibutuhkan untuk industri, analisa, dan tujuan medis. Produksi komersil dari polimer yang bersal dari mikroba seperti Xanthan dan Dextram yang digunakan juga pada aditif makanan dimulai pada periode ini. Proses-proses lain dikembangkan selama periode ini termasuk penggunaan mikroorganisme untuk pemulihan minyak tersier. Produksi Asam Organik dengan menggunakan bantuan mikroorganismeDidalam bidang industri kimia, asam organik banyak yang dihasilkan dengan cara dioksidasi dengan bantuan dari mikroorganisme. Contoh asam organik yang diproduksi dengan bantuan mikroorganisme adalah asam amino, asam sitrat, asam glukonat, asam itakonat.Asam asam organik ini diproduksi dengan bantuan fungi atau jamur.Sedangkan asam cuka dan asam glukonat dibuat dengan bantuan bakteri. Berikut adalah penjelasan lebih rinci mengenai produksi asam oleh jamur dan bakteri:a. Pembentukan Asam Organik dengan bantuan FungiPada pembentukan asam organik dengan bantuan fungi, produk yang dihasilkan oleh fungi adalah etanol dan asam laktat, Asam organik ini dihasilkan dengan menggunakan bantuan ragi pada kondisi anaerob. Berikut adalah bagan bahan baku yang dapat diproduksi menjadi asam organik dengan bantuan fungi/ jamur:Bahan BakuProdukFungi

Glukosa

Asam OksalatLactobacillus, Rhyzopus oryzae, Aspergilli, Penicillia

Asam laktatLactobacillus, Rhyzopus oryzae

Asam GlukonatAspergilli, Penicillia

Asam SitratPenicillia(Citromyces pfefferianus).

Asam SitratAsam sitrat didapat dari fermentasi. Proses fermentasi tersebut dilakukan secara dua tahap, tahap pertama adalah fermentasi pembentukan produk. Tahap kedua adalah laju penyerapan karbohidrat. Berikut adalah faktor yang mempengaruhi fermentasi asam sitrat:1. Mikroba. Umumnya digunakan proses mutasi dengan iradiasi uv agar kemampuan produksi dengan menggunakan mikroba meningkat2. komposisi nutrisi media. Media fermentasi untuk biosintesis asam sitrat terdiri dari substrat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme, terutama terdiri dari substrat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorgaisme terutama sumber karbon, nitrogen dan fosfor. Selain itu air dan udara dapat pula dimasukkan sebagai substrat fermentasi3. Mangan dan logam lainnya4. pH optimum operasi 5. kondisi lingkungan, 6. tipe dan konsentrasi gula yang difermentasi 7. pengaruh senyawa pengkhelat terhadap ion logam, ammonium nitrat dan aerasi.

5. Fase 5 Periode Bioteknologi (1980 saat ini)Langkah cepat dalam mirobiologi industri berawal sejak 1980 secara primes dikarenakan pengembangan teknik baru seperti keahlian genetika dan teknik hibridoma. Dengan keahlian genetika memungkinkan untuk in viro memanipulasi genetika untuk memperoleh bentuk mikroorganisme gen manusia dan mamalia yang memberikan potensi untuk memproduksi protein manusia yang mana dapat digunakan untuk terapi. Produk pertama adalah insulin yang digunakan untuk perawatan penyakit pertumbuhan dan diabetes. Hal ini diikuti oleh pembuatan hormon pertumbuhan manusia, eritoprotein, myeloid colony stimulating factor (CSFs) yang mana mengatur pertumbuhan sel darah dengan menstimulasi proliferation. Sedangkan teknik hibridoma digunakan untuk produksi antibodi monoklon yang mana seperti obat dalam diagnosa medis dan terapi juga dikembangkan pada periode ini.

LovastatinLovastatinmerupakan senyawa inhibitor kompetitif HMG-KoA reduktase yang mampu menurunkan kolesterol plasma dengan efek samping kecil yaitu tetap menjaga tekanan darah dalam ambang normal, lovastatin digolongkan kedalam obat obatan statin yang digunakan untuk menurunkan kadar serum kolesterol, LDL, Trigliserol dan VLDL didalam darah bagi penderita hiperkolesterolemia untuk menurunkan resiko penyempitan pembuluh darah. Hiperkolesterolemia disebabkan oleh akumulasi kolesterol dan lipid pada dinding pembuluh darah.Hiperkolesterolemia merupakan penyebab utama dalam penyakit jantung koroner, arterosklerosis, dan serangan jantung.Di alam lovastatin dapat ditemukan pada sel kapang monacus.Lovastatin yang ditemukan didalam kapang ini dapat menghambat biosintesis kolesterol.Selain itu lovastatin juga ditemukan pada Aspergillus terreus dan berbagai cendawan dari genus Pleurotus seperti P. sapidus, P.erynggi, P.cornucopial dan P.ostreatus. Lovastatin juga ditemukan melalui fermentasi bawah permukaan berbagai jamur berfilamen khususnya dari kelas Basidiomycetes atau melalui ekstraksi tubuh buah secara kimiawiKarakteristik LovastatinLovastatin mempunyai rumus empiris C24H36O5, berat molekul lovastatin sebesar 404,55 gr/mol. Lovastatin berada didalam bentuk asam hidroksi terbuka dan mempunyai lakton non aktif. Bentuk aktif lovastatin yang merupakan asam hidroksi terbuka dikarenakan lovastatin berperan sebagai inhibitor kompetitif HMG KoA.Lovastatin juga merupakan senyawa yang semipolar dan larut didalam etanol.Lovastatin tidak larut dalam air, larut sebagian dalam etanol, metanol, asetonitril, etil asetat dan larut sempurna dalam kloroform. Lovastatin mempunyai titik leleh 174,5 oC, rotasi optik pada konsentrasi 0,5 gram dalam 100 ml asetonitril sebesar 325o. Lovastatin mempunyai serapan maksimum sinar ukltraviolet pada 235,238, dan 247 nm.

Gambar Struktur molekul Lovastatin: a. bentuk lakton non aktif, b. bentuk asam hidroksi terbuka

Dalam produksi lovastatin ada beberapa faktor yang mempengaruhi jumlah produksi dan kelancaran produksi lovastatin, faktor utama dan faktor pendukung. Berikut adalah faktor utama yang mempengaruhi produksi lovastatin:1. Jenis fungi yang digunakan. Setiap strain fungi mempunyai struktur gen yang berbeda sehingga memiliki kemampuan dalam produksi lovastatin yang berbeda pula2. Metode Fermentasi yang digunakan (fermentasi padat atau fermentasi cair). Metoda fermentasi mempengaruhi kuantitas sekresi lovastatin oleh fungi. Pada fermentasi padat lovastatin lebih stabil dan lebih mudah disekresi ke medium daripada dalam fermentasi cair. Lovastatin terakumulasi di dalam miselium pada fermentasi cair. 3. Komposisi media (terutama jika digunakan fermentasi cair) Komposisi media mempengaruhi metabolisme jamur4. Suhu. Suhu kultivasi merupakan salah satu faktor fisik yang mempengaruhi pertumbuhan, sintesis dan sekresi lovastatin. Suhu mempengaruhi laju pertumbuhan dan jumlah total pertumbuhan organisme.5. Kelembaban (terutama jika digunakan fermentasi padat)6. pH. Produksi lovastatin membutuhkan pH optimum dengan kisaran 5,5-6,0. Bila pergeseran pH terlalu besar akan menghambat pertumbuhan. Tetapi, pH awal dan pH akhir biasanya sama dengan kisaran 7-8

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.newagepublishers.com/samplechapter/002085.pdf2. https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Saccharomyces_cerevisiae_use_and_function_in_alcohol_production3. http://www.chyrun.com/2014/01/makalah-produksi-basitrasin-dari-isolat.html?m=04. https://en.wikipedia.org/wiki/Bacitracin5. Nasseri.,A.T Single Cell Protein :Production and Process, 2011.pdf6. Aryantha.,I Nyoman.,Eksplorasi Fungi Deuteromycetes Penghasil Senyawa Anti Kolesterol Lovastati.,2004.pdf