teknologi fermentasi
TRANSCRIPT
TEKNOLOGI TEKNOLOGI FERMENTASIFERMENTASI
KRITERIA MIKRO-ORGANISME INDUSTRIKRITERIA MIKRO-ORGANISME INDUSTRI
1. Kultur murni2. Stabil secara genetik3. Dapat memproduksi sel vegetatif, spora atau
unit reproduktif lainnya4. Mampu tumbuh dengan cepat5. Mampu hasilkan produk dalam waktu singkat6. Mempu lindungi diri dari kontaminasi7. Mampu disimpan untuk jangka waktu lama8. Mampu hasilkan produk yang diinginkan &
mudah dipanen9. Dapat menerima perlakuan perbaikan genetik
SUMBER MIKRO-ORGANISME SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRIINDUSTRI
1. Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman, hewan, limbah, kotoran, dll. Melalui teknik ISOLASI,SELEKSI,PEMURNIAN, DAN PENGUJIAN
2. Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan memelihara mikro-organisme
NAMA KOLEKSI KULTUR DUNIANAMA KOLEKSI KULTUR DUNIA
Tempat
ATTC
CBS
CCM
CDDA
CIP
CMI
DSM
FAT
IAM
NCIB
America Type Culture Collection
Centraal Bureau VoorSchimmelculture
Czechoslovak collection of microorganism
Canadian Department of Agriculture
Collection of The Institute Pasteur
Commonwealth Mycological Institute
Deutsche Samlung Von Microorganism
Faculty of Agriculture Tokyo University
Institute of Applied Microbiology
National Collection of Industrial Bacterial
Rockville, USA
Baarn, Netherland
Canada, Otawa
Paris
Kew, UK
Gottigen, Jerman
Tokyo
Univ of Tokyo
Aberdeen, Scot
London, UK
ISOLASIISOLASIKegiatan pemisahan suatu kultur organisme
dari campuran biakan yang terdapat di alam
KULTIVASIPertumbuhan populasi microbial pada
lingkungan buatan (medium kultur) pada kondisi tertentu di laboratorium
TEKNIK ISOLASITEKNIK ISOLASI
1. Pemindahan dengan penanaman (planting method)
2. Kultur diperkaya dengan metode selektif
PEMELIHARAAN dan PELESTARIAN PEMELIHARAAN dan PELESTARIAN MICROORGANISMEMICROORGANISME
• Kultur hasil isolasi dan screening dipelihara dalam media dan metode tertentu agar tahan lama
Metode Keuntungan Kerugian
•Tabung reaksi, botol, cawan petri
•Metabolisme tereduksi
•Baik untuk pengujian taksonomi
•Pengurangan kecepatan tumbuh
•Viabilitas pendek lebih terhadap kontaminasi, pertumbuhan
•Organisme yang diinginkan dapat tumbuh
Metode Keuntungan Kerugian
• Penutupan minyak mineral
•Refrigerasi
•Deep freezing
•Pengeringan dengan pasir kering, silica gel, tanah
•Kertas saring
•Pengurangan interval sub kultur
•Baik untuk pengawetan kultur
•Keadaan tetap sama
•Sederhana
•Ekonomis
•Dapat memp metabolit beracun
•Lebih peka kontaminan
BAKTERIBAKTERI• Ukuran 0.5 - 5 μm, yang bulat diameter 0.75 - 1.0 μm• Bentuk: batang (basil), bulat (Coccus), spiral• Penataan: tunggal, berpasangan,rantai, filamen,
gerombol• Struktur: struktur utama diluar diding sel berupa flagel,
fili dan kapsul. Organel selnya terdiri dari : sitoplasma, bahan intisel, ribosom
• Berdasarkan beda komposisi & struktur dinding sel:- gram + = lipid lebih sedikit- gram - = lipid lebih banyak dinding lebih tipis
• Tipe nutrien: fototrof (gunakan cahaya), chemotrof (gunakan bahan kimia/organik
KAPANG: MOD, FUNGIKAPANG: MOD, FUNGI
• Contoh: ragi untuk tempe, oncom, kecap, tauco
• Morfologi: tubuh sendiri dari dua bagian, miselium, spora
• Fisiologi: hanya dapat hidup dengan adanya oksigen (obligat aerob)
• Pemanfaatan: antibiotik, enzim, hormon steroid
KHAMIRKHAMIR
• Uniseluler
• Reproduksi vegetatif dengan budding pembelahan atau sporulasi
• Karakteristik kultur atau koloninya pada media agar khas
• Banyak digunakan pada industri alcohol dan asam organic
GANGGANG/ALGAEGANGGANG/ALGAE
• Plankton: Phytoplankton, zooplankton
• Variasi tempat tumbuh luas (suhu dingin hingga panas)
• Ukuran dan bentuk bervariasi
• Reproduksi: seksual (bersatunya gamet dimana inti berdifusi lalu timbul spesies baru) dan aseksual (pembelahan)
DASAR KLASIFIKASI ALGAEDASAR KLASIFIKASI ALGAE
• Sifat alami dan komposisi kimia dari pigmen
• Kimia dari fotosintesis makanan dan produk asimilasi
• Morfologi, jumlah dan flagella
• Sifat fisikokimia dinding sel
• Karakteristik dan morfologi sel dan tubuh buah
• Metode reproduksi
BIOMASSA MIKROALGABIOMASSA MIKROALGA
1. Fotosintetik memungkinkan mikroalga memperoleh hasil tinggi
2. Paling efisien gunakan energi cahaya matahari (produktivitas: 60-80 ton bobot kering/ha/tahun
POTENSI MIKROALGAPOTENSI MIKROALGA
1. Suplemen protein untuk pakan ternak
2. Lemak: gliserol
3. Pigmen, enzim dan asam-asam amino
4. Bio-energi : metana, hydrogen, hidrokarbon
POTENSI INDONESIAPOTENSI INDONESIA
1. Air/laut tersedia
2. Area luas
3. Iklim penuh cahaya matahari
4. Biaya tenaga kerja relatif murah
MEDIA DALAM KULTIVASI MEDIA DALAM KULTIVASI BIOPROSESBIOPROSES
Media: tempat tumbuh mikro-organisme
Syarat:
- Sumber C
- Sumber N
- lain-lain
Persamaan :C + N + Lain-lain Cell + Produk+CO2H2O,panas
BAHAN DASAR MEDIABAHAN DASAR MEDIANutrien broth:
-beef extract 3 g
-pepton 5 g
-air 1000 g
Nutrien agar:
-beef extract 3 g
-pepton 5 g
-agar 15 g
-air 1000 g
KARAKTERISTIK BAHAN DASAR MEDIAKARAKTERISTIK BAHAN DASAR MEDIA
Bahan mentah Karakteristik/sumber
Beef extract
Pepton
Agar
Ekstrak khamir
Ekstrak cairan daging dikentalkan menjadi pasta
Produk hasil hidrolisis bahan berprotein, a.l daging, kasein dan gelatin, dapat dihidrolisa dengan cara asam maupun enzimatis
Suatu karbohidrat kompleks diperoleh dari ganggang laut
Ekstrak cair dari sel khamir, dalam bentuk tepung
SUMBER KARBONSUMBER KARBON
• Sumber energi utama• Bahan penyusun kerangka sel• Dalam alam, banyak sekali alternatifnya
Dasar pemilihan sumber C (karbon) dalam industri• Ketersediaan• Harga• Aspek legal
METODE PREPARASIMETODE PREPARASI
• Media yang dibeli dalalm bentuk komersil, misalnya nutrien agar, nutrien broth biasanya resepnya sudah tertera. Tinggal mengikuti resep tersebut
• Jika dalam media terdapat sumber nitrogen/protein, maka saat sterilisasi, pisahkan antara sumber karbon dengan nitrogen karena dapat menyebabkan reaksi browning (pencoklatan)
• Jika berupa pati, maka konsentrasinya maksimal 2% karena dapat menggumpal jika dipanaskan. Jika dapat gunakanlah soluble strach
SUMBER NITROGENSUMBER NITROGEN
• Sebagai bahan penyusun sel• Contoh: corn steep liquor, tepung kacang,
tepung kedelai, gelatin, darah, tepung ikan,dllFaktor yang mempengaruhi pemilihan sumber N:
- kemudahan untuk diasimilasi.contoh: ammonia atau ion ammonium mudah diasimilasi sehingga banyak digunakan- metabolisme yang terjadi- murah harganya dll
BAHAN LAINBAHAN LAIN
• Mineral
• Vitamin
• Pengatur asam basa
• Antibusa
• Precursor atau inhibitor
• Induser
• oksigen
KULTIVASI DALAM BIOPROSESKULTIVASI DALAM BIOPROSES
Penyiapan Mikroorganisme Penyiapan substrat/ formulasi media
SterilisasiInokulasi secara aseptik
Perakitan bioreaktor dan strerilisasi
Kultivasi:-Pengontrolan suhu-Pengontrolan pH-Pengontrolan aerasi-Pengontrolan agitasi-Pengontrolan busa
Sampling dan Pemanenan
Analisis hasil kultivasi
KONSENTRASI SUBSTRAT DAN KONSENTRASI SUBSTRAT DAN NUTRIENNUTRIEN
• Pertumbuhan optimum apabila nutrien dan kondisi sesuai
• Nutrien dasar yang dibutuhkan adalah sumber C, sumber N, energi dan faktor esensial pertumbuhan yaitu mineral dan vitamin
• Nutrien digunakan untuk sedia energi dan pembentukan konstituen seluler
• Ukuran hasil kultivasi disebut yield• Laju pertumbuhan mikroorganisme dipengaruhi
oleh konsentrasi komponen penyusun media pertumbuhan
KOMPOSISI TIPIKAL UNTUK M.OKOMPOSISI TIPIKAL UNTUK M.O
Elemen % bobot kering
Karbon
Nitrogen
Fosfor
Sulfur
Magnesium
50
7-12
1-3
0.5-1.0
0.5(Wang dkk., 1978)
Contoh:
Bila diinginkan mensintesa 30 g/L massa khamir, maka kira-kira formulasi media adalah sbb.
Komponen medium Konsentrasi (g/L)
Sumber energi karbon
-Methanol
-Etanol
-Glukosa
-Heksadekan
(NH4)2SO4
KH2PO4
MgSO4
Trace element
60
40
60
30
12
1.3
1.5
10-4
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
1. Penyiapan mikroorganisme:
- kondisi (kesegaran jika dari media agar)
- Perlu penumbuhan jika dari keadaan
pengawetan khusus misalnya dari ampul
liofilisasi, pengawetan dengan pengering, dll
- kadang mikro-organisme memerlukan
adaptasi dahulu dalam media propagasi (ada
yang tidak bisa langsung dari agar miring)
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
2. Penyiapan substrat- Kenali komposisi substrat yang sesuai dengan tujuan kultivasi- perlu tahu cara penyiapannya contoh jika terdapat sumber protein dan
karbohidrat dalam komposisi media yang akan digunakan, maka pisahkan pada saat sterilisasi
STERILISASISTERILISASI
• Media
• Bioreaktor dan asesorisnya
• Bahan yang ditambahkan pada mekanisme pengontrolan (asam, basa, antibusa
STERILISASISTERILISASI
• Metode/cara yang dapat diterapkan untuk membunuh atau menyingkirkan mikroorganisme kontaminan
• Metode bisa dengan:
- pemanasan - pengendapan
- filtrasi - sentrifugasi
- flotasi - radiasi
- pertukaran ion - penggunaan bahan kimia
STERILISASISTERILISASI
• Yang umum digunakan adalah pemanasan, radiasi, penggunaan bahan kimia dan filtrasi
• Metode sterilisasi dengan pemanasan:- panas basah (uap)- panas kering (oven)
• Cara yang dipilih tergantung pada kondisi bahan/media serta peralatan yang akan disterilisasi
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
3. Perakitan bioreaktor dan sterilisasi4. Inokulasi secara aseptik
- perhatikan port/lubang untuk inokulasi pada bioreaktor
- selalu gunakan bantuan desinfektan untuk mengaseptiskan lingkungan - setelah kering desinfektan baru dekatkan api pada lubang
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
4. Inokulasi secara aseptik - perlahan bukalah lubang inokulasi - tuang inokulum mikroorganisme secara hati-hati- usap lubang dengan desinfektan (hati- hati dengan Bunsen) - tutupkan penutup lubang setelah lebih dahulu difiksasi di atas bunsen
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
5. Kultivasi
Proses fermentasi berlangsung saat
kultivasi
Apabila kultivasi berjalan dengan baik, maka
substrat dikonsumsi oleh sel, sel tumbuh
dan produk dibentuk
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
5. Kultivasi
Peubah optimasi pertumbuhan mikroorganisme dan pembentukan produk adalah:
- Konsentrasi substrat dan nutrien
- Suhu
- pH
- Aerasi dan agitasi
SUHUSUHU
• Pertumbuhan merupakan hasil dari serangkaian reaksi kimia yang sangat dipengaruhi oleh suhu
• Suhu juga berpengaruh terhadap efisiensi konversi substrat menjadi massa sel
• Perubahan suhu pertumbuhan yang besar (ekstrim) akan mengakibatkan inaktifnya struktur fungsional sel
• Titik optimum suhu akan memberikan iklim kondusif untuk aktifitas metabolisme sel dan pertumbuhan normal
TABEL SELANG SUHU PERTUMBUHAN TABEL SELANG SUHU PERTUMBUHAN ((OOC) TIGA TIPE MIKROORGANISMEC) TIGA TIPE MIKROORGANISME
Tipe Min Opt Maks
Psikofilik
Mesofilik
termofilik
-5 – 0
10-20
25-45
5-15
30-40
45-60
15-20
40-45
60-80
HUBUNGAN SUHU DENGAN HUBUNGAN SUHU DENGAN PERTUMBUHAN SPESIFIKPERTUMBUHAN SPESIFIK
Psikrofilik mesofilik termofilik
0 10 20 30 40 50 60
pHpH
• pH mempengaruhi fungsi membran/permeabilitas sel, sintesa enzim dan komponen sel lainnya
• Contoh: pH dapat menggumpalkan protein pada titik isoelektrik
• pH mempengaruhi kelarutan konstituen
• pH menunjukkan aktivitas ion H+ dalam suatu larutan
pHpH
• Dalamm kultivasi bioproses, pH cenderung alami perubahan oleh berbagai sebab. Misal, penggunaan ammonia, pH cenderung turun; penggunaan nitrat dan komponen amino organic, pH cenderung naik. pH juga dipengaruhi oleh terbentuknya asam-asam organic selama fermentasi
• Upaya mengontrol pH
Mikroba Min Opt Maks
Bakteri
Khamir
Kapang
3-5
2-3
1-2
6.5-7.5
4.5-5.5
4.5-5.5
8-10
7-8
7-8
URUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASIURUTAN PEKERJAAN DALAM KULTIVASI
6. Sampling dan pemanenan
7. Analisis hasil
BIOREAKTOR UNTUK KULTIVASI PADATBIOREAKTOR UNTUK KULTIVASI PADAT
Sejarah
Periode sebelum pasteur
- Roti
- Pengawetan ikan dan daging
- Asam cuka
- Pembuatan keju
- Pembuatan koji kecap
BIOREAKTOR UNTUK KULTIVASI PADATBIOREAKTOR UNTUK KULTIVASI PADAT
Periode sesudah Pasteur
- 1860-1900: trickling filter untuk penanganan limbah
- 1900-1920: pembuatan enzim dengan kapang
- 1940-1950: antibiotik
- 1950-1960: spora kapang untuk proses transformasi steroid
METODE / BIOREAKTOR YANG METODE / BIOREAKTOR YANG DIGUNAKANDIGUNAKAN
• Drum:- ukuran 5 galon dapat digunakan 1-1.2 kg substrat lembab, diinokulasi dengan kapang- udara dilewatkan ke dalam drum secara perlahan- drum dapat diputar senagai sarana agitasi
METODE / BIOREAKTOR YANG METODE / BIOREAKTOR YANG DIGUNAKANDIGUNAKAN
• Metode Pot:- tempat lebih kecil dari drum- aerasi dapat lebih optimal
• Metode Tray- tidak mengalami agitasi- dapat digunakan baki dari aluminium- banyak digunakan dalam proses produksi enzim
FAKTOR YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM FAKTOR YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM MERANCANG BIOREAKTOR SUBSTRAT PADATMERANCANG BIOREAKTOR SUBSTRAT PADAT
• Teknik inokulasi• Teknik sampling• Sistem transfer• Sterilisasi peralatan• Sumber udara• Jenis medium• Sistem pemantauan, pengukuran dan
pengontrolan parameter kultivasi
KEUNTUNGAN KULTIVASI KEUNTUNGAN KULTIVASI SUBSTRAT PADATSUBSTRAT PADAT
• Sederhana
• Proses tidak mahal
• Peralatan minimal
• Dapat dioprasikan pada skala pilot dan industri
ASPEK FISIOLOGIS PERTUMBUHAN ASPEK FISIOLOGIS PERTUMBUHAN MIKROBAMIKROBA
1. Jenis substrat: serealia, hewan, tanaman serta bahan lain yang mengandung karbohidrat dan protein tinggi
2. Memungkinkan sirkulasi udara yang cukup3. Mungkin selain air perlu ditambah komponen
nutrisi seperti mineral, dll4. Karena substrat relatif kering, maka kontaminasi
dari golongan bakteri biasanya jarang5. Pengontrolan suhu dapat juga dilakukan dengan
mengkondisikan pada ruangan/chamber yang dapat diatur keaseptikannya dan suhunya