Title: I. TEKNOLOGI FERMENTASI
1I. TEKNOLOGI FERMENTASI
1. Pengertian Teknologi Fermentasi
- Fermentasi ? fervere (bhs Latin) artinya
mendidihkan yaitu menggambarkan penampakan
dari sari anggur yang terfermentasi. - Fermentasi ? disimilasi anaerobik
senyawa-senyawa organik yang disebabkan oleh
aktivitas mikroorganisme atau ekstrak dari
sel-sel tersebut. Contoh pembentukan
alkohol, as. Laktat dan atibiotik - Teknologi fermentasi ? upaya manusia untuk
mencapai kondisi optimal agar proses
fermentasi dapat memperoleh hasil yang
maksimal serta sesuai dengan target yang
direncanakan secara kualitatif ataupun
kuantitatif. - Bahan utama fermentasi
- Mikroorganisme
- Enzim
- Medium/subtrat
- Fermentor/bioreaktor
22. Proses Fermentasi
- Istilah istilah dalam proses fermentasi
- Pertumbuhan ? pertambahan secara mikroindividu
atau seluruh kelompok mikroorganisme yang
hidup bersama sebagai satu koloni/biakan - Asimilasi ? aktivitas transformasi sebagai
komponen dari subtrat kedalam sel yang
berfungsi memberikan bahan-bahan yang
diperlukan bagi pertumbuhan dan aktivitas hidup - Biosintesa ? pembentukan senyawa kompleks di
dalam sel dalam jumlah yang lebih besar dari
kebutuhan pemeliharaan aktivitas hidup normal.
Contoh vitamin, enzim dll - Desimilasi ? terjadi di dalam sel dan hasilnya
dilepaskan ke media lingkungan. Contoh
karbohidrat, as. Amino - Reaksi Fermentasi
-
- C6H12O6 2CH3CHOHCOOH
22,5 kkal - (as. laktat)
3- Energi yg dibebaskan digunakan untuk
- Asimilasi
- Biosintesa
- Mempetahankan aktivitas hidup
- Keluar dalam bentuk panas
- Proses Fermentasi ? proses pemecahan
karbohidrat dan asam amino secara anaerob dan
aerob - Pemecahan Karbohidrat
- Tahap I ? Polisakarida
heksosa/pentosa - Tahap II ?
Gikolisis (meyerhof embden) Pemecahan heksosa
as. piruvat
4Tahapan Glikolisis
- Gambar Skema Glikolisis (meyerhof embden)
- Cat ? tahap-tahap proses glikolisis terjadi pada
katabolisme anaerobik maupun aerobik
5- Katabolisme Aerobik
- As. Piruvat as. Asetat
acetyl-CoA - siklus kreb
- Katabolisme anaerobik
- As. Piruvat asam
laktat
streptococcus
DPN
DPNH H
63. Medium Fermentasi
- Fungsi Medium Fermentasi ? menyediakan semua
nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme
untuk memperoleh energi, pembentukan sel dan
- Sifat Fisik Medium
biosintesis produk-produk metabolisme. - ? Medium padat
- ? Medium Cair
? Proses fermentasi dilakukan melalui ? Kultur
Permukaan ? medium padat, semi padat dan cair ?
Kultur terendam ? medium cair
7- Komponen Medium
- Air (deionisasi, penambahan garam, pengaturan pH)
- Karbon (molase, serealia, kentang)
- Nitrogen (senyawa anorganik garam amonia
nitrat) - (senyawa organik as. Amino, urea,
protein) - Mineral (magnesium, phosphat, kalium sulfur,
Calcium, Chlorin) - Vitamin (Vit. C)
- Buffer
- Anti buih
8- Cara mengatasi
- Pemurnian parsial terhadap nutrien yg kompleks
- Modifikasi pH, suhu, aerasi agitasi
- Penambahan anti buih (alkohol, ester)
- Medium fermentasi dapat berupa
- Medium sintesis ? medium lab.
- Medium kasar ? 1. Molase
- 2. Serealia
- 3. Pati
- 4. Glukosa/sukrosa
- 5. Garam
- 6. Urea
- 7. Nitrat
- 8. Tepung kedelai
9- Formulasi medium
- ? Formulasi medium penting untuk
- ? Perencanaan penelitian laboratorium
- ? Pengembangan skala pilot plan
- ? Proses industri fermentasi
- ? Komponen medium haruslah memenuhi kebutuhan
elemen dasar untuk pembentukan biomssa dan produk
fermentasi serta dapat menyediakan energi yang
cukup untuk biosintesis pemeliharaan sel. - ? Dasar perhitungan gt pers. Stoichiometri
pertumbuhan sel dan pembentukan produk yang
dinyatakan secara kuantitatif yaitu -
gt
Kebut. lain
Sumber nitrogen
Sumber karbon
H2O
CO2
Produk
Sel
10Tabel Komposisi elemen bakteri, khamir kapang
(berat kering)
Elemen Bakteri Khamir Kapang
Karbon Hidrogen Nitrogen Phosfor Sulphur Kalium Natrium Calcium Magnesium Chlorida Besi 50-53 7 12-15 2.0-3.0 0.2-1.0 1.0-4.5 0.5-1.0 0.01-1.1 0.1-0.5 0.5 0.02-0.2 45-50 7 7-11 0.8-2.6 0.01-0.24 1.0-4.0 0.01-0.1 0.1-0.3 0.1-0.5 - 0.01-0.5 40-63 - 7-10 0.4-4.5 0.1-0.5 0.2-2.5 0.02-0.5 0.1-1.4 0.1-0.5 - 0.1-0.2
11- Sterilisasi medium
- ? Sterilisasi medium perlu karena
- 1. Medium mungkin mengandung sel vegetatif dan
spora dari komponen medium - 2. Air yang digunakan tidak bersih
- ? Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan
sterilisasi - 1. Jumlah dan jenis mikroorganisme dalam
medium - 2. Morfologi mikroorganisme
- 3. Komposisi medium fermentasi
- 4. pH
- 5. Ukuran partikel tersuspensi
- ? Metode sterilisasi medium
- 1. Sterilisasi sistem Batch
- a. Injeksi uap panas ke dalam mantel
fermentor atau coil yang terdapat di bagian dalam
fermentor - b. Injeksi uap panas langsung ke dalam
larutan amedium - 2. Sterilisasi sistem kontinyu
- a. Continuous injector flash cooler
- b. Continuous plate heat exchange
- ? Sistem kontinyu
- - Penggunaan energi lebih tinggi
124. Tahapan Proses Fermentasi
- Media fermentasi
- Penyiapan starter/kultur
- a. Regenerasi starter/kultur dari agar miring
- Kultur segar
tercapai pertumbuhan optimum - b. Kultur/starter pada media cair
- ? Tujuan ? untuk mengadakan adaptasi
kultur/starter dengan medium yang digunakan - ? Jumlah inokulum 10 dari volume fermentasi
- Sterilisasi
- Tujuan ? mematikan mikroorganisme pencemar
atau yang tidak dikehendaki sehingga proses
fermentasi berjalan sempurna. - Pemanenan/pemurnian hasil
13- Produk fermentasi dapat berupa
- ? Larutan encer (konsentrasi ) yg mengandung
- mikroorganisme
- ? Bagian sel
- ? Komponen medium larut dan tidak larut
- ? Metabolik lainnya
- Tahapan pengumpulan akhir (produk) adalah
- 1. Sentrifusi/filtrasi
- 2. Fraksinasi/ekstraksi
- 3. Pemurnian produk dengan pengendapan
fraksinasi menggunakan teknik kromatografi.
14II. MIKROORGANISME DAN KULTUR FERMENTASI
- Kriteria Mikroorganisme Industri Fermentasi
? Ciri-Ciri Strain Mikroorganisme Unggul 1.
Strain unggul 2. Secara genetik, strain
stabil 3. Strain dapat memproduksi sel
vegetatif, spora atau unit-unit reproduksi
lainnya 4. Strain mampu tumbuh dg cepat dan
kuat saat diinokulasi 5. Strain dapat
menghasilkan produk yg diinginkan dalam jangka
waktu yg pendek dan tidak menghasilkan produk
lain yg beracun 6. Strain mampu melindungi diri
dari kontaminasi 7. Strain mampu disimpan dalam
jangka waktu lama 8. Strain dapat menerima
perubahan oleh bahan-bahan mutagenik lainnya.
2. Sumber Mikroorganisme Industri Fermentasi
1. Diisolasi dari alam (tanah, air, tanaman,
dll) 2. Koleksi kultur ? ? Kultur siap
dipakai ? Dikelola oleh badan penelitian
fermentasi/swasta ? Hasilnya merupakan hasil
isolasi secara terus-menerus
153. Isolasi dan Identifikasi mikroorganisme
- Cara-cara isolasi
- 1. Isolasi pada agara cawan
- ? Metode Gores
- ? Metode agar tuang
- 2. Isolasi dalam medium cair
- 3. Isolasi sel tunggal
- 4. Isolasi pada media seleksi-kultur diperkaya
- Kultur campuran
Isolat -
16Tahap Tahap Isolasi Bakteri
17Kunci Identifikasi Jenis Bakteri Menurut Shewan
et al. (1970)
18? Identifikasi Bakteri
- Kultur dimurnikan
- Ditetapkan apakah organisme bersifat fototropik,
aerobik atau anaerobik. - Diamati sifat morfologinya dan ada tidaknya
endospora - Pengamatan gram
- Pengamatan motilitas
- Pengamatan pigmen
- Pengujian kebutuhan akan oksigen
- Jika organisme bersifat kimoheterotrof, dilakukan
pengujian disimilasi glukosa/gula sederhana
lainnya - Diidentifikasi dengan Bergeys Manual ? isolat
dalam grup - Pengujian lanjutan untuk membedakan di antara
jenis - Pengujian lengkap untuk membedakan di antara
spesies
19? Identifikasi Kapang
? Identifikasi Bakteri
- 1. Agar cawan ? ? Metode goresan
- ? Metode tuang
- 2. Slide Culture
- ? Letakkan selembar kertas filter berukuran 7x7
cm2 di dasar cawan patri - ? Tuangkan 5-10 ml gliserol 10 keatas kertas
tersebut - ? Letakkan batang gelas berbentuk huruf U
- ? Di atas batang gelas dudukkan gelas obyek dan
disampingnya gelas penutup steril - ? Secara aseptis tuangkan cairan PDA keatas
gelas obyek - ? Inokulasikan spora kapang diatas obyek gelas
- ? Inkubasikan pada suhu kamar (32oC selama 3-7
hari) - ? Amati menggunakan mikroskop
- Kultur dimurnikan
- Ditetapkan apakah organisme bersifat fototropik,
aerobik atau anaerobik. - Diamati sifat morfologinya dan ada tidaknya
endospora - Pengamatan gram
- Pengamatan motilitas
- Pengamatan pigmen
- Pengujian kebutuhan akan oksigen
- Jika organisme bersifat kimoheterotrof, dilakukan
pengujian disimilasi glukosa/gula sederhana
lainnya - Diidentifikasi dengan Bergeys Manual ? isolat
dalam grup - Pengujian lanjutan untuk membedakan di antara
jenis - Pengujian lengkap untuk membedakan di antara
spesies
20? Cara Identifikasi Kapang
- ? Secara mikroskopik, preparat kapang diamati
morfologinya yaitu - 1. Hifa septat atau nonseptat
- 2. Miselium terang/keruh
- 3. Miselium berwarna/tidak berwarna
- 4. Memproduksi/tidak memproduksi spora seksual
- 5. Ciri-ciri kepala pembawa spora
- 7. Penampakan sporangiofora / konidiofora
- 8. Adanya struktur/spora spesifik (stolon,
rhizoid atau foot sel)
21? Contoh Kunci Identifikasi Kapang
- ? Ordo Mucorales
- Sifat umum - hifa nonseptat
- - spora aseksual adalah sporangiospora
- I. Mempunyai sporangiola -----------------------
--------- Thamnidium - II. Tidak membentuk sporangiola
- A. Membentuk Rhizoid dan stolon,
- sporangiofora muncul pada noda ----------
Rhizopus - B. Tidak memiliki Rhizoid/stolon,
- Suspensor zigospora besar --------- --------
Mucor
22? Identifikasi Khamir
- 1. Sifat morfologi
- ? Reproduksi vegetatif
- ? Bentuk sel vegetatif
- 2. Sifat kultur
- ? Karakteristik pertumbuhan dlm medium cair
- ? Karakteristik pertumbuhan dlm medium padat
- 3. Sifat fisiologi
- ? Penggunaan senyawa karbon
- ? Penggunaan Nitrogen
- ? Pertumbuhan dlm medium tanpa vitamin
- ? Pertumbuhan dlm medium dg tekanan osmotik
- ? Pertumbuhan pada suhu
- ? Produksi asam
- ? Produksi senyawa ekstraseluler
- ? Hidrolisis urea
- ? Pemecah lemak
- ? Pembentuk pigmen
23- 4. Reproduksi seksual
- ? Karakteristik askus dan askospora
- ? Infertilitas pada khamir Ascomycetes
- Contoh Kunci Identifikasi
- 1. Reprod. veg. dg pembentukan septat
pembelahan --- Shizosaccharomyces - 2. Reproduksi dg pertunasan ---------------------
--------------- Endomycopsis - 3. Membentuk Askospora bulat --------------------
------------- Saccharomycetes
244. Pemeliharaan dan Pelestarian Kultur
- ? Tujuan 1. Mencegah terjadinya perubahan
genetik akibat seleksi dan mutasi alam - 2. Mencegah kontaminasi
- 3. Mempertahankan viabilitas sel
- ? Cara-Cara Penyimpanan Kultur
- 1. Penyimpanan pada suhu rendah
- a. Penyimpanan pada agar miring
- b. Penyimpanan spora dalam air
- c.. Penyimpanan dengan nitrogen cair
- 2. Penyimpanan dalam bentuk kering
- a. Kultur tanah
- b. Lyophilisasi
- ? Prinsip Lyophilisasi ? 1. Penurunan suhu
dibawah titik beku untuk menurunkan aktivitas
enzim - 2. Penghilangan air sel dengan cara
pengeringan vakum untuk menghambat metabolisme
25? Pelestarian Kultur
- ? Cara Lyophilisasi ? 1. Sel-sel dalam fase
stasioner (jumlah sel, 1010-1011 sel/ml dibuat
suspensi dalam medium pelindung ( susu, serum
atau natrium glutamat) - 2. Beberapa tetes suspensi dimasukkan ke dalam
ampul ? bekukan ? vakum sampai sublimasi
selesai - 3. Ampul ditutup dan disimpan dalam refrigerator
26Lembaga Pengumpul Kultur
Nama Lembaga Metode Kultur
ATCC CBS CMI IFO FERM NRRL Kering beku Nitrogen cair Nitrogen cair Nitriogen cair Kering vakum Agar Liofilisasi Mycoplasmatoles fasa L Alga dan Protozoa Fungi Fungi Bakteri Bakteri Bakteri dan kapang
Ket ? ATCC The American Type Culture
Collection (USA) CBS Centralbureau Voor
Schimmel Culturen (Belanda) CMI Cemmeonweath
Mycological Institute (Inggris) IFO
Institute for Fermentation (Jepang) FERM
Fermentation Research Institute (Jepang) NRRL
Northem Regional Research Center (USA)
275. Fermentor (Bioreaktor)
- ? Pengertian Fermentor ? Suatu reaktor yang
digunakan untuk reaksi biologis dari suatu
proses bioteknologi, baik menggunakan enzim
larut, sel bebas dari mikroorganisme, tanaman
maupun hewan ataupun enzim/sel imobilisasi - ? Fungsi fermentor ? 1. Memberikan
lingkungan tetap bagi optomasi pertumbuhan
mikroorganisme dan aktivitas metabolisme
dalam menghasilkan suatu produk yang
diinginkan - 2. Mencegah kontaminasi produksi dari
lingkungan pada kultur sambil mencegah
pelepasan kultur ke kultur lingkungan - ? Syarat Bahan Fermentor ? - Bersifat tidak
beracun (baja tahan karat) - - Mampu menahan tekanan uap
- - Tahan terhadap korosi kimia dan elektrolit
- ? Kapasitas Fermentor ? - Skala laboratorium (1-2
liter) - - Skala pilot plan (100-1000 liter)
- - Skala industri ( gt 1000 liter)
28(No Transcript)
29Skema Sederhana Bioreaktor
30? Fungsi Komponen Fermentor
- 1. Pengaduk/Impeler
- a. Untuk mengurangi ukuran gelembung udara,
memberikan ruang penyebaran oksigen yang lebih
besar dan untuk menurunkan difusi - b. Untuk memelihara lingkungan yang seragam
diseluruh bagian fermentor - Bentuk-bentuk pengaduk
2. Bafel ? Fermentor ? 4 Bafel ? Fungsi
Bafel ? untuk mencegah pusaran dan memperbaiki
efisiensi aerasi 3. Sistem Aerasi ? Tujuan
? Untuk menyediakan oksigen dalam jumlah yang
cukup kepada mikroorganisme yang bearada pada
kultur, agar kebutuhan metaboliknya terpenuhi
dengan baik
31? Aturan Dasar Rancangan fermentor
- Tujuan untuk menjaga agar proses fermentasi
dapat berlangsung tanpa kontaminasi - Aturan-aturan
- 1. Tidak boleh ada hubungan antara bagian
sistem yang steril dengan non steril - 2. Kurangi hubungan berbentuk gelangan oleh
gerakan atau fibrasi alat dan kenaikan suhu - 3. Pergunakan las untuk seluruh konstruksi
- 4. Hindari ruang-ruang benbentuk leher
- 5. Senua bagian sistem harus steril (uap)
- 6. Gunakan katup-katup yang mudah
dibersihkan/disterilkan - 7. Tekanan dalam fermentor harus tetap pos
? Tipe Fermentor
1. Fermentor Batch (FB) 2. Fermentor Teraduk
Kontinu (FTK) 3. Fermentor Tubular (FT) 4.
Fermentor Tercair Berbutiran (FTB)
32(No Transcript)
336. Penggandaan Skala Fermentasi
- ? Pengertian Penggandaan Skala ? Suatu proses
perallihan dari suatu kegiatan produksi skala
laboratorium ke skala industri - ? Tahapan Pelaksanaan
- 1. Skala Laboratorium
- 2. Skala Pilot Plan
- 3. Skala Industri
34? Fungsi penggandaan skala dalam pengembangan
mikrobiologik
- 1. Untuk menerapkan penemuan proses-proses baru
kedalam skala industri - 2. Untuk memperbaiki kultur mikroorganisme yang
tersedia dengan mengembangkan strain-strain yang
lebih baik, medium yang lebih efisien dan
peralatan yang lebih sempurna
? Kondisi Lingkungan Optimal dalam Penggandana
Skala
1. Faktor kimia konsentrasi subtrat 2. Faktor
fisik Kemampuan pindah panas dan pencampuran
? Dasar-Dasar Metode Penggandaan Skala
1. Konstanta gaya gunting 2. Konstanta waktu
pencampuran 3. Bilangan Reynolds 4. Faktor
momentum 5. Efek Pengadukan
35V. MEKANISME KETAHANAN MIKROORGANISMETERHADAP
PROSES PENGOLAHAN
Pendahuluan
- ? Tujuan pengolahan pangan
- Memperpanjang masa simpan atau mengawetkan,
membuat produk lain baik setengah jadi maupun
yang siap untuk dikonsumsi meningkatkan daya
cerna dan penerimaannya. - Tujuan pengawetan terhadap bahan pangan
- 1. Mencegah kerusakan fisik
- 2. Mencegah kerusakan kimia
- 3. Mencegah kerusakan biologis (mikrobiologi)
- 3 kelompok proses pengawetan anti mikrobial
terhadap pangan - 1. Proses pengawetan yang bersifat membunuh
mikroorganisme - 2. Proses pengawetan yang bersifat
menghambat/memperlambat pertumbuhan
mikroorganisme - 3. Proses pengawetan yang mencegah masuknya
mikroorganisme kedalam bahan pangan
361. Ketahanan Mikroorganisme Terhadap Panas
Cara-cara pengawetan dengan pemanasan
- 1. Pasteurisasi
- Tujuan 1. Untuk membunuh semua mikroorganisme
patogen - 2. Mengurangi jumlah mikroorganisme penyebab
kerusakan makanan
- Suhu pasteurisasi membunuh mikroorganisme
- Khamir
- Kapang
- Bakteri gram negatif
- Sel vegetatif bakteri gram positif
37? Kelompok mikroorganisme yg tahan suhu
pasteurisasi 1. Bakteri thermodurik -
Streptococcus - Lactobacillus 2. Bakteri
termofilik - Bacillus - Clostridium
- 2. Sterilisasi
- Tujuan untuk membunuh semua mikroorganisme
yang ada dengan cara pengawetan dengan suhu
tinggi (suhu 121 oC 15) - (suhu 135-150 oC 2-6 detik)
- Sterilisasi komersial Sterilisasi untuk
membunuh semua mikroorganisme pembusuk yang
dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan yang
normal. Contoh makanan kaleng - Suhu waktu sterilisasi dipengaruhi
- 1. Sifat-sifat bahan pangan
- 2. pH
- Ketahanan panas diantara spesies mikroorganisme
382. Ketahanan Mikroorganisme terhadap Aktivitas
Air Rendah
- Tujuan penurunan a? untuk menghambat
pertumbuhan sel vegetatif, yaitu dengan cara
pengeringan, penambahan garam atau gula. - Kebutuhan a? tiap mikroorganisme berbeda
- - Bakteri a? gt 0,90
- - Khamir a? gt 0,88
- - Kapang a? gt 0,80
- Kebusukan makanan dapat dicegah dengan pengaturan
a? lt 0,70 - Mekanisme ketahanan m.o terhadap a? rendah
39- Contoh
- 1. Bakteri ? asam-asam amino, K dan glukosa
- 2. Khamir ? alkohol polihidrat
- Kecepatan pertumbuhan sel pada a? rendah lambat,
karena sebagian energi digunakan untuk
mensintesis komponen intraseluler - Sel m.o. dapat mengimbangi perubahan a?
disekelilingnya, tetapi kemampuan sel terbatas
sehingga pada a? yang sangat rendah/tekanan
osmotik sangat tinggi ? pertumbuhan sel terhenti - Bakteri yang tahan garam dikelompokkan
- 1. Bakteri halofilik (Halobacterium)
- 2. Bakteri halodurik (Pseudomonas)
- Khamir yang tahan gula dikelompokkan
- 1. Khamir osmofilik (Saccharomyces)
- 2. Khamir osmodurik (Saccharomyces rouxii)
403. Ketahanan mikroorganisme terhadap keasaman
tinggi dan senyawa lipofilat
- Pengasaman adalah salah satu cara pengawetan
makanan - Proses pengasaman ? 1. Penambahan asam
- 2. Fermentasi asam
- Perbedaan
Penurunan a? ? Sel vegetatif pertumbuhan
dihambat, dimana pada proses adaptasi sel
vegetatif dipindahkan kedalam medium
pH rendah ? Tidak menunjukkan proses adaptasi
tetapi kecepatan pertumbuhannya akan segera
berubah
- Mikroorganisme yg ditumbuhkan dalam pH yg tidak
optimal, menyebabkan - 1. Sel m.o. Umumnya bereaksi untuk
mempertahankan pH konstan di dalam sel - 2. Pada waktu pH diturunkan, proton dalm jumlah
tinggi pada medium akan masuk ke dalam
sitoplasma sel - 3. Proton harus dihilangkan dari dalam sel
untuk mencegah denaturasi komponen-komponen sel - Untuk menghilangkan proton keluar sel ? perlu
energi. - Karena terjadi gradien konsentrasi (konsentrasi
rendah ke tinggi)
41- PH energi akan
mengakibatkan - Energi untuk sintesis komponen-komponen sel
berkurang, sehingga - 1. Pertumbuhan sel menjadi lambat
- 2. Pertumbuhan sel berhenti
- ? Pengawetan makanan dengan asam Lipofilat lemah
- Misal - Asam sorbat
- - Asam benzoat
- - Asam propionat
424. Ketahanan Mikroorganisme Terhadap Suhu Rendah
43- Contoh
- Bakteri psikrofil ? Pseudomonas
- Acinetobacter
- Kapang ? Penicillium
- Mucor
- Khamir ? Debariomyces
- Torulopsis
- Proses pembekuan ? 1. Kematian
- 2. Kerusakan