PROSES FERMENTASI

PROSES FERMENTASI
2
Iman Rusmana
Departemen Biologi
FMIPA IPB
Proses Fermentasi
Æ sintesis produk & metabolisme primer
3 Tipe :
1. Produk disintesis langsung dari metabolisme
primer
2. Produk disintesis dari substrat sama melalui
lintasan II (bukan metabolisme primer)
3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada
waktu berbeda
Produktivitas & Laju produksi spesifik
[produk]
Produktivitas (P) = --------------------------waktu fermentasi
Evaluasi Æ Efisiensi biaya
1. Waktu/lamanya fermentasi
2. Waktu pembersihan & set up fermentor
3. Waktu sterilisasi
4. Lamanya fase lag
Produktivitas total & produktivitas maksimum
Produktivitas maksimum
Produktivitas total
Sintesis produk
Stop
Clean up
Fase lag
Filling
Fase produksi
Æ Prediksi Æ optimalisasi proses produksi
waktu
Efek waktu set up fermentor :
1. Fermentasi pendek : 8 – 70 jam
Æ waktu set up berpengaruh nyata thd produktivitas
2. Fermentasi berlangsung lama : > 3 hari
Æ waktu set up tidak berefek nyata
Pada fermentasi kontinu:
P = D.X
D. Ks
Æ P = D. Ys (So - ----------- )
μm - D
Laju produksi spesifik (qp)
dPi/dt = qp . X
Pi = konsentrasi produk
qp setara dg μ Æ tidak ada korelasinya
Yield (Ys)
[biomasa]
Ys = ------------------------[konsumsi substrat]
Tahapan Proses Fermentasi :
1. Penyimpanan biakan inokulum
2. Menumbuhkan biakan inokulum
3. Penyiapan inokulum starter
4. Fermentasi produksi
Penyimpanan biakan inokulum
Æ galur utk produksi Ædigunakan jangka panjang
Ditransfer periodik
Mutasi spontan
Dipelihara selama mungkin Æ stabil / tidak berubah
Cara
???
3 teknik umum
ÆBiakan induk/master:
Æ tidak sering dikultivasi (1 X dlm 2 tahun)
Æ cek aktivitas setiap akan di gunakan
ÆBiakan kerja :
Æ diturunkan dari biakan induk
Æ rutin di cek kemurnian & aktivitasnya
3 Teknik Penyimpanan Biakan:
1. Penyimpanan Suhu Rendah (2 – 6oC)
Æ metode paling mudah
Æ paling tidak stabil/aman
Æ agar miring/tusuk atau cair
Æ di lemari es
Æ resiko kontaminasi &mutasi
Æ sering peremajaan: 2-4 bulan
2. Penyimpanan beku (-18 C; - 80 C; or –196oC)
Æ - 196 C Æ nitrogen cair
Æ penurunan suhu bertahap (1 C/min) or
Æ + syw protective Æ tak bentuk kristal
Æ untuk beberapa tahun
Æ 95 % akan mati bila dibeku-dicairkan berulang-ulang
3. Liofilisasi (freeze- drying)
Æ + syw protective (skim milk or sukrosa)
Æ dapat disimpan dg jangka waktu tak terbatas
Menumbuhkan biakan inokulum
Æ ditumbuhkan di medium cair / padat
Lama menumbuhkan tgt cara penyimpanan
1. Liofilisasi Æ 4 – 10 hari
2. Penyimpanan beku:
- bakteri Æ 4 –48 jam
- Actinomycetes Æ 1 – 5 hari
- fungi Æ 1 – 7 hari
2. Penyimpanan suhu rendah:
- bakteri Æ 4 –24 jam
- Actinomycetes Æ 1 – 3 hari
- fungi Æ 1 – 5 hari
Penyiapan inokulum starter
Æ cukup jumlah untuk fermentor besar
Æ terlalu sedikitÆpertumbuhan tertunda
Jumlah inokulum yg umum :
1. Bakteri Æ 0.1 – 3.0 %
2. Actinomycetes Æ 5 – 10 %
3. Fungi Æ 5 – 10 %
4. Suspensi spora Æ 1 – 5 x 10 5/l
Fermentasi produksi
Æ ukuran fermentor beda-beda
Æ nutrien harus optimal
Parameter yang penting di kontrol/monitor:
1. Suhu Æ optimum
Æ suhu > 1 C Æ yield turun sampai 20 %
2. Aerasi Æ O2 terlarut
Æ 0.25 – 1.0 vvm (vol udara/vol cairan.min
3. pH Æ Optimum tumbuh Æ 5.5 – 8.5
perubahan Æ monitor & kontrol (+ asam/basa)
4. Tekanan Æ tekanan berlebih (0.2 - 0.5 bar)
Æ kurangi resiko kontaminasi
Kultur sel densitas tinggi
Æ Densitas sel setara dengan produktivitas
- Optimasilasi medium
Æ C/N ratio tinggi akan hambat pertumbuhan
- Syw toksik Æ dihilangkan
- O2 terlarut:
faktor pembatas pd kultur dg densitas sel tinggi
O2 terlarut
Æ Optimum tumbuh Æ perlu O2 terlarut tinggi
ex: E. coli rekombinan Æ 0.0084 gram/lt pd 25oC dg kontinu
Gelembung besar Æ O2 terlarut sedikit
1. Sparging
2. O2 bertekanan
3. + bhn kimia
Æ tingkatkan kelarutan O2 (ex. Perfluorocarbon)
4. Modifikasi fermentor
5. Biologi: + gen
Æ molekul mirip haemoglobin dr Vitreoscilla
(Bailey dkk. 1990) Æ ikat O2 Æ [O2] di sel tinggi
Ukuran fermentor
Ukuran fermentor
(m3)
Poduk
1 - 20
Enzim diagnostik
Syw utk biologi molekuler
Enzim, antibiotik
40 - 80
100 – 150
- 450
Penisilin, protease,
amilase, steroid,
asam amino
Asam glutamat
Back
1. Produk disintesis langsung dari
metabolisme primer
Substrat A Æ Produk
Substrat A Æ B Æ C Æ Produk
μ (laju pertumbuhan spesifik)
Laju konsumsi substrat spesifik
Laju sintesis produk spesifik
- pertumbuhan
- katabolisme substrat
- sintesis produk
Bersamaan scr paralel
Æ Ferm. Kontinu
Back
-Protein sel tunggal
-Etanol
-As. Glukonat
2. Produk disintesis dari substrat sama melalui
lintasan II (bukan metabolisme primer)
Substrat A Æ B Æ C Æ Met. Primer (energi)
D Æ E Æ produk
μ (laju pertumbuhan spesifik)
Laju konsumsi substrat spesifik
Laju sintesis produk spesifik
2 Tahap :
1. Pertumbuhan baik & konsumsi
substrat tinggi
Æ tidak ada sintesis produk
2. Pertumbuhan lambat & sintesis
produk
Æ konsumsi substrat tinggi
Back
3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada
waktu berbeda
Æ Produk tidak dihasilkan dari
katabolisme
μ (laju pertumbuhan spesifik)
Laju konsumsi substrat spesifik
Laju sintesis produk spesifik
tahapan
1. Met primer & pertumbuhan &
konsumsi substrat
2. Sintesis produk
produksi
Æ Vitamin
Æ Antibiotik
Back