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