MO di dalam Industri Hasil Pertanian Non Pangan

Mikroorganisme di dalam
Industri Hasil Pertanian Non
Pangan
KULIAH DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN,
FATETA , IPB
Produk Mikrobial Non Pangan












Bioetanol  energi
Biogas  energi
Protein sel Tunggal  pakan ternak
Silase  pakan
Asam amino
Antibiotik
Enzim Mikrobial
Vitamin
Asam Organik
Bahan bioplastik
Polisakarida
Bioinsektisida, dll

Produk Alkohol (bioetanol, metanol, dll)
Kegunaan :
Sebagai bahan bakar, pelarut, bahan baku industri
Bahan Baku :
- Bahan yang mengandung gula
- Bahan yang mengandung pati
- Bahan yang mengandung selulosa(kayu, jerami,dll)
Bioetanol
Mikroorganisme :
khamir
bakteri
S.cerevisiae
Schizosaccharomyces pombe
Kluyveromyces fragilis
Zymomonas mobilis
Untuk bahan selulosa perlu delignifikasi misalnya dg kapang Pycnoporus
cynabarinus sehingga dihasilkan selulosa dan hemiselulosa, lalu
dihidrolisis oleh kapang Trichoderma resei shg diperoleh glukosa yang
akan dikonversi khamir menjadi etanol
Zymomonas sp.
DIAGRAM PROSES PRODUKSI BIOETANOL
FROM LIGNOCELLUSIC
MATERIALS
FROM CELLULOSIC MATERIALS
Ethanol dari konversi mikrobial
Syngas



Oksidasi parsial biomass( bahan hasil
pertanian) pada suhu tinggi (gasifikasi)
akan menghasilkan Syngas
Syngas : campuran carbon monoxide,
carbon dioxide, dan hydrogen melalui
proses gasifikasi
Syngas kemudian dikonversi menjadi
biofuels (methanol, ethanol dan hydrogen
) menggunakan katalis logam atau katalis
mikrobial
Biomass rumput, kayu chip,limbah kertas, limbah pertanian, dll
Katalis mikrobial biofuels dari
syngas

Clostridium ljungdahlii dan Clostridium
autoethanogenum mengkonversi CO, CO2 and
H2 (syngas) menjadi ethanol dan acetic acid
(Abrini, 1994; Vega, 1990).
1.
Reaksi dalam konversi Syngas menjadi etanol :
6 CO + 3 H2O → CH3CH2OH + 4 CO2
2.
2 CO2 + 6 H2 → CH3CH2OH + 3 H2O
3.
6 CO + 6 H2 → 2 CH3CH2OH+2 CO2

C. ljungdahlii





First isolated in 1987,
is a gram-positive, rod-shaped anaerobe
capable of fermenting sugars such as xylose and
fructose in addition to syngas (Klasson, 1992).
This organism favors the production of acetate
during its active growth phase while ethanol is
produced primarily as a non-growth related
product (Klasson, 1992).
The production of acetate is favored at higher pH
(5-7), whereas the production of ethanol is
favored at lower values (pH 4 to 4.5).
Clostridium autoethanogenum




is a strictly anaerobic,
gram-positive, spore-forming, rodlike, motile bacterium
metabolizes CO to form ethanol,
acetate and CO2 as end products.
It is also capable of using CO2 and
H2, pyruvate, xylose, arabinose,
fructose, rhamnose and L-glutamate
as substrates (Abrini, 1994).
Chang 1998, 1999, 2001



Eubacterium limosum has been
isolated from various habitats
including the human intestine,
rumen, sewage and soil.
It has a high growth rate under high
CO concentrations and
can ferment syngas to produce
acetate, ethanol, butyrate and
isobutyrate
Peptostreptococcus productus



Peptostreptococcus productus is a
gram-positive anaerobic coccus,
found in the human bowel
capable of metabolizing CO2, H2 or
CO to produce acetate (Lorowitz,
1984).
(Liou, 2005).




Clostridium carboxidivorans P7T is a novel
solvent-producing anaerobic microbe
isolated from the sediment of an
agricultural settling lagoon.
motile, gram-positive, and spore-forming
and forms acetate, ethanol, butyrate, and
butanol as end-products.
The optimum pH range for this strain is
5.0-7.0 and the optimum temperature
range is 37-40 ºC
Biosintesis Biofuels oleh mikroba
Reaktor untuk biofuels dari syngas
Trickle-bed reactors (TBR) consist of a
vertical tubular reactor, packed with
solid material that the
microorganisms can attach to.
The direction of fluid-flow is normally
counter current, with the liquid
trickling downwards as the gases
flow upwards (Amos, 2004; Wolfrum,
2002).
Reaktor untuk biofuels dari syngas
(lanjutan)






Continuous stirred-tank reactors (CSTR) has a continuous flow of gas
bubbling through the liquid which typically consists of a dilute solution
of essential nutrients for the microorganism to grow and survive on.
The liquid is continuously added and removed from the reactor.
High agitation is needed to enhance the transfer rate of the CO, CO2,
and H2 from the syngas to the organisms (Klasson, 1992).
If the transfer is not fast enough, the production of cellular products
will be limited to how fast the gas is transferred to the organism.
Microbial cell recycle systems can be used in conjunction with the
CSTR to increase cell density within the reactor. In such a system, the
fermentation broth is pumped through a recycle filter and the
retentate containing the microbial cells is separated from the
permeate (cell-free media) and recycled back to the bioreactor. T
his process prevents loss of cell mass from the bioreactor during
continuous operation and also allows the CSTR to be operated at
dilution rates greater than the maximum growth rate of the microbial
catalyst. Recycling has been shown to provide a 2.6 fold increase in
cell concentration (Klasson, 1993a,b).
Reaktor biofuels
Reaktor untuk biofuels dari syngas
(lanjutan)



Packed-bed reactors (immobilized-cell reactors)
are columns packed with biocatalyst particles to
which the microorganisms are immobilized
(Bailey, 1986).
These reactors are usually operated concurrently
where the liquid and gas flow in the same
direction (Klasson, 1992).
Advantages of this reactor include high density of
the microorganisms and easy separation of the
microbial cells from the fermentation broth.
However, the rate at which syngas components
are transferred to the organism is usually slow.
Biosintetis :
Glukosa
piruvat
asetaldehida + CO2
etanol
Aseton / Butanol
Kegunaan : bahan pelarut & campuran dalam industri;
bahan peledak
Bahan baku : pati, molase, dll
M.O : C.acetobutylicum dg fermentasi anerobik
Glycerol
Kegunaan : bahan pelarut & bahan baku dalam
industri plasticizers, brake fluids, ureaformaldehyde resins, dan petrol additives.
M.O : -
S.rouxii
Torulopsis magnoliae
Pichia salina
Dunaliella salina
khamir
osmotolerant
alga halofilik
Clostridium acetobutylicum



Bio Gas
Bahan baku : limbah organik, pupuk
kandang, tanaman air (misal : eceng
gondok)
Proses : fermentasi anaerob
Produknya berupa :
gas / metan (CH4) 50-70% dg sifat
mudah terbakar,
tidak berwarna, tidak berbau
CO2 25-45%, H2, N2, H2S
Mikroorganisme:
- Bakteri pembentuk asam (Pseudomonas, Flavobacterium,
Alcaligenes, Eschericia, Aerobacter)
- Bakteri metan (Methanobacterium, Methanosarcina ,
Methanococcus).
Hambatan pengembangan gas bio :
Teknologi belum meluas, tingkat kenyamanan rendah,
biaya instalasi tinggi, kesinambungan bahan baku (?)
Contoh di sekitar Darmaga  Instalasi gas bio di
Pesantren Darul Fallah, Ciampea :
kotoran sapi, dll dimanfaatkan untuk hasilkan gas bio
dan digunakan untuk pengolahan susu sapi

Protein Sel Tunggal (PST)
SCP
- Protein non konvensional
- Produksi cepat
- Luas areal <, tidak tergantung musim
- Sumber makanan lengkap
- Telah dikenal sejak tahun 1910“food yeast”
Syarat sifat M.O. Untuk PST :
- tumbuh cepat dalam media yang murah dan
sederhana
- menggunakan energi secara efisien
- sistem kultur sederhana
- proses pemisahan sel sederhana
- aman untuk dikonsumsi
- mempunyai daya cerna tinggi
- mempunyai nilai nutrisi tinggi
Protein Sel Tunggal
Flow chart for single-cell protein production
Hambatan penggunaan PST sebagai makanan
manusia :
Kandungan asam nukleat tinggi, daya cerna rendah,
kemungkinan beracun
Jenis M.O. Untuk PST :
Khamir, kapang, bakteri, ganggang
Contoh khamir :
Candida utilis, C.intermedia, C.tropicalis, S.cerevisiae
S.fragilis, Rhodotorula gracilis.
Contoh bakteri :
- Methanomonas methanica
- M. metano oxidans
- Methylococcus cereficans
- Pseudomonas aeruginosa
- P. methanica
Contoh ganggang :
Chlorella ellipsoidea, Scenedesmus obliguus, Spirulina sp.
Contoh kapang :
Fusarium, Rhizopus, Penicillium, Aspergillus
Bahan Baku untuk PST :
1) Bahan sumber energi bernilai tinggi
(gas alam, etanol, dll)
2) Limbah pertanian / sampah
(molase, whey, kotoran hewan,dll)
3) Bahan dari tanaman (pati, gula,
selulosa dll)

Silase
pakan
- Prinsip pembuatan : pengawetan bahan dengan
penurunan pH dalam suasana anaerob
bakteri
pembusuk mati.
- Bahan baku : tanaman, limbah pertanian (peternakan,
perikanan)
- Mikroorganisme : bakteri asam laktat dan bakteri asam
butirat
- Penurunan pH dapat dipercepat dengan :
bahan kimia (misalnya : asam)
bahan tambahan yang kaya karbohidrat (C) untuk substrat
bakteri
- Mutu silase (warna, bau dan rasa, tekstur
tidak berlendir) dipengaruhi oleh : bahan baku, proses
pembuatan, jenis mikroorganisme
Asam Amino
Aplikasi : industri pangan, industri
pakan, industri obat-obatan, kimia
 Contoh asam amino dan
mikroorganismenya
- Asam glutamat (MSG), I+G/Ribotide
M.O : Corynebacterium glutamicum
- Lysin
M.O : Brevibacterium flavum

PRODUKSI ASAM AMINO SAAT INI: didominasi proses
mikrobial
Skala
produksi/ton
/tahun
Jenis Asam
amino
Metode Produksi
Kegunaan
800 000
350 000
350 000
10 000
10 000
15 000
10 000
3 000
1 000
500
500
300
300
L-glutamic acid
L-lysine (crude)
D,L- methionine
L-Aspartate
L-Phenylalanine
L-threonine
Glycine
L-cysteine
L-arginine
L-leucine
L-Valine
L-Tryptophan
L-Isoleucine
fermentasi
Fermentasi
Sintetik kimia
Enzimatis
Fermentasi
Fermentasi
Sintetik kimia
Reduksi cystine
Fermentasi,ekstraksi
Fermentasi,ekstraksi
Fermentasi,ekstraksi
Proses sel
Fermentasi,ekstraksi
Flavour enhancer
Feed additive
Feed additive
Aspartame
Aspartame
Feed additive
Food additive
Food additive
Farmasi
Farmasi
Farmasi
Farmasi
Farmasi
Aplikasi  obat dan pengawet makanan
 Contoh antibiotik dan mikroorganismenya
- Penisilin
M.O.: P.notatum, P.chrysogenum
- Streptomisin
M.O.: Streptomyces griseus
- Tetrasiklin
M.O.: S.rimosus, S.aureofaciens
- Polimiksin
M.O. B.polymixa
- Basitrasin
M.O. B.subtilis

Beberapa antibiotik yang diproduksi secara komersial
Antibiotik
Mikroorganisme yang memproduksi
Bacitracin
Bacillus subtilis
Cephalosporin
Cephalosporium sp
Chloramphenicol
Streptomyces venezuelae
Chycloheximide
S.griceus
Chycloserin
S.orchidaceus
Erythromycin
S.erythreus
Griseofulirin
Penicillium griseofulvin
Kanamycin
S.kanamyceticus
Lincomycin
S.lincolnensis
Neomycin
S.fradiae
Nystatin
S.noursei
Penicilin
Penicillium chrysogenum
Polymyxin B
Bacillus polymyxa
Streptomycin
S.griseus
Tertacycline
S.rimosus
Sumber : Brock & mardigan, 1988
Penicillin Production
What does the penicillin
fungus need to grow?
 Pfizer Ltd
This is Penicillium – the fungus
that produces penicillin, the
first of the antibiotic ‘wonder
drugs’. Antibiotics kill bacteria
without harming humans.
Penicillin has saved many, many
millions of lives since it was
discovered – and treated
millions of minor infections as
well.
 Alan Silverside
As a fungus,
Penicillium cannot
photosynthesise. A
solution containing
corn liquor
(containing sugar),
nitrate fertilisers
and yeast extract
is added to the
fungus in a giant
tank or fermenter.
This provides all of
the required
nutrients, and
fermentation
begins.
 Pfizer Ltd
Temperature,
oxygen
concentration
and pH are
controlled in the
fermenter. Large
paddles swirl the
medium around
to keep
everything well
mixed. Over the
next 140 hours
the fungus will
grow and start to
produce
penicillin.
After about 140 hours
roughly 30% of the
mixture will be drained
off and fresh nutrient
added. The material
that has been drained
off is passed to a
separator. Why wait
until 140 hours before
this is done?
The separator acts a
bit like a spin-dryer –
a vacuum draws
mixture onto a
rotating drum. The
drum is porous so the
dissolved penicillin
passes through into
the centre while the
fungal filaments are
stuck on the outside.
These filaments are
removed by a blade as
the drum rotates.
 Pfizer Ltd
The filtered liquid with the dissolved penicillin is
treated with potassium salts. This precipitates the
penicillin out of solution. This precipitate can then
be collected by filtering and the powder produced
can be as high as 99.5% pure penicillin.
Penicillin and the other
antibiotics which have
been discovered are some
of the most useful
medicines we have.
Doctors all over the world
prescribe them to save
patients from the effects
of bacterial disease.
Sumber enzim komersial saat ini:
-Kapang berfilamen
: 60 %
-Bakteri
: 26 %
-Hewan
: 6%
-Tanaman
: 4%
-Khamir
: 4%
Enzim mikrobial
(kapang, bakteri,
khamir )paling
besar
Kelebihan enzim mikrobial :
1. Diproduksi dalam waktu singkat
2. Yield cukup tinggi dg adanya rekayasa genetika
3. Sifat enzim yang diinginkan dapat diperoleh dg rekayasa
genetika
4. Sumber /jenis mikroba sangat banyak shg dpt diperoleh
berbagai jenis enzim
5. Protease dari Mucor dpt menggantikan enzim rennin dari
perut anak sapi (mencegah kontaminasi penyakit mis: BSE :
Bovine spongiform encelopathy)
Jenis Enzim Mikrobial dan mikroorganisme
yang menghasilkan :
Kapang A. niger mengsailkan bayak jenis enzim a.l :
Lipase, Amyloglucosidase, Pentosanase, Protease, - amylase,
Phospolipase, Phytase, Glucose oxidase, Pectin esterase,
Pectinase, Cellulase, Catalase, - galactosidase, Inulinase, βglucanase, Galactomannase, Arabinase  tergantung indusernya
M.O yang hasilkan - amylase : A.oryzae, A.niger, B.
amyloliquifaciens, B.licheniformis, B.stearothermophillus,
B.subtilis, R.oryzea.
M.O yang hasilkan glucose isomerase : Actinoplanes
missouriensis, B. coagulans, Mycobacterium arborescens,
Streptomyces murins, S. olivaceus, S. olivochromogens, S.
phoenics, Endomyces spp.
Beberapa enzim katabolik bersifat inducible yaitu
diproduksi jika ada induser :
-Invertase perlu sukrosa
-Amylase perlu pati
-Β-galactosidase perlu galaktosida
-Lipase perlu asam lemak
PROSES HILIR ENZIM :
1. Jika ekstraseluler : langsung diisolasi, purifikasi, separasi
2. Jika intraseluler : dipecah sel mikrobanya dg lyzozyme atau
sonikasi atau detergent atau untuk khamir ditunggu hingga
autolysis (sel pecah dengan sendirinya) atau dengan
pemecahan secara mekanis (ball mills)
Enzim yang penting untuk diagnosa
Enzim
Mikroorganisme
Diagnosa
Cholesterol oxidase
Nocardia erythropolis
Brevibacterium sp
Pseudomonas sp
Pseudomonas sp
E.coli
A.niger
L. mesenteroides
Kolesterol
Khamir atau Bacillus sp
Aerococcus viridans
Khamir
Pediococcus sp
Pseudomonas sp
Bacillus sp
Arthrobacter protophormiae
Klebsiella aerogenes
Aktivitas -amylase
Triacylglycerols
Glukosa
Piruvat
Creatinine
Creatinase
Creatininase
Β-galaktosidase
Glukosa oksidase
Glukosa 6 P
dehydrogenase
-glucosidase
Glycerol-3-P-oksidase
Hexokinase
Pyruvat oxidase
Sarcosine oxidase
Uricase
Urease
Kreatin,kreatinin
Kreatinin
Ion Na
Glukosa
Glukosa (indikator)
Asam urat
Urea
Non Food application  Biobleaching
untuk pulp (Pulpzyme-NOVO dirsk)
CONTOH VITAMIN MIKROBIAL :
Vit. B12 (Cyanocobalamin)
M.O. : Propionibacterium, Pseudomonas denitrificans,
Bacillus coagulans, B megaterium, and Streptonryces
olivaceous.
Caroten (prekursor vit A)
Blakeslea trispora
Riboflavin
M.O. Ashbya gossypii (khamir)
Vitamin C (L-Ascorbic acid)
Ditemukan pada thn 1928 oleh Szent-Gyorgi
Kegunaan :
- melindungi tubuh dari bahaya karsinogen dan radikal oksigen
- mencegah sariawan(Scurvy)
- berfungsi penting dalam penyerapan besi
Teknik produksi asam askorbat



Kombinasi sintetik kimia dan
biotransformasi (dikenal dg istilah
Reichstein synthesis)
Telah dicoba utk produksi secara
fermentasi keseluruhan, tapi tdk
sebaik teknik di atas.
Chlorella dpt merubah glukosa
menjadi asam askorbat tetapi yield
sangat rendah  tidak ekonomis
2,5-diketogulonic acid
Acetobacter,
Erwinia,Gluco
nobacter
2,keto-Lgulonic
acid
Glucose
Sorbitol
A.xylinum
Biotrans
formasi
L-sorbose
2,3:4,6-di-O-Isopropylidene -L-sorbofuranose
Pseudomonas,
Bacillus,
Gluconobacter
2,3:4,6-di-O-Isopropylidene 2-keto-L-gulonic acid
Sintetik
kimia
Ascorbic acid
Jalur semi sintetik untuk produksi Asam Askorbat
Biosintesis asam organik

Hasil metabolisme karbohidrat akan
menghasilkan asam organik 
siklus asam sitrat
ASAM ORGANIK
Asam Organik
Mikroorganisme
Aplikasi
Asam Tartarat
Asam Fumarat
Gluconobacter oxydans
Rhizopus nigricans, R.
arrhizus
Aspergillus wentii
Paecilomyces spp.,
A.furnigatus, A.clavatus
Minuman
Produksi polyester,
produksi L-aspartate
Minuman, flavour
Prekursor β-lactam
Asam Malat
Trans-2,3-epoxy
-succinic acid
Asam
Asam
Asam
Asam
Asam
suksinat
kojat
galat
Itakonat
glukonat
Asam asetat
Aspergillus niger
A.oryzae
A.wentii
A.terreus
Pseudomonas savastanoi,
A.niger, Acetobacter,
Gluconobacter
Acetobacter aceti
Kosmetik, insektisida
Pigmen biru
Produksi co-polymer
Bahan tambahan
makanan, minuman
dan farmasi
Bahan tambahan
makanan, minuman
dan farmasi
Acetobacter aceti
Aspergillus niger
POLY HYDROXY ALKANOATES (PHA)
1. Diakumulasi bakteri tertentu jika kelebihan glukosa atau
sumber C atau sumber energi lainnya
2. Berupa granula dalam sel (spt tumpukan lemak)  yang
paling umum adalah Polyhydroxybutyrate/PHB
3. Bahan biodegradable plastics
4. Mikroorganisme : Ralstonia eutropha (Alcaligenes eutrophus);
Pseudomonas oleovorans, Comamonas acidovorans,
Alcaligenes latus, P.aeruginosa, Rhodococcus rubber
5. Komposisi medium fermentasi akan mempengaruhi jenis dan
sifat PHA yang dihasilkan. Contoh : R. eutropha akan
menghasilkan PHB dari glukosa ; tapi jika mediumnya glukosa
+ asam propionat akan dihasilkan PHB/V (poly-3hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)
6. Sumber karbon yang dapat digunakan : glukosa; asam
oktanoat; asam nonanoat; asam glukonat; glukosa+asam
propionat atau + 4-hydroxybutyric acid atau +3hydroxypropionic acid.
BIOPOL – plastik biodegradable komersil yang diproduksi
dari PHA
1. Diproduksi oleh ICI
2. Diproduksi dg 2 tahap proses yakni
• Tahap I : produksi biomassa ( dg substrat glukosa-garam
phosphat)
• Tahap II : saat phosphat sangat kurang shg pertumbuhan
berhenti, ditambahkan lagi glukosa + asam propionat
hingga dihasilkan PHA 80 % per bobot kering bakteri.
PHA dpt digunakan untuk keperluan medis (bone plates,
penyembuh luka)
Produksi PHA oleh M.O rekombinan :
Mengekspresikan gen yang memproduksi enzim untuk
sintesis PHA di E.coli.
Keuntungan : E.coli lebih cepat tumbuh dibanding
R.eutropha
kekurangan : mungkin kurang stabil
POLISAKARIDA Mikrobial
Polisakarida
Mikroorganisme
Aplikasi
Xanthan gum
Dekstran
Xanthomonas campestris
Leuconostoc
mesenteroides,
Streptococcus sp.
Pseudomonas elodea
Sclerotium rolfsii
S. glucanicum
Alcaligenes faecalis
Agrobacterium radiobacter
A.Rhizogenes
Aureobasidium pullullans
Azotobacter vinelandii
Pseudomonas sp
Pangan, Minyak bumi,cat
Mencegah trombosis,gel
filtrasi, menyerap cairan
pada luka
Pengental, media agar
Cat lateks,tinta,seed
Coatings
Pengental, matriks pada
Imobilisasi enzim
Gellan
Scleroglucan
Curdlan
Pullulan
Alginate
Bioplastik
Imobilisasi sel dan enzim
Polisakarida Gum Xanthan
Gum xanthan : eksopolisakarida mikrobial yang diproduksi
oleh Xanthomonas campestris dari bahan
berkarbohidrat
Sifat Fisiko Kimia :
1. Heteropolisakarida anionik yang bercabang
2. Mengandung D-glukosa (2.8 mol), D-manosa (3.0 mol),
D-glukuronat (2.0 mol), asam asetat dan asam piruvat
3. Rantai utama mirip kerangka selulosa (rantai glukosa
berikatan ß – 1,4)
4. Rantai sisi mengandung dua unit manosa dan satu unit
asam glukuronat
5. Asetat dan piruvat berikatan pada ujung manosa
6. BM : 2-50 x 106 atau 3 x 107 dalton
SIFAT-SIFAT GUM XANTHAN :
1. Viskositas tinggi pada konsentrasi rendah,
2. Kekenyalan semu (pseudoplasticity) tinggi
3. Mudah larut dalam air panas maupun dingin
4. Viskositas larutan gum xanthan stabil terhadap suhu
5. Viskositas larutan gum xanthan stabil terhadap pH
6. Kelarutan dan kestabilan tinggi pada asam
7. Unggul dalam daya suspensi karena yield valuenya tinggi
8. Kesesuaian yang baik dengan berbagai garam
9. Stabilitas pada proses pelelehan dari keadaan bekunya
(freeze thaw)
SIFAT GUM XANTHAN (LANJUTAN)
10.Kompatibel terhadap beberapa pelarut seperti methanol,
ethanol, isopropanol dan aseton sampai konsentrasi 50-60
%. Konsentrasi pelarut > 60 % akan menyebabkan
gelatinisasi atau pengendapan gum xanthan
11.Tidak terdegradasi oleh enzim protease, selulase
hemiselulase, pektinase dan amilase, tetapi dapat
terdegradasi oleh pengoksidasi kuat seperti peroksida,
persulfat dan hipoklorit
12.Sinergi terhadap gum yang lain seperti gum guar, dan
gum dari biji locust (locust bean gum) serta galaktomanan
APLIKASI DALAM INDUSTRI :
1. Industri Petroleum :
a. Sebagai cairan pelicin dalam
pengeboran sumur minyak
b. Sebagai cairan untuk mengikat dan
memisahkan garam-garam dari hasil
pengeboran minyak lepas pantai dari
cairan petroleum yang diinginkan
c. Sebagai cairan pemecah (fracturing
fluid ) berbasis air
d. Untuk mempercepat pengambilan
minyak (oil recovery)
Oil drilling
2. Industri Kimia dan lainnya
a. Pakan ternak : sebagai cairan pelengkap pakan (Liquid feed
supplements)
b. Flowable pesticides
c. Pewarnaan dan pengecatan tekstil
d. Pelapis keramik
e. Pembersih
f. Pensuspensi cairan tinta, cat dan perekat kertas
3. Industri Pharmasi dan Kosmetika :
a. Stabilizer emulsi cream untuk obat dan kosmetika
b. Pelarut cream dan lotion
c. Pensuspensi pasta gigi atau larutan pencuci gigi
4. Industri pangan :
a. Pastry filling
b. Penstabil saus dan kaldu
c. Pengemulsi “dressing”
d. Pengemulsi dan stabilizer “dairy products”
BIOSINTESA GUM XANTHAN
Tahapan biosintesa :
1. Metabolisme substrat karbohidrat
2. Sintesis dan interkonversi nukleotida gula
3. Pengulangan unit monomer
4. Polimerisasi
Ada 4 jenis enzim yang terlibat :
1. Enzim untuk metabolisme awal substrat : hexokinase
2. Enzim untuk sintesis dan interkonversi nukleotida gula (UDP
glucose phosphorylase)
3. Enzim untuk pembentukan pengulangan unit polimer
(monosakarida) (transferase)
4. Enzim polimerase untuk pembentukan biopolimer
eksopolisakarida
MIKROORGANISME :
Bakteri penghasil gum xanthan :
Xanthomonas campestris
1. Gram Negatif
2. Membentuk koloni berlendir
berwarna kuning
3. Diisolasi dari daun/tanaman
yang berpenyakit,misalnya daun
kedelai yang terkena pustule,
daun kubis, tebu, dll
TAHAPAN FERMENTASI GUM XANTHAN
Xanthomonas campestris
Pengembang
an inokulum
Tangki benih
Fermentasi
Komponen media :
- Karbohidrat sbg sumber C
- Sumber N
- Mineral
Pasteurisas
i dan
pemisahan
biomassa
- Antifoam
Pengemasan
Penggilingan
Pengeringan
Pengambilan
gum dengan
pelarut
SIFAT RHEOLOGI CAIRAN FERMENTASI GUM
XANTHAN SANGAT KHAS :
1. Pada penggunaan bioreaktor berpengaduk akan
timbul zona stagnasi
2. Masalah ini diatasi dengan penggunaan airlift
bioreactor
Air lift bioreactor
Stirred tank bioreactor
DEKSTRAN


complex, branched glucan
(polysaccharide made of many
glucose molecules) composed of
chains of varying lengths
Dextran was first discovered by Louis
Pasteur as a microbial by product in
wine
Structure


The straight chain consists of α-1,6
glycosidic linkages between glucose
molecules, while branches begin
from α-1,4 linkages (and in some
cases, α-1,2 and α-1,3 linkages as
well).
molecular weights ranging from
10,000 Da to 150,000 Da.
Molecular Structure
Microorganisms


Dextran is synthesized from sucrose
by certain lactic-acid bacteria, the
best-known being Leuconostoc
mesenteroides and Streptococcus
mutans, L. dextranicum , S.
salivarius, S. bovis
Dental plaque  contains dextran
Leuconostoc mesenteroides
Streptococcus mutans
Slimy dextran produced by Leuconostoc mesenteroides
CMG713 on sucrose containing medium with 0.005 %
sodium azide
Production of dextran
Medium : using sucrose as carbon source,
examples :
 Sucrose 150.0 g., Peptone 2.5 g., Yeast extract
2.5 g., K2HPO4 , 5.0 g., NaCl 2.5 g., and a water
extract of sugar refining charcoal 2.0 ml.
 Sucrose 150.0 g., acid hydrolyzed casein 5.0 g.,
Yeast extract 1.0 g., K2HPO4 5.0 g., NaCl 2.0 g.,
and MgSO4 0.022 g.
 (g /L): sucrose, 150.0; bacto-peptone, 5.0; yeast
extract, 5.0; K2HPO4, 15.0; MnCl2.H2O, 0.01;
NaCl, 0.01; CaCl2, 0.05.
Condition and downstream
process
Condition : 30 oC, 20 hours
Downstream process :

The culture medium after 20 hours was
precipitated using equal volume of chilled
ethanol, shaken vigorously, centrifuged at
10,000 rpm for 15 minutes and the
supernatant was decanted. This step was
repeated twice.

The precipitated dextran was dried under
vacuum over calcium chloride at 30ºC. The
dextran yield was calculated on dry weight
basis.
Purification



For removal of impurities, dextran
obtained from precipitation was dissolved
in distilled water.
The dextran slurry was again precipitated
with equal volume of chilled ethanol. This
procedure of re-dissolving, precipitation
and washing was repeated three times to
remove cells debris.
Purified dextran was dried under vacuum
over calcium chloride at 30ºC
Application medical uses




eye drops as a lubricant
decrease vascular thrombosis.
Dextran in intravenous solution provides
an osmotically neutral fluid that once in
the body is digested by cells into glucose
and free water.
It also increases blood sugar levels.
Other uses




size-exclusion chromatography
matrices; an example is Sephadex.
bead form to aid in bioreactor
applications (immobilization)
stabilizing coating to protect metal
nanoparticles from oxidation
make microcarriers for industrial cell
culture
Application (cont. )
BIOINSEKTISIDA
Insektisida mikrobial yang bersifat entomopatogen dan dapat
dikembangkan dari bakteri, virus, fungi atau protozoa (Ignoffo
dan Anderson, 1979).
Keunggulan bioinsektisida menurut Behle et al., 1999 antara lain :
- Spesifik terhadap hama serangga
- Aman dan ramah lingkungan
- Tidak mengakibatkan residu pada hasil pertanian dan tanah
BIOINSEKTISIDA BAKTERI
Spesies Bakteri
Nama Dagang
Produser
Bacillus moritae
Rabirusu
Sumitomo, Jepang
Bacillus popilliae
Doom, japidemic
Fairfax Bio USA
Bacillus thuringiensis (delta endotoksin) :
dll.
Agritol
Merck & Co, USA
Bakhtane
Rohm & Haas , USA
Bactospeine
Roger Bellon, Perancis
Bathurin
Cheko
Biospor
Jerman
Biotrol
USA
Dipel
Abbbot, USA
Sporeine
Perancis
Thuricide
Sandoz, USA
Vectobac
Abbot, USA
Bacillus thuringiensis
•Bakteri bersel vegetatif berbentuk batang bersifat gram
positif, aerob tapi umumnya anaerob fakultatif,
mempunyai flagela dan membentuk spora.
•Koloni Bacillus thuringiensis berbentuk bulat dengan
tepian berkerut, memiliki diameter 5-10 milimeter,
berwarna putih, elevasi timbul dan permukaan koloni
kasar (Bucher, 1981; Stahly et al., 1992; Shieh, 1994).
Berbagai varitas Bacillus thuringiensis (Bt) penghasil
bioinsektisida :
-Bt thuringiensis
- Bt morrisoni
-Bt finitimus
- Bt ostriniae
-Bt alesti
- Bt tolworthi
-Bt kurstaki
(untuk basmi ulat)
-Bt sotto, dendrolimus
- Bt darmstadiensis
- Bt toumanofii
-Bt kenyae
- Bt kyusuenshis
-Bt galleriae
- Bt thompsoni
-Bt entomocidus
- Bt aizawai (ulat)
-Bt israelensis (untuk basmi jentik nyamuk)
-dll
- Bt canadensis
Bacillus thuringiensis israelensis
1. Spora yang dibentuk oleh Bacillus thuringiensis
israelensis berbentuk oval, berwarna hijau kebiruan dan
berukuran 1,0-1,3 mikrometer (Gill et al., 1992)
2. Bt membentuk kristal protein
bersamaan dg terbentuknya spora
(delta
endotoksin)
Spora Bt israelensis
Kristal
Bacillus thuringiensis
subs. kurstaki (Bt.K)
•Patotipe Bt.k hanya spesifik terhadap
Lepidoptera (Ellar et al.,1986)
•Bakteri ini mampu melawan lebih dari
100 spesies Lepidoptera (ulat dari
kupu-kupu sebagai
(Navon, 1993)
•Bacillus thuringiensis mampu membentuk
kristal protein (δ-endotoksin)
yang
berbentuk bipiramidal yang mengandung
toksin bersamaan dengan pembentukan
spora.
hama pertanian)
Sel B t israelensis jam ke 0
Sel B t israelensis jam ke 6
Sel B t israelensis jam ke 12
Sel B t israelensis jam ke 24
PROSES INFEKSI BT.kurstaki
1. Larva ulat memakan tanaman
yang telah mengandung spora
dan kristal protein Bt.K
2. Dalam beberapa menit, kristal
protein dipecah oleh protease
dlm
keadaan
basa
dan
berikatan
dengan
reseptor
spesifik pada dinding usus dan
ulat berhenti makan.
3. Beberapa
menit
kemudian,
dinding usus pecah sehingga
spora dan bakteri memasuki
jaringan tubuh, toksin pun larut
dalam darah.
4. Dalam 1-2 hari ulat akan mati.
Proses Toksifikasi B.t.i terhadap Larva Nyamuk
Fermentasi
Bacillus thuringiensis
Ada dua tipe yaitu : fermentasi semi padat
(semi solid fermentation) dan fermentasi
terendam (submerged fermentation).
(Dulmage dan Rhodes, 1971) dg media sumber
C dan sumber N ditambah ion Calsium ( untuk
sporulasi) dan trace element
Pertumbuhan optimum sebagian besar bakteri
terjadi pada pH sekitar 7
Kondisi fermentasi dilakukan pada suhu 2832oC, pH awal medium 6,8-7,2, agitasi 142-340
rpm dan pemanenan saat inkubasi 24-48 jam.
(Vandekar dan Dulmage, 1982; Sikdar et al., 1993)
PROSES
HILIR
BIOINSEKTI
SIDA BT