Slide 1

TEKNOLOGI PAKAN
KULIAH VIII
BIOTEKNOLOGI PAKAN
FERMENTASI
PRODI PETERNAKAN, FAK
AGROINDUSTRI, UMBY
Biokonversi
mikroba
PRODUK
Bioteknologi Pakan
(Bakteri, kapang, yeast)
Biokonversi
 proses yang dilakukan oleh mikroba untuk mengubah
suatu senyawa menjadi suatu produk yang mempunyai
struktur kimia yang berhubungan (transformasi
mikrobial).
 proses mengonversi atau mengubah suatu bahan
organik menjadi produk lain yang berguna dan memiliki
nilai lebih dengan memanfaatkan peristiwa biologis
(biosintesis dan biolisis).
produk yang dihasilkan




sel-sel mikroba atau biomassa,
enzim,
metabolik primer dan
metabolik sekunder
Faktor-faktor yang mempengaruhi biokonversi
1) Sifat fisik dan kimia substrat.
a) Kelarutan, pada umumnya zat larut lebih mudah
didegradasi.
b) Luas permukaan, semakin luas permukaan akan
semakin mudah diserang mikroba. Oleh karenanya,
untuk mempercepat degradasi digunakan substrat
dengan ukuran yang kecil.
c) Kemampuan mengadopsi uap air, material yang
higroskopis lebih mudah diserang oleh mikroba. Oleh
karenanya, kelembaban sangat mempengaruhi kondisi
proses.
2) Struktur kimia substrat.
Pengaruh struktur kimia dalam degradasi oleh mikroba
pada umumnya senyawa karbon yang terbentuk secara
alamiah lebih mudah didegradasi dari pada yang sintetik
3) Faktor lingkungan
Setiap spesies mikroba mempunyai kisaran kondisi
lingkungan dalam batas-batas toleransi yang sempit.
Diluar batas itu mikroba tidak dapat tumbuh optimal dan
biodegradasi tidak sempurna
Manfaat Biokonversi

memperbaiki serta meningkatkan cita rasa.

bersifat mengawetkan

meningkatkan daya cerna

menghasilkan warna lain yang berbeda dengan bahan
asalnya

menurunkan / menghilangkan anti nutrisi
FERMENASI
Biokonversi : dilakukan melalui teknik fermentasi
Definisi Fermentasi
 Cara pengolahan dengan menggunakan jasa mikroba
(Kapang, bakteri atau ragi), baik yang ditambahkan dari
luar atau secara spontan sudah terdapat dalam bahan
bakunya.

Proses kimia dari senyawa-senyawa organik baik dalam
keadaan aerob maupun anaerob melalui kerja enzim
yang berasal dari mikroorganisma yang dihasilkannya.
 Proses pemecahan bahan-bahan organik oleh
mikroorganisma sehingga diperoleh bahan-bahan yang
diinginkan
proses fermentasi
proses protein enrichment

proses pengayaan protein bahan dengan menggunakan
mikroba tertentu.

pembuatan Single Cell Protein atau Protein Sel Tunggal
(PST),
Media Fermentasi
Media tumbuh mikroba dalam proses fermentasi = substrat
Menurut jenis medianya, proses fermentasi dibagi dua,
yaitu:
o fermentasi media padat dan
o fermentasi media cair
 fermentasi media padat : fermentasi yang substratnya
tidak larut dan tidak mengandung air bebas, tetapi cukup
mengandung air untuk keperluan hidup mikroba,
 fermentasi media cair : fermentasi yang substratnya
bersuspensi atau larut dalam fase cair
Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi
1. Mikroba
a) Murni, harus menggunakan biakan murni (dari satu
strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya
b) Unggul, mikroba harus mampu menghasilkan
perubahan-perubahan yang dikehendaki secara
cepat dan hasil yang besar.
c) Stabil, mikroba harus mempunyai sifat-sifat yang
tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau
lingkungan
d) Bukan Patogen, bukan patogen bagi manusia
maupun hewan, kecuali untuk produksi bahan kimia
tertentu
2. Nutrisi Substrat
Semua mikroba memerlukan nutrisi dasar sebagai
sumber karbon, nitrogen, mineral, penyedia energi,
dan pembentuk konstituen seluler
(3) Suhu
Mempengaruhi laju pertumbuhan mikroba
Mempengaruhi ukuran sel dan efisiensi konsentrasi
substrat menjadi massa sel.
berdasarkan suhu pertumbuhan optimum mikroba dapat
digolongkan ke dalam tiga kelompok yaitu :
psikrofilik, adalah kelompok mikroba yang pertumbuhan
optimumnya terjadi pada suhu di bawah 20 0C.
mesofilik, merupakan kelompok mikroba yang
pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu
antara 30 – 35 0C.
Thermofilik adalah kelompok mikroba yang pertumbuhan
optimumnya terjadi pada suhu di atas 50 0C
(4) Aerasi
Aerasi berguna untuk menyuplai oksigen, mengeluarkan
CO2, uap air dan metabolit yang volatil serta untuk
mengatur suhu
aerobik, mikroba yang memerlukan oksigen dalam
proses metaboliknya
anaerobik. mikroba yang tidak memanfaatkan oksigen
dalam proses metaboliknya
fakultatif anaerobik. Mikroba yang hanya mampu
memanfaatkan oksigen yang terdapat dalam
lingkungan kultur
(5) Kandungan Air Media
Air merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap
pertumbuhan mikroba
 air bertindak sebagai pelarut
 air juga berfungsi sebagai katalis yang terlibat
langsung dalam beberapa reaksi enzimatis
(6) Derajat Keasaman ( pH)

Mikroba yang menyekresikan asam organik seperti
asam sitrat dan asam laktat dapat menurunkan pH,

mikroba yang mengasimilasi asam organik yang
terdapat dalam substrat menaikan pH.
Kisaran pH minimum, optimum dan maksimum dari
golongan bakteri, jamur dan yeast
Jenis
Mikroba
Minimum
optimum
Maksimum
bakteri
3 -5
6,5 – 7,5
8 – 10
Khamir
2–3
4,5 – 5,5
7–8
kapang
1- 2
4,5 – 5,5
7-8
(7) Water Activity (Aw)
Water activity : pengukuran air bebas untuk reaksi
potensial enzim dari mikroba dan
merupakan ukuran dalam kelembaban
produk
 diperoleh dari hasil bagi antara tekanan uap air dari
substrat dibagi dengan tekanan uap air murni pada
temperatur yang sama.
 Pengukuran dilakukan pada skala 0 sampa1, di mana
nilai 1 merupakan aktivitas dari air murni.
(8) Takaran inokulum
o Takaran inokulum (dosis) : berhubungan dengan
banyaknya populasi mikroba yang digunakan
o menentukan cepat tidaknya proses fermentasi
berlangsung .
 Semakin tinggi takaran inokulum semakin tinggi
populasi mikroba yang menghasilkan enzim pemecah
substrat.
 berpengaruh terhadap kualitas produk dalam
menghasilkan kandungan nutrien seperti kadar
protein,lemak, dan serat kasar produk fermentasi.
(9) Ketebalan Substrat
 berpengaruh terhadap kekompakan penyebaran
miselia
 menentukan keberhasilan pada perombakan
nutien
 Semakin menyebar dan kompak pertumbuhan
mikroba, semakin tinggi produk protein mikrobial
terbentuk demikian juga zat zat makanan lainnya.
 ketebalan substrat berkisar 2-3 cm
Perubahan Bahan Selama Fermentasi
perubahan tersebut berupa kandungan protein, karbohidrat,
lemak, vitamin dan mineral, juga pH, kelembaban dan aroma,
serta perubahan nilai gizi
Keuntungan fermentasi : terbentuknya antibiotik alami
yang memiliki sifat berbeda dengan antibiotik
sintetis, yang tidak menyebabkan resisten
kuman dan tidak terakumulasi dalam tubuh
Mikroba proteolitik : memecah protein dan komponenkomponen nitrogen lainnya
Mikroba selulolitik: dapat mengubah serat kasar dan
derivatnya, menjadi komponen yang lebih
sederhana
Mikroba amilolitik: dapat mengubah karbohidrat dan
turunannya menjadi alkohol, asam, dan CO2.
Mikroba lipolitik : memecah atau menghidrolisis lemak,
fosfolipid, dan turunannya
Fermentasi Substrat Padat
Keberhasilan fermentasi substrat padat : adanya
pertumbuhan micellium atau hypha pada
permukaan substrat
Keuntungan :
 medium yang digunakan relatif sederhana,
 ruang yang digunakan relatif kecil dan sederhana,
 inokulum yang digunakan dapat disiapkan secara
sederhana
 kondisi substrat tempat pertumbuhan mikroba
mendekati kondisi habitat alaminya.,
 aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang di
antara tiap partikel -partikel substrat,
 produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah .
 Umumnya tidak diperlukan kontrol pH dan suhu yang
teliti seperti pada fermentasi substrat cair.
Kelemahan :





keterbatasan jenis mikroba yang dapat digunakan,
kebutuhan jumlah spora inokulum yang cukup
besar,
sukar dilakukan penetapan bobot miselium secara
teliti,
adanya masalah mengenai panas yang timbul bila
digunakan substrat lembab dalam jumlah besar dan
pengukuran kadar air,dan ph lebih sulit
Fermentasi substrat Cair
keuntungan
 komposisi dan konsentrasi inokulum dapat diatur
dengan mudah.
 tidak memerlukan takaran atau jumlah inokulum yang
tinggi
kelemahan
 mudah terkontaminasi
 untuk mendapatkan permukaan yang luas diperlukan
banyak bejana dengan volume tiap bejana yang relatif
besar,
 banyak dibutuhkan tenaga kerja untuk membersihkan
dan mensterilisasi alat - alat
Fase Pertumbuhan Mikroorganisme
1) fase adaptasi



sel melakukan penyesuaian aktivitas metabolik dan
fisiologik untuk mempersiapkan pembelahan,
belum terjadi pembelahan sel
Lama fase ini bervariasi, tergantung dari kecepatan
penyesuaian lingkungan sekitar.
Kurva Pertumbuhan Mikroba
2) Fase Pertumbuhan Logaritmik (Log Phase)
 Pada kondisi optimal tiap sel akan membelah.
 memerlukan jumlah waktu yang sama.
 populasi akan mengalami perkembangan paling
pesat.
 Perimbangan multifikasi tergantung kepada
konsentrasi media, metabolit-metabolit toksik dan
lingkungan yang menguntungkan
3) Fase Pertumbuhan Lambat
 Pertumbuhan mikroba mengalami perlambatan.
 Perlambatan pertumbuhan disebabkan zat nutrisi di
dalam medium sudah berkurang dan adanya hasil-hasil
metabolisme yang beracun sehingga menghambat
pertumbuhan mikroba.
 Pertumbuhan sel pada fase ini tidak stabil,
 jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang
tumbuh masih lebih banyak dari sel yang mati
4) Fase Pertumbuhan Tetap ( Stationary Phase)



seluruh sel berhenti membagi diri atau bilamana selsel hidup telah mencapai keseimbangan dengan selsel mati
Meskipun pertumbuhan telah terhenti, metabolisme
dan akumulasi produk masih terjadi di dalam sel atau
di dalam cairan.
Massa sel total dapat tetap konstan tetapi jumlah sel
hidup cenderung menurun
5) Fase Menuju Kematian dan Fase Kematian
 nutrient di dalam medium dan energi cadangan di
dalam sel sudah habis
 terjadinya lisis dari sel
 terjadi akumulasi lanjutan, produk metabolit yang
menghambat nutrient penting dalam medium habis,
 jumlah sel turun secara logaritmik
 dipengaruhi oleh kondisi nutrient, lingkungan dan
jenis mikroba
Enzim
Definisi
 sebagai fermen yang bentuknya tidak tertentu dan
tidak teratur, yang dapat bekerja tanpa adanya
mikroba, dan dapat bekerja di luar mikroba
 senyawa organik yang dihasilkan oleh sel-sel hidup

Enzim berfungsi untuk mempercepat berlangsungnya
reaksi kimiawi, tanpa enzim itu sendiri berubah
setelah reaksi selesai
Enzim-enzim yang dihasilkan oleh mikroba
1. α-amilase

Amilase menghidrolisis pati menjadi dekstrin dan
gula

Kapang yang mampu menghasilkan α-amilase
adalah spesies dari genus Penicillium,
Cephalosporium, Mucor, Neurospora, dan
Rhizopus
2. Protease
 bersifat alkalin (kebanyakan dari bakteri, dan
kapang): Aspergillus niger, A. sojoe, A. oryzae, dan
A. flavus
 bersifat netral: dari bakteri dan Actinomycetes, serta
kapang A. oryzae, A. sojoe
 bersifat asam (pH optimum 2,0-3,0) dihasilkan oleh
banyak kapang Aspergillus sp
3. Lipase
 Enzim lipase berfungsi dalam penyedia asam lemak
bebas bagi Fetty Acid Methyl Ester (FAME) yang
penting dalam industri biofarmasi, untuk pembuatan
deterjen serta produksi gliserol .
 Kapang yang menghasilkan lipase adalah : Aspergillus,
Mucor, Rhizopus, Penicillium, Geotrichum, Torulopsis,
dan Candida
4. Selulase
Kapang umumnya memiliki selulase karena habitatnya di
alam adalah bahan organik yang mengandung selulase
5. Glukoamilase (α-1,4-glukan-glukohidrolase)
 berfungsi memecahkan pati langsung menjadi
glukosa.
 Hasil reaksinya hanya glukosa, sehingga dapat
dibedakan dengan alfa dan beta
 Banyak dipakai di industri pangan dan industri sirop.
 Enzim tersebut dihasilkan oleh Aspergillus niger, A.
oryzae, A. awamori, Rhizophus formosaensis, R.
niveus, R. delemar, dan R. javanicus
6. Pektinase
 Pektin pada umunya terdiri dari berbagai senyawa
karbohidrat.
 Senyawa utamanya adalah poligalakturonat yang terdiri
dari unit asam galakturonat.
 Enzim pektinase digunakan untuk menjernihkan sari
buah dengan cara mengurangi kekeruhan dan
viskositasnya
 Pektinase juga digunakan untuk menghidrolisis pektin
dalam batang tanaman rami untuk membebaskan
serat-serat selulose untuk membuat kain linen dan
karung goni
Pektinase dihasilkan oleh Aspergillus niger, A. wentii,
Rhizopus oryzae, R. oligosporus, Botrytis
cinerea, Penicillium chrysogenum, dan
Penicillium notatum