Kuliah : Teknologi Fermentasi

Kuliah :
Teknologi Fermentasi
Prof .Dr. Ir. Rindit Pambayun, MP
Dr. rer nat Ir Agus Wijaya, Msi
Ir. Tri Wardani Widowati, MP
http://contoh.in
Kuliah 1 : Pendahuluan
• Materi kuliah mencakup :
- Isolasi, penyimpanan, pengembangan galur
- media untuk fermentasi
- sterilisasi
- pengembangan inokulum
- Fermentor
- pengendalian fermentasi
- Pengunduhan hasil
Perkembangan Fermentasi
• 6000 SM, khamir telah digunakan untuk
pembuatan minuman beralkohol.
• 4000 SM, di Mesir khamir digunakan sebagai
pengembang roti.
• Abad ke 14 ditemukan metode destilasi alkohol.
• Di Timur Tengah dan China bakteri asam laktat
telah digunakan untuk pengawetan susu.
• Bakteri asam asetat ditemukan sebelum
penemuan Anthony Van Leuwenhoek.
• Colombus di Amerika mengembangkan
fermentasi jagung.
Lanjutan :
• 1800-an, Carlsberg mengembangkan starter untuk
inokulum bir.
• 1803, Thenard menemukan khamir penghasil alkohol
• 1857, Edward Buchner menemukan mikrobia penghasil
alkohol.
• 1901, Rudolf Emmerich & Oscarlow menemukan
pyonase antibiotik o/ Pseudomonas geruginosa.
• 1918, Chaim Wismann menemukan Clostridium penghasil
aseton.
• 1923, Pfizer menemukan Aspergillus niger penghasil asam
sitrat.
• 1928, A. Fleming menemukan Penisilin oleh P. notatum
untuk menghambat Staphylococcus aureus
Lanjutan :
• Selman Waksman menemukan Streptomyces
griseus, mikrobia penghasil streptomisin.
• 1957, Louis Pasteur menemukan khamir
penghasil alkohol, fermentasi vitamin, antibiotik,
asam amino dan steroid.
• Tahun 1900-1920 merupakan periode penting
perkembangan fermentasi gliserol, aseton,
butanol dan enzim.
• 1960 mulai dikembangkan produksi biomassa
oleh mikrobia untuk sumber protein.
• Periode selanjutnya penelitian lebih ditujukan
pada rekayasa genetik.
TEKNOLOGI FERMENTASI
• FERMENTASI berasal dari kata :
fervere/ferment (Latin) → yang berarti mendidih
• Pengertian Fermentasi Awal (L. PASTEUR)
- Proses penguraian gula pada buah anggur menjadi gelembung udara
(CO2) oleh khamir yg terdapat dalam cairan ekstrak buah anggur tsb
• Pengertian Fermentasi lain
1. Proses yg menggunakan suatu senyawa (substrat) menjadi senyawa
lain (produk) oleh adanya aktivitas mikroba
2. Suatu proses yg menghasilkan energi dg melibatkan molekul organic
baik sebagai donor maupun eseptor elektron
3. Suatu proses yg melibatkan kultur mikroba baik yg bersifat aerob
maupun anaerob
4. proses pembusukan bahan makanan
5. suatu kultur mikroba dlm kondisi optimum unt menghasilkan
produk berupa metabolit, enzim, produk lain (spt biomassa)
pengertian dasar dr kuliah Tekn. Fermentasi
Ruang lingkup Proses fermentasi :
• Menghasilkan sel mikrobia (biomassa)
sel yeast u/ industri roti, SCP u/ pakan ternak
- Yeast diproduksi skala besar mulai awal 1900
- Yeast mulai u/ makanan di Jerman selama PD I
- SCP mulai dikembangkan 1960.
Contoh : Saccaromyces cerevisiae
• Menghasilkan microbial enzim
lebih menguntungkan : mampu menghasilkan dlm jml yg
besar, mudah dikembangkan & dikendalikan
Contoh :
Pektinase u/penjernihan beer (Fungi)
Protease u/ pengembangan dough adonan (fungi/bakteri)
Lactase u/ Ind susu (Yeast)
Amylase u/Ind sirup (bakteri)
Lanjutan :
• Menghasilkan metabolit (primer/sekunder)
- metabolit Primer : diproduksi saat fase logaritmik, berhubungan
dengan pertumbuhan sel
misal : Etanol, asam sitrat, asam glutamat, lysine
- metabolit sekunder : diproduksi saat sel sudah mencapai fase
stasioner, metabolit yang bersifat antimikrobia, enzim inhibitor
misal : antibiotik, biopestisida
• - Menghasilkan senyawa yg merupakan perubahan / modifikasi
dari komponen yg ditambahkan dalam proses fermentasi.
- Mikrobia mengkonversi komponen yg sengaja ditambahkan dlm
fermentasi supaya diubah menjadi senyawa yg dikehendaki
melalui proses dehydrogenasi, oksidasi, hydroksilasi, isomerasi,
decarboksilasi, dsb.
Co. ethanol menjadi asam asetat (vinegar) o/ Acetobacter aceti
Asam phenylacetat menjadi Penicillin G o/ P. chrysogenum
Kuliah 2 : Isolasi, penyimpanan isolat dan
pengembangan galur
• Kriteria mikrobia u/ Industri Fermentasi :
- karakteristik nutrisi, diharapkan cocok dengan
substrat yang murah dan melimpah
- suhu opt, dipilih m.o yg bersuhu optimum
> 40°C shg mengurangi biaya produksi
- kesesuaian m.o dng type proses dan peralatan
yang digunakan
- stabilitas m.o
- produktifitas tinggi
- tidak bersifat toksik
Lanjutan
• Jumlah MIKROBA yang sudah dimanfaatkan
untuk Industri Fermentasi masih sedikit →→
perlu upaya :
ISOLASI
SELEKSI
STRAIN IMPROVEMENT
SCREENING
MIKROBIA UNGGUL
Isolasi dan Seleksi
• Air, udara, tanah sumber m.o yg melimpah
• Cara Isolasi Mikrobia
- Acak non-selektif : semua isolat diuji untuk
mendapatkan mikrobia dengan kualitas yg
dikehendaki. Perlu waktu sangat lama
- Acak selektif : dilakukan praseleksi sebelumnya
dpt dilakukan dng menggunakan pengetahuan
biokimiawi
• Usaha untuk memudahkan :
- menggunakan media diperkaya/selektif
- penambahan senyawa ttt sesuai dng tujuan
seleksi m.o
- dari sumber yg sesuai dng yang dikehendaki
• Seleksi untuk mencari mo yg berpotensi tinggi
• Identifikasi Mikrobia terpilih
Isolasi (lanjutan)
• Contoh : Isolasi bakteri asam laktat
menghasilkan asam, Gram pos., katalase neg.
• Isolasi menggunakan media selektif :
- MRS pH 6,5 atau PGY + CaCO3
- koloni yg dipilih adl koloni yg membentuk zona jernih
(clear zona) krn pasti koloni tsb menghasilkan asam
- koloni mo tsb kemudian dicek Gram dan katalase
- memenuhi kriteria (BAL : hrs Gram pos. & Katalase neg)
- dilakukan dimurnikan dan dilakukan pemilihan yg
berpotensi tinggi sesuai dengan yg dikehendaki
mis : penghasil antimikrobia, kandidat probiotik, dsb
- penentuan sifat morfologi, fisiologis, biokimiawi (sifat
phenotif) dan sifat molekuler /DNA (sifat genotif) untuk
tujuan identifikasi (penentuan spesies / sub species)
Lanjutan
• Mikrobia yang sudah diisolasi dan diseleksi disebut dengan
Isolat
• Isolat dikembangkan menjadi populasi sel disebut dengan
Kultur
• Inokulum : populasi sel yg siap di inokulasikan
• Pengembangan galur/ strain improvement : usaha untuk
- mengembangkan/meningkatkan potensi (keunggulan)
isolat untuk dipersiapkan sebagai kultur Industri
- peningkatan produktivitas
- peningkatan efisensi dalam proses
- kecocokan dng bahan dasar yang lebih bervariasi
- Stabil selama proses dan dalam stock
Pengembangan Galur
• Cara :
1. pendekatan ekologis
dilakukan dengan memodifikasi faktor
lingkungan pertumbuhan (mis. pH, suhu,
nutrien) shg. diperoleh kondisi optimum
2. pendekatan genetika
dilakukan dengan memodifikasi susunan
gen (DNA)
Modifikasi Gen
1. Proses mutasi :
Proses perubahan susunan gen, dpt spontan / induksi.
Spontan : - proses peremajaan terus menerus
- pengaruh kondisi lingkungan
Induksi : dipacu dng radiasi, mutagen kimia
Perubahan susunan gen terjadi secara acak
2. Hibridisasi atau rekombinasi :
Penyusunan ulang gen atau bagian gen dari dua atau lebih
organisme & menggabungkan menj. satu informasi gen dlm
organisme tunggal
hibridisasi seksual : terjadi pencampuran materi gen
Contoh : proses miosis pk ukariotik
hibridisasi paraseksual : prokariotik (seksualitas blm jelas
Contoh : proses rekombinasi konjugasi, fusi protoplas
Penyimpanan isolat
• Tujuan penyimpanan :
- mikrobia tetap hidup
- terhindar dari kontaminasi
- mencegah terjadinya perubahan genetis
- produktifitas tetap terjaga
• Metoda penyimpanan :
- penyimpanan pada suhu yang rendah /beku
> agar miring (harus diremajakan sec kontinyu)
> suspensi sel dlm cryoprotective agent
(gliserol 10 %)(sebaiknya disimpan pada
suhu – 20°C s/d – 80°C)
- penyimpanan bentuk kering
> terutama untuk m.o berspora
> sel kering dengan freeze drying disimpan dlm ampul
pada suhu ref. dapat tahan lama
• Pengendalian kultur stock
> pengujian secara periodik terhadap :
- kemurnian
- viabilitas
- produktivitas
TUGAS
• 1. MENCARI SATU JURNAL TENTANG PROSES
ISOLASI MIKROBIA
• 2. KEMUDIAN DIRINGKAS CARA/METODE
ISOLASINYA
• 3. RINGKASAN DIKUMPULKAN BESERTA
JURNAL ASLINYA
• 4. WAKTU : 1 MINGGU