Bioindustri - Blog UB - Universitas Brawijaya

1. BIOINDUSTRI
Aplikasi Bioteknologi dalam bidang
industri
Bioteknologi adalah prinsip-prinsip
ilmu pengetahuan dan kerekayasaan
untuk penanganan dan pengolahan
bahan dengan bantuan agen biologis
yang menghasilkan barang dan jasa.
Bioindustri adalah salah satu bagian dari
bioteknologi, yakni penerapan
mikroorganisme dan enzim dalam skala
besar (industri) yang memperhitungkan
kajian ekonomis dan untung rugi suatu
proses produksi
BIOINDUSTRI
Definisi dan Ruang
Lingkup
TIP-FTP-UB
Bioindustri & Ruang Lingkupnya
Definisi Bioindustri
Era Bioteknologi
Ruang Lingkup Bioteknologi
Keterkaitan Sumberdaya dlm Biotek
Quickscan Industri Berbasis Biotek
Definisi Bioindustri
• Bioindustri secara umum adalah:
– Aplikasi bioteknologi dalam bidang
industri
• Keywords: bioteknologi & industri
• Bioteknologi:
– Prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan
kerekayasaan untuk penanganan dan
pengolahan bahan dengan bantuan agen
biologis untuk menghasilkan barang dan
www.thmemgallery.c
Company Logo
jasa.
om
Definisi Bioindustri
• Jadi BIOINDUSTRI adalah salah satu
bagian dari bioteknologi , yakni
penerapan mikroorganisme dan
enzim dalam skala besar (skala
industri) serta memperhitungkan
kajian ekonomi dan untung rugi
suatu proses produksi
• Point Penting:
1. Penerapan agen biologis
(mikroorganisme)
2. Skala Produksi Besar (Skala Industri)
3. Adanya Kajian
Ekonomi
Company Logo
Era Bioteknologi
Before 1865
1940
1960
1976
1975-Now
Era Pra - Pasteur
• Perbaikan Teknologi Fermentasi oleh
Mikroorganisme, contoh:
– Minuman beralkohol (Bir, Anggur, Sake),
Keju, Yoghurt, Tempe, Oncom, Acar,
Pembuatan Tempe
• Ciri Utama:
– Pemanfaatan / pendayagunaan mikroba
untuk pengawetan dan atau pembuatan
makanan/minuman
Company Logo
Era Pasteur
• Pasteur : Peran mikroba dalam
fermentasi
• Pengembangan Industri Fermentasi
1. Pembuatan Etanol
2. Pembuatan Butanol
3. Asam Organik
Logo
4. PerlakuanCompany
Air Buangan
Era Antibiotik
1. Pembuatan Penicillin
2. Vaksin Virus
3. Teknologi Kultur Sel Hewan
Company Logo
Era Pasca - Antibiotik
1. Asam – asam Amino
2. Eludasi Struktur DNA
3. Protein Sel Tunggal
4. Enzim untuk Detergen
5. Produk farmasi
(interferon,hormon, vaksin)
6. Teknologi Company
Rekombinan
DNA
Logo
Era Bioteknologi Modern
1. Rekayasa Genetika
2. Zat Antibodi Monoklanal
3. Hormon Insulin
4. Hormon Pertumbuhan Ikan tuna
Ruang Lingkup Bioindustri
• Batasan Pokok Proses Bioteknologi
1. Agen Biologis

Mikroba, enzim, sel tanaman, sel
hewan)
2. Pendayagunaan secara
teknologis dan industrial
3. Produk dan jasa yang diperoleh
Ruang Lingkup Bioindustri
• Skala Aplikasi Bioteknologi
1. Laboratorium

Tahap seleksi mikroorganisme
(baik tanaman maupun hewan)
2. Skala Pilot

Penerapan kondisi operasi
optimum
3. Skala Industri

Proses produksi dengan
pertimbangan
ekonomi industri
Company Logo
Ranah Penerapan
Bioindustri
• Bidang-Bidang yang Dipelajari
1. Industri pertanian (agroindustri)
2. Kedokteran dan Farmasi
3. Lingkungan
 Bidang Biodegradasi
 Bidang Bioremediasi
Ruang Lingkup Bioindustri
• Bioteknologi modern untuk penelitian
dan pengembangan produk
fermentasi harus dapat diaplikasikan
pada:
1. Bahan Baku
 Memperbaiki bahan baku untuk
proses tradisional
2. Proses
 Pengembangan bioreaktor
3. Kultur Mikroba
 Memperkaya
aplikasi mikroba
Company Logo
Ruang Lingkup Bioindustri
• Global Trend in Bio-Product Industry
– Health – pharmaceuticals, cosmetics,
personal care, flavours and fragrances.
– Energy – bio-diesel, ethanol, fuel
additives, biomass combustion, two
cycle oils, transmission fluids and
lubricants.
Company Logo
Ruang Lingkup Bioindustri
• Global Trend in Bio-Product Industry
– Biochemical – coatings, film
degradable polymers, plastics, dyes,
paints, pigments, gums, adhesives,
agrochemicals,soaps, detergents,
specialized industrial organics, fine
chemicals, biological control products,
cleaning agents, solvents, surfactants,
ink.
– Environmental Products – paper and
board, bio-composites, molded fibre,
non-woven fabric, textile fibres,filler and
Company Logo
insulation.
Keterkaitan Sumberdaya dalam Bioindustri
Sumberdaya yang harus diperhatikan dalam industri:
Men (Manusia)
Money (Modal)
Materials (Material)
Methode (Metode)
6M
Machines (Mesin)
Market (Pasar)
Keterkaitan Sumberdaya dalam Bioindustri
Faktor-faktor lain yang harus diperhatikan:
A
Hukum
Sosial
Perekonomian
B
H
G
Lingkungan
Umum
Perusahaan
F
C
Kebudayaan
D
Politik
E
Demografi
Teknologi
Pendidikan
Bahan Baku Fermentasi
• Hasil Pertanian
– Sereal, buah-buahan, sayuran, kacangkacangan
• Hasil Peternakan
– Susu sapi, daging
• Hasil Perkebunan
– Kopi, coklat, tebu
• Limbah Industri
– Molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat,
sabut kelapa, ampas tahu, ampas biji yang telah
diambil minyaknya, air limbah, sampah
Syarat Bahan Fermentasi
• Mudah didapat
• Jumlah besar
• Harga murah
• Ada substitusinya
SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRI
1. Sumber Alami : tanah, air sungai,
laut, tanaman, hewan, limbah,
kotoran, dll.
2. Koleksi kultur: lembaga tempat
menyimpan dan memelihara mikroorganisme
NAMA KOLEKSI KULTUR DUNIA
Tempat
ATTC
CBS
CCM
CDDA
CIP
CMI
DSM
FAT
IAM
NCIB
America Type Culture Collection
Centraal Bureau VoorSchimmelculture
Czechoslovak collection of microorganism
Canadian Department of Agriculture
Collection of The Institute Pasteur
Commonwealth Mycological Institute
Deutsche Samlung Von Microorganism
Faculty of Agriculture Tokyo University
Institute of Applied Microbiology
National Collection of Industrial Bacterial
Rockville, USA
Baarn, Netherland
Canada, Otawa
Paris
Kew, UK
Gottigen, Jerman
Tokyo
Univ of Tokyo
Aberdeen, Scot
London, UK
Bahan baku Fermentasi
• Setiap mikroorganisme memerlukan:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Air
Sumber Energi
Sumber Karbon
Sumber Nitrogen
Mineral
Oksigen (jika aerobik)
Bahan baku Fermentasi
• Air
– Merupakan komponen utama fermentasi
– Yang harus diperhatikan:
• pH
• Garam terlarut
• Bahan buangan terlarut
– Penyiapan air
• deionisasi, penambahan garam, dll
Bahan Baku Fermentasi
• Sumber energi
– Berasal dari oksidasi media atau cahaya
– Sebagian besar mikroorganisme industri
adalah chemo-organotrophs
– Sumber energi banyak berasal dari
sumber karbon
Bahan Baku Fermentasi
• Sumber Karbon
– Faktor yang mempengaruhi pemilihan
sumber karbon:
• Harga , contoh: pembuatan etanol dimana
60-70% biaya produksi berasal dari bahan
baku
• Kemurnian sumber karbon, contoh; ion
logam harus dihilangkan dari karbohidrat
pada proses dengan asam sitrat
• Metode preparasi media, khususnya pada
proses sterilisasi pada karbohidrat
• Peraturan pemerintah, contoh penggunaan
gula sebagai konsumsi
Bahan Baku Fermentasi
• Sumber Karbon
– Sumber karbon:
• Karbohidrat
• Minyak dan lemak
• Molase
• Whey susu
• Hidrokarbon
• Glukosa
• Laktosa
• dll
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bahan Baku Fermentasi
• Sumber Nitrogen
– 3-15% berat mikrobia adalah nitrogen
– Sumber nitrogen secara umum:
• Nitrat
• Urea
• Amonia (sebagai kontrol pH dan sumber
nitrogen)
• Garam-garam amonium
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bahan Baku Fermentasi
• Mineral
– Dibutuhkan untuk pertumbuhan dan
metabolisme
– Contoh mineral penting:
• Magnesium, fosfor, potasium, sulfur,
kalsium, klorin
– Mineral lain yang biasanya
keberadaannya merupakan impuritis
dalam bahan
• Kobalt, besi, zinc, mangan, tembaga
Company Logo
Bahan Baku, Produk , Mikro
Bahan Baku
Produk
Mikroorganisme
Susu
Sour milk product,
curdled milk, sour
cream, yoghurt, kefir,
koumiss, sour cream
butter, cheese
LAB, yeasts, acetic
acid bacteria, fungi
Meat
Fermented sausage
Fungi, yeasts, LAB,
staphylococci,
streptomyces
Fungi, yeasts,LAB,
staphylococci
HAM
Fish
Fish sause, fermented Staphylococci, vibrio
fish silage
costicola, LAB
Olives, cabbage,
cucumber, tomato,
and other
Fermented olive,
saurerkraut, pickled
cucumber
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
LAB
Bahan baku, produk , mikro
Bahan Baku
Produk
Mikroorganisme
Dough and batters
made from cereals
Sourdough, yeast
dough, kisra
LAB, yeast vide infra
Malt, Koji, made from
cereals and grains
Beer, sake
LAB, Yeasts, Fungi
Beer, wine
Vinegar
Acetic acid bacteria
Grape and other fruits Wine
Yeast, LAB, fungi
Soy, locust bean
Soy sauce, tempe
LAB, Bacilli, fungi,
yeast
Grass, maize, potato
Silage
LAB
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
CIRI-CIRI BAKTERI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Organisme multiselluler
Prokariot (tidak memiliki membran inti sel )
Umumnya tidak memiliki klorofil
Memiliki ukuran tubuh yang bervariasi antara
0,12 s/d ratusan mikron umumnya memiliki
ukuran rata-rata 1 s/d 5 mikron.
Memiliki bentuk tubuh yang beraneka ragam
Hidup bebas atau parasit
Yang hidup di lingkungan ekstrim seperti
pada mata air panas,kawah atau gambut
dinding selnya tidak mengandung
peptidoglikan
Yang hidupnya kosmopolit diberbagai
lingkungan dinding selnya mengandung
peptidoglikan
Struktur Bakteri
• Struktur bakteri terbagi menjadi dua
yaitu:
– Struktur dasar (dimiliki oleh hampir
semua jenis bakteri)
Meliputi: dinding sel, membran plasma,
sitoplasma, ribosom, DNA, dan granula
penyimpanan
– Struktur tambahan (dimiliki oleh jenis
bakteri tertentu)
Meliputi kapsul, flagelum, pilus, fimbria,
www.thmemgallery.c
Companygas
Logo dan endospora.
klorosom,
Vakuola
om
Company Logo
Struktur dasar bakteri
1. Dinding sel tersusun dari peptidoglikan yaitu gabungan
protein dan polisakarida (ketebalan peptidoglikan membagi
bakteri menjadi bakteri gram positif bila peptidoglikannya
tebal dan bakteri gram negatif bila peptidoglikannya tipis).
2. Membran plasma adalah membran yang menyelubungi
sitoplasma tersusun atas lapisan fosfolipid dan protein.
3. Sitoplasma adalah cairan sel.
4. Ribosom adalah organel yang tersebar dalam sitoplasma,
tersusun atas protein dan RNA.
5. Granula penyimpanan, karena bakteri menyimpan
cadangan makanan yang dibutuhkan.
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Struktur tambahan bakteri :
1.
Kapsul atau lapisan lendir adalah lapisan di luar dinding sel pada jenis bakteri
tertentu, bila
lapisannya tebal disebut kapsul dan bila lapisannya tipis disebut lapisan lendir.
Kapsul dan lapisan lendir tersusun atas polisakarida dan air.
2.
Flagelum atau bulu cambuk adalah struktur berbentuk batang atau spiral yang
menonjol dari dinding sel.
3.
Pilus dan fimbria adalah struktur berbentuk seperti rambut halus yang menonjol
dari dinding sel, pilus mirip dengan flagelum tetapi lebih pendek, kaku dan
berdiameter lebih kecil dan tersusun dari protein dan hanya terdapat pada bakteri
gram negatif. Fimbria adalah struktur sejenis pilus tetapi lebih pendek daripada
pilus.
4.
Klorosom adalah struktur yang berada tepat dibawah membran plasma dan
mengandung pigmen klorofil dan pigmen lainnya untuk proses fotosintesis.
Klorosom hanya terdapat pada bakteri yang melakukan fotosintesis.
5.
Vakuola gas terdapat pada bakteri yang hidup di air dan berfotosintesis.
6.
Endospora adalah bentuk istirahat (laten) dari beberapa jenis bakteri gram positif
dan terbentuk didalam sel bakteri jika kondisi tidak menguntungkan bagi
kehidupan bakteri. Endospora mengandung sedikit sitoplasma, materi genetik, dan
ribosom. Dinding endospora yang tebal tersusun atas protein dan menyebabkan
endospora tahan terhadap kekeringan, radiasi cahaya, suhu tinggi dan zat kimia.
Jika kondisi lingkungan menguntungkan endospora akan tumbuh menjadi sel
www.thmemgallery.c
Company Logo
bakteri baru.
om
Bentuk Bakteri
• Bentuk sel bakteri meliputi:
– kokus (bulat)
– basil (batang)
– spirilum (spiral)
– filamen
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bakteri Kokus (bulat)
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bakteri Basilli (batang)
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bakteri Spiral
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Faktor-faktor Yang Mempengaruhi
Pertumbuhan Bakteri
1.Suhu
2.Derajat keasaman atau pH
3.Konsentrasi garam
4.Sumber nutrisi
5.Zat-zat sisa metabolisme
6.Zat kimia
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Cara Perkembangbiakan bakteri
• Seksual
= Membelah diri
• Aseksual = dengan pertukaran materi genetik dengan
bakteri lainnya
– Transformasi adalah pemindahan sedikit materi genetik,
bahkan satu gen saja dari satu sel bakteri ke sel bakteri
yang lainnya
– Transduksi adalah pemindahan materi genetik satu sel
bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan perantaraan
organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri)
– Konjugasi adalah pemindahan materi genetik berupa
plasmid secara langsung melalui kontak sel dengan
membentuk struktur seperti jembatan diantara dua sel
bakteri yang berdekatan. Umumnya terjadi pada bakteri
gram negatif.
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Ukuran sel
• Ukuran bakteri sangat kecil berkisar
antara 0,5-5μm.
• Bakteri terbesar yang pernah
ditemukan adalah Thiomargarita
dengan lebar mencapai 750μm (0,75
mm) yang membuatnya bisa terlihat
dengan mata telanjang.
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Ciri-ciri Mikroorganisme Industri :
1. Strain secara genetik stabil
2. Kultur murni, bebas m.o. lain
khususnya faga
3. Tumbuh kuatdan cepat setelah
inokulasi pd
tangki pembibitan
atau wadah lain,
disiapkan utk
proses industri
4. Mampu melindungi dirinya sendiri
dari
kontaminasi,mis pH, suhu
tinggi, menghssilkan inhibitor
5. Dapat disimpan dalam waktu lama
6. Membutuhkan nutrisi dlm. jml kecil
(relatif)
Mengapa ?
1. Harus dihasilkan produk baru yang kom
petitif, bermutu tinggi, harga bersaing,
tanpa meninggalkan konsep lingkungan
2. Konsumsi produk menggunakan m.o.
dan enzim utk pangan dan obat2an me
nanjak dengan cepat
3. Tantangan peningkatan kapasitas pro
duk
4. Penelitian dasar dan pengembangannya
harus dilakukan
5. Rekayasa pengolahan harus dilakukan
Tidak banyak
mikroorganisme
mempunyai sifat
sekompleks yang
diharapkan tersebut
sehingga perlu adanya
rekayasa genetika
Untuk melakukan seleksi harus
memperhatikan :
1.Sensitivitas
2. Tidak mahal
3. Mempunyai cara spesifik (kecil
kesalahan positip dan negatipnya)
4. Dapat digunakan untuk
memprediksi hasilnya nanti
5. Sederhana
6. Dapat ditingkatkan ke cara
Isolasi, pemilihan kultur,
pengembangan kultur,
pengembangan inokulum
Isolasi : Memisahkan
kehidupan mikroorganisme di
alam ke dalam kehidupannya
yang baru dalam medium
pertumbuhan mikroorganisme
Pemilihan Kultur
Pemilihan kultur : Usaha
memilih kultur mikroorganisme
yang mempunyai kelebihankelebihan jika diusahakan
untuk kepentingan
perkembangan
mikroorganisme dalam industri
pada tahap selanjutnya
Rekayasa memperbaiki proses
mikrobiologis.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Seleksi jenis mikroorganisme
Optimasi medium fermentasi
Desain operasi bioreaktor
Pelaksanaan
Pengunduhan hasi
Pemisahan produk
Penyempurnaan hasil pemisahan
produk
Tahapan-tahapan yang harus dilalui
- Penelitian dasar :seluruh usahanya
ditujukan untuk menciptakan penget
baru, prinsip baru tanpa memperha tikan
keuntungan, produk tak menentu, waktu
lama, biaya besar
- Penelitian terapan: mengharapkan
keuntungan dan tujuan praktis
- Pengembangan: Kegiatan desain
/rancang bangun, konstruksi pilot plant
utk tujuan komersial
- Penemuan produk baru: belum mengarah
ke komersial
- Inovasi: Penemuan digunakan pertama
kali,kadang2 dilanjutkan difusi inovasi
Lembaga-lembaga
yang menyediakan
hasil seleksi :
perguruan tinggi,
lembaga penelitian,
kultur koleksi nasional
maupun internasional
Masing-masing lembaga
punya spesifikasi. Tugas!
Koloni
mikroorganisme
Kalau anda tidak mampu menyendirikan koloni
dari populasi campurannya , anda tidak dapat
mengidentifikasi mikroorganisme apakah itu,
dan tidak dapat mengetahui apakah kegunaan
mikroorganisme tersebut
For lecture only
BC Yang
Kalau perlu dihitung
jumlahnya : Cara Pengenceran
BC Yang
Pengembangan
Kultur
Pengembangan Kultur :
Usaha mencari
penyesuaian kehidupan
mikroorganisme yang
telah terisolasi untuk
mendapatkan medium
pertumbuhan yang lebih
sesuai
Perkembangan Sel

Perhitungan Sel :
pengamatan langsung
dengan mikroskop ;
sitometer

Bentuk Koloni : Pengukuran
dan pengamatan sel hidup

Pengukuran Biomasa
menggunakan cara : berat
kering ; komponen sel (tidak
langsung)

Kekeruhan (tidak langsung)
For lecture only
BC Yang
Pertumbuhan sel (yang
hidup)





Fase Lag : menyesuaikan diri dengan lingkungannya
Fase Exponensial : pertumbuhan optimal 1 sel – 2 sel
Fase Stationer: nutrisi menurun, toxin meningkat
Fase Kematian : sell mulai ada yang mati / lisis
Fase Kematian Dipercepat , kematian sangat cepat, kecuali
pembentuk spora menjadi dormansi
For lecture only
BC Yang
oC, pH 5.1 ; pada suhu
Pada
suhu
37
Dalam bioreactors
45oC, pH 6.2
For lecture only
BC Yang
Kabutuhan
Oksigen






Aerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya
membutuhan oksigen bebas
Anaerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya
hanya atau tumbuh baik jika tidak ada oksigen bebas.
Organisme menggunakan oksigen hasil pemecahan substrat
Mikroaerofil: Mikroorganisme yang hanya dapat tumbuh
baik jika konsentrasi oksigen hanya tersedia dalam jumlah
kecil
Fakultatif anaerob/aerob: Mikroba yang dalam
pertumbuhannya tergantung pada konsentrasi oksigen yang
ada dalam medium
Aerotoleran anaerob: Organisme yang selalu dapat tumbuh
pada keadaan anaerob -- it ignors the presence of oxygen.
Kapneat mikroba: Organism yang untuk pertumbuhannya
memerlukan 3 - 10% CO2
For lecture only
BC Yang
Pengaturan lingkungan
untuk pertumbuhan
bakteri
Cmikroba Kapneat: organisme
yang untuk pertumbuhannya
memerlukan 3% - 10% CO2
Obligat anaerob. Tidak dapat tumbuh
jika terdapat oksigen. Oksigen
terdapat dalam jumlah kecilpun toksik
Contoh: Bacteroides spp.
BC Yang
Thermophiles
70o-110o
Mesophiles
10o-50o
BC Yang
Thermofil

Dapat hidup dan tumbuh baik
pada musim panas. Sel bakteri
fotosintetik (cyanobacteria)
yang sering membentuk lapisan
yang disebut “bacterial mats”.
 Mengandung enzim yang
“bersahabat dengan
lingkungan" enzim tersebut
stabil pada suhu tinggi dan
dapat digunakan pada tempat
yang relatif mengandung bahan
kimia yang berbahaya
concocted by modern industry.
BC Yang
Kehidupan pada kondisi
hash


Bakteria dan Archaea yang
hidup pada musim panas selalu
terpanasi karena reaksi2
geotermal yang tersimpan dalam
bumi. Suhu musim panas yang
pernah mencapai 80o C
(177F). Penemu bakteri sangat
tahan panas ini adalah Professor
Thomas D Brock, dari
University of Wisconsin di
Madison.
Bakteri, Thermus aquaticus,
yang hidup pada musim panas
di Yellowstone National Park,
Wyoming.
Taq polymerase
Distinct membrane
BC Yang
Pengembangan
Inokulum
Pengembangan Inokulum :
Usaha mencari faktor – faktor
lingkungan pertumbuhan yang
mebih baik serta optimalisasi
faktor produksi yang lebih
apabila inokulum digandakan
pada skala yang lebih besar
Teknik: Kultur Kontinyu
Metabolisme

Bakteri mengkonsumsi makanannya dengan cara
mengabsorpsi bahan melalui membran selnya
 Pada tahap pertama, bakteri mengeluarkan enzim
(extra-seluler) kemudian melakukan peromobkan
sejumlah besar bahan padat maupun partikel.
 Pada tahap kedua, mereduksi partikle yang diabsorsi
melalui membran sitoplasma dengan enzim di dalam
sel maupun enzim ekstra seluler.
 Proses akan menghasilkan CO2 dan H2O serta enersi
untuk pembelahan sel .
For lecture only
BC Yang
• Metabolisme : Reaksi2 biokimia pada sel
hidup dalam melakukan asimilasi bahan
makanan dalam menghasilkan energi
untuk pertumbuhan dan perkembangbiakannya.
Kisaran suhu ideal untuk
kecepatan reproduksi maksimum
kebanyakan bakteri diantara 80°
F (27oC) and 105°F (40.5oC).
For lecture only
Kisaran pH ideal untuk
pertumbuhan bakteri
maksimum diantara is 6.5 to
8.5.
BC Yang
PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP
BAKTERI
• Faktor-faktor lingkungan yang
berpengaruh terhadap pertumbuhan
dan reproduksi bakteri adalah:
– SUHU,
– KELEMBAPAN,
– DAN CAHAYA.
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP
BAKTERI
• Suhu:
Berdasarkan kisaran suhu aktivitasnya,
bakteri dibagi menjadi 3 golongan:
1. Bakteri psikrofil, yaitu bakteri yang hidup
pada daerah suhu antara 0°– 30°C, dengan
suhu optimum 15°C.
2. Bakteri mesofil, yaitu bakteri yang hidup
di daerah suhu antara 15° – 55°C, dengan
suhu optimum 25° – 40°C.
3. Bakteri termofil, yaitu bakteri yang dapat
hidup di daerahCompany
suhu Logo
tinggi antara 40° –
75°C, dengan suhu optimum 25° – 40°C
PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP
BAKTERI
• Kelembapan
– Pada umumnya bakteri memerlukan
kelembapan yang cukup tinggi, kira-kira
85%.
– Pengurangan kadar air dari protoplasma
menyebabkan kegiatan metabolisme
terhenti, misalnya pada proses
pembekuan dan pengeringan.
Company Logo
PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP
BAKTERI
• Cahaya
– Cahaya merusak sel mikroorganisme
yang tidak berklorofil.
– Sinar ultraviolet dapat menyebabkan
terjadinya ionisasi komponen sel yang
berakibat menghambat pertumbuhan
atau menyebabkan kematian.
– Pertahanan bakteri = Spora
Company Logo
Aplikasi Bakteri
Bakteri Fermentasi
No.
Nama produk
atau makanan
Bahan baku
Bakteri yang berperan
1.
Yoghurt
susu
Lactobacillus bulgaricus
dan Streptococcus
thermophilus
2.
Mentega
susu
Streptococcus lactis
3.
Terasi
ikan
Lactobacillus sp.
4.
Asinan buahbuahan
buah-buahan
Lactobacillus sp.
5.
Sosis
daging
Pediococcus cerevisiae
6.
Kefin
susu
Lactobacillus bulgaricus
dan Srteptococcus lactis
Company Logo
Aplikasi Bakteri
Nama Produk
Bakteri yang Berperan
Bir, Roti, wine, keju,
Daging termermentasi
Latic acid bacteria
Vinegar
Spesies Acetobacter
Insektisida
Bacillus thuringiensis
Asam amino
Klebsiela aerogenes
Aseton
Spesies clostridium
Etanol, gliserol
Zymomonas mobilis
Xantan
Xhantomonas campastris
Selulosa (nata)
Acetobacter xylinum
Enzym α-amylase
Bacillus substilis
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Khamir
• Khamir adalah:
Fungi ekasel (uniselular) yang
beberapa jenis spesiesnya umum
digunakan untuk membuat roti,
fermentasi minuman beralkohol, dan
bahkan digunakan percobaan sel
bahan bakar.
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Bagian-bagian khamir
www.thmemgallery.c
om
Company Logo
Penentu Kelancaran Proses
• Hubungan antara proses penelitian dasar dan
dan terapan serta pengembangan produk yang
sedang berlangsung
• Pabrikasi
• Kompetisi Pemasaran baik di tingkat nasional
mapun internasional
• Jaringan kerjasama dengan pihak lain
• Hubungan antara bioteknologi dengan pihak
lain
• Manajemen pemerintahan
Penentu kemajuan Bioindustri
• Di negara maju kemajuan Bioteknologi sangat
menentukan hal-hal yang dikerjakan oleh pihak
industri
• Di negara2 maju perusahaan bioindustri sudah
banyak menggunakan prinsip2 bpembangkitan
enersi, pembersihan lingkungan, bioremediasi,
produksi pangan menggunakan prinsip2
rekayasa genetika
• Di negara-negara berkembang masih
ditentukan oleh bioteknologi “lama” yang
belum memanfaatkan rekayasa genetika. Pada
umumnya masih menggunakan
mikroorganisme indogenous
Perkembangan Era Bioteknologi
/Bioindustri
• Era Pasteur (sebelum 1865)
• Era Pasteur (1865 (1865-1940)
• Era antibiotik (1940-1960)
• Era pascaantibiotik (1960-1975)
• Era bioteknologi modern (1975sekarang)
Skala Pekerjaan bidang
Bioindustri
• Laboratorium, yaitu merupakan tahapan
penyeleksian mikroorganisme, sel baik
tanaman maupun hewan atau diskripsi
kerja enzim
• Skala Pilot, yaitu mulai menerapkan
kondisi-kondisi operasi yang
dioptimalkan
• Skala Industri, yaitu proses-proses yang
dilaksanakan dengan memertimbangkan
pertimbangan ekonomi industri
Aplikasi bioteknologi modern
• Bahan baku : memperbaiki bahan baku
yang biasa digunakan pada fermentasi
tradisional
• Proses, mengembangkan bioreaktor untuk
fermentasi substrat padat maupun cair
dalam bioteknologi
• Kultur mikrobia, meningkatkan kemampuan
mikrobia. Bioteknologi modern diharapkan
dapat memperkaya penggunaan
mikroorganisme dalam proses fermentasi
Keterkaitan sumberdaya dalam
bioindustri
• Sumberdaya yang harus diperhatikan ;
1. Men (manusia): tenaga profesional mutlak dibutuhkan
2. Money (uang, utk modal usaha) semua alat dan bahan
harus dibeli dan diplihara dengan uang
3. Materials (material) bahan baku utama, pembantu,
sangat menentukan kelancara proses
4. Method (metode): cara melaksanaan manajemen
dalam perusahaan menentukan keuntungan
perusahaan
5. Machines (mesin): semakin canggih teknologi semakin
besar modal yang dibutuhkan
6. Market (pasar): industri berjalan dengan baik jika
pasar memang menjanjikan
Faktor-faktor penting dalam
bioindustri
• 1. Politik : karena berhubungan dengan masyarakat
• 2. Hukum : berpenagruh terhadap berdiri dan
berkembangnya perusahaan
• 3. Sosial : berhubungan dengan golongan dalam
masyarakat
• 4. Perekonomian : berhubungan dengan angkatan kerja,
perbankan, tingkat
produktivitas
• 5. Pendidikan : tingkat pendidikan pekerja menentukan
keberhasilan suatu industri
• 6. Teknologi : Kegiatan operasional dalam industri
berpacu
dengan kemajuan teknologi
• 7. Demografi : kemajuan perusahaan juga dipengaruhi
sebaran penduduk dll
Tugas tertulis
• 1. Mengapa bioindustri di negara berkembang
sulit maju?
• 2. Apa yang dimaksud bioremediasi?
• 3. Proses teknologi pangan apa dikerjakan
dalam bioindustri?
• 4. Manfaat rekayasa genetika apa diperoleh
dalam bioindustri?
• 5. Apa saja Input-Proses-Output Bioindustri?
• 6. Apa syarat peralatan dalam bioindustri?
Kontrak Kuliah
• Kuiz (bisa tugas tertulis)
10 %
• Praktikum
20 %
• Studi kasus (UKM2 dasar produk2
fermentasi)
15 %
• Tugas terstruktur
25 %
pengkayaan keilmuan (ditambah dari
hasil “browsing”, tulisan2, lain2)
• UTS
• UAS
15 %
15 %
Bahan Baku
• 1. Hasil pertanian : sereal, buah sayur
dll.
• 2. Hasil peternakan : susu, daging dll
• 3. Hasil perkebunan : kopi, coklat, tebu
• 4. Limbah industri : molase, jerami,
dedak,
kotoran binatang, sisa
pabrik
kertas, pabrik gula,
ampas biji-bijian, dll.
Syarat-syarat bahan baku
Mudah didapat
• B. Jumlah besar
• C. Harganya murah
• D. Bila diperlukan ada
penggantinya
• A.
Produk-produk fermentasi
• Susu : keju, kefir, yoghurt
• Air kelapa: Nata de Coco, kecap,
asam asetat
• Bahan bergula : alkohol, asam
organik
• Mikroorganisme : enzim, antibiotik
• Mikroorganisme ( direkayasa ) :
insulin, faktor tumbuh manusia,
bahan makanan
Potensi bahan baku
• Dapat meningkatkan suplai bahan
pangan
• Dapat meningkatkan kualitas gizi
• Dapat memperpanjang masa simpan
buah dan sayur
• Dapat mengurangi “allergenicity”
• Dapat meningkatkan produksi pertanian
• Dapat meningkatkan kesuburan tanah
• Dapat mengurangi pencemaran
liungkungan
• Dapat mengembangkan pangan
fungsional
Komposisi medium
fermentasi
• Medium merupakan bahan yang t.d
campuran nutrisi
• Medium juga dapat digunakan untuk
isolasi, memperbanyak, pengujian sifat
fisiologi, perhitungan jumlah bakteri
• Medium mengandung nutrien maka
merupakan penentu utama berhasil
tidaknya proses fermentasi
Pembagian berdasar
komponen kimianya
• Medium Sintetik : komponen utamanya
bahan anorganik
• Medium non-sintetik (kompleks) : komponen
utamanya bahan organik. Misalnya ekstrak
kentang, ekstrak kecambah
• Medium diperkaya : ditambah senyawa
tertentu, untuk menumbuhkan mikroba
tertentu
• Medium selektif: ditambah senyawa tertentu
agar untuk menseleksi mikroorganisme
tertentu
Fungsi masing-masing unsur
• Karbon : sebagai sumber energi (kacuali
alga dan bakteri autotrof), dapat dari C
sederhana ( asam asetat, etanol) dapat
senyawa kompleks (polisakarida, protein),
ada pula yang substratnya terbatas misal
Methylomonas menggunakan metana dan
metanol
• Nitrogen : sebagai sumber energi pendam
ping karbon. Semua mikroorganisme
mampu menggunakan nitrogen anorganik,
dapat mengasimilasi amonia atau garamgaram amonium sbg. sumber karbon
lanjutan
•
Nitrogen juga dapat menjadi faktor pembatas
karena dibutuhkan dalam jumlah besar. Kapang
tidak dapat memfiksasi nitrogen, tetapi dapat
menggunakan berbagai sumber nitrogen.
• Dasar penggunaan sumber nitrogen :
1. Dibutuhkan hanya satu asam amino, misal
asam glutamat utk mensintesis asam amino
lainnya dengan transaminasi
2. Kebanyakan kapang dapat menggunakan
ammonium sebagai satu-satunya sumber
karbon
3. Beberapa m.o. dapat menggunakan nitrat sbg.
sumber karbon dan mengubahnya menjadi
ammonium oleh nitrat atau nitrit reduktase
Lanjutan fungsi unsur-unsur
• Faktor tumbuh : m.o. tertentu tidak dapat
mensintesis faktor tumbuh utk dirinya sendiri
• Faktor tumbuh yang umum adalah vitamin B,
senyawa yang mirip, a amino tertentu atau
bbrp asam lemak
• Utk m.o. auksotrof dibutuhkan dalam kdr
rendah
• Diberikan dalam bentuk : ekstrak khamir,
ekstrak hati, riboflavin dll
• Faktor tumbuh dapat diberikan pada
konsentrasi tinggi dlm fermentasi asam amino
Lanjutan fungsi unsur-unsur
• Garam-garam Mineral :
• Sulit ditentukan secara pasti garam
mineral yang dibutuhkan mikroba. Jadi
harus ada penelitian untuk menentukan
kebutuhannya secara tepat.
Tugas tertulis
• Sebutkan bahan dasar yang dapat digunakan
untuk industri fermentasi
• Bagaimana syarat dari bahan dasar tersebut
• Sebutkan beberapa pemanfaatan bahan
dalam industri fermentasi
• Bagaimana keterkaitan antara antara
sumberdaya dengan industri fermentasi
• Apa yang dimaksud dengan medium
fermentasi
• Sebetkan komposisi penting dalam medium
fermentasi
3. Bakteri
• Bakteri adalah mikroba
uniseluler
- Tidak berkhlorofil, ada
beberapa yang fotosintetik
- Reproduksi aseksual dengan
pembelahan
- Jumlah tergantung kondisi
lingkungan sekitar
Morfologi dan Sitologi bakteri
• MORF = BENTUK
SITO = BAG. DALAM SEL
MORFOLOGI : ILMU YG. MEMPELAJARI
BENTUK LUAR SEL
SITOLOGI : ILMU YANG MEMPELAJARI
BAG. DALAM SEL
BENTUK DASAR BAKTERI :
1. KOKUS = COCCUS : seperti bola
2. BASIL = BACCIL : batang pendek
3. SPIRIL = KOMA : seperti tanda
koma
Ukuran bakteri
• BESAR KECILNYA BAKTERI
Bakteri sangat kecil ukurannya
sehingga pengamatannya memerlukan
mikroskop (perbesaran 1000 kali)
Kokus Ø 0,5 μ – 2,5 μ
Basil Ø 0,2 – 2,0 μ ada yang
panjangnya 1 – 15 μ, tapi tidak mutlak
ukuran optimum antara 2-6 jam, pada
24 jam sudah menurun
Bentuk bulat/kokus/coccus
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Mikrokokus, bulat satu-satu
2. Diplokokus, bergandengan dua-dua
3. Streptokokus : bergandengan spt
rantai
4. Tetrakokus: 4 sel tersusun spt bujur
sangkar
5. Sarsina, td 8 sel, hasil pembelahan ke
3 arah
6.Stafilokokus : tersusun sbg kelompok
buah
anggur
Bentuk batang
• Dibedakan lagi menjadi bentuk :
• 1. Batang panjang
a. Garis tengah sama
b. Garis tengah tidak sama
• 2. Batang pendek
Bentuk lengkung
• 1. Koma (vibrio), jika
lengkungnya kurang dari
setengah lingkaran
• 2. Spirochaeta, jika spiralnya
halus dan
lentur
• 3. Spirillum, jika spiralnya tebal
dan kaku
Bentuk bakteri basil
Gambar bakteri
Sitologi bakteri
• SITOLOGI BAKTERI
1. LENDIR, KAPSULA:lapisan terluar dinding
sel, kalau tebal disebut kapsula t.d.
karbohidrat mengandung N dan P bukan
bagian integral dari sel tapi hasil pertukaran
zat.
Memberikan perlindungan thd. Kekeringan.
Semakin tebal kapsula semakin “ganas”
(virulent). Dapat digunakan untuk
membantu identifikasi mengenal ciri
spesiesnya
Lanjutan sitologi bakteri
• 2. DINDING SEL
Untuk memberi perlindungan pada
sel; memberi bentuk tertentu;
untuk mengatur keluar masuknya
zat-zat kimia; memegang peranan
dlm. pembelahan sel.
Terdiri dari ber-macam2 zat
organik: selulosa, hemiselulosa,
khitin > bakteri digolongkan dlm
tumbuh2an.
Lanjutan sitologi bakteri
• 3. MEMBRAN SITOPLASMA/
PLASMOLEMMA/LAPISAN HIALIN
• Mrpkn. Bungkus protoplasma
Ikut menyusut bersama2 penyusutan
protoplasma
Terdiri dari protein dan lipida
mudah menghisap zat pewarna alkalis
berperan dlm. pembelahan sel
pengatur keluar masuknya zat2 kimia
Lanjutan sitologi bakteri
• 4. ISI SEL:
berisi protoplasma =
sitoplasma=plasma sel : suatu koloid yang
mengandung karbohidrat protein, enzim, zat
belerang, CaCO3, dan volutin ( zat2 yg.
banyak mengandung RNA).
5. INTI
Inti bakteri tidak mempunyai dinding inti =
bersifat prokariotik, makhluk
haploid,khromosomnya tidak memanjang,
ttp. Melingkar tak berujung pangkal, tdk.
Mempunyai nukleolus, retikulum
endoplasma, mitokhondria, tubuh golgi.
Lanjutan sitologi bakteri
• 6. SPORA:
Bentuk bakteri yg. sedang
mengamankan diri terhadap
pengaruh buruk dari
luar.Mempunyai fungsi yang sama
dengan kista amuba yg. mrpkn.
fase berubah bentuk utk.
melindungi diri. Setelah keadaan
luar baik pecahlan sel dinding spora
pecah menjadi individu baru
Lanjutan sitologi bakteri
• Sporulasi
1. Koloni menunjukkan pertumbuhan
yang sangat lambat
2. Bahan lipoprotein mengumpul ke
salah
satu ujung, tampak padat
3. Bungkus menyelubungi calon spora
yg. terdiri dari 2 lapis : eksin dan
intin
4. Spora berubah bentuk dan volume
Lanjutan sitologi bakteri
• 7. FLAGEL=BULU CAMBUK
- Alat untuk bergerak
- Diamater < 0,1 μ ( hanya dapat
dilihat
• dengan mikrosokop elektron)
- Mpkn. benang2 yg. berpangkal di
• bawah membran sel ( disbt.
• rhizoblazt)
- Protein flagel disebut flagelin
- Bentuknya berlekuk-lekuk
Macam2 kedudukan flagel
• 1. Atrik : tanpa flagel
• 2. Monotrik : 1 flagel
3. Lofotrik : banyak disamping
4. Amfitrik : di kedua samping
5. Peritrik : di seluruh
permukaan
Gambar 1
Gambar 2
Gambar 3
Khamir
• Kapang Uniseluler dan tidak berfilamen
• Pemanfaatan khamir banyak digunakan
untuk industri bir, wine, ragi roti dsb.
• Khamir yang merugikan yaitu yang
merusak sirup, juice buah, molase,
madu, jelly, daging dan sebagainya.
• Berbentuk oval / ovoid, kadang ada
bentuk meselium semu
Karakteristik khamir
• Karakteristik morfologi khamir
dideterminasi menggunakan uji
mikroskopis, sifat fisiologis harus dengan
uji biokimia
• Bentuk dan struktur : sperikal sampai
ovoid, kadang membentuk miselium semu
• Ada dinding sel, sitoplasma, vakuol air,
globula lemak dan granula
• Reproduksi aseksual dengan pembentukan
tunas. Jumlah spora bervariasi merupakan
kelipatan 2
Karakteristik kultur
• Dapat membentuk lapisan film di atas
permukaan medium cair.
• Produksi pigmen karotenoid menandakan
adanya pertumbuhan genus Rhodotorula.
• Sulit membedakan antara khamir dengan
bakteri pada medium agar kecuali
mengamati dengan mikroskop
• Koloni khamir yang masih muda lembab,
berlendir, berwarna putih, sering berwarna
merah muda
• Ada yang bersifat oksidatif, fermentatif atau
keduanya. Oksidatif membentuk lapisan film,
fermentatif tumbuh biasa pada medium cair
Produk khamir dalam
bioindustri
• Ashbya
• Candida
• Cryptococcus
• Eremothecium
• Rhodotorula
• Saccharomyces
• Saccharomycopsis
• Torulopsis
Riboflavin
Asam sitrat
Protein
Riboflavin
Lipid
Etanol
Protein
Asam sitrat
Kapang (jamur benang)
• Tubuh berupa benang tunggal bercabangcabang (disebut miselium/a)
• Tidak berkhlorofil
• Hidupnya harus heterotrof (menguatkan
pendapat bahwa jamur merupakan
kelanjutan bakteri di dalam evolusi)
• Tubuhnya tidak mempunyai diferensiasi,
maka disebut tumbuhan thallus →
Thallophyta (lengkapnya thallophyta tidak
berkhlorofil
Kelas-kelas dalam mikrobiologi
•Phycomycetes
•Ascomycetes
•Deuteromycetes
•Basidiomycetes
Keadaan Septik
Fermentasi
1 Fermentasi septik
2. Fermentasi Semiseptik
3. Fermentasi Aseptik
Konsistensi Medium
Fermentasi
1.Fermenatsi Substrat
Padat
2.Fermentasi Semi-padat
3.“Submerged
fermentation”
Jalannya fermentasi
1.Fermentasi “Fedbatch”
2.Fermentasi Kontinyu
3.Fermentasi sekali
unduh (“Batch”)
Macam-macam fermentasi
berdasaerkan produk yang
dihasilkan
1.Produksi biomasa sel
2.Enzim mikroba
3.Metabolit Mikroba
4.Produk Rekombinan
5.Proses Transformasi
Teknologi Produksi
Bakteri
Dr. Wignyanto
Departement of Agroindustrial Technology
Teknologi Poduksi
Bakteri
• Sel-sel bakteri dapat diproduksi
seperti Produksi Protein Sel
Tunggal, namun bahan dasarnya
adalah sel bakteri
• Medium yang dapat digunakan
adalah medium yang dapat
digunakan untuk pertumbuhan
bakteri, namun diusahakan yang
murah
Syarat bagi bakteri
• Tidak patogen
• Memiliki kemampuan
menghambat pertumbuhan
bakteri patogen
• Berkembang biak cepat
• Kadar asam nukleat relatif
rendah
• Pembentukan lendir tidak tinggi
Starter
Starter : Kumpulan mikroorganisme
yang diaktifkan untuk tujuan
mengaktifkan proses fermentasi.
Mikroorganisme ditumbuhkan
sampai ujung fase logarithma
sebelum fase stasioner.
Diharapkan pada saat penuangan
starter kedalam medium, starter
langsung menjalankan fungsinya
sebagai kultur induk pelaku
perubahan substrat
Teknologi
Produksi
Sel Khamir
Table 1. Kandungan Protein
beberapa jenis
mikroorganisme
===========================
======
• Mikroorganisme
Protein (%)
===========================
======
• Khamir
45-55
• Ganggang/Algae
47-57
• Bakteri
50-83
• Kapang/Fungi
31-55
==========================
Faktor2 Penentu Kadar
Protein
•Kadar Protein
dipengaruhi oleh
- Kondisi
pertumbuhan
- Manipulasi genetik
- Spektrum asam
amino
Produksi PST
• Peningkatan “yields” PST,
produktivitas dan Kualitasnya
tergantung pada optimasi faktorfaktor yang berpengaruh selama
proses
• Strategi untuk meningkatkan
produksi PST, yang dilakukan dengan
rekayasa genetika ( genetic
engineering )
Saccharomyces cerevisae
sebagai model produksi PST
–Tingginya kadar protein
–Tingginya efisiensi proses
–Tingginya
pertumbuhan
kecepatan
–Mudahnya produk disaring
–Mudahnya dikeringkan
–Rasanya lezat
Ragi tape
Tape
•Makanan fermentasi
dari bahan ubi kayu
atau beras ketan
dengan bantuan
penambahan ragi
yang berupa Ragi
Tape
Ragi tape
•Kumpulan mikroorgansime
yang ditumbuhkan pada
pada adonan dari tepung
beras sebagai sumber
nutrisi utama untuk
pertumbuhan
mikroorganisme.
Bumbu-bumbu Ragi Tape
•Adas
•Kapulaga
•Bawang Putih
•Kayu Manis
(Keningar, Jw)
Ragi
tempe
Tempe
• Tempe: merupakan makanan
fermentasi yang berasal dari
Indonesia, berbahan baku
kedelai (beserta variasinya).
• Strukturnya kompak
• Difermentasi oleh golongan
Rhizopus (R.oligosporis, R.
stolonifer, R. oryzae, R. arrhizus,
dan R. formozaensis)
Pembuatan Tempe
• Kedelai
• Pencucian
• Perendaman
• Pengukusan
• Perendaman dlm air rendaman tempe pH ↓
• Perebusan 1 jam
• Penghilangan kulit
• Pendinginan (dikeringanginkan)
• Pencampuran
• Inokulasi
• Pembungkusan
• Fermentasi (24-48 jam)
• Tempe
Ragi Tempe
• Usar : Kumpulan mikroorganisme
yang ditumbuhkan pada sisi balik
daun waru atau daun jati. Sisi
balik tersebut mengandung bulubulu (trichoma) untuk tempat
pertumbuhan miselia kapang.
• Bubuk inokulum : Kumpulan
mikroorganisme yang
ditumbuhkan pada tepung beras,
tepung ubi kayu yang digunakan
sebagai starter fermentasi
tempe
Kecap
Wignyanto
Jurusan Teknologi Industri
Pertanian
FTP-Universitas Brawijaya
Kecap
• Kecap: Merupakan Jenis
makanan fermentasi cair
berwarna coklat gelap yang
rasanya asin atau manis
yang digolongkan dalam
makanan yang mempunyai
aroma menyerupai ekstrak
daging
Pembuatan Kecap Manis
• Biji kedele (biasanya hitam)
• Pencucian
• Perendaman semalam
• Penirisan dan pendinginan
• Fermentasi koji (kapang) 1-2 minggu
• Pengeringan dan penghilangan miselia
kapang
• Fermentasi dlm larutan garam 18-20%
• Perebusan dan ekstraksi
• Penyaringan (filtrasi)
• Perebusan dan penambahan gula
• Kecap manis
Mikroorganisme Pada
Fermentasi Kecap
• Kapang utama Aspergillus oryzae
dan A. sojae
• Bakteri asam laktat
homofermentatif yang tahan garam
tinggi misalnya Saccharomyces
rouxii--- berperan membentuk
aroma dan flavor spesifik
• Zygosaccharomyces pada pH
rendah berperan menstimulasi
pertumbuhan khamir yang dapat
tumbuh pada kadar garam tinggi
Perubahan-perubahan
selama fermentasi
• Pada fermentasi koji oleh kapang A.
oryzae/A sojae terjadi perubahan
protein menjadi asam amino oleh
enzim protease, dan peningkatan jml
glukosa oleh alfa amilase, serta
perubahan menjadi warna cokelat oleh
tirosinase.
• Aktivitas enzim – enzim dapat terjadi
pada suasana asam dan basa
• Semua senyawa mudah dicerna oleh
pencernaan manusia
Kultur Batch
• Merupakan kultur tertutup dimana medium
segar berupa nutrien dengan jumlah
tertentu diinokulasi dengan bakteri yang
telah diketahui jumlahnya. Akhirnya nutrien
habis dan terjadi akumulasi hasil akhir
• Mikroba akan mengalami dalam hal ukuran
dan jumlah sampai periode tertentu akan
menjadi dua kali lipat. Setelah nutrisi utama
habis maka tidak akan mengalami
pertambahan jumlah dan ukuran lagi,
Pertumbuhan dalam
lingkungan terbatas
Bakteri yang dimasukkan dalam medium baru
umumnya tidak segera mebelah diri, tapi
memerlukan waktu untuk menyesuaikan diri.
1.Fase Permulaan
2.Fase Pertumbuhan yang Dipercepat
3.Fase Pertumbuhan Logaritma
4.Fase Pertumbuhan yang mulai terhambat
5.Fase Stasioner yang maksimum
6.Fase Kematian Dipercepat
7.Fase Kematian Logaritma
Persyaratan Kultur
Batch
1. Kondisi kultur harus steril
sehingga tercapai produksi
biomassa yang maksimum
2. Memperpendek fase lag dan
memperpanjang fase logaritma,
diaplikasikan untuk produksi
metabolit primer
3. Memperpendek fase
eksponensial, digunakan untuk
produksi metabolit sekunder
Aplikasi Kultur Batch
1. Produksi Biomassa: kondisi kultur
mendukung populasi maksimum
2. Produksi metabolit primer: misalnya
aseton butanol, asam cuka, asam
sitratetanol, enzim dan vitamin
3. Priduksi metabolit sekunder:
memerlukan kondisi untuk mempercepat
tercapainya fase stasioner. Senyawa
metabolit sekunderdigunakan sebagai
nutrien darurat untuk mempertahankan
hidupnya. Misalnya antibiotik,
biopestisida, mikotoksin, pigmen, alklaid
dan enzim
Fermentasi Aseton Butanol
Bakteri yang berperan Clostridium
acetobutyricum, Clostridium butyricum.
Bahan dasar : padi, tepung tapioka,
arabinosa, dan xylosa. Sumber nitrogen
yang dibutuhkan protein, pepton dan
asam amino. Kondisi fermentasi : suhu
optimum 27oC, anaerob, pH 4,7- 8,
konsentrasi bahan dasar 3-10%.
Produk akhir: 8 bag butanol, 3 bag
aseton, 1 bag etanol, bila menggunakan
arabinosa butanol:aseton:etanol = 5:4:1
Fermentasi Asam Cuka
Frazier: bumbu yang dibuat dari bahan
yang mengandung pati atau gula
dengan fermentasi alkohol yang diikuti
oksidasi asetat.
FDA: cuka dari sari buah : cuka apel
yaitu asam asetat yang dibuat dari sari
buah apel
Bangsa Perancis : anggur asam =
vinegar
Bahan dasar asam cuka
a. Sari buah : apel, anggur, jeruk
b. Sayur-sayuran : pati, kentang
c. Biji2an, gandum : barley, gandum
hitam, jagung, gandum
d. Minuman keras atau alkohol : bir, etil
alkohol yang berubah sifat
Mikroba yang berperan : khamir :
Saccharomyces cerevisaiae var
ellipsoideus
Bakteri : Acetobacter aceti dan
Bacterium curvum
Kultur Fed Batch
Kultur Fed Batch : Pemasukan pakan
secara kontinyu, atau secara teratur
dengan medium tanpa mengubah
cairan kultur. Jadi volume kultur
bertambah dengan bertambahnya
waktu.
Pembentukan biomassa pada sistem
ini disajikan pada persamaan di
bawah ini :
Xt = Xo + Y (Sr-S)
Penggunaan Kultur FedBatch
Mampu membuat konsentrasi substrat
menjadi sangat rendah. Rendahnya
konsentrasi substrat, menguntungkan
:
1.Mengubah pengaruh penekanan
langsung dari sumber karbon yang
digunakan dan membuat kondisi
kultur dalam kapasitas aerasi
fermentor
2.Menghindari pengaruh racun dari
komponen medium
Penggunaan Fed Batch
kondisi Aerob dan
Anaerob
Dihasilkan biomassa
dalam jumlah besar
Dihasilkan etanol tanpa
produksi biomassa
Kultur Kontinyu
Kultur kontinyu adalah kultur
dengan nutrien medium diumpankan
oleh sebuah pompa ke dalam bejana
kultur yang memiliki volume tetap.
Medium dirancang sedemikian rupa
sehingga seluruh nutrien esensial
yang dibutuhkan dapat disuplai
melebihi kebutuhannya untuk
mensintesa sejumlah sel yang
dibutuhkan
Khemostat
Sebagai pengontrol ukuran populasi
yang mantab pertumbuhan adalah
nutrien pembatas. Setiap nutrien yang
dibutuhkan untuk tumbuh dapat
digunakan sebagai nutrien pembatas
tumbuh, sehingga para peneliti dapat
mengontrol pertumbuhan fisiologik sel
melalui manipulasi lingkungan
pertumbuhannya. Lingkungan fisik dan
kimia yang mantab diberi istilah
khemostat
Turbidostat
Kultur sinambung/kontinyu yang
sederhana disebut. Pada kondisi ini
konsentrasi sel pada bejana kultur
dipertahankan tetap dengan pemantauan
kerapatan kultur menggunakan cara
pengukuran kerapatan optik. Bila
kerapatan optik meningkat maka pompa
menjadi aktif kemudian segera memompa
aktif medium yang baru ke dalam bejana.
Volume dipertahankan tetap maka
pengukur luapan dan isi bejana teraduk
akan terencerkan dengan sendirinya
Keseimbangan mantab (steady
state)
Pertumbuhan dipercepat dalam kultur
batch dapat diperpanjang dengan
menambahkan medium segar ke dalam
fermentor. Medium yang disediakan spt
substrat dlm jumlah yang terbatas, tidak
dibatasi oleh racun, pertumbuhan
dipercepat akan berlangsung selama
penambahan substrat. Penambahan
medium harus diikuti dengan
pengambilan hasil. Jika pembelian
substrat secara kontinyu maka harus
dicapai kondisi mantab ( steady state)
Kecepatan Pengenceran
Pada sistem kultur kontinyu, pengaliran
keluar melalui sifon pembuang
mempertahankan volume kultur dalam
tabung kultur pada nilai yang konstan
(misalnya V ml). Jika aliran medium baru
dari reservoir ke dalam tabung kultur
adalah W ml/j, maka kecep pengenceran
kultur di tabung kultur adalah W/V per
jamnya. Kecepatan pengenceran ini
dinyatakan sebagai D (dilution rate)
Populasi sel dlm tabung
a. Populasi meningkat secara kontinyu sebagai
hasil pertumbuhan sel
b. Bersamaan dgn meningkatnya populasi,
terjadi dua pengenceran kadar sel sebagai
akibat penambahan medium baru dan
pelimpahan keluar melalui sifon pembuang
c. Kecep kedua proses berlawanan dapat
dinyatakan secara matematik :
d. Kecep pertumbuhan (instatneous growth
rate) yang berlaku dX/dt = µX
e. D berlaku dX/dt = - Dx
Penggunaan
Kultur Kontinyu
1.Untuk memelihara
kultur aerobik
2.Untuk menghindarkan
kultur dari pengaruh
substansi yang toksik
di dalam medium
Fermentasi Substrat Padat
Fermentasi Susbstrat Padat adalah
fermentasi yang terjadi pada substrat
yang berbentuk padat.
Mikroorganisme harus dipilih yang
memang mampu hidup dengan baik pada
substrat padat bahkan dalam keadaan
ketiadaan dan hampir ketiadaan air bebas.
Fermentasi substrat padat merupakan
fungsi penyerapan (absorbansi) dengan
demikian kadarairnya tergantung dari
substrat yang digunakan
Substrat, m.o., produk
• Substrat :
Jerami,pupu
k
Kedele
Kedele
Ampas kcng
Ubi kayu
Dadih susu
• Mikroorganism
e
Hasil:
Agaricus bisporus
Rhizopus oryzae
Aspergillus oryzae
N. Sitophyla
Mucor,Khamir,bak
teri
P. roquefortii
Produksi jamur
Tempe
Kecap
Oncom
Tape
Keju
Karakteristik Substrat Padat
a. Fermentasinya mengikutkan kultur campuran dari
mikrobial alami dan bibit inokulum
b. Memberikan lingkungan yang selektif untuk
sejumlah besar jamur berfilamen dan hanya sedikit
dari golongan bakteri
c. Substrat padat alami memberikan sumber energi
karbon kompleks dan sumber nutrisi yang
bervariasi
d. Bbrp substrat padat tradisional juga mengandung
sejumlah energi karbon sedikit, berat kering
substrat ini substrat ini mengandung biopolimer
yang memerlukan hidrolisis enzimatis .
lanjutan
e.
Hidrolisis enzim untuk asimilasi komponen
yang
mempunyai berat molekul tinggi
pada
substrat padat dilakukan secara
ekstraseluler
f. Pertumbuhan mikrobial dan pembentukan
produk
terjadi di dekat permukaan
substrat padat yang menghubungkan
antara substrat padat itu sendiri dgn
lingkungan gas di luarnya
g. Kelembaban substrat sangat tgtg dari
karakteristik
dari internal dan eksternal
permukaan substrat padat
h. Jamur tumbuh pada substrat padat
terfermentasi , biasanya merupakan obligat
aerob(memerlukan oksigen)
Keuntungan Fermentasi
Substrat Padat
1. Substrat padat memerlukan penambahan air
dan penambahan nutrisi lainnya
2. Unit fermentasi yang dipergunakan relatif
kecil, sedangkan poduknya dihasilkan dlm
jumlah besar, sehubungan dengan
penambahan air yang relatif sedikit
3. Tidak memerlukan tangki pembibitan
mikroorganisme dan hanya menggunakan
inokulum dari spora mikroorganisme yang
dipergunakan
4. Kelembaban yang rendah mengurangi bahaya
kontaminasi
lanjutan
5. Kondisi pertumbuhan jamur sama dengan
pertumbuhannya di habitat alami
6. Pengadukan kultur akan mengurangi
kontaminasi kultur di laboratorium
7. Aerasi dapat dilakukan dengan membuat jarak
di antara partikel substrat padat
8. Produk hasil fermentasi lebih besar dari media
cair dan dapat diproduksi kembali secara berulang
9. Hasilnya dapat segera diekstrak dengan cara
pemberian larutan secara langsung, atau disimpan
lebih dahulu dlm lemari pendingin sebelum
diekstrak
Kerugian Fermentasi substrat Padat
1.
FERMENTASI DENGAN PENGADUKAN
ATAU ROTASI MEMERLUKAN
TENAGA DAN ENERGI YANG TINGGI
2.
PENAMBAHAN AIR PADA AWAL
FERMENTASI MENNGKATKAN RISIKO
KONTAMINASI
3.
KEBUTUHAN INOKULUM SPORA
DIPERLUKAN DALAM JUMLAH BESAR
4.
BBRP SUBSTRAT DARI PRODUK
PERTANIAN MEMERLUKAN
PERLAKUAN AWAL SEBELUM
PEMROSESAN MISAL PEMECAHAN
PERMUKAAN PADATAN
Tahapan Fermentasi Substrat
Padat
1. Pre-treatment biasanya memerlukan
perlakuan mekanis, kemis, biologis
2. Hidrolisis dari polimer utama
3. Penggunaan dari produk hidrolisis
4. Separasi dan purifikasi produk
5. Penggunaan mikroorganisme dapat dalam
bentuk monokultur (jamur pangan), dual
kultur biokonversi jerami menggunakan
Chaetomium seluliticum dan Candida
tropicalis), kultur campuran lebih dari dua
spesies (pengomposan + pembuatan
silase)
Parameter Lingkungan
a. Air
b. Suhu
c. Aerasi
d. Suplemen
e. Ukuran partikel susbtrat padat
f. pH
g. Kerapatan jumlah inokulum
h. Agitasi