Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Kuliah VI. PENYIAPAN INOKULUM & METODE KULTIVASI m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) Departemen Teknologi Industri Pertanian – FATETA IPB 2012.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Kuliah VI. PENYIAPAN INOKULUM & METODE KULTIVASI m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) Departemen Teknologi Industri Pertanian – FATETA IPB 2012."— Transcript presentasi:

1 Kuliah VI. PENYIAPAN INOKULUM & METODE KULTIVASI m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) Departemen Teknologi Industri Pertanian – FATETA IPB 2012

2 KULTIVASI DALAM BIOPROSES Penyiapan Inukulum Mikroba Penyiapan/ formulasi media Sterilisasi Inokulasi secara aseptik Perakitan bioreaktor dan strerilisasi Kultivasi: -Pengontrolan suhu -Pengontrolan pH -Pengontrolan aerasi -Pengontrolan agitasi -Pengontrolan busa Sampling dan Pemanenan Analisis hasil kultivasi

3  Inokulum : kultur mikroba yang diinokulasikan ke dalam media kultivasi  kultur mikroba aktif yang dipanen pada fase pertumbuhan eksponensial PENYIAPAN INOKULUM Kurva Pertumbuhan (pada Kultivasi Curah)

4 Kriteria Inokulum : 1.Sehat & berada dalam keadaan aktif 2.Tersedia dalam jumlah cukup, sehingga memenuhi ukuran optimum inokulum (3-10 % v/v) 3.Berada dalam morfologi yang sesuai (A. niger  pelet) 4.Bebas kontaminasi oleh mikroba lain yg tdk dikehendaki 5.Dapat mempertahankan kemampuannya untuk membentuk produk yang diinginkan (secara genetik stabil) Dipengaruhi oleh media kultur yang digunakan

5  Penyiapan inokulum :  ditujukan untuk memperbanyak sel, bukan pembentukan produk  komposisi media untuk inokulum mungkin berbeda dengan media kultivasi (N tinggi  C/N lebih kecil)  untuk mempersingkat fase adaptasi, sebaiknya media kultur untuk inokulum mirip dengan media kultivasi  Jumlah inokulum 3 – 10 % (v/v), sehingga kultur induk (kultur stok) yang dorman (tidak aktif) harus dikembangkan beberapa tahap, tergantung ukuran bioreaktor yang akan digunakan Pengembangan inokulum bertahap (multistaging) Penyegaran Labu Labu Tangki Teraduk Tangki Teraduk Kultur Thp I Thp II Thp I Thp II Kultur stok

6 Penyegaran (reaktivasi) Inokulum Kultur Stok (dorman) Propagasi Agar miring Media cair Bioreaktor Kultivasi Pada Bioreaktor

7 Penting diperhatikan pada Pengembangan Inokulum : Resiko kontaminasi cukup besar  harus dilakukan secara aseptis & dilakukan pengujian kemurnian kultur (a.l cek dg mikroskop) Contoh Penyiapan Inokulum Bakteri Clostridium sp (produksi aseton-butanol) TahapKondisi KulturMedia I II III IV V Rekonstitusi isolat ampul Inokulasi ke media 600 ml Inokulasikan 90 ml ke dlm 3 L (labu erlenmeyer 4 L) Inokulasi ke dalam bioreaktor L Inokulasi ke dalam bioreaktor – L (0,5 – 3 %) Potato Glucose Broth (pepton) Gula 4 % (Molase) (NH 4 ) 2 SO 4 5 %, CaCO 3 6 %, fosfat 0,2 % Idem Thp II Idem Thp II (6 % gula) Idem Thp IV ditambah amonia

8 Penyiapan Inokulum Kapang Sebagian besar kapang membentuk spora aseksual  untuk pembuatan inokulum biasanya digunakan suspensi spora sebagai inokulum  Contoh : Penicillium chrysogenum (penisilin), Aspergillus niger (asam organik : contoh asam sitrat), Actynomicetes (antibiotika) Inokulasi spora langsung dapat mengurangi biaya produksi,  inokulasi setelah spora bergerminasi dapat mempersingkat waktu kultivasi Produksi spora dapat dilakukan dengan menggunakan media padat (agar, biji-bijian : kedelai, bekatul, beras, jagung giling, barley, malt dll) atau media cair Pada kultivasi cair (kultur terendam)  komposisi media & konsentrasi spora akan mempengaruhi bentuk kapang (filamen atau pelet) konsentrasi spora : bentuk filamen  viskositas : bentuk pelet (gumpalan)  viskositas

9 Terdapat tiga metode kultivasi berdasarkan cara operasi bioreaktor : - curah (batch) - sinambung (continuous) - semi sinambung (fed batch) METODE KULTIVASI (Curah) (Sinambung) (Semi sinambung)

10 KULTUR CURAH Pelaksanaan kultivasi : Bioreaktor diisi dengan media segar steril lalu diinokulasi kultur mikroba (inokulum)  merupakan sistem tertutup Pada akhir kultivasi, isi bioreaktor dikeluarkan untuk dilakukan pemanenan (proses hilir) Bioreaktor selanjutnya dibersihkan dan disterilisasi untuk digunakan pada kultivasi berikutnya Penyiapan/pembersihan bioreaktor repot Selama kultivasi kondisi “unsteady-state” (S,P dan X berubah selama kultivasi)

11 KURVA PERTUMBUHAN KULTIVASI CURAH line.org/ArchiveJM BT/2010/May/03/J MBT php (■) reducing sugar; (Δ)-lactic acid, (●) cell growth - with pH control and (□) reducing sugar; (Δ)-lactic acid, (O) cell growth - without pH control. (de Lima et al., 2010)

12 Kultur Curah (Batch) Neraca Biomassa  Plot ln X vs t akan memperoleh nilai  Keterangan :  :laju pertumbuhan spesifik (waktu -1 ) F:laju alir (vol/waktu) X:konsentrasi biomassa (g/l) r X = dX/dt Ln X t   r x =  X

13 Karakteristik Kultur Curah : 1.Resiko kontaminasi rendah 2.Kultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik awal untuk studi kinetika 3.Tidak perlu mikroba dengan kestabilan tinggi 4. Dapat untuk fase fermentasi yang berbeda pada bioreaktor yang sama (Contoh : produksi metabolit sekunder e.g antibiotik pertumbuhan sel pada fase eksponensial & pembentukan produk pada fase stasioner) 5. Dari aspek rekayasa proses, kultur curah lebih fleksibel dalam perencanaan produksi, terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar kecil 6. Kelemahan : produk yang menghambat pertumbuhan terakumulasi, sehingga metabolisme sel terganggu

14 Aplikasi Kultur Curah : Digunakan untuk memproduksi biomassa, metabolit primer dan metabolit sekunder Untuk produksi biomassa  digunakan kondisi kultivasi yang mendukung pertumbuhan biomassa (nutrisi/O 2 unt m.o aerob mencukupi), sehingga mencapai maksimal Untuk prodiksi metabolit primer  kondisi kultivasi harus dapat memperpanjang fase eksponensial yang dibarengi dengan sintesis produk (pengaturan konsentrasi substrat) Untuk produksi metabolit sekunder  kondisi kultivasi harus dapat memperpendek fase eksponensial dan memperpanjang fase stasioner  pengaturan nutrisi media

15 KULTUR SINAMBUNG Media segar secara kontinyu ditambahkan ke dalam bioreaktor, dan pada saat yang bersamaan cairan kultivasi dikeluarkan dg laju alir yanga sama (Sistem Terbuka) Sel mikroba secara kontinyu berpropagasi menggunakan media segar yang masuk, dan pada saat yang bersamaan produk, produk samping metabolisme dan sel dikeluarkan dari bioreaktor Bioreaktor kultur sinambung membutuhkan lebih sedikit pembersihan dibandingkan sistem curah. Dapat mengatur konsentrasi sel mikroba untuk mengoptimalkan waktu tinggalnya (retensi), sehingga meningkatkan produktivitasnya.  Imobilisasi sel, contoh : melekatkan mikroba pada carrier atau menempatkan sel dalam matriks alginat

16 Kultivasi sinambung (Kemostat) : laju pertumb. dikendalikan oleh komp. tunggal pd medium (substrat pembatas)  X = yx/s (S 0 – S) Ciri khas : kondisi lingkungan (suhu, pH, O 2 dan konsentrasi nutrien) dapat dipertahankan tetap (steady- state)  kons. biomassa atau µ (laju pertumbuhan spesifik) dapat diatur & konstan dipertahankan selama kultivasi (dg mengatur kons. substrat umpan) Source : Microbial G rowth

17  Kultur Sinambung XSXS F 0 (l/jam) S 0 (g/l) X 0 (g/l) = 0 (umpan steril m.o) F (l/jam) S (g/l) X (g/l) Neraca Biomassa : Keterangan : D = laju dilusi = F/V (jml vol kultur yang melalui bioreaktor) (jam -1 )  V Kultur sinambung dijalankan setelah tercapai X maks Kultur Sinambung S, P dan X tetap F (laju alir) F 0 = F

18 ebook_to_Fungi/Ch17_11.htm

19 X,S,P P XS D Kurva Pengaruh D ( laju dilusi = F/V) pada Kultur Sinambung (D menggambarkan lamanya umpan berada di dlm bioreaktor )

20 Kultur Sinambung : 1. Memerlukan mikroba dengan kestabilan genetik tinggi (mikroba rekombinan kadang tidak stabil sifat genetiknya) 2. Produktivitas lebih tinggi 3. Dapat dijalankan pada waktu yang lama 4. Harus ada pasar/konsumen ang tetap terhadap produk 5. Cocok untuk proses yang resiko kontaminasinya rendah (contohnya penanganan limbah cair) & produk yang berasosiasi dengan pertumbuhan 6. Pemantauan dan pengendalian proses lebih sederhana 7. Tidak ada akumulasi produk yang menghambat

21 utfZz-8-00&a=d&c=hdl&cl=CL1.1&d=HASH8403ef70002be1ecf3acbb EG : ethyl guaicol Immobilized glutaminase and immobilized cells of P. halophilus, Z. rouxii, and C. versatilis

22 Aplikasi Kultur Sinambung :  Merupakan ‘alat’ untuk penelitian fisiologi dan biokimia mikroba, dikarenakan kondisinya mantap, laju pertumbuhan dapat diatur oleh laju alir umpan (laju pertumbuhan dikendalikan oleh konsentrasi substrat pembatas)  dapat digunakan untuk penelitian, contohnya pengaruh substrat pembatas thd kinerja mikroba, untuk perbaikan sistem curah/semi sinambung  Untuk produksi PST (protein sel tunggal)  contoh ICI (Imperial Chemical Industries), menggunakan substrat metanol  bioreaktor kombinasi “air-lift” dan “loop reactor”

23 utfZz-8-00&a=d&c=hdl&cl=CL1.1&d=HASH8403ef70002be1ecf3acbb.6.5

24

25 6 Produki Etanol secara Sinambung dengan Daur-ulang Sel Khamir

26 KULTUR Semi Sinambung (FED BATCH) Media segar ditambahkan ke dalam bioreaktor secara kontinyu/sekuensial tanpa pengeluaran isi bioreaktor Pada saat isi bioreaktor penuh, bioreaktor dikosongkan, baik sebagian atau seluruhnya dan proses dimulai kembali. Harus disediakan ruang dalam bioreaktor (head space) untuk penambahan media Meskipun total biomassa meningkat terhadap waktu, namun konsentrasi sel tetap mengingat volume juga meningkat, akibat ada penambahan media/umpan dX/dt = 0  μ ~ D (quasy-steady state)

27 _Fungi/Ch17_10.htm

28 Kelebihan Kultur Semi Sinambung : Karena dapat mempertahankan konsentrasi substrat pada level rendah, sehingga : - mencegah efek represi katabolit akibat konsentrasi substrat yang tinggi (contoh glukosa) - dapat dilakukan pengontrolan laju pertumbuhan mikroba dan mengatur kebutuhan oksigen bagi mikroba Contoh : Produksi Saccharomyces cerevisiae (ragi roti) : secara industri diproduksi dengan cara semi sinambung dengan mempertahankan konsentrasi glukosa tetap rendah, sehingga rendemen biomassa maksimum dan meminimumkan produksi hasil samping etanol Produksi Penisilin (metabolit sekunder) : dengan kultivasi 2 tahap (thp I : glukosa unt. Prod. biomassa dan thp II : glukosa untuk prod.penisilin)

29 Silva et al Braz. J. Chem. Eng. vol. 15 n. 4 São Paulo Dec Concentration profiles of glucose, biomass and cephalosporin C (CPC) during fed-batch fermentation

30 Kurva Pertumbuhan Bila sel ditumbuhkan pada kultur curah, maka sel akan tumbuh dengan melalui : fase lag, fase eksponensial (fase log), fase stasioner dan akhirnya fase kematian KINETIKA PERTUMBUHAN MIKROBA

31 Fase Eksponensial : Keterangan : X = konsentrasi biomassa di dalam bioreaktor (g/l bobot kering) µ = laju pertumbuhan spesifik (1/jam) t = waktu (jam) Model pertumbuhan mikrobial ini dikenal sebagai Model Pertumbuhan Eksponensial (diturunkan dari neraca massa)

32 Plot antara ln[Sel] terhadap waktu akan menghasilkan hubungan garis lurus pada fase eksponensial

33 Mengapa populasi sel meningkat dengan cara eksponensial ? Perhatikan sel tunggal (contoh bakteri) di dalam bioreaktor. Sel ini membelah diri tiap satuan waktu. Populasi sel pada tiap waktu generasi dapat digambarkan sbb. Bila 1 sel membelah menjadi 2 sel  2  4  8 …. dst 1  2 1  2 2  2 3  2 4 …………..  2 n = N (jumlah sel) Pangkat (eksponen) n = jumlah generasi

34 Growth of Microbial Populations

35 Laju spesifik pertumbuhan (µ) : - Menggambarkan kecepatan reproduksi sel. - Semakin tinggi nilainya, maka semakin cepat sel tumbuh. Model Pertumb Eksponensial  Pada saat fase eksponensial, laju spesifik pertumbuhan relatif tetap

36  Hasil integrasi : Finally: Terakhir: Persamaan di atas menggambarkan hubungan eksponensial antara konsentrasi biomassa dengan waktu

37 Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik : Plot antara ln X vs t akan menghasilkan garus lurus.

38 Hubungan antara Waktu Penggandaan (doubling time = t D ) dengan laju spesifik pertumbuhan t D menggambarkan waktu yang diperlukan untuk menggandakan populasi sel menjadi 2X jumlah(kons) semula  menggambarkan laju pertumbuhan sel Selama fase eksponensial t D relatif konstan Hubungan antara t D dengan laju pertumbuhan spesifik  bila konsentrasi biomassa menjadi dua kali dari X 0 menjadi X 1 selama waktu penggandaan t D (= t 1 - t 0 ) : t D = = 0.692/µ

39 During the exponential phase, each microorganism is dividing at constant intervals. Thus the population doubles in number during a specific length of time called the generation (doubling) time. For a given species of a bacterium, the doubling time, td, is a kind of species-specific, unchangeable characteristic: every bacterial species has a particular, genetically fixed doubling time under optimal growth conditions. The doubling time of a given bacterial species growing optimally can thus be regarded as a fixed value. For many common bacteria, the generation time is quite short, minutes under optimum conditions. For most common pathogens in the body, the generation time is probably closer to 5-10 hours.

40 The relationship between the number of bacteria in a population at a given time (N t ), the original number of bacterial cells in the population (N o ), and the number of divisions those bacteria have undergone during that time (n) : N t = N o X 2 n For example, Escheichia coli, under optimum conditions, has a generation time of 20 minutes. If one started with only 10 E. coli (N o = 10) and allowed them to grow for 12 hours (n = 36; with a generation time of 20 minutes they would divide 3 times in one hour and 36 times in 12 hours),  the number of bacteria after 12 hours (N t ) N t = 10 X 2 36 = 687,194,767,360 E. coli


Download ppt "Kuliah VI. PENYIAPAN INOKULUM & METODE KULTIVASI m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) Departemen Teknologi Industri Pertanian – FATETA IPB 2012."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google