DASAR DASAR TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN GIYARTO PRODI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JEMBER 2017

KEMAMPUAN AKHIR YANG DIHARAPKAN (KAD) Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip-prinsip dasar teknologi yang mendukung industrial pangan dan pertanian secara baik dan cermat Mahasiswa mampu melakukan penyiapan industri pengolahan pangan dan hasil pertanian berbasis aktivitas mikroba.

STRUKTUR SEL

SEL Sel: unit fisik terkecil dari organisme hidup. Komposisi material sel semua organisme sama yaitu: DNA, RNA, protein, lemak, fosfolipid, & polisakarida Struktur sel: Appendages Glikokalis Dinding Sel Periplasma Membran Sel Sitoplasma

PENGGOLONGAN SEL Sel prokariotik : sel yang unsur genetikanya (DNA) tak terorganisasi dalam suatu membran, memiliki peptidoglikan sebagai komponen unik dinding selnya, ukuran ribosom 70S dan tidak memiliki organel yang terbungkus membran. Sel eukariotik memiliki: kromosom yang dikelilingi membran nukleus, kitin atau glukan pada dinding selnya, ukuran ribosom 80S dan organel yang terbungkus membran, seperti mitokondria, retikulum endoplasma. Sel bakteri dibagi 2 : Gram Positif dan Negatif, berdasarkan perbedaan komponen penyusun dinding selnya.

KOMPONEN SEL Appendages Glikokalis Struktur nonseluler sbg alat gerak / kolonisasi Flagela : monotrikus; amfitrikus, lofotrikus, peritrikus Fimbriae : fibril timbul dr permukaan sel, untuk pelekatan Pili : fibril yg berfungsi sbg alat pertukaran genetik (kawin) Material ekstra sel yg melekat di bagian luar dinding sel Kapsula : material mukosa polisakarida dipermukaan sel Lapisan S: material glikoprotein yg membungkus sel dan berperan sbg dinding sel tambahan Glikokalis

DINDING SEL Struktur lapisan disebelah luar membran sel utk menahan tekanan turgor. Gram Pos: berlapis-lapis peptidoglikan Gram Neg: bbrp lapis peptidoglikan; membran luar; lapisan lemak; Peptidoglikan: polimer selang-seling N-asetilglukosamin (G) dan N-asetilmuramat (M) dgn ikatan β-1,4. Komposisi kimia dinding sel bakteri Gram +: peptidoglikan, as teikoat, as teikuronat, as lipoleat, as mikolat, polisakarida, glikolipid Gram - : lebih kompleks, karena ada membran luar. Membran luar: fosfolipid, lipoprotein murein, porin, liposakarida

SUSUNAN DINDING SEL Dasar pembedaan Sifat Gram (+) atau (-) Sifat - Kandungan lipid Tebal (jar. murein kaku) Rendah :1 – 4 % Tipis (murein + lipid) Tinggi : 11 – 22 % Respon terhadap kristal violet/iodin Mengikat kuat Tidak mengikat Resistensi terhadap penicilin Lebih sensitif Lebih tahan Resistensi terhadap perlakuan fisik Kurang tahan Kebutuhan nutrisi Lebih kompleks Lebih sederhana Contoh Lactobacillus sp E. coli

+ - Pengecatan Gram During decolorization + - Pengecatan Gram Heat Fixed During decolorization Gram positive organisms retain the primary stain Gram negative organisms will lose pigment and pick up the counter stain Crystal Violet Gram’s Iodine Ethyl Alcohol Safranin

Periplasma Membran Sel Ruangan antara membran sel dan peptidoglikan (< encer) Komponen periplasma: oligosakarida, protein pengikat solut, sitokrom, enzim hidrolisis (amilase) dan detoksifikasi (β-lacamase: pendegradasi penisilin), Membran Sel Berfungsi sbg aktivitas transportasi solut, transfer elektron, sintesis ATP, biosintesis lipid dan dinding sel, sekresi protein, sinyal dan respon terhadap lingkungan Komposisi membran sel bakteri : fosfolipid dan protein

Sitoplasma Segala sesuatu yang terbungkus membran sel Cairan sitoplasma disebut sitosol Komponen sitoplasma: Membran intrasitoplasma Inklusi (vesikel gas, klorosom, granula, globula) Ribosom : tempat sintesis protein Nukleoid : massa DNA berada ditengah-tengah sitoplasma Sitosol :terlarut enzim-enzim untuk aktivitas metabolisme

SKEMATIK BENTUK SEL

SILA KE-2 BUTIR KE-4 Mengembangkan sikap saling tenggang rasa dan tepa selira. Makna Mau berbaur dgn yg lainnya memupuk sikap tenggang rasa, dgn mengikuti kerja bakti RT sudah termasuk pengamalan dari butir sila ke-2.

NUTRISI MIKROBA

KOMPOSISI KIMIA SEL Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi dan bahan pembangun sel, sintesis protoplasma dan bagian sel lain. Setiap mikroba memiliki sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula. Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, dengan penyusun utama sel adalah unsur C, H, O, N, dan P, berjumlah ± 95 % dari berat kering sel, sisanya dari unsur lain Contoh Komposisi kimia sel E.coli

Komposisi kimia sel E. coli Unsur-unsur kimia Persentase berat kering Carbon (C) 50 Oksigen (O) 20 Nitrogen (N) 14 Hidrogen (H) 8 Fosfor (P) 3 Belerang (S) 1 Kalium (K) 1 Natrium (Na) 1 Kalsium (Ca) 0,5 Magnesium (Mg) 0,5 Klor (Cl) 0,5 Besi (Fe) 0,2 Lain-lain 0,3

JENIS BAHAN NUTRISI MIKROBA AIR Kebutuhan air mikroba dinyatakan sbg Aw (nilai kelembaban relatif (RH) dibagi dengan 100). Air adalah komponen utama sel mikroba, yg berfungsi: sumber O2 untuk bahan organik sel pada respirasi. sebagai pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.

2. SUMBER ENERGI Sumber energi untuk mikroba : senyawa organik atau anorganik yg bisa dioksidasi & cahaya (cahaya matahari) Mikroba mengubah sumber energi menjadi senyawa berikatan energi tinggi ATP melalui proses katabolisme. Katabolisme terdiri dr proses respirasi dan fermentasi Jika sumber energinya berupa cahaya matahari : fototrof. Jika sumber energi berupa senyawa kimia : kimotrof.

3. SUMBER KARBON Sumber C mikroba berbentuk senyawa organik dan atau senyawa anorganik Mikroba memerlukan sumber karbon. Mikroba yg menggunakan CO2 : autotrof, Mikroba yg menggunakan senyawa organik : heterotrof Senyawa organik : karbohidrat, lemak, protein, as. amino, as.organik, garam as.organik, polialkohol, dll. Senyawa anorganik : karbonat dan CO2 (sumber C utama tumbuhan tingkat tinggi).

4. SUMBER NITROGEN 5. SUMBER ASEPTOR ELEKTRON Mikroba dpt menggunakan: amonium, nitrat, as.amino, protein Fungsi menyusun as.amino, as.nukleat dan vitamin. Mikroba penambat nitrogen menggunakan bentuk N2 udara 5. SUMBER ASEPTOR ELEKTRON Oksidasi biologi mrpkn proses pengambilan dan pemindahan elektron dari substrat. Elektron dlm sel tidak berada dalam bentuk bebas, mk harus ada zat penangkap elektron (aseptor elektron). Aseptor elektron : agensia pengoksidasi (O2, seny. organik, NO3-, NO2-, N2O, SO4=, CO2, dan Fe3+)

6. SUMBER MINERAL Mineral : bagian dari sel, dengan unsur: utama: C, O, N, H, dan P; lain: K, Ca, Mg, Na, S, Cl. mikro: Fe, Mn, Co, Cu, Bo, Zn, Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu Unsur mikro sering terdapat sebagai ikutan (impurities) pada garam unsur makro, atau lewat kontaminasi. Fungsi : penyusun sel, pengatur tekanan osmose, kadar ion H+ (pH), & potensial oksidasi-reduksi (redox potential) media

7. FAKTOR TUMBUH (ZAT TUMBUH) Senyawa organik yang diperlukan untuk pertumbuhan (prekursor; penyusun bahan sel) & tak dapat disintesis dari sumber C sederhana Kebutuhan dalam jumlah sangat sedikit Menurut struktur dan fungsinya dalam metabolisme, digolongkan: asam amino (penyusun protein); base purin dan pirimidin (penyusun asam nukleat); vitamin (gugus prostetis atau bagian aktif enzim).

SUMBER OKSIGEN Menurut kebutuhan O2 untuk pertumbuhannya, mikroba dibagi menjadi: aerob (memerlukan O2) mikroaerofilik (memerlukan sedikit O2), anaerobik (tidak memerlukan O2), dan anaerobik fakultatif (bisa tumbuh dengan/ tanpa O2 ). Organisme kapnofil yang memerlukan kadar O2 rendah dan kadar CO2 tinggi

BAGAIMANA SEL MENGGUNAKAN MAKANAN Organisme hidup menggunakan makanan dlm bentuk padat (tipe holozoik) maupun cair (tipe holofitik) Jasad holofitik bisa juga menggunakan makanan bentuk padat, tapi makanan tsb harus dicerna lebih dulu di luar sel dengan bantuan enzim ekstraseluler. Pencernaan di luar sel = extracorporeal digestion

INTERAKSI ANTAR ORGANISME DALAM MENGGUNAKAN NUTRISI Beberapa mikroba yg berbeda ditumbuhkan bersama dalam suatu medium, mak aktivitas metabolismenya secara kualitatif & kuantitatif akan berbeda jika dibandingkan dengan aktivitas tiap mikroba yg ditumbuhkan secara terpisah Hal itu hasil interaksi metabolisme/interaksi dlm penggunaan nutrisi; dan dikenal sbg sintropik /sintropisme /sinergitik. Bentuk interaksi lain : cross feeding yang merupakan bentuk sederhana dari simbiose mutualistik. Pada interaksi ini pertumbuhan organisme yg satu tergantung organisme lainnya, karna keduanya saling memerlukan faktor tumbuh esensiil yg diekskresikan oleh setiap organisme.

MEDIUM PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

MEDIUM PERTUMBUHAN MIKROBA Susunan dan kadar nutrisi medium pertumbuhan mikroba harus seimbang agar bisa tumbuh optimal. Kondisi medium hrs dpt terjaga selama fermentasi. Untuk stabilisasi pH medium digunakan bahan buffer MACAM MEDIUM PERTUMBUHAN Medium dasar/ basal mineral Medium sintetik . Medium kompleks. Medium diperkaya

MEDIUM DASAR / BASAL MINERAL Medium yg mengandung campuran senyawa anorganik Medium dasar sering ditambah zat lain bila diperlukan, (sumber C, N, faktor tumbuh, faktor lingkungan (pH, O2, dan tekanan osmosis)) MEDIUM SINTETIK Medium yg seluruh susunan kimia & kadarnya diketahui pasti. Medium dasar yg ditambah NH4Cl dgn sumber C (CO2), bila diinkubasikan pada keadaan gelap bisa dipakai menumbuhkan bakteri nitrifikasi khemoototrof; Nitrosomonas. Nitrosomonas mendapat energi dari oksidasi amonium, selain itu amonium juga berfungsi sbg sumber N.

MEDIUM KOMPLEKS Medium yg susunan kimianya belum diketahui dgn pasti. Contoh: medium dasar + glukosa + ekstrak khamir Susunan kimia ekstrak khamir tidak diketahui pasti, tapi mengandung bbg faktor tumbuh yg diperlukan mikroba. Medium ini dapat untuk menumbuhkan mikroba khemoheterotrof aerob maupun anaerob baik yang perlu maupun tidak memerlukan faktor tumbuh.

CONTOH KOMPOSISI MEDIUM

MEDIUM DIPERKAYA Medium yang ditambah zat tertentu sebagai nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu. Medium ini dipakai membuat kultur diperkaya (enrichment culture) dan mengisolasi mikroba spesifik, dgn mengatur faktor lingkungan (suhu, pH, cahaya), kebutuhan nutrisi spesifik dan sifat fisiologinya. Contoh : untuk menumbuhkan jamur dipakai medium PDA yang ditambah asam tartarat

SILA KE-2 BUTIR KE-5 Mengembangkan sikap tidak semena-mena terhadap orang lain. Makna: Contohnya ketika kita menjadi seorang “atasan” walaupun kita memiliki jabatan yg lebih tinggi, kita tidak boleh menginjak injak “bawahan” kita, mungkin dengan hinaan, atau tindakan yang kurang ber peri kemanusiaan. Atau sebaliknya saat kita jadi “bawahan”, mk tidak bersikap merongrong/mengacaukan

TEKNOLOGI BIOPROSES PANGAN DAN HASIL PERTANIAN

URGENSI MIKROBIA Bidang Mikrobiologi penting sekali dan terkait erat dengan kehidupan manusia. Mikrobia tersebar dan ada dimana-mana (udara, air, tanah, lantai, meja, kulit dsb). Mikrobia dapat memberikan efek menguntungkan dan atau merugikan bagi kehidupan manusia. Mikrobia memiliki kemiripan kebutuhan nutrisi dengan manusia

PERANAN MIKROBIA DALAM KEHIDUPAN MANUSIA Mikroba yang Merugikan, karena dapat menyebabkan: -  Penyakit, bagi manusia, hewan, tumbuhan. -  Kebusukan bahan makanan (spoilage). -  Keracunan bahan makanan (food borne disease), dll. Mikroba yang Menguntungkan, sebagai agen: -  Pembusuk alami (dekomposer) limbah organik -  Pembusuk di dalam saluran pencernaan alami, -  Pengikat nitrogen dari udara - Fermentasi (starter) : bir, tempe, tape, susu fermentasi - Bioteknologi : vitamin, zat warna, hormon, antibiotik - Industri strategis : asam organik, etanol, food aditif

MIKROBIA MENGUNTUNGKAN Mikrobia berperan baik pada industri bidang : - Pertanian : kompos, penyediaan nutrisi, benih - Pangan : pengawetan, fermentasi, probiotik, aditif pangan,dll. - Medis : antibiotika, antiseptis, vaksinasi, dsb - Kimia: asam organik, biofuel, - Pertahanan : senjata biologi

MIKROBIOLOGI INDUSTRI Industri Kimia Organik Etanol: Saccharomyces cereviceae, Sarcina ventriculi Asetat: Acetobacter acetigenum, A. xilinoides, A. orleanse Asam sitrat : Aspergilus niger, Penicillium sp Sirup glukosa : S. cereviceae Aceton / Butanol : Clostridium acetobutylicum Polysaccharida : Leuconostoc mesentroides Gum xantan : Xanthomonas campestris Amilase : Bacillus subtilis, A. oryzae, A. niger, Protase : Rhizopus sp, A. oryzae, Ribonuklease, pectinase, selulase, katalase : A. niger Invertase : Saccharomyces cereviceae

MIKROBIOLOGI INDUSTRI FARMASI Antibiotika : Tetracyclin : Streptomyces aureofaciens Penicilin : Penicillium chrysogenum Bacitracin : Bacillus licheniformis Carbomycin : S. halstedii Chloramphenicol : S. venezuelae Fumagalin : Aspergillus fumigatus Neomycin : S. fradie Streptomycin : S. griseus

MIKROBIOLOGI VIT, HORMON, VAKSIN Vit Riboflavin : Eremothecium ashbyi Vit B12 : Pseudomonas denitrificans Vit C : Gluconobacter oxidans Steroid : Rhizopus nigricans Insulin : E. coli Vaksin : polio, hepatitis, tetanus, cacar, MR

MIKROBIOLOGI INDUSTRI PANGAN Tempe : Rhizopus oligosporus Oncom : Neurospora sitophyla Kecap : Aspergilus wentii Nata de coco : Acetobacter xylinum Yoghurt : Lactobacillus bulgaricus, Streptoccocus thermophilus Susu asam : L. acidophilus

MIKROBIOLOGI INDUSTRI PERTANIAN Kompos (pupuk organik) Bakteri penambat Nitrogen : Azotobacter, Rhizobium, Anabaena Mineralisasi N : Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrosococcus Pelarut P : Mikoriza, Thiobacillus desulfovibrio Biopestisida : Trichoderma sp.

MIKROBIOLOGI MEDICINAL Penyakit tifus : Salmonella typhi Kolera : Vibrio cholerae Tetanus : Clostridium tetani Meningitis : Neisseria meningitis Disentri : Shigella shigilae TBC : Mycobacterium tuberculosis Influenza : virus,

METODE PENGOLAHAN MIKROBIOLOGIS Adalah semua teknik pengolahan pangan dan hasil pertanian yang melibatkan aktivitas mikroba. Tujuan penggunaan mikroba antara lain : Sbg sarana merombak bahan pertanian shingga kualitas meningkat. Sbg tambahan nutrisi pangan karena mikroba dapat menghasilkan dan juga mengandung komponen nutrisi.

MIKROBA YANG TERLIBAT 1. YEAST 2. KAPANG 3. BAKTERI

SILA KE-2 BUTIR KE-8 Berani membela kebenaran dan keadilan. Makna: Dengan tidak menutup nutupi suatu tindak kejahatan misalnya, ketika kita tahu seorang bertindak kejahatan kita siap untuk menjadi saksi di pengadilan. Hal ini dapat diartikan sebagai membela kebenaran dan keadilan.