Indri Kusuma DEWI,S.farm,M.sc.,apt FERMENTASI Indri Kusuma DEWI,S.farm,M.sc.,apt NIP. 198412222012122001 www.indrikusumadewi.com

Fermentasi  “fervere” (bhs Latin) artinya mendidihkan yaitu menggambarkan penampakan dari sari anggur yang terfermentasi. Fermentasi  disimilasi anaerobik senyawa-senyawa organik yang disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme atau ekstrak dari sel-sel tersebut. Contoh : pembentukan alkohol, as. Laktat dan atibiotik Bahan utama fermentasi : Mikroorganisme Enzim Medium/subtrat Fermentor/bioreaktor

Proses Fermentasi Istilah – istilah dalam proses fermentasi : Pertumbuhan  pertambahan secara mikroindividu atau seluruh kelompok mikroorganisme yang hidup bersama sebagai satu koloni/biakan Asimilasi  aktivitas transformasi sebagai komponen dari subtrat kedalam sel yang berfungsi memberikan bahan-bahan yang diperlukan bagi pertumbuhan dan aktivitas hidup Biosintesa  pembentukan senyawa kompleks di dalam sel dalam jumlah yang lebih besar dari kebutuhan pemeliharaan aktivitas hidup normal. Contoh : vitamin, enzim dll Desimilasi  terjadi di dalam sel dan hasilnya dilepaskan ke media lingkungan. Contoh : karbohidrat, as. Amino Reaksi Fermentasi : C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 22,5 kkal (as. laktat)

Energi yg dibebaskan digunakan untuk : Asimilasi Biosintesa Mempetahankan aktivitas hidup Keluar dalam bentuk panas Energi hanya sebagian Proses Fermentasi  proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerob dan aerob Pemecahan Karbohidrat Tahap I  Polisakarida heksosa/pentosa Tahap II  dipecah Gikolisis (meyerhof embden) Pemecahan heksosa as. piruvat

Medium Fermentasi Fungsi Medium Fermentasi  menyediakan semua nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memperoleh energi, pembentukan sel dan Sifat Fisik Medium : biosintesis produk-produk metabolisme.  Medium padat  Medium Cair  Proses fermentasi dilakukan melalui :  Kultur Permukaan  medium padat, semi padat dan cair  Kultur terendam  medium cair

Komponen Medium Air (deionisasi, penambahan garam, pengaturan pH) Karbon (molase, serealia, kentang) Nitrogen (senyawa anorganik : garam amonia & nitrat) (senyawa organik : as. Amino, urea, protein) Mineral (magnesium, phosphat, kalium sulfur, Calcium, Chlorin) Vitamin (Vit. C) Buffer

Medium fermentasi dapat berupa : Medium sintesis  medium lab. Medium kasar  1. Molase 2. Serealia 3. Pati 4. Glukosa/sukrosa 5. Garam 6. Urea 7. Nitrat 8. Tepung kedelai Sumber C Sumber N

 Formulasi medium penting untuk :  Perencanaan penelitian laboratorium  Pengembangan skala pilot plan  Proses industri fermentasi  Komponen medium haruslah memenuhi kebutuhan elemen dasar untuk pembentukan biomssa dan produk fermentasi serta dapat menyediakan energi yang cukup untuk biosintesis & pemeliharaan sel.  Dasar perhitungan ===> pers. Stoichiometri pertumbuhan sel dan pembentukan produk yang dinyatakan secara kuantitatif; yaitu : + + ===> + + + Sumber karbon Sumber nitrogen Kebut. lain Sel Produk CO2 H2O

Tabel : Komposisi elemen bakteri, khamir & kapang (%berat kering) Karbon Hidrogen Nitrogen Phosfor Sulphur Kalium Natrium Calcium Magnesium Chlorida Besi 50-53 7 12-15 2.0-3.0 0.2-1.0 1.0-4.5 0.5-1.0 0.01-1.1 0.1-0.5 0.5 0.02-0.2 45-50 7-11 0.8-2.6 0.01-0.24 1.0-4.0 0.01-0.1 0.1-0.3 - 0.01-0.5 40-63 7-10 0.4-4.5 0.2-2.5 0.02-0.5 0.1-1.4 0.1-0.2

Enzim yg diproduksi mikroba Substrat Mikroba α- amilase Pati Bacillus licheniformis β- amilase Dekstrin Aspergillus niger, Rhizopus niveuss Cellulase Selulosa Trichoderma reesei Glucose isomerase Glukosa Aspergillus niger, Bacillus coagulans α-glukosidase Maltosa Saccharomycer sp, Aspergillus niger, Lipase Lemak Candida cylinfdracea.,Rhizopus arrihizuss, Aspergillus niger Pektineterase Protein Aspergillus oryzae, Rhizopus oryzae Proteinase Bacillus licheniformis, Aspergillus oryzae, Mucor sp., Rhizopus sp.

Sterilisasi medium  Sterilisasi medium perlu karena : 1. Medium mungkin mengandung sel vegetatif dan spora dari komponen medium 2. Air yang digunakan tidak bersih  Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan sterilisasi : 1. Jumlah dan jenis mikroorganisme dalam medium 2. Morfologi mikroorganisme 3. Komposisi medium fermentasi 4. pH 5. Ukuran partikel tersuspensi  Metode sterilisasi medium 1. Sterilisasi sistem “Batch” a. Injeksi uap panas ke dalam mantel fermentor atau coil yang terdapat di bagian dalam fermentor b. Injeksi uap panas langsung ke dalam larutan amedium 2. Sterilisasi sistem kontinyu : a. “Continuous injector flash cooler” b. “Continuous plate heat exchange”  Sistem kontinyu : - Penggunaan energi lebih tinggi - Kerusakan medium dapat dihindari - Suhu yang digunakan 140oC, waktu 30-120 detik

Tahapan Proses Fermentasi Media fermentasi Penyiapan starter/kultur : a. Regenerasi starter/kultur dari agar miring : Kultur segar tercapai pertumbuhan optimum b. Kultur/starter pada media cair :  Tujuan  untuk mengadakan adaptasi kultur/starter dengan medium yang digunakan  Jumlah inokulum 10% dari volume fermentasi Sterilisasi : Tujuan  mematikan mikroorganisme pencemar atau yang tidak dikehendaki sehingga proses fermentasi berjalan sempurna. Pemanenan/pemurnian hasil inokulasi

Produk fermentasi dapat berupa :  Larutan encer (konsentrasi ) yg mengandung mikroorganisme  Bagian sel  Komponen medium larut dan tidak larut  Metabolik lainnya Tahapan pengumpulan akhir (produk) adalah : 1. Sentrifusi/filtrasi 2. Fraksinasi/ekstraksi 3. Pemurnian produk dengan pengendapan fraksinasi menggunakan teknik kromatografi.

II. MIKROORGANISME DAN KULTUR FERMENTASI Kriteria Mikroorganisme Industri Fermentasi  Ciri-Ciri Strain Mikroorganisme Unggul : 1. Strain unggul 2. Secara genetik, strain stabil 3. Strain dapat memproduksi sel vegetatif, spora atau unit-unit reproduksi lainnya 4. Strain mampu tumbuh dg cepat dan kuat saat diinokulasi 5. Strain dapat menghasilkan produk yg diinginkan dalam jangka waktu yg pendek dan tidak menghasilkan produk lain yg beracun 6. Strain mampu melindungi diri dari kontaminasi 7. Strain mampu disimpan dalam jangka waktu lama 8. Strain dapat menerima perubahan oleh bahan-bahan mutagenik lainnya. 2. Sumber Mikroorganisme Industri Fermentasi 1. Diisolasi dari alam (tanah, air, tanaman, dll) 2. Koleksi kultur   Kultur siap dipakai  Dikelola oleh badan penelitian fermentasi/swasta  Hasilnya merupakan hasil isolasi secara terus-menerus

3. Isolasi dan Identifikasi mikroorganisme Cara-cara isolasi : 1. Isolasi pada agara cawan :  Metode Gores  Metode agar tuang 2. Isolasi dalam medium cair 3. Isolasi sel tunggal 4. Isolasi pada media seleksi-kultur diperkaya : Kultur campuran Isolat IDENTIFIKASI ISOLASI

Tahap – Tahap Isolasi Bakteri

4. Pemeliharaan dan Pelestarian Kultur  Tujuan : 1. Mencegah terjadinya perubahan genetik akibat seleksi dan mutasi alam 2. Mencegah kontaminasi 3. Mempertahankan viabilitas sel  Cara-Cara Penyimpanan Kultur 1. Penyimpanan pada suhu rendah : a. Penyimpanan pada agar miring b. Penyimpanan spora dalam air c.. Penyimpanan dengan nitrogen cair 2. Penyimpanan dalam bentuk kering : a. Kultur tanah b. Lyophilisasi  Prinsip Lyophilisasi  1. Penurunan suhu dibawah titik beku untuk menurunkan aktivitas enzim 2. Penghilangan air sel dengan cara pengeringan vakum untuk menghambat metabolisme

 Cara Lyophilisasi  1. Sel-sel dalam fase stasioner (jumlah sel, 1010-1011 sel/ml dibuat suspensi dalam medium pelindung ( susu, serum atau natrium glutamat) 2. Beberapa tetes suspensi dimasukkan ke dalam ampul  bekukan  vakum sampai sublimasi selesai 3. Ampul ditutup dan disimpan dalam refrigerator  Pelestarian Kultur Kultur m.o berguna Untuk dikembangkan  Menghasilkan antibiotik  Menghasilkan asam amino LESTARIKAN

5. Fermentor (Bioreaktor)  Pengertian Fermentor  Suatu reaktor yang digunakan untuk reaksi biologis dari suatu proses bioteknologi, baik menggunakan enzim larut, sel bebas dari mikroorganisme, tanaman maupun hewan ataupun enzim/sel imobilisasi Fungsi fermentor  1. Memberikan lingkungan tetap bagi optomasi pertumbuhan mikroorganisme dan aktivitas metabolisme dalam menghasilkan suatu produk yang diinginkan 2. Mencegah kontaminasi produksi dari lingkungan pada kultur sambil mencegah pelepasan kultur ke kultur lingkungan  Syarat Bahan Fermentor  - Bersifat tidak beracun (baja tahan karat) - Mampu menahan tekanan uap - Tahan terhadap korosi kimia dan elektrolit  Kapasitas Fermentor  - Skala laboratorium (1-2 liter) - Skala pilot plan (100-1000 liter) - Skala industri ( > 1000 liter)

Skema Sederhana Bioreaktor

 Fungsi Komponen Fermentor 1. Pengaduk/Impeler a. Untuk mengurangi ukuran gelembung udara, memberikan ruang penyebaran oksigen yang lebih besar dan untuk menurunkan difusi b. Untuk memelihara lingkungan yang seragam diseluruh bagian fermentor Bentuk-bentuk pengaduk 2. Bafel  Fermentor  4 Bafel  Fungsi Bafel  untuk mencegah pusaran dan memperbaiki efisiensi aerasi 3. Sistem Aerasi  Tujuan  Untuk menyediakan oksigen dalam jumlah yang cukup kepada mikroorganisme yang bearada pada kultur, agar kebutuhan metaboliknya terpenuhi dengan baik

KEUNTUNGAN FERMENTASI 1. Mempunyai nilai nutrisi yang lebih tinggi 2. Meningkatkan nilai cerna 3. Menurunkan zat anti nutrisi 4. Menghasilkan flavor yang lebih baik / palatabilitas meningkat 5. Mengawetkan

KEUNTUNGAN FERMENTASI PADAT 1. Menghemat ruang 2. Tidak menghasilkan limbah cair yang banyak 3. Kondisi pertumbuhan kapang sama dg dialam 4. Produk dapat langsung digunakan 5. Kontrol terhadap kontaminasi relatif lebih mudah 6. Alat2 yang digunakan relatif lebih sederhana

KELEMAHAN FERMENTASI PADAT 1. Jenis mikroorganisme yg bisa digunakan terbatas 2. Memerlukan banyak spora untuk inokulasi

FASE DALAM PROSES FERMENTASI Fase Pertumbuhan Tetap Fase Kematian Fase Pertumbuhan Lambat E D F C Produk Fermentasi Fase Pertumbuhan Log Fase Adaptasi B A Lama Inkubasi

Sumber Karbon Sumber Nitrogen Nutrien Lain Sel Produk H2O CO2

CIRI-CIRI MIKROBA YANG COCOK UNTUK FERMENTASI A. Bakteri 1. Tumbuhnya cepat 2. Waktu berbiaknya pendek 3. Massa selnya menjadi 2 x lipat dalam waktu 20 menit – 2 jam 4. Dapat tumbuh pada berbagai bahan mentah 5. Dapat menggunakan berbagai sumber N 6. Tidak menghasilkan racun

CIRI-CIRI MIKROBA YANG COCOK UNTUK FERMENTASI B. Ragi 1. Tumbuhnya cepat 2. Waktu berbiaknya pendek 3. Massa selnya menjadi 2 x lipat dalam waktu 30 menit – 3 jam 4. Dapat tumbuh pada berbagai bahan mentah 5. Dapat menggunakan berbagai sumber N 6. Tidak menghasilkan racun 7. Toleran terhadap pH & suhu

CIRI-CIRI MIKROBA YANG COCOK UNTUK FERMENTASI C. Kapang 1. Tumbuhnya cepat 2. Waktu berbiaknya pendek 3. Massa selnya menjadi 2 x lipat dalam waktu 4 – 16 jam 4. Dapat tumbuh pada berbagai bahan mentah 5. Dapat menggunakan berbagai sumber N 6. Tidak menghasilkan racun 7. Mampu hidup pada pH 3-7 & suhu 25-42oC

SAPONES

SAPONES???? garam2 alkali dr asam lemak tinggi dr deret metan, baik yg jenuh maupun yg tak jenuh dg lbh dr 10 atom C Pembuatan dilakukan dengan menyabunkan lemak padat atau minyak lemak dengan alkali.Dibedakan sabun keras dan lemah.

Menurut Farmakope, mcm2 sapo: Sapo kalinus  sabun kalium, dr minyak wijen Sapo medicatus  sabun natrium, dr minyak zaitun Sapo superadipatus  camp. 80% sapo medicatus, 16% sapo kalinus & 4% adeps lanae Sapo aromaticus  larutan dr sapo kalinus dlm etanol 70% dg penambahan kamfer, amonia & oleum rosmarini Sapo cocos (CMN)  sabun natrium yg digaram dr oleum cocos

Terima Kasih