m. k. DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL TIN 232/1 (2-0) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FATETA IPB 2012

m. k. Dasar Teknologi Mikrobial IDENTITAS MATA KULIAH 1. Judul Mata Kuliah : DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL 2. Kode Mata Kuliah/SKS : TIN 232 / 2(2-0) 3. Semester : Genap (4) 4. Jurusan : Teknologi Industri Pertanian 5. Sifat Mata Kuliah : Wajib 6. Prasyarat : --- 7. Pengajar : Dr. Liesbetini Hartoto, MS (LBH) Dr. Mulyorini R Hilwan, MSi (MRH) 8. Jam & Tmpt Pertmn : 2 jam per minggu di Ruang Kuliah 9. Praktikum : --

TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM : Tujuan mata kuliah ini adalah agar mahasiswa mempunyai pengetahuan dasar mengenai : Dunia makhluk kecil yang memerlukan mikroskop untuk melihatnya (=mikroorganisme/mikroba) Karakteristik mikroorganisme : penyebaran taksonomik, klasifikasi/tata nama, cara reproduksi dan sifat fisiologis Pemanfaatan mikroba dalam industri untuk menghasilkan berbagai macam produk/ jasa. R. oryzae Penicillium camemberti A. niger Bakteri

SKEMA PROSES MIKROBIOLOGIS (FERMENTASI/KULTIVASI) Proses Hulu Penyiapan Inokulum Mikroba Penyiapan/ formulasi Media Inokulasi secara aseptik Sterilisasi Perakitan dan strerilisasi bioreaktor Proses Hilir Fermentasi (Pengontrolan : suhu, pH, aerasi, agitasi dan busa) Pemanenan & Pemurnian Sampling Analisis hasil fermentasi

Jadwal Kuliah Th 2012 Mngg Sub Pokok Bahasan Penqajar I 18/2 Pendahuluan (Ruang Lingkup, Perkuliahan & Pentingnya mata kuliah & Sejarah Mikrobiologi Industri) LBH II. 25/2 Pembahasan Mikroba Secara Umum ( Sistem Lima Dunia; Bakteri, Kapang, Khamir, Alga dll) MRH III. 4/3 Reproduksi Mikrobial, Kurva Pertumbuhan & Kuantifikasi Pertumbuhan IV. 11/3 Kebutuhan nutrisi; Perancangan dan Penyiapan Media untuk Pertumbuhan Mikroba V. 18/3 Pengaruh Kondisi Lingkungan terhadap Pertumbuhan Mikroba VI 25/3 Penyiapan Inokulum, Kultivasi dan Metode Kultivasi

Mgg Sub Pokok Bahasan Penqajar VII. 1/4 Mikroba Industri (Kriteria, Sumber Mikroba Industri (Isolasi & Seleksi), Pemeliharaan & Pengawetan) LBH VIII. Ujian Tengah Semester MRH & LBH IX. Peralatan Kultivasi (Bioreaktor); Instrumentasi & Pengendalian lingkungan kultivasi X. Pemanenan dan Pemurnian Produk Mikrobial (Proses Hilir) XI. Pemanfaatan Mikroba Dalam Industri Pertanian (Produk Pangan) termasuk aplikasi enzim di Industri MRH XII. Pemanfaatan Mikroba Dalam Industri Pertanian (Produk Non Pangan) XIII. XIV. Kerusakan dan Keracunan Oleh Mikroba XV. Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan Limbah XVI. Ujian Akhir Semester LBH & MRH

Cara Penilaian : UTS : 40 % UAS : 40 % Tugas/ Quiz : 20 %

Sejarah Perkembangan Mikrobiologi 6000-4000 SM : teknologi fermentasi pembuatan bir di Sumeria dan Mesir Abad ke-14 : distilasi untuk menghasilkan minuman beralkohol tinggi di Cina Sebelum 1865 : teknologi pembuatan bir, anggur, keju, yogurt, dan makanan lainnya sebagai hasil dari proses fermentasi (era pra-Pasteur)

Sejarah Perkembangan Mikrobiologi (lanjutan) 1865-1940 : teknologi pembuatan etanol, butanol, aseton, gliserol, asam-asam organik (era Pasteur) * 1940-1960 : teknologi pembuatan penisilin dan antibiotik lain 1960-1975 : teknologi pembuatan asam amino, protein sel tunggal, enzim untuk deterjen, biogas (era pasca-antibiotik) 1975-sekarang : teknologi hibridoma yang menghasilkan antibodi monoklonal dan rekayasa genetika (era bioteknologi baru)

Klasifikasi Produk Mikrobial : Sel Mikroba (PST, suplemen makanan seperti spirulina, chlorela atau agen untuk pencegahan penyakit  vaksin) 2. Senyawa Bermolekul Besar (  enzim) 3. Produk Metabolit Primer yang disintesis pada fase eksponensial ( asam organik, vitamin, asam amino, polisakarida, alkohol & pelarut lain) 4. Produk Metabolit Sekunder yang disintesis pada fase stasioner ( antibiotik, mikotoksin, pigmen)

Aplikasi Mikrobiologi Pertanian Lingkungan Farmasi (Kesehatan/obat-obatan) Mikrobiologi Energi Bahan-bahan kimia Pangan (makanan dan minuman) Material Baru Kosmetika

Bidang Pertanian Bioinsektisida/biopestisida/biofungisida/ bioherbisida - Bioinsektisida : kristal protein Bacillus thuringiensis Pupuk biologis : “mikoriza” dan rhizobium Bioinsektida Ladang kapas Mikoriza - Mikoriza : simbiosis mutualistis antara fungi Mikoriza (mendpt nutrisi fotosintesis dr tanaman) & akar tanaman (peningkatan absorbsi mineral fosfat pada tanah miskin unsur hara) - Rhizobium : bakteri penambat N2 dari udara bersimboisis dengan tanaman leguminosa

Bidang Lingkungan Pengolahan limbah secara biologis/Bioremediasi Penggunaan mikroba untuk mendegradasi/transformasi/ akumulasi polutan, sehingga dapat digunakan untuk membersihkan lingkungan yang terkontaminasi, misalnya pencemaran laut oleh tumpahan minyak dari kapal tangker atau industri Polutan : - hidrokarbon petrolium (contoh : minyak solar) - pestisida, herbisida dll - hidrokarbon poliaromatik - bahan farmasi - logam berat dll

Jenis Bioremediasi Biostimulasi : + nutrien + O2 unt Meningkatkan pertumbuhan bakteri remediasi yang ada pada lingkungan yang tercemar Bioaugmentasi : ditambahkan mikroba yg dapat emmbantu membersihkan polutan  paling sering dilakukan Bioremediasi Intrinsik : bioremediasi yang terjadi secara alami di dalam air/tanah yang tercemar

Bioenergi Ramah lingkungan, mengurangi efek rumah kaca, menggunakan bahan baku terbarukan Gasohol/bioetanol (substitusi bensin/ premium)  kadar alkohol > 99,5 % Biogas (metana)  penerangan, bahan bakar (masak) dll Fermenter Bioetanol Digester biogas RT

Bioetanol Kegunaan : Sebagai bahan bakar, pelarut, bahan baku industri - Bahan yang mengandung gula (molase dll) - Bahan yang mengandung pati (tapioka, jagung dll) - Bahan yang mengandung selulosa (kayu, jerami, tandan sawit dll)  perlu dideliginifikasi  dihidrolisis  gula  etanol Mikroorganisme : Saccharomyces cerevisiae  paling sering digunakan khamir Schizosaccharomyces pombe Kluyveromyces fragilis bakteri Zymomonas mobilis

Bio Gas Bahan baku : limbah organik, kotoran ternak (pupuk kandang), tanaman air (misal : eceng gondok) , limbah tahu dll Proses : fermentasi anaerob (tidak butuh oksigen) Mikroorganisme: - Bakteri pembentuk asam (Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Eschericia, Aerobacter) - Bakteri metan (Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus). Produk hasil fermentasi : gas /metan (CH4) 50-70%, CO2 25-45%, H2, N2, H2S bersifat mudah terbakar, tidak berwarna, tidak berbau  Sisa fementasi digunakan untuk pupuk organik

Kesetaraan 1 m3 biogas dengan sumber bahan bakar lain Jumlah Elpiji (LPG) : propana+butana 0.46 kg Minyak tanah 0.62 liter Minyak solar 0.52 liter Bensin 0.80 liter Gas kota 1.53 m3 Kayu bakar 3.50 kg

Kesehatan dan Obat-Obatan (Farmasi) Antibiotika, Insulin, Interferon, Steroid Vitamin (B2, B12, C dll) Vaksin (e.g Hepatitis B, Polio, Meningitis dll) Suplemen Pangan (Spirulina, Chlorella) Insulin Vitamin

Antibiotika : senyawa alami/sintetik yang mempunyai efek menekan atau menghentikan metabolisme organisme, khususnya infeksi oleh bakteri (dalam rekayasa genetika juga digunakan untuk seleksi terhadap mikroba mutan/transforman) Efektivitas antibiotik melawan berbagai jenis bakteri , tergantung dari : Jenis bakteri : bakteri gram negatif atau gram positif Keluasan spektrum pemusnahan mikroba dari antibiotika Lokasi infeksi dan kemampuan antibiotik mencapai lokasi tersebut. Antibiotik tidak efektif menangani infeksi akibat virus, kapang, atau nonbakteri lainnya !

Vaksin : bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit. Vaksin dapat berupa :  galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan, sehingga tidak menimbulkan penyakit. organisme mati hasil pemurniannya (protein, peptida , dsb.). Fungsi Vaksin : - mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap penyakit akibat serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. - membantu sistem kekebalan untuk melawan sel-sel kanker.

Interferon : Protein alami yg diproduksi oleh sistem kekebalan sel sbg respon thd adanya infeksi agen asing seperti virus, parasit dan sel tumor Interferon termasuk glikoprotein yg dikenal sbg cytokine.  Senyawa ini membantu respon kekebalan dgn cara a.l mencegah replikasi virus dalam sel inang dan meningkatkan ketahanan sel inang thd infeksi virus Aplikasi interferon sbg obat : antiviral, antiseptik & antioncogenic

Hormon Steroid : Corticosteroid  contoh cortison : menyembuhkan rematik Anabolic steroid dapat meningkatkan pembentukan otot dan tulang Hormon insulin  dihasilkan oleh E. coli rekombinan dengan gen dari jaringan pankreas babi (untuk penderita diabet) - Hormon pertumbuhan (human growth hormon) dihasilkan oleh E.coli rekombinan

Suplemen Pangan Alga biru (contoh : Sprirulina maxima) Alga hijau (contoh : Chlorella vulgaris) Spirulina  suplemen pangan manusia & hewan (protein 60-70 % dg asam amino lengkap, vit. B12, zat besi, klorofil, glikogen dll)

Chlorella - Chlorella adalah ganggang hijau bersel tunggal yang hidup di air tawar, laut, dan tempat basah. - Chlorella vulgaris pyrenoidosa - Chlorella pyrenoidosa Chlorella is considered a whole food, and it's rich in protein, carotenoids, enzymes (pepsin) and chlorophyll  suplemen (meningkatkan imunitas

Chlorella has many beneficial effects on the immune system because it contains chlorophyll. Chlorophyll has been shown to help heal wounds and strengthen the immune system. rich source of vitamins Chlorella is rich in fiber and encourages beneficial intestinal microflora production & increased feelings of fullness at meal times           

Bahan-Bahan Kimia Asam-asam organik (asam asetat, asam laktat dll) Pelarut-pelarut organik (etanol, aseton dll) Asam-asam amino, enzim, biosurfaktan Peningkat Cita Rasa (MSG, Ribotide dll) Enzim : amilase & protease dapat dihasilkan dari khamir Saccharomyces cerevisiae direkombinan dengan gen dari jaringan hewan

Pangan (Makanan dan Minuman) Produk-Produk Fermentasi (keju, yoghurt, acar, sauerkraut, sosis, mentega, kecap, minuman beralkohol dll) Pewarna (contoh : angkak) Glucose Syrup/ HFS (High Fructose Syrup)  menggunakan enzim mikrobial Pengental (xanthan gum, alginat dll) PST (protein Sel Tunggal) : e.g S cerevisiae, Candida utilis dlll Probiotik (“mikroba baik” & menekan pertumbuhan mikroba “jahat”) e.g bakteri asam laktat  tdk patogen, meningkatkan efisiensi pencernaan

Material/Peralatan Baru Poly Hydroxy Alcanoate (PHA), PLA dll  bioplastik (biodegradable) yang ramah thd. lingkungan Plastik PLA  biodegradable

Material/Peralatan Baru Biosensor : suatu perangkat sensor yang menggabungkan senyawa biologi dengan suatu tranduser senyawa aktif biologi akan berinteraksi dengan molekul yang akan dideteksi Hasil interaksi yang berupa besaran fisik seperti panas, arus listrik, potensial listrik atau lainnya akan dimonitor oleh transduser  Besaran tersebut kemudian diproses sebagai sinyal sehingga diperoleh hasil yang dapat dimengerti (misalnya konsentasi glukosa dll). (Pengukuran : glukosa, antibiotik, vitamin, asam amino, deterjen dan senyawa sintetik) dll

Industri Pertambangan/Minyak Bumi Leaching (Peningkatan perolehan hasil tambang) - Thiobacillus thiooxidans; T. ferooxidans  tambang besi, tembaga, nikel dan seng (logam dioksidasi menjadi larut dalam air) Eksplorasi dan Recovery (Peningkatan perolehan minyak bumi dari sumur bor)  bakteri penghasil asam menurunkan viskositas minyak KOSMETIKA Botox (toksin Clostridium botulinum) & Asam Hialuronat  menghilangkan kerut & kantung mata (anti aging)

BUKU ACUAN : Pelczar, M.J, E.S.C Chan dan R. Krieg. 1993. Microbiology : Concept and Applications. McGraw Hill, Inc., New York. Stanbury, P.F dan A. Whitaker. 1989. Principles of Fermentation Technology. Pergamon Press, Oxford. Bunasor, T dan A.P Murdanoto. 1988. Diktat Pengantar Mikrobiologi Industri. PAU Bioteknologi IPB, Bogor. Judoamidjojo, M, E. G. Sa’id dan L. Hartoto. 1989. Biokonversi. PAU Bioteknologi IPB, Bogor. Chaplin, M. F dan C. Bucke. 1990. Enzyme Technology. Cambride University Press, Cambride Demain, A. L. Dan N. A. Solomon. 1986. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. American Society for Microbiology, Washington

Scragg A. H. 1991. Bioreactors in Biotechnology : A Practical Approach Scragg A. H. 1991. Bioreactors in Biotechnology : A Practical Approach. Ellis Horword, New York. Belter, P.A, E. L. Custsler dan H. Wei-Shou. 1988. Bioseparations : Downstream Processing for Biotechnology. A Wiley-Interscience Publ., New York. Crueger, W dan A. Crueger. 1984. Biotechnology : A Textbook of Industrial Microbiology. Science Tech., Inc., Madison. Fardiaz, S. 1989. Mikrobiologi Pangan. PAU Pangan dan Gizi IPB. Bogor.

SELESAI TERIMA KASIH