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

Definisi dan Ruang Lingkup 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 jasa. www.thmemgallery.com Company Logo

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: Penerapan agen biologis (mikroorganisme) Skala Produksi Besar (Skala Industri) Adanya Kajian Ekonomi Company Logo

Era Bioteknologi 1975-Now Era Pasca Antibiotika Era Pasteur Before 1865 1940 1960 1976 1975-Now Era Pasca Antibiotika Era Pasteur Era Bioteknologi Modern Era Antibiotika Era Pra-Pasteur

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 Pembuatan Etanol Pembuatan Butanol Asam Organik Perlakuan Air Buangan Company Logo

Era Antibiotik Pembuatan Penicillin Vaksin Virus Teknologi Kultur Sel Hewan Company Logo

Era Pasca - Antibiotik Asam – asam Amino Eludasi Struktur DNA Protein Sel Tunggal Enzim untuk Detergen Produk farmasi (interferon,hormon, vaksin) Teknologi Rekombinan DNA Company Logo

Era Bioteknologi Modern Rekayasa Genetika Zat Antibodi Monoklanal Hormon Insulin Hormon Pertumbuhan Ikan tuna

Ruang Lingkup Bioindustri Batasan Pokok Proses Bioteknologi Agen Biologis Mikroba, enzim, sel tanaman, sel hewan) Pendayagunaan secara teknologis dan industrial Produk dan jasa yang diperoleh

Ruang Lingkup Bioindustri Skala Aplikasi Bioteknologi Laboratorium Tahap seleksi mikroorganisme (baik tanaman maupun hewan) Skala Pilot Penerapan kondisi operasi optimum Skala Industri Proses produksi dengan pertimbangan ekonomi industri Company Logo

Ranah Penerapan Bioindustri Bidang-Bidang yang Dipelajari Industri pertanian (agroindustri) Kedokteran dan Farmasi Lingkungan Bidang Biodegradasi Bidang Bioremediasi

Ruang Lingkup Bioindustri Bioteknologi modern untuk penelitian dan pengembangan produk fermentasi harus dapat diaplikasikan pada: Bahan Baku Memperbaiki bahan baku untuk proses tradisional Proses Pengembangan bioreaktor 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 insulation. Company Logo

Keterkaitan Sumberdaya dalam Bioindustri Sumberdaya yang harus diperhatikan dalam industri: 6M Men (Manusia) Materials (Material) Market (Pasar) Money (Modal) Methode (Metode) Machines (Mesin)

Keterkaitan Sumberdaya dalam Bioindustri Faktor-faktor lain yang harus diperhatikan: Lingkungan Umum Perusahaan D G E A Hukum Demografi Kebudayaan Pendidikan H Politik B Sosial C F Perekonomian Teknologi

Bahan Baku Fermentasi Hasil Pertanian Sereal, buah-buahan, sayuran, kacang-kacangan 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 Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman, hewan, limbah, kotoran, dll. Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan memelihara mikro-organisme

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: 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.com 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.com 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 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 HAM Fungi, yeasts, LAB, staphylococci, streptomyces Fungi, yeasts,LAB, staphylococci Fish Fish sause, fermented fish silage Staphylococci, vibrio costicola, LAB Olives, cabbage, cucumber, tomato, and other Fermented olive, saurerkraut, pickled cucumber LAB www.thmemgallery.com Company Logo

Bahan baku, produk , mikro 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.com Company Logo

CIRI-CIRI BAKTERI 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, klorosom, Vakuola gas dan endospora. www.thmemgallery.com Company Logo

Company Logo

Struktur dasar bakteri 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). Membran plasma adalah membran yang menyelubungi sitoplasma tersusun atas lapisan fosfolipid dan protein. Sitoplasma adalah cairan sel. Ribosom adalah organel yang tersebar dalam sitoplasma, tersusun atas protein dan RNA. Granula penyimpanan, karena bakteri menyimpan cadangan makanan yang dibutuhkan. www.thmemgallery.com Company Logo

Struktur tambahan bakteri : 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. Flagelum atau bulu cambuk adalah struktur berbentuk batang atau spiral yang menonjol dari dinding sel. 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. 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. Vakuola gas terdapat pada bakteri yang hidup di air dan berfotosintesis. 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 bakteri baru. www.thmemgallery.com Company Logo

Bentuk Bakteri Bentuk sel bakteri meliputi: kokus (bulat) basil (batang) spirilum (spiral) filamen www.thmemgallery.com Company Logo

Bakteri Kokus (bulat) www.thmemgallery.com Company Logo

Bakteri Basilli (batang) www.thmemgallery.com Company Logo

Bakteri Spiral www.thmemgallery.com Company Logo

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri Suhu Derajat keasaman atau pH Konsentrasi garam Sumber nutrisi Zat-zat sisa metabolisme Zat kimia www.thmemgallery.com 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.com 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.com Company Logo

Ciri-ciri Mikroorganisme Industri : 1. Strain secara genetik stabil 2 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 ? Harus dihasilkan produk baru yang kom petitif, bermutu tinggi, harga bersaing, tanpa meninggalkan konsep lingkungan Konsumsi produk menggunakan m.o. dan enzim utk pangan dan obat2an me nanjak dengan cepat Tantangan peningkatan kapasitas pro duk Penelitian dasar dan pengembangannya harus dilakukan 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 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 lebih modern (otomatisasi)

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 kelebihan-kelebihan jika diusahakan untuk kepentingan perkembangan mikroorganisme dalam industri pada tahap selanjutnya

Rekayasa memperbaiki proses mikrobiologis. 1. Seleksi jenis mikroorganisme 2. Optimasi medium fermentasi 3. Desain operasi bioreaktor 4. Pelaksanaan 5. Pengunduhan hasi 6. Pemisahan produk 7. 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

Pada suhu 37oC, pH 5.1 ; pada suhu 45oC, pH 6.2 Dalam bioreactors 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 perkembang-biakannya. Kisaran suhu ideal untuk kecepatan reproduksi maksimum kebanyakan bakteri diantara 80° F (27oC) and 105°F (40.5oC). Kisaran pH ideal untuk pertumbuhan bakteri maksimum diantara is 6.5 to 8.5. For lecture only BC Yang

PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP BAKTERI Faktor-faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan reproduksi bakteri adalah: SUHU, KELEMBAPAN, DAN CAHAYA. www.thmemgallery.com Company Logo

PENGARUH LINGKUNGAN TERHADAP BAKTERI Suhu: Berdasarkan kisaran suhu aktivitasnya, bakteri dibagi menjadi 3 golongan: Bakteri psikrofil, yaitu bakteri yang hidup pada daerah suhu antara 0°– 30°C, dengan suhu optimum 15°C. Bakteri mesofil, yaitu bakteri yang hidup di daerah suhu antara 15° – 55°C, dengan suhu optimum 25° – 40°C. Bakteri termofil, yaitu bakteri yang dapat hidup di daerah suhu tinggi antara 40° – 75°C, dengan suhu optimum 25° – 40°C Company Logo

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 Streptococcus lactis 3. Terasi ikan Lactobacillus sp. 4. Asinan buah-buahan buah-buahan 5. Sosis daging Pediococcus cerevisiae 6. Kefin 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.com 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.com Company Logo

Bagian-bagian khamir www.thmemgallery.com 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 (1975-sekarang)

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 15 % UAS 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 A. Mudah didapat B. Jumlah besar C. Harganya murah D. Bila diperlukan ada penggantinya

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 garam-garam 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 : Dibutuhkan hanya satu asam amino, misal asam glutamat utk mensintesis asam amino lainnya dengan transaminasi Kebanyakan kapang dapat menggunakan ammonium sebagai satu-satunya sumber karbon 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 2. Spirochaeta, jika spiralnya halus dan lentur 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 Riboflavin Candida Asam sitrat Cryptococcus Protein Eremothecium Riboflavin Rhodotorula Lipid Saccharomyces Etanol Saccharomycopsis Protein Torulopsis Asam sitrat

Kapang (jamur benang) Tubuh berupa benang tunggal bercabang-cabang (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 Semi-septik 3. Fermentasi Aseptik

Konsistensi Medium Fermentasi Fermenatsi Substrat Padat Fermentasi Semi-padat “Submerged fermentation”

Jalannya fermentasi Fermentasi “Fed-batch” Fermentasi Kontinyu Fermentasi sekali unduh (“Batch”)

Macam-macam fermentasi berdasaerkan produk yang dihasilkan Produksi biomasa sel Enzim mikroba Metabolit Mikroba Produk Rekombinan 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 faktor-faktor yang berpengaruh selama proses Strategi untuk meningkatkan produksi PST, yang dilakukan dengan rekayasa genetika ( genetic engineering ) Dapat di produksi menggunakan mikroorganisme fotosintetik dan non-fotosintetik

Saccharomyces cerevisae sebagai model produksi PST Tingginya kadar protein Tingginya efisiensi proses Tingginya kecepatan pertumbuhan 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.

Kayu Manis (Keningar, Jw) 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)

Perendaman dlm air rendaman tempe pH ↓ Pendinginan (dikeringanginkan) 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 bulu-bulu (trichoma) untuk tempat pertumbuhan miselia kapang. Bubuk inokulum : Kumpulan mikroorganisme yang ditumbuhkan pada tepung beras, tepung ubi kayu yang digunakan sebagai starter fermentasi tempe

Jurusan Teknologi Industri Pertanian FTP-Universitas Brawijaya 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. Fase Permulaan Fase Pertumbuhan yang Dipercepat Fase Pertumbuhan Logaritma Fase Pertumbuhan yang mulai terhambat Fase Stasioner yang maksimum Fase Kematian Dipercepat Fase Kematian Logaritma

Persyaratan Kultur Batch Kondisi kultur harus steril sehingga tercapai produksi biomassa yang maksimum Memperpendek fase lag dan memperpanjang fase logaritma, diaplikasikan untuk produksi metabolit primer Memperpendek fase eksponensial, digunakan untuk produksi metabolit sekunder

Aplikasi Kultur Batch Produksi Biomassa: kondisi kultur mendukung populasi maksimum Produksi metabolit primer: misalnya aseton butanol, asam cuka, asam sitratetanol, enzim dan vitamin 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 Sari buah : apel, anggur, jeruk Sayur-sayuran : pati, kentang Biji2an, gandum : barley, gandum hitam, jagung, gandum 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 Fed-Batch Mampu membuat konsentrasi substrat menjadi sangat rendah. Rendahnya konsentrasi substrat, menguntungkan : Mengubah pengaruh penekanan langsung dari sumber karbon yang digunakan dan membuat kondisi kultur dalam kapasitas aerasi fermentor 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 Populasi meningkat secara kontinyu sebagai hasil pertumbuhan sel Bersamaan dgn meningkatnya populasi, terjadi dua pengenceran kadar sel sebagai akibat penambahan medium baru dan pelimpahan keluar melalui sifon pembuang Kecep kedua proses berlawanan dapat dinyatakan secara matematik : Kecep pertumbuhan (instatneous growth rate) yang berlaku dX/dt = µX D berlaku dX/dt = - Dx

Penggunaan Kultur Kontinyu Untuk memelihara kultur aerobik 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,pupuk Kedele Ampas kcng Ubi kayu Dadih susu Mikroorganisme Agaricus bisporus Rhizopus oryzae Aspergillus oryzae N. Sitophyla Mucor,Khamir,bak teri P. roquefortii Hasil: Produksi jamur Tempe Kecap Oncom Tape Keju

Karakteristik Substrat Padat Fermentasinya mengikutkan kultur campuran dari mikrobial alami dan bibit inokulum Memberikan lingkungan yang selektif untuk sejumlah besar jamur berfilamen dan hanya sedikit dari golongan bakteri Substrat padat alami memberikan sumber energi karbon kompleks dan sumber nutrisi yang bervariasi 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 Substrat padat memerlukan penambahan air dan penambahan nutrisi lainnya Unit fermentasi yang dipergunakan relatif kecil, sedangkan poduknya dihasilkan dlm jumlah besar, sehubungan dengan penambahan air yang relatif sedikit Tidak memerlukan tangki pembibitan mikroorganisme dan hanya menggunakan inokulum dari spora mikroorganisme yang dipergunakan 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 Air Suhu Aerasi Suplemen Ukuran partikel susbtrat padat pH Kerapatan jumlah inokulum Agitasi