BIOINDUSTRI:Definisi dan Ruang Lingkup

Nimas Mayang Sabrina S, STP, MPLab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas BrawijayaEmail : nimas.sunyoto@ub.ac.id

1. PENDAHULUAN- Pengantar- Tujuan- Definisi

2. ERA BIOTEKNOLOGI2.1 Pra-Pasteur2.2 Pasteur2.3 Antibiotik2.4 Pasca-Antibiotik2.5 Modern

3. RUANG LINGKUP BIOINDUSTRI

3.1 Batasan Pokok Proses Bioindustri3.2 Skala Aplikasi Bioindustri3.3 Bidang-Bidang yang Dipelajari3.4 Bioteknologi Modern3.5 Global Trend in Bio-Product Industry

4. KETERKAITAN SUMBER DAYA DALAM BIOINDUSTRI

1. PENDAHULUAN1.1 Pengantar

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 bagiah dari bioteknologi, yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi.

Sasaran akhir yang dituju dalam studi definisi dan lingkup Bioindustri adalah Mampu memahami pengertian dan ruang lingkup bioindustri serta keterkaitan sumberdaya dalam bioindustri

1.2 TujuanPenguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan dasar Bioindustri, akan dapat Mengetahui pengertian dan ruang lingkup bioindustri serta

keterkaitan sumberdaya dalam bioindustri Mengamati pengertian dan ruang lingkup bioindustri serta

keterkaitan sumberdaya dalam bioindustri Mengidentifikasi pengertian dan ruang lingkup bioindustri serta

keterkaitan sumberdaya dalam bioindustri

1

SELF-PROPAGATIN

G ENTREPREN

EURIAL EDU

CATION

DEVELOPM

ENT

(SPEED)

Minggu 1

MODUL

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

1.3 Definisi

Bioindustri secara umum adalah: aplikasi bioteknologi dalam bidang industri. Definisi dari Bioteknologi adalah prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan

kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis yang menghasilkan barang dan jasa.

Jadi, Bioindustri adalah salah satu bagiah dari bioteknologi, yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi.

2. ERA BIOTEKNOLOGI

Era dalam bioteknologi dibagi menjadi lima yaitu era pra-pasteur, era pasterur, era antibiotika, era pasca-antibiotika dan era bioteknologi modern.

2.1 Era Pra-Pasteur

Era pasteur diawali sebelum tahun 1900. Era ini ditandai oleh adanya pembuatan alkohol dan vinegar (cuka). Ciri utama dari era ini adalah adanya pemanfaatan atau pendayagunaan mikroba untuk pengawetan dan atau pembuatan makanan atau minuman.

Perkembangan teknologi fermentasi pada era ini juga ditandai dengan dimulainya produksi fermentasi dalam skala besar di Arab yang dimulai pada tahun 1700. Pda tahun 1757 telah dimulai pengembangan proses dengan menggunakan termometer dan pemindahan panas mulai digunakan pada tahun 1801. Pada perkembangannya, fungsi khamir dalam fermentasi alkohol mulai dikembangkan pada pertangahan abad ke 19, sedangkan pada akhir abad 19, kultur murni khamir pada pembuatan starter mulai digunakan.

Pada awalnya produksi vinegar atau cuka didapatkan secara tidak sengaja dari oksidasi wine karena pengaruh perkembangan mikroba liar. Selanjutnya kemudian digunakan generator yang diikuti oleh medium penyangga. Konsep proses kemudian diperkenal pada akhir abad ke 19 dan awal abad 20 dengan digunakannya medium yang dipasteurisasi dan ditambah 10% vinegar yang baik

Page 2 of 10

1940 1960 1976 1975-NowBefore 1865

www. demedici.com

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

untuk dijadikan asam dan mencegah terjadinya kontaminasi. Selain pembuatan alkohol dan vinegar dilakukan juga perbaikan teknologi

fermentasi oleh mikroorganisme, seperti minuman beralkohol (bir, anggur, sake), keju, yoghurt, tempe, oncom, dan acar.

2.2 Era PasteurTahap kedua disebut dengan era pasteur

yang dimulai pada tahun 1900-1940. Era ini merupakan masa pengembangan industri fermentasi. Pada era ini mulai dikembangkan produk baru seperti etanol, massa sel khamir, gliserol, asam sitrat, asam laktat, aseton-butanol, asam organik, dan perlakuan terhadap air buangan. Dikenal juga pembuatan ragi roti secara aerob sehingga sel tumbuh dengan cepat. Jika proses pembuatan ragi roti dilakukan dalam keadaan anaerob, maka yang terbantuk bukanlah ragi roti melainkan alkohol. Permasalahan yang dihadapi pada proses produksi massa sel khamir ini adalah pada konsentrasi sumber karbon awal (wort). Pertumbuhan sel diketahui lebih dibatasi oleh kemampuan penggunaan sumber karbon daripada oksigen. Pertumbuhan sel sangat dipengaruhi oleh penambahan sumber karbon dalam jumlah kecil selama proses. Teknik ini kemudian disebut sebagai teknik fed-batch dan digunakan secara luas sampai sekarang dalam industri fermentasi dengan oksigen sebagai pembatas. Selain produksi ragi roti, pada era ini juga diproduksi aseton butanol secara aseptis selama Perang Dunia II yang dipelopori oleh Weizmann.

2.3 Era AntibiotikTahap ketiga dikenal dengan era antibiotik.

Pada era ini diproduksi penicillin, vaksin virus, dan teknologi kultur sel hewan. Pinicilin dihasilkan dari penggunaan kultur sub-merged secara aseptis. Perlakuan secara aseptis diperlukan karena produksi penicilin secara aerob yang sangat rentan dengan adanya kontaminasi, terutama dengan masuknya udara dalam jumlah yang besar. Perkembangan dalam produksi pinicilin ini juga diikuti dengan pengembangan strain yang dilakukan dalam skala pilot-plant. Pada tahapan ini, bahkan sampai sekarang, banyak ditemukan berbagai proses baru di antaranya adalah jenis antibiotik yang lain, vitamin, gibrelin, asam amino, enzim, dan ransformasi steroid.

2.4 Era Pasca-AntibiotikPasca antibiotik dimulai pada tahun 1960 samapi sekarang. Era ini ditandai

dengan adanya sejumlah perusahaan besar yang meneliti protein sel tunggal untuk ternak. Pda tahapan ini dilakukan pengembangan tahap ketiga dalam skala yang lebih besar sehingga diharapkan akan dihasilkan harga jual yang lebih rendah. Pada tahapan in mulai diperhatikan kontrol peralatan dan proses dengan menggunakan kontrol terkomputerisasi. Di samping itu juga dilakukan penelitian terhadap strain yang digunakan melalui rekayasa genetika. Beberapa contoh produk alam era ini antara lain asam-asam amino, eludasi struktur DNA, protein sel tunggal, enzim untuk detergen, produk farmasi (interferon, hormon, vaksin), teknologi

Page 3 of 10

www.herbarium.usu.edu

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

rekombinan DNA.

2.5 Era ModernEra modern ini dimulai sejak tahun 1975 sampai

sekarang. Pada tahpan ini mulai diteliti dan dikembangkan senyawa yang tidak umum dihasilkan oleh mikrobia, seperti interferon dan insulin melalui rekayasa genetika. Pelibatan unsur rekayasa genetika dirasa mulai sangat mendominasi pada era ini. Selain interferon dan insulin, diproduksi pula produk-produk konvensional lain termasuk produk pangan. Selain itu diproduksi pula zat antibodi monoklonal, hormon insulin dan hormon pertumbuhan ikan tuna melalui rekayasa genetika.

Perkembangan Era Bioteknologi /Bioindustri

Di negara maju kemajuan bioteknologi sangat menentukan hal-hal yang dikerjakan oleh pihak industri. Kemajuan bioteknologi berpengaruh terhadap ketersediaan bahan baku dan efisiensi serta efektifitas proses pada industri yang melibatkan kerja mikroba sebagi pemeran utama. Di negara-negara maju perusahaan bioindustri sudah banyak menggunakan prinsip-prinsip pembangkitan energi, pembersihan lingkungan, bioremediasi, produksi pangan dengan menggunakan prinsip-prinsip rekayasa genetika. Sebaliknya, di negara-negara berkembang, perkembangan industri masih ditentukan oleh bioteknologi “lama” yang belum memanfaatkan rekayasa genetika. Pada umumnya masih menggunakan mikroorganisme indogenous.

3. RUANG LINGKUP BIOINDUSTRI3.1 Batasan Pokok Proses Bioindustri

Proses utama yang dilakukan dalam bioindustri adalah fermentasi. Fermentasi dapat diartikan sebagai peruabhann gradual oleh enzim dan beberapa bakteri, khamir dan jamur. Contoh perubahan dari proses ini antara lain adalah proses pembuatan yogurt atau pengasaman susu, proses fermentasi yang menghasilkan alkohol, dan oksidasi senyawa nitrogen organic. Dalam pelaksanaannya bioindustri dipengaruhi oleh beberap afaktor di antaranya:

Agen biologisAgen biologis yang digunakan dalam bioindustri berupa mikroba, bakteri, kapang dan khamir. Agar mendapatkan hasil yang optimal, agen biologis ini harus memenuhi beberapa kriteria di antaranya:a. Murni

Untuk proses-proses tertentu diperlukan kultur mikroba yang murni. Untuk menjaga kemurniannya, maka kesterilan proses harus dijaga. Akan tetapi pada proses yang lain terkadang lebih diuntungkan jika memakai kultur campuran, karena dirasa lebih mudah dalam pengoperasiannya. Proses dengan menggunakan kultur murni lebih susah dalam operasionalnya dan lebih rentan

gagal. Sebagi contoh adalah dalam pembuatan tempe. LIPI mempunyai kultur murni kapang yang digunakan dalam produki tempe akan tetapi para pengusaha lebih cenderung untuk menggunakan kultur campuran dimaksudkan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Page 4 of 10

t .com

www.lilomaternity.com

www.khairul-anas.blogspot.com

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

Contoh lain juga diterapkan dalam pembuatan tape di Malaysia. Dalam proses tersebut digunakan kultur campuran ragi yang diharapkan dapat menghasilkan tape dengan kadar alkohol yang rendah. Diharapkan penggunaan kultur campuran juga memperhatikan kebutuhan nutrisi mikroorganismenya sehingga didapatkan mikroba denga model suksesi yaitu mikroba yang tidak saling bersaing akan tetapi justru saling mendukung dalam pembentukan produk.

b. UnggulSifat yang harus ada pada mikrob ayng digunakan adalah sifat yang

unggul, di mana pada kondisi optimal proses yang diberikan, mikroba yang digunakan dapat menghasilkan produk sesuai target yang ingin dicapai, bila dapat, dengan menggunakan sumber daya yang minimal. Salah satu upaya yang dapat dijalankan untuk meningkatkan keunggulan bakteri adalah dengan menerapkan metode rekayasa genetika.

c. StabilSifat stabil yang dimiliki oleh bakteria diharapkan dapat memberikan hasil

yang tetap, tidak mudah mengalami perubahan karean pengaruh mutasi dan lingkungan.

d. Bukan patogenSedapat mungkin mikroba yang digunakan untuk proses bioindustri adalah

mikroba yang aman, bukan mikroba patogen yang dapat menimbulkan penyakit, baik bagi manusia, hewan ataupun tanaman. Jika terpaksa digunakan, sebagai contoh adalah untuk memproduksi bahan kimia tertentu, maka mikroba patogen harus dijaga agar tidak menimbulkan akibat samping pada lingkungan.

Bahan dasarBahan dasar yang digunakan dalam bioindustri dapat berasal dari hasil

pertanian, perkebunan maupun limbah industri. Lebih lanjut, materi ini kaan disampaikan pada bab Bahan Baku Bioindustri. Bahan dasar tersebut harus memenuhi syarat sebagai berikut:a. Mudah didapatb. Jumlahnya besarc. Murah harganyad. Bila diperlukan ada penggantinya

Beberapa contoh bahan dasar yang umum digunakan pada negara berkembang adalah molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat, sabut kelapa, ampas tebu, ampas biji-bijian, kotoran binatang, air limbah, sampah sebagai komponen pupuk, sisa pabrik minyak sawit dan limbah yang lainnya.

Sifat-sifat proses

Sifat-sifat proses yang digunakan dalam bioindustri harus sesuai dengan kondisi hidup optimal mikroba yang digunakan. KOndisi tersebut dapat berupa kondisi fermentasi aerob atau anaerbo, medium padat atau cair serta proses produksi tertutup atau kontinyu. Perbedaan kondisi tersebut pada akhirnya akan berpengaruh pada :a. tipe fermentor yang digunakanb. optimasi lingkungan yang meliputi pH, aerasi, suhu, dan kadar nutrientc. macam alat bantu seperti sumber air, listrik dan kompresord. cara pengambilan, pemurnian hasil dan sterilisasi

Pilot plantSkala pilot plant merupakan skala transisi antara skala laboratorium dan skala industri. Tujuan dari penerapan pada skala pilot plant ini adalah untuk mengetahui kelayakan suatu produk yang telah diteliti pada skala laboratorium

Page 5 of 10

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

untuk diterapkan pada skala industri. Dengan penerapan skala pilot plant ini diharapkan resiko kegagalan pada penerapan skala industri dapat dikurangi hingga mencapai 75%.

Faktor sosial ekonomiFaktor sosial ekonomi pada bioindustri ini berkaitan dengan aspek ekonomi yang sering harus diperhatikan, yang meliputi manusia (men), uang atau modal (money), bahan baku (materials), metode (methods), mesin (machines) dan pasar (market). Penjelasan mengenai aspek-aspek tersebut dibahas dalam sub bab 4.1.

3.2 Skala Aplikasi Bioteknologi

• LaboratoriumPada skala laboratorium dilakukan penyeleksian mikroorganisme, sel baik tanaman maupun hewan atau diskripsi kerja enzim.

• Skala Pilot Pada skala pilot plan mulai menerapkan kondisi-kondisi operasi yang dioptimalkan.

• Skala IndustriPada skala industri proses-proses terkait dilaksanakan dengan mempertimbangkan pertimbangan ekonomi industri

3.3 Bidang-Bidang yang Dipelajari Terdapat beberapa bidang tang berkaitan dengan bioindustri di antaranya:

Industri pertanian (agroindustri)Pada bidang industri pertanian, bioindustri diterapkan mulai dari up-stream

(hulu) sampai pada down-stream (hilir). Pada agroindustri hilir, bioindustri diterapkan pada proses penghasilan prosuk pendukung sarana pertanian secara kompleks. Bioindustri mampu menghasilkan pupuk kompos atau pupuk kandang yang merupakan hasil fermentasi bahan-bahan organik oleh mikroba-mikroba yang ditambahkan, selain itu juga dihasilkan produk pestisida ramah lingkungan. Beberapa tahun belakangan rekayasa genetika juga telah banyak menghasilkan strain unggul benih yang dapat digunakan dalam industri pertanian hulu.

Dalam industri pertanian hilir banyak sekali diterapkan metode bioindustri di antaranya adalah produksi bioetanol, mono sodium glutamate, asam amino, keju dan produk lain yang berasal dari kerja mikroba.

Kedokteran dan Farmasi Pada bidang kedokteran dan farmasi dihasilkan beberapa produk bioindustri

seperti dihasilkannya insulin dan berbagai macam vitamin.

Lingkungan Dalam bidang lingkungan, bioindustri dinilai dapat memberikan sumbangsih

pada metode yang bermanfaat bagi proses biodegradasi dan bioremediasi.

3.4 Bioteknologi modern

Page 6 of 10

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

Penelitian dan pengembangan produk fermentasi harus dapat diaplikasikan pada:• 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

3.5 Tren dalam Industri Produk Hayati (Bio-Product)

Kesehatan: farmasi, kosmetik, perlengkapan perawatan tubuh, aroma dan minyak wangi.

Energi:bio-diesel, etanol, bahan tambahan bahan bakar, pembakaran biomasa, minyak tanaman, fluida transmisi dan pelumas.

Biokimia: Pelapis, film yang dapat terdegradasi, polimer, plastik, tinta, cat, pigmen, gum, adhesives, agrokimia, sabun, deterjen, bahan-bahan organik untuk industri, bahan kimia, produk pengendali secara biologis, agen pembersih, larutan, surfaktan, dan tinta.

Produk-produk Lingkungan:Kertas dan papan, biokomposit, serat, kain dan serat kain.

4. KETERKAITAN SUMBERDAYA dalam BIOINDUSTRI4.1 Sumberdaya yang Harus Diperhatikan dalam Industri

Sumberdaya yang harus diperhatikan ;

1. Men (manusia):

Yang dimaksud dengan manusia di sini adalah tenaga kerja yang menjadi roda penggerak bagi bioindustri. Tenaga kerja tersebut meliputi tenaga kerja operasional hingga pada tataran manajemen tingkat atas sebagai pengambil keputusan. Yang menjadi perhatian penting bagi bioindustri adalah adanya tenaga profesional yang mengerti mengenai sifat dan karakteristik dari system bioindustri yang digunakan sehingga mampu meningkatkan efisiensi dan efektifitas proses produksi dengan melakukan peningkatan kualitas secara berkesinambungan.

2. Money (uang, utk modal usaha)

Pengertian money adalah semua alat dan bahan harus dibeli dan dipelihara dengan uang. Perusahaan bioindustri di Indonesia umumnya adalah perusahaan modal asing (PMA) yang berasal dari luar negeri seperi PT Cheil Jedhang atau PT Ajinomoto. Akan tetapi terdapat pula perusaahan bioindustri yang berasal dari penanaman modal dalam negeri seperti PT Molindo Raya Industrial di Lawang,

Page 7 of 10

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

Malang.

3. Materials (material)

Material merupakan bahan baku utama, pembantu, sangat menentukan kelancaran proses. Bahan baku bioindustri sangat melimpah jumlahnya di Indonesia sehingga banyak terdapat perusahaan asing yang menanamkan modal di Indonesia. Contohnya PT Ajinomoto yang memproduksi mono-sodium glutamate dengan bahan baku berupa molase yang mempunyai ketersediaan melimpah di Indonesia karena banyak terdapat pabrik gula.

4. Method (metode):

Method ini berkaitan dengan suatu cara melaksanaan manajemen dalam perusahaan yang menentukan penghasilan keuntungan bagi perusahaan. Selain itu juga diatur mengenai pengoptimalan sumber daya perusahaan yang terbatas untuk dapat menghasilkan produk yang optimal dan sesuai dengan standar permintaan konsumen.

5. Machines (mesin):

Hal ini berkaitan dengan teknologi yang diterapkan pada perusahaan utnuk melakukan pross produksinya. Semakin canggih teknologi semakin besar modal yang dibutuhkan.

6. Market (pasar):

Pasar bagi produk bioindustri berarti adalah seluruh konsumen yang potensial untuk memanfaatkan produk hasil bioindustri. Industri berjalan dengan baik jika pasar memang menjanjikan. Untuk meningkatkan minat pasar pada produk bioindustri, maka harus diterapkan strategi-strategi pemasaran yang sesuai.

4.2 Faktor-Faktor Lain yang Harus Diperhatikan

Page 8 of 10

6M

Men (Manusia)

Materials (Material)

Market (Pasar)

Money (Modal)

Methode (Metode)

Machines (Mesin)

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

Penentu kelancaran proses/ kemajuan bioindustri

• 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

Faktor-faktor penting dalam kemajuan 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

Page 9 of 10

Lingkungan Umum

Perusahaan

D

G

E

AHukum

Demografi

Kebudayaan Pendidikan

Bioindustri / Ruang lingkup 2012Brawijaya University

REFERENSIHidayat , N., Padaga, M., dan Sri Suhartini. 2006. Mikrobiologi Industri. Andi Offset:

Yogyakarta

Kohler, G.A. 1996. Bioindustry. California Researh Bureau. Sacramento.

Mangunwidjaja, D. dan Suryani, A. 1994. Teknologi Bioproses. Penebar Swadaya

Petrides. D.P, Calandranis, N.J. and Conney, C.L. 2006. Dalam Brock, T.d et al, Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2 nd ed. ASM Press, Washington, D.C.

PROPAGASIA. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal)

1. Bandingkan perkembangan bioindustri negara maju dan berkembang ?

2. Beri contoh-contoh produksi produk-produk bioteknologi menjadi bioindustri yang

saudara ketahui ( boleh di dalam dan di luar negeri)!

B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri)

1.Mengapa bioindustri di negara berkembang sulit maju?

2. Apa yang dimaksud bioremediasi?

3. Manfaat rekayasa genetika apa diperoleh dalam bioindustri?

4. Apa saja Input-Proses-Output Bioindustri?

5. Apa syarat peralatan dalam bioindustri?

Page 10 of 10