26
Mikroba fermentasi OLEH KELOMPOK VI

Mikroba fermentasi

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Materi bioteknologi mengenai mikroba fermentasi

Citation preview

  • Mikroba fermentasiOLEH KELOMPOK VI

  • Pengertian fermentasiFermentasi adalah proses gradual oleh enzim dari mikroorganisme (bakteri, kapang, khamir) (Hidayat dkk, 2006). Menurut Satriawiharja (1992) proses dimana komponen-komponen kimiawi dihasilkan sebagai akibat adanya pertumbuhan maupun metabolism mikroba baik secara aerob maupun anaerob. Secara biokimia, fermentasi diartikan sebagai terbentuknya energi oleh proses katabolisme bahan organik, sedang dalam mikrobiologi industri, fermentasi diartikan lebih luas yaitu sebagai suatu proses untuk mengubah bahan baku menjadi suatu produk oleh massa sel mikroba. Dalam hal ini, fermentasi berarti pula pembentukan komponen sel secara aerob yang dikenal dengan proses anabolisme atau biosintesis.

  • Sifat fermentasiAerob : Memerlukan adanya oksigen untuk melakukan metabolismeAnaerob : Tidak memerlukan oksigen untuk melakukan metabolisme

  • Keunggulan proses fermentasi antara lain :

    1. Penganekaragaman makanan2. Peningkatan masa simpan bahan pangan3. Perubahan sifat-sifat organoleptik menjadi lebih baik4. Peningkatan nilai gizi siap cerna5. Pengurangan/ penghilangan racun pada beberapa bahan pangan6. Beberapa produk hasil fermentasi memiliki efek meningkatkan kesehatan manusia yang mengonsumsinya

  • Penggolongan fermentasiFermentasi dapat digolongkan berdasarkan mikrobanya yaitu Homofermentasi dan HeterofermentasiHomofermentasi adalah fermentasi oleh satu spesies mikroba dominan contohnya pada tempe. Produk-produk homofermentasi antara lain oncom (fermentasi bungkil kacang tanah oleh N. intermedia/N. sitophilus), tempe (fermentasi biji kedelai oleh R. oligosporus) , angkak (fermentasi dari beras oleh M. purpureus menghasilkan warna merah), natto (fermentasi kedelai oleh B. natto/B. subtilis) dan sufu (fermentasi tofu oleh Actinomucor elegans).

  • Heterofermentasi melibatkan lebih dari 1 spesies mikroba, contohnya pada tape.Produk heterofermentasi antara lain tape (dari singkong/beras ketan oleh kapang Amylomyces dan khamir Saccharomyces, Endomyces, Candida), kombucha (minuman the oleh khamir S. bisporus dan Candida Sp & BAL), kecap (fermentasi kedelai oleh A. oryzae/ A. sojae, khamir dan bakteri), tauco (fermentasi kedelai dan beras ketan dengan menggunakan mo yang sama dengan pembuatan kecap), sake (fermentasi beras ketan dengan mo A. oryzae dan S. cerevisae) dan sauerkraut dan pickle (fermentasi sayur dan buah dengan BAL Leu. Mesenteroides dan Lac. Plantarum).

  • Perubahan yang terjadi selama fermentasi antara lain:

    Pati gula sederhana oleh kapang Gula alcohol oleh khamirSelama fermentasi kapang menghasilkan enzim amylase dan glukoamilase, khamir menghasilkan enzim invertase, zimase, karboksilase dan maltase. AA protein alcohol Asam lemak + alcohol ester (komponen cita rasa yang kuat). Fermentasi lebih lanjut kan menghambat mo starter dan perusak. Ph berubah 5,65 -5,15 Total asam meningkat 3,5 mg/100 g 5,2 mg/100 g Gula pereduksi meningkat, setelah 3 hari kemudian turun. Kendungan N meningkat kemudian turun. Kadar HCN turun setelah fermentasi 3 hari.

  • Mikroba yang Berperan Dalam Proses Fermentasi 1. Fermentasi Asam Asetat Bakteri Acetobacter aceti merupakan bakteri yang mula pertama diketahui sebagai penghasil asam asetat dan merupakan jasad kontaminan pada pembuatan wine. Saat ini bakeri Acetobacter aceti digunakan pada produksi asam asetat karena kemampuanya mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat. 2. Fermentasi Asam Laktat Fermentasi asam laktat banyak terjadi pada susu. Jasa yang palingberperan dalam fermentasi ini adalah Lacobacillus sp. Laktosa diubah menjadi asam laktat. Kini asam laktat juga digunakan untuk produksi plastik dalam bentuk PLA. 3. Fermentasi Asam Sitrat Asam sitrat dihasilkan melalui fermentasi menggunakan jamur Aspergillus niger. Meskipun beberapa bakteri mampu melakukan, namun yang paling umum digunakan adalah jamur ini. Pada kondisi aerob jamur ini mengubah gula atau pati menjadi asam sitrat melalui pengubahan pada TCA. 4. Fermentasi Asam Glutamat Asam glutamat digunakan untuk penyedap makanan sebagai penegas rasa. Mula pertama dikembangkan di Jepang. Organisme yang kini banyak digunakan adalah mutan dari Corynebacterium glutamicu.

  • Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi1. pH PH dari media sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Setiap mikroorganisme mempunyai pH minimal, maksimal, dan optimal untuk pertumbuh2. Nutrien Dalam pertumbuhannya mikroba memerlukan nutrient. Nutrien yang dibutuhkan digolongkan menjadi dua yaitu nutrient makro dan nutrient mikro. Nutrien makro meliputi unsur C, N, P, K. Unsur C didapat dari substrat yang mengandung karbohidrat, unsur N didapat dari penambahan urea, sedang unsur P dan K dari pupuk NPK3. Temperatur Mikroorganisme mempunyai temperature maksimal, optimal, dan minimal untuk pertumbuhannya. Temperatur optimal untuk yeast berkisarantara 25-30C dan temperature maksimal antara 35-47C. Beberapa jenis yeast dapat hidup pada suhu 0C. Temperatur selama fermentasi perlu mendapatkan perhatian, karena di samping temperature mempunyai efek yang langsung terhadap pertumbuhan yeast juga mempengaruhi komposisi produk akhir. Pada temperature yang terlalu tinggi akan menonaktifkan yeast. Pada temperature yang terlalu rendah yeast akan menjadi tidak aktif.

  • Komponen yang diperlukan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi1.AirSemua proses fermentasi, kecuali solid-substrat fermentasi, memerlukan sejumlah besar air. Di banyak kasus juga menyediakan elemen mineral. Tidak hanya Air merupakan komponen utama dari semua media, tetapi penting untuk peralatan pendukung dan pembersihan2.Sumber karbonSumber karbon yang umum digunakan adalah karbohidrat, antara lain; serealia, umbi ketela pohon, jagung dan lain-lain. 3.Sumber NitrogenKebanyakan mikroba industri dapat memanfaatkan baik anorganik dan organik sumber nitrogen. Nitrogen anorganik mungkin disediakan sebagai garam amonium, amonium sulfat seringkali dan diamonium hidrogen fosfat, atau amonia. Amonia juga dapat digunakan untuk mengatur pH fermentasi. 4.MineralMg, P, K, S, Ca, dan Cl merupakan komponen penting dalam medium fermentasi selain Cu, Co, Fe, Mo, Zn yang merupakan sumber mineral untuk mikroorganisme dalam fermentasi.

  • 5.Vitamin dan factor pertumbuhan Banyak bakteri dapat mensintesis semua vitamin yang diperlukan dari elemen dasar. Untuk bakteri lainnya, jamur berfilamen dan ragi, mereka harus ditambahkan sebagai suplemen untuk media fermentasi. Paling alami karbon dan nitrogen Sumber juga mengandung setidaknya beberapa dari yang diperlukan vitamin sebagai kontaminan ringan 6.Buffer Buffer merupakan zat untuk mengendalikan atau menjaga pH medium. Biasanya pH medium dipertahankan sekitar pH netral. Misalnya, Ca , garam pospat, protein, pepton, asam amino. 7.Oksigen Tergantung pada jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh organisme, itu mungkin diberikan dalam bentuk udara yang mengandung sekitar 21% (v / v) oksigen, atau kadang-kadang sebagai oksigen murni ketika persyaratan yang sangat tinggi.Organisme Kebutuhan oksigen dapat bervariasi tergantung pada sumber karbon. Untuk fermentasi sebagian udara atau suplai oksigen penyaring disterilkan sebelum disuntik dalam fermentor tersebut.8.Antifoams Antifoams diperlukan untuk mengurangi pembentukan busa selama fermentasi. Busa ini terutama disebabkan oleh protein Media yang menjadi melekat pada antarmuka udara-kaldu di mana mereka mengubah sifat sesuatu benda untuk membentuk busa yang stabil.Jika tidak dikontrol busa dapat menghalangi filter udara, yang mengakibatkan kerugian kondisi aseptik, fermentor menjadi terkontaminasi dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan.

  • Prinsip-prinsip fermentasiAgar fermentasi dapat berjalan dengan optimal, maka harus memperhatikan faktor-faktor berikut ini: 1. Aseptis: bebas kontaminan.2. Komposisi medium pertumbuhan.3. Penyiapan inokulum4. Kultur5. Tahap produksi akhir.

  • Desain bioreaktorIstilah fermenter (bioreaktor) digunakan untuk tempat fermentasi. Pada prinsipnya fermenter harus menjamin pertumbuhan mikroba dan produk dari mikroba di dalam fermenter. Semua bagian di dalam fermenter pada kondisi yang sama dan semua nutrien termasuk oksigen harus tersedia merata pada setiap sel dalam fermenter dan produk limbah seperti; panas, CO2, dan metabolit harus dapat dikeluarkan (remove).wadah perlu didesain sedemikian rupa sehingga proses dalam wadah dapat dimonitor dan dikontrol. Wadah (fermenter) memberikan kondisi lingkungan fisik yang cocok bagi katalis sehingga dapat berinterkasi secara optimal dengan substrat. Desain fermenter mulai dari yang sederhana (tangki dengan putaran) sampai yaang integrated system dengan komputer.

  • Reaksi fermentasi multifase

    1. Fase gas (mengandung N2, O2 dan CO2)2. Fase cair (medium cair dan substrat cair), dan3. Fase padat.

  • Syarat fermenterUntuk mendapatkan sistem fermentasi yang optimum, maka fermenter harus memenuhi syarat sebagai berikut:1. Terbebas dari kontaminan2. Volume kultur relatif konstan (tidak bocor atau menguap)3. Kadar oksigen terlarut harus memenuhi standar4. Kondisi lingkungan seperti: suhu, pH harus terkontrol. Stirred tankreactor system model yang banyak dipakai.

  • Sistem fermenterSistem fermenter tertutup dan terbuka:1. Tertutup, semua nutrien ditambahkan pada awal fermentasi dan pada akhir fermenetasi dikeluarkan bersama produknya. Sebagai contoh: pembuatan bir (brewing), antibiotik, dan enzym.2. Terbuka, secara kontinyu (terus menerus) terjadi pemasukan medium kultur dan pengeluaran medium bersama produk. Sebagai contoh: SCP (petrokimia).

  • Tipe FermenterFermenter berdasarkan tipenya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu:1. Septis untuk pembuatan pengembang roti, bir (brewing).2. Aseptis untuk memproduksi fine porduct seperti: antibiotik, asam amino, polisakarida dan single cell protein (SCP).Fermenter berdasarkan skala produksinya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu: 1. Skala kecil (small scale); untuk industri rumah tangga (home industri). 2. Skala besar (large scale); untuk industri skala besar (petrokimia industri).

  • Desain MediaMedium untuk fermentasi biasa disebut substrat. Biasanya pada teknologi fermentasi digunakan bahan dasar yang mengandung karbon. Oleh karena itu, kebanyakan berasal dari tumbuhan dan sedikit dari produk hewani.1. Gula, bahan makanan yang mengandung gula mudah dan relatif mudah didapatkan untuk proses biotek.2. Pati, jagung, padi, ganum, kentang, dan pohong (kassava) didegradasi menjadi gula sederhana (monosakarida) dengan hidrolisis sebelum fermentasi. Pati juga dapat digunakan sebagai bahan bakar non minyak (etanol).3. Selulosa4. Substrat dari limbah industri: Molase (tetes tebu), mengandung 50 % gula sebagai substrat untuk produksi antibiotik, asam organik. Whey (air dadih), Damen dan ampas tahu, bahkan urine hewan ternak.

  • Jenis substratBerdasarkan bentuknya substrat dapat dibedakan menjadi:1. Substrat cair (air anggur)2. Substrat semi cair (yoghurt)3. Substrat padat digunakan untuk produksi tempe, oncom, kecap, kompos dsb. Solid substrate fermentation (SSF), melibatkan jamur berfilamen, yeast atau streptomyces.

  • Pola Pertumbuhan

    Dasar pertumbuhan mikroba dapat dilihat dari laju pertumbuhan ditetapkan terdiri dari beberapa fase :Fasa awal (lag), merupakan masa penyesuaian mikroba, sejak sel mikroba diinokulasikan ke media biakan. Fase Logaritma (eksponensial), merupakan fase pertumbuhan cepat mulai terjadi reproduksi selular. Fase Stationer, merupakan fase pertumbuhan berhenti, konsentrasi biomassa mencapai maksimal dan menyebabkan terjadinya modifikasi stniktur biokimiawi sel.Fase Kematian/Penurunan, merupakan fase yang ditandai oleh berkurangnva jumlah sel hidup (viable) dalam media akibat terjadinva kematian (mortalitas) yang diikuti oleh otolisis oleh enzim selular

  • Produk hasil fermentasiMetabolit primer adalah senyawa yang termasuk produk-produk akhir yang memiliki bobot molekul rendah, yang digunakan sebagai senyawa pembangun makromolekulSenyawa yang paling penting adalah asamasam amino, nukleotida-nukleotida dan pirimidin serta vitamin-vitamin.Metabolit sekunder adalah molekul-molekul yang disintesa oleh beberapa mikroorganisme tertentu, biasanya diilakukan pada akhir siklus pertumbuhan. Meskipun tidak dibutuhkan untuk pertumbuhannya, namun metabolit-metabolit sekunder dapat bersifat sebagai nutrien darurat untuk bertahan hidup. Metabolit sekunder yang paling dikenal adalah : antibiotika, mikotoksin, steroid dan pigmen.

  • Tahapan fermentasi

    Kriteria mikroorganisme industri adalah:1. Strain sel tersebut harus merupakan kultur yang murni.2. Secara genetic strain tersebut harus stabil.3.Sel tersebut harus dapat memproduksi sel vegetatif, spora atau unit-unit reproduktif lainnya.4. Strain tersebut harus mampu tumbuh dengan cepat dan kuat setelah diinokulasi (daya adaptasi tinggi).5.Strain tersebut harus dapat menghasilkan produk yang diinginkan daalam jangka waktu yang pendek6. Strain tersebut mampu melindungi dirinya dari kontaminan, berupa penurunan pH, mampu tumbuh pada suhu yang tinggi, mampu cepat menghasilkan inhibitor microbial yang diinginkan.7. Strain tersebut mampu disimpan untuk jangka waktu yang lama sekali.8.Strain tersebut mampu memproduksi produk yang diinginkan tanpamenghasilkan senyawa lain yang bersifat beracun, serta senyawa yang dihasilkan tersebut mudah untuk dipisahkan dari bahan-bahan lain.

  • Cara memperoleh mikroba

    1.Isolasi pemisahan suatu kultur mikroba dari campuran biakan mikroba di alamuntuk memperoleh sel individu yang diinginkan untuk industri.Hal-hal yang harus diperhatikan: menentukan sampel apa yang akan diambil dari alam, lokasi dan media apa yang akan digunakan.2.Seleksi.Tujuan untuk mendapatkan galur dengan kinerja terbaik, rendemen lebih tinggi, tidak menghasilkan produk sampingan yang tidak dikehendaki, peningkatan kemampuan penggunaan sumber C dan N yang murah, penurunan biaya produksi, perubahan morfologi sel menjadi bentuk yang lebih mudah dipisahkan dari produk dengan pendekatan genetik.3.Identifikasi.Metode untuk identifikasi mikroba adalah dengan menggunakan ciri/karakteristik: morfologi, nutrisional, kultural, metabolik, susunan kimiawi, susunan antigen, patogenik, dan genetik.

  • Kriteria mikroorganisme yang dimanfaatkan dalam industri

    Mikroba yang dimanfaatkan dalam industri harus memenuhi kualifikasi:1.Mampu berkembang cepat dalam media yang disediakan dan mudah dibudidayakan dalam jumlah yang besar.2.Mampu bertahan dengan sifat fisiologi konstan pada kondisi yang diinginkan, menghasilkan enzim-enzim yang diperlukan, serta melangsungkan perubahan kimia yang diinginkan.3.Pada kondisi seperti itu, mikroba harus mampu melangsungkan transpormasi-transpormasi dengan relatif sederhana dan dalam kondisi lingkungan yang dimodifikasi. Karena reaksi enzimatik pada umumnya eksotermik, maka tidak perlu menggunakan energi luar yang besar kuantitasnya.4.Dapat disimpan dalam jangka waktu yang panjang.5.Dapat dikembangkan dengan rekayasa genetik.

  • Kelemahan penggunaan mikroba dalam industri makananSalah satu kelemahan dari penggunaan mikroba dalam industri makanan adalah dapat menyebabkan keracunan. Beberapa senyawa racun yang dapat menyebabkan intoksikasi adalah:1.Bakteri.a.clostridium botulinum. Senyawa beracun yang diproduksiclostridium botulinumdisebutbotulinindan keracunan yang ditimbulkan akibat mengkonsumsi makanan yang mengandungbotulinindisebutbotulisme.Botulininmerupakan neurotoksin yang sangat berbahaya bagi manusia dan sering akut dan menyebabkan kematian.b.Pseudomonas cocovenenans Senyawa beracun yang dapat diproduksi olehPseudomonas cocovenenansadalah toksoflavin dan asam bongkrek. Bakteri ini yang menyebabkan terbentuknya toksin dalam tempe bongkrek.2.Kapang. Mikotoksin merupakan senyawa beracun yang diproduksi oleh kapang (mold) atau jamur. Toksin yang terbentuk terdifusi ke dalam makanan sehingga kebiasaan menghilangkan atau mengerok kapang dari permukaan makanan tidak dapat menghilangkan bahaya racun yang sudah terlanjur tersebar. Karena itu cara tersebut sebaiknya dihindarkan.

  • SekianTerima Kasih