DASAR-DASAR FERMENTASI

OLEH:NI NYOMAN PUSPAWATI,S.TP.,M.Si.

Jurusan Ilmu dan Teknologi PanganFakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayanan2011

STERILISASI

OLEH:NI NYOMAN PUSPAWATI,S.TP.,M.Si.

PENDAHULUAN

Mikroba berperanan penting pada proses Mikroba berperanan penting pada proses fermentasi.fermentasi.

Produk hasil fermentasi dihasilkan oleh Produk hasil fermentasi dihasilkan oleh mikroba tertentu dalam suatu media yg mikroba tertentu dalam suatu media yg mengandung nutrisi.mengandung nutrisi.

Proses fermentasi sangat riskan/beresiko Proses fermentasi sangat riskan/beresiko sering terjadi kontaminasi.sering terjadi kontaminasi.

Kontaminasi :Kontaminasi :

terganggunya proses fermentasi terganggunya proses fermentasi karena adanya benda/mahluk yg tidak karena adanya benda/mahluk yg tidak diinginkan (kontaminan)diinginkan (kontaminan)

Kontaminan al:Kontaminan al:

- fisik --- fisik -- batu, ranting, paku dll batu, ranting, paku dll

- kimia --- kimia -- detergen, desinfektan detergen, desinfektan

- mikrobiologis --- mikrobiologis -- kapang, khamir, kapang, khamir, bakteri bakteri

Hal-hal yg terjadi bila proses fermentasi terkontaminasi Hal-hal yg terjadi bila proses fermentasi terkontaminasi mikroba al:mikroba al:1. Media pertumbuhan akan mendukung mikroba 1. Media pertumbuhan akan mendukung mikroba yg diinginkan dan mikroba kontaminan --yg diinginkan dan mikroba kontaminan -- shg shg produktivitasnya menurunproduktivitasnya menurun

2. Jika fermentasinya sistem kontinyu --2. Jika fermentasinya sistem kontinyu -- mikroba mikroba kontaminan dpt tumbuh semakin subur, dpt kontaminan dpt tumbuh semakin subur, dpt mengalahkan mikroba produksi bahkan dpt mengalahkan mikroba produksi bahkan dpt menggantikan fungsi dr mikroba produksimenggantikan fungsi dr mikroba produksi

3. Mikroba kontaminan dpt masuk pada produk 3. Mikroba kontaminan dpt masuk pada produk akhir akhir fermentasi.fermentasi.

4. 4. Mikroba kontaminan dpt menghasilkan Mikroba kontaminan dpt menghasilkan senyawa2 yg dpt mempersulit proses senyawa2 yg dpt mempersulit proses ekstraksi akhir.ekstraksi akhir.

5.5. Mikroba kontaminan dpt merusak produk Mikroba kontaminan dpt merusak produk akhir yg dihasilkan.akhir yg dihasilkan.

6.6.Kontaminan dpt berupa bakteriofage yg Kontaminan dpt berupa bakteriofage yg menyebabkan sel mikroba yg diinginkan menyebabkan sel mikroba yg diinginkan mjd lisis/pecah.mjd lisis/pecah.

Pencegahan kontaminasi dpt dilakukan Pencegahan kontaminasi dpt dilakukan dg cara:dg cara:

1. Menggunakan mikroba/isolat/inokulum 1. Menggunakan mikroba/isolat/inokulum murnimurni

2. Media yg digunakan harus disterilkan2. Media yg digunakan harus disterilkan

3. Tempat fermentasi/fermentor yg 3. Tempat fermentasi/fermentor yg digunakan digunakan harus disterilkan harus disterilkan

4. Bahan-bahan pembantu yg digunakan 4. Bahan-bahan pembantu yg digunakan dlm dlm proses fermentasi harus proses fermentasi harus sterilsteril

5. Menjaga kondisi (proses) fermentasi 5. Menjaga kondisi (proses) fermentasi tetap dalam tetap dalam keadaan aseptis/steril keadaan aseptis/steril

Kondisi lingkungan pada saat Kondisi lingkungan pada saat fermentasi harus diatur shg sesuai fermentasi harus diatur shg sesuai utk pertumbuhan mikrobanya, spt: utk pertumbuhan mikrobanya, spt: pH, suhu, nutrisi, RH, aerasi, oksigen pH, suhu, nutrisi, RH, aerasi, oksigen terlarut dll.terlarut dll.

Uap (panas) umumnya digunakan Uap (panas) umumnya digunakan untuk mensterilkan media untuk mensterilkan media fermentasi.fermentasi.

STERILISASI DALAM FERMENTASI

1. Sterilisasi Media

2. Sterilisasi Fermentor

3. Sterilisasi Udara

4. Rancangan FilterKinetika sterilisasi…………..cont’d

Media yang digunakan untuk proses fermentasi Media yang digunakan untuk proses fermentasi harus disterilkanharus disterilkan

Pembunuhan mikroba pada proses sterilisasi Pembunuhan mikroba pada proses sterilisasi mengikuti reaksi orde pertama dg persamaan:mengikuti reaksi orde pertama dg persamaan:

-dN/dt = kN-dN/dt = kN

dimana : N = jumlah mikroba hidup pd mediadimana : N = jumlah mikroba hidup pd media

t = waktu perlakuan sterilisasit = waktu perlakuan sterilisasi

k = konstanta laju reaksi atau k = konstanta laju reaksi atau kematian spesifik. kematian spesifik.

STERILISASI MEDIA

Tipe reaksi yg dapat mjd penyebab rusaknya Tipe reaksi yg dapat mjd penyebab rusaknya kualitas nutrisi selama proses sterilisasi yaitu:kualitas nutrisi selama proses sterilisasi yaitu:

1. Interaksi antara komponen2 nutrien1. Interaksi antara komponen2 nutrienpd saat sterilisasi sering terjadi pd saat sterilisasi sering terjadi

proses browning Maillard yi proses browning Maillard yi terjadinya perubahan warna mjd terjadinya perubahan warna mjd kecoklatan krn hasil reaksi gugus kecoklatan krn hasil reaksi gugus karbonil (umumnya gula2 reduksi) karbonil (umumnya gula2 reduksi) dg asam2 amino dr protein. dg asam2 amino dr protein.

2. Degradasi senyawa2 labil akibat panas 2. Degradasi senyawa2 labil akibat panas spt vitamin dan asam amino. spt vitamin dan asam amino.

Reaksi2 yg menimbulkan kerusakan Reaksi2 yg menimbulkan kerusakan ini ini dapat dikurangi dg menggunakan dapat dikurangi dg menggunakan suhu suhu dan waktu sterilisasi yang sesuai. dan waktu sterilisasi yang sesuai.

Untuk mensterilkan media fermentasi Untuk mensterilkan media fermentasi dapat dilakukan pada suhu yang tinggi dg dapat dilakukan pada suhu yang tinggi dg waktu pendek.waktu pendek.

Cara yang praktis digunakan untuk Cara yang praktis digunakan untuk mensterilkan media pada suhu tinggi dan mensterilkan media pada suhu tinggi dan waktu yg pendek/singkat adl dg waktu yg pendek/singkat adl dg menggunakan sistem aliran kontinyu.menggunakan sistem aliran kontinyu.

Tipe sterilisasi :Tipe sterilisasi :

1. Sterilisasi sistem tertutup/batch1. Sterilisasi sistem tertutup/batch

2. Sterilisasi sistem kontinyu2. Sterilisasi sistem kontinyu

Sterilisasi sistem tertutup/batchProses fermentasi sistem batch kurang baik Proses fermentasi sistem batch kurang baik

digunakan untuk mencegah kerusakan nutrien digunakan untuk mencegah kerusakan nutrien tp dpt meminimalkan kerusakan nutrien.tp dpt meminimalkan kerusakan nutrien.

Sterilisasi sistem batch untuk suatu fermentasi Sterilisasi sistem batch untuk suatu fermentasi mungkin dapat diperoleh baik dalam wadah mungkin dapat diperoleh baik dalam wadah fermentasi maupun dlm wadah pemasak fermentasi maupun dlm wadah pemasak terpisah.terpisah.

Suhu yang paling tinggi pada proses sterilisasi Suhu yang paling tinggi pada proses sterilisasi adalah 121adalah 121ooC, shg dlm prosedur sterilisasi ini C, shg dlm prosedur sterilisasi ini harus dipolakan sedemikian rupa shg media harus dipolakan sedemikian rupa shg media memperoleh suhu sebesar itu. memperoleh suhu sebesar itu.

Keuntungan sterilisasi dg sistem batch:Keuntungan sterilisasi dg sistem batch:1. Keperluan modal lebih kecil1. Keperluan modal lebih kecil2. Resiko kontaminasi lebih rendah2. Resiko kontaminasi lebih rendah3. Pengaturan secara manual lebih mudah3. Pengaturan secara manual lebih mudah4. Lebih mudah menggunakan media yg 4. Lebih mudah menggunakan media yg mengandung proporsi zat padat tinggi.mengandung proporsi zat padat tinggi.

Kelemahan sterilisasi dg sistem batch:Kelemahan sterilisasi dg sistem batch:1. Biaya konstruksi sterilisator dpt sama dg biaya 1. Biaya konstruksi sterilisator dpt sama dg biaya

fermentor.fermentor.2. Perlu adanya pipa yg kompleks utk mengangkut 2. Perlu adanya pipa yg kompleks utk mengangkut

media steril tp ada resiko kontaminasi.media steril tp ada resiko kontaminasi.3. Kemungkinan bs terjadi kegagalan mekanis 3. Kemungkinan bs terjadi kegagalan mekanis

pada alat pemasak (cooker) dlm penyediaan pada alat pemasak (cooker) dlm penyediaan media utk bbrp fermentor.media utk bbrp fermentor.

Informasi2 yang dapat digunakan untuk Informasi2 yang dapat digunakan untuk merancang proses sterilisasi sistem batch al:merancang proses sterilisasi sistem batch al:

1. Profil peningkatan dan penurunan suhu 1. Profil peningkatan dan penurunan suhu media fermentasi selama periode media fermentasi selama periode pemanasan pemanasan dan pendinginan dalam dan pendinginan dalam siklus sterilisasi.siklus sterilisasi.

2. Jumlah mikroba yang terdapat dalam 2. Jumlah mikroba yang terdapat dalam media.media.

3. Sifat kematian thermal mikroba yang 3. Sifat kematian thermal mikroba yang dipolakan sbg spora mikroba dipolakan sbg spora mikroba Bacillus Bacillus stearothermopilusstearothermopilus

4. Resiko kontaminasi dapat diterima dalam 4. Resiko kontaminasi dapat diterima dalam proses.proses.

Sterilisasi sistem kontinyuPola sistem kontinyu mencakup periode Pola sistem kontinyu mencakup periode

waktu dimana media dipanaskan sampai waktu dimana media dipanaskan sampai pd suhu sterilisasi, penahanan dan pd suhu sterilisasi, penahanan dan pendinginan sampai pada suhu pendinginan sampai pada suhu fermentasi.fermentasi.

Keuntungan sistem kontinyu:Keuntungan sistem kontinyu:1. Perawatan kualitas media lebih tinggi1. Perawatan kualitas media lebih tinggi2. Pengaturan otomatis lebih mudah2. Pengaturan otomatis lebih mudah3. Pengurangan waktu siklus sterilisasi.3. Pengurangan waktu siklus sterilisasi.4. Dalam keadaan tertentu dpt 4. Dalam keadaan tertentu dpt mengurangi korosi fermentor.mengurangi korosi fermentor.

Ada 2 tipe sterilisator kontinyu utk Ada 2 tipe sterilisator kontinyu utk fermentasi media yaitu:fermentasi media yaitu:

1. Plat penukar panas kontinyu (continous 1. Plat penukar panas kontinyu (continous plate heat exchanger)plate heat exchanger)

2. Injektor pendingin cepat yg kontinyu 2. Injektor pendingin cepat yg kontinyu (continous injector flash cooler)(continous injector flash cooler)

STERILISASI FERMENTOR Baik pada sistem batch maupun kontinyu, Baik pada sistem batch maupun kontinyu,

sebelum proses fermentasi media dilakukan --sebelum proses fermentasi media dilakukan -- maka fermentor harus disterilkan terlebih maka fermentor harus disterilkan terlebih dahulu.dahulu.

Biasanya dilakukan dg pemanasan pada bagian Biasanya dilakukan dg pemanasan pada bagian pelindung (jacket) atau bagian koil dari pelindung (jacket) atau bagian koil dari fermentor dg menggunakan uap dan fermentor dg menggunakan uap dan disemprotkan ke dlm fermentor.disemprotkan ke dlm fermentor.

Udara yg terdapat dalam fermentor akan Udara yg terdapat dalam fermentor akan terdorong/terusir keluar.terdorong/terusir keluar.

Tekanan yg digunakan adalah 15 psi selama 20 Tekanan yg digunakan adalah 15 psi selama 20 menitmenit

Fermentor yg telah digunakan sangat baik Fermentor yg telah digunakan sangat baik skl jika :skl jika :

1. Dialirkan udara steril kedalamnya dan 1. Dialirkan udara steril kedalamnya dan diberi tekanan atau diberi tekanan atau

2. Divakumkan dg mengeluarkan udara yg 2. Divakumkan dg mengeluarkan udara yg tdk steril dari dalam fermentor tsb.tdk steril dari dalam fermentor tsb.

STERILISASI UDARA Proses fermentasi secara aerob memerlukan Proses fermentasi secara aerob memerlukan

udara --udara -- udara tsb harus steril. udara tsb harus steril. Udara diperlukan oleh mikroba untuk Udara diperlukan oleh mikroba untuk

perkembangannya.perkembangannya. Sterilisasi udara dapat dilakukan dg Sterilisasi udara dapat dilakukan dg

pemanasan pemanasan tetapi tetapi umumnya menggunakan umumnya menggunakan teknik filtrasi/penyaringan dg filter.teknik filtrasi/penyaringan dg filter.

Filter yg digunakan dpt dibagi mjd 2 klp yaitu:Filter yg digunakan dpt dibagi mjd 2 klp yaitu:

1. Filter yg mempunyai pori lbh kecil dr 1. Filter yg mempunyai pori lbh kecil dr partikelpartikel

2. Filter yg dibuat dr bahan berserat (2. Filter yg dibuat dr bahan berserat (fibrous fibrous filterfilter))

Filter dg pori lbh kecil dr partikel --Filter dg pori lbh kecil dr partikel -- disebut dg disebut dg filter absolut.filter absolut.

Mempunyai efektivitas 100% untuk mencegah Mempunyai efektivitas 100% untuk mencegah mikroba masuk mll filter.mikroba masuk mll filter.

Filter dr bahan serat terbuat dr kapas atau wool Filter dr bahan serat terbuat dr kapas atau wool yg mempunyai regangan diantara serat-serat yg mempunyai regangan diantara serat-serat sekitar 0,5 – 15 sekitar 0,5 – 15 μμmm

Penyaringan dg filter berserat tdk dapat 100% Penyaringan dg filter berserat tdk dapat 100% mencegah mikroba masuk ke dalam fermentor.mencegah mikroba masuk ke dalam fermentor.

Dalam dunia industri dewasa ini lbh banyak Dalam dunia industri dewasa ini lbh banyak digunakan filter berserat krn lebih kuat dan digunakan filter berserat krn lebih kuat dan harganya lebih murah.harganya lebih murah.

TERIMA KASIHTERIMA KASIH