TEKNOLOGI FERMENTASI DAN ENZIM

Transkripsi

1 TEKNOLOGI FERMENTASI DAN ENZIM

2 TEKNOLOGI FERMENTASI I. Pendahuluan - Pengertian tentang Teknologi + Fermentasi - perkembangan dan arti penting industri fermentasi - dasar-dasar fermentasi II. Pemeliharaan Mikrobia dan Kultur Stock - isolasi dan screening - inokulum (preparasi dan pembuatan inokulum)

3 III. Media Fermentasi - formulasi media - peranan komponen penyusun media IV. Sterilisasi Media - sterilisasi media (cara sterilisasi, del faktor) V. Sterilisasi Udara - jenis filter udara - perencanaan filtrasi udara VI. Kinetika Pertumbuhan Mikroba - parameter pertumbuhan mikroba (Specific growth rate, growth yield, metabolic quotient)

4 VII. Kinetika Fermentasi - tipe-tipe fermentas - pertumbuhan sel dan pembentukan produk - Batch culture dan Continue culture VIII. Aerasi dan Agitasi - Kebutuhan ogsigen - Kadar oksigen terlarut (KOT) - Degree of Oxygen Satisfaction (DOS) IX + X. Transfer Oxygen - Oxygen transfer rate (OTR) - Koefisien transfer massa volumetrik (Kla) - penentuan Kla - faktor-faktor yang mempengaruhi Kla XI + XII. Recovery and Purification - dasar-dasar pengunduhan produk - cara pemurnian hasil fermentasi

5 TEKNOLOGI FEMENTASI Fermentasi dari istilah fervere mendidih (timbul gelembung udara) sebagai akibat aktivitas Yeast pada ekstrak buah atau larutan malt dan biji-bijian terjadi karena terbentuknya CO 2 sebagai hasil katabolisme anaerob gula dalam ekstrak Fermentasi (Luis Pasteur): Fermentasi adalah kehidupan tanpa udara dan semua proses fermentasi adalah hasil kegiatan mikroorganisme Pengertian Teknologi: Ilmu pengetahuan praktis dan sistematis mengenal kemampuan berindustri Teknologi merupakan penerapan ilmu pengetahuan dalam praktek

6 Secara Aplikasi dalam Industri: Fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh massa sel mikrobia, dalam pengertian ini termasuk proses anabolisme pembentukan sel secara aerob (spt gambar berikut:) Substrat karbon (sumber energy) Katabolisme ADP Anabolisme Komponen sel/ennzim H2O NAD ATP O2 NO3 NADH2 HASIL ANTARA (asam,alcohol,ester,keton) Substrat : Sumber N, mineral vitamin

7 Aplikasi proses fermentasi pada skala industri komersial dikelompokkan : 1. Produksi sel mikrobia mis: baker s yeast dan single cell protein 2. Produksi enzim produk enzim dari mikrobia lebih mudah dikontrol dan dikendalikan untuk exploatasi atau modifikasi 3. Produksi metabolit primer dan sekunder metabolit primer metabolit yang berperan penting dalam penyusunan makromoklekul atau enzim diproduksi pada fase pertumbuhan eksponensial atau disebut trophopase

8 Metabolit sekunder metabolit yang dibentuk oleh mikrobia tetapi tidak langsung diperlukan dalam pertumbuhan sel atau Metabolit yang diproduksi secara khusus oleh mikrobia tertentu diproduksi pada fase stasioner atau disebut lodophase 4. Produksi hasil transformasi proses fermentasi untuk memodifikasi senyawa tertentu menjadi produk yang lebih mempunyai nilai ekonomi melibatkan reaksi dehidrogenasi, oksidasi, hidroksilasi, dehidrasi, kondensasi, dekarboksilasi, aminasi, deaminasi dan isomerasi

9 Enzim dari mikrobia yang digunakan dalam pengolahan pangan: Enzim pektinase, selulase, protase untuk klarifikasi dan ekstraksi Enzim amilase, selulase untuk degradasi polisakarida Enzim phytase untuk detoksikasi Enzim invertase, β-galaktosidase untuk hidrolisis disakarida Enzim glukosa oksidase untuk konversi glukosa Enzim esterase untuk proses transesterifikasi

10 Contoh produk metabolit primer: Etanol Asam sitrat senyawa aktif dalam minuman beralkohol digunakan dalam industri pangan Aseton dan Butanol Asam glutamat sebagai pelarut organikl sebagai penyedap makanan Lisin Nucleotida Vitamin sebagai food suplement sebagai penyedap makanan sebagai food suplement

11 Contoh metabolit sekunder: - Antibiotik, toksin, pigmen Contoh produk hasil transformasi: Produk vinegar, yang melibatkan mikrobia untuk mengkonversi etanol menjadi asam asetat Produksi sirup fruktosa, yang melibatkan mikrobia untuk mengkonversi glukosa menjadi fruktosa Tranformasi oleh mikrobia untuk menghasilkan steroid, antibiotik dan prostaglandin

12 Perkembangan Industri Fermentasi : Periode sebelum 1900 Produk utama: alkohol dan vinegar Tanki fermentor dari kayu, tembaga Pengendalian proses: thermometer, hidrometer, heat exchanger Proses: batch dengan kultur murni Pelaksanaan: tanpa melalui pilot plant tanpa pengendalian kualitas produk

13 Periode Produk utama : baker s yeast, gliserol, asam sitrat, asam laktat, aseton-butanol Tanki fermentor : dari baja dilengkapi alat aerasi dan pengaduk mekanis Pengendali proses : dilakukan kontrol suhu, ph dengan ph elektroda Proses : secara batch dan fed batch dengan menggunakan kultur murni Pelaksanaan: tanpa pilot plant dan pengendalian kualitas produk

14 Periode 1940 sekarang Produk utama: penisilin, strepomisin dan antibiotik lain, giberelin, asam amino, nukleoida, enzim Tanki fermentor: dilengkapi dengan fasilitas aerasi mekanis dan dioperasikan secara aseptis Pengendalian proses: dengan ph dan oksigen elektrode yang diatur secara computerized Kultur yang digunakan kultur yang dimutasi dan terseleksi Pelaksanaan: mulai dilakukan pilot plant dan pengendalian kualitas produk

15 Periode 1960 sekarang Produk utama : SCP dengan sumber hidrokarbon Tanki fermentor: dilengkapi pengatur tekanan tinggi, alat pemasukan gas, pengatur panas yang dikonol komputer sepenuhnya Proses : dilakukan secara continue dengan kultur hasil rekayasa genetik Pelaksanaan: fasilitas pilot plant dan pengendalian kualitas produk selalu dilakukan Periode 1979 sekarang Produk utama: senyawa asing yang secara normal tidak diproduksi mikrobia mis. Insulin interferon Tanki fermentor: hasil pengembangan generasi sebelumnya Proses: batch, fed batch atau ontinue dengan kultur hasil pemindahan gen asing de dalam sel mikrobia secara rekayasa enetik Pelaksanaan : fasilitas pilot plant dan pengendalian kualitas produk selalu dilakukan

16 Komponen Utama proses fermentasi Tanpa memperhatikan tipe fermentasinya, aplikasi proses fermentasi terdiri dari enam bagian utama: 1. Formula medium digunakan sebagai proses perkembang biakan mikroorganisme sejak persiapan inokulum sampai tahap fermentasi untuk produksi 2. Sterilisasi media, fermetor, peralatan dan sarana lain 3. Produksi starter murni yang aktif untuk inokulasi skala produksi 4. Pemeliharaan pertumbuhan mikroorganisme pada aktivitas optimal untuk pembentukan produk 5. Pengunduhan dan pemurnian produk 6. Pembuangan limbah sisa hasil fermentasi

17 isolasi Skema aplikasi proses fermentasi dalam industri sreening udara Perbaikan mutu 3 sterilisasi 2 biomasa Pengembangan Inokulum/starter 2 sterilisasi Fermentasi Untuk produksi 4 Pengendalian proses (aerasi, agitasi dll) Hasil fermentasi Separasi sel 5 supernatan Ekstrasi produk limbah 6 1 Formulasi media Bahan dasar Pemurnian produk Pengemasan produk