BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam beberapa aspek fisiologi tumbuhan berbeda dengan fisiologi hewan atau fisiologi sel. Tumbuhan dan hewan pada dasarnya telah berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang sepanjang hidupnya. Kebanyakan tumbuhan tidak berpindah, memproduksi makanannya sendiri, menggantungkan diri pada apa yang diperolehnya dari lingkungannya sampai batas-batas yang tersedia. Hewan sebagian besar harus bergerak, harus mencari makan, ukuran tubuhnya terbatas pada ukuran tertentu dan harus menjaga integritas mekaniknya untuk hidup dan pertumbuhan. Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki khusus oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam menggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Tumbuhan tingkat tinggi pada umumnya tergolong pada organisme autotrof, yaitu makhluk hidup yang dapat mensintesis sendiri senyawa organik yang dibutuhkannya. Respirasi adalah proses Reduksi, Oksidasi, dan Dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut di sebabkan sejumlah energy. Tenaga yang di bebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia. Respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Ditinjau dari bentuknya respirasi terbagi dua macam, yaitu respirasi eksternal (luar) dan internal (dalam). Respirasi dilakukan oleh semua sel penyusun makhluk hidup, baik sel-sel tumbuhan, bakteri, protista, cendawan, maupun sel hewan dan manusia.

2 Respirasi internal disebut juga pernafasan seluler karena pernafasan ini terjadi di dalam sel, yaitu di dalam sitoplasma dan mitokondria. Respirasi anaerob, disebut fermentasi atau peragian. Pada umumnya respirasi ini terjadi pada tumbuhan. B. Rumusan Masalah 1. Apa itu fermentasi dan proses apa saja yang dapat membantu pembentukan fermentasi? 2. Bagian apa saja dalam sistem fermentasi? BAB II ISI

3 A. Fermentasi Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Produk-produk tersebut biasanya dimanfatkan sebagai minuman atau makanan. Fermentasi suatu cara yang telah lama dikenal dan digunakan. Sebagai suatu proses, fermentasi memerlukan: Mikroba Mikroba yang digunakan dalam fermentasi merupakan unsur penentu terhadap berhasil tidaknya proses fermentasi bersangkutan. Tahap pertama dalam seleksi mikroba yang akan digunakan dalam industri fermentasi adalah dalam seleksi mikroba tersebut. Seleksi dapat didefinisikan sebagai penggunaan prosedur dengan selektivitas yang tinggi untuk mendeteksi dan mengisolasi mikroba yang diinginkan diantara sekian banyak populasi mikroba. Seleksi dilakukan dalam tahap yaitu seleksi primer dan seleksi sekunder. Melalui seleksi primer dapat diperoleh beberapa mikroba, tetapi mungkin hanya sedikit sekali diantara mikroba tersebut yang memiliki nilai komersial, karena seleksi primer hanya menentukan mikroba apa saja yang dapat menghasilkan produk dan belum memperhatikan kemampuan produksinya. Seleksi sekunder merupakan tahap isolasi lebih lanjut dimana mikroba hasil primer yang tidak mempunyai potensi untuk digunakan dalam proses industry dipisahkan. Seleksi sekunder dapat dilakukan pada cawan agar, labu erlenmeyer atau dalam fermentor berukuran kecil yang berisi medium cair. Seleksi sekunder meliputi seleksi dengan pendekatan kuantitatif dan kualitatif. Sebagai contoh, melalui pendekatan kualitatif dapat diperoleh informasi mengenai spectrum mikroba yang sensitif terhadap antibiotika yang dihasilkan oleh mikroba tersebut. Pendekatan kualitatif dapat diperoleh informasi mengenai konsentrasi antibiotik yang dapat dihasilkan oleh mikroba bersangkutan apaila ditumbuhkan pada berbagai medium. Fermentor

4 Fermentor tersedia dalam berbagai ukuran yang menunjukan kapasitas volume total dari fermentor bersangkutan, yaitu mulai dari yang berukuran 1-15 liter untuk keperluan laboratorium sampai yang berukuran galon untuk keperluan industri skala besar. Fermentor yang ukuran 1-30 liter dapat terbuat dari gelas atau stainless steel. Bahan gelas memiliki beberapa kelebihan antara lain permukaannya yang halus. Tidak menimbulkan efek toksik dan anti karat. Fermentor yang berukuran besar biasanya terbuat dari stanles steel. Media Secara umum media fermentasi menyediakan semua nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroba untuk memperoleh energi, pertumbuhan, bahan pembentuk sel dan biosintensa produk-produk metabolisme. Medium yang digunakan tergantung pada jenis mikroba dan produk yang akan dihasilkan pada setiap fermentasi, karena medium yang tidak sesuai dapat menyebabkan perubahan jenis produk dan perubahan rasio diantara berbagai produk hasil metabolisme selama fermentasi berlangsung. Proses fermentasi dapat dilakukan melalui kultur permukaan dan kultur terendam (sub merged). Kultur permukaan dilakukan dengan menggunakan medium padat atau semi padat dan medium cair. Kultur terendam dilakukan dengan medium cair dalam bioreaktor atau fermentor. Saat ini proses biofermentasi untuk berbagai tujuan terutama pada industry fermentasi skala besar lebih banyak menggunakan tehnik kultur terendam. Walaupun demikian kultur permukaan yang menggunakan medium semi padat masih digunakan untuk memproduksi berbagai atom organik dan enzim misalnya produksi enzim melalui proses koji. Kultur permukaan memiliki beberapa keuntungan antara lain cara operasinya yang sederhana dan bebas dari masalah kontaminasi. Kelemahannya adalah membutuhkan ruangan yang cukup luas dan jumlah tenaga manusia yang banyak. B. Sistem fermentasi

5 Sistim fermentasi cair dapatdilakukan dengan 3 cara yaitu fermentasi tertutup (batch prosess), fermentasi kontiniu dan fermentasi tetutup dengan penambahan substrat pada selang waktu tertentu (feed batch process). Ketiga metode tersebut memiliki karakteristik kenetika pertumbahan mikroba pada pembentukan produk yang berbeda Fermentasi Sistem Tertutup Pada fermentasi sistim tertutup ini tidak dilakukana lagi penambahan komponen substrat setelah inokulasi ke dalam medium steril di dalam fermentor, kecuali penambahan oksigen, anti buih, asam atau basa untuk mengatur ph media. Setelah fase adaptasi selesai mikroba memasuki fase pertumbuhan eksponensial dimana pertumbuhan berlangsung secara konstan dengan laju pertumbuhan maksimum. Pertumbuhan sel pada fase eksponensial dapat dinyatakan dalam persamaan: dx dt =µ x Dimana, atau, x t =x 0 e µt dimana, x = konsentrasi boimassa (gr per liter) t = waktu inkubasi (jam) µ = laju pertumbuhan spesifik (per jam) x 0 = konsentrasi biomassa awal x t = konsentrasi biomassa setelah waktu t Fermentasi system tertutup ini dapat digunakan untuk memproduksi biomassa, metabolit primer, dan metabolit sekunder. Untuk memproduksi biomassa diperlukan kondisi fermentasi yang dapat menghasilkan populasi sel secara maksimum. Untuk memproduksi metabolit primer diperlukan kondisi fermentasi yang dapat memperpanjang fase eksponensial sedangkan untuk memproduksi metabolit sekunder diperlukan kondisi fermentasi yang dapat mempersingkat fase eksponensial dan memperpanjang fase stationer

6 atau kondisi yang dapat menurunkan laju pertumbuhan pada fase eksponensial sehingga metabolit sekunder terbentuk lebih awal. Fermentasi Sistem Kontinu Dalam fermentasi kontinu larutan nutrient steril dalam volume tertentu ditambahkan ke dalam fermentor secara teratur dan pada saat yang sama larutan yang berisi sel dan produk-produk metabolisme dikeluarkan dari fermentor dengan volume yang sama. Penambahan medium baru dengan kecepatan yang sesuai dapat menghasilkan keadaan steady state, dimana pembentukan sel-sel baru sama dengan sel-sel yang dikeluarkan. Jadi dalam keadaan steady state konsentrasi se, laju pertumbuhan, konsentrasi nutrient, dan konsentrasi produk tidak mengalami perubahan dengan bertambahnya waktu fermentasi. Berdasarkan system kontrol yang digunakan dalam mempertahankan keadaan steady state terdapat 2 tipe fermentasi kontinu yaitu kemostat dan turbidostat. Pada kemostat pertumbuhan sel selama fermentasi berlangsung dikontrol dengan cara mengatur konsentrasi salah satu substrat terbatas dalam medium. Sedangkan pada turbidostat pertumbuhan atau konsentrasi sel dipertahankan konstan dengan cara memonitor pertumbuhan (turbidity) kultur. Sistem kemostat lebih banyak diterapkan karena tidak membutuhkan system kontrol yang rumit. Tetapi system turbidostat juga memiliki kelebihan antara lain kemungkinan keluarnya semua sel dari kultur dapat dihindari. Fermentasi Tetutup Dengan Penambahan Substrat Pada Selang Waktu Tertentu Yoshida dkk (1973) memperkenalkan istilah kultur Fed Batch untuk menerangkan tindakan penambahan medium baru secara teratur pada kultur tertutup dalam (batch culture), tanpa mengeluarkan cairan kultur yang ada di dalam fermentor. Jadi pada system fed batch ini volume kultur makin lama makin bertambah. Kinetika fermentasi pada fed batch

7 dikemukakan oleh Pirt (1975). Pada kultur batch X=Y (Sa-S), dimana konsentrasi biomassa (X) merupakan konsentrasi biomassa maksimum pada saat konsentrasi sisa substrat terbatas mencapai nol (S=0). Dalam kultur fed batch pada saat S=0 medium baru ditambahkan dengan laju dilusi (d) lebih rendah dari µm, karena kecepatan konsumsi substrat sama dengan kecepatan substrat masuk ke dalam kultur maka F=Sa= X Y Dimana, F = kecepatan aliran medium yang masuk X = biomassa total dalam kultur setelah waktu. (X = xv, dimana V adalah volume medium fermentor setelah waktu tertentu) Dengan bertambahnya volume kultur maka laju dilusi (D) semakin lama semakin rendah yang dapat dinyatakan melalui persamaan. D= F V 0 +V t Dimana Vo = volume awal kultur, dengan demikian karena D menurun maka konsentrasi sisa substrat (S) juga semakin lama semakin meurun sehingga pada system fed batch ini pertumbuhan sel berlangsung pada harga µ dalam keadaan steady state. Pada system kontinu adalah konstan dan pada system fed batch harga µ tersebut semakin lama semakin menurun. BAB III KESIMPULAN Respirasi anaerob, disebut fermentasi atau peragian. Pada umumnya respirasi ini terjadi pada tumbuhan. Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat

8 menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Dalam fermentasi bergantung dari mikroba, fermentor, dan media. Sistim fermentasi cair dapatdilakukan dengan 3 cara yaitu fermentasi tertutup (batch prosess), fermentasi kontiniu dan fermentasi tetutup dengan penambahan substrat pada selang waktu tertentu (feed batch process). DAFTAR PUSTAKA Dorain Paulin M Direction in Modern Biotechnology. Sydney: Hawker Brownnlow Education Fried G.H Biology. The Study of Living Organisms. New York St.Louis San Fransisco Aukland Bogota Caracas Lisbon: Mc Graw Hill, Inc Indah Pratiwi dkk (2009), Penggunaan Jenis Media Dasar dan Kinetin Untuk Induksi Organogenesis Anthurium Gelombang Cinta (Anthurium Plowmani) Secara Invitro, IPB, Bogor, Leo Anjar Kusuma, 2010, Kultur Jaringan Tanaman Jarak Pagar Old R.W and Primrose S.B Prinsip-prinsip Manipulasi gen. Pengantar Rekayasa Genetika.Terjemahan. Edisi ke empat. Oxford London :

9 Black Well Scientific Publication. Pierik, R.L.M., 1987, In Vitro Culture of Higher Plants, Martinus Nijhoof of Publisher, Netherland Trevan M.D. S. Boffey, K.H. Goulding, and P. Stanbury Biotechnology: The Biological Principles. New York Philadelphia: Open Unversity Press. Watson J.D. et all Recombinant DNA. Second Edition. New York: Scientific American Books. Distributed by W.H Freeman and Company. Waites, M.J., Morgan, N.L., Rockey, J.S., and Gary Higton (2001). Industrial Microbiology: An Introduction. USA: Blackwell science.