PROSES FERMENTASI. Iman Rusmana. Departemen Biologi FMIPA IPB

Transkripsi

1 PROSES FERMENTASI 2 Iman Rusmana Departemen Biologi FMIPA IPB

2 Proses Fermentasi sintesis produk & metabolisme primer 3 Tipe : 1. Produk disintesis langsung dari metabolisme primer 2. Produk disintesis dari substrat sama melalui lintasan II (bukan metabolisme primer) 3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada waktu berbeda

3 Produktivitas & Laju produksi spesifik [produk] Produktivitas (P) = waktu fermentasi Evaluasi Efisiensi biaya 1. Waktu/lamanya fermentasi 2. Waktu pembersihan & set up fermentor 3. Waktu sterilisasi 4. Lamanya fase lag

4 Produktivitas total & produktivitas maksimum Produktivitas maksimum Produktivitas total Sintesis produk Clean up Fase lag Filling Fase produksi Stop waktu Prediksi optimalisasi proses produksi

5 Efek waktu set up fermentor : 1. Fermentasi pendek : 8 70 jam waktu set up berpengaruh nyata thd produktivitas 2. Fermentasi berlangsung lama : > 3 hari waktu set up tidak berefek nyata Pada fermentasi kontinu: D. K s P = D.X P = D. Y s (S o ) μ m - D

6 Laju produksi spesifik (q p ) dp i /dt = q p. X P i = konsentrasi produk q p setara dg μ tidak ada korelasinya Yield (Y s ) [biomasa] Y s = [konsumsi substrat]

7 Tahapan Proses Fermentasi : 1. Penyimpanan biakan inokulum 2. Menumbuhkan biakan inokulum 3. Penyiapan inokulum starter 4. Fermentasi produksi

8 Penyimpanan biakan inokulum galur utk produksi digunakan jangka panjang Ditransfer periodik Mutasi spontan Dipelihara selama mungkin stabil / tidak berubah Cara??? 3 teknik umum Biakan induk/master: tidak sering dikultivasi (1 X dlm 2 tahun) cek aktivitas setiap akan di gunakan Biakan kerja : diturunkan dari biakan induk rutin di cek kemurnian & aktivitasnya

9 3 Teknik Penyimpanan Biakan: 1. Penyimpanan Suhu Rendah (2 6 o C) metode paling mudah paling tidak stabil/aman agar miring/tusuk atau cair di lemari es resiko kontaminasi &mutasi sering peremajaan: 2-4 bulan 2. Penyimpanan beku (-18 C; - 80 C; or 196 o C) C nitrogen cair penurunan suhu bertahap (1 C/min) or + syw protective tak bentuk kristal untuk beberapa tahun 95 % akan mati bila dibeku-dicairkan berulang-ulang 3. Liofilisasi (freeze- drying) + syw protective (skim milk or sukrosa) dapat disimpan dg jangka waktu tak terbatas

10 Menumbuhkan biakan inokulum ditumbuhkan di medium cair / padat Lama menumbuhkan tgt cara penyimpanan 1. Liofilisasi 4 10 hari 2. Penyimpanan beku: - bakteri 4 48 jam - Actinomycetes 1 5 hari - fungi 1 7 hari 2. Penyimpanan suhu rendah: - bakteri 4 24 jam - Actinomycetes 1 3 hari - fungi 1 5 hari

11 Penyiapan inokulum starter cukup jumlah untuk fermentor besar terlalu sedikit pertumbuhan tertunda Jumlah inokulum yg umum : 1. Bakteri % 2. Actinomycetes 5 10 % 3. Fungi 5 10 % 4. Suspensi spora 1 5 x 10 5 /l

12 Fermentasi produksi ukuran fermentor beda-beda nutrien harus optimal Parameter yang penting di kontrol/monitor: 1. Suhu optimum suhu > 1 C yield turun sampai 20 % 2. Aerasi O 2 terlarut vvm (vol udara/vol cairan.min 3. ph Optimum tumbuh perubahan monitor & kontrol (+ asam/basa) 4. Tekanan tekanan berlebih ( bar) kurangi resiko kontaminasi

13 Kultur sel densitas tinggi Densitas sel setara dengan produktivitas - Optimasilasi medium C/N ratio tinggi akan hambat pertumbuhan - Syw toksik dihilangkan -O 2 terlarut: faktor pembatas pd kultur dg densitas sel tinggi

14 O 2 terlarut Optimum tumbuh perlu O 2 terlarut tinggi ex: E. coli rekombinan gram/lt pd 25 o C dg kontinu Gelembung besar O 2 terlarut sedikit 1. Sparging 2. O 2 bertekanan 3. + bhn kimia tingkatkan kelarutan O 2 (ex. Perfluorocarbon) 4. Modifikasi fermentor 5. Biologi: + gen molekul mirip haemoglobin dr Vitreoscilla (Bailey dkk. 1990) ikat O 2 [O 2 ] di sel tinggi

15

16 Ukuran fermentor Ukuran fermentor (m 3 ) Poduk 1-20 Enzim diagnostik Syw utk biologi molekuler Enzim, antibiotik Penisilin, protease, amilase, steroid, asam amino Asam glutamat Back

17 1. Produk disintesis langsung dari metabolisme primer Substrat A Produk Substrat A B C Produk μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik -pertumbuhan - katabolisme substrat - sintesis produk Bersamaan scr paralel Ferm. Kontinu Back -Protein sel tunggal -Etanol -As. Glukonat

18 2. Produk disintesis dari substrat sama melalui lintasan II (bukan metabolisme primer) Substrat A B C Met. Primer (energi) D E produk μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik 2 Tahap : 1. Pertumbuhan baik & konsumsi substrat tinggi tidak ada sintesis produk 2. Pertumbuhan lambat & sintesis produk konsumsi substrat tinggi Back

19 3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada waktu berbeda μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik Produk tidak dihasilkan dari katabolisme tahapan 1. Met primer & pertumbuhan & konsumsi substrat 2. Sintesis produk produksi Vitamin Antibiotik Back