Teknologi Fermentasi. Marlia Singgih Wibowo School of Pharmacy Insitut Teknologi Bandung

dokumen-dokumen yang mirip
Pendahuluan PRODUKSI ASAM SITRAT SECARA FERMENTASI. Sejarah Asam sitrat. Kegunaan asam sitrat

METABOLISME MIKROORGANISME

Produksi Antibiotik (Manufacture Of Antibiotics) Marlia Singgih Wibowo Sekolah Farmasi ITB Klasifikasi antibiotik berdasarkan mekanisme aksi nya

Media Kultur. Pendahuluan. Komposisi Media 3/9/2016. Materi Kuliah Mikrobiologi Industri Minggu ke 3 Nur Hidayat

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Media Kultur. Pendahuluan

Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.

TEKNOLOGI FERMENTASI DAN ENZIM

dari reaksi kimia. d. Sumber Aseptor Elektron

SMA XII (DUA BELAS) BIOLOGI METABOLISME

Metabolisme karbohidrat

BAB I PENGANTAR. Lipase merupakan enzim yang berperan sebagai katalis dalam proses

III. NUTRISI DAN MEDIUM KULTUR MIKROBA

Pertemuan : Minggu ke 7 Estimasi waktu : 150 menit Pokok Bahasan : Respirasi dan metabolisme lipid Sub pokok bahasan : 1. Respirasi aerob 2.

Metabolisme : Enzim & Respirasi

KULTIVASI, REPRODUKSI DAN PERTUMBUHAN BAKTERI. ARIF SUPENDI, M.Si.

Koordinasi metabolisme mikrobial dan biokonversi

Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya

Oleh: Tim Biologi Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya 2013

HASIL DAN PEMBAHASAN. pertumbuhan dan kurva produksi yang menunjukkan waktu optimum produksi xilitol.

Metabolisme Karbohidrat. Oleh : Muhammad Fakhri, S.Pi, MP, M.Sc Tim Pengajar Biokimia

METABOLISME MIKROBIAL OLEH: FIRMAN JAYA

HASIL DAN PEMBAHASAN. Kondisi Umum Penelitian. Tabel 3. Pertumbuhan Aspergillus niger pada substrat wheat bran selama fermentasi Hari Fermentasi

Rangkaian reaksi biokimia dalam sel hidup. Seluruh proses perubahan reaksi kimia beserta perubahan energi yg menyertai perubahan reaksi kimia tsb.

MIKROBIOLOGI PANGAN TITIS SARI

II TINJAUAN PUSTAKA. Bakteri Asam Laktat adalah kelompok bakteri yang mampu mengubah

BAB I PENGANTAR. dapat menghemat energi dan aman untuk lingkungan. Enzim merupakan produk. maupun non pangan (Darwis dan Sukara, 1990).

Siklus Krebs. dr. Ismawati, M.Biomed

Prinsip-prinsip Penanganan dan Pengolahan Bahan Agroindustri

PROSES FERMENTASI. Iman Rusmana. Departemen Biologi FMIPA IPB

PROSES FERMENTASI. Iman rusmana Departemen Biologi FMIPA IPB

I. PENDAHULUAN. Penelitian, (6) Hipotesis Penelitian dan (7) Tempat dan Waktu Penelitian

organel yang tersebar dalam sitosol organisme

Kultivasi, reproduksi dan pertumbuhan Bakteri

Effect of ammonium concentration on alcoholic fermentation kinetics by wine yeasts for high sugar content

Metabolisme (Katabolisme) Radityo Heru Mahardiko XII IPA 2

I. PENDAHULUAN. Seiring dengan perkembangan jaman, dunia pengobatan saat ini semakin

PENGANTAR BIOKIMIA OLEH : Cerika Rismayanthi, M.Or

IV. Hasil dan Pembahasan

Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.

BIOLOGI. Nissa Anggastya Fentami, M.Farm, Apt

BAB IV METABOLISME. Proses pembentukan atau penguraian zat di dalam sel yang disertai dengan adanya perubahan energi.

Komponen Kimia penyusun Sel (Biologi) Ditulis pada September 27, 2012

HASIL DAN PEMBAHASAN

Metabolisme Energi. Pertemuan ke-4 Mikrobiologi Dasar. Prof. Ir. H. Usman Pato, MSc. PhD. Fakultas Pertanian Universitas Riau

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah

Pertumbuhan Total Bakteri Anaerob

BIOLOGI JURNAL ANABOLISME DAN KATABOLISME MEILIA PUSPITA SARI (KIMIA I A)

Energi & METABOLISME. Oleh: Mochamad Nurcholis

akseptor elektron pada saat medium aerob. Disisi lain keberadaan akseptor elektron nitrat dapat menimbulkan interaksi dan berpengaruh terhadap jalur

HASIL DAN PEMBAHASAN

Inokulum adalah bahan padat/cair yang mengandung mikrobia/spora/enzim yang ditambahkan kedalam substrat/media fermentasi

SIKLUS ASAM SITRAT SIKLUS KREBS ETI YERIZEL BAGIAN BIOKIMIA FK-UNAND

1 Asimilasi nitrogen dan sulfur

II. Pertumbuhan dan aktivitas makhluk hidup

TINJAUAN PUSTAKA. dalam meningkatkan ketersediaan bahan baku penyusun ransum. Limbah

BIOLOGI. Nissa Anggastya Fentami, M.Farm, Apt

TINJAUAN PUSTAKA. Perubahan kondisi fisik dan kimia tanah akibat kebakaran akan berakibat

Pabrik Asam Sitrat dari Nira Sorgum dengan Proses Submerged Fermentation menggunakan Aspergillus niger

BIOKIMIA NUTRISI. : PENDAHULUAN (Haryati)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

TINJAUAN PUSTAKA. Fitoplankton adalah alga yang berfungsi sebagai produsen primer, selama

I. PENDAHULUAN. berfungsi sebagai gudang dan penyuplai hara atau nutrisi untuk tanaman dan

NUTRISI DAN MEDIUM MIKROBA

KAJIAN KEPUSTAKAAN. ciri-ciri sapi pedaging adalah tubuh besar, berbentuk persegi empat atau balok,

Isolasi dan Perbaikan. Kultur. Rancang Media. Rancang Media 3/3/2016. Nur Hidayat Materi Kuliah Mikrobiologi Industri

PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

Secara sederhana, oksidasi berarti reaksi dari material dengan oksigen. Secara kimiawi: OKSIDASI BIOLOGI

RESPIRASI SELULAR. Cara Sel Memanen Energi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Antiremed Kelas 12 Biologi

Energi Alternatif. Digester anaerob. Penambahan Bahan Aditif. Tetes Tebu

MODUL 2-1 NUTRISI MINERAL TUMBUHAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. dicampurkan dengan bahan-bahan lain seperti gula, garam, dan bumbu,

HAK CIPTA DILINDUNGI UNDANG-UNDANG

ENZIM Enzim : adalah protein khusus yang mengkatalisis reaksi biokimia tertentu

DOSEN PENGAMPU : Dra.Hj.Kasrina,M.Si

Pokok Bahasan III PERTUMBUHAN MIKROBIA DALAM BIOREAKTOR

2.1.3 Terjadi dimana Terjadi salam mitokondria

TINJAUAN PUSTAKA. memiliki empat buah flagella. Flagella ini bergerak secara aktif seperti hewan. Inti

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

TEKNOLOGI FERMENTASI ED. 2

HASIL DAN PEMBAHASAN. ph 5,12 Total Volatile Solids (TVS) 0,425%

IV PEMBAHASAN. 4.1 Kandungan Protein Produk Limbah Udang Hasil Fermentasi Bacillus licheniformis Dilanjutkan oleh Saccharomyces cereviseae

FUNGSI PHOSPOR DALAM METABOLISME ATP

1. Terlibat langsung dalam fungsi metabolisme tanaman (involved in plant metabolic functions).

Bab IV Data dan Hasil Pembahasan

LAPORAN PRAKTIKUM PERSIAPAN MEDIA DAN STERILISASI OLEH : : RITA ANGGREANI WIDIASTUTI NIM : D1C KELOMPOK : IV KELAS : TPG-A 2014

KEHIDUPAN SEL PELEPASAN ENERGI DALAM SEL

TEKNOLOGI FERMENTASI PANGAN. Agroindustrial Departement, Faculty of Agricultural Technology, Brawijaya University

PEMANFAATAN TETES TEBU (MOLASES) DAN UREA SEBAGAI SUMBER KARBON DAN NITROGEN DALAM PRODUKSI ALGINAT YANG DIHASILKAN OLEH BAKTERI

Mikroorganisme dalam Industri Fermentasi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

II. DESKRIPSI PROSES

HASIL DAN PEMBAHASAN

5 SINTESIS OBAT SECARA BIOLOGI

Prarancangan Pabrik Asam Oksalat dari Tetes dengan Kapasitas ton/tahun BAB I PENDAHULUAN

PENDAHULUAN. terhadap produktivitas, kualitas produk, dan keuntungan. Usaha peternakan akan

HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi:

Teknologi Fermentasi Marlia Singgih Wibowo School of Pharmacy Insitut Teknologi Bandung

Pendahuluan Istilah Fermentasi asal kata : fervere berarti mendidih Penggunaan dalam bidang mikrobiologi

Proses umum fermentasi Raw Material Sel mikroba Sterilisasi Penyiapan inokulum Fermentasi By product Pemisahan Penghancuran sel Isolasi & purifikasi Pengolahan limbah Formulasi

Parameter yang menentukan Mikroorganisme Substrat Produk Kondisi fermentasi Bioreaktor Tahap Isolasi dan purifikasi Pengolahan limbah

Mikroorganisme Fisiologi Morfologi Pertumbuhan Karakteristik pertumbuhan Kebutuhan lingkungan Pola produksi metabolit Stabilitas genetik

Substrat Komposisi Sifat fisika dan kimia Proses sterilisasi Konversi Rancangan formulasi media Limbah post-fermentation process

Produk Intrasel, ekstrasel Proses panen Perhitungan hasil Sensitivitas terhadap degradasi By-product

Kondisi fermentasi Lingkungan fisik Lingkungan kimia DO2, pco2 Mass transfer Kadar nutrisi Karakteristik mixing Aerasi dan agitasi

Bioreaktor Jenis bioreaktor Komponen instrumen Cara Sterilisasi Parameter proses

Tahap Isolasi dan purifikasi Proses aseptik Pemisahan, fraksinasi, isolasi Purifikasi

Pengolahan limbah Jenis limbah Proses pengolahan Parameter keamanan lingkungan

Jenis Fermentasi Fermentasi padat (Solid Substrate Fermentation) Fermentasi cair /bawah permukaan (Submerged Fermentation)

Metabolisme Katabolisme : proses degradasi nutrien menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil. Proses katabolisme menghasilkan ATP, proton motive force, menurunkan tenaga dan pengambilan nutrisi serta pembentukan rangka karbon dalam jalur metabolisme inti Jalur degradasi ini bisa pendek (misalnya pembentukan asetat) atau bisa pula panjang (misalnya pembentukan asam benzoat)

Amphibolisme : proses pembentukan intermediate (senyawa antara) Terjadi pembentukan building blocks (senyawa pembangun), misalnya asam amino, purin, pirimidin, gula-gula fosfat, asam organik, dan metabolit lain

Anabolisme : biosintesis polimer dari monomer (asam amino, nukleotida dan lipid) dari rangka karbon utama melalui pemanfaatan ATP dan NADPH Pertumbuhan sel dengan menggabungkan struktur makromolekul melalui proses polimerisasi monomer-monomer yang dihasilkan dari proses biosintesis, melibatkan berbagai nukleotida fosfat Polimer sel a.l. protein, asam nukleat, dinding sel, makanan cadangan, dll.

Tahap Utama Metabolisme KH, Lemak, Protein Asam amino, asam nukleat, dll ADP NTP Katabo lisme ATP NADP NADPH Biosin tesis NDP Tumbuh CO2 Kerangka karbon Protein, lipid, struktur sel

Regulasi metabolisme Seluruh kegiatan metabolisme berlangsung sangat cepat dan harus bekerja di dalam sel Mikroorganisme memiliki potensi genetik untuk memproduksi lebih dari 1000 enzim Enzim ini harus dibentuk dalam jumlah yang tepat dan dalam sistem yang terkoordinasi dengan baik agar sel bekerja secara efisien Mikroorganisme dapat dengan cepat mengantisipasi perubahan lingkungan sehingga dapat dengan segera memperbaiki sistem metabolismenya Regulasi untuk sistem yang demikian terjadi pada level sintesis enzim atau pada level kerja enzim

Faktor yang mempengaruhi regulasi metabolisme Jenis dan jumlah enzim Jenis dan jumlah substrat Adanya induktor, aktivator, represor dan inhibitor Faktor lingkungan Faktor genetik

Pemanfaatan mikroorganisme Biomassa Enzim Metabolit primer Metabolit sekunder Biotransformasi Bioinformatik

Beberapa contoh metabolit sekunder mikroba dan manfaatnya Antibiotik : penisilin (Penicillium chrysogenum), sefalosporin (Cephalosporium acremonium), Imunosupresan : silosporin (Trichoderma polysoprum) Bidang pertanian : growth promoter Zearalonone (Gibberella zeae) Enzim : amilase (Aspergillus niger), lipase (Pseudomonas aeruginosa) Pigmen : ankaflavin (Monascus purpureus)

Pertumbuhan sel mikroba Pertumbuhan sel : bertambahnya jumlah sel atau massa sel Growth (pertumbuhan) merupakan hal yang penting dalam fungsi mikroba Bakteri membelah diri dalam waktu 20-90 menit Ragi : 90-120 menit Kapang : 4-8 jam

Syarat mikroba tumbuh Ada sel hidup Ada sumber energi Ada nutrisi dan faktor pertumbuhan Tidak ada inhibitor atau toksin Kondisi fisiko-kimia yang mendukung

Kurva pertumbuhan mikroorganisme (sistem batch) Biomasa (X) c d e µ x = dx/dt b µ =laju pertumbuhan X=konsentrasi sel a t=waktu Waktu (t) Ket : a: fase lag ; b: fase log ; c:fase stasioner ; d:fase kriptik ; e:fase kematian

Sistem kultur untuk pertumbuhan dan produksi menggunakan mikroorganisme Sistem batch (kultur curah) Sistem fed-batch (kultur curah umpan) Sistem continuous (kultur sinambung) Batch Fed-batch Continuous

Medium pertumbuhan Substrat organik dan non-organik Kebutuhan hidup tergantung pada proses metabolisme, kebutuhan akan oksigen, suhu, dll Menentukan jenis mikroba : Mikroba aerob, an-aerob, obligat, fakultatif Mikroba psikrofil, termofil dll

Kebutuhan mikroorganisme Untuk tumbuh, mikroorganisme memerlukan nutrisi Medium untuk pertumbuhan mikroorganisme dapat berupa bahan alam (sifatnya kompleks) atau bahan kimia (sifatnya terukur)

Elemen dalam sel mikroorganisme Elemen % brt.krng Fungsi fisiologis C 50 komponen sel organik O 20 komponen sel organik, Akseptor e- pd respirasi N 14 utk protein, as.nukleat, Ko-enzim H 8 komponen sel organik P 3 Fosfolipid, as.nukleat S 1 as.amino, protein K 1 kation dan kofaktor pd reaksi enzimatis Na 1 kation dan membran transpor Ca 0,5 kation dan kofaktor Mg 0,5 kation dan kofaktor Cl 0,5 anion

Komposisi rata-rata sel mikroba Mikroba % C % N % Protein % KH %Lipid %As. Nukleat %Abu Bakteri 48 12 55 9 7 23 6 Ragi 48 57 40 38 8 8 6 Kapang 48 56 32 49 8 5 6

Komponen Medium untuk mikroorganisme Karbon : sebagai sumber energi dan komponen utama biomasa Sumber karbon dapat berasal dari : Polisakarida atau monosakarida, contoh : Karbohidrat, glukosa, molase, amilum, malt extract, dll. Nitrogen : sebagai sumber pembentukan komponen utama sel Sumber nitrogen dapat berasal dari : garam ammonium, urea, asam amino, sumber kompleks seperti CSL (Corn Steep Liquor), Yeast Extract, Pepton, dll.

Komponen Medium untuk mikroorganisme Mineral : P, K, Na, Mg, S, Ca, dll P sebagai salah satu unsure penting dalam pembentukan asam nukleat (dalam bentuk Fosfat), S sebagai unsure pembentukan beberapa asam amino esensial, Mg sebagai kofaktor dalam proses fosforilasi. Unsur-unsur lain : trace elements misalnya : vitamin, EDTA, dll

Komponen Medium untuk mikroorganisme Air : komponen utama terbesar dalam medium Oksigen : kebutuhan utama mikroba aerob sebagai aksptor electron pada proses respirasi, yang umumnya diperoleh dari komponen air (H 2 O)

Hubungan antara pertumbuhan sel, penggunaan substrat dan pembentukan produk (metabolit) Laju pertumbuhan Laju pertumbuhan vs konsentrasi nutrisi Koefisien hasil (yield coefficient) Nilai metabolit (metabolic quotient) Persamaan Monod Persamaan Michaelis-Menten Pembentukan produk (type I, II dan III)

PRODUKSI ASAM SITRAT SECARA FERMENTASI

Pendahuluan Asam sitrat merupakan asam organik Berguna dalam industri makanan, farmasi dan tambahan dalam makanan ternak Dapat diproduksi secara kimiawi, atau secara fermentasi menggunakan mikroorganisme

Sejarah Asam sitrat Sebelum tahun 1800 asam sitrat diperoleh dari tumbuhan (buah lemon) 1893 : ditemukan diproduksi oleh jamur berfilamen (filamentous fungi) 1923 : produksi pertama asam sitrat menggunakan mikroorganisme dengan cara fermentasi pada permukaan (surface culture) 1930 : produksi menggunakan fermentor diperoleh sebanyak 5000 ton 1979 : produksi menggunakan fermentor mencapai 220.000 ton dari 220 m 3

Kegunaan asam sitrat Industri makanan : flavouring agent, ekstrak jus buah, perasa permen, es krim,dll Industri farmasi : dapar ph, pengawet dalam sediaan farmasi, perasa asam, dll Industri kimia : antifoam agent, softener, campuran warna tekstil, campuran deterjen, dll

Mikroba penghasil asam sitrat Merupakan metabolit primer Aspergillus niger Aspergillus wentii Penicillium luteum, P.citrinum Mucor piriformis Citromyces pfefferianus Candida lipolytica Trichoderma viridae Corynebacterium sp. dll

Biosintesis asam sitrat dalam mikroorganisme Asam sitrat (2-hidroksipropana-1,2,3-asam karboksilat) adalah produk metabolisme primer dan dibentuk dalam siklus asam trikarboksilat (TCA cycle) Sumber karbon utama adalah glukosa Enzim dalam jalur EMP terlibat dalam penguraian glukosa menjadi piruvat Ketika piruvat mengalami dekarboksilasi membentuk asetil koa, residu asetat masuk dalam siklus TCA

Selama proses idiophase, enzim sitrat sintase meningkat 10 kali selama produksi asam sitrat, sedangkan enzim asonitase dan sitrat dehidrogenase berkurang Glukosa juga mengalami katabolisme melalui jalur pentosa fosfat. Enzim untuk siklus ini terdapat pada A.niger

Diagram biosintesis asam sitrat PEP Piruvat Asetil coa Malat oksaloasetat Sitrat Fumarat Suksinat IsoSitrat

Fermentasi asam sitrat Dapat dilakukan menggunakan 2 macam metode fermentasi : permukaan (surface process) dan bawah permukaan (submerged process) Pada tahap tropofase, sebagian dari glukosa digunakan untuk membentuk miselium dan respirasi Pada tahap idiofase, sisa glukosa diubah menjadi asam organik, termasuk asam sitrat Produksi berkisar antara 40-69% dalam bentuk asam sitrat-1-hidrat (123 g per 100 g sukrosa) atau asam sitrat anhidrat (112 g per 100 g sukrosa)

Medium untuk nutrisi Sumber karbon : berbagai amilum dapat digunakan (kentang, hidrolisat amilum, sirup glukosa, sukrosa, molase, dll) Penambahan trace elements (Cu, Mn, Mg, Fe, Zn, Mo) dalam skala ppm. Bila berlebih dapat berakibat toksik Fe merupakan faktor penentu, jumlahnya tergantung pada sumber karbon yang digunakan. Contoh : bila digunakan sukrosa murni, jumlah optimal Fe adalah 2.0 ppm, sedangkan bila hidrolisat amilum yg digunakan, jumlah optimal Fe adalah 0,2 ppm

Komponen medium lainnya : sumber nitrogen, fosfat, juga diperlukan ph harus diatur < 3.0, untuk menekan pembentukan asam oksalat dan asam glukonat. Selain itu dapat mengurangi kemungkinan terkontaminasi

Proses produksi Penyiapan suspensi spora A.niger pada 25 C, inkubasi selama 10-14 hari Inokulum dibuat dengan 15% gula (misalnya dari molase) Ditambahkan ion sianida untuk menginduksi pembentukan miselium dalam bentuk pelet dengan ukuran 0,2-0,5 mm Setelah 24 jam, pelet dapat digunakan untuk produksi dalam fermentor

Proses dengan metode permukaan (surface process) Medium untuk metode ini dapat berupa substrat padat atau cair Substrat padat : wheat bran, amilum ubi (sweet potato) Setelah disterilisasi, substrat ditaburkan dalam loyang setebal 3-5 cm lalu diinkubasi pada 28 C Pertumbuhan dapat dipercepat dengan penambahan enzim amilase Proses fermentasi berlangsung 5-8 hari

Substrat cair lebih banyak digunakan karena efisien. Spora inokulum sebanyak 2 5 x 10 7 spora/m 2 Komposisi medium : (g/l) Sukrosa 160 200 NH 4 NO 3 1,6 3,2 CaH 2 PO 4 0,3 1,0 MgSO 4.7 H 2 0 0,2 0,5 ZnSO 4 0,01 0,02 Ca heksasianoferat 0,4 2,0

Kondisi fermentasi Suhu inkubasi 30 40 C Ventilasi penting untuk pertukaran gas karena produksi asam sitrat akan berkurang bila CO 2 di atmosfir meningkat > 10% ph diatur supaya asam

Proses dengan metode bawah permukaan (submerged process) 80% produksi asam sitrat di dunia menggunakan metode ini Waktu fermentasi 8 hari 3 parameter yang menentukan keberhasilan proses : kualitas fermentor, struktur miselium, pasokan oksigen

Fermentor harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap asam, misalnya SS (Stainless Steel) Bentuk miselium yang ideal adalah bentuk pelet dengan diameter kecil. Bila terjadi filamen dan tidak membentuk klamidospora, asam sitrat yang terbentuk menjadi sedikit Rasio jumlah Cu dan Fe mempengaruhi bentuk miselium ini Oksigen harus antara 20 25% jenuh, dengan laju aerasi 0,2 1 vvm Tidak perlu dilakukan pengadukan karena viskositasnya tidak tinggi

Perolehan kembali (product recovery) Jika asam oksalat terbentuk sebagai produk samping (side product), maka asam oksalat harus diendapkan dengan Ca agar membentuk endapan Ca-oksalat pada suasana asam. Asam sitrat akan tetap tertinggal dalam larutan sebagai mono-kalsium sitrat Asam sitrat selanjutnya diendapkan pada ph 7,2 dengan suhu 70 90 C

Pemurnian selanjutnya dengan asam sulfat, lalu diendapkan sebagai kalsium sulfat Penambahan kabon aktif, atau ion exchange, dan kristalisasi sebagai asam sitrat atau asam sitrat monohidrat pada 36,5 C