Proses-proses yang dilakukan oleh mikroorganisme untuk mengubah suatu senyawa menjadi suatu produk yang mempunyai struktur kimiawi yang berhubungan Proses yang mengubah suatu bahan organik menjadi produk lain yang berguna dan memiliki nilai tambah dengan memanfaatkan peristiwa biologis dari mikroorganisme atau enzim Contoh : biokonversi oleh bakteri asam asetat etanol =>cuka, propanol => asam propionat. biokonversi oleh kapang Aspergillus niger untuk produksi asam glukonat Produk suatu proses industri yang belum mempunyai nilai ekonomis Permasalahan klasik terkait dengan limbah : 1. Sikap masyarakat yg kurang menghargai limbah 2. Belum semua limbah dimanfaatkan secara maksimal 3. Teknologi tepat guna yang mudah diterapkan 4. Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah yang belum dmanfaatkan 1
Terbanyak mengandung selulosa,contoh : serat kapas, jerami padi, bagase (ampas tebu), batang kayu, serbuk gergaji, dll Bagian tanaman untuk kepentingan industri dan pangan yang biasa digunakan: buah, biji, umbi, daun, bunga. Batang, tangkai, sekam, jerami => kurang dimanfaatkan, banyak mengandung selulosa Tugas : Cari data luas areal tanam padi di Indonesia (minimal 5 thn terakhir) => cari tingkat produksi padi (ton per ha) => estimasi jumlah limbah jerami => berapa jumlah selulosa Selulosa : komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan selain hemiselulosa dan lignin Jenis limbah Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%) Serat kapas Btg kayu Bagase Jerami 90 40-50 25-40 40-20-40 25-50 29,2-18-25 13-35 19,8 Selulosa : komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan selain hemiselulosa dan lignin Polimer glukosa linear (3000/mol polimer) dengan ikatan β-1,4 Struktur kimia 2
Manusia punya amilase untuk memecah ikatan alfa (1-4) glikosida tetapi tidak punya selulase untuk memecah selulosa. Bandingkan Menjadi molekul yg lebih kecil : selobiosa (disakarida dari glukosa dg ikatan β-1,4), selotriosa (trisakarida dari glukosa dg ikatan ß- 1,4), glukosa atau turunannya seperti : alkohol, aldehida, asam-asam, keton dan pada akhirnya menjadi CO 2 dan air Menggunakan enzim selulase mikrobial (contoh : dari bakteri Cellulomonas sp, kapang Trichoderma viridae, dll) Catatan : lebih banyak kapang penghasil selulase daripada bakteri Enzim-enzim pemecah selulosa (yang memecah ikatan ß-1,4 glikosida) yang disekresikan oleh mikroba merupakan suatu grup yang digolongkan selulase, tdd 4 jenis enzim yaitu (1) endo-ß-1,4 glukanase, (2) exo-ß-1,4 glukanase, (3) ß-1,4- glukan selobiosilhidrolase, (4) ß-glukosidase. Enzim (1) memecah selulosa secara acak dari bagian dalam daerah amorf serat selulosa menghasilkan selodekstrin, selooligosakarida Enzim (2) memecah unit glukosa dari arah luar pada ujung non reduksi ikatan selulosa Enzim (3) memecah unit selobiosa dari arah luar pada ujung non reduksi ikatan selulosa Enzim (4) memecah selo-oligosakarida dan selobiosa menjadi glukosa 3
Produksi sirup glukosa Protein sel tunggal Produksi enzim Hidrolisis selulosa menjadi glukosa bisa dilakukan secara kimiawi menggunakan asam atau secara enzimatis menggunakan selulase Kelebihan proses enzimatis : gula yang dihasilkan lebih homogen Kelemahan proses enzimatis : perlu waktu yg lebih lama, perlu space khusus untuk produksi enzim, perlu pretreatment jika selulosa terikat pada senyawa lain seperti lignoselulosa pada serat kayu 4
PANEL KONTROL SUHU,pH, AGITASI PENYIMPAN GULA PST : protein kasar yg berasal dari mikroorganisme sederhana bersel tunggal/banyak seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang, protozoa. Bentuk : tepung, pasta, sirup. Fungsi : sumber protein, lemak, vitamin, mineral. Aplikasi : suplemen bagi manusia, food yeast, pakan ternak Kelebihan PST : mudah dicerna, tidak tergantung pada pertanian dan musim panen, komposisinya dapat dikontrol, proses pembuatannya mudah, limbah yang dihasilkan hanya dalam bentuk panas, produktifitasnya tinggi (laju pertumbuhannya luar biasa dibandingkan spesies pertanian konvensional) Ilustrasi : 1000 kg daging dan 80 kg kacang kedelai dapat digantikan dengan 1 kg PST per harinya. Dari 1000 kg khamir dapat dihasilkan 50 ton protein baru per harinya Faktor nutrisi : komposisi asam amino PST harus sesuai dg kebutuhan. Manusia memerlukan rasio asam amino tertentu. [Protein] PST bervariasi tergantung dari spesies mikroba yang digunakan, biasanya PST ideal jika menggunakan campuran dari 2/3 mikroorganisme. Tipe mikroorganisme Khamir Bakteri Ganggang Kapang %protein 50-55 50-80 20-80 15-45 5
Faktor teknologi pangan : pencucian, dehidrasi, pemanasan untuk mematikan sel => warna, aroma, tekstur, kelarutan, daya racun Faktor sosial : PST mengandung asam nukleat tinggi => asam urat, gangguan ginjal, solusi :heat shock untuk memecahkan RNA Faktor ekonomi : terkait dengan kebutuhan bahan baku Faktor penunjang : kecepatan dan kemampuan tumbuh, mudah pemeliharaan kulturnya, medianya sederhana, kandungan protein dan kualitas gizinya baik. Prinsip dasar : setiap mikroorganisme yang mampu tumbuh dg menggunakan selulosa sebagai sumber karbon dapat digunakan dalam produksi PST Organisme Substrat Kcptn tumbuh (/jam) Bakteri : Cellulomonas sp Actinomyces sp Thermomonaspora fusca Bagase Serat, limbah pakan Pulp kayu 0,15-0,23 0,2-0,3 0,03 Kand.protein (%) 55 50 59 Kapang: Myrothecium verrucaria Aspergillus fumigatus Trichoderma viridae Chaetomium cellulolyticum Kertas koran Limbah kertas Kertas koran Bubuk kayu dg perlakuan 0,03 0,03 0,03 0,02-0,1 30 - - 20-40 Cellulomonas sp : aerob mesofilik, suhu optimum 34 o C, ph optimum 6,6 =>dpt tumbuh baik pada bahan berselulosa, tetapi sangat lambat pada lignoselulosa asli, kultur lebih stabil dan tumbuh lebih baik jika dicampur dg khamir/bakteri penghasil selobiose Actinomyces sp: termofilik, suhu opt 55oC, ph 7,5-7,8, dapat menyerang bahan berlignoselulosa tanpa perlakuan&dapat memecah lignin 6
Penerimaan masyarakat kurang ~ warna, aroma, rasa, tekstur, performansi, kebiasaan, daya racun Jika ada sel hidup => dihasilkan asam nukleat&purin lain => jika terserap akan menjadi asam urik => menyebabkan penyakit ginjal Efek jangka panjang klorofil ganggang : diare, alergi, malnutrisi, dsb 7
Aspergillus niger : menghasilkan selulase dan amiloglukosidase. Bagase : sisa batang tebu yg telah diperas niranya. Dinding sel bagase mengandung hemiselulosa, selulosa dan lignin. Komposisi kimia bagase : protein 3,1%, lemak 1,5%, serat kasar 34,9%, ekstrak bebas N 51,7% dan abu 8,8%. Ampas tebu kering =>digiling =>dicampur dg NaOH 2% (1:3) => pemanasan 121 o C~30 menit, pencucian sampai ph netral => pengeringan 105 o C ~ 10 jam => siap menjadi sumber C Penggilingan : size reduction Delignifikasi : memecah lapisan lignin dan hemiselulosa, mengurangi derajat kristalisasi selulosa (melunakkan kristal selulosa), misalnya dg : NaOH, H 2 O 2, H 2 SO 4, dsb. Nutrien mineral dalam bentuk larutan pekat (NaH 2 PO 4, CaCl 2, KCl, MgCl2, bacto pepton) + substrat bagase (1:1) => sterilisasi Inokulasi dengan spora A. niger (10 v/b) yg sebelumnya telah disegarkan pada agar miring ~4 hari Inkubasi pada suhu kamar (25-28 o C) 8
Substrat yg telah ditumbuhi kapang => +0,1% Tween 80 => +air 10x berat substrat => pengadukan & pengocokan =>penyaringan => sentrifuse (2000 rpm~20 menit) => filtrat 9