SELF-PROPAGATING ENTREPRENEURIAL EDUCATION DEVELOPMENT BAHAN BAKU DAN PRODUK BIOINDUSTRI Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya Email : nimas.sunyoto@ub.ac.id 1. PENDAHULUAN - Pengantar - Tujuan - Definisi 2. Bahan Baku dan Produk 2.1 Bahan Baku 1. PENDAHULUAN 2.2Syarat Bahan Baku 2.3 Potensi Bahan Baku 2.4 Mikroorganisme 3. Medium Fermentasi 3.1 Jenis Medium 3.2 Unsur dalam Medium Fermentasi MODUL 2 Minggu 2 1.1 Pengantar Berdasarkan definisinya, bioindustri yang merupakan bagian dari bioteknologi menggunakan bantuan agen biologis yang menghasilkan barang dan jasa. Bioindustri menggunakan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi. Salah satu hal yang harus diperhatikan dalam bioindustri adalah pemilihan bahan baku. Hal ini dikarenakan tidak semua komoditas dapat digunakan sebagai bahan baku dalam bioindustri. Oleh karena itu perlu dipelajari mengenai bahan baku yang dapat digunakan dalam bioindustri. 1.2 Tujuan Penguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan dasar pengenalan bahan baku dan produk bioindustri, akan dapat Mengetahui dan mengenal bahan baku dan produk bioindustri, organisme yang berperan, dan proses fermentasi Mengidentifikasi bahan baku dan produk bioindustri, organisme yang berperan, dan proses fermentasi Mengamati aspek bahan baku dan produk bioindustri, organisme yang berperan, dan proses fermentasi
1.3 Definisi Bahan baku untuk bioindustri adalah hasil-hasil alami yang masih mengandung unsur atau senyawa yang dapat digunakan untuk pertumbuhan mikroba serta tidak menghambat pertumbuhan mikroorganisme. 2. BAHAN BAKU dan PRODUK 2.1 Bahan Baku Fermentasi Bahan baku fermentasi yang digunakan setidaknya memiliki beberapa syarat yang harus dipenuhi yaitu, mudah didapat, jumlah besar, harga murah, dan ada substitusinya. Bahan baku fermentasi meliputi: Hasil Pertanian Sereal, buah-buahan, sayuran, kacang-kacangan Hasil Peternakan Susu sapi, daging Hasil Perkebunan Kopi, coklat, tebu Limbah Industri Molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat, sabut kelapa, ampas tahu, ampas biji yang telah diambil minyaknya, air limbah, sampah 2.2 Syarat Bahan Baku Syarat-syarat bahan baku Mudah didapat Jumlah besar Harganya murah Bila diperlukan ada penggantinya 2.3 Potensi Bahan Baku Dapat meningkatkan suplai bahan pangan Dapat meningkatkan kualitas gizi Dapat memperpanjang masa simpan buah dan sayur Dapat mengurangi allergenicity Dapat meningkatkan produksi pertanian Dapat meningkatkan kesuburan tanah Dapat mengurangi pencemaran liungkungan Dapat mengembangkan pangan fungsional 2.3 Mikroorganisme Mikroorganisme industri dapat diperoleh dari: - Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman, hewan, limbah, kotoran, dll. - Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan memelihara mikro-organisme Page 2 of 6
Setiap mikroorganisme memerlukan: Air, Sumber Energi, Sumber Karbon, Sumber Nitrogen, Mineral, Oksigen (jika aerobik). 2.4 Produk Produk-produk bioindustri antara lain: Susu : keju, kefir, yughurt Air kelapa: Nata de Coco, kecap, asam asetat Bahan bergula : alkohol, asam organik Mikroorganisme : enzim, antibiotik Mikroorganisme ( direkayasa ) : insulin, faktor tumbuh manusia, bahan makanan 3. MEDIUM FERMENTASI Medium merupakan bahan yang terdiri dari campuran nutrisi yang dapat digunakan untuk isolasi, memperbanyak, pengujian sifat fisiologi, dan perhitungan jumlah bakteri. Medium merupakan faktor penentu yang utama berhasil tidaknya suatu proses fermentasi. 3.1 Jenis Medium Berdasarkan komponen kimianya, medium fermentasi dapat dibedakan menjadi: Medium Sintetik : komponen utamanya bahan anorganik Medium non-sintetik (kompleks) : komponen utamanya bahan organik. Misalnya ekstrak kentang, ekstrak kecambah Medium diperkaya : ditambah senyawa tertentu, untuk menumbuhkan mikroba tertentu Medium selektif: ditambah senyawa tertentu agar untuk menseleksi mikroorganisme tertentu 3.2 Unsur dalam Medium Fermentasi Medium kultur harus mengandung semua elemen yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikrobia, dalam proporsi yang serupa dengan yang ada pada sel mikrobia. Elemen tersebut dikenal dengan makro, meso dan mikronutrien. Umumnya yang disebut sebagai makronutrien adalah yang dibutuhkan dalam jumlah besar seperti C, H, O, N. Mesonutrien dibutuhkan dalam jumlah yang lebih sedikit seperti Mg, P, S, dan mikronutrien dibutuhkan dalam jumlah sangat sedikit seperti Fe, Cu, Zn, dan Mo. Kebutuhan masing-masing nutrient dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Page 3 of 6
Elemen Fungsi fisiologi Berat kering (%) H Penyusun senyawa organik dan air 8 O Penyusun senyawa organik dan air 20 C Penyusun senyawa organik 50 N Penyusun protein, asam nukleat, dan koenzim 14 S Penyusun protein dan beberapa koenzim 1 P Penyusun asam nukleat, fosfolipid dan koenzim 3 Mg Kofaktor sejumlah reaksi enzim (ATP) 0,5 Mn Kofaktor beberapa enzim 0,1 Ca Kofaktor enzim (protease) 0,5 Fe Kofaktor beberapa enzim Air Merupakan komponen utama fermentasi Yang harus diperhatikan: ph, garam terlarut, bahan buangan terlarut Penyiapan air: deionisasi, penambahan garam, dll Sumber energi Berasal dari oksidasi media atau cahaya Sebagian besar mikroorganisme industri adalah chemo-organotrophs Sumber energi banyak berasal dari sumber karbon Karbon Sebagai sumber energi (kecuali alga dan bakteri autotrof) dapat dari C sederhana (asam asetat, etanol) dapat senyawa kompleks (polisakarida, protein), ada pula yang substratnya terbatas misal Methylomonas menggunakan metana dan metanol Faktor yang mempengaruhi pemilihan sumber karbon: Harga, contoh: pembuatan etanol dimana 60-70% biaya produksi berasal dari bahan baku Kemurnian sumber karbon, contoh; ion logam harus dihilangkan dari karbohidrat pada proses dengan asam sitrat Metode preparasi media, khususnya pada proses sterilisasi pada karbohidrat Peraturan pemerintah, contoh penggunaan gula sebagai konsumsi Sumber karbon: Karbohidrat, Minyak dan lemak, Molase, Whey susu, Hidrokarbon, Glukosa, Laktosa, dll. Nitrogen - 3-15% berat mikrobia adalah nitrogen - Sebagai sumber energi pendamping karbon. - Semua mikroorganisme mampu menggunakan nitrogen anorganik, dapat Page 4 of 6
Mineral mengasimilasi amonia atau garam-garam amonium sbg. sumber karbon - dapat menjadi faktor pembatas karena dibutuhkan dalam jumlah besar. - Kapang tidak dapat memfiksasi nitrogen, tetapi dapat menggunakan berbagai sumber nitrogen. - Sumber nitrogen secara umum: nitrat, urea, amonia (sebagai kontrol ph dan sumber nitrogen), garam-garam ammonium. - Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penggunaan nitrogen adalah sebagai berikut: 1. Dibutuhkan hanya satu asam amino, misalnya asam glutamat untuk mensintesis asam amino lainnya dengan transaminasi 2. Kebanyakan kapang dapat menggunakan ammonium sebagai satusatunya sumber karbon Beberapa mikroorganisme dapat menggunakan nitrat sebagai sumber karbon dan mengubahnya menjadi ammonium oleh nitrat atau nitrit reduktase 3. Faktor tumbuh : mikroorganisme tertentu tidak dapat mensintesis faktor tumbuh untuk dirinya sendiri 4. Faktor tumbuh yang umum adalah vitamin B, senyawa yang mirip, asam amino tertentu atau beberapa asam lemak 5. Untuk mikroorganisme auksotrof dibutuhkan dalam kadar rendah 6. Diberikan dalam bentuk : ekstrak khamir, ekstrak hati, dan riboflavin. 7. Faktor tumbuh dapat diberikan pada konsentrasi tinggi dalam fermentasi asam amino. Dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme Contoh mineral penting: Magnesium, fosfor, potasium, sulfur, kalsium, klorin Mineral lain yang biasanya keberadaannya merupakan impuritis dalam bahan: kobalt, besi, zinc, mangan, tembaga - Harus ada penelitian untuk menentukan kebutuhannya secara tepatpendekatan dilakukan dengan mengukur kadar abu mikrobia (5% berat biomass)dan umumnya tediri atas fosfor 60%, sulfur 20 % dan logam-logam Faktor Tumbuh - Mikroorganisme tertentu tidak dapat mensintesis faktor tumbuh utk dirinya sendiri - Faktor tumbuh yang umum adalah vitamin B, senyawa yang mirip, asam amino tertentu atau beberapa asam lemak - Untuk mikoroorganisme auktotrof dibutuhkan dalam kadar rendah Page 5 of 6
- Diberikan dalam bentuk : ekstrak khamir, ekstrak hati, riboflavin dll - Dapat diberikan pada konsentrasi tinggi dalam fermentasi asam amino REFERENSI Wignyanto, Nur Hidahat, Irnia Nurika, Sri Suhartini, 2008. Bioindustri. Diktat Kuliah. PROPAGASI A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal) 1. Uraikan alasan saudara bahwa bahan baku merupakan salah satu faktor penting juga juga dalam bioindustri! B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri) 1. Sebutkan bahan dasar yang dapat digunakan untuk industri fermentasi? 2. Bagaimana syarat dari bahan dasar tersebut? 3. Sebutkan beberapa pemanfaatan bahan dalam industri fermentasi? 4. Bagaimana keterkaitan antara antara sumberdaya dengan industri fermentasi? 5. Apa yang dimaksud dengan medium fermentasi? 6. Sebutkan komposisi penting dalam medium fermentasi? Page 6 of 6