Kinetika Fermentasi

download Kinetika Fermentasi

If you can't read please download the document

  • date post

    18-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    17
  • download

    5

Embed Size (px)

description

Rekayasa bioproses (Kinetika fermentasi)

Transcript of Kinetika Fermentasi

BAB IV DASAR-DASAR FERMENTASI

Apabila ingin menghasilkan etanol, maka harus menghambat pertumbuhan asam laktat, asetat, asetoin, astil, Ko.A + Format, dan asetil Ko.A + H2 + CO2 dengan diberi zat penghambat (inhibitor). Bisa juga dengan memberi kesenangan asetildehida dan etanol seperti, suhu, pH, mineral vitamin, dan sebgainya.

Glukosa menjadi etanol dengan beberapa bantuan enzim dengan menggunakan jalur HDP. Dari glukosa melewati jalur HDP dengan bantuan 2NAD agar menghasilkan 2Piruvat. Kemudian 2Piruvat dengan bantuan enzim piruvat dekarboksilase berubah menjadi 2asetildehida dan melepaskan senyawa O2. Lalu 2asetildehida berubah dan menghasilkan etanol dengan bantuan enzim alcohol dehydrogenase dan 2NAD.

BAB V KINETIKA FERMENTASI

5.1 Laju Pertumbuhan Spesifik MikrobaPertumbuhan microbial biasanya ditentukan oleh waktu yang diperlukan untuk menggandakan massa sel. Waktu penggandaan massa sel dapt berbeda dengan waktu penggandaan jumlah karena massa sel dapat meningkat tanpa penambahan jumlah sel. Tetapi bila dalam suatu lingkungan tertentu interval antara penggandaan massa sel dan jumlah dengan waktu berlangsung konstan, maka mikroorganisme tumbuh pada laju eksponensial. Pada kondisi demikian pertumbuhan dapat digambarkan seperti berikut:dX/dt = X (5.1)Atau :dN/dt = nN (5.2)dimana : X = konsentrasi sel g/L N = konsentrasi sel jumlah/L T = waktu (unit) = laju pertumbuhan spesifik hr-1 (massa) n = laju pertumbuhan spesifik (jumlah)persamaan (5.1) menggambarkan peningkatan massa sel dengan waktu dan persamaan (5.2) menggambarkan penambahyan jumlah sel dengan waktu. Sebagiann besar keadaan pertumbuhan diukur dengan peningkatan massa, jadi yang akan digunakan adalah . Nilai X adalah laju pertumbuhan volumetric ( prokdutivitas volumetric) g/L-jam.Integral persamaan (5.1) menghasilkan dx/x = dt (5.3) bila laju pertumbuhan spesifik konstan, persamaan (5.3) menghasilkan :ln x2/x1 = t (5.4)persamaan (5.4) dapat diselesaikan pada kasus t=td yaitu waktu yang diperlukan untuk x2 = 2x1, lalu:td = ln 2/ = 0,693/ (5.5)

dari persamaan (5.4) dapat dilihat bahwa laju pertumbuhan spesifik dapat diperoleh dari slop dari plot ln X versus waktu.

5.2 Kinetika pertumbuhanYang dimaksud dengan pertumbuhan mikrobial pada organisme adalah peningkatan jumlah sel per organisme, dimana ukuran sel menjadi lebih besar. Pada organisme uniseluler (bersel satu), pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel, dan pertambahan organisme, misalnya pertumbuhan yang terjadi pada suatu kultur jasad renik Pertumbuhan disebut dalam keadaan keseimbangan jika secara teratur pada kondisi konstan, sehingga jumlah pertambahan komponen Kimia juga konstan. Sebagai contoh, pertambahan mengakibatkan penambahan massa sel sebanyak 2 kali dalam keadaan keseimbangan mengakibatkan penambahan jumlah komponen sel seperti air, protein, RNA, DNA, dan sebagainya. Umur sel generasi ditentukan setelah proses pembelahan selesai sedangkan umur kultur ditentukan oleh lamanya inkubasi. Semakin baik nutrisi dalam substrat tempat tumbuhnya maka pertumbuhan sel semakin cepat dan ukuran sel semakin besar.Berikut karakteristik pertumbuhan mikroorgansme : Bakteri menbelah diri dalam waktu 20-90 menit Ragi membelah diri dalam waktu 90-120 menit Kapang tumbuh dalam waktu 4-8 jamSyarat-syarat tumbuhnya mikroba antara lain sebagai berikut : Ada sel hidup Ada sumber nutrisi Adanya nutrisi dan faktor pertumbuhan Tidak ada inhibitor atau toksin Kondisi fisika-kimia yang mendukung

5.3 Fase- fase pertumbuhan mikroorganismeBila suatu sel mikroorganisme ditempatkan dalam suatu medium yang mengandung nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme di didalam dalam suatu suatusistem sistem tertutup (batch system) maka pola pertumbuhannya mengikuti fase fase-fase tertentu. Setiap jenis mikroorganisme memiliki kekhas tersendiri. Fase-fase pertumbuhan mikoorganisme sebagai berikut.1. Fase AdaptasiJika jasad renik dipindahkan ke dalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan substrat dan lingkungan sekitarnya. Pada fase ini belum terjadi pembelahan sel Karena beberapa enzim mungkin belum disintesis. Jumlah sel pada fase ini mungkin tetap tetapimungkin belum disintesis. Jumlah sel pada fase ini mungkin tetap tetapi kadang-kadang menurun. Lamanya fase ini bervariasi, dapat cepat atau lambat tergantung dari kecepatan penyesuaian dengan lingkungan.Lamanya fase adaptasi dipengaruhi oleh beberapa factor diantaranya adalah :1. Medium dan lingkungan pertumbuhanjika sel ditempatkan di medium yang sama dengan lingkungan sama seperti medium dan lingkungan sebelumnya maka tidak memerlukan waktu lama untuk addaptasi tetapi jika lingkungannya sangat berbeda maka akan memerlukan waktu yang cukup lama untuk adaptasi2. Jumlah inukulumjumlah sel awal sel yang semakin tinggi akan semakin cepat fase adaptasi. Fase-fase adaptasi mungkin berjalan lambat karena beberapa sebab, misalnya: Kultur yang dipindahkan dari mediun yang kaya ke medium yang kandungan nutriennya terbatas Mutan yang baru terbentuk menyesuaikan diri dengan lingkungannya Kultur yang dipindahkan dari fase statis ke medium baru dengan komposisi sama seperti medium sebelumnya

2. Fase Pertumbuhan awalSetelah mengalami fase adaptasi, sel akan mulai membelah dengan kecepatan yang masih sangat rendah karena baru selesai tahap penyesuaian diri.

3. Fase Pertumbuahan LogaritmikPada fase ini sel jasad renik membelah dengan cepat dan konstan, dimana pertambahan jumlahnya mengikuti kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti pH dan kandungan nutrient. Juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembaban udara. Pada fase ini membutuhkan energi lebih banyak dibandingkian dengan fase lainnya, selain itu sel paling sensitive terhadap lingkungan.4. Fase Pertumbuahn LambatPada fase ini pertumbuhan populasi jasad renik diperlambat karena beberapa sebab :1) Zat nutrisi di dalam medium sudah sangat berkurang2) Adanya hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan jasad renikPada fase ini pertumbuhan sel tidak stabil tetapi jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak dari pada jumlah sel yang mati.5. Fase Pertumbuhan Tetap (Statis)Pada sel ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini menjadi lebih kecil karena sel tetap membelah meskipun zat nutrisi sudah habis. Karena kekuirangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi berbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada fase ini sel-sel menjadi lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radisasi dan bahan Kimia.6. Fase Menuju KematianPada fase ini sebagian jasad renik mulai mengalami kematian karena beberapa sebab :1) Nutrien didalam medium sudah habis2) Energi cadangan didalam sel habis3) Jumlah sel semakin lama semakin semakin banyakKecepatan kematian disebabakan oleh kondisi nutrien, lingkungan dan jenis jasad renik

5.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi jasad renikFactor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan jasad renik yang bersuifat heterotrop antara lain :1) NutrienJasad renik heterotrop membutuhkan nutrien untuk kehidupan dan pertumbuhannya yaitu sebagai berikut : Sumber karbon, Sumber nitrogen, Sumber energie dan, faktor pertumbuhan seperti vitamin dan mineral. Beberapa jasad renik seperti Eschirchia coli dan Enterobacter aerogenes, khamir dan kapang dapat tumbuh dengan baik pada media/medium yang hanya mengandung glukosa sebagai sumber nutrien organik.contoh lainnya streptokokus, stapilokokus dan dari berbagai organisme lainnya mungkin membutuhkan beberapa sumber nitrogen organik lainnya dalam bentuk asam amino, purin dan pirimidin serta faktor-faktor pertumbuhan lainnya seperti vitamin B. thiamnin ( vitamin B1), riboflvin( vitamin B2), asam nikotinat (niasin), piridoksin( vitamin B6), asam pantotenat dan kobalamin ( vitamin B12) yang oleh organisme pemilih dan sukar tumbuh Nutrien dapat masuk kedalam sel jasad renik melalui beberapa cara yaitu:a. Difusi pasifb. Transpor aktifc. Difusi yang dipercepatd. Translokasi2) Tersedianya AirSel Jasad Renik Memerlukan air untuk hidup dan berkembang biak. selain merupakan bagian terbesar dari sel ( 70-80), air juga dibutuhkan sebagai reaktan dalam berbagai reaksi biokimia. Berikut karakteristik beberapa mikroorganisme :a) kadar air bahan pangan kapang kurang dari 14-15 %b) Kapang tumbuh baik pada kondisi persediaan air yang cukupc) Khamir dapat tumbuh pada medium dengan aktivitas air relative lebih rendah yaitu 0,62-0,65 pada sirup dan sekitarv 0,78 dalam larutan garam maupun sirup.3) Nilai PhPada umunya mikrooganisme dapat tumbuh pada kisaran Ph 3-6 kecuali asam laktat. Kebanyakan kapang dapat tumbuh pada kisaran pH yang luas yaitu 2-8,5 tetapi biasanya pertumbuahannya akan lebih optimum pada kondisi asam atau pH rendah. Sedangkan pada khamir Hampir sama seperti kapang akan tumbuh secara optimal pada kondisi asam ( pH 4-4,5)4) TemperaturMikroorganisme mempunyai suhu optimim, minimum dan maksimum untuk pertumbuhannya. Pembagian mikroorganisme berdasarkan kisaran suhu adalah :1. Psikrofil mikrooganisme hidup antara suhu 0-35 0C tumbuh optimum pada suhu 13 0C2. Mesofil mikrooganisme hidup an