Mikrobiologi Industri 01present

MIKROBIOLOGI INDUSTRI: disadur Oleh Dr. Ir. Syahiddin D. Said, M.T. & Dr. Ir. M. Zaki, M.Sc.JurusanTeknik KimiaUniversitas Syiah Kuala

Bagian 1

Sain Mikrobiologi

Mikrobiologi merupakan bidang ilmu yang mempelajari tentang mikroorganisme.

Mikroorganisme terdiri atas berbagai grup dalam jumlah yang cukup besar, dan dibagi ke

dalam tiga kelompok utama yaitu:

1. Eukariot

2. Bakteria

3. Archaea

Mikroorganisme sangat berperan dalam kehidupan, mereka mebentuk komposisi

atmosfir dan lingkungan kita. Sebagian dari mereka dapat menimbulkan penyakit dan

merusak bahan makanan, namun demikian, sebagian dari mereka berperan sebagai

penghasil berbagai produk kesehatan (seperti vitamin dan antibiotik) dan makanan

(seperti tempe dan roti).

Lingkup Mikrobiologi

Lingkup mikrobiologi cukup luas, hal ini tercermin dari keragaman yang dimiliki oleh

mikroorganisme dan pengaruh yang ditimbulkannya pada kehidupan dan lingkungan kita,

sehubungna dengan itu mikrobiologi dibagi atas:

1. Mikrobiologi umum

2. Genetika Mikroba

3. Fisiologi Mikroba

4. Mikrobiologi Molekuler

5. Mikrobiologi Kesehatan/kedokteran

6. Ekologi Mikroba

7. Mikrobiologi Makanan

8. Mikrobiologi Industri


Keragaman Mikroba

Secara umum, mikroorganisme dibagi atas enam kelompok: bakteria, archae, alga,

fungi, protozoa, dan virus. Masing-masing kelompok berbeda satu dengan lainnya. Hanya

satu hal yang membuat mereka sama, yaitu ukurannya yang sangat kecil. Bentuk dan

fungsi masing-masing kelompok itu sangatlah berbeda, hal yang sama juga ditmui pada

semua makhluk hidup.

Perbedaan utama diantara kempok mikroorganisme tersebut adalah struktur selnya.

Bakteri dan archae termasuk dalam kelompok yang disebut prokariot. Selnya tidak

memiliki struktur membran yang berfungsi sebagai pembatas. Berbeda dengan alga,

fungi, dan protozoa, seperti juga tumbuh-tumbuhan dan hewan termasuk ke dalam

kelompok eukariot. Mikroorganisme yang termasuk kedalam kelompok eukariot

memiliki inti sel yang memiliki membran dan struktur-struktur lain sel yang disebut

organel. Virus merupakan organisme yang aselular (acellular) yaitu bukan sel. Secara

keseluruhan virus adalah paket kecil asam nukleat yang terbungkus oleh suatu mantel

yang secara umum dibentuk oleh protein. Tabel dibawah ini menjelaskan tentang

beberapa sifat-sifat umum yang dimilikioleh masing-masing kelompok mikroorganisme.

Tabel 1. Kelompok mikroorganisme

Kelompok Jenis sel Fotosintesisa Bergerak Makroskopik

Bakteri Prokariot Ya Ya Tidak

Archae Prokariot Ya Ya Tidak

Alga Eukariot Semuanya Ya Ya

Fungi Eukariot Tidak Tidak Ya

Protozoa Eukariot Tidak Ya Tidak

Virus Aselular Tidak No Tidak

Bakteri

Bakteria dicirikan oleh ukuran dan struktur selnya yang prokariot. Kebanyakan

bakteri merupakan mikroorganisme bersel tunggal (unicellular) dan berukurun kecil jika

dibanding terhadap mikroorganisme lain seperti protozoa dan alga yang bersel tunggal


(Gambar 1.1). Satu sel bakteri tertentu mempunyai ukuran kira-kira seper-seribu volume

sel eukariot.

Bakteri memiliki bentuk yang beragam. Kebanyakan spesies bakteri berbentuk seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 1.2. Ada yang berbentuk spiral, batang, ulir (helical),),

Gambar 1.1. Berbagai Mikroorganisme dalam Telaga. Ukuran ran sel protozoa dan alga lebih besar disbanding yang lain

Gambar 1.2 Berbagai jenis bakteri dengan bentuk yang berbeda-beda.


koma (comma bintang dan bahkan berbentuk segi empat. Sebagian bakteria dapat

(bergerak motile), dan sebagian lagi tidak. Sebagian bakteria mendapatkan dilakukan oleh

berbagai hewan. Sedangkan yang lain energi dengan mencerna atau memproses senyawa-

energi senyawa organik (makanan) seperti yang menggunakan cahaya melalui

fotosintesa seperti yang dilakukan oleh berbagai tumbuhan. Juga ada yang menggunakan

bahan-bahan anorganik, seperti sulfur atau besi untuk menghasilkan energi. Sebagian

bakteri dapat berkembang/tumbuh pada temperatur serendah -20oC, yaitu lebih rendah

dari titik beku air; yang lain dapat tumbuh dengan baik pada temperatur 110 oC, yaitu

lebih tinggi dari titik didih air. Sebagian bakteri dapat tumbuh dengan baik pada kondisi

yang lebih asam ketimbang pada kondisi yang kurang asam. Demikian pula, sebagian

bakteri dapat tumbuh dengan baik pada lingkungan yang sangat basa ketimbang pada

kondisi yang kurang basa.

Bakteri dapat menyebabkan penyakit dengan cakupan yang sangat luas, dari penyakit

akibat keracunan makanan dan bahan berracun, sampai pada penyakit sifilis (syphilis)

dan tifus (typhoid fever).

Archae

Archae ditentukan untuk pertama sekali sebagai salah satu kelompok mikroorganisme

adalah pada tahun sembilan belas tujuh puluhan. Jika dipandang dari segi tampilannya,

archae mirip bakteri. Mereka merupakan sel prokariot dengan ukuran yang kecil, dan

biasanya bersel tunggal. Ketika pertama sekali ditemukan, mereka dinamakan

archaebakteri (bakteri kuno). Sebenarnya archaea sangat jauh hubungannya dengan

bakteri dibandingkan dengan keterkaitannya pada mikroorganisme eukariot. Oleh

karenanya nama archaebakteri ditukar menjadi archae. Banyak dari archae dapat hidup

pada lingkungan yang untuk kebanyakan makhluk hidup lainnya merupakan tempat yang

mematikan, yaitu tempat yang sangat panas atau asam atau mengandung garam dengan

kosentrasi yang sangat tinggi. Salah satu kelompok utama dari archae dapat membentuk

metana (gas alam). Hal ini dapat kita jumpai di berbagai telaga (ponds) yang tenang

(tidak ada aktivitas) dimana tercium gas metana hasil aktivitas mikrooganisme tersebut.

Tidak ada dari archae yang bersifat patogen bagi manusia.


Alga

Alga merupakan organisme yang eukariot yang dapat melakukan fotosintesa seperti

tumbuh-tumbuhan. Seperti semua organisme eukariot, mereka memiliki sebuah nukleus

dan berbagai organel, termasuk chloroplast (struktur atau tempat terjadinya peristiwa

fotosintsa). Beberapa alga memiliki sel tunggal dan berukuran mikroskopik. Tetapi yang

lain terdiri dari banyak sel dan berukuran makroskopik (dapat dilihat tanpa bantuan

mikroskop), lihat Gambar 1.3.

Ganggang laut yang berwarna coklat yang berukuran besar yang terdampar di pantai

lautan pasifik (Gambar 1.4) adalah salah satu contoh alga yang berukuran makroskopi.

Alga multi sel seperti itu tampak seperti tumbuh-tumbuhan tingkat tinggi, namun alga

tersebut tidak memiliki organ-organ yang khas sebagaimana yang dimiliki oleh tumbuh-

tumbuhan, seperti batang, akar, dan daun.

Alga-alga mikroskopik yang membentuk sekumpulan massa organisme lazim disebut

sebagai phytoplankton sering dijumpai disekitar permukaan laut dan air. Phytoplankton

merupakan sumber utama rantai makanan akuatik (aquatic).

Gambar 1.3. Phytoplankton


Fungi

Organisme-organisme yang termasuk kedalam kelompok fungi adalah jamur, yeasts,

dan kapang (molds). Fungi merupakan mikroorganisme dengan struktur sel eukariot,

tidak melakukan fotosintesa, dan berukuran mikroskopik dan makroskopik (Gambar 1.5).

Secara ekologi, peran mereka sangat penting karena mereka mampu menguraikan

(decompose) organisme yang telah mati. Beberapa fungi bersifat patogen terhadap hewan

dan manusia. Bebera diantaranya dapat menyebabkan infeksi ringan, seperti penyakit

10 m

kurap. Yang lain dapat menyebabkan infeksi yang mengancam kehidupan. Banyak fungi

bersifat patogen terhadap tumbuh-tumbuhan, seperti menimbulkan penyakit pada

tanaman jagung, kentang dan gandum.

Kebanyakan fungi tumbuh secara bercabang membentuk struktur yang disebut

mycelium. Yeast merupakan fungi yang bersel tunggal. Kapang merupakan fungi primitif

yang menimbulkan infeksi pada tanaman namun jarang terhadap manusia.

Gambar 1.5. (a) Fungi Epidermophyton floccosum berukuran mikroskopik (b) Jamur Amanita muscarina, fungi yang berukuran makroskopik.


a

b

c

Protozoa

Protozoa mempunyai arti “hewan pertama”, seperti namanya, sekilas protozoa tampak

seperti hewan. Mereka tidak melakukan fotosintesa dan umumnya mampu bergerak

(Gambar 1.7). Berbagai mikroorganisme yang termasuk golongan protozoa antara lain

adalah kelas amuba (amoeba) , bergerak menggunakan pseudopod yaitu suatu struktur sel

yang berbentuk pipa. Kelas lain adalah Fellagate dan ciliate yang dapat bergerak dengan

Gambar 1.6 Fungi Trichoderma harzianum: a) Conidia (spora) dan mycelium; b) Germinasi Spora; c) Massa Trichoderma harzianum dalam bentuk pellet


menggunakan struktur seperti rambut yang disebut flagella (struktur yang lebih panjang)

atau celia (struktur yang sama, tetapi lebih pendek). Semua protozoa berukuran

mikroskopik, dan merupaka mikroorganisme dengan sel tunggal yang kompleks.

Sebagian protozoa mempunyai banyak organel-organel intrasellular dengan bentuk dan

fungsinya yang hampir serumit jaringan (tissue) yang dimiliki oleh organisme yang lebih

tinggi.

Protozoa menimbulkan berbagai penyakit, diantaranya malaria dan sakit tidur

(tertidur dalam masa yang panjang).

Gambar 1.7. Protozoa Giardia Lambia, penyebab penyakit diare pada manusia


Bagian 3

Berbagai Metoda dalam Mikrobiologi

Sama halnya dengan bidang-bidang ilmu sains lainnya, diperlukan berbagai metoda dan

peralatan untuk mempelajari, mendalami dan mengembangkan mikrobiologi. Peralatan

utama yang sangat penting adalah mikroskop, disamping itu juga diperlukan berbagai

peralatan lain yang menunjang suatu eksperimen di laboratorium, seperti alat sterilisasi,

clean-bench dan lain-lain.

Pada bab ini kita akan mempelajari tentang berbagai jenis mikroskop dan cara

kerjanya. Juga dipelajari metoda-metoda pengkulturan (culturing), dan penyimpanan

(preserving) mikroorganisme.

Staining

Stain adalah zat warna yang digunakan untuk meningkatkan level contrast pada suatu sel

atau bagian-bagiannya, hal ini dilakukan dengan mengoleskan atau menuangkan zat

warna pada berbagai jenis sel. Secara selektif zat warna akan melekat pada sel tertentu

atau bagian-bagian tertentu dari sel.

Beberapa zat warna disebut juga sebagai zat warna penting (vital stains) dapat

langsung diteteskan pada setetes kultur yang berisi mikroorganisme hidup. Kebanyakan

zat warna lebih efektif jika dipakai pada mikroorganisme yang telah mati yang menempel

pada slide mikroskop.

Pewarnaan Sederhana (simple stain)

Metoda ini menggunakan zat-zat warna dasar untuk mewarnai sel agar dapat terlihat. Zat-

zat warna tersebut mewarnai semua sel yang dapat menyerap warna tersebut.

Pewarnaan Diferensial (differential stain)


Pewarnaan cara ini bertujuan untuk dapat membedakan jenis-jenis mikroorganisme.

Secara umum, prosedur pewarnaan diferensial memerlukan sedikitnya tiga langkah:

Pewarnaan Utama (Primary staining), pewarnaan cara ini sama halnya dengan

pewarnaan sederhana.

Penghapusan zat warna (Destaining) adalah suatu proses/perlakuan untuk

menghapus zat-zat warna yang melekat pada sel-sel tertentu yang telah dikenai

proses pewarnaan utama.

Counterstaining adalah penggunaan zat warna yang lain untuk mewarnai sel-sel atau

bagian-bagian sel yang telah dikenai perlakuan destaining.

Dikenal dua jenis diferensial staining yang digunakan secara luas dalam mikrobiologi,

yaitu gram staining dan acid fast staining.

Gram Staining

Gram staning membagi bakteri dalam dua kelompok, gram positive dan gram negative

(Lihat Gambar 3.2)

a


Prosedur Gram staining

Langkah 1:

Pewarnaan Utama (primary stain): Gentian Violet (dibuat dari violet kristal, alcohol,

ammonium oksalat, dan air) dioles pada specimen bakteri yang melekat pada slide. Baik

gram positif maupun gram negative memberikan warna ungu.

Langkah 2:

Mordant: iodine digunakan untuk melekatkan warna, tanpa mengganggu

penampilan/bentuk sel.

Langkah 3:

Penghilangan warna (decolorization): zat (agen) yang digunakan untuk decolorization

biasanya adalah etanol. Bila pada bakteri gram negatif dioleskan/dibubuhkan etanol,

maka warna ungunya menjadi hilang, sedangkan bakteri gram positif tetap mempertahan

warna tersebut.

Langkah 4:

Counterstain: Jika zat warna merah safranin dibubuhkan/dioleskan pada bakteri gram

negatif decolorization maka warnanya berubah menjadi merah jambu, sedangkan jika

dibubuhkan pada bakteri gram positif warna menjadi sedikit lebih violet.

Perbedaan warna yang diserap antara bakteri gram positif dan gram negative

menjelaskan adanya perbedaan pada permukaan luar mereka.

Acid fast-staining

Pewarnaan ini pertama sekali dipakai oleh Paul Ehrlich pada tahun 1882 untuk

mengindentifikasi mycobacterium tuberculosis. Bakteri ini penyebab penyakit

tuberklosis. Acid fast-staining menimbulkan warna hanya pada mycobacteria dan

beberapa actinomycetes. Sebab itulah mikroornisme ini disebut sebagai acid fast

bacteria. Semua bakteri yang lain mengalami penghapusan warna (destaining), namun

kehadiran mereka pada specimen dapat diketahui dengan counterstaining (Gambar 3.10).

Acid fast bacteria tidak mengalami destaining karena dinding luar (envelop) sel bakteri

Gambar 3.2 Prosedur gram staining


ini memiliki bahan seperti lilin (waxlike material). Salah satu metoda acid-fast stain

adalah Ziel-Neelsen stain.

Prosedur Ziel-Neelsen stain adalah sebagai berikut:

Langkah 1: Pewarnaan uatma: Carbolfuchsin (dibuat dari fuchsin, fenol, etanol dan air)

digunakan/dibubuhkan pada specimen yang melekat pada slide mikroskop. Semua sel

berwarna merah.

Langkah 2:

Mordant: Slide dipanaskan dengan mengukus (steaming) selama 5 menit, perlakuan ini

menyebabkan zat warna diserap ke dalam sel.

Langkah 3:

Decolorization: larutan decolorizing terdiri dari asam khlorida dalam etanol. Larutan ini

dibubuhkan pada slide, dan menghapuskan zat warna merah dari seluruh sel kecuali acid-

fast bacteria.

Langkah 4:

Counterstain: Methylene blue dibubuhkan sebagai counterstain. Zat ini memberikan

warna pada seluruh sel-sel decolorized bakteri sedangkan acid-fast bacteria tetap

berwarna merah.

Gambar 3,3 Acid Fast Stain


Sifat-sifat Cahaya

Cahaya adalah bagian dari spektrum gelombang elektromaknetik yang kontinyu.

Gelombang radio adalah gelombang panjang, terletak pada ujung spektrum ini (lihat

Gambar 3.1), panjang gelombangnya dapat mencapai 2000 meter. Cahaya gamma

terletak pada ujung yang lain dari spektrum ini, panjang gelombangnya lebih pendek dari

0,01 nm, dan lebih kecil dari ukuran virus. Cahaya (retina mata kita sensitif terhadap

cahaya ) terletak di sekitar bagian tengah spektrum.


Panjang gelombang cahaya yang dapat dilihat berkisar antara 400 dan 700 nm. Cahaya

biru memiliki panjang gelombang yang terpendek dan cahaya merah memiliki panjang

gelombang yang terpanjang. Cahaya kuning dan hijau memiliki panjang gelombang yang

menengah. Dengan jalan absorpsi atau refraksi, komponen-komponen warna yang

menyusun suatu cahaya dapat diketahui. Intensitas suatu gelombang cahaya menyatakan

tinggi gelombang.

Pemantulan, Pengantaran (Transmission), dan Penyerapan

Bila seberkas cahaya mengenai suatu benda (objek) ada tiga hal yang dapat terjadi

yaitu: cahaya tersebut dipantulkan, dilewatkan (diantarkan) yaitu cahaya menembusi dan

melewati benda, atau diserap (absorpsi), hal ini ditandai oleh perubahan pada panjang

gelombang akibat perpindahan seluruh atau sebagian energinya ke objek.

Mikroskop cahaya

Mikroskop yang menggunakan cahaya tampak sebagai penerangan (illuminasi) disebut

mikroskop cahaya (Lihat Gambar 3.5)

Gambar 3.4 Berbagai Panjang Gelombang Cahaya


Mikroskop cahaya: Berbagai cara meningkatkan kontras

Gambar 3.6 Mikroskop cahaya (compound microscope)

Gambar 3.7 Pembesaran pada mikroskop cahaya (compound microscope):a). power rendah (100x); b). power tinggi (400x); c). dengan menggunakan minyak (1000x)


a b

c d

Menumbuhkan Mikroorganisme

Karena ukurannya yang sangat kecil dan berkembang dengan cepat, menyebabkan

mikroorganisme menjadi objek eksperimen yang sangat ideal. Milyaran organisme dapat

dijadikan objek penelitian dengan hanya menggunakan kultur sebanyak satu milliliter

saja. Untuk melakukan eksperimen terhadap mikroorganisme, biasanya perlu

menumbuhkan mereka (culture) di laboratorium.

Kultur Murni

Banyak eksperimen dilaksanakan dengan menggunakan kultur murni (kumpulan

mikroorganisme di dalam media yang dikembangkan dari satu sel mikroorganisme

Gambar 3.8. Pembesaran 1000x, dilihat dengan metoda mikroskopi yang berbeda.a) Mikroskopi bidang terang b) mikroskopi fasa kontras c) mikroskopi bidang gelap d) mikroskopi Nomarsky


tertentu). Jarang kita temui kultur yang murni di alam. Di lingkungan alam, misalnya di

dalam tanah, di air, atau bahkan dalam tubuh manusia, mereka merupakan kultur

campuran (berbagai mikroorganisme hidup bersama-sama pada satu tempat). Dengan

demikian kultur murni mesti di peroleh dengan suatu metoda tertentu.

Untuk memperoleh suatu kultur murni diperlukan dua langkah proses. Pertama,

bahan-bahan disterilisasi untuk melenyapkan/mematikan seluruh mikroorganisme yang

hadir. Kedua, satu sel mikroba tunggal diisolasi dan ditumbuhkan (cultivate) untuk

menghasilkan suatu koloni (clone, turunan-turunan dari organisme tunggal).

Sterilisasi

Mematikan atau melenyapkan seluruh mikroorganisme disebut sterilisasi (sterilization).

Seluruh peralatan dan bahan-bahan yang digunakan untuk memperoleh kultur murni

mesti disterilisasi. Peralatan yang dimaksud antara lain adalah: flask, tabung uji (test

tube), petri dish, pipet, kawat inokulasi (wire inoculating loop). Bahan-bahan yang

dimaksud antara lain adalah media (bahan berbentuk cair atau padat yang berisi berbagai

nutrient yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme).

Sterilisasi dengan panas

Panas sering digunakan untuk mensterilisasi seluruh bahan-bahan atau alat-alat yang

tidak rusak akibat temperature tinggi. Berapa tinggi suhu atau berapa lama waktu yang

diperlukan untuk sterilisasi bergantung pada sistim pemanasan yang dipakai, yaitu

pemanasan dengan kukus (moist heat) atau pemanasan dengan oven (dry heat).

Pemanasan dengan kukus lebih efektif. Sterilisasi kebanyakan alat-alat atau bahan

dengan kukus (steam) bertemperatur 121oC dan dengan waktu 20 menit sudah cukup

memadai, akan tetapi untuk bahan-bahan atau cairan yang bervolume besar harus

dipanaskan lebih lama agar seluruh bagian bahan mendapat panas dengan baik. Sebagai

contoh, untuk mensterilisasikan 10 ml cairan di dalam tabung memerlukan waktu 15

menit, tetapi diperlukan waktu berjamjam untuk mensterilisasi 6 L cairan di dalam flask.

Bejana bertekanan yang dirancang untuk sterilisasi dengan sistim pemanasan kukus

disebut autoclave (Gamabar 3….).


Filtrasi

Mikrobiologi Industri 01present

Documents

Transcript of Mikrobiologi Industri 01present