PROSES FERMENTASI

Iman RusmanaDepartemen Biologi

FMIPA IPB

2

Proses Fermentasi

sintesis produk & metabolisme primer

3 Tipe :

1. Produk disintesis langsung dari metabolismeprimer

2. Produk disintesis dari substrat sama melaluilintasan II (bukan metabolisme primer)

3. Metabolisme & sintesis produk terjadi padawaktu berbeda

Produktivitas & Laju produksi spesifik[produk]

Produktivitas (P) = ---------------------------waktu fermentasi

1. Waktu/lamanya fermentasi2. Waktu pembersihan & set up fermentor3. Waktu sterilisasi4. Lamanya fase lag

Evaluasi Efisiensi biaya

Produktivitas total & produktivitas maksimum

Produktivitas maksimumProduktivitas total

Sintesis produk

waktuClean upFilling

Fase lag Fase produksi

Stop

Prediksi optimalisasi proses produksi

Efek waktu set up fermentor :

1. Fermentasi pendek : 8 – 70 jamwaktu set up berpengaruh nyata thd produktivitas

2. Fermentasi berlangsung lama : > 3 hariwaktu set up tidak berefek nyata

Pada fermentasi kontinu:

D. KsP = D.X P = D. Ys (So - ----------- )

μm - D

Laju produksi spesifik (qp) dPi/dt = qp . X

Pi = konsentrasi produkqp setara dg μ tidak ada korelasinya

Yield (Ys) [biomasa]

Ys = -------------------------[konsumsi substrat]

Tahapan Proses Fermentasi :

1. Penyimpanan biakan inokulum

2. Menumbuhkan biakan inokulum

3. Penyiapan inokulum starter

4. Fermentasi produksi

Penyimpanan biakan inokulumgalur utk produksi digunakan jangka panjang

Ditransfer periodik

Mutasi spontan

Dipelihara selama mungkin stabil / tidak berubahBiakan induk/master:

tidak sering dikultivasi (1 X dlm 2 tahun)cek aktivitas setiap akan di gunakan

Biakan kerja :diturunkan dari biakan indukrutin di cek kemurnian & aktivitasnya

Cara???

3 teknik umum

3 Teknik Penyimpanan Biakan: 1. Penyimpanan Suhu Rendah (2 – 6oC)

metode paling mudahpaling tidak stabil/amanagar miring/tusuk atau cairdi lemari esresiko kontaminasi &mutasi

sering peremajaan: 2-4 bulan2. Penyimpanan beku (-18 C; - 80 C; or –196oC)

- 196 C nitrogen cairpenurunan suhu bertahap (1 C/min) or+ syw protective tak bentuk kristal

untuk beberapa tahun95 % akan mati bila dibeku-dicairkan berulang-ulang

3. Liofilisasi (freeze- drying)+ syw protective (skim milk or sukrosa)dapat disimpan dg jangka waktu tak terbatas

Menumbuhkan biakan inokulum ditumbuhkan di medium cair / padat

Lama menumbuhkan tgt cara penyimpanan1. Liofilisasi 4 – 10 hari

2. Penyimpanan beku:- bakteri 4 –48 jam- Actinomycetes 1 – 5 hari- fungi 1 – 7 hari

2. Penyimpanan suhu rendah:- bakteri 4 –24 jam- Actinomycetes 1 – 3 hari- fungi 1 – 5 hari

Penyiapan inokulum starter cukup jumlah untuk fermentor besarterlalu sedikit pertumbuhan tertunda

Jumlah inokulum yg umum :

1. Bakteri 0.1 – 3.0 %

2. Actinomycetes 5 – 10 %

3. Fungi 5 – 10 %

4. Suspensi spora 1 – 5 x 10 5/l

Fermentasi produksi ukuran fermentor beda-bedanutrien harus optimal

Parameter yang penting di kontrol/monitor:1. Suhu optimum

suhu > 1 C yield turun sampai 20 %

2. Aerasi O2 terlarut0.25 – 1.0 vvm (vol udara/vol cairan.min

3. pH

4. Tekanan tekanan berlebih (0.2 - 0.5 bar)kurangi resiko kontaminasi

Optimum tumbuh 5.5 – 8.5perubahan monitor & kontrol (+ asam/basa)

Kultur sel densitas tinggi

Densitas sel setara dengan produktivitas

- Optimasilasi medium C/N ratio tinggi akan hambat pertumbuhan

- Syw toksik dihilangkan

- O2 terlarut: faktor pembatas pd kultur dg densitas sel tinggi

Optimum tumbuh perlu O2 terlarut tinggiex: E. coli rekombinan 0.0084 gram/lt pd 25oC dg kontinu

Gelembung besar O2 terlarut sedikit

1. Sparging2. O2 bertekanan3. + bhn kimia

tingkatkan kelarutan O2 (ex. Perfluorocarbon)4. Modifikasi fermentor5. Biologi: + gen

molekul mirip haemoglobin dr Vitreoscilla(Bailey dkk. 1990) ikat O2 [O2] di sel tinggi

O2 terlarut

Ukuran fermentorUkuran fermentor

(m3)Poduk

1 - 20 Enzim diagnostikSyw utk biologi molekuler

40 - 80 Enzim, antibiotik

100 – 150 Penisilin, protease, amilase, steroid,

asam amino - 450 Asam glutamat

Back

1. Produk disintesis langsung dari metabolisme primerSubstrat A ProdukSubstrat A B C Produk

- pertumbuhan- katabolisme substrat- sintesis produk

Bersamaan scr paralelFerm. Kontinu

-Protein sel tunggal-Etanol-As. Glukonat

μ (laju pertumbuhan spesifik)Laju konsumsi substrat spesifikLaju sintesis produk spesifik

Back

2. Produk disintesis dari substrat sama melaluilintasan II (bukan metabolisme primer)

1. Pertumbuhan baik & konsumsi substrat tinggi

tidak ada sintesis produk

2. Pertumbuhan lambat & sintesisproduk

konsumsi substrat tinggi

2 Tahap :μ (laju pertumbuhan spesifik)Laju konsumsi substrat spesifikLaju sintesis produk spesifik

Back

Substrat A B C Met. Primer (energi)

D E produk

3. Metabolisme & sintesis produk terjadi padawaktu berbeda

Produk tidak dihasilkan dari katabolisme

μ (laju pertumbuhan spesifik)Laju konsumsi substrat spesifikLaju sintesis produk spesifik

Back

tahapan

1. Met primer & pertumbuhan & konsumsi substrat

2. Sintesis produk

produksi

VitaminAntibiotik