Teknologi Fermentasi dan Peningkatan Kualitas...

TeknologiTeknologi FermentasiFermentasidandan

PeningkatanPeningkatan KualitasKualitasPakanPakan

RetnoRetno I I PujaningsihPujaningsihLaboratorium Teknologi Makanan Ternak

Fakultas Peternakan UNDIP2005

BIOTEKNOLOGIBIOTEKNOLOGI

Penggunaan mahluk hidupatau bagian-bagiannya untuk

menghasilkan barang ataujasa secara industri

rip-biotek-fermentasi 3

MikrobiologiBiokimiaBiologi Molekular

Biologi SelGenetika Molekular Rekayasa Proses

Bioteknologi

Diagnosa Kesehatan

Industri Farmasi

Industri Fermentasi

Industri Pangan dan Pakan

Industri Kimia

Lingkungan dan Energi


• FERMENTASI mrpk bentuk TERTUA dari BIOTEKNOLOGI• Minuman beralkohol (bir, anggur, tuak)• Makanan terfermentasi (keju, yoghurt, tape, tempe, petis,

terasi)• Orang Somaria dan Babilon kuno sdh minum bir sejak

6000 th sebelum masehi• Orang Mesir sdh membuat adonan Kue Asam sejak th

4000 sebelum masehi • Sedangkan di Eropa, minuman anggur sudah dikenal

jauh dimasa lalu dg proses fermentasi

Perkembangan BioteknologiJaman sebelum Louis Pasteur


• Kesadaran bhw terjadinya berbagai proses tsb diakibatkan oleh adanya mikroorganisme hidup (ragi/khamir) belum dijabarkan hingga abad 17 oleh Antony van Leeuwenhoek

• Bukti pasti bhw mikroorganisme mampu melakukan fernmentasi timbul dari studi Louis Pasteur tahun 1857 dan 1876, dsb Bapak Bioteknologi

Perkembangan BioteknologiJaman sebelum Louis Pasteur

http://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://swaramuslim.net/images/uploads/info/mengkudu.jpg&imgrefurl=http://swaramuslim.net/weblog.php%3Fid%3DC12_15_1&h=196&w=200&sz=6&tbnid=g_-q-o-Z3McJ:&tbnh=97&tbnw=99&hl=id&start=10&prev=/images%3Fq%3Dfermentasi%26svnum%3D10%26hl%3Did%26lr%3D


PerkembanganBioteknologiJaman Louis

Pasteur• Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)

• Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)

• Pengolahan limbah secara aerob


Perkembangan BioteknologiJaman antibiotika

• Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin)• Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)• Transformasi steroid (DOPA)• Teknologi fermentasi media cair• Teknologi biakan jaringan hewan


Perkembangan BioteknologiJaman pasca antibiotika

• Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame)• Protein sel tunggal• Enzim (amilase, glukosa isomerase, glukosa

dehidrogenase) • Teknologi imobilisasi sel dan enzim• Teknologi pengolahan limbah cair anaerob

(Biogas)• Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)


ARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGI

ARAS MASUKAN KELUARAN

TINGGIModal besar, alat

dan prosescanggih, operator

terdidik

Produk bernilaitinggi untuk

kesehatan danpangan

MENENGAHModal menengah,

alat dan prosestidak terlalu rumit

Pangan, pakan, pupuk dan

pestisida hayati

RENDAHModal kecil, alat

dan prosessederhana,

operator tak terdidik

Produk bernilairendah, sanitasi,

pemanfaatanlimbah


Contoh produk pakan hasilfermentasi

• Fermentasi jerami• Fermentasi dedak• Fermentasi pucuk tebu• Fermentasi ikan rucah, bekicot


Definisi Fermentasi

Fermentasimerupakan prosespemecahansenyawa organikmenjadi senyawasederhana yang melibatkanmikroorganisme. CnH2n+1OH.

Rumus kimia umum alkohol

Glukosa

http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mikroorganisme&action=edit

http://id.wikipedia.org/wiki/Gambar:D-glukosa.png


Definisi FermentasiMikroorganisma

Klasik : Urai seny.2 org.komplek seny. sederhanaAnaerob

MikroorganismaModern : Pengubahan suatu Substrat Bhn lbh berguna

Terkontrol

Fermentasi : Segala macam proses metabolisme yg (enzim, jasad renik scr oksidasi, reduksi, hidrolisa atau reaksi kimia lainnya)melakukan perub. kimia pd suatu substrat organik dg menghasilkan Produk Akhir.

Fermentasi: Aplikasi metabolisme mikrobia utk mengubah bahan (Industri) baku produk yg bernilai lebih tinggi

Misalnya: - Etanol, Asetat - Antibiotik, Enzim, Vitamin, Protein sel tunggal dsb.


Tujuan Fermentasi

Menghasilkan suatu produk (bahan pakan) yang

mempunyai kandungan nutrisi, tekstur, biological availability

yang lebih baikDisamping itu juga menurunkan

zat anti nutrisinya


Komponen Fermentasi(medium, nutrien, fermentor)

Jenis medium fermentasi dibagi 3 :• F. Medium Padat : Medium tdk larut, tapi

cukup lembab utk keperluan mikrobia (KA 12 – 60 %)

• F. Medium Semi Padat: Medium tdk larut, kelembaban cukup (KA = 65 – 80 %)

• F. Medium Cair: Medium cair substrat larut dan atau tak larut (KA > 80 %)


Nutrien/substrat: senyawa yg tdp di lingkungan pertumbuhan yg digunakan utk

proses katabolisme & anabolisme.

Nutrien dibedakan :• makronutrien : senyawa yang dibutuhkan dalam

jumlah banyak• mikronutrien : senyawa yang dibutuhkan dalam

jumlah kecil (trace element)Nutrien utama yang digunakan untuk pertumbuhan

mikrobia adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur dan fosfor.


Fermentor• Fermentor : tangki atau wadah

dimana di dalamnya seluruh sel(mikrobia) mengubah bahan dasar menjadi produk biokimia dengan atau tanpa produk sampingan

• Sering disebut dengan bioreaktor

• Fungsi dasar : menyediakan kondisi lingkungan yang cocok bagi mikrobia didalamnya untuk:

–– Menghasilkan biomassa–– Menghasilkan enzim–– Menghasilkan metabolit dsb


Syarat fermentor• Tangki dapat dioperasikan secara aseptik,

agitasi dan aerasi• Energi pengoperasian serendah mungkin• Temperatur harus terkontrol• Kontrol pH• Tempat pengambilan sampel• Penguapan berlebihan dihindari• Tangki didesain untuk meminimalkan tenaga

kerja pemanenan, pembersihan dan perawatan

• Peralatan general: permukaan bagian dalam halus, dihindari banyak sambungan, murah.


Konstruksi Fermentor• Bahan fermentor dibuat tahan karat utk mencegah

kontaminasi logam/ion selama proses• Bahan fermentor hrs tidak beracun & tidak mudah

terlarut, shg tdk menghambat pertumb.mikrobia• Bahan fermentor hrs kuat utk sterilisasi berulang

kali pd tekanan uap tinggi• Sistem stirer dari fermenter & lubang

pemasukannya cukup, shg tdk mengalami stress mekanik akibat terlampau rapat

• Pemeriksaan secara visual dari medium & kultur hrs tersedia, dibuat dari bahan transparan


Jenis-jenis Fermentasi• Berdasarkan produk yang dihasilkan

– Alcoholic fermentation– Lactic acid fermentation

• Berdasarkan proses kerja– Batch culture fermentation– Fed culture fermentation– Semi batch culture fermentation– Continuous culture fermentation– Recycling continuous culture fermentation

• Berdasarkan kondisi– Aseptis/ steril pembuatan alcohol dan asam sitrat– Semi aseptis / tdk kurang steril pembuatan tempe, kecap,

silase


• Alcoholic Fermentation

• Lactic acid Fermentation


• Batch culture : tanpa penambahan substrat selamafermentasi berlangsung

• Fed batch culture: bbrp nutrisi/media ditambahkan slmfermentasi dlm interval tertentu, tdk ada medium pertumbuhan yg dipindahkan

• Semi batch culture: sebag dari cairan fermentasidipindahkan stlh proses berlangsung (70-80 %) & selyg tertinggal dlm tangki diendapkan/disentrifugasidigunakan lagi utk batch berikutnya

• Kultur kontinyu: nutrien/media ditambahkan terus menerus ke dalam fermenter dan produk dipindahkan dari tangki fermenter scr terus menerus

• Kultur kontinyu dg recycle: biomassa sel dipisahkan dan dikembalikan ke fermentor


Fase Fermentasi


Phase: Lag

• Pd fase ini tk pertumbuhan nol, krn pd saat sel dipindah ke medium yg baru tjd penyesuaian dg lingk baru shg tdk sgr tjd pertumbuhan sel

• Ciri-ciri fase lag :Tidak ada peningkatan jumlah selSel membesar ukurannyaSecara fisiologis sel aktif & mensintesa enzimbaru utk beradaptasi dg lingkungan baru


Phase: Logarithmic or Exponential

• Tingkat pertumbuhan maksimal dan naik secara konstan

• Tingkat pertumbuhan eksponensial dipengaruhi oleh

Kondisi lingkungan (suhu, komposisi medium)Sifat genetik dari mikrobia


Phase: Stationary• Tingkat pertumbuhan nol, ciri:

– Tjd akumulasi produk beracun– Nutrien dlm medium tlh habis– Bbrp sel mati, tapi yg lain tumbuh dan membelah, jd

jumlah sel yg mati = yg membelah, shg jumlah sel seimbang (cryptic growth)

– Jumlah sel yg hidup tetap• Walau tdk ada pertumbuhan, fungsi sel tetap

berjalan spt metabolisme maupun biosintesa.• Produksi bbrp metabolit sekunder adalah utama

terutama pd perpindahan dari fase logaritmik kefase stasioner


Phase: Decline or Death

• Tingkat pertumbuhan negatif, artinya jumlah selyg hidup menurun

• Pd bbrp keadaan dpt diikuti dg tjdnya lisis dari sel shg turbiditas dan jumlah sel yg dihitung scr langsung akan berkurang sejalan dg pengurangan sel hidup

• Ciri-ciri :– Terjadi akumulasi lanjut produk metabolit yg

menghambat nutrien penting dlm medium habis– Jumlah sel yg hidup turun scr logaritmik– Umumnya sel akan mati dalam bbrp hari atau bulan


ProsesProses FermentasiFermentasi• Glikolisis

2 pyruvic acid molecules

glucose


Proses Fermentasi

Lactic acid

Pyruvic acid + 2H+

Ethanol and CO2


Tahapan Proses Fermentasi• Formulasi medium yg akan digunakan utk

menumbuhkan mikroorganisme baik pd Enrichment (pengkayaan) maupun pd Proses Produksi

• Sterilisasi Medium, Fermentor dan Perlengkapannya• Produksi kultur murni/campuran yg cukup utk

menginokulasi pd tahap produksi• Optimasi produksi pd tahap Fermentasi produk dg

kondisi Optimum• Ekstraksi (Pemanenan hasil) dan Purifikasi/pemurnian

produk• Pembuangan effluen (limbah medium) yg dihasilkan

selama produksi


Kultur Sediaan

Labu Kocok

FermentorPengembangan

Inokulum

Sterilisasi

Formulasi Medium

Bahan Medium

FermentorPRODUKSI

CairanKultur

PemisahanSel

Biomasa(Sel)

SupernatanBebas sel

PerlakuanEfluen

Pemurnian Produk(bila berasosiasi dg Supernatan)

PerlakuanEfluen

Pemurnian Produk(bila berasosiasi

dg Biomasa)

Pengembangan Inokulum


Faktor2 yang Faktor2 yang mempengaruhimempengaruhi fermentasifermentasi

SuhuOksigen (kondisi aerob/ anaerob)Kandungan air medium/ substrat

Jml dan macam Inokulum (starter m.o)PH medium (awal fermentasi)

Kandungan nutrisi mediumJenis substrat


PemilihanPemilihan SubstratSubstrat FermentasiFermentasi

• Perlu substrat murah, mudah tersedia & efisien penggunaannya• Peluang penelitian menemukan substrat baru yg lebih efisien• Apakah substrat baru lebih baik Hrs terjawab :

– Apakah ada/ tdk ada residu yg menimbulkan limbah– Apakah substrat baru tsb diterima konsumen – Apakah harga lebih murah/ lebih efisien– Substrat yg murah tidak selamanya baik

• Bila produk fermentasi bisa dihasilkan dg cara sintesis/ cara lain maka pemilihan substrat mrpk hal utama (bersaing)

Con.: produk as. amino glutamat, lisin, metionin dsb.) • Produk yg hanya dihasilkan scr fermentasi as. sitrat &

antibiotik


Beberapa faktor yg mempengaruhi pemilihan substrat :

1. Kontinyuitas ketersediaanTersedia sepanjang tahun; jangan dr bhn yg musiman/ ketersediaannya terbatasDpt disimpan dalam beberapa bulan, mutu dan komposisinya relatiftetap

2. Sifat fermentasiSubstrat hrs dpt difermentasiMis: Produksi PST Trichoderma viridae dpt tumbuh baik pd substrat selulosa (jerami padi); tetapi tdk dpt tumbuh baik pd bungkilkelapa

3. Harga substratMurah dan dpt digunakan sesuai kebutuhan


Sterilisasi(proses bebas kuman, virus,

spora, jamur)

• Cara alami: pemanasan dalam air mendidih

• Cara kimiawi: antiseptik & desinfektan

PasteurisasiPasteurisasi


Teknik Pemanenan Produk FermentasiDimensi baru tek fermentasi dpt memanfaatkan M.O. utk

menghasilkan :

Metabolit primer– Metabolit yg dihasilkan selama fase pertumbuhan utama– Metabolit yg penting utk pertumbuhan mikrobia

glukosa, fruktosa, etanol, alcohol, kalsium sitrat (dr ampas tahu, ampas tapioca, bekatul)

Metabolit sekunder– Metabolit yg dihasilkan saat mendekati akhir fase

pertumbuhan, seringkali, saat terjadinya fase stasionerMetabolit Sekunder ( tdk punya peranan langsung utk

kehidupan M.O.) Mis : Antibiotik (penisilin, oksitetrasiklin, streptomisin, aktinomisin) dan Alkaloid


Proses Produksi

Pemanfaatan langsung :Silase, Yoghurt, SCP/ PST

Sentrifuse

Sel / PST

Pemecahan sel dg pembekuan/ sonicator

Sentrifuse

Sel/PST

N butanol

Cairan

Cairan

Ekstraksi(Pelarut organik)

Senyawa polarDan Medium

Senyawa Non polar

Cairan mengendap,Senyawa polar

Ekstraksi pelarutorganik N butanol

Pemisahan lanjut sesuai kebutuhan

Produk Metabolit


Ada yang inginditanyakan ?

Teknologi Fermentasi dan Peningkatan Kualitas...

Documents

Transcript of Teknologi Fermentasi dan Peningkatan Kualitas...