2012 PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK KHAMIR PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK BAKTERI

11/04/2012

KRITERIA INOKULUM  kultur tersedia dalam keadaan aktif dan sehat  fase

lag minimal.  tersedia dalam jumlah cukup  bebas dari kontaminan

Tujuan Instruksional Khusus : • Mahasiswa mampu menjelaskan pengembangan inokulum untuk proses fermentasi Elisa Julianti - THP-FP USU

 kemampuan membentuk produknya stabil

Elisa Julianti - THP-FP USU

 Pada perkembangan inokulum diinginkan jumlah sel

yang tinggi dan mempunyai kemampuan yang aktif untuk membentuk produk  komposisi media untuk pengembangan inokulum ≠ media fermentasi.  Sumber karbon pada media untuk pengembangan

inokulum < media untuk fermentasi kecuali pada produksi protein sel tunggal (PST).

PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK KHAMIR  Contoh pengembangan inokulum untuk khamir pada

pembuatan ragi roti (baker’s yeast)  dilakukan dalam 5 tahap proses, yaitu 2 (dua) tahap secara aseptik dan 3 (tiga) tahap berikutnya dalam tangki yang bagian atasnya terbuka (Gambar 1)

 Proporsi inokulum 3-10% dari volume total media.


Tahap akhir 1000kg kg menjadi 5000 kg selama 11 jam (Diulangi 25 kali) Tahap 4: 1000kg kg menjadi 5000 kg selama 11 jam (Diulangi 5 kali)

100 Berat Khamir (103kg)


80 70

Tahap 3: 1000kg kg menjadi 5000 kg selama 11 jam

60

 Spora terbentuk pada akhir fase log

Tahap 1: 0.2 kg menjadi 190 selama 24 jam

10

20

pada fase logartima. - keadaan fisiologis kultur inokulum - umur inokulum (pada bakteri pembentuk spora)

40

0

 Tujuan Utama : memperoleh sejumlah massa sel aktif  Panjang fase log ditentukan oleh :

Tahap 2: 190kg menjadi 1000 kg selama 9 jam

20

PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK BAKTERI

 Inokulum dengan populasi spora   fase log  30

40

50

60

Waktu Fermentasi (jam)

Gambar 1. Proses pengembangan inokulum pada proses produksi baker’s yeast komersial. Elisa Julianti - THP-FP USU


1

11/04/2012

PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK BAKTERI ..........

F

E

Log jumlah mikrobia yang hidup

D

C A B

Waktu

Gambar 2. Grafik Pertumbuhan Mikrobia. Tahap A-B = tahap istirahat (lag phase), ahap B-C = tahap tumbuh (accelerate phase), Tahap C-D = fase log, Tahap D-E = tahap tumbuh reda (decelerate phase), Tahap E-F = tahap stasioner, Tahap F = tahap kematian

 Contoh : 1. Dalam produksi protease oleh Bacillus sp (thermofil) digunakan 5% inokulum kultur dalam fase logaritma. 2. Produksi oleh B.subtillis diawali dengan menumbuhkan kultur pada media padat atau cair 1-2 hari, dan tahap berikutnya sampai skala produksi dapat dilihat pada Tabel 1. 3. Produksi aseton butanol oleh Clostridium acetobutylicum juga dilakukan pada 5 tahap seperti terlihat pada Tabel 2.



Tabel 1. Pengembangan inokulum pada proses produksi protease oleh B.subtillis

Tahap

Kondisi Kultur

Waktu Inkubasi

1

Media 4L, digojog, diinokulasi kultur stok

18-24 jam

2

Kultur tahap 1 diinokulasikan dalam 750 L media

6 jam

3

Kultur tahap 2 diinokulasikan dalam 6000 L media

6 jam

4

Kultur tahap 3 diinokulasikan dalam media Sampai produksi produksi 120.000 L enzim optimal Elisa Julianti - THP-FP USU

 Pengembangan inokulum bakteri asam laktat dalam

pembuatan minuman sari buah yang mengandung probiotik : Kultur yang digunakan adalah kultur liofilisasi yaitu

kultur bakteri asam laktat yang diisolasi dari berbagai bahan pangan yang mengalami fermentasi asam laktat seperti pikel sauerkraut, yoghurt, dadih, yakult atau tempoyak . Kultur liofilisasi dipindahkan ke dalam tabung berisi media MRS broth (de Mann Rogosa Sharpe) Kultur ini kemudian disimpan pada media MRS agar yang ditambah 0.1% (b/v) CaCO3 dengan menggunakan metode tusuk. Elisa Julianti - THP-FP USU

Tabel 4.2. Pengembangan inokulum pada produksi aseton butanol oleh Clostridium acetobutylicum. Tahap

Kultur

Medium

1

Rekonstitusi sel kultur stok, 24 jam

Potato glucose broth

2

Tahap 1, diinokulasikan dalam 600 ml 4% glukosa, 5% media, 20-24 jam amonium sulfat, 6% kalsium karbonat, 6.2% fosfor pentaoksida

3

90 ml tahap 2 diinokulasikan dalam 3000 Seperti tahap 2 ml media, 20-24 jam

4

3000 ml tahap 3 diinokulasikan dalam Seperti tahap 2, glukosa 25.000 L media 6%

5

Kultur tahap 4 diinokulasikan (0.5-3% Seperti tahap 4 dengan inokulum) ke dalam 300.000-2.500.000 L amonia sebagai kontrol media untuk skala produksi pH Elisa Julianti - THP-FP USU

 Kultur diinkubasikan pada suhu 37oC selama 48 jam  kultur stok (disimpan di dalam refrigerator suhu 4oC) , disegarkan

kembali minimal sebulan sekali. Inokulum yang akan ditambahkan ke dalam minuman sari buah dibuat dalam bentuk kultur kerja.  Kultur kerja dibuat dengan menggunakan media sari buah dan susu skim.  Kultur induk sebanyak 0.1% di tumbuhkan pada media sari buah yang mengandung susu skim 10% dan diinkubasikan pada suhu 37oC selama 48 jam, sehingga dihasilkan koloni sebanyak 1.0-4.0 x 109 koloni/ml dengan kadar asam laktat kurang lebih 2.7%.  Selanjutnya kultur ditambahkan lagi sebanyak 0.5% dalam media sari buah yang ditambah susu skim 10% dan glukosa 3%, dan diinkubasikan selama 24 jam pada suhu 37oC.  Kultur induk perlu diperbaharui setiap minggu dengan cara menumbuhkannya ke dalam media sari buah dan susu skim 10%.


2

11/04/2012

Kultur Liofilisasi

 MRS Broth (48-72 jam 37oC)

 Agar MRS Kultur stok

PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK KAPANG  Inokulum berupa spora aseksual

Sari buah + Susu skim 10% Kultur induk (48 jam, 37oC)

 Jamur dapat membentuk spora pada media yang

sesuai dan luas permukaan yang cukup.  Penggunaan sel vegetatif dapat dilakukan, tetapi sulit

Sari buah + susu skim 10% Kultur antara (48 jam, 37oC)

karena populasi inokulum tidak seragam sehingga perlu pemotongan miselia (misalnya dengan warring blender). Teknik ini digunakan dalam produksi giberelin oleh Gibberella fujikuroi.

Sari buah + susu skim 10% + 3% glukosa Kultur kerja (24 jam, 37oC) Gambar 3. Tahap-tahap persiapan inokulum bakteri dalam pembuatan Elisa Juliantisari - THP-FP USU minuman buah dengan probiotik.


Cara-cara pengembangan inokulum kapang : 1. Sistem roll bottle  Media berupa agar 3% yang disterilisasi dalam botol berbentuk silinder dengan ukuran 1 L hingga melekat di permukaan bagian dalam dari botol, kemudian diinokulasikan spora kapang dan diinkubasi pada suhu 24oC selama 6-7 hari  diterapkan dalam produksi penisilin oleh Penicillum chrysogenum.


Cara-cara pengembangan inokulum kapang : ..... 2. Sporulasi pada media biji-bijian dan sekam  Media berupa biji-bijian dan sekam seperti biji barley

dan sekam gandum disterilisasi, kemudian diinokulasikan dengan jamur dan diinkubasi pada suhu 28oC selama 6 hari sengan RH 98%.  Contoh: Aspergillus ochraceus dalam 2.8L gelas diisi dengan 100-200 g barley dan sekam, akan menghasilkan 5 x 1011 konidia.


 Tahap pengembangan inokulum untuk jamur benang

Cara-cara pengembangan inokulum kapang : ..... 3. Sporulasi secara submerged culture  Misalnya pada persiapan inokulum untuk produksi

sama dengan bakteri dan khamir.  Contoh produksi penicilin dilakukan dengan 5 (lima)

tahap persiapan inokulum seperti terlihat pada Tabel 3

gliserofulvin oleh Penucillum patulum dalam media whey dan corn step liquor dengan aerasi yang cukup.



3

11/04/2012

Tabel 3. Tahap pengembangan inokulum dalam proses produksi penisilin oleh Penicillum chrysogenum. Tahap 1 Kultur stok-spora dalam pasir steril Tahap 2 Kultur dipindah ke media agar Tahap 3 Kultur dalam roll tube, kultur spora dalam 1L botol Tahap 4 Miselia dan spora tumbuh dalam skala produksi pertama Tahap 5 Tahap 4 digunakan untuk inokulasi skala produksi kedua, produksi penisilin (volume inokulum 7-10%).

INOKULASI SECARA ASEPTIK  Teknik inokulasi dalam industri fermentasi meliputi:

pemindahan kultur mikroba dari suspensi spora pada skala laboratorium sampai skala produksi (pabrik)  harus dilakukan secara aseptik.  Dasar teknik aseptik pada proses inokulasi adalah :  Mempertahankan tekanan positif di dalam tanki  Tempat jalan masuk pemindahan kultur (port) harus

dilengkapi dengan jalur persediaan uap panas.  Sistem klep (valve) dapat diatur sedemikian rupa hingga

setiap jalur yang dilalui kultur dapat disterilkan terlebih dahulu. Elisa Julianti - THP-FP USU

PENGGUNAAN SEL TERIMOBILISASI DALAM FERMENTASI  Inokulum yang digunakan dalam proses fermentasi dapat

juga berupa sel-sel yang sudah diimobilisasi  Teknologi imobilisasi sel adalah lokalisasi sel selama proses perombakan berlangsung sehingga sel tersebut mudah dipisahkan dari substrat dan produk untuk digunakan kembali.  Keuntungan teknologi imobilisasi adalah :


 Metode-metode untuk imobilisasi sel mikroba dibagi

menjadi 3 (tiga) kelompok (Chibata et al., 1983) : 1. Metode Ikatan dengan pembawa (carrier) 2. Metode Ikatan melintang 3. Metode Penjeratan

 pemanfaatan sel dapat berulang-ulang  mempermudah pengendalian proses  meningkatkan stabilitas sel  diperoleh produk bebas sel/enzim  tahan lama dan kerusakannya dapat diperhitungkan Elisa Julianti - THP-FP USU


ad 1. Metode Ikatan dengan pembawa

ad.2. Metode Ikatan Melintang

 Didasarkan pada pengikatan sel-sel mikroba langsung

 Didasarkan pada pembentukan ikatan melintang di

pada pembawa yang tidak larut air dengan 3 metode penyerapan yaitu fisik, ionik dan kovalen.

antara sel-sel dengan bantuan pereaksi-pereaksi bifungsional atau multifungsional.  Digunakan untuk imobilisasi sel-sel E.coli yang mempunyai aktivitas aspartase yang tinggi.  Sel-sel E.coli diimobilisasi dengan memperkuat dinding sel dan mengikat sel-sel secara melintang dengan pereaksi bifungsional seperti glutaraldehida atau toluendiisosianat.

 Carrier : polisakarida tidak larut air (sellulosa,

dekstran dan turunan agarosa), protein (gelatin dan albumin), polimer sintetik (resin pertukaran ion dan polivinilklorida) dan oksida logam (zirkonium oksida dan titanium oksida), serta gelas berliang renik.



4

11/04/2012

CH═N-sel-N═CH(CH2)3CH═N-sel═CH │ N ║ CH │ OHC(CH2)3CHO + sel  (CH2)3 glutaraldehida │ CH ║ N │ -CH═N-sel-N-CH-

ad.3. Metode Penjeratan  Metode yang menjerat sel secara langsung ke dalam

matriks polimer.  Paling banyak digunakan untuk imobilisasi sel dalam

keadaan hidup.  Jenis-jenis pembawa yang digunakan untuk menjerat

sel dikelompokkan berdasarkan mekanisme pembentukan gel (Tabel 4).

Gambar 3. Imobilisasi sel dengan metode ikatan melintang antar sel menggunakan glutaraldehida Elisa Julianti - THP-FP USU


Tabel 4. Metode yang dapat diterapkan untuk imobilisasi sel utuh dengan metode penjeratan dalam gel. Mekanisme pembentukan gel

Polimer

Senyawa Sel-sel Mikroba Bir

Polimerisasi

Poliakrilamida, polimetakrilat

Ikatan melintang

Berbagai prapolimer protein

Polikondensasi

Poliuretan, Resin epoksi

Pembentukan gel secara thermal

Kolagen, gelatin, agar/agarose, karagenan

Secara ionotropik

Alginat, Kitosan

Presipitasi

Selulosa, selulosa triasetat

Etanol


Senyawa

Sel-sel Mikroba

k-karagenan

Asam Asetat

Acetobacter acetii

Keramik berliang Titanium hidrus

Asam Sitrat

Aspergillus niger Saccharomyces lipolytica

Kalsium alginat Serpihan kayu

Asam Glukonat

Aspergillus niger

Kalsium alginat

Asam laktat

Lactobacillus lactis Lactobacillus delbrueckii

Kalsium alginat Kalsium alginat Kolagen k-karagenan

Vitamin B12

Propionibacterium freudenreichii

Poliuretan

Amilase

Bacillus subtilis

Poliakrilamida

Selulase

Trichoderma raesei

k-karagenan

Protease

Streptomyces fradie

Poliakrilamida


Saccharomyces carlsbergensis Saccharomyces bayanus Kluyveromyces fragilis Pachysolen tannophilus Zymomonas mobilis

k-karagenan, silika berliang renik k-karagenan kalsium alginat kalsium alginat kalsium alginat, k-karagenan, manikmanik polistiren, borosilikat, hambalan serat gelas.

Carrier untuk Imobilisasi

Saccharomyces cerevisae

L- Brevibacterium flavum Corynebacterium glutamicum Serratia marcescens

Carrier untuk Imobilisasi

Saccharomyces Polivinil klorida, bata, berliang renik, carlsbergensis Kalsium alginat Saccharomyces cerevisae alginat, kSaccharomyces cerevisae Kalsium karagenan,poliakrilamida, cincin Raschig berlapis, serpihan kayu


Gliserol

Asam Glutamat L-Isoleusin

Tabel 5. Produksi senyawa-senyawa penting menggunakan sel-sel hidup terimobilisasi

renik,

PENGAWETAN DAN PEMELIHARAAN KULTUR 1. Suhu dingin, 5-10oC, dilakukan penyegaran dengan cara

pergantian media setiap minggunya.

2. Pembekuan :  Suhu -20oC atau lebih rendah.  Perlu penambahan cryoprotective misalnya gliserol.  Selama transportasi kultur harus dalam keadaan beku.  Viabilitas 1-2 tahun 3. Pembekuan suhu ultra cold  Suhu -50 sampai -80oC.  Cryoprotective yang digunakan : gliserol 10% (v/v) dan dimetil sulfoxida (DIMSO) 5% (v/v).  Sel dipanen pada saat pertengahan atau akhir fase pertumbuhan 4. Pembekuan dengan Nitrogen cair dengan suhu -196oC. 5. Pengeringan kultur. Elisa Julianti - THP-FP USU

5

11/04/2012

Pengeringan Kultur

Pengawetan Spora Kapang

a. Pengeringan Vakum b. Pengeringan Semprot (suhu 70oC)  Telah berhasil di USA dan Swedia  Untuk mencegah kerusakan selama pengeringan ditambahkan senyawa : - asam askorbat - Na-glutamat - Lisin c. Pengeringan beku :

- Asam L-glutamat - L-arginin - Lactosa - Malt ekstrak - Sukrosa

- Skim - Gliserol - Kasiton - Asetil Glisin


1. Pengeringan pada substrat tanah : 1 ml suspensi konidia + 5 g tanah kering steril kemudian dikeringkan pada suhu 25o C. 2. Pengeringan pada silika gel :  Tabung reaksi (13 x 100 mm) diisi setengahnya dengan silika

gel 6-12 mesh grade 40.  Sterilisasi 180oC, 1.5 jam  Ditambahkan 0.5 ml suspensi spora  Tabung dikocok  Dikeringkan pada suhu 25oC  Contoh : untuk Neurospora Elisa Julianti - THP-FP USU

3. Pengeringan pada pecahan porselen (untuk penyimpanan bakteri)  10-12 pecahan porselen dimasukkan ke dalam botol

kecil (10 ml)  Disterilisasi 121o C selama 15 menit  Dipindahkan ke dalam cawan petri  Ditetesi dengan kultur yang berisi 20% sukrosa (b/v)  Dipindahkan kembali ke dalam tabung  Dikeringkan vakum 72-96 jam  Botol disimpan dalam wadah logam tertutup dan

berisi penyerap udara Elisa Julianti - THP-FP USU

6

2012 PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK KHAMIR PENGEMBANGAN INOKULUM UNTUK BAKTERI

Recommend Documents