TEKNOLOGI FERMENTASI DAN ENZIM
TEKNOLOGI FERMENTASI I.
Pendahuluan - Pengertian tentang Teknologi + Fermentasi - perkembangan dan arti penting industri fermentasi - dasar-dasar fermentasi
II. Pemeliharaan Mikrobia dan Kultur Stock - isolasi dan screening - inokulum (preparasi dan pembuatan inokulum)
III. Media Fermentasi - formulasi media - peranan komponen penyusun media
IV. Sterilisasi Media - sterilisasi media (cara sterilisasi, del faktor) V. Sterilisasi Udara - jenis filter udara - perencanaan filtrasi udara VI. Kinetika Pertumbuhan Mikroba - parameter pertumbuhan mikroba (Specific growth rate, growth yield, metabolic quotient)
VII. Kinetika Fermentasi - tipe-tipe fermentas - pertumbuhan sel dan pembentukan produk - Batch culture dan Continue culture VIII. Aerasi dan Agitasi - Kebutuhan ogsigen - Kadar oksigen terlarut (KOT) - Degree of Oxygen Satisfaction (DOS) IX + X. Transfer Oxygen - Oxygen transfer rate (OTR) - Koefisien transfer massa volumetrik (Kla) - penentuan Kla - faktor-faktor yang mempengaruhi Kla XI + XII. Recovery and Purification - dasar-dasar pengunduhan produk - cara pemurnian hasil fermentasi
TEKNOLOGI FEMENTASI Fermentasi dari istilah fervere mendidih (timbul gelembung udara) sebagai akibat aktivitas Yeast pada ekstrak buah atau larutan malt dan biji-bijian terjadi karena terbentuknya CO2 sebagai hasil katabolisme anaerob gula dalam ekstrak
Fermentasi (Luis Pasteur): Fermentasi adalah kehidupan tanpa udara dan semua proses fermentasi adalah hasil kegiatan mikroorganisme Pengertian Teknologi: Ilmu pengetahuan praktis dan sistematis mengenal kemampuan berindustri Teknologi merupakan penerapan ilmu pengetahuan dalam praktek
Secara Aplikasi dalam Industri: Fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh massa sel mikrobia, dalam pengertian ini termasuk proses anabolisme pembentukan sel secara aerob (spt gambar berikut:) Komponen sel/ennzim
Substrat karbon (sumber energy) ADP Katabolisme
H2O
O2 NO3
Anabolisme
ATP NAD HASIL ANTARA (asam,alcohol,ester,keton) NADH2
Substrat : Sumber N, mineral vitamin
Aplikasi proses fermentasi pada skala industri komersial dikelompokkan : 1. Produksi sel mikrobia mis: baker’s yeast dan single cell protein 2. Produksi enzim produk enzim dari mikrobia lebih mudah dikontrol dan dikendalikan untuk exploatasi atau modifikasi 3. Produksi metabolit primer dan sekunder metabolit primer metabolit yang berperan penting dalam penyusunan makromoklekul atau enzim diproduksi pada fase pertumbuhan eksponensial atau disebut trophopase
Metabolit sekunder metabolit yang dibentuk oleh mikrobia tetapi tidak langsung diperlukan dalam pertumbuhan sel atau Metabolit yang diproduksi secara khusus oleh mikrobia tertentu diproduksi pada fase stasioner atau disebut lodophase 4. Produksi hasil transformasi proses fermentasi untuk memodifikasi senyawa tertentu menjadi produk yang lebih mempunyai nilai ekonomi melibatkan reaksi dehidrogenasi, oksidasi, hidroksilasi, dehidrasi, kondensasi, dekarboksilasi, aminasi, deaminasi dan isomerasi
Enzim dari mikrobia yang digunakan dalam pengolahan pangan: Enzim pektinase, selulase, protase Enzim amilase, selulase Enzim phytase
untuk degradasi polisakarida
untuk detoksikasi
Enzim invertase, β-galaktosidase Enzim glukosa oksidase
Enzim esterase
untuk klarifikasi dan ekstraksi
untuk hidrolisis disakarida
untuk konversi glukosa
untuk proses transesterifikasi
Contoh produk metabolit primer: Etanol
senyawa aktif dalam minuman beralkohol
Asam sitrat
digunakan dalam industri pangan
Aseton dan Butanol Asam glutamat Lisin Nucleotida Vitamin
sebagai pelarut organikl sebagai penyedap makanan
sebagai food suplement sebagai penyedap makanan sebagai food suplement
Contoh metabolit sekunder: - Antibiotik, toksin, pigmen
Contoh produk hasil transformasi: Produk vinegar, yang melibatkan mikrobia untuk mengkonversi etanol menjadi asam asetat Produksi sirup fruktosa, yang melibatkan mikrobia untuk mengkonversi glukosa menjadi fruktosa Tranformasi oleh mikrobia untuk menghasilkan steroid, antibiotik dan prostaglandin
Perkembangan Industri Fermentasi :
Periode sebelum 1900 Produk utama: alkohol dan vinegar Tanki fermentor dari kayu, tembaga Pengendalian proses: thermometer, hidrometer,
heat exchanger Proses: batch dengan kultur murni Pelaksanaan: tanpa melalui pilot plant
tanpa pengendalian kualitas produk
Periode 1900 – 1940 Produk utama : baker’s yeast, gliserol, asam sitrat, asam laktat, aseton-butanol Tanki fermentor : dari baja dilengkapi alat aerasi dan pengaduk mekanis Pengendali proses : dilakukan kontrol suhu, pH dengan pH elektroda Proses : secara batch dan fed batch dengan menggunakan kultur murni Pelaksanaan: tanpa pilot plant dan pengendalian kualitas produk
Periode 1940 – sekarang Produk utama: penisilin, strepomisin dan antibiotik lain, giberelin, asam amino, nukleoida, enzim Tanki fermentor: dilengkapi dengan fasilitas aerasi mekanis dan dioperasikan secara aseptis Pengendalian proses: dengan pH dan oksigen elektrode yang diatur secara computerized Kultur yang digunakan kultur yang dimutasi dan terseleksi Pelaksanaan: mulai dilakukan pilot plant dan pengendalian kualitas produk
Periode 1960 – sekarang Produk utama : SCP dengan sumber hidrokarbon Tanki fermentor: dilengkapi pengatur tekanan tinggi, alat pemasukan gas, pengatur panas yang dikonol komputer sepenuhnya Proses : dilakukan secara continue dengan kultur hasil rekayasa genetik Pelaksanaan: fasilitas pilot plant dan pengendalian kualitas produk selalu dilakukan
Periode 1979 – sekarang
Produk utama: senyawa asing yang secara normal tidak diproduksi mikrobia mis. Insulin interferon Tanki fermentor: hasil pengembangan generasi sebelumnya Proses: batch, fed batch atau ontinue dengan kultur hasil pemindahan gen asing de dalam sel mikrobia secara rekayasa enetik Pelaksanaan : fasilitas pilot plant dan pengendalian kualitas produk selalu dilakukan
Komponen Utama proses fermentasi Tanpa memperhatikan tipe fermentasinya, aplikasi proses fermentasi terdiri dari enam bagian utama: 1. Formula medium digunakan sebagai proses perkembang biakan mikroorganisme sejak persiapan inokulum sampai tahap fermentasi untuk produksi 2. Sterilisasi media, fermetor, peralatan dan sarana lain 3. Produksi starter murni yang aktif untuk inokulasi skala produksi 4. Pemeliharaan pertumbuhan mikroorganisme pada aktivitas optimal untuk pembentukan produk 5. Pengunduhan dan pemurnian produk 6. Pembuangan limbah sisa hasil fermentasi
Skema aplikasi proses fermentasi dalam industri isolasi
sreening
Perbaikan mutu 3 Pengembangan Inokulum/starter
udara sterilisasi
2
biomasa
Fermentasi Untuk produksi
Hasil fermentasi
Separasi sel 5
4 2
1
sterilisasi
Formulasi media
Bahan dasar
Pengendalian proses (aerasi, agitasi dll)
limbah supernatan
Ekstrasi produk Pemurnian produk Pengemasan produk
6
