PROSES FERMENTASI
2 Iman Rusmana Departemen Biologi FMIPA IPB
Proses Fermentasi Æ sintesis produk & metabolisme primer
3 Tipe : 1. Produk disintesis langsung dari metabolisme primer 2. Produk disintesis dari substrat sama melalui lintasan II (bukan metabolisme primer) 3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada waktu berbeda
Produktivitas & Laju produksi spesifik [produk] Produktivitas (P) = --------------------------waktu fermentasi
Evaluasi Æ Efisiensi biaya 1. Waktu/lamanya fermentasi 2. Waktu pembersihan & set up fermentor 3. Waktu sterilisasi 4. Lamanya fase lag
Produktivitas total & produktivitas maksimum
Produktivitas maksimum Produktivitas total
Sintesis produk
Stop Clean up
Fase lag Filling
Fase produksi
Æ Prediksi Æ optimalisasi proses produksi
waktu
Efek waktu set up fermentor : 1. Fermentasi pendek : 8 – 70 jam Æ waktu set up berpengaruh nyata thd produktivitas 2. Fermentasi berlangsung lama : > 3 hari Æ waktu set up tidak berefek nyata
Pada fermentasi kontinu: P = D.X
D. Ks Æ P = D. Ys (So - ----------- ) μm - D
Laju produksi spesifik (qp) dPi/dt = qp . X Pi = konsentrasi produk qp setara dg μ Æ 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 inokulum Æ galur utk produksi Ædigunakan jangka panjang Ditransfer periodik Mutasi spontan
Dipelihara selama mungkin Æ stabil / tidak berubah Cara ???
3 teknik umum
ÆBiakan induk/master: Æ tidak sering dikultivasi (1 X dlm 2 tahun) Æ cek aktivitas setiap akan di gunakan
ÆBiakan kerja : Æ diturunkan dari biakan induk Æ rutin di cek kemurnian & aktivitasnya
3 Teknik Penyimpanan Biakan: 1. Penyimpanan Suhu Rendah (2 – 6oC) Æ metode paling mudah Æ paling tidak stabil/aman Æ agar miring/tusuk atau cair Æ di lemari es Æ resiko kontaminasi &mutasi Æ sering peremajaan: 2-4 bulan 2. Penyimpanan beku (-18 C; - 80 C; or –196oC) Æ - 196 C Æ nitrogen cair Æ penurunan suhu bertahap (1 C/min) or Æ + syw protective Æ tak bentuk kristal Æ untuk beberapa tahun Æ 95 % akan mati bila dibeku-dicairkan berulang-ulang 3. Liofilisasi (freeze- drying) Æ + syw protective (skim milk or sukrosa) Æ dapat disimpan dg jangka waktu tak terbatas
Menumbuhkan biakan inokulum Æ ditumbuhkan di medium cair / padat
Lama menumbuhkan tgt cara penyimpanan 1. Liofilisasi Æ 4 – 10 hari 2. Penyimpanan beku: - bakteri Æ 4 –48 jam - Actinomycetes Æ 1 – 5 hari - fungi Æ 1 – 7 hari 2. Penyimpanan suhu rendah: - bakteri Æ 4 –24 jam - Actinomycetes Æ 1 – 3 hari - fungi Æ 1 – 5 hari
Penyiapan inokulum starter Æ cukup jumlah untuk fermentor besar Æ terlalu sedikitÆpertumbuhan tertunda
Jumlah inokulum yg umum : 1. Bakteri Æ 0.1 – 3.0 % 2. Actinomycetes Æ 5 – 10 % 3. Fungi Æ 5 – 10 % 4. Suspensi spora Æ 1 – 5 x 10 5/l
Fermentasi produksi Æ ukuran fermentor beda-beda Æ nutrien harus optimal
Parameter yang penting di kontrol/monitor: 1. Suhu Æ optimum Æ suhu > 1 C Æ yield turun sampai 20 % 2. Aerasi Æ O2 terlarut Æ 0.25 – 1.0 vvm (vol udara/vol cairan.min 3. pH Æ Optimum tumbuh Æ 5.5 – 8.5 perubahan Æ monitor & kontrol (+ asam/basa) 4. Tekanan Æ tekanan berlebih (0.2 - 0.5 bar) Æ kurangi resiko kontaminasi
Kultur sel densitas tinggi Æ Densitas sel setara dengan produktivitas
- Optimasilasi medium Æ C/N ratio tinggi akan hambat pertumbuhan - Syw toksik Æ dihilangkan - O2 terlarut: faktor pembatas pd kultur dg densitas sel tinggi
O2 terlarut Æ Optimum tumbuh Æ perlu O2 terlarut tinggi ex: E. coli rekombinan Æ 0.0084 gram/lt pd 25oC dg kontinu
Gelembung besar Æ O2 terlarut sedikit 1. Sparging 2. O2 bertekanan 3. + bhn kimia Æ tingkatkan kelarutan O2 (ex. Perfluorocarbon) 4. Modifikasi fermentor 5. Biologi: + gen Æ molekul mirip haemoglobin dr Vitreoscilla (Bailey dkk. 1990) Æ ikat O2 Æ [O2] di sel tinggi
Ukuran fermentor Ukuran fermentor (m3)
Poduk
1 - 20
Enzim diagnostik Syw utk biologi molekuler Enzim, antibiotik
40 - 80 100 – 150
- 450
Penisilin, protease, amilase, steroid, asam amino Asam glutamat Back
1. Produk disintesis langsung dari metabolisme primer Substrat A Æ Produk Substrat A Æ B Æ C Æ Produk μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik
- pertumbuhan - katabolisme substrat - sintesis produk
Bersamaan scr paralel Æ Ferm. Kontinu
Back
-Protein sel tunggal -Etanol -As. Glukonat
2. Produk disintesis dari substrat sama melalui lintasan II (bukan metabolisme primer) Substrat A Æ B Æ C Æ Met. Primer (energi) D Æ E Æ produk μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik
2 Tahap : 1. Pertumbuhan baik & konsumsi substrat tinggi Æ tidak ada sintesis produk 2. Pertumbuhan lambat & sintesis produk Æ konsumsi substrat tinggi
Back
3. Metabolisme & sintesis produk terjadi pada waktu berbeda
Æ Produk tidak dihasilkan dari katabolisme μ (laju pertumbuhan spesifik) Laju konsumsi substrat spesifik Laju sintesis produk spesifik
tahapan 1. Met primer & pertumbuhan & konsumsi substrat 2. Sintesis produk
produksi Æ Vitamin Æ Antibiotik
Back
