Teknologi Fermentasi

Pengertian fermentasi: kata fermentasi berasal dari bahasa latin “fervere” yang arti merebus (to boil). Arti kata dari bahasa latin tersebut dapat dikaitkan dengan kondisi cairan bergelembung atau mendidih. Keadaan ini disebabkan adanya aktifitas ragi pada ekstraksi buah-buahan atau biji-bijian. Gelembung gelembung karbondioksida dihasilkan dari katabolisme anaerobik terhadap kandungan gula.

Pengertian lain

a)      Fermentasi adalah proses terjadinya penguraian senyawa-senyawa organik untuk menghasilkan energi serta terjadi pengubahan substrat menjadi produk baru oleh mikroba (Madigan, 2011).

b)      Suatu proses yang menghasilkan energi dengan melibatkan molekul organik baik sebagai donor maupun akseptor elektron

c)      Suatu proses yang melibatkan kultur mikroba baik yg bersifat aerob maupun anaerob

d)     Proses pembusukan bahan makanan

PENGGOLONGAN PROSES FERMENTASI

Penggolongan Berdasarkan Cara Operasi

a)      Fermentasi adalah proses terjadinya penguraian senyawa-senyawa organik untuk menghasilkan energi serta terjadi pengubahan substrat menjadi produk baru oleh mikroba (Madigan, 2011).

b)      Suatu proses yang menghasilkan energi dengan melibatkan molekul organik baik sebagai donor maupun akseptor elektron

c)      Suatu proses yang melibatkan kultur mikroba baik yg bersifat aerob maupun anaerob

d)     Proses pembusukan bahan makanan

PENGGOLONGAN PROSES FERMENTASI

Penggolongan Berdasarkan Cara Operasi

1)      Fermentasi cair

a.       Submerged fermentation (fermentasi bawah permukaan):
• Batch process
• Fed-batch (gabungan sistem batch dg kontinnyu)
• Continuous process (proses sinambung/kontin)

b.      Surface fermentation (fermentasi permukaan)

2)      Solid State Fermentation/ fermentasi padat

Penggolongan Produksi Fermentasi

a)      Berdasarkan Letak Produk
• produk intraseluler
• produk ekstraseluler

b)      Berdasarkan Peranan Dalam Metabolisme
• metabolit primer
• metabolit sekunder

PRODUK FERMENTASI KOMERSIL

a)      Fermentasi dengan produk BIOMASSA (sel mikroba) :
§ SCP (Spirulina, Sancorella)
§ Spora Penicillium roquefortii (keju)

§ Rhizobium sp.(simbiosis dg tan Leguminoceae)
§ Bakteri asam laktat (yoghurt)
§ B. thuringiensis (kristal protein → insektisida)

b)      Fermentasi dengan produk ENZIM mikroba contoh : amylase, protease, pektinase, peroksidase,dll Produksi enzim oleh sel mikroba dapat ditingkatkan dengan cara modifikasi pengendalian kondisi lingkungan (mis, pemberian induser pada kultur)

Enzim mikroba dapat dibedakan atas :

- enzim ekstrasel                      - enzim konstitutif

- enzim intrasel                        - enzim induktif

c)      Fermentasi dengan produk METABOLIT mikroba :

• metabolit primer, senyawa antara yang disintesis oleh aktivitas sel pada fase pertumbuhan (trofofase)

• metabolit sekunder, senyawa yang disintesis sel setelah fase pertumbuhan (idiofase)

d)     Fermentasi dengan produk hasil BIOKONVERSI melalui modifikasi suatu senyawa yang ditambahkan ke dalam medium fermentasi untuk menghasilkan senyawa lain.

Contoh : progesterone → 11- α hidroksiprogesterone

IMPROVING PRODUCTION IN FERMENTATION

• Culture medium manipulation

• Culture condition manipulation

• Strain improvement

• Adding precursor molecules

• Improving product recovery

TAHAPAN BIOPROSES

• pemilihan jenis mikrobia

• Formulasi media,

• Preparasi inokulum,

• Proses fermentasi

• kontrol proses

• Pemanenan produk : pemisahan, pemekatan, pemurnian

PROSES FERMENTASI MEMERLUKAN KOMPONEN SBB :

a.    Kultur murni dr organisme terpilih dg jumlah yg sesuai dan kondisfi fisiologis yang baik;

b.    disterilisasi, hati-hati thd komposisi medium pertumbuhan organisme;

c.    Ada seed fermenter, fermenter produksi mini sebagai inokulum untuk menginisiasi proses dlam fermenter utama;

d.   Fermenter produksi, berukuran besar,

e.    Peralatan utk :

Ø  mengetahui medium kultur tetap dlm keadaan steady state,

Ø  pemisahan sel,

Ø  koleksi sel tanpa supernatan,

Ø  purifikasi produk, dan

Ø  perlakuan panen.

MEDIA FERMENTASI

Fermentasi Medium

• Define medium à nutritional, hormonal, and substratum requirement of cells 16

• In most cases, the medium is independent of the bioreactor design and process parameters

• The type: complex and synthetic medium (mineral medium)

• Even small modifications in the medium could change cell line stability, product quality, yield, operational parameters, and downstream processing.

MEDIUM COMPOSITION

Fermentation medium consists of:

• Macronutrients (C, H, N, S, P, Mg sources à water, sugars, lipid, amino acids, salt minerals)

• Micronutrients (trace elements/ metals, vitamins)

• Additional factors: growth factors, attachment proteins, transport proteins, etc)

For aerobic culture, oxygen is sparged

INOCULUMS

Incoculum is the substance/ cell culture that is introduced to the medium. The cell then grow in the medium, conducting metabolisms.

o   Adaptation in the medium

o   Mutation (DNA recombinant, radiation, chemical addition)

SYARAT BAHAN FERMENTASI

• Mudah didapat
• Jumlah besar
• Harga murah
• Ada substitusinya

SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRI

1.      Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman, hewan, limbah, kotoran, dll.

2.      Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan memelihara mikro-organisme

Nama koleksi kultur dunia

		Temat
ATTC	America Type Culture Collection	Rockville, USA
CBS	Centraal Bureau VoorSchimmelculture	Baarn, Netherland
CCM	Czechoslovak collection of microorganism	Canada, Otawa
CDDA	Canadian Department of Agriculture	Paris
CIP	Collection of The Institute Pasteur	Kew, UK
CM	Commonwealth Mycological Institute	Gottigen, Jerman
DSM	Deutsche Samlung Von Microorganism	Tokyo
FAT	Faculty of Agriculture Tokyo University	Univ of Tokyo
IAM	Institute of Applied Microbiology	Aberdeen, Scot
NCIB	National Collection of Industrial Bacteria	London, UK

BAHAN BAKU FERMENTASI

Ø  Setiap mikroorganisme memerlukan:

1)      Air

2)      Sumber Energi

3)      Sumber Karbon

4)      Sumber Nitrogen

5)      Mineral

6)      Oksigen (jika aerobik)

BAHAN BAKU FERMENTASI

Ø  Air

§  Merupakan komponen utama fermentasi

§  Yang harus diperhatikan:

• pH

• Garam terlarut

• Bahan buangan terlarut

§  Penyiapan air
• deionisasi, penambahan garam, dll

Ø   Sumber energi

·         Berasal dari oksidasi media atau cahaya

·         Sebagian besar mikroorganisme industri adalah chemo-organotrophs

·         Sumber energi banyak berasal dari sumber karbon

Ø    Sumber Karbon
• Faktor yang mempengaruhi pemilihan sumber karbon:
• Harga , contoh: pembuatan etanol dimana 60-70% biaya produksi berasal dari bahan baku
• Kemurnian sumber karbon
• Metode preparasi media
• Peraturan pemerintah

KEBUTUHAN OKSIGEN

ü  Aerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya membutuhan oksigen bebas

ü  Anaerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya hanya atau tumbuh baik jika tidak ada oksigen bebas. Organisme menggunakan oksigen hasil pemecahan substrat

ü  Mikroaerofil: Mikroorganisme yang hanya dapat tumbuh baik jika konsentrasi oksigen hanya tersedia dalam jumlah kecil

ü  Fakultatif anaerob/aerob: Mikroba yang dalam pertumbuhannya tergantung pada konsentrasi oksigen yang ada dalam medium

ü  Aerotoleran anaerob: Organisme yang selalu dapat tumbuh pada keadaan anaerob -- it ignors the presence of oxygen.

ü  Kapneat mikroba: Organism yang untuk pertumbuhannya
memerlukan 3 - 10% CO2