KINETIKA PERTUMBUHAN MIKROORGANISME 2009

Embed Size (px)

Citation preview

Kinetika fermentasi adalah sistem pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroba. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan : fisik dan kimiawi seperti pH, suhu, nutrisi. Pertumbuhan mikrobial umumnya diukur dari estimasi massa sel, dapat digambarkan dalam bentuk kurva sebagai berikut :

Log (konsentrasi masa sel)

fase lag

fase eksponensial

fase stasioner (a) (b) (c)

kriptik

Waktu

Kurva pertumbuhan mikroba dapat dibagi menjadi tiga fase : Fase Lag Fase Eksponensial Fase Stasioner Fase Kematian

Pertumbuhan bakteri

Sel baru identik

Pertumbuhan khamir

Sel anak budding

Pertumbuhan apikal

Sel induk

percabangan

Pertumbuhan bakteri : waktu penggandan bakteri yang tercepat sekitar 15-20 menit, umumnya 45 60 menit Pertumbuhan khamir :pada kondisi optimal khamir dapat membelah dalam waktu 45 menit, namun rata rata 90 -120 menit. Pertumbuhan kapang : waktu penggandaan sekitar 4 8 jam. Pertumbuhan virus : memerlukan sel inang

Pertumbuhan mikrobial biasanya ditentukan oleh waktu yang diperlukan untuk menggandakan massa sel. Waktu penggandaan massa sel berbeda dengan waktu penggandaan jumlah sel, karena massa dapat meningkat tanpa penambahan jumlah.

Bila interval antara penggandaan massa dan jumlah dengan waktu berjalan konstan, maka mikroba tumbuh pada laju eksponensial, dan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan : x = konsentrasi biomassa (g/l) N = konsentrasi jumlah sel (g/l) t = waktu inkubasi (jam) = laju pertumbuhan spesifik massa (jam-1) n = laju pertumbuhan spesifik jumlah (jam-1)

dNdt

= nx

dx dt

= x

xt = xoeatau

t

ln xt = ln xo + t

xo = konsentrasi biomassa awal (g/l) xt = konsentrasi biomassa setelah waktu t (g/l)

Umumnya pada fermentasi batch laju pertumbuhan spesifik akan konstan dan tidak tergantung pada konsentrasi nutrien. Laju pertumbuhan seperti laju reaksi kimia adalah fungsi konsentrasi zat kimiawi ( nutrien esensial, substrat hidup).

Bentuk hubungan antara laju pertumbuhan dan konsentrasi substrat menurut Monod (1949) : S = maks Ks + S = laju pertumbuhan spesifik (jam-1) maks = laju pertumbuhan spesifik maksimum S = Konsentrasi substrat Ks = Konstanta yang sama dengan konsentrasi bila = 0,5 maks

KINETIKA PENGGUNAAN SUBSTRAT Pertumbuhan sel dan pembentukan produk dapat dihubungkan dengan penggunaan nutrien dan tergantung pada kendali pengaturan metabolic Pembentukan produk dapat dihubungkan dengan pertumbuhan dan konsentrasi massa sel. Kondisi tersebut dapat dituliskan pada suatu persamaan perimbangan bahan untuk pertumbuhan, penggunaan substrat dan pembentukan produk.

Pertumbuhan :Pertumbuhan

dX dt

= X -

FoX V

Pengumpulan massa sel = Pertumbuhan Pengeluaran sel Penggunaan Substrat :

-dS = dt

Fi So X qp X FoS -mXV Yx/s Yp/s V

Pengumpulan = Pemberian Pertumbuhan Sintesis Pemeliharaan - Peningkatan Substrat Substrat Produk Substrat

Pembentukan produk :

dP = qp X dt

Fi So - KP V

Pengumpulan = Sintesis Pengeluaran Sel Destruksi Produk Produk Produk

Bila pada proses fermentasi tidak ada pemberian substrat atau pengeluaran hasil proses, maka persamaan untuk penggunaan sumber karbon dan energi menjadi :- dS X qp X = - mX dt Yx/s Yp/s

Atau dapat ditulis melalui persamaan :- 1 dS = qs = X dt Yx/s - mYp/s qp qs = laju spesifik penggunaan substrat

KINETIKA PRODUKSI METABOLIT Produk fermentasi sistem tertutup (batch) : biomassa, metabolit primer, dan metabolit sekunder. Untuk produksi biomassa diperlukan kondisi fermentasi yang dapat menghasilkan sel maksimum. Untuk memproduksi metabolit primer diperlukan kondisi yang dapat memperpanjang fase eksponensial. Untuk memproduksi metabolit sekunder diperlukan kondisi fermentasi yang dapat mempersingkat fase eksponensial dan memperpanjang fase stasioner, atau kondisi yang dapat menurunkan laju pertumbuhan pada fase eksponensial sehingga metabolit sekunder terbentuk lebih awal. Dua pola kinetika yang umum adalah sintesis produk pada masa pertumbuhan dan setelah pertumbuhan terhenti.

(a)

(b)

(c)

X atau P

Waktu

Waktu

Waktu

Jenis produk yang disintesis dalam proses pertumbuhan : produk langsung lintasan katabolik seperti fermentasi menjadi etanol, atau seperti metabolit primer (asam amino, vitamin, dll.) yang berguna untuk pertumbuhan.

Laju produksi dari metabolit primer :dP = dt Yp/c x .. Yp/c = g produk/g sel

Laju spesifik pertumbuhan produk :

1 qp = x

dp dt

Pada berbagai fermentasi, pertumbuhan dan pembentukan produk hanya sebagian berkaitan (terasosiasi pertumbuhan campuran). Contoh kondisi ini adalah fermentasi asam laktat, dimana laju spesifik pertumbuhan produknya adalah : qp = +

Bila pertumbuhan produk berasosiasi dengan metabolisme energi seperti katabolit sumber karbon, maka laju spesifiknya : Yp/s qp = Yp/s qs = Yp/s Pembentukan produk tanpa diasosiasikan dengan pertumbuhan disebut juga produksi metabolit sekunder, seperti antibiotika, toksin mikrobial dll. Pada produksi metabolit sekunder, qp tetap konstan pada kisaran yang cukup lebar.

+ Yp/s m

Diketahui konsentrasi biomassa Bacillus cereus setelah masa fermentasi 10 jam adalah 150 g/l. Berapakah laju pertumbuhan spesifik massa bakteri tersebut per jamnya bila konsentrasi biomassa awal diketahui = 10 g/l ? Jawaban : 0,5 /jam