LABORATORIUM MIKROBIOLOGISEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012 / 2013

MODUL : Kinetika Pertumbuhan Bakteri & Jamur

PEMBIMBING : Dr. Ir. Bintang IM, MT

oleh :

Kelompok 4

Achmad Faisal 121424002

Andri Rismantara 121424009

Annisa Trisakti 121424010

Apit Rian Saputra 121424011

Datin Nurina Fajrin 121424012

Kelas 1A-TKPB

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Tanggal Praktikum : 6 dan 13 Maret 2013

Tanggal Pengumupulan : 27 Maret 2013

(Laporan)

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mikroorganisme yang ditumbuhkan dalam media yang mengandung nutrient essensial

kemudian ditempatkan pada kondisi lingkungan seperti suhu dan pH yang tepat akan segera

berkembang biak. Pertumbuhan mikroba dapat diamati dari kenaikan konsentrasi mikroba.

Melalui serangkaian proses enzimatis, mikroba melakukan biosintesis molekul-molekul

penyusun sel dan menggandakan selnya. Kecepatan pertumbuhan mikroba merupakan

respon terhadap substrat (media pertumbuhan) yang disediakan dan kondisi lingkungannya.

1.2 Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini diharapkan mahasiswa mampu :

Menguasai tahapan-tahapan pengembangbiakan Bakteri & Jamur.

Menguasai dan terampil membuat media padat, inokulum/starter, dan media

pertumbuhan Bakteri & Jamur.

Menguasai dan terampil memilih metode yang tepat untuk menetukan konsentrasi

biomassa Bakteri & Jamur.

Memahai pola pertumbuhan Bakteri & Jamur melalui grafik konsentrasi mikroba (X)

terhadap waktu (t).

Menguasai dan dapat menetukan fasa-fasa pertumbuhan Bakteri & Jamur.

Dapat menghitung dan mengevaluasi nilai laju pertumbuhan spesifik (µ) Bakteri &

Jamur.

II. LANDASAN TEORI

2.1 Kinetika Pertumbuhan Mikroba

Pertumbuhan merupakan faktor yang sangat penting bagi suatu makhluk hidup. Pada

dasarnya pertumbuhan yaitu penambahan massa, ukuran, dan jumlah sel. Pada

mikroorganisme pertumbuhan sel dapat berubah langsung menjadi pertumbuhan populasi,

jumlah sel bertambah sangat cepat dengan waktu yang cepat pula. Mikroorganisme dapat

tumbuh dibawah pengaruh fisik, kimia, dan kondisi nutrient. Pada nutrient yang cocok

mikroorganisme menguraikan nutrient dari media dan mengubahnya dalam komposisi-

komposisi biologi. Sebagian dari nutrient-nutrient digunakan untuk memproduksi energi dan

sebagian lagi digunakan untuk biosintesis dan pembentukkan produk. Pertambahan massa

sel seiring dengan waktu dapat digambarkan sebagai berikut:

Substrat + Sel/mikroorganisme Mikroorganisme + Produk

Pertumbuhan mikroorganisme merupakan contoh yang baik pada suatu reaksi autokatalis.

Pertumbuan mikrobial biasanya dicirikan dengan waktu yang dibutuhkan untuk

menggandakan massa atau jumlah sel. Waktu ganda massa dapat berbeda dengan waktu

ganda sel, karena massa sel dapat meningkat tanpa peningkatan jumlah sel. Laju

pertumbuhan ditunjukkan langsung oleh konsentrasi sel dan penambahan jumlah sel

(biomassa) yang merupakan keluaran yang normal dari reaksi tersebut. Namun demikian,

bila pada suatu lingkungan tertentu interval antara massa sel atau penggandaan jumlah

konstan dengan waktu, maka organisme itu tumbuh pada kecepatan eksponensial. Laju

pertumbuhan mikroorganisme dicirikan dengan laju pertumbuhan spesifik (specific growth

rate) dinyatakan sebagai berikut:

dCxdT = µ Cx

dimana:Cx = Konsentrasi sel dalam gram/liter

t = waktu

µ = laju pertumbuhan spesifik dalam jam-1

Dengan membuat grafik In Cx terhadap t, maka didapat tg α = µ

Metode-metode yang digunakan untuk evaluasi populasi mikroorganisme yaitu:

a. Metode langsung : (menggunakan mikroskop) perhitungan jumlah sel, dan

countingchamber, selain itu dengan penetapan bahan kering seluler.

b. Metode tidak langsung : turbidimetri, spektrofotometri, dan pengenceran.

Metode-metode tersebut digunakan untuk memantau dan mengkaji fenomena pertumbuhan

mikroorganisme. Untuk lebih jelasnya dapat diamati dengan kurva pertumbuhan yaitu

sebagai berikut :

KURVA PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

2.2 Fase-fase pada Kinetika Pertumbuhan

i. Fase Lag

Fase awal adalah fase sejak inokulasi sel pada medium dan merupakan suatu periode

adaptasi.Pada fasa ini sebagian besar mikroba menyesuaikan diri (adaptasi) dengan

lingkungan barunya dan belum mengadakan perbanyakan sel, bahkan sebagian selnya

mati, hanya sel yang kuat saja yang bertahan hidup.Dan sintesis enzim sudah terjadi.

Selama fase ini massa sel dapat berubah tanpa adanya suatu perubahan jumlah sel. Dapat

juga terjadi fase awal yang palsu bilamana inokulum yang diberikan terlalu sedikit atau

mempunyai viabilitas yang rendah. Suatu saat bila perubahan-perubahan telah terjadi,

maka sel-sel bergerak kearah fase tumbuh. Fase ini biasanya merupakan fase

eksponensial atau fase logaritmik. Ciri daripada fasa ini adalah Tidak ada pertumbuhan

populasi karena sel mengalami perubahan komposisi kimiawi dan ukuran serta

bertambahnya substansi intraseluler sehingga siap untuk membelah diri.

Faktor penentu fase lag:

a. Medium dan lingkungan pertumbuhan; jika medium sama dengan medium

sebelumnya, waktu adaptasi pendek atau tidak ada, jika sangat berbeda pelu waktu

untuk sintesis enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme (pembentukan enzim

induktif).

b. Kondisi starter/inokulum

o Jumlah inokulum; jumlah sel awal yang semakin tinggi mempercepat fase

adaptasi

o Germinasi spora; bila mikroba yang ditanam pada medium ada dalam bentuk

spora dan bukan sel vegetatif maka bila ia ditanam dalam medium dengan

kondisi lingkngan yang baik , ia akan berubah menjadi bentuk sel vegetatif dan

ini memerlukan sedikit waktu

o Mutan yag baru terbentuk perlu waktu untuk adaptasi dengan lingkngan yang

baru.

ii. Fase Petumbuhan Dipercepat (Decelerated Growth Phase)

Pada fasa ini mikroba telah dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya, sel

mulai membelah diri dengan kecepatan rendah, ukuran sel dapat mencapai maksimum

serta mulai adanya aktivitas metabolisme.

iii. Fasa Eksponensial (Exponential/ Logarithmic Growth Phase)

Pada fasa ini pembelahan mikroba sangat cepat dan konstan mengikuti kurva

logaritmik. Dalam kondisi kultur yang optimum, sel mikroba mengalami reaksi

metabolisme yang maksimum. Selama fase logaritma, konsentrasi nutrient esensial ada

dalam keadaan cukup jenuh untuk menunjang reaksi-reaksi metabolisme utama dari

pertumbuhan. Pada saat ini paling sensitif terhadap lingkungan

Fase logaritmik dicirikan oleh suatu garis lurus pada plot semilog antara In x

melawan waktu. Periode ini adalah keadaan pertumbuhan yang seimbang atau mantap,

dengan laju pertumbuhan spesifik. µ konstan dan selnya membelah diri dengan laju yang

konstan, massa menjadi dua kali lipat, keadaan pertumbuhan seimbang.

Kekhususan fase logaritmik

Bila populasi sel yang sedang mengalami fasa ini dipindahkan ke dalam medium

baru dengan komposisi nutrient dan kondisi lingkungan yang sama maka di dalam

medium baru populasi sel ini akan langsung mengalami fasa logaritma tanpa

mengawali pertumbuhan dengan fasa pertumbuhan awal/pertumbuhan dipercepat.

Ditinjau dari sel bakteri secara individual, pada fase ini ukuran sel minimum dengan

dinding sel yang tipis, karena sel membelah diri dengan sangat aktif, sintesa

makrmolekul dari komponen sel berlomba dengan waktu.

iv. Fasa Pertumbuhan Diperlambat (Negative Decelerated Growth Phase)

Pada fasa ini laju pertumbuhan diperlambat, karena nutrisi dalam medium sudah

sangat berkurang, dan adanya hasil-hasil metabolisme yan mungkin beracun atau

menhambat pertumbuhan mikroba. Pada fase ini pertumbuhan sel tidak stabil, api jumlah

populasi masih naik karena jumla sel yang tumbuh masih lebih banyak daripada jumlah

sel yang mati.

v. Fasa Stationer (Stationary Phase)

Pada fasa ini kecepatan pertumbuhan adalah nol. Jumlah sel baru sebagai hasil

reproduksi, seimbang dengan jumlah sel yang mati.Ini menyebabkan grafiknya linier dan

sejajar dengan absisnya.Reproduksi sel masih terjadi selama fasa ini menggunakan

cadangan makanan yang ada dalam protoplast sebagai building blocks pembangun sel

yang baru.Karena kekurangan nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi yang

berbeda dengan sel yang tumbuh pada fasa logaritmik.Pada fasa ini lebih tahan terhadap

keadaan ekstrim, seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan kimia.Muncul modifikasi

struktur biokimiawi sel.

Bila dilanjutkan, beberapa kejadian masih mungkin timbul meskipun pertumbuhan

telah terhenti, metabolisme dan akumulasi produk masih terjadi di dalam sel atau di

dalam cairan. Massa sel total dapat tetap konstan, tetapi jumlah sel hidup cenderung

menurun. Pada saat ketahanan hidup menurun, lisis sel mungkin terjadi dan massa sel

akan menurun

Lisis sel akan menyebabkan terjadinya suatu medium yang kompleks dari produk-

produk hasil lisis, oleh karena itu suatu pertumbuhan yang sekunder, disebut pertumuhan

kriptik akan erjadi. Sering juga terjadi metabolik sekunder yang kurang penting terbentuk

oleh enzim-enzim yang sebelumnya tidak terdapat atau tidak berfungsi dalam sel. Selain

itu terjadinya penumpukan racun akibat metabolisme sel dan kandungan nutrien mulai

habis, akibatnya terjadi kompetisi nutrisi sehingga beberapa sel mati dan lainnya tetap

tumbuh sehingga jumlah sel menjadi konstan.

vi. Fasa Kematian Dipercepat

Pada fasa ini jumlah kematian sel mulai dipercepat.

vii. Fasa Kematian (Death Pahse)

Pada fasa ini jumlah sel yang hidup makin lama makin menurun, sedangkan jumlah

kematian (mortalitas) sel semakin banyak.Kematian ini desebabkan oleh kondisi

lingkungan yang makin memburuk, terutama oleh makin banyaknya akumulasi hasil

metabolisme yang toksik terhadap sel (metabolit sekunder). Pada fase ini nutrisi dalam

medium sudah habis, energi cadangan dalam sel habis. Sel menjadi mati akibat

penumpukan racun dan habisnya nutrisi, menyebabkan jumlah sel yang mati lebih banyak

sehingga mengalami penurunan jumlah sel secara eksponensial.Lamanya fasa ini

tergantung pada species dari mikrobanya dan kondisi lingkungannya sendiri.

b. Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba

Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh dan tetap hidup merupakan suatu hal yang

penting untuk diketahui.Pengetahuan tentang faktor-faktor yang mempengaruhi

pertumbuhan mikroba sangat penting di dalam mengendalikan mikroba. Berikut ini faktor-

faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba:

a) Suplai Nutrisi

Mikroba sama dengan makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai

sumber energi dan pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon,

nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya.

Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat mempengaruhi

pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian.Kondisi

tidak bersih dan higinis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan sumber

nutrisi bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh berkembang di

lingkungan seperti ini.Oleh karena itu, prinsip daripada menciptakan lingkungan bersih

dan higinis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir sumber nutrisi bagi mikroba

agar pertumbuhannya terkendali.

b) Suhu/Temperatur

Suhu merupakan salah satu faktor penting di dalam mempengaruhi dan pertumbuhan

mikroorganisme.Suhu dapat mempengaruhi mikroba dalam dua cara yang berlawanan:

1. Apabila suhu naik maka kecepatan metabolisme naik dan pertumbuhan dipercepat.

Sebaliknya apabila suhu turun, maka kecepatan metabolism akan menurun dan

pertumbuhan diperlambat.

2. Apabila suhu naik atau turun secara drastis, tingkat pertumbuhan akan terhenti,

kompenen sel menjadi tidak aktif dan rusak, sehingga sel-sel menjadi mati.

Berdasarkan hal di atas, maka suhu yang berkaitan dengan pertumbuhan

mikroorganisme digolongkan menjadi tiga,yaitu:

a. Suhu minimum yaitu suhu yang apabila berada di bawahnya maka

pertumbuhan terhenti.

b. Suhu optimum yaitu suhu dimana pertumbuhan berlangsung paling cepat dan

optimum (disebut juga suhu inkubasi)

c. Suhu maksimum yaitu suhu yang apabila berada diatasnya maka pertumbuhan

tidak terjadi. Sehubungan dengan penggolongan suhu di atas, maka mikroba

digolongkan menjadi:

Tabel 1 :Penggolongan Bakteri menurut suhu

Kelompok Suhu Minimum Suhu Optimum Suhu Maksimum

Psikrofil - 15o C. 10o C. 20o C.

Psikrotrof - 1o C. 25o C. 35o C.

Mesofil 5 – 10o C. 30 – 37o C. 40o C.

Thermofil 40o C. 45 – 55o C. 60 – 80o C.

Thermotrof 15o C. 42 – 46o C. 50o C.

Berdasarkan ketahanan panas, mikroba dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu

a. Peka terhadap panas, apabila semua sel rusak apabila dipanaskan pada suhu 60oC

selama 10-20 menit.

b. Tahan terhadap panas, apabila dibutuhkan suhu 100oC selama 10 menit untuk

mematikan sel.

c. Thermodurik, dimana dibutuhkan suhu lebih dari 60oC selama 10-20 menit tapi

kurang dari 100oC selama 10 menit untuk mematikan sel.

c) Keasamanatau Kebasaan (pH)

Setiap organisme memiliki kisaran pH masing-masing dan memiliki pH optimum yang

berbeda-beda. Kebanyakan mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran pH 8,0–8,0 dan

nilai pH di luar kisaran 2,0 sampai 10,0 biasanya bersifat merusak.

d) Ketersediaan Oksigen

Mikroorganisme memiliki karakteristik sendiri-sendiri di dalam kebutuhannya akan

oksigen. Mikroorganisme dalam hal ini digolongkan menjadi:

Aerobik : hanya dapat tumbuh apabila ada oksigen bebas.

Anaerob : hanya dapat tumbuh apabila tidak ada oksigen bebas.

Anaerob fakultatif : dapat tumbuh baik dengan atau tanpa oksigen bebas.

Mikroaerofilik : dapat tumbuh apabila ada oksigen dalam jumlah kecil.

e) Kadar Air

Air sangat diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroba, air tidak hanya

komponen utama dari pada plasma sel mikroba, namun air penting bagi pelarutan

makanan sebelum makanan tersebut dapat diserap oleh sel. Selain itu juga kekurangan

air dapat menyebabkan kekeringan sel sehingga dapat mematikan mikroba

f) Cahaya

Kebanyakan mikroba dapat dirusak oleh cahaya tak langsung dari matahari dan dalam

waktu beberapa jam saja dapat dapat dimatikan oleh cahaya yang langsung

mengenainya. Sinar violet, ultraviolet, dan biru sangat kuat untuk mematikan

pertumbuhan mikroba.

g) Tekanan Osmawa

Sel-sel mikroba dibalut oleh suatu membran yang semifermiabel.Membran ini dapat

melewatkan air masuk ke dalam sel begitu pula sebaliknya membrane ini mampu

menahan zat-zat yang larut di dalam cairan dimana sel-sel itu berada.Untuk tidak masuk

ke dalam sel atau menahan zat terlarut dalam sitoplasma untuk keluar dari sel. Sel-sel

merupakan suatu unit osmosis yang kecil yang responsive terhadap perubahan-

perubahan pada cairan dalam lingkungan.

2.4. Bakteri E-Coli

E-coli berfungsi membusukkan sisa-sisa makanan yang melewati saluran

usus besar manusia, memadatkannya hingga dikeluarkan dalam bentuk feses.

Bakteri E-coli dikenal sebagai pencemar perairan, yang harus dihilangkan bila

ingin air yang kita minum layak untuk dikonsumsi. E-coli juga dikenal sebagai

bakteri penyebab diare dan gangguan saluran pencernaan. Kendati demikian,

bakteri E-coli bisa juga memberi keuntungan bagi manusia dengan turut

berperan dalam memproduksi vitamin K. Keberadaan E-coli sebagai flora usus

malah menjadi penghalang tumbuhnya bakteri lain yang kemungkinan

berbahaya untuk tumbuh di dalam usus.

Bahkan beberapa tahun belakangan, lewat kemajuan ilmu mikrobiologi

dan rekayasa genetika, banyak potensi besar dari bakteri E-coli yang mulai

terungkap. Sebagian besar potensi tersebut sangat bermanfaat bagi kelangsungan

hidup umat manusia. Karena pertumbuhannya yang sangat cepat dan

penanganan yang sangat mudah, membuat E-coli menjadi bakteri pilihan untuk

proses rekayasa genetika. Keberadaan rekayasa genetika di seluruh dunia tidak

pernah terlepas dari E-coli, karena struktur DNA-nya yang sangat sederhana dan

mudah untuk dimodifikasi.

2.5. Jamur Rhizopus Orizae

Jamur Rhizopus oryzae merupakan jamur yang sering digunakan dalam

pembuatan tempe. Jamur Rhizopus oryzae aman dikonsumsi karena tidak

menghasilkan toksin dan mampu menghasilkan asam laktat. Jamur Rhizopus oryzae

mempunyai kemampuan mengurai lemak kompleks menjadi trigliserida dan asam

amino.

Klasifikasi Jamur : Kingdom : Fungi

Divisio : Zygomycota

Class : Zygomycetes

Ordo  : Mucorales

Familia : Mucoraceae

Genus  : Rhizopus

Species  : Rhizopus sp.

III. PERCOBAAN

3.1. Bahan untuk Bakteri

Nutrient Konsentrasi

Sukrosa 10 gram

Pepton 5 gram

Beef Ekstrak 4 gram

Yeast Ekstrak 2 gram

KH2PO4 1 gram

MgSO4.7H2O 0,5 gram

Aquadest 500 ml

3.2. Bahan untuk Jamur

Nutrient Konsentrasi

Sukrosa 71 gram

(NH4)2CO3 3,5 gram

KH2PO4 0,7 gram

MgSO4.7H2O 0,5 gram

FeCl3 0,25 mg

ZnSO4 -

Aquadest 500 ml

3.3 Alat yang digunakan

Erlenmeyer 100 ml Spektronic 20

Corong gelas Kuvet Spektrofotometer

Neraca analitik Tabung reaksi steril

Pipet 5ml media cair dari media untuk inokulum, masukkan dalam tabung yg berisi kultur murni bakteri dan lepaskan bakteri pada agar miring hingga terlarut semua

Tuangkan ke Erlenmeyer yang berisi media untuk inokulum

Amati sampel sebanyak 10ml selama 3 jamInkubasi dalam Incubator shaker selama 12 jam pada suhu 37◦C, 150 rpm

Masukkan inokulum kedalam Erlenmeyer berisi media pertumbuhanInkubasi dalam Incubator shaker selama 3hari pada suhu 37◦C, 150 rpm

Buatlah kurva baku antaraberat sel kering (X) terhadap absorban (A) pada panjang gelombang 620 nm

Setiap sampel mulai t0 dst diukur absorbansinya pada panjang gelombang 620 nm, kemudian plotkan pada kurva baku untuk mendapatkan konsentrasi biomassa (X)

Oven Pembakar spirtus

Sentrifuge Incubator Shaker

Tabung sentrufuge plastic 10 ml Jarum ose

Pipet steril 10 ml 24 buah

Erlenmeyer 1000 ml

3.4. Rancangan Percobaan

3.4.1 Bakteri :

a. Pembuatan Inokulum & media pertumbuhan

b. Pembuatan kurva pertumbuhan bakteri dengan metoda optical density dengan menggunakan spektrofotometer

Cairkan media NA dan tuangkan dalam camen petri, biarkan beku

Lakukan pengenceran pada pengambilan sampel ke-13 dst, karena suspense bakteri sudah mulai pekatInkubasi selama 24 jam dan hitung jumlah koloni yang terbentuk (jumlah sel/ml)

Pipet 1ml sampel dan tuangkan keatas media padat, ratakan dengan sudip dgiralski

Pipet 5ml media cair dari media untuk inokulum, masukkan dalam tabung yg berisi kultur murni bakteri dan lepaskan bakteri pada agar miring hingga terlarut semua

Tuangkan ke Erlenmeyer yang berisi media untuk inokulum

Lakukan sampling selama 6 jamInkubasi dalam Incubator shaker selama 16 jam pada suhu 37◦C, 150 rpm

Pipet 7ml inokulum dan masukkan ke erlenmeyer 100 ml yang berisi media pertumbuhan 50 ml. lakukan untuk semua Erlenmeyer media pertumbuhan. Setiap Erlenmeyer mewakili satu interval waktu. Inkubasi dalam Incubator shaker selama 3hari pada suhu 37◦C, 150 rpm

c. Pembuatan kurva pertumbuhan bakteri dengan metoda plating koloni

3.4.2 Jamur :

a. Pembuatan inokulum dan media pertumbuhan

Beri nomor setiap kertas saring kosong Timbang setiap kertas saring kosong catat beratnya

Timbang sampai beratnya konstan

Tuangkan 10 ml sample hingga semua miselia tersaring

Keringkan dalam oven suhu 60◦C selama 36 jam

Berat biomassa = (Berat kertas+Biomassa) – (Berat kertas saring kosong)

b. Pembuatan kurva pertumbuhan dengan metoda berat sel kering

IV. Data PengamatanJamur

Waktu Berat kosong Berat keringT0 0,61T1 0,3881 0,49T24 0,4213 0,5738T45 0,4638 0,5676T49 0,4291 0,5333

Bakteri

Waktu Absorbansi

DAFTAR PUSTAKA

http://putrarajawali76.blogspot.com/2012/12/kinetika-pertumbuhan-jamur.html

http://trussty-jasmine.blogspot.com/2013/02/penemu-bakteri-escherichia-coli.html#axzz2OPwyU1ji

http://putupermana.blogspot.com/2012/03/rhizopus-oryzae-materi-kuliah-semester.html

Djumali M & Ani Suryani, “Teknologi Bioproses”, Penebar Swadaya, 1994.

MW. Emmanuela, dkk. “Buku petunjuk Praktikum Dasar Bioproses”, Jurusan Teknik kimia, Politeknik negeri Bandung.

Shuler Michael L, Fikret Kargi, Bioprocess Engineering Basic Concepts, Hall International Inc, New Jersey, 1992.