Upload
zakiyatul-miskiyah
View
238
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
1/21
A. Aplikasi Bioteknologi Fermentasi Dalam Produksi Protein Sel Tunggal
Fermentasi mempunyai pengertian aplikasi metabolisme mikroba untuk mengubah bahan
baku menjadi produk yang bernilai lebih tinggi, seperti asam-asam organik, protein sel
tunggal, antibiotika dan biopolimer. Fermentasi merupakan proses yang relatif murah yang
pada hakekatnya telah lama dilakukan oleh nenek moyang kita secara tradisional dengan
produk-produknya yang sudah biasa dimakan orang sampai sekarang, seperti tempe, oncom,
tape, dan lain-lain. Proses fermentasi dengan teknologi yang sesuai dapat menghasilkan
produk protein.
1. Pengertian Protein Sel Tunggal
Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk manusia mulai dikembangkan
pada awal tahun 1900. Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutan Single Cell
Protein !"P# atau Protein !el $unggal. %enurut $annembaum 19&1#, Protein !el
$unggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari
mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana, seperti bakteri, khamir, kapang,
ganggang dan proto'oa. !ebenarnya ada dua istilah yang digunakan untuk produk
mikroba ini, yaitu P!$ Protein !el $unggal# dan Microbial Biomass Product %(P#
atau Produk (iomassa %ikrobial P(%#. (ila mikroba yang digunakan tetap berada dan
bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan P(%. (ila
mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan P!$.
Protein sel tunggal merupakan mikroba kering seperti ganggang, bakteri, ragi,
kapang dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai
untuk konsumsi manusia atau hewan. Produksi itu juga berisi bahan nutrisi lain, seperti
karbohidrat, lemak, )itamin dan mineral.
$eknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal dari tahun 1*&9 di
+nggris, dengan diperkenalkannya adonan yang dianginkan untuk membuat ragi roti
Saccharomyces cerevisiae#. !ekitar tahun 1900, di merika !erikat diperkenalkan alat
pemusing untuk memisahkan sel ragi roti dari adonan pembiakan.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
2/21
ambar. Saccharomyces cerevisiae
emajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi dan genetika mikroba
telah banyak memperbaiki metoda untuk menghasilkan protein sel tunggal dari berbagai
macam mikroba dan bahan mentah. /mpamanya, bakteri dengan kandungan protein
yang tinggi sampai & persen atau lebih dapat dihasilkan terus menerus dengan
menggunakan metanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang
dibiakkan dalam media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi
biaya energi untuk pengeringan.
ecemasan akan kekurangan pangan dan malnutrisi di dunia pada tahun 19&0-an
telah meningkatkan perhatian pada sel tunggal. !ebagian besar dari bobot kering sel dari
hampir semua spesies memiliki kandungan protein yang tinggi. leh karena itu, bobot
kering sel tunggal memiliki nilai gi'i yang tinggi.
%ikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai
sumber protein untuk hewan atau pangan harus mendapat perhatian secara khusus.
%ikroorganisme yang cocok antara lain memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit
terhadap tanaman, hewan, dan manusia. !elain itu, nilai gi'inya baik, dapat digunakan
sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk
yang dibutuhkan rendah. %ikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel
tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus2 dari khamir Candida
utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri.
Protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen disebut mikroprotein. 3i
merika !erikat, mikroprotein telah diproduksi secara komersial bernama 4uorn. 5uorn
dibuat dengan cara menanam kapang ditempat peragian yang berukuran besar. !etelah
membuang air dari tempat peragian, makanan berharga yang tertinggal dicetak menjadi balok-balok yang mudah dibawa.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
3/21
Produksi protein sel tunggal sangat bergantung pada perkembangbiakan skala
besar dari mikroorganisme tertentu yang diikuti dengan proses pendewasaan dan
pengolahan menjadi bahan pangan. da dua faktor pendukug pengembangbiakan
mikroorganisme untuk protein sel tunggal, yaitu6
a. laju pertumbuhan sangat cepat jika dibandingkan dengan sel tanaman atau sel
hewan dan waktu yang diperlukan untuk penggandaan relatif singkat2
b. berbagai macam substrat yang digunakan bergantung pada jenis
mikroorganisme yang digunakan.
emajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi, dan genetika
mikroba telah banyak memperbaiki metode untuk menghasilkan protein sel tunggal dari
berbagai macam mikroba dan bahan mentah. /mpamanya, bakteri dengan kandungan
protein yang tinggi &7 lebih# dapat dihasilkan terus-menerus dengan menggunakan
methanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang dibiakan dalam
media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi biaya energi untuk
pengeringan.
2. Substrat dan Mikroorganisme dalam Produksi PST
!ubstrat yang dapat digunakan dalam produksi P!$ ber)ariasi, diantaranya
adalah
a. %olases dari pabrik gula atau hidrolisa pati
b."airan sulfit dari pabrik kertas
c. 8idrolisat asam dari kayu
d. imbah pertanian kulit buah, limbah tanaman pertanian, limbah industri pangan#
e. %etana
f. %etanol dan etanol sebagai sumber karbon bagi khamir
g.Parafin atau alkana
h.%inyak bumi
i. as pembakaran sebagai sumber " bagi ganggang.
Pertimbangan pemilihan substrat adalah kandungan nutrisi yang dibutuhkan
mikroorganisme, jumlah substrat secara kuantitatif dan kontinyu ketersediannya serta
harga substrat.
%ikroorganisme yang biasa digunakan dalam memproduksi P!$ adalah bakteri,
kapang, khamir dan ganggang. %asing-masing mikroorganisme mermpunyai kelebihan
dan kelemahan jika digunakan dalam produksi P!$.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
4/21
Penggunaan bakteri dalam produksi P!$ sangat terbatas karena mempunyai
kelemahan sebagai berikut 6
a. Penerimaan bakteri sebagai pangan oleh ternak sangat rendah
b. /kuran sel bakteri sangat kecil sehingga sukar dipanen
c. andungan asam nukleat bakteri lebih tinggi dibanding mikroorganisme yang lain
euntungan penggunaan bakteri dalam produksi P!$ adalah6 bakteri dapat
tumbuh pada berbagai substrat, waktu regenerasi cepat dan kandungan protein kasarnya
lebihtinggi dibanding mikroorg anisme yang lain.
Penggunaan gangang untuk produksi P!$ sangat terbatas karena mempunyai
kelemahan sebagai berikut 6
a. %emerlukan suhu yang hangat dan banyak sinar matahari serta membutuhkanco
b.3inding selnya tidak dapat dicerna.
!edangkan kelebihan produksi P!$ dari ganggang dibanding bakteri
adalah6 penerimaan produksi P!$ oleh ternak lebih baik, kandungan asam nukleat lebih
rendah dan ukuran sel ganggang lebih besar sehingga lebih mudah dipanen.berbagai
contoh mikroorganisme dan substrat dalam produksi P!$ dapat dilihat pada tabel 1.
elemahan penggunaan kapang dan khamir dibanding bakteri adalah 6
kandungan protein kasar lebih rendah serta waktu regenarasi yang lebih lama dibanding
bakteri.
Penggunaan kapang dan khamir untuk produksi P!$ secara umum mempunyai
keuntungan dibandingkan dengan bakteri dan ganggang karena sifat-sifatnya sebagai
berikut 6
a. Penerimaan produksi P!$ dari kapang dan khamir oleh ternak lebih baik.
b. andungan asam nukleat lebih rendah
c. /kuran sel kapang dan khamir lebih besar sehingga lebih mudah dipanen dan
konsesntrasinya lebih tinggi
d. 3apat tumbuh pada substrat dengan p8 rendah
Tabel I. Berbagai jenis mikroorganisme dan substrat dalam produksi PST
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
5/21
arasteristik yang penting dalam seleksi mikroorganisme dalam produksi P!$
adalah6 kecepatan dan keemampuan tumbuh, mudah dalam pemeliharaan kultur,
membutuhkan media yang sederhana, serta kandungan protein kasar dan kualitas gi'i
yang lain dalam mikroorganisme.
Faktor-faktor yang mempengaruhi seleksi mikroorganisme dan substrat
dalam produksi P!$ banyak sekali. Faktor-faktor tersebut antara lain meliputi 6
a. Faktor :utrisi
andungan proten kasar dan asam amino dari mikroorganiosme merupakan
sumbangan nutrisi terbesar. andungan lisin dari pst umumnya lebih tinggidari tanaman
sehingga dapat mensuplai kekurangan lisin. andungan proteinkasar P!$ ber)ariasi
tergantung mikroorganisme yang digunakan seperti terlihat pada tabel.
andungan asam nukleat juga ber)ariasi tergantung mikroorganisme yangdigunakan dalam produksi P!$. andungan asam nukleat dalam ganggang6 ;-
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
6/21
dalam bakteri 10-1< 7, dalam khamir high temperature short time? 8$!$#.
c. Faktor !osial
Faktor sosial kendala penggunaan P!$ adalah kandungan asam nukleat yang
tinggi yang menyebabkan terbentuknya asam urat dan menaikkan pembuangan urine.
%asalah ini tidak berarti bila jumlah konsumsi P!$ kecil dan barumenjadi masalah bila
konsumsui P!$ mencapai jumlah yang besar.upaya untuk menekan kandungan asam
nukleat dilakukan dengan jalan pemanasan mendadak >heat shock?# untuk memecah
@: danmenghancurkan penghambat pembentukan protein.
d. Faktor Akonomi
(anyak alternatif proses untuk memproduksi P!$. $abel
memperlihatkan>material balance? dalam memproduksi P!$ melalui fermentasi dari
substrat hidrokarbon dan karbohidrat.
(erdasar tabel di atas, dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan masa sel yang
sama 100#, !ubstrat karbohidrat membutuhkan dua kali jumlah ssubsrathidrokarbon
00# meskipun fermentasi hidrokarbon membutuhkan oksigen tiga kali dari jumlah
yang dibutuhkan dalam fermentasi karbohidrat. 3alam hal ini secara ekonomi
penggunaan hidrokarbon dianggap lebih hemat.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
7/21
3. Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berotosintesa dan Tanpa
Berotosintesa
%ikroba yang berfotosintesa dan yang tidak berfotosintesa dapat sama-sama
dipakai untuk memproduksi protein sel tunggal. !ekurangnya mikroba ini memerlukan
sumber karbon dan energi, sumber nitrogen, dan suplai unsur nutrisi lain, seperti fosfor,
sulfur, besi, kalsium, magnesium, mangan, natrium, kalium dan unsur jarang, untuk
tumbuh dalam lingkungan air. (eberapa mikroba tidak dapat mensintesa asam amino,
)itamin, dan kandungan seluler lain dari sumber karbon dan nitrogen sederhana. 3alam
hal demikian, bahan-bahan tersebut harus juga disuplai agar mereka bisa tumbuh.
a. Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berotosintesa
anggang dan bakteri tergolong mikroba berfotosintesa yang digunakan untuk
memproduksi protein sel tunggal. Pertumbuhan berfotosintesa ganggang yang
diinginkan, seperti Chlorella, Scenedesmus, dan Spirulina pada $abel#, adalah menurut
reaksi sebagai berikut 6
"ahaya
arbon dioksida B air B ammonia atau nitrat B mineral C sel ganggang B
oksigen
onsentrasi karbondioksida di udara sekitar 0,0D 7, ini tidak cukup untuk
menunjang pertumbuhan ganggang untuk menghasilkan protein sel tunggal. $ambahan
karbon dioksida bisa didapat dari karbonat atau bikarbonat yang terdapat dalam kolam
alkalis, gas yang keluar selama pembakaran atau dari pembusukan bahan organik dalam
air buangan kota dan limbah industri.
!umber nitrogen untuk produksi ganggang adalah seperti garam ammonium, nitrat,
atau nitrogen organis yang terbentuk oleh oksidasi air buangan kota dalam kolam. Fosfor
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
8/21
dan bahan mineral lain biasanya terdapat dalam air alam dan air limbah dan
konsentrasinya telah cukup untuk pertumbuhan ganggang.
+ntensitas cahaya dan suhu merupakan faktor penting untuk pertumbuhan
ganggang. /ntuk penanaman mikroba secara besar dan ekonomis, suasana dalam tempat
kultur harus cukup jernih dan )ariasi intensitas cahaya harus sekecil mungkin sepanjang
tahunnya. !elain itu suhu haruslah diatur di atas 0E" pada hampir sepanjang tahun.
arena itu, kolam buatan di tempat terbuka di daerah semi tropik, tropik atau kering
merupakan sistem yang paling cocok untuk pertanaman ganggang. (ahan untuk
membangun kolam adalah seperti semen, plastik, atau serat kaca pelapis.
olam harus cukup besar karena pertumbuhan ganggang terjadi terutama pada
daerah setebal 0 cm atau D0 cm saja dan di tempat ini intensitas cahaya terbesar.
Pengadukan perlu untuk mencegah ganggang mengendap ke dasar. 3engan demikian
semua sel ganggang dapat terpapar merata ke cahaya dan bahan nutrisi.
anggang biasanya ditanam dalam kultur campuran yang tidak terlalu steril.
!uasana lingkungannya haruslah menguntungkan bagi kehidupan spesies ganggang yang
diinginkan, agar mereka menjadi dominan dalam persaingan hidup dengan species lain.
Pemerintah +ndia yang bekerja sama dalam proyek +ndo erman lgal Project, telah
mendirikan suatu program kerja sama paa "entral Food $echnological +nstitute di
%ysore, +ndia, untuk membiakan species Scenedesmus dalam kolam buatan. Program ini
menghasilkan beberapa proyek di %esir, +ndia, Peru dan $hailand. !elain itu, dalam
pengamatan di +srael dan rgentina telah memperlihatkan bahwa ganggang dari genus
3umaliella yang tahan terhadap garam dapat ditumbuhkan dalam air asin untuk
menghasilkan protein sel tunggal dan dengan produk tambahan berupa gliserol dan beta-
karoten.
(akteri yang berfotosintesa digunakan untuk menghasilkan protein sel tunggal
ialah seperti bakteri dari genus Rhodopseudomnas, dan ini dapat pula ditumbuhkan
dalam air buangan kota atau limbah industri. 3i epang dan hasilnya digunakan sebagai
pakan ternak. (akteri ini ditumbuhkan dalam kultur campuran dengan bakteri nitrogen
dan bakteri lain yang hidup aerobis. ultur ini harus disuplai dengan bahan organik
sebagai sumber karbon dan energi. %ereka tidak akan dapat tumbuh mengandalkan "₂
dan cahaya, seperti dapat dilakukan oleh ganggang. epadatan kultur bakteri adalah
sekitar 1 sampai gram bahan kering tiap liter.
b. Produksi Protein Sel Tunggal Tanpa Berotosintesa
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
9/21
%ikroba tidak berfotosintesa yang dibiakkan untuk memproduksi protein sel
tunggal ialah seperti bakteri, kapang, ragi, dan jenis jamur lain. %ikroba ini hidup
aerobosis dan karena itu harus cukup suplai oksigen agar bisa tumbuh karena termasuk
karbon organis dan sumber energi. !elain itu juga merupakan sumber nitrogen, fosfor,
sulfur, dan unsur mineral, yang sebelumnya disebut-sebut hanya diperlukan untuk
pertumbuhan ganggang.
Pengubahan senyawa organik menjadi protein sel tunggal oleh mikroba yang tidak
berfotosintesa dapat dibuat skemanya dengan persamaan reaksi berikut 6
arbon organik B nitrogen B mineral bahan nutrisi B oksigen C
Protein sel tunggal B karbon dioksida B air panas
1! Bakteri
(anyak spesies bakteri yang baik untuk memproduksi protein sel tunggal. !alah
satu ciri bakteri yang cocok untuk ini ialah tumbuhnya cepat, waktu berbiakannya
pendek, masa selnya kebanyakan dapat jadi dua kali lipat dalam waktu 0 menit sampai
jam. !ebagai bandingan, waktu berbiak ragi adalah sampai D jam, dan kapang serta
jamur tinggi ; sampai 1< jam.
(akteri juga dapat tumbuh pada berbagai bahan mentah, mulai dari karbohidrat
seperti pati dan gula, sampai hidrokarbon dalam bentuk gas atau cairan seperti metan dan
fraksi minyak bumi, sampai pada petrokimia seperti metanol dan etanol. !umber
nitrogen yang baik bagi pertumbuhan bakteri ialah seperti amonia, garam aminium, urea
nitrat, dan nitrogen organik dalam limbah. 8arus ada tambahan bahan mineral
ditambahkan ke dalam pembiakan, agar bahan nutrisi dapat menutupi kekurangan yang
dalam air alami mungkin kadarnya tidak cukup menunjang pertumbuhan.
!pesies bakteri yang tampaknya lebih banyak memproduksi protein sel tunggal,
paling baik tumbuh dalam media yang sedikit asam netral, dengan p8 = sampai &.
(akteri itu juga harus dapat toleran terhadap suhu dalam rentang D= sampai ;=G ",
karena panas dilepaskan selama bakteri itu tumbuh. %enggunakan strain yang toleran
terhadap suhu akan menghemat banyak sekali biaya untuk mendinginkan air. Pembiakan
harus dijaga agar selalu dingin, karena fermentasi disini perlu suhu rendah. !pesies
bakteri tak dapat digunakan untuk memproduksi protein sel tunggal, jika itu bersifat
patogen bagi tumbuhan, hewan, atau manusia.
Protein sel tunggal dalam bakteri dapat dihasilkan dengan sistem adonan
kon)ensional. 3alam sistem ini semua bahan nutrisi dimasukan sekaligus kedalam
fermentor. !el-sel dipanen jika mereka menggunakan bahan nutrisi dan berhenti tumbuh.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
10/21
:amun dalam metoda produksi yang lebih maju, bahan nutrisi disuplai dengan sistem
kontinyu terus-menerus#, yang konsentrasinya sesuai dengan yang diperlukan untuk
menunjang pertumbuhan bakteri. alu sel-sel pun dipanen terus-menerus dengan
populasinya telah mencapai kerapatan yang diperlukan.
donan konsentrasi karbon dan sumber energi biasanya berkisar antara dan 10
persen. 3alam sistem yang kontinyu suplai sumber karbon diatur sehingga konsentrasi
dalam media tumbuh tidak melebihi yang diperlukan bagi pertumbuhan selbakteri.
onsentrasi ini biasanya akan lebih rendah daripada yang digunakan dalam sistem
adonan.
%enjaga agar suasana steril selama memproduksi protein sel tunggal, sangat
penting, karena mikroba pencemar akan tumbuh sangat cepat dalam media kultur. /dara
masuk, media bahan nutrisi dan alat fermentasi, harus disterilkan dalam seluruh proses
protein sel tunggal dalam bakteri. !uasana steril pun harus terus dijaga selama seluruh
kegiatan produksi.
!uatu sistem untuk produksi protein tunggal dalam bakteri secara kontinyu, dengan
metanol sebagai sumber karbon dan energi, diperlihatkan pada gambar skema dibawah
ini. !kema itu adalah metoda yang paling umum digunakan.
Gambar tahapan umum proses atau tahapan produksi SCP
!etelah bahan nutrisi disterilkan, kemudian dimasukkan ke dalam wadah
fermentasi. !etelah itu dilakukan okulasi bakteri, dan terjadilah pertumbuhan. Hadah
yang disebut IbioreaktorJ, harus disuplai dengan udara steril. ir juga selalu sejuk, untuk
mencegah timbulnya panas dari proses fermentasi, yang jika bertimbun dapat membunuh
sel. ir sejuk diedarkan dalam suatu salut fermentor atau melalui suatu lilitan pendingin
yang berada dalam alat.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
11/21
Pada proses kontinyu, bahan nutrisi ditambahkan terus-menerus setiap terpakai,
untuk menjaga konsentrasi bakteri yang diperlukan. arutan yang mengandung bakteri
dituangkan, diolah sehingga bakteri menumpuk atau bergumpal, lalu disentrifungsi.
"airan itu kemudian diedarkan kembali ke dalam fermentor, sedangkan bakterinya
dikeringkan dengan cara penyemprotan, lalu digiling sehingga didapat produk akhir.
Hadah juga dilengkapi dengan alat untuk mengukur dan mengontrol p8, suhu,
dan konsentrasi oksigen yang terlarut. /dara yang dikeluarkan dari bioreaktor
mengandung karbon dioksida yang dapat dipisahkan, lalu dimasukan kedalam tabung
kompresi untuk dijual kepada industri yang menggunakan gas karbon dioksida.
!etelah bakteri di angkat dari tangki fermentasi, mereka harus dipisahkan dari
kaldu kultur, yang biasanya dilakukan dengan menambahkan bahan kimia yang
membuat sel-sel menggumpal. alu disentrifungsi. !el-sel yang terpisah dikeringkan
untuk menghasilkan produk yang akan stabil selama pengiriman ketempat yang jauh dan
disimpan untuk waktu lama. khirnya, harus ada alat untuk menggiling dan
membungkus sel-sel, dan suatu sistem untuk menangani dan mengedarkan kembali
cairan kultur yang terpakai.
Pemasukan oksigen bagi sel-sel dalam fermentor merupakan faktor menentukan
dalam kecepatan tumbuh dan agar hasilnya memuaskan dari pertimbangan ekonomi.
(erbagai rancangan fermentor dapat mengatur pemasukan udara. Kang paling umum
digunakan adalah reakto tangki yang memiliki kincir pengaduk dan fermentor dengan
sistem penampungan udara.
2! "agi
@agi dapat ditumbuhkan pada beberapa macam substrat, meliputi karbohidrat,
baik yang kompleks seperti pati, maupun sederhana seperti gula glukosa, suklrosa, dan
laktosa. 3apat pula dipakai bahan mentah yang mengandung gula seperti sirup gula,
tetes, dan air diadih keju. (eberapa ragi dapat tumbuh pada karbohidrat rantai lurus,
yang dapat bersumber dari minyak bumu2 dapat juga tumbuh pada etanol atau metanol.
!elain itu sumber karbon, sumber nitrogen diperlukan pula. :itrogen diperoleh
dengan menambahkan amonia atau garam amonium ke media kultur. (ahan mineral juga
perlu sebagai tambahan.
ebutuhan untuk memproduksi protein sel tunggal oleh ragi sama dengan yang
diuraikan untuk memproduksinya oleh bakteri. @agi harus memiliki waktu tumbuh
sekitar sampai D jam. +a juga harus toleran terhadap p8 dan suhu. !ecara genetis juga
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
12/21
harus stabil, sehingga hasilnya memuaskan. $idak pula menyebabkan penyakit pada
tumbuhan, hewan, atau manusia.
3engan kincir pengaduk merupakan macam wadah yang paling banyak dipakai
untuk menghasilkan protein sel tunggal pada ragi, tapi fermentor pengapungan udara
dapat juga digunakan. !eperagi pada kultur bakteri, panas pun dilepaskan selama
pertumbuhan ragi, dan fermentor haruslah dilengkapi dengan sistem pendingin.
Fermentasi ragi dapat beroperasi dalam sistem adonan atau sistem kontinyu atau
dengan cara yang disebut >adonan yang disuplai bahan nutrisi?. Pada adonan yang
disuplai bahan nutrisi, makanan substrat dan bahan nutrisi lain ditambahkan secara
berangsur, yang jumlahnya cukup untuk kebutuhan tumbuh ragi. !ementara itu harus
dijaga agar konstrasi bahan nutrisi setiap waktu selalu rendah. %etoda ini menghasilkan
D,= sampai ;,= persen produk berat kering, dibandingkan dengan 1,0 sampai 1,= produk
berat kering yang dihasilkan dengan sistem adonan. !el yang dihasilkan dengan sistem
adonan yang disuplai bahan nutrisi dipanen dengan cara seperti halnya jika diproduksi
dengan adonan biasa.
%eskipun kultur sistem adonan dan sistem adonan yang diberi bahan nutrisi telah
digunakan dalam memproduksi ragi roti selama bertahun-tahun, namun baru belakangan
dapat dimonitor. 3engan demikian, p8 dan konsentrasi susbtrat disesuaikan dengan
operasi sistem kontinyu. onsentrasi sel ragi sampai 1< persen berat kering# diperoleh
dengan kultur sistem kontinyu.
@agi memiliki keuntungan dibandingkan dengan bakteri untuk memproduksi
protein sel tunggal. !alah satu diantaranya, karena ragi toleran terhadap lingkungan yang
lebih asam, dengan p8 berkisar antara D,= dan ;,= bukan agak netral seperti yang
diperlukan bakteri. kibatnya, proses ragi dapat berlangsung dalam media bersih tanpa
harus steril, pada p8 ;,0 sampai ;,=. ini karena kebanyakan bakteri pencemar tak dapat
tumbuh dengan baik dalam media asam ini. !elain itu, diameter sel ragi adalah sekitar
0,000=cm, dibandingkan dengan bakteri 0,0001 cm. arena besarnya, ragi itu dapat
dipisahkan dari media tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap
penggumpalan.
Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan
oksigen kultur yang sedang tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap
penggumpalan.
Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan
oksigen kultur yang sedang tumbuh. @agi yang tumbuh pada karbohidrat biasanya
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
13/21
memerlukan sekitar 1 kilogram berat kering sel dan jika ditumbuhkan pada hidrokarbon
diperlukan sekitar dua kali lebih banyak. /dara, yang disterilkan melalui suatu filter,
dimasukkan ke dalam fermentor melalui layar atau pipa yang berlobang-lobang pada
dasar wadah, atau dengan pemasukan udara lewat roda berputar, atau juga memalui
pengapung udara, seperti digunakan untuk mengkultur sel bakteri.
Protein sel tunggal pada ragi dapat dihasilkan dalam suasana steril, maupun
dalam suasana bersih tapi tak steril. Pada adonan biasa, atau adonan yang disuplai bahan
nutrisi yang tidak perlu steril, sumber energinya dipakai karbohidrat. %edia disterilkan
dengan cara mengalirkan melalui pertukaran panas, lalu dimasukkan ke dalam fermentor
yang bersih. Pengontrolan pencemaran dilakukan ke dalam fermentor yang bersih.
Pengontrolan pencemaran dilakukan dengan mengatur p8 media pada ;,0 sampai =,0,
pemasukan udara yang steril, dan besar populasi mikroba pencemar yang sedikit. Pada
beberapa fermentasi ragi sistem kontinyu yang menggunakan hodrokarbon atau etanol
sebagai substrat, perlu suasana steril sempurna, agar didapat hasil memuaskan dan
bermutu.
Candida utilis, yang dikenal sebagai ragi torula dan digunakan untuk tambahan
pakan ternak dan konsumsi manusia, dibuat dari bahan mentah yang beraneka macam.
3iantaranya adalah etanol, cairan limbah sulfit dari pabrik kertas, hidrokarbon berupa
parafin normal, dan air dadih keju. Pure "ulture Products 3i)ision of 8ercules, +nc.,
memiliki pabrik protein tunggal dalam C !ltis di 8utchinson, %inessota. Pabrik itu
berkapasitas
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
14/21
3ari cairan sulfit dapat diperoleh produk untuk makanan manusia atau pakan
ternak, tergantung pada sistem proses dan kontrol kualitas produk yang diberlakukan.
3engan menggunakan cairan limbah sulfit, didapat hasil sekitar 1 metrik ton berat kering
ragi untuk tiap ton guladalam cairan itu.
3! #apang dan jamur tinggi
Produksi protein sel tunggal pada kapang sekarang ini memakai metoda yang
sama dengan yang dipakai untuk membuat bahan sama pada ragi. ula sederhana atau
bahan mentah yang mengandungnya cocok sebagai substrat bagi berbagai macam
kapang. onsentrasi karbohidrat dalam media biakan biasanya sekitar 10 persen.
!ebagai sumber nitrogen dan tambahan mineral yang dimasukkan kedalam media, biasa
dipakai amonia atau garam amonium. ngka pertumbuhan kapang dan jamur tinggi.
Haktu tumbuh antara ; sampai 1< jam, biasanya lebih rendah daripada bakteri dan ragi.
apang dan jamur tinggi tumbuh subur pada suhu = sampai D< 0" dan pada p8 D,0
sampai &,0. :amun kebanyakan ditanam pada p8 dibawah =,0. +ni perlu untuk
mengurangi sebanyak mungkin pencemaran bakteri.
!ystem adonan atau system gabungan adonan yang diberi bahan nutrisi, atau
system kontinyu, dapat diapakai untuk memproduksi protein sel tunggal. ebanyakan
pada proses dengan system adonan, akan mendapat hasil paling baik jika fermentornya
diberi udara secara kon)ensional. perasinya dilakukan dalam suasana steril jika produk
itu untuk makan manusia. $api, jika untuk konsumsi hewan, dapat diproduksi dalam
lingkungan bersih tanpa harus disterilkan. !eperti fermentasi lain, pendinginan harus
dilakukan pula, untuk mengimbangi panas yang terbentuk selama pertumbuha kapang.
apang dan jamur tinggi, jika dikultur dalam fermentor yang diberi udara, dapat
tumbuh dalam bentuk benang atau pellet, tergantung pada spesies yang ditanam dan
suasana pemberian udara.
+ni dapat menyederhanakan cara pengambilan produknya, karena mycelium yang
berbnetuk beang atau pellet dapat dengan mudah dipisahkan dari media dengan cara
menapis atau dengan menggunakan saringan )akum yang berputar, atau dengan saringan
yang bertekanan biaya rendah. :amun tangki yang diaduk secara mekanis tidak cocok
bagi pertumbuhan mirkoba, karena benang kapang dapat terkonsentrasi sekitar pengaduk
dan tidak tersebar rata pada seluruh media kultur. Penggunaan fermentor yang
didalamnya pemberian udara juga bertindak sebagai pengaduk dapat mencegah masalah
ini.
$. %ilai &konomi Produksi Protein Sel Tunggal
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
15/21
Faktor yang mempengaruhi kelayakan produksi protein sel tunggal dari segi
ekonomi meliputi6
a. (iaya mendirikan fasilitas produksi.
b. (iaya mnyediakan bahan mentah, energi tenaga kerja, pemeliharaan,
penanggulangan limbah, dan turunnya harga tahunan.
c. auhnya letak pabrik dari pemasok bahan mentah serta untuk pemasaran
produk.
Pada pertengahan tahun 19&0-an biaya untuk memproduksi protein sel tunggal
untk makanan dengan menggunakan bahan mentah metanol, berkisar anatara L
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
16/21
e. Proses produksi P!$ fleksibel karena dapat digunakan berrbagai substrat dan
mikroorganisme.
Produksi dan penggunaan P!$ juga mempunyai kelamahan-kelemahan sebagai
berikut 6
a. andungan asam nukleat tinggi. andungan asam nukleat dalam tubuh manusia akan
diubah menjadi asam urat sebagai produk akhir. andungan asam urat yang terlalu tinggi
dalam tubuh manusia dapat merangsang gejala penyakit tulang encok#.
b.3inding sel mikroorganisme kadang kadang mengandung komponen yang tidak dapat
dicerna dan bersifat racun atau menyebabkan alergi. (eberapa mikroorganisme juga
memproduksi toksin yang berbahaya, misalnya aflatoksin oleh beberapa kapang.
c. %ikroorganisme mungkin mengadsorbasi komponen beracun atau karsinogenik yang
terdapat didalam substrat, misalnya hidrokarbon rantai ganjil dan bercabang, komponen
aromatic dan sebagainya.
d. Fluktuasi harga dan persediaan sustrat yang tidak tetap, (iaya penyediaan substrat
meliputi ;0-=0 7 dari total biaya produksi P!$.
B. Fermentasi asam asetat
"airan encer beralkohol akan menjadi asam jika kontak langsung dengan udara. 8al ini
diakibatkan oleh proses perubahan alkohol menjadi asam asetat. sam asetat dihasilkan dari
fermentasi substrat larutan yang mengandung pati , larutan gula atau alkohol misalnya
anggur atau >cider? # oleh bakteri golongan "cetobacter .
olongan bakteari yang mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat disebut sebagai asam
asetat dan diklasifikasikan kedalam genera yaitu Glukonobacter dan "cetobacter . enus
Glukonobacter mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat dan tidak mengoksidasinya lebih
lanjut menjadi karbondioksida dan alkohol karena tidak memiliki sebagian en'im yang
dibutuhkan dalam siklus krebs. !edangkan genus "cetobecter mampu mengoksidasi alkoholmenjadi asam asetat dan mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi karbondioksida dan
air.
(akteri asam asetat mempunyai kemampuan membentuk asam dari alkohol secara
oksidasi. (akteri ini termasuk bakteri gram negatif yang bergerak lambat dengan flagella
peritrikh. (akteri ini mirip dengan Pseudomonas tetapi memiliki toleransi terhadap asam
yang tinggi, aktifitas peptollitik yang rendah!chlegel and !chimdt, 199;#.
lasifikasi bakteri jenis "cetobacter aceti adalah sebagai berikut 6
ingdom 6 Bacteria
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
17/21
Phylum 6 Proteobacteria
elas 6 "lpha Proteobacteria
rdo 6 Rhodospirillales
Famili 6 "cetobacteraceae
enus 6 "cetobacter
!pesies 6 "cetobacter aceti
ambar. oloni "cetobacter aceti
%enurut 3aulay dan @ahman 199#, galur bakteri asam asetat yang penting bagi
industri )inegar adalah yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut 6
1.$oleran terhadap konsentrasi asam asetat yang tinggi
.$idak mengoksidasi asam asetat >o)eroMidation?#
D.%emproduksi asam asetat dengan laju produksi yang tinggi
;.%embutuhkan nutrient dalam jumlah kecil
=.$ahan terhadap infeksi
Pada fermentasi asam asetat hampir semua alkohol dalam medium atau sekitar 9=-
9*7 alkohol dioksidas menjadi asam asetat. !isanya hilang bersama gas yang keluar. Pada
saat yang sama, sumber karbon biasanya glukosa # juga dioksidasi. 8asil oksidasi ini adalah" dan 8 3aulay dan @ahman, 199#
Proses pembentukan asam asetat pada dasarnya lebih merupakan proses oksidasi tidak
sempurna daripada proses fermentasi yang sebenarnya , karena dalam proses ini daya
pereduksi yang dihasilkan dipindahkan ke molekul oksigen. Pada tahap pertama alkohol
dioksidasi menjadi asetaldehida dengan bantuan koen'im. setaldehida kemudian mengalami
hidrasi sehingga terbentuk asetaldehida- hidrat. Pada tahap kedua asetaldehida
dehidrogenase.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
18/21
!ecara stoikiometri dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa 1 liter etanol dapat
menghasilkan 1,D0; kg asam asetat dan 0,D91 kg air.8al ini berarti bahwa 17 )N)# etanol
mengahasilkan 17 bN)# asam asetat.Persamaan ini dapat digunakan mempredeksi kesaman
)inegar dan menghitung efisiensi proses fermentasi asetat dam and %oss,000#
Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi asam asetat antara lain6
!uhu
%enurut 8olt et al . 199;# dalam du toit and pretorius 000#, suhu optimum untuk
pertumbuhan "cetobacter dan Gluconobacter adalah =-D0E". Pada suhu D&E"
Gluconobacter tidak dapat tumbuh.
a. p8
p8 optimum untuk pertumbuhan bakteri asam asetat adalah =,= O
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
19/21
pada pembuatan cuka tomat berlangsung selama 1= hari dengan kadar asam asetat yang
dihasilkan sebesar ,1D7. !edangkan dalam %uafi 00;#, lama fermentasi asam asetat
pada pembuatan asam asetat dari jerami nangka adalah 1< hari dengan kadar adam asetat
yang dihasilkan sebesar ;,97.
'. Fermentasi Asam Sitrat
sam sitrat adalah asam organik yang secara alami terdapat pada buah-buahan seperti
jeruk, nenas dan pear. sam sitrat pertama kali diekstraksi dan dikristalisasi dari buah jeruk,
sehingga asam sitrat hasil ektraksi dari buah-buahan ini dikenal sebagai asam sitrat alami.
Hehner 1*9D# pertama kali melaporkan produksi asam sitrat sebagai hasil sampingan
pada fermentasi produksi asam oksalat dengan menggunakan Penicillium glaucum $ahun
191&, "urrie juga melaporkan bahwa "spergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat pada
medium p8 rendah dengan kadar gula tinggi. !ejak saat itu asam sitrat diproduksi secara
komersial dengan menggunakan kapang " niger
3ewasa ini telah diketahui banyak jenis kapang yang dapat menghasilkan asam sitrat,
seperti " niger, " a#amori, " $onsecaeus, " luchuensis, " #entii, " saitoi, " $lavus, "
clavatus, " $umaricus, " phoenicus, Mucor viri$ormis, !stulina vulgaris dll. !elain kapang,
beberapa bakteri dan kamir juga dapat memproduksi asam sitrat, diantaranya 6
Brevibacterium, Corynebacterium, "rthrobacter dan Candida.
apang " niger merupakan mikroorganisme yang dapat tumbuh dan banyak digunakan
secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan beberapa en'im seperti
pektinase dan amilase (roekhuijsen et al 199D2 kada 19*=#. " niger mampu mensintesis
asam sitrat dalam medium fermentasi ekstraseluler dengan konsentrasi yang cukup tinggi,
jika dibiakkan dalam media yang kadar garamnya rendah dan mengandung gula sebagai
sumber karbon 8ang et al . 19&&2 i et al 199#.
sam sitrat "
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
20/21
sam sitrat merupakan senyawa antara pada siklus kreb siklus asam trikarboksilat#.
intasan reaksi katabolik yang mendahului pembentukan asam sitrat ini diantaranya adalah
lintasan glikolisis dan lintasan Antner-3oudoroff yang menyediakan senyawa antara asam
piru)at yang merupakan senyawa kunci dalam metabolisme sel. !ebagian besar *07# dari
glukosa diubah menjadi piru)at melalui lintasan glikolisis. Piru)at akan mengalami
dekarboksilasi dan berikatan dengan koen'im- membentuk asetil-"o dan selanjutnya
masuk kedalam siklus krebs untuk bergabung dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat.
Piru)at juga bisa langsung masuk ke siklus krebs dengan bantuan en'im piru)at karboksilase
yang mengubah piru)at menjadi oksaloasetat.
Pada " niger, fosfoenol piru)at dapat diubah langsung menjadi oksaloasetat tanpa
melalui piru)at# oleh en'im fosfoenol piru)at karboksilase. @eaksi tersebut membutuhkan
$P sebagai sumber energi, %gB, atau %nB, dan B, atau :8;B. udoamidjojo 3arwis
199# menyatakan bahwa apabila sumber karbon bukan glukosa, misalnya asam asetat, atau
senyawa alifatik berantai panjang "9 O "D#, maka isositrat liase akan terinduksi sehingga
isositrat diubah menjadi glioksilat, selanjutnya glioksilat diubah menjadi malat oleh sintetase.
(ila glukosa ditambahkan siklus tersebut akan terhambat.
sam sitrat merupakan metabolik primer, seperti halnya pertumbuhan mikroba secara
umum, pertumbuhan mikroba dalam fermentasi dibatasi oleh ketersediaan beberapa unsur
kelumit P, %n, Qn#. Peranan ion logam dalam proses ini belum diketahui secara menyeluruh.
:ilai p8 optimum sekitar 1,& O ,0. ika p8 lebih tinggi alkalis# menyebabkan pembentukan
asam O asam oksalat dan glukonat dalam jumlah banyak. arenanya pengendalian kondisi
proses secara cermat merupakan prasyarat untuk mempertahankan keteraturan metabolik dan
mendukung pembentukan asam sitrat yang lebih banyak. ondisi yang sesuai tersebut
memungkinkan stimulasi glikolisis untuk penyediaan aliran karbon yang tidak terbatas ke
dalam metabolisme antara. kumulasi sitrat selanjutnya tergantung pada pemasokan
oksaloasetat %angunwidjaja !uryani 199;#.
%angunwidjaja !uryani 199;# juga menjelaskan bahwa kekurangan mangan akan
menurunkan akti)itas en'im dalam siklus asam trikarboksilat yang diikuti oleh penurunan
anabolisme. angguan metabolisme ini menyebabkan perbedaan tingkat ion amonium
intraselluler yang dapat membantu menghilangkan penghambatan en'im fosfofruktose oleh
sitrat. %angan juga terlibat dalam biokimia permukaan sel dan morfologi hifa. ebutuhan
oksigen yang tinggi memungkinkan reoksidasi sitoplasma :38 tanpa pembentukan $P
dan melibatkan suatu cabang respirasi alternatif yang berbeda dari rantai respirasi normal.
8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer
21/21
Proses fermentasi asam sitrat dapat dilakukan dengan sistem terendam, fermentasi
kultur permukaan. Fermentasi kultur terendam dibagi dua yaitu dilakukan pada fermentor
berpengaduk dan pada air li$t $ermentor . !edangkan pada fermentasi kultur permukaan dapat
menggunakan media cair maupun media padat. Fermentasi sistem terendam lebih sulit
dilakukan dibandingkan prosedur permukaan, tetapi dapat dilakukan secara curah, proses
curah terumpani, atau sinambung. Fermentasi curah digunakan untuk substrat glukosa, dan
curah terumpani lebih layak diterapkan untuk untuk tetes tebu. (iakan sinambung
mempunyai produkti)itas yang lebih tinggi %angunwidjaja !uryani, 199;#.
Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor
diantaranya adalah jenis media, p8 media, waktu fermentasi, suhu, aerasi, dan
mikroorganisme yang digunakan. Faktor yang paling menentukan adalah media tumbuh
substrat# dan mikroorganisme yang digunakan Friedrich et al 199;#.
Pada umumnya hasil samping pertanian dan perkebunan seperti jerami padi, onggok,
bagas, dan kulit kakao masih mengandung lignoselulosa. imbah ini masih mengandung pati,
protein, lemak, dan senyawa kimia lainnya. 3engan teknologi fermentasi, hasil samping ini
dapat dimanfaatkan lebih lanjut menjadi produk lain yang berguna seperti pangan, pakan
ternak, pelarut organik, asam-asam organik seperti asam sitrat dan lain-lain udoamidjojo et
al 19*9#.
Datar "ujukan
nonim 1. 01. Protein Sel Tunggal. nline# (ttp)**i+o(bio.blogspot.,o.id*2-12*-*protein/sel/tunggal.(tml diakses 1$
Februari 01