A. Fermentasi
Mikrobiologi Industri merupakan suatu usaha memanfaatkan m.o sbg
komponen u/ industri/mengikutsertakan m.o dlm proses. M.o dlm industri
menghasilkan bermacam2 produk diantaranya:
- Zat kimia spt: asam organic, gliserol, alcohol.
- Antibiotik
- Zat tumbuh
- Enzim
- Makanan dan minuman
- Bahan pengawet dsb.
M.o sbg hasil industri, misal protein sel tunggal, ragi dll. Dalam
bidang pertanian misal Bacillus turingiensis, Rhizobium dll.
Dlm mikrobiologi industri
pokok bahasan utama adalah fermentasi. Fermentasi dpt didefinisikan sebagai
perubahan gradual oleh enzim beberapa bakteri,khamir dan kapang.
Contoh : pengasaman susu,
dekomposisi pati dan gula menjadi alkohol & CO2 dan oksidasi senyawa
nitrogen organik.
Industri fermentasi dalam
pelaksanaan proses dipengaruhi :
- Mikroba
- Bahan dasar
- Sifat2 proses
- Pilot plant
- Faktor sosial ekonomi
Ad.1. Mikroba
Mikroba dlm industri fermentasi merupakan faktor utama, shg harus memenuhi
syarat tertentu yaitu :
1.
Murni
2.
Unggul
3.
Stabil
4.
Bukan fatogen
MURNI
Dalam proses tertentu harus
menggunakan biakan murni(dari satu strain ttt) yang telah diketahui sifatnya.
U/ itu perlu dijaga lingkungan hrs Steril/aseptis. Penggunaan kultur tunggal
mempunyai resiko yang tinggi karena kondisi harus optimal. Untuk mengurangi kegagalan
dpt digunakan biakan campuran. Keuntungan menggunakan biakan campuran adalah
mengurangi resiko apabila m.o yg lain tidak aktif melakukan fermentasi. Dlm
bidang pangan penggunaan biakan campuran dpt menghasilkan aroma yang spesifik.
UNGGUL
Pada kondisi fermentasi yang
diberikan, mo harus mampu menghasilkan perubahan2 yg dikehendaki secara cepat
dan hasil yang besar. Sifat unggul yg ada hrs dpt dipertahankan. Proses
rekayasa genatika dpt dilakukan u/ memperbaiki sifat m.o dg maksud mempertinggi
produk yg diharapkan dan mengurangi produk ikutan.
STABIL
Pada kondisi yg diberikan,
mo hrs mempunyai sifat2 yg tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau
lingkungan.
BUKAN FATOGEN
Mo yg digunakan adalah bkn
fatogen bagi manusia maupun hewan, kecuali u/ produksi bahan kimia tertentu.
Jika menggunakan mo fatogen harus dijaga, agar tidak menimbulkan akibat samping
pada lingkungan.
Ad.2. Bahan Dasar
Bahan dasar u/ kepentingan
fermentasi dpt berasal dari hasil pertanian, perkebunan maupun limbah industri.
Bahan dasar yang umum di negara2 berkembang:
1.
Molase, karena banyak tebu (inds.gula)
2.
Jerami
3.
Dedak
4.
Kulit kopi,kulit coklat,sabut kelapa
5.
Ampas tahu,ampas biji2an yang telah
diambil minyaknya.
6.
Kotoran binatang
7.
Air limbah
8.
Sampah sebagai componen pupuk
9.
Sisa pabrik kertas, pabrik susu dll.
Bahan dasar harus mempunyai
syarat:
1.
Mudah didapat
2.
Jumlah besar
3.
Murah harganya
4.
Bila diperlukan ada penggantinya.
Ad.3. Sifat-sifat proses
Sifat2 proses hrs
disesuaikan dg kondisi yg dibutuhkan oleh m.o dlm melakukan metabolisme.
Kondisi bisa aerob/anaerob, sedang bentuk medium dpt cair/padat. Perbedaan
kondisi yang dibutuhkan oleh m.o dlm proses industri juga akan menentukan:
1.
Tipe fermentor
2.
Optimasi lingkungan: pH, suhu, kadar nutrien.
3.
Macam alat bantu: sumber air, listrik, kompresor
dan sebagainya.
4.
Cara pengunduhan hasil, sterilisasi.
Ad.4. Pilot plant
Pilot plant adalah semacam
lab.dan dibawah skala perusahaan. Jika dlm pilot plant sudah menunjukkan hasil
baik, dpt dibawa ke skala industri, karena dlm skala industri sudah terkait
modal shg diperhitungkan kegagalan.
Dengan pilot plant kegagalan
dikurangi 75% drpd langsung dari lab.
Ad.5. Faktor sosial ekonomi
Suatu industri bertugas
untuk mengolah sumber2 ekonomi agar dpt mencapai tujuan perusahaan. Faktor2
ekonomi yg hrs diperhatikan sering disebut 6M ( Men, Money, Materials,
Machine, Method and Market ).
1.
Men ( Manusia ): manusia disini diartikan sebagai
tenaga kerja. Tenaga kerja manusia tetap berperan penting dlm perusahaan (dg
teknologi canggih atau tradisional) karena tenaga kerja manusia bekerja sebagai
pengendali. Perusahaan perlu memperhatikan bagaimana mengelola tenaga kerja
dengan sebaik2nya dlm upaya mencapai tujuan perusahaan.
2.
Money (modal usaha) : Uang atau modal
usaha adalah sejumlah uang atau barang yang dibeli dg uang tsb u/ membuat
produk yg lain, misal mesin, peralatan pabrik, alat2 transportasi dll.
Penggunaan modal usaha ini hrs dikelola dg cermat oleh perusahaan agar tidak
terjadi kerugian bagi perusahaan.
3.
Material
Material sangat berpengaruh sekali bagi kelancaran proses produksi. Material
disini meliputi: bahan baku, bahan pembantu dan bahan lainnya yang menunjang
proses produksi.
4.
Method
Metode yaitu pelaksanaan manajemen dlm perusahaan atau pengelolaan
perusahaan. Disini diatur bagaimana agar sumber2 ekonomi yg terbatas itu dapat
diwujudkan menjadi barang/jasa yg dapat memuaskan konsumen serta dapat
memberikan keuntungan bagi perusahaan. Misal : pengambilan keputusan, pemberian
ide/inisiatif dan pemikiran yg semuanya ditujukan agar pengelolaan sumber2
ekonomi dpt berjalan dg lancar.
5.
Machine
Hal ini berkaitan dg teknologi yang akan diterapkan oleh perusahaan dlm
melakukan proses produksinya. Semakin canggih teknologi (mesin) yg digunakan
maka investasi (modal usaha) yg dibutuhkan akan semakin besar.
6. Market
Pasar berhubungan dg konsumen yg tersedia
dan dapat diraih oleh perusahaan. Konsumen sangat penting bagi kelangsungan
hidup perusahaan. Tanpa konsumen maka perusahaan tidak dapat didirikan karena
tidak adanya pasar yang tersedia untuk produk. Untuk itu perusahaan harus
senantiasa memperhatikan keinginan konsumen dan berusaha untuk memuaskan
konsumennya agar pasar dapat diraih dan dipertahankan bahkan dikembangkan lebih
luas lagi.
Selain faktor2 diatas, ada beberapa faktor lain yang harus diperhatikan
oleh perusahaan (industri) atau biasa dikenal dg lingkungan umum perusahaan, antara lain:
1.
Faktor politik : Dlm hal ini menyangkut
tingkat pemusatan kekuatan politik, sifat organisasi politik, sistem partai,
kesadaran dlm masyarakat. Perusahaan merupakan lembaga sosial yg selalu
berhubungan dg masyarakat maka kehidupan operasi perusahaan sangat terpengaruh
oleh politik negara dimana perusahaan itu berada.
2.
Faktor Hukum : Lingkungan ini meliputi sifat
dari sistem hukum, sistem hukum yg berlaku khususnya yg berpengaruh terhadap
perkembangan perusahaan, misal peraturan perundangan.
3.
Faktor Sosial : disini meliputi struktur
golongan yg ada dlm masyarakat yg dpt mempengaruhi perkembangan perusahaan
termasuk didlmnya sifat dan perkembangan dari lembaga2 sosial.
4.
Perekonomian : Sistem perekonomian yg
mempengaruhi perkembangan perusahaan terdiri dari berbagai aspek ekonomi dan
unit2 ekonomi dlm masyarakat yg meliputi: jenis organisasi ekonomi, sistem
kepemilikan perusahaan, sistem perpajakan, dan perbankan, angkatan kerja,
tingkat produktivitas, tingkat investasi, perubahan pola konsumsi dll.
5.
Kebudayaan : Hal ini menyangkut latar belakang
dr suatu masyarakat di mana perusahaan itu berada yaitu yg berhubungan dg hasil
produksi perusahaan. Juga tercakup didalamnya norma2 masyarakat setempat, adat
istiadat, dan kebiasaan mereka.
6.
Pendidikan : Lingkungan ini adalah
keseluruhan dr tingkat pendidikan paling rendah sampai dg pendidikan tertinggi
secara formal serta non formal yg akan mempengaruhi tingkat keahlian khusus dr
masyarakat tsb.
7.
Teknologi : IPTEK senantiasa berkembang, oleh
karena itu apabila perusahaan ingin mengembangkan tingkat proses produksi dan
kegiatan operasionalnya harus berpacu dengan kemajuan teknologi.
8.
Demografi : lingkungan ini merupakan sumber
tenaga kerja yg tersedia dlm masyarakat, angkatan kerja, tingkat kelahiran,
tingkat kematian, penyebaran penduduk, umur, jenis kelamin, dll. Khusus perusahaan yg sangat tergantung pd tenaga kerja maka urbanisasi
sering menjadi masalah dlm masyarakat industri.
B. Proses Fermentasi
Proses fermentasi yang
penting dlm industri komersial adalah :
1.
Produksi sel mikroba
2.
Produksi enzim mikroba
3.
Produksi hasil metabolisme mikroba
4.
Proses transformasi
Ad.1. Produksi sel mikroba
Produksi sel mikroba dpt
dibagi menjadi 2 kelompok yaitu produksi ragi dan produksi protein sel tunggal
sbg pangan maupun pakan. Produksi ragi roti sudah dimulai sejak th 1900 dan
khamir sbg makanan manusia mulai PD I di Jerman. Mulai th 1960 produksi sel
tunggal semakin digiatkan dan digunakan berbagai sumber karbon.
Produksi sel mikroba yg
telah berkembang di Indonesia adalah inokulum tempe dan ragi tape.
Ad.2. Produksi enzim mikroba
Enzim dpt dihasilkan dari
tanaman, hewan maupun mikroba, tetapi enzim dr mikroba menunjukkan hasil yg
lebih besar melalui teknik fermentasi dan lebih mudah dihasilkan dibanding
tanaman dan hewan. Enzim yg mulai dikembangkan di Indonesia misal lipase untuk deterjen serta untuk
produksi gliserol dan penyediaan asam lemak bebas bagi pembuatan Fatty Acid
Methyl Ester (FAME) yg penting dlm industri biofarmasi. Enzim amilase dan
glukosa isomerase juga mulai dpt digunakan untuk produksi fruktosa dari
serealia untuk digunakan sebagai gula diet. Beberapa contoh aplikasi enzim
secara komersial dapat dilihat pada tabel berikut :
Industri
|
Aplikasi
|
Enzim
|
Sumber
|
Roti
|
Mempercepat proses
fermentasi ,meningkatkan volume adonan, memperbaiki kelunakan & tekstur.
|
Amilase
Protease
|
Kapang
Bakteri
Khamir
|
Bir
|
Mempermudah filtrasi
|
ß-glukonase
|
Kapang
Bakteri
|
Serealia
|
Pembuatan makanan bayi
|
amilase
|
Kapang
|
Coklat
|
Pembuatan sirup
|
amilase
|
Kapang
Bakteri
|
Sirup jagung
|
Membuat sirup tinggi
maltosa, produksi glukosa dr sirup jagung, mengubah sirup jagung mnjadi
fruktosa yang lbh manis
|
Amilase
Amiloglukosidase
Glukosa isomerase
|
Kapang
Bakteri
|
Susu
|
Menghilangkan residu H2O2
dr susu,pembuatan protein hidrolisat,stabilisasi susu evaporasi,
produksi konsentrat susu segar,
konsentrat whey & ice cream
|
Katalase, Protease,
laktase
|
Kapang
Bakteri Khamir
|
Jus buah
|
Penjernihan,pencegahan
pembuatan gel, perbaikan teknik ekstraksi.
|
pektinase
|
Kapang
|
Laundry
|
Deterjen
|
Protease
|
Bakteri
|
Ad.3. Produksi hasil
metabolisme mikroba.
Pertumbuhan mikroba dpt
dibagi dlm bbrp tahap. Setelah inokulasi kultur dlm medium kultur tdk nampak adanya
petumbuhan, periode ini disebut fase adaptasi. Sel akan terus bertambah secara
cepat dg kecepatan maksimum, periode ini disebut fase eksponensial. Setelah sel
mencapai tumbuh maksimum maka sel akan tetap dan fase ini disebut stasioner, yg
diikuti dg penurunan jumlah sel atau fase kematian. Kinetika pertumbuhan ini
diikuti dg produk yg dihasilkan terutama dlm sel & termasuk juga asam
amino, nukleotida, protein, asam nukleat, lipida, karbohidrat dll.
Produk2 ini disebut produk
metabolit utama dan fase produksi disebut tropofase. Contoh produk metabolit
utama :
Metabolit utama
|
Fungsi dlm industri
|
Etanol
Asam sitrat
Aceton butanol
Asam glutamat
Lisin,vitamin
|
Bhn bakar,minuman,obat2an
Industri pangan
Pelarut
Penyedap rasa
Bahan tambahan
|
Selama fase stasioner bbrp
strain mikroba mensintesa senyawa yg tdk dihasilkan selama tropofase dan
fungsinya dlm sel tdk jelas. Senyawa ini disebut produk metabolit sekunder, dan
fasenya disebut Idiofase. Produk metabolit selain diambil produk metabolitnya
secara tradisional telah dikonsumsi/dimanfaatkan oleh manusia bersama2 dg
substratnya yg disebut biomasa mikroba misalnya growol, kecap, tape, tauco,
tempe, terasi dll.
Ad.4. Proses Transformasi
Sel m.o dpt digunakan
u/mengubah senyawaan menjadi senyawa lain yg secara struktur berkaitan, yg mana
senyawa yg dihasilkan mempunyai nilai ekonomi yg tinggi. Reaksi yg
mengkatalisis misalnya dehidrogenasi, oksidasi, hidroksilasi, dehidrasi dan
kondensasi, dekarboksilasi, aminasi, deaminasi dan isomerasi. Contoh
transformasi adalah mengubah alkohol menjadi asam asetat.
C. Sejarah Perkembangan
Industri Fermentasi.
* Sebelum tahun 1900 : tahap pertama industri fermentasi dimulai sebelum
1900, yaitu mulai pembuatan alkohol dan vinegar.
- Di Arab thn 1700: produksi skala besar2an.
- Thn 1757 penggembangan proses menggunakan thermometer.
- Thn 1801 produksi dg pemindahan panas.
* Tahap kedua 1900-1940 : diproduksinya sel khamir, gliserol, as.sitrat,
as.laktat & aseton- butanol serta pembuatan ragi roti.
* Tahap ketiga mulai dihasilkannya penicillin (1940).
* Tahap keempat (1960-sekarang) : penelitian protein sel tunggal u/ternak.
* Tahap kelima (1979-sekarang) : mulai diteliti dan diproduksi senyawa yg
tidak umum dihasilkan oleh m.o seperti interferon, insulin dg manipulasi
genetika.
D. Komponen Proses Fermentasi
Proses fermentasi mempunyai
6 komponen dasar yaitu :
- Susunan medium yg digunakan selama pengembangan inokulum dan didalam fermentor.
- Sterilisasi medium, fermentor & alat lain.
- Aktivitas produksi, pemanfaatan kultur murni, jumlah inokulum u/ produksi.
- Pertumbuhan mikroba dlm fermentor produksi pd kondisi optimum u/pembentuka n hasil.
- Ekstraksi produk dan pemurnian.
- Penanganan limbah yg dihasilkan selama proses.
Kultur Induk→starter→inokulum→ proses
\ fermentasi
Bhn.baku → formulasi
→ sterilisasi / ↓
Medium medium cairan kultur
↓
Separasi sel→biomas
↓
Ekstraksi produksi « — supernatan bebas sel
↓ ↓
Efluen pemurnian → pengemasan
produk
produk