INDUSTRI FERMENTASI

19.35 |

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.