fermentasi pada mikrobiologi pangan fermentasi pada mikrobiologi panganfermentasi pada mikrobiologi pangan fermentasi pada mikrobiologi pangan

2. Etiologi : bhs Latin ‘fervere’ (mendidihkan).
Mula2 istilah ‘fermentasi’ digunakan pd
proses pengubahan glukosa menjadi
alkohol yg tjd scr anaerob.
Akhirnya, istilah ‘fermentasi’ didefinisikan :
seluruh perombakan senyawa organik yg
dilakukan mikroorganisme yg melibatkan
enzim yg dihasilkannya sbg biokatalis dlm
lingkungan yg dikendalikan.

3. Pengertian lain
1. Proses yg menggunakan suatu senyawa
(substrat) menjadi senyawa lain (produk) oleh
adanya aktivitas mikroba
2. Suatu proses yg menghasilkan energi dg
melibatkan molekul organic baik sebagai donor
maupun akseptor elektron
3. Suatu proses yg melibatkan kultur mikroba baik
yg bersifat aerob maupun anaerob
4. proses pembusukan bahan makanan
5. suatu kultur mikroba dalam kondisi optimum
untuk
menghasilkan produk berupa metabolit-metabolit,
enzim, atau produk lain (seperti biomassa)

4. PENGGOLONGAN BERDASARKAN CARA OPERASI
A. Fermentasi cair
I. Submerged fermentation (fermentasi bawah
permukaan):
 Batch process
 Fed-batch (gabungan sistem batch dg kontinnyu)
 Continuous process (proses sinambung/kontinyu)
II. Surface fermentation (fermentasi permukaan), →
misal pada pembuatan nata de coco
B. Solid State Fermentation/ fermentasi padat
misal pada pembuatan tape, oncom, koji dll.

5.  BERDASARKAN LETAK PRODUKSI
 􀂄 produk intraseluler
 􀂄 produk ekstraseluler
 BERDASARKAN PERAN DALAM
METABOLISME
 􀂄 metabolit primer
 􀂄 metabolit sekunder

7. PRODUK FERMENTASI KOMERSIL
1. Fermentasi dengan produk BIOMASSA (sel mikroba) :
 SCP (Spirulina, Sancorella)
 spora Penicillium roquefortii (keju)
 Rhizobium sp.(simbiosis dg tan Leguminoceae)
 Bakteri asam laktat (yoghurt)
 B. thuringiensis (kristal protein → insektisida)
2. Fermentasi dengan produk ENZIM mikroba
contoh : amylase, protease, pektinase, peroksidase,dll
Produksi enzim oleh sel mikroba dpt ditingkatkan dg cara
modifikasi pengendalian kondisi lingkungan (mis,
pemberian induser pada kultur)
Enzim mikroba dapat dibedakan atas :
- enzim ekstrasel - enzim konstitutif
- enzim intrasel - enzim induktif

8. 3. Fermentasi dengan produk METABOLIT mikroba :
• metabolit primer, senyawa antara yg disintesis
oleh aktivitas sel pd fase pertumbuhan (trofofase)
• metabolit sekunder, senyawa yang disintesis sel
setelah fase pertumbuhan (idiofase)
4. Fermentasi dengan produk hasil BIOKONVERSI
melalui modifikasi suatu senyawa yg ditambahkan
ke dalam medium fermentasi untuk menghasilkan
senyawa lain.
Contoh : progesterone → 11- α hidroksiprogesterone

11. Improving Production in
Fermentation
• Culture medium manipulation
• Culture condition manipulation
• Strain improvement
• Adding precursor molecules
• Improving product recovery

12. tahapan bioproses
• pemilihan jenis mikrobia
• Formulasi media,
• Preparasi inokulum,
• Proses fermentasi
• kontrol proses
• Pemanenan produk :pemisahan, pemekatan,
pemurnian

13. Proses fermentasi memerlukan komponen sbb :
a) Kultur murni dr organisme terpilih dg jumlah yg
sesuai dan kondisfi fisiologis yang baik;
b) disterilisasi, hati-hati thd komposisi medium
pertumbuhan organisme;
c) Ada seed fermenter, fermenter produksi mini
sebagai inokulum utk menginisiasi proses dlam
fermenter utama;
d) Fermenter produksi, berukuran besar,
e) Peralatan utk :
i) mengetahui medium kultur tetap dlm keadaan
steady state,
ii) pemisahan sel,
iii) koleksi sel tanpa supernatan,
iv) purifikasi produk, dan
v) perlakuan panen.

15. Adalah suatu wadah atau tangki dimana sel
atau enzim (tanpa sel) melakukan
transformasi terhadap bahan baku menjadi
produk biokimia atau produk yang
dikehendaki.
Disebut juga sebagai Bioreaktor

16. Fungsi pokok fermenter adalah dapat menyediakan
lingkungan yang sesuai (nyaman) dimana organisme
dapat secara efisien menghasilkan target produk
yang dikehendaki, misalnya :
- Biomassa sel,
- Metabolit (primer atau sekunder),
- Atau produk biokonversi.

17. Kemampuan apa yag harus dipenuhi fermenter ?
 Konsentrasi biomassa harus tetap tinggi
 Mampu mempertahankan kondisi sterile
 Konsumsi tenaga/energi efisien
 Agitasi efektif
 Mampu memindahkan panas
 Mudah dibersihkan
 Ada fasilitas sampling

18.  Ada 3 kelompok bioreaktor yg digunakan dalam
produksi industri :
- non-stirred, non-aerated (Beer and wine)
- non-stirred, aerated (Biomass, eg Protein)
- stirred, aerated (Antibiotics)

19. Stirred Tank Reactor

20.  Ada sistem agitator
 Ada sistem penghantaran oksigen
 Ada sistem kontrol buih
 Ada sistem kontrol temperatur
 Ada sistem kontrol pH
 Ada bagian untuk Sampling
 Ada sistem utk pembersighan dan sterilisasi.
 Ada bagian (pipa) utk pengosongan reaktor.

21.  RPM
 Qair
 Pressure
 CO2, O2 ?
 Gas balance
 OD?
 pH (controlled)
 Temperature
 Starters  milk, silage, …
 Baker yeast  bread
 Alcoholic beverages
 Lactic acid/organic acids (citric)
 Antibiotics
 Vaccines
 Monoclonal antibodies
 Recombinant proteins (or toxin ?)
 Waste water treatment
 Bioleaching
Instrumentation of a
fermentor Use of fermentors

23. Tahap transfering proses industri dari skala
laboratorium ke fermentor komersial
 Shake flash Experiments
 Fermentor skala Lab (5-10 L)
 Fermentor skala Pilot (300-3000 L)
 Fermentor Komersial (10,000-500,000 L)

24. Batch process
Fed-batch process
Continuous
process
Semi-continuous
process

25. Ada 2 Tipe Sistem Fermentasi :
Sistem Tertutup :
Tidak ada penambahan nutrien lagi
setelah inokulasi (kecuali oksigen utk
yg aerob)
Pertumbuhan berhenti setelah bbrp
saat
shake flask agar plate
Sistem Terbuka :
Nutrient secara kontinyu
dimasukkan setelah inokulasi,
pertumbuhan akan berlangsung
terus sepanjang medium segar
(fresh medium) ditambahkan.
mikroorganisme dan nutrien secara
koninyu masuk dan keluar dari
fermenter
(di lab)

26. Tipe Sistem Fermentasi
1) Batch culture: microorganisms are inoculated into a fixed volume
of medium and as growth takes place nutrients are consumed
and products of growth (biomass, metabolites) accumulate.
2) Semi-continuous:
fed batch-gradual addition of concentrated nutrients so that the
culture volume and product amount are increased (e.g. industrial
production of baker’s yeast);
Perfusion-addition of medium to the culture and withdrawal of
an equal volume of used cell-free medium (e.g. animal cell
cultivations).
3) Continuous: fresh medium is added to the bioreactor at the
exponential phase of growth with a corresponding withdrawal of
medium and cells. Cells will grow at a constant rate under a
constant condition.

27. Biotechnological processes of growing
microorganisms in a bioreactor

28. Batch Culture
•Merupakan suatu sistem tertutup
•Merupakan operasi reaktor yg sederhana.
•bioreaktor diisi dg medium fermentasi dan inokulum
selanjutnya dibiarkan utk melakukan proses hingga
saat pemanenan.
•Ketika fermentasi sudah berakhir, hasil fermentasi
dipanen dan dilakukan downstream processing.
Bioreaktor dibersihkan, disterilkan, diisi,dan
diinokulasi kembali, selanjutnya proses fermentasi
berjalan lagi.

29. Batch Culture
•merupakan proses yg dinamik dimana sistem tidak
pernah mengalami steady state
•komponen media steril dimasukkan pd awal
fermentasi dg tidak ada penambahan makanan lagi
setelah inokulasi.
•laju pertumbuhan mikroorganisme akan
berlangsung terus sehingga mencapai titik nol
seiring dengan semakin menurunnya nutrien atau
terakumulasinya produk toksik.

30. tahap pertumbuhan dlm sistem batch:
•Lag phase
•Exponential phase
•Stationary phase
•Death phase

32. Sistem sederhana
• sekali sterilisasi dan tidak memungkinkan utk
kontaminasi
• biaya peralatan lebih rendah
Produksi seragam - consistency

33. Terdapat lag time
Terbentuk Toxin
Utk produk-produk potensial, produksinya
terbatas

34. Continuous Culture
 proses fermentasi berkelanjutan
didisain sedemikian rupa shg
pemasukan nutrisi dikontrol dan
berlangsung secara konstan.
 Tahap awal proses sama dg kultur
batch, namun ketika kultur sudah
mencapai tahap eksponensial, maka
dpt diperpanjang terus sampai tak
terbatas dg secara kontinyu
menambahkan medium segar ke
dalam sistem.

35. Continuous Fermentation
 Bioreaktor secara terus menerus di stirer
dan volume konstan selalu dipertahankan
dengan cara medium baru secara konstan
selalu ditambahkan dan hasil fermentasi
juga secara konstan dipanen sebanding
dg volume yg ditambahkan.
 Keadaan steady-state akan selalu
tercapai, dimana laju pertumbuhan
mikrobia akan sama dengan jumlah
mikrobia yang digantikan dari fermentor.
Proporsional dengan laju pelarutan oleh
medium.

37. Continuous Culture
 Merupakan sistem yg terbuka
 Medium baru secara konstan
dimasukkan, dan medium lama
dikeluarkan
 Memungkinkan terjadi pertukaran gas
 Memungkinkan utk pertumbuhan dan
produksi yg lama
 Organisme yg memproduksi dpt
dipindahkan bersamaan dg medium
lama

38. Continuous Culture
 Sesuai utk produksi senyawa yg
disekresikan organisme ke dalam medium
 Memungkinkan utk memonitor secara
kontinyu dan memodifikasi lingkungan
kultur
 Bermanfaat apabila produksi molekul yg
tidak perlu diatur ulang

39. Keuntungan continuous culture
 Keadaan steady state mudah dikontrol
 Laju konsumsi nutrien dan laju
pemanenan dapat dipertahankan pada
kondisi optimal.
 Selektivitas tinggi dan mendukung
perkembangbiakan mikroorganisme
dengan adaptasi terbaik dalam kultur.

40. Kelemahan sistem continuous
 Pengoperasiannya mahal
 Lebih sulit utk mempertahankan
sterilitasnya
 Little value, apabila produknya tdk
disekresikan atau dihasilkan setelah
periode waktu tertentu yang
ditentukan

41. • Merupakan modifikasi sistem batch culture.
• fresh medium secara kontinyu dan periodik
ditambahkan, tanpa menghilangkan/
mengeluarkan medium kultur sampai mencapai
volume tertentu.
• Fermentor didisain utk dpt mengakomodasi
peningkatan voliume medium. Pada sistem ini
tahap pertumbuhan adalah steady state semu.
• Pada sistem ini dpt dicapai tingkat proses dan
produk yg cukup besar

42. • Kapasitas aerasi kultur dalam fermentor dpt
dipertahankan.
• Dapat dihindari efek penghambatan dari
komponen medium spt : cepatnya konsumsi
karbon, nitrogen, atau fosfat;
• Dapat dihindari efek toksik dari komponen
medium;
• Dpt digunakan utk menyediakan tingkat
kebutuhan nutrisi yg terbatas utk strain
auxotrophic.

43. • Produksi ragi roti
• Produksi penisilin

45. 
 Teknologi Fermentasi merupakan teknologi untuk
menumbuhkan sel dalam skala besar dg efisiensi yg
tinggi termasuk juga proses-proses mendapatkan
produknya.
 Proses utama yang berlangsung secara aktual
dilakukan oleh mikroorganisme, yang biasanya
diistilahkan sebagai biocatalysis
 Mikroorganisme (biokatalis) bertindak sebagai
‘mesin’ utama baik untuk menghasilkan produk
maupun melakukan transformasi kimia
Pemilihan mikroorganisme

47. 
Memiliki laju pertumbuhan yang sangat cepat.
Mudah beradaptasi
Dpt. menggunakan produk sisa sebagai
substratnya (sisa proses produksi yang lain atau
limbah pertanian, rumah tangga, dll)
Dapat ditumbuhkan secara terus menerus
(continuous), dalam skala besar tidak pernah
dihentikan dan tidak perlu disterilisasi ulang.
(memiliki keuntungan ekonomi)
Memiliki kandungan protein tinggi
Keuntungan Menggunakan
Mikroorganisme

48. 
Mampu menghasilkan produk yang tinggi dari
proses yang mungkin kecil
Secara genetik dapat dimanipulasi
Biasanya menghasilkan produk yang tidak toksik
atau limbah yang tidak toksik
Karena mengunakan organisme hidup, maka
temperatur yang diperlukan lebih rendah
dibandingkan dengan apabila prosesnya secara
kimia.
Keuntungan Menggunakan
Mikroorganisme

49. 
Dalam teknologi fermentasi, mikroorganisme
menentukan berhasil atau gagalnya proses
bioteknologi.
Harus dipilih mikroorganisme yg dapat
menghasilkan produk atau menjalankan proses
transformasi sesuai yg diinginkan
Tahap awal dalam merancang proses fermentasi
adalah mendapatkan mikroorganisme yang
sesuai dengan memilih yang paling potensial
utk diaplikasikan dalam industri.
SYARAT MIKROORGANISME

50.  Mampu menghasilkan produk & mutu produk
yg tinggi / komersial
 Secara genetik mikroorganisme harus stabil
 Strain harus dapat dibuat kultur murni, bebas
dari mikroorganisme lain dan phage
 Strain harus dpt tumbuh seragam dan cepat
setelah inokulasi ke dalam fermentor. Harus
dihindari kemungkinan tjd reaksi dengan
peralatan
 Mudah di-scale up
 Strain harus dpt menghasilkan produk sesuai
keinginan dalam periode waktu tertentu (mis. 3
hari), bebas dari produk toksik atau pecahnya
sel.
Pemilihan Mikroorganisme

51. Pemilihan Mikroorganisme
 Strain harus mampu melindungi diri dari
kontaminan, jika mungkin. Proteksi diri dpt
dilakukan dg menurunkan pH, mampu dikultur
pd temperatur tinggi atau menghasilkan agen
antimikrobial.
 Strain harus dapat dilakukan manipulasi
genetik
 Strain harus mampu dipelihara untuk waktu
yang lama dengan stabilitas dan viabilitas
yang tetap tinggi
 Strain idealnya dpt ditumbuhkan dengan
kebutuhan unsur hara yang simple dan murah.
Tidak memerlukan penanganan yang rumit
dalam hal kebutuhan nutrisi dan proses
produksi.

52.  Membeli dari ‘Culture Collection’
 Men-skrining dari sumber alam
 Melakukan rekayasa genetika
 Melakukan mutasi
 Menerapkan teknik biologi sel

53. 
 Membeli dari ‘Culture Collection’
Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme

54. 
 Men-skrining dari sumber alam
 Lokasi Sampling: diambil dari lokasi tempat
mikroba tersebut tumbuh.
 Prosesing Sample : Sampel harus segera diproses di
lab sesegera mungkin. Jika tidak mungkin, sample
dpt disimpan di suatu tempat yang dpt menjaga
integritasnya. Biasanya dalam pendingin (4oC)
Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme

55. 
 Pre-treatmen Sample : bertujuan utk penapisan
awal. Umumnya dengan teknik konsentrasi sample
dan variasi temperatur. Misal. Teknik konsentrasi dg
filtrasi menggunakan cellulose nitrate atau cellulose
acetate filter. Variasi temperatur pd isolasi spora dg
suhu di atas 80oC untuk membunuh sel-sel vegetatif,
atau 70oC pada isolasi Actinomycetes
 Screening based on culture enrichment :
menyediakan /mengatur komposisi nutrien dan
kondisi kultur yang sesuai khususnya bagi
mikroorganisme yg diinginkan dan menghilangkan
yang tidak diinginkan

56. • The industrial production of antibiotics begins with
screening for antibiotic producers
Pemurnia
n

57.  REKAYASA
GENETIKA
Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme

58. 
Fusi Protoplas (terutama utk meningkatkan
frekuensi keberhasilan rekombinasi genetik)
 Menghilangkan dinding sel menggunakan enzim litik
dengan adanya stabiliser osmotik
 Dengan menggunakan agen fusogenik , misal
polyethylene glycol (PEG), protoplas diinduksi untuk fusi
dan membentuk hibrid atau diploid.
 Regenerasi sel-sel yg viabel dari hasil fusi protoplas.
Teknik biologi sel

59. Preservasi dan Penyimpanan mikroorganisme
 Serial transfer. Tidak direkomendasikan
karena sebagian besar mikroorganisme akan
kehilangan kemampuan yang diinginkan.
 Penyimpanan pada agar miring.
Temperatur kamar, 4oC, -20oC dan selalu di
subkultur tiap 6 bulan sekali.
 Preservasi dalam air suling. Khususnya
untuk bakteria yang berspora atau fungi.
Spora disimpan dalam air pada suhu 5oC.
Untuk pemakaian terbatas.
 Preservation dalam minyak.

60. Preservasi dan Penyimpanan mikroorganisme
 Lyophilisasi atau dikering-bekukan :
pembekuan dilakukan pada akhir fase log yang
dilanjutkan dengan pembekuan dalam vakum
untuk mengurangi kandungan air sel.
 Pengeringan dalam silika gel, kertas .
 Penyimpanan dalam tanah. Tambahkan inokulum
dengan tanah kering steril dan biarkan kering pada
temperatur kamar selama 2 minggu. Digunakan
khusus untuk fungi dan Actinomycetes.
 Penyimpanan dalam gliserol 10-20% pada suhu -
20 atau -70 oC.
 Penyimpanan dalam nitrogen cair. Sangat
mahal.

61. Penyiapan Inokulum
 Fermentasi memerlukan biakan murni yaitu
biakan di mana sel-selnya berasal dari
pbelahan satu sel tunggal.
 Biakan murni mgd suatu populasi yg terdiri
dari satu macam mikroba saja.

62. INOKULUM DAN
SEED FERMENTER
 INOKULUM : Sediaan mikrobia yang
disimpan dalam suatu media tertentu
(umumnya dalam bentuk padatan)
 SEED FERMENTER : Sediaan mikrobia
yang ditumbuhkan dalam suatu bejana
tertentu dalam skala max 10% dalam
waktu tertentu (sampai fase eksponensial)
sebelum masuk ke fermentor fermentasi
yang sesungguhnya (biasanya dalam
bentuk cair). Seed fermenter tidak
ditujukan untuk menghasilkan produk,
tetapi sebagai penyiapan dan
memperbanyak inoculum

63. Syarat Inokulum
 Sehat, lag fase kecil/pendek
 Dapat dibuat/ditumbuhkan dalam volume besar
 Harus memiliki ukuran yang pas untuk pertumbuhan
kinetik optimalnya
 Bentuk morfologis stabil
 Bebas dari kontaminan
 Harus sudah masuk /berada dalam fase log
 Produktivitas maksimum tetap
 Sudah mulai diadaptasikan dengan medium
produksinya. Jika tidak memungkinkan dpt dilakukan
dengan menggunakan seed fermenter bertingkat.

64. Penyiapan Inokulum
 Waktu (untuk mengaktifkan mikroba/inokulum)
organisme waktu
bakteri 20 – 120 menit
jamur dan alga 2 – 6 jam
 Konsentrasi Inokulum
organisme konsentrasi (%)
Bakteri 0,1 – 3,0
actinomycetes 5,0 – 10,0
fungi 5,0 – 10,0
suspensi spora 1 – 50.000/L
Tinggi rendahnya
konsentrasi inokulum
tergantung dari
viabilitas sel, inhibitor
pertumbuhan atau
rendahnya nutrisi
dalam medium

65. Preparasi Seed Fermenter
 Sub-Kultur dalam medium standar/dasar
(mirip medium utk penyimpanan) selama
24 – 48 jam tgt macam
mikroorganismenya.
 Memindahkan ke dalam medium cair
(komposisi mirip medium untuk produksi,
hanya medium produksi utama dalam
konsentrasi kecil) sesuai dengan
konsentrasi yg dianjurkan, selama 3 – 5
hari (syarat sudah masuk fase log).
 Pemindahan ke dalam fermentor
fermentasi sesungguhnya.

66.  Faktor kritis untuk mendapatkan
inokullum yg sesuai / pas adalah pada
pemilihan medium
 Desain medium produksi ditentukan
oleh 2 faktor :
-Kebutuhan nutrisi organismenya, dan
-Pembentukan produk maksimum

67. Tahapan Penyiapan Inokulum
1. Kultur Master (induk) dikultur pada media padat
2. Sekitar 10 koloni diinokulasi pada agar miring sbg kultur
submaster. Setiap kultur submaster digunakan untuk
melakukan produksi baru. Pada tahap ini, labu gojok bisa
diinokulasi untuk mengecek produktivitas kultur,.
3. Kultur submaster digunakan untuk menginokulasi satu labu
gojok (250 or 500 ml containing 50 or 100 ml medium), yg
kemudian digunakan sebagai inokulum untuk labu yg lebih
besar, atau fermentor lab, yg digunakan untuk inokulasi
pilot-scale fermentor.
4. Kemurnian kultur dicek pada tiap tahapan untuk mendeteksi
kontaminasi seawal mungkin.
5. Untuk mikroorganisme yang berspora, proses dapat
dimodifikasi untuk memudahkan penggunaan spora sebagai
inokulum.

68. Penyiapan inokulum

69. Frozen
Seed
Seed
Fermemter
Production
Fermenter
Seed
Flask
Pre-Seed
Fermenter
Tahapan inokulum
• Shake flash Experiments
• Fermentor skala Lab (5-10 L)
• Fermentor skala Pilot (300-3000 L)
• Fermentor Komersial (10,000-500,000 L)

70. Media

71. Media - Fermentasi
• Semua proses fermentasi yg dilakukan oleh mikroorganisme
memerlukan media yang secara nutritional sesuai : broth, semi
padat, padat.
• Umumnya proses fermentasi ada bbrp tahap yg masing-masing
perlu media yg berbeda. Misal : tahap propagasi inokulum
(starter), fermentasi skala-pilot, dan produksi fermentasi utama
(sesungguhnya).
• Antara propagasi inokulum dan fermentasi utama seringkali
berbeda dalam macam nutrisi maupun formulasi mediumnya

72. Syarat media
1. mgd nutrisi yg dibutuhk bagi ptumbhan sel
2. mgd nutrisi yg dpt sbg sumber energi bagi sel
3. tidak mgd zat yg mghambat ptumbhan sel
4. tidak tdpt kontaminan yg dpt ningkatkan
psaingan dlm pggunaan nutrisi
5. harus mengandung semua elemen yg cocok utk
sintesis substansi sel maupun sintesis produk
metabolit
6. Nutrien yg terkandung harus dpt diformulasikan
utk menghasilkan produk target, biomassa
maupun metabolit spesifik

73. Selain itu, pd skala besar hrs dipakai sumber makanan yg relatif murah
dan memenuhi syarat sbb:
1. mproduksi hsl sebanyak2-nya
2. menuhi kadar produk atau biomassa sebanyak2-nya (per gram bhn
makanan terpakai) .
3. mproduksi produk yg tak diinginkan sekecil-kecilnya.
4. murah, mutu terjamin, mudah diperoleh.
5. nimbulkan efek samping sekecil2-nya akibat proses produksi spt
aerasi, agitasi, ekstraksi, pemurnian, dan pengolahan limbah.

74. Media & Produk Fermentasi
• Formulasi medium tgt produknya dan sangat bervariasi
kmposisinya.
• Jika produknya berupa biomassa atau metabolit primer
maka diupayakan medium yg memungkinkan utk
pertumb. optimal mikroorganisme
• Untuk produksi metabolit sekunder : antibiotik, maka
diupayakan pertumb. optimal dikurangi.
Konsekuensinya media dibuat yg memungkinkan utk
pertumb. awal, diikuti dg yg memungkinkan utk
produksi metabolit sekunder. Pada titik ini suplay salah
atau bbrp nutrien (karbon, fosfor atau sumber nitrogen)
mungkin dibatasi utk mencapai tahap yg diperlukan.

75. Kebutuhan Dan Formulasi Media
• Sebagian besar fermentasi, kecuali pd medium padat,
memerlukan sejumlah besar air dlm formulasinya.
• Secara umum medium memerlukan : sumber karbon
baik utk energi maupun biositesis metabolit, sumber
nitrogen, fosfor dan sulfur.
• Mikronutrien harus ditambahkan jika memang
diperlukan; bbrp mikrorganisme memerlukan vitamin
: biotin dan riboflavin.
• Biasanya diperlukan buffer medium, pH medium
dikontrol dg menambah asam atau alkali’ dan
osmolaritasnya diperhatikan.
• Diperlukan juga agen ati buih

76. MEDIA DESIGN
1. NUTRITIONAL REQUIREMENTS
- Elemental requirements
- Specific nutrients, e.g. vitamins. minerals, amino acids, etc.
- Energy requirements - Carbon source and Oxygen
- Growth
- Product Synthesis
- Maintenance
2. ENVIRONMENTAL REQUIUREMENTS
- pH profile
- Temperature profile
- Dissolved oxygen profile
- Catabolite repression
- Physiological constraints, e.g. ionic strength, product inhibition

77. Laboratory process development
Shake Flask Experiments
Optimization of conditions
for cell growth and product
formation using shake flask
experiments:
1. pH
2. Temperature
3. Dissolved oxygen (DO)
4. Substrate choice
5. Maximal and optimal
substrate concentration
6. Size and mass of cells
7. Others

78. Frozen
Seed
Seed
Fermemter
Production
Fermenter
Seed
Flask
Pre-Seed
Fermenter
Alur proses Fermentasi
Total waktu 3-20 hari
Proses Fermentasi

79. Proses fermentasi
1. Nutrisi, substrat, dan inokulum
dimasukkan ke dalam fermentor
secara aseptis.
2. Pengaturan kecepatan aerasi dan agitasi.
Aerasi berfungsi sbg penyuplai oksigen
utk sel dlm fermetor. Laju oksigen yg
disuplai ke dlm fermentor dijaga stabil.
Fluktuasi laju alir oksigen dpt
menurunk kerja fermentor krn laju
transfer O2 tidak tetap shg
metabolisme sel terganggu krn kadar
DO yang tidak stabil.
Agitasi berfungsi sbg alat pghomogen
larutan fermentasi.
Pengadukan dilakukan oleh impeller.
Semakin banyak impeller di dlm
fermentor semakin homogen larutan
tersebut

80. .
Laju alir udara dan pengadukan saling terkait
satu sama lain, krn pengadukan akan
ningkatkan laju dispersi oksigen ke dalam
larutan dan meratakan kadar oksigen di
seluruh medium fermentasi.
Di pinggiran fermentor tdpt baffle bfungsi
mcegah tjdnya vortex (pusaran air) shg dpt
ningkatkan efisiensi aerator.
Perlu dihindari foaming dg cara :
- ditambahk zat antifoam sblm proses
fermentasi (mis. Silicon).
Foaming tjd krn protein terdenaturasi dlm
medium fermentasi.
- Atau scr mekanik dg ngatur putaran agitator.
Hal ini lebih aman krn zat kimia yg terlalu
banyak ditambahk ke medium dpt mjd inhibitor
ptumbuhan mikroba.

82. Kontrol proses
Sel mikroba tdr dr seny organik spt protein, yg mudah
berubah sifat akibat perubh fisika atau kimia, mk selama
proses di dalam bejana fermentasi hrs dphatikan bbrp
faktor fisika atau kimia yg mungkin timbul yg dpt
mpengaruhi jalannya proses.
Faktor-faktor yg perlu dikontrol antara lain:
• keberadaan air
• pH
• keberadaan oksigen, yg mpengaruhi mikroba aerob atau
anaerob.
• suhu, bila terlalu tinggi akan memecah protein.
• kekentalan, yg akan mpengaruhi tegangan permukaan.
• homogenitas.
• kemungkinan kontaminasi.
• kemungkinan timbulnya busa (foaming).

83. pengunduhan
Hasil proses fermentasi adalah bmacam2 produk yaitu biomassa
gel, bioenzim, metabolit, biokonversi, sisa makanan, dan hasil
samping yg tidak diinginkan.
Utk mperoleh hasil masing2 produk yg diinginkan, harus dipisahk
dan dimumikan shg diperoleh produk yg bermutu.
Teknik pemisahan tgt produk yg akan dipisahkan dg mphatikan :
- Produk dalam (intraseluler) atau luar sel (ekstraseluler)
- Konsentrasi produk
- Sifat fisik (ukuran partikel dll) dan kimia
- Tujuan penggunaan produk
- Kemurnian yang diharapkan
- Harga produk dan pertimbangan ekonomi lain

84. Yang umum, teknik pemisahan itu meliputi:
• pemisahan senyawa larut dan tidak larut, dg
bbrp teknik filtrasi, sentrifugasi, pemecahan gel.
• isolasi, dg teknik ekstraksi dan adsorpsi.
• pemurnian produk, dg teknik kromatografi,
pengendapan, ultrafiltrasi dan elektroforesa.
• pekerjaan akhir, dg teknik kristalisasi,
pengeringan, pengendalian dan tindakan thd
kemungkinan pengotoran lain.

85. Pengunduhan Produk Ekstraseluler
Kultur fermentasi
Pemisahan bahan
tak larut
Ekstraksi
Konsentrasi
Produk
Pemurnian
Produk
akhir
Sel dan
bahan tak larut
Fraksi
larut

86. Pengunduhan Produk Tak Larut
Gravitasi Mekanik
Penyerapan
permukaan
Listrik
Sentrifugasi
Flokulasi
Filtrasi
Dialisa Absorbsi
Pertukaran ion
Flotasi
Elektroforesis
Elektroosmosis
Elektrodialisa
Pemisahan Sel
Mikrobia dan
Padatan lain
•Filtrasi
•Sentrifugasi
•Presipitasi/Pengendapan

87. CONTOH KONDISI
FERMENTASI

88. ANTIBIOTIK PENISILIN
Dhasilkan oleh
P. Notatum
P. Chrysogenum
Cara Produksi Kultur Tenggelam
Kultur Permukaan
Faktor Penting
Bahan Dasar Kondisi Fermentasi
Sumber C: laktosa, dll
Sumber N: sodium nitrat
Mineral: MgSO4.7 H2O
Prekursor: asam fenil asetat
Suhu: 24oC
pH : 5 – 5,75
Aerasi : 400 Cu/mnt
Oktadekanal 3%
Antifoem tributil sitrat