Mikroorganisme

1. POTENSI
PASAR BIOETANOL
Pasar bioetanol dunia saat ini
dikuasai oleh Fuel Grade (FG)
etanol dengan perbandingan
FG : Non FG = 91,6% : 8,4%.
Pada regional ASEAN
Perbandingan Pasar FG: Non
FG = 85,5%:15,5%.
Pasar bioetanol Indonesia saat
ini hanya Non FG dengan rata-
rata peningkatan konsumsi
sangat kecil yaitu 6% (sekitar 13
juta liter per tahun)
Harga etanol Asia (Philippine)
sekitar Rp. 6.700,- per liter (FG).
Harga etanol Brazil sekitar Rp.
4.500 - 6400,- per liter (FG).
Untuk pasar FG diprediksi sulit
untuk bersaing harga
Satu-satunya peluang pasar FG
adalah dukungan implementasi
kebijakan pemerintah untuk
pengembangan bioetanol sebagai
biofuel untuk substitusi bahan bakar
minyak di Indonesia.

2. PRODUKSI ETANOL DARI
BERBAGAI MACAM BAHAN BAKU
Product
ETHANOL
SUGAR BASED :
Molasses, Sugar
cane, Sugar beets
Fermentation Distillation
STARCH BASED :
Corn, Cassava,
Shorgum, Grains
Liquefaction Saccharification Fermentation Distillation
Pretreatment
CELLULOSIC
BASED : Baggase,
Wood, Straw
Pretreatment Fermentation Distillation
Enzymatic Hydrolysis

3. GROUP SAKARIDA
Monosakarida Group Detail
Glukosa - Paling umum dari Monosakarida
Fruktosaa - Paling banyak ditemukan pada buah dan madu
Galaktosa - Isomer dari Glukosa dan komponen dari laktosa
Disakarida Group Detail
Maltosa Glukosa-Glukosa Dipecah menjadi 2 Glukosa melalui enzim maltase
Sukrosa Glukosa-Fruktosa Dipecah melalui enzim invertase ekstarseluler
Laktosa Glukosa-Galaktosa Dipecah melalui (bakteri) enzim laktase
Trisakarida Group Detail
Maltotriose Glukosa-Glukosa-Glukosa Gugus Gula terakhir yang dapat difermentasi oleh yeast
setelah semua gugus yang lain telah hilang
Sakarida Group Detail
Dextrin Rantai Glukosa Unfermentable Sugat oleh Yeast
Starches Rantai Glukosa Dipecah melalui enzim Amylase
Sellulase Rantai Glukosa Dipecah melalui enzim Sellulase

4. ENZIM
Dipengaruhi oleh
kondisi lingkungan,
seperti suhu, pH,
konsentrasi substrat
dan inhibitor. Jika
lingkungannya tidak
sesuai, maka enzim
akan rusak atau
tidak dapat bekerja
dengan
Faktor Yang
Mempengaruhi
Kinerja Enzim
Induced fit (induksi pas).
Sisi aktif enzim
merupakan bentuk yang
tidak kaku (fleksibel).
Ketika substrat
memasuki sisi aktif
enzim, bentuk sisi aktif
berubah bentuk sesuai
dengan bentuk substrat
kemudian terbentuk
kompleks enzim-substrat.
Cara Kerja Enzim ( 2 )
Enzim merupakan
senyawa organik
berupa protein
yang berfungsi
sebagai katalis
dalam metabolisme
tubuh, sehingga
disebut juga
biokatalisator.
Pengertian Lock and key (gembok
dan anak kunci) .
Setiap enzim memiliki
sisi aktif yang tersusun
dari sejumlah asam
amino dengan bentuk
yang spesifik, sehingga
hanya molekul dengan
bentuk tertentu yang
dapat menjadi substrat
bagi enzim.
Cara Kerja Enzim ( 1 )
APA ITU ENZIM ?

5. Urutan mekanisme kerja enzim adalah sebagai berikut:
1. Permukaan substrat berkontak dengan daerah spesifik pada
permukaan molekul enzim yang disebut dengan tempat aktif.
2. Terjadi pembentukan senyawa antara yang bersifat sementara,
disebut kompleks enzim-substrat.
3. Molekul substrat ditransformasi dengan penyusunan kembali atom-
atom, pemutusan molekul substrat, atau kombinasi dengan molekul
substrat lainnya.
Enzim bekerja dengan cara meng-katalis reaksi sehingga
meningkat-kan kece-patan reaksi yang dilakukan dengan
menurunkan energi aktivasi (energi yang dibutuhkan untuk
reaksi).
Enzim memiliki sisi aktif / sisi katalis dan dapat bekerja bolak-
balik. Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit dan tidak
mengubah kesetimbangan
4. Molekul substrat yang telah ditransformasi dilepaskan dari molekul
enzim karena sudah tidak muat lagi di dalam tempat aktif enzim.
5. Enzim yang tidak mengalami perubahan menjadi bebas untuk
bereaksi dengan molekul substrat lainnya
BAGAIMANA ENZIM BEKERJA ?

6. Enzim Sumber Aksi
α-amylase Bacillus sp. Hanya rantai α-1,4 yang dibelah
untuk produksi α-dextrin,
maltosa dan G(3) oligosakarida
atau lebih
α-amylase ( sakarifikasi ) Bacillus amylosacchariticus Pemecahan rantai α-1,4
menghasilkan α-dextrin, maltosa,
G(3), G(4) oligosakarida dan lebih
dari 50 % Glukosa
β-amylase Malted Bakery Pemecahan rantai α-1,4
menghasilkan terbatas pada
dextrin dan β-Maltosa
Glukoamylase Aspergillus sp ; Rhizopus sp Pemecahan rantai α-1,4 dan
Pemecahan rantai α-1,6
menghasilkan β-Glukosa
JENIS ENZIM DAN PERAN-NYA

7. • Fermentable Substrate :
Glucose, Fructose,
Maltose , Sucrose
• Anaerobic , 30 – 37 OC
• Ethanol Tolerance 150
g/L
Saccharomyces
cerevisiae
Process Detail
• Fermentable Substrate :
Glucose, Fructose,
Sucrose
• Anaerobic , 30 OC
• Ethanol Tolerance 100
g/L
Zymomonas
Mobilis
Process Detail
• Fermentable Substrate :
Glucose dan Cellulase
• Anaerobic , 30 OC
• Ethanol Tolerance 30
g/L
Clostridium
Thermocellum
Process Detail
• Fermentable Substrate :
Glucose dan Xylose
• Microaerophilic , 26-35 OC
• Ethanol Tolerance 35-47
g/L
Pitchia Stipites
Process Detail
JENIS MIKROORGANISME DAN
KARAKTERISTIKNYA

8. APA ITU YEAST ?
Mikroorganisme Jenis Jamur yang tak
berhifa yang Bersel Satu dan mempunya
ukuran 3 -5 Mikron
Reproduksi dengan cara budding atau fission
Ditemukan alami pada anggur dan buah
lainnya
Dapat dengan mudah diperbanyak
Memetabolisme Gula untuk hidup dan
berkembng
In fact : Yeast dapat berpindah mode dari respirasi
menuju fermentasi. Bahwa meskipun ada oksigen, ragi aka
n selalu mengambil rute fermentasi untuk memanfaatkan
glukosa jika glukosa ada dalam konsentrasi tinggi (disebut
efek Crabtree).
Kebanyakan yang digunakan adalah
Saccharomyces cerevisiae meskipun tipe
lainnya seperti Pombe juga bisa digunakan.

9. KOMPOSISI KIMIA YEAST
Karbohidrat Protein Asam Nukleat Lipids
18 – 44 % 36 – 60 % 4 – 8 % 4 – 7 %
Total Inorganic
6 – 10 % Trace
Vitamin
Sel Yeast terdiri dari 75 % air dan 25 % bahan kering yang terdiri dari :

10. APA YANG DIBUTUHKAN YEAST
UNTUK TUMBUH KEMBANG ?
Yeast
Growth
Requirement
Air
Karbon
Oksigen /
Lipids
Nitrogen
Vitamin
Inorganic
Ion
75 % komposisi yeast
adalah air. Min. 15 %
untuk tumbuh. Dan lebih
suka tumbuh dalam
keadaan Asam
* Fermentble
Carbohydrat (Sugar and
Starch ) digunakan
sebagai sumber Energi
* Lipid untuk biosintesis
membran dimana dapat
dihasilkan oleh yeast
ketika ada oksigen
* Asam amino dan peptida
dibutuhkan untuk perkembangan
yeast dan sintesis enzim
Tetapi yeast dapat memanfaatkan
/ menggunakan Low Molecular
Weight material nitrogenous
seperti ion ammonia inorganic
dan urea
Pengatur dan kofaktor
penting dari berbagai
proses metabolisme
* Yeast membutuhkan sejumlah
ion anorganik untuk
pertumbuhan dan fermentasi
yang optimal

11. Yeast Saccharomyces tidak dapat tumbuh tanpa batas dalam kondisi anaerobik kecuali jika
disuplai dengan suplemen nutrisi tertentu, khususnya sterol dan asam lemak tak jenuh.
Kedua senyawa ini merupakan komponen penting dari membran sel yeast dan ragi tidak
dapat mensintesisnya secara anaerobik.
Saat ragi tumbuh dan bertunas, ia berbagi asam lemak dan sterol awalnya dengan sel anak.
Pembagian ini, ketika sel ragi terus tumbuh dan bertunas, akhirnya 'mengencerkan' asam
lemak dan sterol yang dibutuhkan dalam membran sel. Setelah beberapa generasi tanpa
sumber oksigen atau prekursor lipid yang terbentuk sebelumnya dari konstituen membran
sel yang diperlukan, ragi tidak akan dapat memfermentasi gula. Ini bukan masalah dalam
kondisi aerobik karena sterol dan asam lemak tak jenuh yang dibutuhkan disintesis de novo
dari karbohidrat.
Sterol dalam ragi yang tumbuh secara aerobik dapat mencapai 1% berat kering total, tetapi
dengan pertumbuhan anaerobik dan tidak ada sterol yang dapat digunakan dalam media,
mereka mengencerkan hingga nilai kurang dari 0,1%
Membran plasma sel ragi terutama lipid dan protein dengan sejumlah kecil karbohidrat dan
bertindak sebagai penghalang antara sitoplasma dan bagian luar sel. Ini sangat penting
karena mengatur apa yang masuk dan keluar dari sel
KEBUTUHAN YEAST [ 1 ]

12. Nitogen di proses propagasi dibutuhkan untuk pertumbuhan yeast. Di proses
fermentasi untuk pertumbuhan yeast secara konstan
Free Amino Nitrogen (FAN) didefinisikan sebagai jumlah asam amino
individu, ion amonium, dan peptida kecil (di- dan tripeptida) dalam
media hasil fermentasi. FAN adalah ukuran umum yang penting dari
nutrisi ini, yang merupakan nitrogen yang dapat diasimilasi yeast
selama fermentasi. FAN merupakan produk degradasi protein dalam
bahan baku seperti sorghum , tetes dll.
Ketika kandungan gula tinggi dan nutrisi yang penting kurang, proses
fermentasi akan terhambat. Tingkat yang tidak memadai dari nitrogen
yang dapat diasimilasi sering menjadi penyebabnya.
Bahan Baku Total FAN Useable FAN
Molases 267 141
Jagung 70 58
Gandum
Oat / Haver 193 159
KEBUTUHAN YEAST [ 2 ]

13. Vitamin adalah regulator dan kofaktor penting
dari berbagai proses metabolisme. Fungsi utama
mereka adalah enzimatik dan mereka umumnya
bertindak baik sebagai ko-enzim atau prekursor
untuk enzim yang sepenuhnya aktif.
Kebutuhan ini juga dapat bervariasi
antara respirasi aktif dan pertumbuhan
di satu sisi, dan fermentasi alkohol di
sisi lain.
Biotin fungsi metabolisme untuk Semua reaksi
karboksilasi dan dekarboksilasi
Thiamin (B1) Dekarboksilasi fermentatif piruvat
Penataan ulang dalam siklus pentosa
Riboflavin (B2) (Di bawah anaerobiosis) sebagai
koenzim dalam reaksi oksidasi/reduksi
Yeast membutuhkan sejumlah ion anorganik untuk
pertumbuhan dan fermentasi yang optimal dan
persyaratan ini bervariasi tergantung pada i) strain
yeas, ii) media pertumbuhan, dan iii) interaksi
dengan logam . Kation penting diantaraya seng,
mangan, magnesium, kalsium, tembaga, kalium
dan besi
Magnesium adalah kation divalen
intraseluler yang paling melimpah dalam
ragi dan bertindak terutama sebagai
kofaktor enzim
Fungsi Magneisum antara lain :
1. Stimulasi sintesis asam lemak esensial
2. Pengurangan efek penghambatan
logam berat
3. Pengaturan tingkat ionik seluler
4. Aktivasi ATPase membran
5. Mempertahankan integritas dan
permeabilitas membran
VITAMIN
DAN
ION ORGANIC
KEBUTUHAN YEAST [ 3 ]

14. FASE PERTUMBUHAN YEAST
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50 60
Jumlah
Sel
(
per
counting
square
)
Jam
Acceleration
Phase
Lag
Phase
Exponential
Phase
Stationary
Phase Declining
Phase
Lag Phase :
Pada fase ini yeast beradaptasi
dengan media baru baru dan
melakukan aktivitas metabolisme.
Fase ini berakhir saat pembelahan sel
pertama selesai.
Acceleration Phase :
Kecepatan pembelahan pada fase ini
meningkat sampai generasi ke tiga
bahkan sampai generasi empat
dengan ukuran sel yang kecil
Exponential Phase :
Pada fase ini percepatan pertumbuhan
mulai konstan dan maksimal. Yeast
dapat menjaga / memaksimalkan pada
fase ini dengan proses fed batch yaitu
dengan cara tambahan pemberian
nutrisi secara bertahap
Stationary Phase :
Pada fase ini percepatan
pertumbuhan mulai berkurang akan
tetapi peningkatan produksi etanol
terjadi. Dan yeast dapat bertahan
tanpa adanya tambahan nutrisi
Declining Phase:
Skema fase ini tingkat kematian
yeast meningkat sedangkan tingkat
pembelahan dan jumlah yeast
mengalami penurunan

15. Kecepatan pembelahan yeast berkisar 2
ssampai 3 jam ( dibawah kondisi terbaik
bisa mencapai 1.5 jam ) disislain kecepatan
pembelahan bakteri sekitar 20 menit.
Pengaruh toleransi ethanol kepada
perkembangbiakan bakteri lebih lemah
daripada yeast
Ketika proses propagasi dimulai, ada 3 juta
yeast pada 3 ja dan 10 bakteri pada 20
menit. Dan pada saat 9 jam julah yeast dan
bakteri akan sama
YEAST VS BAKTERI