bioteknologi mikroba teknik kultur mikroba unggul: · pdf filecontoh medium lengkap ......
TRANSCRIPT
9/30/2013
1
BIOTEKNOLOGI MIKROBA
Teknik dasar kultur mikrobaPerbaikan strain mikroba
Pembuatan inokulum pupuk hayati
Pertemuan ke 5
Mikroba = kel jasad hidup berukuran kecil dng kisaran ukuran sel sekitar 0,1 – 10 µm (1 µm = 10-6)
• Perbedaan mikroba dng jasad hidup lain<, satu sel mikroba adalah satu individu.
• Mikroba ada 3 kelompok utama :
- Prokaryot
- Eukaryot
- Archaea
Contoh prokaryot: bakteri Eschericia coli
Contoh eukaryot: Khamir Saccharomyces cerevisiae
TEKNIK DASAR KULTUR MIKROBA
• Dapat ditumbuhkan dlm medium padat (misal: tempe, tape, oncom, jamur konsumsi) dan medium cair (misal: untuk menghasilkanantibiotik, etanol, asam asam amino, nata de coco).
• Berdasarkan komposisi medium utk menumbuhkan mikroba :
- medium lengkap
- medium minimal
Medium lengkap : bahan organik atau anorganik yg dapat memenuhi kebutuhan mikroba utk pertumbuhan dan aktivitas metabolismenya shg mikroba dpt tumbuh scr optimum.
Contoh bahan organik: ekstrak daging, ekstrak taoge, ekstrak kentang, dll
Medium minimal: suatu bahan kimia (umumnya bahan anorganik) dng komposisi terbatas yg digunakan utk pertmbhn mikroba.
9/30/2013
2
Contoh Medium lengkap
Komposisi media nutrien cair dan nutrien agar untuk bakteri:
Nutrien cair:
2 g nutrien broth + aquades 250 ml
Nutrien agar:
2 g nutrien broth + aquades 250 ml + 3 g agar
Komposisi media taoge cair dan taoge agar untuk jamur/khamir:
Taoge cair: 25 g taoge + 15 g gula pasir + aquades 250 ml
Taoge agar: 25 g taoge + 15 g gula pasir + aquades 250 ml + 3 g agar
Media cair steril
BAHAN MEDIUM BANYAK TERSEDIA, MUDAH DIDAPAT DAN MURAH HARGANYA: -SISA TANAMAN/HEWAN, LIMBAH ORGANIK, KOMPOS. -Bahan medium dianalisis kandungan C, N, P, K, apabila kandungan unsur tersebut kurang maka ditambah BAHAN KIMIA TEKNIS - Kebutuhan C, N, P, K untuk pertumbuhan mikroba dapat diketahui dengan perhitungan atau percobaan pendahuluan
Bahan medium: bahan kimia buatan pabrik atau bahan alami yang diproses untuk memenuhi kebutuhan C, unsur makro dan mikro serta senyawa lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan
TEKNIK KULTIVASI MIKROBA1. KULTUR BATCH (sekali panen)
Mikroba ditumbuhkan dlm medium sampai mencapai fase pertumbuhn maksimal kemudian dipanen produknya (sel/biomassa atau produk metabolitnya)
2. KULTUR KONTINYU
Mikroba ditumbuhkan terus menerus pada fase paling optimum (eksponensial) shg pemanenan produk dapat dilakukan berulang ulang tanpa mengulangi kultivasi dari awal.
KULTUR BATCH
• Pola pertumbuhan SIGMOID
- fase pertmbhn lag / adaptasi
Belum ada penambhan jumlah sel
lamanya tergtg : status fisiologis mikroba, macam mikroba, perbedaan kondisi pertumbhn sebelum mikroba ditumbuhkan dlm medium lengkap kemudian ke medium minimal.
9/30/2013
3
Grafik pertumbuhan mikroba dalam satuan bilangan logaritma Kurva pertumbuhan mikroba dalam kultur tertutup (batch culture)
-Fase pertmbhn dipercepatfase ini berlgs cepat karena mikroba kan masuk ke fase berikutnya.
- Fase eksponensialpertambahan jumlah sel berlgs secara logaritmikmikroba mencapai status isiologis yg optimum.
- Fase pertmbhn diperlambatnutrien berkurang karena digunakan untuk pertumbuhan
- Fase stationersebagian sel mengalami kematian shg rasio jumlah sel yg hidup dan yg mati seimbang dan jd jml sel total tdk meningkat.
Skema dasar bioreaktor sistem batch
9/30/2013
4
KULTUR KONTINYU
Ada 2 cara :
1. KEMOSTAT :
Menambahkan nutrien dlm suatu tangki shg komposisi nutrien di dlm fermentor tempat kultivasi mikroba selalu dlm keadaan tetap.
2. TURBIDOSTAT
Menambahkan nutrien secara kontinyu shg kerapatan sel selalu dlm keadaan tetap.
Dlm turbidostat aliran medium diatur berdasarkan kerapatan optik kultur mikrobia.
Contoh bioreaktorkultur cair yang digunakan untuk kultur kontinyu:
Fermentor skala laboratorium
Kemostat untuk Bioreaktor sel kontinyu PEMANFAATAN MIKROBA DALAM INDUSTRI BIOTEKNOLOGI
1. Produk pangan yg dikonsumsi secara langsung2. Produksi bahan baku utk pangan3. Produksi bahan utk mendukung tahapan sebelum panen
(misal biofertilizer, biopestisida, bioaktivator kompos)4. Produksi bahan bahan utk pengelolaan kesehatan5. Produksi bahan bahan pendukung utk industri yg lain
Dlm industri bioteknologi semacam ini mikroba dapatdigunakan sbg :
1. agensia produksi (untuk produksi alkohol, asam sitrat, keju, enzim, insulin, antibiotik, dll)2. produk hasil akhir yang digunakan secara langsung (tempe, yogurt, biofertilizer, biopestisida)
9/30/2013
5
PERBAIKAN STRAIN MIKROBA
PENINGKATAN KEMAMPUAN FISIOLOGIS MIKROBA:
1.Teknik Konvensionala. Teknik mutagenesis secara acak
- mutagenesis dg mutagen kimia- mutagenesis dg mutagen fisik- mutagenesis secara terarah.
b. Fusi protoplas (dipelajari pada pertemuan ke 7)
2.Teknik modern (non-konvensional)Dipelajari setelah DNA rekombinan, pada bioteknologi mikroba penambat nitrogen (setelah mid)
PEMBUATAN PUPUK HAYATI
• Merupakan sel mikroba yang dapat berfungsi sebagai pupuk.
• Sering disebut sebagai inokulum pupuk hayati
• Produknya berisi sel-sel mikroba dengan kemampuan khusus, misal:
- mikroba penambat nitrogen
- mikroba pelarut fosfat, dll
Teknik Konvensional Pembuatan
Pupuk Hayati Penambat Gas Nitrogen
Bisakah menanam bakteri penambat N2? Jawabnya tentu bisa
Mau mencoba?
Caranya bagaimana?
Mulai dari isolasi, kultur & perbanyakan
Untuk apa?
Untuk pupuk hayati pengganti pupuk N kimia
Produknya disebut apa?
Inokulum bakteri penambat nitrogen
PRINSIP PEMBUATAN INOKULUM
• I. ISOLASI, PEMILIHAN, DAN
PEMELIHARAAN KULTUR
• II. TEKNIK PERBANYAKAN MIKROBA
• III. FORMULASI
• IV. PACKING DAN PENYIMPANAN
9/30/2013
6
PEMILIHAN MIKROBA UNGGUL
METODE KIMIA:
-N15 UNTUK FIKSASI N2
-P TERLARUT UTK PELARUT RP.
-CO2 / HARA TERSEDIA UTK PEROMBAK BAHAN ORGANIK
-SULFAT UNTUK OKSIDASI SO,dll
METODE MIKROBIOLOGIS:
-MEDIUM BEBAS NITROGEN
-MEDIUM + BATU FOSFAT
-MEDIUM + BAHAN ORGANIK YANG DIUJI
-MEDIUM + SULFUR / Fe S (PIRIT)
-MEDIUM + Mn SO4, dll
PEMELIHARAAN KULTUR MIKROBA UNGGUL
DIBUAT BIAKAN MURNI: -KULTUR STOK-KULTUR SEDIAAN
PENYIMPANAN KULTUR:1. JANGKA PENDEK/SEGERA DIGUNAKAN BIAKAN CAIR/PASTA, PADA SUHU 5-15OC TAHAN SAMPAI 1 BULAN BIAKAN AGAR MIRING/ DISIMPAN SUHU 5-15OC TAHAN 3-6 BULAN BIAKAN AGAR MIRING + LAPISAN GLISEROL, PADA SUHU 5-15OC TAHAN SAMPAI
1 TAHUN
2. JANGKA PANJANG/ UNTUK STOK YG TAHAN HIDUP SAMPAI BEBERAPA TAHUN
BIAKAN DALAM MEDIUM PASIR ATAU TANAH BIAKAN LIOFILIK
TEKNIK PERBANYAKAN MIKROBA
• PEMILIHAN MEDIUM PERBANYAKAN MIKROBA
• BAHAN MEDIUM BANYAK TERSEDIA, MUDAH DIDAPAT DAN MURAH HARGANYA
• MISAL SISA TANAMAN/HEWAN, LIMBAH ORGANIK, KOMPOS, dll + BAHAN KIMIA TEKNIS
Sistem Fermentasi untuk Perbanyakan Sel
FERMENTASI PADAT:• DALAM NAMPAN/ KANTONG
• FERMENTOR KOLOM
• FERMENTOR DRUM PUTAR
• FLUIDIZED BED DEVICES
• FERMENTASI CAIR • KULTUR GOJOK (SHAKE CULTURE)
• DALAM ALAT FERMENTOR KULTUR CAIR
9/30/2013
7
STERILISASI MEDIA DAN ALAT UNTUK KULTUR BAKTERI
AUTOCALVE
MEDIA: 121OC 15 MENIT
ALAT: 121OC 30 MENIT
SEMUA ALAT YANG DIGUNAKAN DISTERILISASI
TEKNIK ISOLASI MIKROBA TEKNIK KERJA ASEPTIS UNTUK PENANAMAN BAKTERI
STERILISASI OSE SEBELUM DIGUNAKAN
MENANAM BAKTERI PADA PETRIDISH
di laminer air flow
Isolasi Bakteri Penambat N2 Udara
Bintil akar disterilkan, dipecah, diambil cairannya menggunakan jarum ose
Ose digoreskan di atas media agar
Bintil akar • Pengenceran sumber isolat dilakukan agar diperoleh
koloni yang tumbuh terpisah
Pengenceran untuk teknik isolasi taburan
Figure 6.15
Pada isolasi teknik goresan, sumber isolat bisa diencerkan terlebih dahulu
menggunakan air steril, agar diperoleh koloni terpisah.
9/30/2013
8
Koloni hasil kultur bintil
akar yang terpisah
diambil dengan ose
Simpan dalam refrigerator
(almari es tapi bukan di
freezernya)
DITANAM DI MEDIA AGAR MIRING
Pembuatan kultur murni Rhizobium
Isolasi Mikroba Pelarut Fosfat
• Tanah risosfer dibuat seri pengenceran dengan air steril
• Masing2 pengenceran ditaburkan di medium yang mengandung P tak larut /Pikovskaya med
• Inkubasi suhu kamar selama 3-4 hari
• Mikroba yang membentuk zona jernih dimurnikan pada medium agar yg sama
• Dibuat biakan dalam agar miring
CONTOH ISOLAT DARI TANAH VERTISOL
GADING GUNUNG KIDUL
AspergillusJAMUR PELARUT FOSFAT (Sumarsih , 1986)
Pemilihan mikroba pelarut fosfat
a. Pelarutan P tidak larut pada medium agar
Inokulasi titik koloni yg membentuk zona jernih pada medium pikovskaya agar dalam petri
Inkubasikan 4-5 hari pada suhu kamar Ukur luas zona jernih di sekeliling koloni Zona jernih yang terluas menunjukkan
kemampuan melarutkan P yg besar
9/30/2013
9
UJI PEMILIHAN MIKROBA
PENGOKSIDASI SULFUR
Uji kimia :Media cair yang diberi bubuk Sulfur berubah menjadi jernih
Uji mikrobiologis: Zona jernih di media tanda mampu mengoksidasi Sulfur
Sulfur yang semula ditandai dengan keruh menjadi jernih di media cair
BAKTERI PETROFILIK (PEROMBAK
MINYAK BUMI) dapat membentuk
biomassa dengan sumber karbon minyak
bumi
Biomassa
bakteri/warna
minyak bumi
berubah
Minyak bumi
Uji Perombakan pati & selulosa
Uji Perombakan
pati
Perombakan
CMC
(Carboxy
Methyl
Cellulose)
Uji
perombakan
selulosa
mikrokristalin
Media diberi larutan
Yod.
Zona jernih
menunjukkan pati
telah terombak
Agar hasil lebih banyak
dari kultur gojok dipindah
ke fermentor
dipindah ke
fermentor sederhana
9/30/2013
10
TEKNIK
PRODUKSI /
PERBANYAKAN
MIKROBA
SECARA
SEDERHANA
Media
dari
bahan
yang
mudah
didapat
Skala
produksi
kecil
menggunakan
fermentor
sederhana
Kultur
murni
ditanam
dalam
media
cair
bifase
digojok
Skala industri
PERBANYAKAN JAMUR MENGGUNAKAN MEDIA PADAT
Perbanyakan mikroba menggunakanfermentor skala laboratorium
KULTUR SEDIAAN
DIPERBANYAK DALAM FERMENTOR
STARTER PERBANYAKAN
BAKTERI
DENGAN
TEKNOLOGI
MODERN
Starter
DIPERBANYAK DALAM
FERMENTOR MODERN
Kultur murni
9/30/2013
11
STARTER & PENGGANDAAN SKALA FERMENTASI
STARTER UNTUK: • (a) MENGADAPTASI MIKROBA DARI MEDIUM AGAR KE
MEDIUM PERBANYAKAN
• (b) MEMBUAT INOKULUM DARI SKALA KECIL (BIAKAN MURNI DALAM TABUNG REAKSI) MENJADI SKALA YANG LEBIH BESAR
PENGGANDAAN SKALA UNTUK:• PRODUKSI SKALA LABORATORIUM SAMPAI SKALA PABRIK
• PENGATURAN PRODUKSI DAN KONTROL KUALITAS
Kultur gojok dalam erlenmeyer 250 ml
FERMENTOR SEDERHANA
volume 20 liter
Bioreaktor Skala Industrivolume 1000 liter
FORMULASI INOKULAN
INOKULAN: • CAMPURAN MIKROBA + CARRIER
SIFAT BAHAN CARRIER/PEMBAWA: • INERT
• MUDAH DICAMPUR
• MUDAH DIBENTUK
FORMULASI INOKULAN:• BAKTERI: INOKULAN UNTUK BIJI / TANAH, PADAT / CAIR
• JAMUR : FORMULASI VERMICULITE, TEPUNG/BUBUK, TABLET, PRIL, GEL
PACKING DAN PENYIMPANAN
• PACKING:• BENTUK CAIR / PADAT
• KEDAP UDARA/ TIDAK KEDAP UDARA
• INAKTIVASI/ LIOFILISASI / +ASAM
• MASA AKTIF / KEDALUARSA
• PENYIMPANAN:• SUHU RUANG / SUHU DINGIN / REFRIGERATOR
• KELEMBABAN
• AERASI
9/30/2013
12
Penggandaan skala produksi mikrobaAlur proses pembuatan inokulum bakteri secara industri
Beberapa bentuk produk inokulum
Setelah bakteri diperbanyak dicampur dengan carrier