LAPORAN PRAKTIKUM UOB 1
MODUL 1: BIOREAKTOR KULTUS SEL
Disusun Oleh:
KELOMPOK 8
Clarissa (1206238974)
Jason G. Jonathan (1206238904)
Shella (1206238721)
Vifky Leondo (1206238665)
TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
NOVEMBER, 2014
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 2
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmatNya
sehingga kami dapat menyelesaikan makalah dalam mata kuliah Industri
Oleokimia. Makalah Industri Oleokimia ini berisikan informasi-informasi yang
berkaitan dengan Fatty Alkohol dengan mengupas secara lebih mendalam
mengenai turunan dari fatty ioreac, metode yang digunakan untuk menghasilkan
fatty ioreac maupun senyawa turunannya, katalis yang biasa digunakan dengan
efek penggunaan katalis tersebut, serta mengenai salah satu contoh turunan fatty
ioreac seperti surfaktan dan FAME.
Akhir kata, kami ucapkan terima kasih kepada dosen kami, Dr.
Dianursanti S.T., M.T. dan Ir. Rita Arbianti M. Si. Yang telah membimbing kami
selama pembelajaran dalam mata kuliah Industri Oleokimia dan pembuatan
makalah ini, juga kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam proses
pembuatan makalah ini, serta pihak-pihak yang telah kami jadikan referensi untuk
dapat lebih mengembangkan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat
bagi para pembaca, sekian ,dan selamat membaca.
Depok, 8 November 2014
Penulis
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 3
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... 2
DAFTAR ISI ........................................................................................................ 3
BAB I: PENDAHULUAN
Latar Belakang ............................................................................................ 4
Tujuan Penulisan ........................................................................................ 5
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA
2.1. E.Coli (Escherichia coli) .................................................................... 6
2.2. Medium LB (Luria Bertani) ............................................................... 7
2.3. Kurva Pertumbuhan Bakteri Escherichia coli.................................... 8
2.4. Kultur Sel Bakteri .............................................................................. 9
2.5. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Sel Bakteri ....... 11
2.6. Mengukur Massa Sel .......................................................................... 12
BAB III: METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Waktu dan Tempat Percobaan ........................................................... 14
3.2. Material Percobaan............................................................................. 14
3.3. Metodologi Percobaan ....................................................................... 15
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Pengamatan ................................................................................ 17
4.2. Pengolahan Data................................................................................. 18
4.3. Analisis Percobaan ............................................................................. 23
4.4. Analisis Hasil ..................................................................................... 28
4.5. Analisis Kesalahan ............................................................................. 32
4.6. Analisis Alat dan Bahan ..................................................................... 33
BAB V: PENUTUP
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 39
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 40
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 4
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Bakteri sebagai salah satu mikroorganisme memiliki beberapa
manfaat penting bagi manusia, diantaranya adalah pada bidang pangan,
pengobatan, industry dan lain-lain. Pertumbuhan sel (bakteri) merupakan
pertambahan volume dan ukuran sel dan juga sebagai pertambahan
jumlah sel. Pertumbuhan bakteri biasanya mengikuti pola pada kurva
pertumbuhan sigmoid, dimana terdapat lima fase yang dilalui, yaitu fase
lag, fase eksponensial, fase stasioner dan fase kematian. Nutrisi sebagai
sumber makanan bakteri juga memiliki kaitan erat pada pertumbuhan
bakteri, hal ini dikarenakan, bakteri memiliki kondisi yang spesifik,
dimana kebutuhan nutrisinya berbeda-beda.
Kultur sel merupakan suatu teknik yang digunakan untuk
mengembang-biakan sel di luar tubuh (in-vitro). Contohnya medium yang
dipakai, telah diatur nutrisi apa saja yang akan diberikan untuk
mikroorganisme, selain itu apakah proses yang beelangsung aerob
ataupun anaerob dan yang lainnya. Kultur sel dilakukan secara aseptik.
Kultur sel banyak digunakan untuk berbagai aplikasi, maka dari itu
penting untuk diketahui cara – cara mngkultur yang efisien. Kultur sel
diterapkan juga untuk mengembangbiakan bakteri, karena pada kultur sel,
lingkungan tempat hidupnya dapat dikontrol dan diatur sehingga kondisi
fisiologis dari kultur relatif konstan. Untuk mendapatkan kultur yang
baik, maka diperlukan beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi
pertumbuhan.
Kultur sel dapat dilakukan menggunakan bioreaktor. Bioreaktor
merupakan sebuah sistem yang dapat menyediakan lingkungan biologis
yang menunjang suatu reaksi biokimia. Alat ini digunakan untuk
mengolah proses dengan adanya mikroorganisme di dalamnya. Baik
untuk mengolah suatu bahan mentah menjadi bahan jadi menggunakan
mikroorganisme ataupun untuk mengkultur mikroorganisme itu sendiri.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 5
Berdasarkan hal diataslah maka praktikan melakukan percobaan
bioreaktor.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan dilakukannya percobaan Bioreaktor adalah sebagai
berikut:
1. Memahami metode yang digunakan untuk mengkultur sel
2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kultur sel
3. Mengetahui pola pertumbuhan bakteri
4. Menghitung kinetika pertumbuhan dari Escherichia coli pada kondisi
aerobik
5. Mengetahui hubungan antara nutrisi dan pertumbuhan Escherichia
coli
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. E.Coli (Escherichia coli)
Escherichia coli biasanya disebut E.coli, adalah bakteri gram
negatif, anaerobik fakultatif dan berbentuk tangkai. Bakteri ini umumnya
ditemukan pada organ pencernaan organisme berdarah panas.
Kebanyakan jenis E.coli tidak berbahaya tetapi beberapa di antaranya
dapat menyebabkan keracunan makanan pada manusia.
Pertumbuhan dan perkembangbiakan Escherichia coli adalah
dengan pembelahan biner, di mana sel akan membelah secara simetris
membenuk dua sel anakan, atau secara asimetrik memproduksi endospora
tunggal yang dapat bertahan selama berdekade dan dapat tahan pada
kondisi lingkungan yang tidak sesuai seperti kondisi terlalu banyak
garam, Ph ekstrim, radiasi, dan keberdaan bahan – bahan pelarut.
Gambar 1. Pembelahan Biner
(Sumber: id.slideshare.net)
Beberapa keuntungan dari bakteri E. Coli yaitu menghasilkan
kolisin, yang dapat melindungi saluran pencernaan dari bakteri usus yang
patogenik, dipakai sebagai indikator untuk menguji adanya pencemaran
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 7
air oleh tinja. Di dalam lingkungan dan kehidupan kita, bakteri E. Coli
banyak dimanfaatkan diberbagai bidang, baik pertanian, peternakan,
kedokteran maupun dikalangan industri. Dengan berkembangnya ilmu
pengetahuan, E. Coli telah banyak diketahui baik sifat morfologi, fisiologi
maupun pemetaan DNA nya, sehingga bakteri ini dipakai untuk
menyimpan untaian DNA yang dianggap potensial, baik dari tanaman,
hewan maupun mikroorganisma dan sekaligus untuk perbanyakannya,
sehingga hal ini membuka kesempatan untuk mempelajari sifat dan
karakter dari mikroba lain yang tentunya memberikan dampak yang
positif untuk kemajuan di bidang kedokteran, pertanian maupun industri.
Pada bidang bioteknologi, E.Coli juga dapat digunakan sebagai host
untuk rekayasa genetika.
Gambar 2. Morfologi Escherichia coli
(Sumber: www.biotek.lipi.go.id)
2.2. Medium LB (Luria Bertani)
Medium LB (Luria Bertani) adalah media terdehidrasi yang
digunakan untuk memelihara dan menumbuhkan strain rekombinan
Escherichia coli dalam prosedur biologi molekuler. Medium LB (Luria
Bertani) menyediakan semua kebutuhan nutrisi dari strain rekombinan
Escherichia coli. Pepton menyediakan nitrogen dan karbon. Vitamin
(termasuk vitamin B) dan elemen tertentu diberikan oleh ekstrak ragi.
Sodium ion untuk transportasi dan keseimbangan osmotik disediakan oleh
natrium klorida. Ph pada medium adalah sekitar 7.0 ± 0.2. Komposisi dari
LB adalah Tryptone 10.0 g/L, Sodium Klorida 5.0 g/L, dan Yeast extract
5.0 g/L
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 8
2.3. Kurva Pertumbuhan Bakteri Escherichia coli
Sama seperti bakteri umumnya, Escherichia coli berkembang
dengan pembelahan biner. Sehingga kehidupannya bisa diamati dan
digambarkan di dalam kurva pertumbuhan bakteri. Berikut ini adalah
kurva pertumbuhan bakteri Escherichia coli.
Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau
volume serta ukuran sel. Pada organisme prokariot seperti bakteri,
pertumbuhan merupakan pertambahan volume dan ukuran sel dan juga
sebagai pertambahan jumlah sel. Pertumbuhan sel bakteri biasanya
mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan
sigmoid. Perubahan kemiringan pada kurva tersebut menunjukkan transisi
dari satu fase perkembangan ke fase lainnya. Seperti yang ditunjukkan
pada gambar kurva, terdapat empat fase pertumbuhan yaitu fase lag, fase
log (eksponensial), fase stasioner, dan fase kematian (death phase).
Gambar 3. Kurva Pertumbuhan Bakteri.
(Sumber: id.slideshare.net)
Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau
volume serta ukuran sel. Pada organisme prokariot seperti bakteri,
pertumbuhan merupakan pertambahan volume dan ukuran sel dan juga
sebagai pertambahan jumlah sel. Pertumbuhan sel bakteri biasanya
mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 9
sigmoid. Perubahan kemiringan pada kurva tersebut menunjukkan transisi
dari satu fase perkembangan ke fase lainnya. Seperti yang ditunjukkan
pada gambar kurva, terdapat empat fase pertumbuhan yaitu fase lag, fase
log (eksponensial), fase stasioner, dan fase kematian (death phase).
Fase lag merupakan fase dimana pertumbuhan bakteri masih
lambat karena bakteri masih menyesuaikan diri atau adaptasi dengan
lingkungan medianya. Fase ini, ditandai dengan peningkatan komponen
makromolekul, aktivitas metabolik, dan kerentanan terhadap zat kimia
dan faktor fisik. Fase lag merupakan fase yang penting karena pada fase
ini bakteri akan menyesuaikan diri dan mulai bertumbuh ke fase
selanjutnya.
Fase log (eksponensial) merupakan fase dimana pertumbuhan
bakteri berkembang dengan cepat mengikuti kurva logaritmik. Pada fase
ini pertumbuhan bakteri sangat dipengaruhi oleh sifat intrinsik dan
kondisi lingkungan dari media. Kondisi lingkungan yang paling
mempengaruhi pertumbuhan bakteri adalah jumlah nutrisi pada media
yang digunakan untuk menumbuhkan bakteri. Setelah melewati fase ini,
pertumbuhan bakteri akan mulai menurun.
Fase stasioner merupakan fase dimana bakteri mulai kekurangan
nutrisi karena pada fase ini jumlah bakeri yang hidup sama dengan jumlah
bakteri yang mati karena nutrisi pada media telah dikonsumsi semua. Fase
ini ditandai dengan garis lurus pada kurva pertumbuhan bakteri. Hal ini
disebabkan karena bakteri masih tetap membelah walaupun jumlah nutrisi
telah habis.
Fase kematian (Death phase) merupakan fase dimana bakteri sudah
kekurangan nutrisi dan kematian semakin besar karena nutrisi da energi
cadangan pada bakteri sudah benar-benar habis.
2.4. Kultur Sel Bakteri
Kultur sel bakteri adalah suatu proses penumbuhan bakteri pada
media secara in vitro untuk digunakan lebih lanjut. Media yang digunakan
pada umumnya berisi nutrisi (makanan) untuk pertumbuhan sel. Nutrisi
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 10
dapat berupa unsur hara, mineral, vitamin, dan hormon. Jumlah nutrisi
yang diberikan akan disesuaikan dengan jenis kultur sel yang dilakukan.
Pada percobaan ini praktikan menggunakan media Luria Bertani. Pada
kultur sel ada beberapa tahapan yaitu:
1. Tahapan Inisiasi Sel
Tahap ini merupakan tahapan awal untuk menginduksi sel-sel
meristematis dari eksplan yang akan dijadikan bahan dalam kultur sel.
Pada tahap ini, bakteri yang akan dikultur disiapkan dari sumbernya.
2. Tahapan Kultur Sel Primer
Sel-sel bakteri dari hasil tahapan inisiasi sel akan ditumbuhkan
pada media kultur sel. Tahapan ini bertujuan untuk mendapatkan
kondisi pertumbuhan sel yang optimal dan sesuai. Pada tahap ini
pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh jenis dan komposisi dari
medium yang digunakan serta kondisi lingkungan dari media kultur
sel.
3. Tahap Sub Kultur Sel
Tahapan sub kultur sel bertujuan untuk meremajakan dan
memperbanyak sel – sel dalam kultur. Tahapan ini dilakukan pada
saat sel-sel sudah pada fase stasioner (pertumbuhan tetap) dan
dilakukan dengan cara mengambil sebagian sel kultur, lalu
dipindahkan ke dalam medium baru dengan komposisi yang sama.
Proses sub kultur dapat dilakukan beberapa kali sesuai dengan jumlah
sel yang diinginkan.
4. Tahap Kultur Lini Sel (Cell Lines)
Tahapan ini merupakan tahapan untuk menumbuhkan lini
(galur) sel secara mandiri (independent). Lini sel dapat disimpan
dalam waktu lama (tahunan) dengan teknik kriopreservasi (beku
dingin) dan dapat ditumbuhkan atau diaktifkan lagi sesuai dengan
kebutuhan.
5. Kultur Sel Strain (Strain Cell)
Sel strain dapat berupa sel hasil seleksi in vitro mutasi gen
ataupun rekayasa genetk. Sel strain ini akan menjadi materi atau
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 11
bahan untuk proses scale up untuk produksi tertentu. Untuk proses ini
dapat digunakan alat bioreactor.
6. Tahap Pemanenan Sel
Pemanenan sel dilakukan saat fase pertumbuhan optimal
(eksponensial)
2.5. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Sel Bakteri
1. Suhu
Pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran suhu tertentu.
Kisaran suhu pertumbuhan dibagi menjadi suhu minimum, suhu
optimum, dan suhu maksimum. Suhu minimum adalah suhu terendah
tetapi mikroba masih dapat hidup. Suhu optimum adalah suhu paling
baik untuk pertumbuhan mikroba. Suhu maksimum adalah suhu
tertinggi untuk kehidupan mikroba. Pada E.Coli, suhu optimumnya
adalah 370C, suhu minimum 7
0C-8
0C, dan suhu maksimumnya adalah
460C. Kematian thermal (TDT) pada E.Coli adalah 20-30 menit pada
suhu 570C.
2. Ph
Setiap mikroorganisme memiliki karakteristik Ph paling ideal
untuk pertumbuhannya. Kebanyakan organisme tumbuh pada Ph
sekitar 7 dan sedikit yang dapat tumbuh pada Ph dibawah 4 atau
tingkat keasaman yang tinggi. Pada E.Coli, Ph optimum adalah 6-7.
3. Kandungan Air
Setiap mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu
untuk hidupnya, biasanya diukur dengan parameter aw (water activity)
atau kelembaban relatif. Mikroba umumnya dapat tumbuh pada aw
0,998-0,6. Bakteri umumnya memerlukan aw sebesar 0,90-0,999.
4. Nutrisi
Jika sel kekurangan nutrisi atau substrat yang dibutuhkan untuk
pertumbuhannya, maka laju pertumbuhan sel akan terhambat.
Beberapa senyawa seperti fenol dan etanol dapat menghambat laju
pertumbuhan bakteri. Fenol dan etanol bersifat racun bagi bakteri.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 12
5. Dissolve Oxygene (DO)
Dissolve oxygene merupakan nilai oksigen terlarut di dalam
medium cair yang dipengaruhi oleh karakteristik dari oksigen itu
sendiri. Nilai DO akan menurun seiring dengan naiknya suhu dan
banyaknya mineral yang terlarut dalam medium cair.
2.6. Mengukur Massa Sel
Parameter pertumbuhan dapat dihitung dengan mengamati
pertumbuhan massa sel. Untuk mengukur massa sel dapat dilakukan 2
macam metode: Metode kering dan metode basah.
2.6.1. Metode basah
Pada metode basah, volume sampel kultur dari fermentor
diambil dan disentrifugasi. Setelah disentrifugasi, pellet tersebut
ditimbang dan akan di dapatkan berat basah.
2.6.2. Metode Kering
Metode kering adalah metode yang lebih akurat untuk
mengukur berat sel karena tidak dipengaruhi oleh berat medium.
Metode ini setelah melakukan sentrifugasi pada sampel, supernatan
yang terbentuk dipisahkan. Kemudian supernatan dipanaskan
dalam oven sehingga seluruh liquid yang terkandung menguap dan
tinggal berat kering yang tersisa.
Untuk menghitung berat basah dan berat kering dapat
digunakan persamaan:
Berat Basah = Berat microtube dengan massa basah bakteri – Berat
kosong microtube (1)
Berat Kering = Berat microtube dengan massa kering bakteri –
Berat kosong microtube (2)
Perhitungan untuk mendapatkan massa basah bakteri dalam
keseluruhan kultur dalam ioreactor:
(3)
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 13
Perhitungan untuk mendapatkan massa kering bakteri
dalam keseluruhan kultur dalam ioreactor:
(4)
Perhitungan yang dapat dilakukan untuk mendapatkan nilai
presentase massa kering terhadap massa keseluruhan kultur:
. (5)
Nilai OD600 dapat dikonversi menjadi jumlah sel bakteri
Escherichia coli pada sampel. Perhitungan untuk mendapatkan
jumlah sel bakteri dalam sampel dapat memanfaatkan pesamaan
garis berikut ini:
Y = 8X x 108
(6)
,dimana Y adalah jumlah sel bakteri dan X adalah nilai
OD600 dari sampel yang digunakan. Pada persamaan garis ini,
dinyatakan bahwa terdapat 8 x 108 sel/ml, jika nilai OD600 pada
spektrofotometer bernilai 1 (Biochrom Ltd,).
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 14
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Waktu Dan Tempat Percobaan
Praktikum ini dilaksanakan pada hari dan tanggal Jumat, 7
November 2014 pukul 08.00 WIB di Laboratorium Bioproses
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia.
3.2. Material Percobaan
Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
1. Bioreaktor
2. Autoklaf
3. Beaker glass 250 ml
4. Static incubator
5. Cawan petri untuk kultur bakteri (plate)
6. Tusuk gigi steril
7. Stirred fermentor
8. Spektrofotometer
9. Kuvet
10. Sentrifuge
11. Tabung sentrifugasi Falcon
12. Pipet mikro
13. Microtube
14. Spektrofotometer
Sedangkan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
1. Escherichia coli
2. Medium LB agar
3. Medium LB cair
4. Aquadest
5. Glukosa
6. Kapsul enzim PGO
7. Larutan o-dianisidin dihidroklorida
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 15
3.3. Metodologi Percobaan
Diagram Alir Percobaan:
Gambar 4. Diagram Alir Percobaan
Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut.
1. Persiapan Medium kultivasi
500 mL dan 1.5 mL medium Luria Bertani (LB) cair yang sudah jadi
dengan komposisi per liternya adalah 10g pepton. 5g ekstrak yeast dan 5g
NaCl. Kemudian mensterilisasi medium tersebut menggunakan autoklaf
dengan suhu 1210C dan tekanan 2 atm selama 15 menit.
2. Persiapan pre culture
Melakukan peremajaan bakteri yang telah diinokulasi di medium agar,
dengan cara mengambil bakteri dengan tusuk gigi steril dan menyebarkan di
medium LB cair 1.5 mL dan menginkubasi pada suhu 370C selama 18 jam.
3. Kultur Bakteri dalam Fermentor Berpengaduk
Menambahkan medium cair dengan tetrasikin sebelum memasukan pre
culture kedalam 250 mL medium cair, sampai konsentrasi tetrasiklin menjadi
5µg/mL. Kultivasi dimulai dengan memasukkan 1.5 mL pre culture ke dalam
Persiapan Medium
Kultivasi
Persiapan pre culture
Kultur Bakteri dalam
Fermentor Berpengaduk
Pemanenan Sel
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 16
medium LB cair yang telah disterilisasi dan mengandung tetrasiklin. Kultur sel
dilakukan pada suhu 370C. Laju aerasi divariasikan antara 0.5-2 v/v/m dan
kecepatan agitasi 200 rpm sampai nilai OD600 mencapai 0.4 kemudian
ditambahkan lagi tetrasiklin sehingga konsentrasi tetrasiklin menjadi 5 µg/mL.
Kultur sel dilanjutkan kembali pada suhu 370C dengan kecepatan shaker 200
rpm selama 1.5 jam. Setelah itu kultur sel diberhentikan.
4. Pemanenan sel
Memanen sel dengan melakukan sentrifugasi 5000 x g selama 20
menit. Hasil panen sel disimpan di dalam pendingin -200C. Selanjutnya
mentukan berat basah dan berat kering sel yang dihasilkan.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 17
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Pengamatan
Data pengamatan yang didapatkan pada percobaan modul
Bioreaktor ini dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer pada
panjang gelombang 600 nm. Berikut ini adalah data pengamatan nilai
Optical Density pada panjang gelombang 600 nm atau OD600 terhadap
waktu pertumbuhan bakteri Escherichia coli:
Tabel 1. Data Pengamatan Hubungan Waktu dengan OD600
No. Waktu dalam
Menit
Optical Density atau
OD
pH
1. 60 0.163 6.94
2. 120 0.228 6.94
3. 180 0.767 6.88
4. 210 1.133 6.68
5. 220 1.399 6.59
6. 230 1.587 6.46
7. 240 1.498 6.32
Selanjutnya dilakukan penimbangan massa kosong microtube,
massa microtube dengan massa basah bakteri, dan massa microtube
dengan massa kering bakteri. Berikut adalah data pengamatan yang
didapatkan:
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 18
Tabel 2. Data Pengamatan Berat Kosong Microtube, Berat Microtube dengan
Massa Basah Bakteri dan Berat Microtube dengan Massa Kering Bakteri
Nomor
Microtube
Berat Kosong
Microtube
Berat Microtube
dengan Massa
Basah
Berat Microtube
dengan Massa
Kering
1. 0.9981 1.0117 0.9988
2. 1.0002 1.0174 1.0062
3. 1.0054 1.0364 1.0062
4. 0.9997 1.0253 1.0003
5. 0.997 1.0483 0.9992
6. 0.9984 1.0324 0.9988
7. 1.0121 1.0372 1.0137
8. 0.995 1.0108 0.9957
9. 0.9967 1.0301 0.998
10. 1.002 1.0381 1.0044
11. 1.0176 1.0254 1.0197
12. 1 1.0161 1.0028
4.2. Pengolahan Data
4.2.1. Grafik Pertumbuhan Escherichia coli
Data yang telah didapat pada percobaan yang mengandung
hubungan antara waktu dengan besarnya Optical Density pada panjang
gelombang 600 nm atau OD600, diplot di dalam suatu grafik yang akan
menggambarkan hubungan antara 2 buah variable tersebut. Kurva yang
didapat merupakan kurva pertumbuhan bakteri Escherichia coli, dimana
sumbu y pada kurva merupakan nilai OD600, sedangkan sumbu x pada
kurva merupakan waktu dalam satuan menit. Berikut adalah grafik yang
didapat berdasarkan data pengamatan:
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 19
Gambar 5. Kurva Pertumbuhan Escherichia coli
4.2.2. Perhitungan Massa Basah dan Massa Kering dalam Gram
Data pengamatan yang didapatkan praktikan merupakan data berat
kosong microtube (dinotasikan dengan A), berat microtube dengan massa
basah bakteri (dinotasikan dengan B), dan berat microtube dengan massa
kering bakteri (dinotasikan dengan C). Dari ketiga buah variabel data yang
didapatkan, praktikan dapat menghitung berat basah dan berat kering
bakteri hasil kultur yang dilakukan pada percobaan modul ini dengan
menggunakan persamaan berikut:
Berat Basah = B - A (1)
Berat Kering = C - A (2)
, dimana berat basah dan berat kering dalam satuan gram. Berikut ini
adalah hasil perhitungan yang menggunakan persamaan 1 dan 2:
Nomor
Microtube
Berat
Kosong
Microtube
Berat
Microtube
dengan
Massa Basah
Berat
Microtube
dengan Massa
Kering
Berat atau
Massa
Basah
Bakteri
Berat atau
Massa
Kering
Bakteri
1 0.9981 1.0117 0.9988 0.0136 0.0007
2 1.0002 1.0174 1.0062 0.0172 0.006
3 1.0054 1.0364 1.0062 0.031 0.0008
4 0.9997 1.0253 1.0003 0.0256 0.0006
5 0.997 1.0483 0.9992 0.0513 0.0022
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 50 100 150 200 250 300
OD
60
0
Waktu dalam Menit
Kurva Pertumbuhan Escherichia coli
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 20
6 0.9984 1.0324 0.9988 0.034 0.0004
7 1.0121 1.0372 1.0137 0.0251 0.0016
8 0.995 1.0108 0.9957 0.0158 0.0007
9 0.9967 1.0301 0.998 0.0334 0.0013
10 1.002 1.0381 1.0044 0.0361 0.0024
11 1.0176 1.0254 1.0197 0.0078 0.0021
12 1 1.0161 1.0028 0.0161 0.0028
Rata-Rata 1.00185 0.02558 0.0018
Dari pengolahan data yang dilakukan untuk mendapatkan massa
basah dan massa kering bakteri dari 12 microtube yang digunakan,
didapatkan bahwa rata-rata massa basah dari bakteri hasil kultur yang
dilakukan adalah 0.02558 gram, sedangkan rata-rata massa kering dari
bakteri adalah 0,0018 gram.
4.2.3. Perhitungan Massa Basah dan Massa Kering dalam Sampel
Untuk mendapatkan massa basah secara keseluruhan dalam sampel
hasil kultur yang dilakukan, dapat ditentukan dengan menggunakan
perbandingan massa basah pada microtube dengan massa basah dalam
keseluruhan sampel kultur, dimana volume kultur dalam microtube
diasumsikan sebesar 1.5 mililiter dan volume kultur keseluruhan dalam
bioreaktor adalah sebesar 250 mililiter. Metode perhitungan dengan
menggunakan perbandingan ini dapat dilakukan, jika diasumsikan bakteri
tersebar secara merata di dalam media cair Luria Bertani. Asumsi ini
didukung oleh adanya proses agitasi atau pengadukan, sehingga jumlah
massa basah dalam 1.5 mililiter kultur pada microtube dapat mewakili
jumlah massa basah dalam 250 mililiter kultur dalam bioreaktor. Berikut
adalah perhitungan untuk mendapatkan massa basah bakteri dalam
keseluruhan kultur dalam bioreaktor:
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 21
Perhitungan serupa juga dapat dilakukan untuk mendapatkan
massa kering bakteri hasil kultur secara keseluruhan dalam 250 mililiter
media cair Luria Bertani. Berikut ini adalah perhitungan untuk
mendapatkan massa kering bakteri dalam keseluruhan kultur dalam
bioreaktor:
4.2.4. Perhitungan Presentase Massa Kering dalam Sampel
Berikut ini adalah perhitungan yang dapat dilakukan untuk
mendapatkan nilai presentase massa kering terhadap massa keseluruhan
kultur:
.
(3)
Pada perhitungan sebelumnya didapatkan bahwa massa basah
bakteri dalam keseluruhan kultur adalah 4.263 gram, sedangkan massa
kering bakteri adalah sebesar gram, sehingga perhitungan yang dilakukan
dengan menggunakan persamaan 3 adalah sebagai berikut ini:
Nilai presentase massa kering bakteri hasil kultur adalah sebesar
7.0373 %.
4.2.5. Perhitungan Jumlah Bakteri berdasarkan Nilai OD600
Nilai OD600 yang didapatkan dengan menggunakan instrumen
spektrofotometer dapat dikonversi menjadi jumlah sel bakteri Escherichia
coli dalam sampel. Perhitungan untuk mendapatkan jumlah sel bakteri
dalam sampel dapat memanfaatkan pesamaan garis berikut ini:
Y = 8X x 108
(4)
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 22
,dimana Y menyatakan jumlah sel bakteri dan X merupakan nilai OD600
sampel yang digunakan. Persamaan garis ini juga menyatakan bahwa
terdapat 8 x 108 sel/ml, jika nilai OD600 yang terbaca bernilai 1 (Biochrom
Ltd,). Berikut ini adalah data hasil pengolahan dengan menggunakan
persamaan 4:
Tabel 3. Penentuan Jumlah Sel Bakteri dengan Menggunakan Nilai OD600
No.
Waktu
dalam
Menit
Optical
Density
atau OD
Jumlah Sel
1 60 0.163 1.304 x 108
2 120 0.228 1.824 x 108
3 180 0.767 6.136 x 108
4 210 1.133 9.064 x 108
5 220 1.399 1.119 x 109
6 230 1.587 1.27 x 109
7 240 1.498 1.198 x 109
Berikut ini adalah grafik yang menyatakan hubungan OD600
dengan jumlah sel, dimana sumbu y merupakan jumlah sel dan sumbu x
merupakan nilai OD600:
Gambar 6. Grafik Hubungan Jumlah Sel Bakteri Escherichia coli terhadap Nilai OD600
0
200000000
400000000
600000000
800000000
1E+09
1.2E+09
1.4E+09
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
Jum
lah
Sel
(se
l/m
l)
OD600
Grafik Hubungan Jumlah Sel Bakteri dengan Nilai OD600
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 23
4.3. Analisis Percobaan
Percobaan bioreactor kultur sel secara umum bertujuan untuk
mengetahui pola pertumbuhan dari bakteri serta memahami faktor-faktor
yang mempengaruhi kultur sel. Berdasarkan prosedur yang disediakan
pada modul praktikum, langkah pertama yang praktikan lakukan adalah
mempersiapkan medium kultivasi, dengan medium kultivasi yang
digunakan adalah Luria Bertani (LB). Namun, prosedur pertama ini tidak
dilakukan oleh praktikan, tetapi medium telah terlebih dahulu disiapkan
oleh asisten laboratorium sebelum praktikum dimulai. Hal ini dilakukan
agar bakteri Escherichia coli dapat beradaptasi terlebih dahulu dengan
medium bakteri yang digunakan.
Medium LB yang digunakan berada di dalam fasa cair, dimana
media kultur dalam fasa cair memberikan beberapa keuntungan dan
kelebihan. Keuntungan dari media kultur dalam fasa cair adalah sel/
bakteri yang dikultur akan lebih mudah menyerap nutrisi yang terdapat
dalam media dengan nutrisi pada media akan terdistribusi secara merata,
serta memiliki aerasi sel yang lebih baik dibandingkan dengan media-
media kultur pada fasa lain. Sedangkan kelemahan dari media kultur
dengan fasa cair adalah memiliki tingkat kontaminasi yang lebih tinggi
dibandingkan dengan media kultur pada fasa lain. Oleh karena itu, media
kutur LB pada tahap preparasi disterilisasi terlebih dahulu dengan
menggunakan autoklaf pada suhu 121oC dan tekanan 2 atm selama 15
menit untuk mensterilisasi media dan menghindari adanya kontaminan
pada media yang dapat menggangu laju pertumbuhan bakteri. Medium
kultivasi yang telah disiapkan sebelumnya ketika praktikan akan memulai
praktikum bewarna kuning keruh, yang mengindikasikan adanya
kontaminan pada medium tersebut, walaupun pada kadar yang relatif
rendah.
Prosedur berikutnya adalah melakukan kalibrasi alat biofermentor.
Kalibrasi yang dilakukan praktikan adalah mengatur beberapa faktor yang
dapat mempengaruhi pertumbuhan bakteri Escherichia coli yang
diantaranya adalah suhu 37o C, pH 7, laju agitasi 200 rpm, dan kecepatan
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 24
aerasi sebesar 0,5 liter/menit. Pengaturan kalibrasi dilakukan dengan cara
menekan tombol-tombol yang sudah tersedia pada biofermentor. Nilai-
nilai suhu, pH, laju agitasi, dan laju aerasi di atas merupakan kondisi
optimum untuk pertumbuhan bakteri. Penentuan kecepatan aerasi dan laju
agitasi yang tepat akan berpengaruh terhadap pertumbuhan optimum dari
bakteri. Kecepatan aerasi sendiri memberikan pengaruh nyata terhadap
jumlah pertumbuhan bakteri nantinya, tetapi tidak berpengaruh nyata
terhadap perubahan nilai pH medium. Hal itu disebabkan karena kecepatan
aerasi yang sesuai sangat diperlukan untuk memaksimalkan proses
pertumbuhan bakteri, karena konsentrasi oksigen terlarut mempengaruhi
pertumbuhan sel mikroba. Jika konsentrasi oksigen terlarut terlalu tinggi
atau terlalu rendah, maka akan oksigen yang terlarut akan mungkin dapat
meracuni bakteri, sehingga pertumbuhan bakteri menjadi tidak normal
(Andry Prasetyo Putro, 2002).
Proses aerasi tidak terlepas dari proses pengadukan (agitasi).
Hembusan udara dari suatu kompresor ke dalam suatu larutan medium
selain memberikan aerasi juga pengadukan. Pengadukan ini kadang-
kadang ditambah dengan pengadukan mekanik untuk meningkatkan
kecepatan pemindahan oksigen dari fase gas ke sel bakteri, sehingga
diketahui bahwa proses aerasi dan agitasi tersebut selain untuk memenuhi
kebutuhan oksigen juga untuk menjaga mikroorganisme tetap tersuspensi
dan larutan medium tetap homogen. Tingkat agitasi mempunyai pengaruh
yang nyata terhadap efisiensi transfer oksigen di dalam fermentasi dengan
pengadukan mekanik. Agitasi sangat membantu proses transfer oksigen di
dalam fermentor dengan cara sebagai berikut.
Agitasi menyebabkan ukuran gelembung udara menjadi lebih kecil
sehingga luas permukaan untuk terjadinya transfer oksigen menjadi
lebih besar.
Agitasi menyebabkan waktu tinggal gelembung udara di medium
menjadi lebih lama.
Agitasi mencegah bergabungnya kembali gelembung-gelembung udara
yang sudah ada.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 25
Agitasi memperkecil tebal lapisan film pada permukaan antar fase gas
dan cairan karena sifat alir fluida yang menjadi tubulen.
pH dikalibrasi dan ditentukan pada pH 7 dikarenakan bakteri Escherichia
coli dapat tumbuh pada kisaran pH 2,71 hingga pH 8,45, dengan
pertumbuhan maksimum diperoleh pada kisaran pH 6,0 hingga pH 7 (K.
A. Presser, 1997).
Setelah biofermentor selesai dikalibrasikan, medium Luria Bertani
(LB) kemudian dimasukkan ke dalam bioreaktor berpengaduk
(Continuous Strirred Tank Bioreactor), dimana di antara tabung
elrenmenyer tempat media Luria Bertani (LB) dan tabung bioreaktor
tersebut, terhubung suatu perangkat yang berfungsi untuk mengalirkan
media tumbuh ke dalam tabung bioreaktor. Penggunaan CSTBR dalam
praktikum kali ini bertujuan untuk mengoptimalkan sistem bioproses yang
ada sehingga dapat memaksimalkan pertumbuhan dari bakteri (Gargouri
B. et al, 2011). Perangkat penghubung yang ada tersebut telah diatur oleh
asisten sehingga waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan 250 mL
media Luria Bertani (LB) ke dalam tabung bioreaktor adalah 60 menit (1
jam). Praktikan kemudian menyiapkan sepuluh microtube untuk
disterilisasi dengan oven dengan suhu 105o
C selama 1 jam 30 menit,
seiring dengan menunggu pemindahan selesai. Microtube ini nantinya
akan digunakan untuk memperoleh berat basah dan berat kering dengan
menggunkan metode sentrifugasi pada prosedur terakhir. Oleh karena itu,
setelah steriliasi dilakukan, masing-masing microtube diukur massanya
dengan menggunakan neraca digital.
Setelah waktu 1 jam terlah berlalu dan media Luria Bertani telah
selesai dipindahkan, praktikan kemudian memasukkan kultur bakteri
Escherichia coli ke dalam tabung bioreaktor dalam alat biofermentor.
Kultur bakteri yang dimasukkan adalah medium kultivasi 1,5 mL yang
telah disiapkan asisten sehari sebelumnya. Injeksi bakteri Escherichia coli
dilakukan dengan menggunakan mikropipet. Setelah dimasukkan, sistem
agitasi otomatis biofermentor dinyalakan kembali, dimana hal ini
bertujuan agar bakteri dan nutrisi dalam medium dapat tersebar merata.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 26
Laju agitasi yang digunakan harus diperhatikan serta diatur terlebih dahulu
dengan nilai 200 rpm sehingga sel-sel bakteri tidak rusak dan mati. Laju
agitasi yang terlalu tinggi dapat menghancurkan sel-sel bakteri. Selama
pengadukan ini, perlu diketahui pula bahwa pengaliran udara ke dalam
biofermentor juga tetap berjalan. Hal ini dilakukan karena bakteri
Escherichia coli merupakan bakteri anaerob fakultatif, dimana bakteri
anaerob merupakan bakteri yang dapat tumbuh meskipun berada dalam
lingkungan tanpa oksigenn, namun akan lebih memilih untuk hidup pada
lingkungan yang memiliki oksigen (Yanti Kristy, 2014). Oleh karena itu,
bakteri ini membutuhkan oksigen untuk proses respirasi. Oksigen juga
dapat digunakan dan dibutuhkan oleh bakteri anaerob untuk pertumbuhan,
kelangsungan hidup, dan bereproduksi (Anonim, 2014). Pengadukan atau
agitasi kemudian dilakukan selama 1 jam.
Praktikan kemudian mengambil sampel untuk melakukan
pengukuran terhadap optical density (OD) setiap selesai pengadukan oleh
biofermentor selama 1 jam dengan menggunakan spektrofotometer pada
panjang gelombang 600 nm. Spektrofotometer terlebih dahulu dikalibrasi
dengan menggunakan larutan media Luria Bertani yang masih murni
sebagai larutan awal. Kalibrasi sendiri bertujuan agar alat spektrofotometer
dapat digunakan dengan baik (menghasilkan data yang valid) dan awet
Pengukuran OD600 akan dilakukan dalam rentang satu jam sekali dengan
pengambilan data minimal 6 data selama nilai OD600 yang diperoleh masih
lebih kecil dari 0,8. Pengambilan data sebanyak enam kali dimaksudkan
agar data yang diambil diperkirakan telah mencapai tahap pertumbuhan
bakteri yang stasioner (stationary phase) Apabila nilai OD600 telah
mencapai titik 0,8, praktikan akan menambahkan senyawa Xylose
sebanyak 5 mL ke dalam tabung bioreaktor besama dengan bakteri
Escherichia coli dan media luria bertani. Penambahan xylose bermaksud
untuk sebagai sumber nutrisi, karena pada saat nilai OD600 0,8
menunjukkan bahwa kuantitas bakteri sudah cukup banyak sehingga
membutuhkan nutrisi tambahan untuk tetap dapat tumbuh dengan baik.
Setelah mencapai titik nilai OD600 lebih dari 0,8, pengukuran OD600
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 27
berikutnya dilakukan dalam rentang 10 menit seperti yang terlihat pada
tabel hasil pengamatan. Perlu diketahui, bahwa pada prosedur seharusnya
dilakukan penambaha IPTG (Isopropil Thiogalaktosida) pada larutan/
sampel bakteri Eschericia coli, yang bertujuan untuk menginduksi
produksi enzim dari bakteri. Penambahan IPTG seharusnya dilakukan
untuk melihat karakterisasi pertumbuhan bakteri (jumlah koloni) pada
sampel.
Pada pengambilan data ketujuh atau pada menit ke 240,
pengambilan data dihentikan karena nilai OD600 yang ada menunjukkan
penurunan. Penurunan nilai nilai OD600 menunjukkan bahwa pertumbuhan
bakteri telah mencapai tahapan kematian bakteri (death phase). Tahapan
death phase dalam pengamatan sendiri dapat terjadi dikarenakan beberapa
hal, yakni sebagai berikut:
Kurangnya nutrisi yang terdapat di dalam bioreactor karena tingkat
populasi bakteri yang terlalu tinggi (jumlah bakteri melebihi jumlah
nutrisi yang ada)
Terdapat bakteri asing/kontaminan yang menyebabkan laju
pertumbuhan bakteri terganggu.
Adanya kompetisi dalam memperebutkan nutrisi, sehingga bakteri
yang kurang baik pertumbuhannya akan kalah dalam berkompetisi
dan akhirnya mati.
Pada tahap yang lebih lanjut, microtube yang telah sterilisasi pada
suhu 105o
C selama 60 menit disiapkan kembali untuk melakukan
sentrifugasi sampel (campuran xylose + Luria Bertani + bakteri
Escherichia coli). Sentrifugasi dilakukan dengan menggunakan alat
sentrifugator. Sentrifugasi dilakukan selama 20 menit dengan kecepatan
5000x g. Durasi dan kecepatan tersebut diperlukan karena dalam
percobaan ini yang ingin diperoleh endapannya adalah bakteri Escherichia
coli. Supernatan pada masing-masing microtube hasil sentrifugasi
dikeluarkan (dibuang) dengan menggunakan mikropipet sehingga
substansi yang tersisa pada dasar microtube hanya tertinggal bakteri
Escherichia coli. Masing-masing microtube tersebut lalu ditimbang
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 28
dengan menggunakan neraca digital. Berat basah merupakan selisih berat
microtube kosong (telah ditimbang pada langkah sebelumya) dengan
microtube yang berisi endapan bakteri Escherichia coli. Untuk berat
kering, pertama-tama seluruh microtube dimasukkan kedalam oven,
sehingga kandungan media cair luria bertani yang masih tersisa bersama
endapan dapat benar-benar hilang (menguap). Pengovenan dilakukan
selama 40 menit dengan suhu 70 oC. Setelah itu kembali menimbang
masing-masing microtube dan selisih berat dengan microtube saat kosong
adalah berat keringnya. Perlu diketahui pula bahwa pada saat
penimbangan berat kering, bakteri Escherichia coli telah mati oleh karena
oleh suhu yang dikenakan pada saat pengovenan. Di sisi lain, sisa
campuran bakteri tidak langsung dibuang begitu saja melainkan harus
dikenakan proses autoklaf terlebih dahulu untuk mematikan bakteri yang
ada. Hal ini harus dilakukan untuk mencegah terjadinya pencemaran yang
dapat disebabkan oleh baktei Escherichia coli.
4.4. Analisis Hasil
Nilai OD600 yang diperoleh dalam percobaan menunjukkan jumlah
bakteri. Hasil nilai OD600 yang telah di plot ke dalam grafik juga dapat
memberikan informasi kepada praktikan mengenai fasa-fasa pertumbuhan
bakteri, seperti yang dapat terlihat pada grafik 1. Ketika pengukuran
OD600 pertama dan kedua, spektrofotometer menunjukkan angka 0,163
dan 0,228. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi pertumbuhan bakteri
masih pada fase lag. Pada pengukuran OD600 ketiga, spektrofotometer
menunjukkan angka 0,767. Perubahan yang cukup drastis ini
menunjukkan bahwa kondisi bakteri mulai berada pada fase eksponensial.
Pada pengukuran OD600 keempat, spektrofotometer menunjukkan angka
1,133. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi bakteri mulai memasuki fase
stasioner (dilihat dari peningkatan nilai OD600 yang tidak drastis seperti
sebelumnya). Pada pengukuran OD600 yang kelima dan keenam,
spektrofotometer menunjukkan angka masing-masing 1,399 dan 1,587.
Peningkatan yang tidak drastis ini menunjukkan bahwa bakteri berada
pada fase stasioner. Sementara itu, pada pengukuran OD600 yang ketujuh/
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 29
terakhir, spektrofotometer menunjukkan angka 1,498, yang
mengindikasikan bahwa fasa pertumbuhan bakteri telah memasuki fase
kematian (death phase).
Dari hasil percobaan, dapat terlihat bahwa nilai pH, memiliki trend
menurun dari awal percobaan hingga menit ke-240. Penuruan pH yang
drastis terjadi pada OD600 0,767 menuju nilai 1,133. Hal ini menunjukkan
bahwa aktivitas metabolit dari bakteri yang menghasilkan produk
metabolit sekunder dapat memungkinkan terjadinya penurunan pH pada
lingkungan sekitar, dimana dalam hal ini adalah medium cair Luria
Bertani (LB). Meskipun begitu, perubahan pH tidak menunjukkan
perubahan yang drastis dikarenakan penurunan pH sebesae 0,62 terjadi
selama 240 menit (4 jam).
Pada akhir percobaan menit ke-240, praktikan kemudian
mengambil sampel 10 microtube untuk mengetahui massa kering dari
sampel medium yang diambil dan menghasilkan nilai rata-rata massa
kering sebesar 0,0018 gram. Dari nilai massa kering ini, seharusnya dapat
diketahui perkiraan jumlah sel dengan melihat pada literatur massa
bakteri Escheria coli. Massa kering diketahui dari pengurangan massa
kering dalam microtube dengan massa microtube kosong. Sementara itu,
massa basah dari bakteri Escheria coli diketahui memiliki nilai rata-rata
massa sebesar 0,02558 gram.
Pola pertumbuhan sel dapat diketahui secara tidak langsung dengan
melihat pola OD600 (Optical Density pada gelombang 600 nm).
Pengukuran Optical Density ini dapat mengukur seberapa banyak sel
yang terkandung dalam suatu larutan. Materi yang terkandung dalam
larutan tentu tidak hanya sel bakteri, namun juga berupa zat-zat yang
terdapat dalam medium. Namun dengan fakta bahwa ukuran sel bakteri
yang jauh lebih besar daripada zat-zat lain yang hanya seukuran molekul,
maka nilai OD600 ini jelas paling dipengaruhi oleh jumlah sel bakteri yang
terdapat dalam larutan yang diukur. Lagipula nilai OD600 yang juga
dipengaruhi oleh materi-materi lain dalam larutan yang sama tidak akan
mengganggu tujuan dari percobaan ini, yaitu mengetahui pola
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 30
pertumbuhan sel bakteri. Dengan asumsi larutan medium benar-benar
homogen, maka tanpa ataupun dengan adanya materi lain selain sel, pola
pertumbuhan sel akan tetaplah menunjukkan hasil yang sama, hanya nilai
mutlak OD600 yang akan berubah.
Grafik menunjukkan laju pertumbuhan bakteri berdasarkan nilai
pengukuran dengan OD600 dan korelasinya dengan waktu. Dari grafik
hasil pengukuran dengan OD600, dapat dilihat bahwa bakteri Escheria coli
berkembang sesuai dengan grafik literatur. Dari grafik yang terbentuk,
terdapat tiga tahap pertumbuhan bakteri yang terlihat, yaitu:
1. Fase Lag (adaptasi)
Pada fase ini, sesuai dengan teori pertumbuhan sel, bakteri akan
melakukan adaptasi dengan medium yang baru. Fase lag pada hasil
percobaan ini, berlangsung ketika bakteri mulai dimasukkan ke dalam
medium hingga menit ke-120. Hasil percobaan menunjukkan bakteri
telah melakukan pembelahan pada fase ini, hanya pada kecepatan yang
lebih rendah daripada fase selanjutnya.
2. Fase Log/Eksponensial
Fase log dari hasil percobaan terlihat pada menit 120 hingga 210.
Pertumbuhan sel pada fase ini terlihat paling cepat ketimbang fase lain
hasil percobaan. Pada fase ini, bakteri telah berhasil beradaptasi
dengan medium dan lingkungan yang baru, sehingga dapat melakukan
pertumbuhan selanjutnya dengan kecepatan yang lebih. Terjadinya fase
ini juga menunjukkan bahwa medium dan lingkungan yang
dipersiapkan ternyata sesuai untuk pertumbuhan bakteri Escheria coli.
3. Fase Stasioner
Dapat dilihat dari menit ke-210 hingga menit ke-230 bahwa grafik
cenderung membentuk garis stabil atau fase stasioner. Sebenarnya fase
ini belum mutlak tahap stasioner, tetapi bukan juga fase log. Fase
stasioner seharusnya ditunjukkan dengan laju pertumbuhan sel yang
benar-benar mendatar, namun sebagaimana yang terlihat pada grafik,
masih terjadi pertumbuhan sel. Namun fase ini juga bukan fase log,
karena fase log seharusnya ditunjukkan oleh pertumbuhan yang
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 31
meningkat secara eksponensial, sedangkan perlambatan pertumbuhan
telah terjadi pada tahapan ini. Fase ini lebih tepat dikatakan peralihan
antara fase log dan stasioner, kultur bakteri pada fase ini sedang
menuju pada tahapan fase stasioner.
4. Death Phase
Fase ini dapat terlihat pada grafik pertumbuhan dari menit ke-230
hingga menit ke-240 dan seterusnya. Fase ini dapat terlihat dari mulai
menunjukkannya penurunan kurva. Tahapan death phase sendiri
seperti yang telah dibahas pada analisis percobaan dapat terjadi
dikarenakan beberapa hal, yakni sebagai berikut:
Kurangnya nutrisi yang terdapat di dalam bioreactor karena tingkat
populasi bakteri yang terlalu tinggi (jumlah bakteri melebihi jumlah
nutrisi yang ada)
Terdapat bakteri asing/kontaminan yang menyebabkan laju
pertumbuhan bakteri terganggu.
Adanya kompetisi dalam memperebutkan nutrisi, sehingga bakteri
yang kurang baik pertumbuhannya akan kalah dalam berkompetisi dan
akhirnya mati.
Gambar 7. Grafik literature pertumbuhan sel
(sumber: http://classes.midlandstech.com/carterp/Courses/bio225/chap06/06-
14_BacteriaGrowth_1.jpg, diakses pada tanggal 12 November 2014 pk 9.33 PM)
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 32
Jika dibandingkan antara grafik hasil percobaan dengan grafik
literatur di atas, maka dapat dilihat bahwa grafik hasil percobaan sudah
cenderung mirip dengan grafik literatur.
4.5. Analisis Kesalahan
Dalam percobaan modul Bioreaktor yang dilakukan oleh praktikan,
terdapat kesalahan secara metodelogi yang terjadi, yaitu memegang
mikropipet, bioreaktor, selang keluaran sampel pada bioreaktor dan
peralatan lainnya dalam proses kultur tanpa menggunakan sarung tangan.
Kesalahan yang dilakukan ini dapat meningkatkan risiko kontaminasi
kultur sehingga dapat mempengaruhi pertumbuhan bakteri dan nilai
OD600 hasil pembacaan oleh instrumen spektrofotometer. Walaupun
demikian, hal tersebut tidak memberikan pengaruh yang signifikan
dimana hal ini terlihat dari gambaran grafik yang didapatkan pada bagian
Pengolahan Data yang sesuai dengan teori yang ada. Faktor yang
menyebabkan konsistensi dalam hasil penggambaran grafik yang
didapatkan, dipengaruhi oleh sistem tertutup pada bioreaktor, sehingga
selama masa kultur dalam bioreaktor, media dan sel tidak mengalami
kontaminasi. Kontaminasi pada media kultur dan sel terjadi pada waktu
yang sangat singkat dibandingkan dengan waktu kultur dalam bioreaktor,
sehingga kontaminasi yang terjadi tidak mempengaruhi hasil secara
signifikan.
Selain kesalahan dalam prosedur, terdapat juga potensi kesalahan
terhadap alat yang digunakan. Kuvet atau wadah yang digunakan untuk
pembacaan nilai OD dengan menggunakan instrumen spektrofotometer
terbuat dari kaca, jika kuvet kaca yang digunakan tidak bersih dalam arti
terdapat baretan halus maupun terdapat sidik jari praktikan, maka nilai
OD yang terbaca pada spektrofotometer akan menyimpang dari nilai yang
sebenarnya. Hal lainnya yang dapat menimbulkan terjadinya kesalahan
pembacaan adalah terlalu tingginya nilai OD dari sampel, karena semakin
tinggi nilai OD pada sampel maka pengukuran OD akan menjadi semakin
kurang sensitif dan menghasilkan pembacaan yang keliru. Permasalahan
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 33
ini dapat diatasi dengan cara menggencerkan sampel kultur sampai pada
nilai tertentu sebelum dilakukan penggukuran nilai OD menggunakan
spektrofotometer, dimana nilai OD yang sebenarnya dapat dicari dengan
mengalikan nilai OD yang didapat dengan faktor pengenceran (sesuai
dengan volume yang ditambahkan untuk mengencerkan sampel kultur).
4.6. Analisis Alat dan Bahan
4.6.1. Alat
Peralatan yang digunakan dalam praktikum kali ini dapat
dilihat pada tabel berikut.
No. Alat Gambar Keterangan
1. Autoklaf
Gambar 8. Autoklaf
(sumber: www.fairdealtraders.com,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.38 PM)
Autoklaf digunakan
untuk mematikan sel
bakteri. Namun karena
autoklaf tidak tersedia di
dalam laboratorium,
praktikan melakukan cara
manual dengan
menggunakan wadah
panci biasa yang diisi air.
2. Erlenmeyer
Gambar 9. Autoklaf
(sumber: www.aliexpress.com, diakses
pada tanggal 12 November 2014 pk
9.40 PM)
Erlenmeyer dalam
percobaan ini digunakan
sebagai wadah sementara
untuk memindahkan
sampel dari biofermentor
ke kuvet dan microtube.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 34
3. Timbangan digital
Gambar 10. Timbangan Digital
(sumber: voer.edu.vn, diakses pada
tanggal 12 November 2014 pk 9.41
PM)
Timbangan digital
digunakan untuk
mengukur massa
microtube, sel basah dan
sel kering yang diperoleh
dari hasil percobaan.
4. Microtube
Gambar 11. Microtube
(sumber: www.avena-medica.com,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.38 PM)
Microtube digunakan
sebagai wadah sampel
untuk sentrifugasi.
5. Pipet mikro
Gambar 12. Pipet Mikro
(sumber www.labor.com.tr, diakses
pada tanggal 12 November 2014 pk
9.45 PM)
Pipet mikro digunakan
untuk memindahkan
sampel dari erlenmeyer
ke kuvet dan microtube,
serta untuk mengambil
supernatant dari hasil
sentrifuge.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 35
6. Sentrifuge
Gambar 13. Sentrifuge
(sumber: newton.no, diakses pada
tanggal 12 November 2014 pk 9.45
PM)
Sentrifuge digunakan
untuk memisahkan sel
dan larutan supernatant.
7. Kuvet
Gambar 14. Kuvet
(sumber: udorganik.indonetwork.net,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.44 PM)
Kuvet digunakan sebagai
wadah bagi sampel untuk
spektrofotometri.
8. Spektrofotometer
Gambar 15. Spektrofotometer
(sumber: http://www.prezi.com,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.38 PM)
Spektrofotometer
digunakan untuk
mengukur nilai OD
sampel.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 36
9. Biofermentor
Gambar 16. Biofermentor
(sumber:http://sites.tech.uh.edu,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.45 PM)
Biofermentor digunakan
sebagai wadah untuk
mengalirkan medium LB,
mencampurkan xylose
dan mengaduk bakteri.
Alat ini diatur pada pH 7,
suhu 370C dan laju aerasi
0,5 v/v/m.
10. Oven
Gambar 17. Oven
(sumber: www.aliexpress.com, diakses
pada tanggal 12 November 2014 pk
9.46 PM)
Oven digunakan untuk
mengeringkan microtube
pada awal percobaan,
serta untuk mengeringkan
sel basah yang diperoleh
dari hasil sentrifugasi.
11. Desikator
Gambar 18. Desikator
(sumber: www.coleparmer.com,
diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 9.57 PM)
Desikator digunakan
untuk mengabsorpsi uap
air yang terbentuk di
dinding microtube setelah
di oven.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 37
4.6.2. Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini
dapat dilihat pada tabel berikut.
No. Alat Gambar Keterangan
1. Luria Bertani
Gambar 19. Luria Bertani
(sumber:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/b/b8/Laboratoorne_s%C3%
B6%C3%B6de_%22LB%22_ehk_%22
lysogeny_broth%22_on_sobiv_bakterit
e_kasvatamiseks..JPG, diakses pada
tanggal 12 November 2014 pk 10.01
PM)
Luria Bertani (LB)
merupakan media cair
yang kaya akan nutrisi
yang digunakan sebagai
medium pertumbuhan
bakteri. Secara umum
kandungan yang terdapat
dalam LB adalah sebagai
berikut.
Peptida
Vitamins
Trace elements
(misalkan: nitrogen,
sulfur, magnesium)
Mineral
2. Bakteri Eschericiaa coli
Gambar 20. Bakteri Eschericia coli
(sumber:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/3/32/EscherichiaColi_NIAI
D.jpg, diakses pada tanggal 12
November 2014 pk 10.03 PM)
Bakteri Escheria coli
merupakan bakteri yang
dikultur dalam percobaan
ini, dan digunakan untuk
mengamati kurva
pertumbuhan bakterinya.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 38
3. Xylose
Gambar 21. Xylose
(sumber: http://extractpowder.biz/wp-
content/uploads/2011/01/D_Xylose.jpg
, diakses pada tanggal 12 November
2014 pk 10.04 PM)
Xylose merupakan
pemanis/ gula yang
berfungsi sebagai nutrisi
tambahan bagi bakteri.
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 39
BAB 5
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Kultur sel merupakan teknik perbanyakan sel pada kondisi dan lingkungan
tertentu, pada umumnya bersifat aseptis atau ditumbuhkan secara steril.
Dinamika pertumbuhan sel dapat dipetakan dalam kurva pertumbuhan
bakteri, yang dibuat dengan memplotkan peningkatan jumlah sel terhadap
waktu. Kurva pertumbuhan mikroorganisme dapat digunakan untuk
menggambarkan tahap-tahap dari siklus pertumbuhannya.
Pertumbuhan sel tidak terjadi secara linier, tetapi terdapat beberapa fase
yaitu fase lag, fase log, fase stasioner dan fase kematian.
Faktor – faktor yang mempengaruhi proses kultur sel adalah : jenis media
yang digunakan, suhu, pH, kandungan air, nutrisi, dan DO (Dissolve
Oxygen)
Percobaan ini dilakukan dalam 4 tahapan yaitu :
a. Persiapan media kultur
b. Persiapan pre kultur
c. Kultur bakteri dalam fermentor berpengaduk
d. Pemanenan sel
Pada percobaan kali in pola pertumbuhan sel dapat diketahui secara tidak
langsung dengan melihat pola OD600 (Optical Density pada gelombang
600 nm) menggunakan alat spektrofotometer
Pada menit ke 60-120 bakteri E.Coli mengalami fase lag dimana bakteri
tersebut masih menyesuaikan diri atau beradaptasi terhadap media.
Pada menit ke 120 bakteri E.Coli mulai mengalami fase eksponensial.
Pada menit ke 240 bakteri mulai mengalami death phase yang ditandai
dengan berkurangnya nilai OD600.
Massa basah bakteri keseluruhan adalah sebesar 4.263 gram
Massa kering bakteri keseluruhan adalah sebesar 0.3 gram
Laporan Akhir Praktikum UOB 1 Modul Bioreaktor Kultur Sel 40
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2014. Modul Praktikum Unit Operasi Bioproses I. Depok: Departemen
Teknik Kimia Universitas Indonesia.
Freshney, R. Ian. 2006. Basic Principles of Cell Culture. New Jesery: John Wiley
& Sons, Inc.
Kusnadi, 2010. Pertumbuhan Bakteri. [pdf]
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196805091
94031KUSNADI/BUKU_COMMON_TEXT_MIKROBIOLOGI,_Kusnad
i,dkk/BAB_IV_PERTUMB.BAKTERI.pdf, diakses pada tanggal 13
November 2014 pukul 9.34 AM.
Melliawati, 2009. Escherichia coli dalam Kehidupan Manusia.[pdf]
http://www.biotek.lipi.go.id/images/stories/biotrends/vol4no1/EcoliR.Mell
iawati1014.pdf, diakses pada tanggal 13 November 2014 pukul 8.93 AM.
Presser, K. A, T. Ross, and D. A. Ratkowsky. 1998. Modelling the Growth Limits
(Growth/No Growth Interface) of Escherichia coli as a Function of
Temperature, pH, Lactic Acid Concentration, and Water Activity. [pdf]
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC106229/, diakses pada
tanggal 13 November 2014 pukul 10.10 AM.
Sumarsih, 2007. Lingkungan Pertumbuhan Mikroba. [pdf]
http://sumarsih07.files.wordpress.com/2008/11/ii-lingkungan-
pertumbuhan-mikroba.pdf, diakses pada tanggal 13 November 2014 pukul
10.10 AM.