Revisi I, kelompok 5Tanggal 11 Oktober 2012MAKALAH

MEDIA FERMENTASI PART 1Sebagai Pemenuhan Tugas Mata Kuliah Mikrobiologi Industri

Dosen Pengampu: Prof. Dr. Ir Chandrawati Cahyani

Oleh: Kelompok 51). AFIDA KHOFSOH(115061100111031)2). RIZKA DWI OKTARIA(115061101111017)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANGDAFTAR ISI

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar Belakang 41.2. Rumusan masalah ...41.3. Tujuan .4

BAB IIPEMBAHASAN2.1. Pembentukan Media .52.1.1. Fermentasi Media Cair 92.1.2. Fermentasi Media Padat .102.2. Sumber Karbon .112.2.1. Molase .152.2.2. Ekstrak gandum ..162.2.3. Pati .162.2.4. Sulphite Waste Liquor 172.2.5. Selulosa ..172.2.6. Whey. .192.2.7. Alkana dan Alkohol 202.2.8. lemak dan minyak 22

BAB IIIPENUTUP3.1. Kesimpulan 24

DAFTAR PUSTAKA .25LAMPIRAN .26DAFTAR TABEL

Tabel 1. Unsur-unsur yang ada dalam mikroba ..6Tabel 2. Pertumbuhan yield (Ykarbon) pada medium minimumdan variasi sumber karbon dan energi 12Tabel 3.komposisi Molase .15Tabel 4. Komposisi Whey Susu (g/L) 19

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Struktur Lignoselulosa .18

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangMikrobiologi Industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikrobia sebagai komponen untuk industri atau mengikut sertakan mikrobia dalam prosesnya. Mikrobia dalam industtri mengasilkan beberapa macam produk, diantaranya zat kimia, seperti asam organik, gliserol dan alkohol. Selain itu juga antibiotik, zat tumbuh, enzim, makanan dan minuman, pengawet dan sebagainya.Dalam suatu proses fermentasi hal yang sangat penting adalah media fermentasi. Karena segala proses metabolisme tergantung bahan (medium) yang tersedia. Terdapat banyak sumber nutrisi yang harus dipenuhi dalam membentuk media suatu fermentasi adalah Sumber karbon yang terdiri dari molasses, pati, sulphite waste liquor, selulosa, whey, hidrokarbon, minyak dan lemak. Semua kebutuhan unsure ini akan dijelaskan dalam makalah yang berjudul Media Fermentasi Part 1 ini. Adapun sumber nutrisi yang lain seperti nitrogen, air, mineral, vitamin, oksigen dan lain sebagainya akan dijelaskan dalam makalah Media Fermentasi Part 2.

1.2. Rumusan masalah1. Bagaimana pembentukan media fermentasi?2. Bagaimanakah sumber karbon dalam media fermentasi?

1.3. Tujuan1.Mengetahui pembentukan media fermentasi2.Mengetahui sumber karbon dalam media fermentasi

BAB IIPEMBAHASAN

2.1. Pembentukan MediaPada umumnya fermentasi membutuhkan media cair, untuk membantu proses pernafasan. Meskipun demikian, fermentasi substrat padat juga banyak digunakan. Media fermentasi harus memenuhi kebutuhan nutrisi mikroorganisme dan mendukung proses teknik perlakuan objek. Nutrisi mikroorganisme harus terbentuk/ terformulasikan untuk mendukung proses sintesis dalam membentuk produk yang diinginkan begitu juga biomassa sel dan metabolik tertentu (Waites, dkk, 2005).Suatu strain yang mampu memberikan hasil yang tinggi dari produk yang diinginkan saat dikembangkan dalam laboratorium belum tentu memberikan hasil yang sama ketika diaplikasikan dalam skala industry. Dalam bidang industri yang diperlukan adalah medium yang cocok secara ekonomi. Medium tersebut dapat berupa padat atau cair (Hidayat, dkk, 2006)Pada fermentasi antibiotika, bahan baku yang digunakan tidak boleh mahal, karena produk yang dihasilkan tidak mahal. Namun pada produksi steroid, produk bernilai lebih mahal sehingga penggunaan substrat dapat dipilih yang lebih dominan agar dihasilkan produk yang lebih banyak. Dalam fermentasi konvensional, umumnya dipakai bahan baku yang tidak mahal, misalnya biji-bijian, daging, prosesing serat dan sebagainya. Dalam perkembangan produk bioteknologi dibutuhkan medium yang mahal seperti untuk pertumbuhan sel mamalia dan tanaman (hidayat, dkk, 2006).Medium kultur harus mengandung semua elemen yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba, dalam proporsi yang serupa dengan dengan adanya sel pada mikroba (Waites, dkk, 2005).

Tabel 1. Unsur-unsur yang ada pada mikrobaUnsurFungsi fisiologiBerat kering (%)

HidrogenPenyusun senyawa organik 8

OksigenPenyusun senyawa organik 20

KarbonPenyusun senyawa organik 50

NitrogenPenyusunan protein, asam nukleat dan koenzim14

SulfurPenyusun protein dan beberapa koenzim1

FosforPenyusun asam nukleat, fosfolipid dan koenzim3

MagnesiumKofaktor pada sejumlah reaksi enzim (ATP)0,5

ManganKofaktor pada beberapa enzim0,1

KalsiumKofaktor pada beberapa enzim (protease)0,5

BesiPenyusun sitokrom, protein non-heme dan kofaktor pada beberapa enzim0,2

KobaltPenyusun vitamin B120,03

Tembaga, Seng, MolybdeumPenyusun beberapa enzim0,03

(sumber: Hidayat, dkk, 2006)Umumnya yang disebut makronutrien adalah yang dibutuhkan dalam jumlah yang besar seperti C, H, O dan N. Mesonutrien dibutuhkan dalam jumlah yang lebih sedikit seperti Mg, P, S dan mikronutrien dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit seperti Fe, Cu, Zn dam Mo (hidayat,dkk, 2006).Kebanyakan fermentasi, kecuali keterlibatan substrat padat, membutuhkan jumlah air yang banyak dalam pembentukan media. Kebutuhan media secara umum termasuk didalamnya adalah sumber karbon, yang mana sebenarnya semua industri fermentasi menghasilkan energi dan unit karbon untuk biosintesis, dan sumber nitrogen, sumber fosfor, sulfur dan unsur lain yang diperlukan dalam jumlah yang sangat sedikit juga harus tersedia, dan beberapa mikroorganisme membutuhkan penambahan vitamin, seperti biotin dan riboflavin. Fermentasi aerobik tergantung pada oksigen yang berkelanjutan sedangkan fermentasi anaerob membutuhkan aerasi awal dari media, misalnya fermentasi bir. Biasanya, media menggabungkan buffer atau pengontrol pH dengan penambahan asam ataupun basa, dan agent antibusa yang mungkin dibutuhkan. Pada beberapa proses, pendahuluan, senyawa induksi atau inhibitor dikenalkan pada tingat/ taraf tertentu dari fermentasi (waites, dkk, 2005). Saat kebutuhan unsur mikroorganisme sudah ditetapkan, sumber nutrisi yang cocok dapat digabungkan kedalam media untuk memenuhi permintaan ini. Meskipun demikian, ini penting untuk diketahui, masalah potensial dapat timbul ketika menggunakan senyawa tertentu. Misalnya, mempercepat metabolism dapat menekan pembentukan produk. Untuk menagani masalah ini, dilakukan penambahan medium segar secara berkala ataupun kontinyu. Perlakuan ini dapat diangkat untuk memelihara konsentrasi zat (yang mengganggu pembentukan produk) sehingga relatif rendah agar tidak lagi bersifat menekan. Nutrisi media tertentu atau kondisi lingkungan dapat mempengaruhi tidak hanya fisiologi dan biokimia tetapi juga morfologi dari mikroorganisme tersebut. Di dalam beberapa yeast, sel tunggal dapat berkembang ke dalam pseudo-miycelium atau flocculate, filament jamur dapat membentuk lempengan. Hal mungkin tidak sebagai keinginan utama, namun perubahan morfologi dapat mempengaruhi produk dan sifat fermentasi yang lain.Fermentasi skala industri pada dasarnya menggunakan pembagian kompleks untuk mendapatkan harga ongkos yang efektif, dimana sumber karbon dan nitrogen hampir tidak dapat ditegaskan dengan jelas. Kebanyakan didapat dari material alami seperti hewan dan tumbuhan, sering juga menggunakan by produk dari industry lainnya dengan divariasikan komposisi variabel. Pengaruh variasi batch-to-batch harus ditentukan. Percobaan skala kecil, biasanya dipertunjukkan dengan setiap batch baru untuk substrat, khususnya untuk menguji adanya tabrakan yield produk dan tahap pemulihan produk (Waites, dkk, 2005).Faktor utama yang mempengaruhi pilihan akhir bahan baku tersendiri yang diikuti/ digunakan (waites, dkk, 2005).1. Ongkos dan pendapatan; sempurnanya, bahan haruslah tidak mahal dan tidak perlu ditanya kualitasnya dan setiap tahun/ sepanjang tahun bahan tersebut dapat didapatkan.2. Pengendaliannya mudah untuk bentuk padatan ataupun cairan, begitu juga ongkos penyimpanan misalnya memerlukan pengontrolan suhu.3. Kebutuhan sterilisasi dan potensi masalah perubahan sifat.4. Pembentukan, pencampuran, pengompleksan sifat viskositas yang mungkin mempengaruhi pergerakan dan aerasi selama fermentasi dan proses tingkat downstream.5. Konsentrasi produk target yang dicapai, kecepatan pembentukannya, dan yield per gram substrat yang digunakan.6. Level dan range ketidakmurnian dan muncul dan berkembangan produk yang tidak diinginkan selama proses berlangsung.7. Kesehatan dan keselamatan untuk semua.Bahan mentah substrat harus disesuaikan dengan ekonominya, namun jika tingkat ketidakmurnian dari substrat tinggi, maka tidak menutup kemungkinan akan membutuhkan ongkos lebih dan pemulihan yang kompleks. Selain itu juga membutuhkan purifikasi pada downstream dan bisa juga meningkatkan biaya penanganan limbahnya. Sifat fisika dan kimia dalam medium yang terbentuk dapat mempengaruhi operasi sterilisasi. Medium yang mudah disterilkan dengan panas yang relatif rendah adalah yang sangat penting. Panas tidak hanya mengurangi komposisi spesifik/ tertentu, namun juga membentuk inhibitor by produk (penghalang) yang dapat menjadi pengganggu pada proses downstream (waites, dkk, 2005).2.1.1. Fermentasi Media Cair Fermentasi media cair diartikan sebagai fermentasi yang melibatkan air sebagai fase kontinyu dari sistem pertumbuhan sel yang bersangkutan atau substrat baik sumber karbon maupun mineral terlarut atau tersuspensi sebagai partikel-partikel dalam fase cair. Fermentasi cair meliputi minuman anggur dan alkohol, fermentasi asam cuka, yogurt dan kefir (Dharma, 1992).Fermentasi cair dengan teknik tradisional tidak dilakukan pengadukan, berbeda dengan fermentasi teknik fermentasi cair modern melibatkan fermentor yang dilengkapi dengan: pengaduk agar medium tetap homogen, aerasi, pengatur suhu (pendingin atau pemanasan) dan pengaturan pH. Proses fermentasi cair modern dapat dikontrol lebih baik dan hasil uniform dan dapat diprediksi. Juga tidak dilakukan sterilisasi, namun pemanasan, perebusan dan pengukusan mematikan banyak mikroba competitor (Dharma, 1992).Jenis-jenis fermentasi media cair yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut: (Dharma, 1992)1. Fermentasi yang diagitasi dimana substratnya larut dalam air.Jenis fermentasi ini dikerjakan dalam suatu labu atau gelas yang cocok atau yang lebih modern dengan menggunakan fermentor dimana substratnya larut sempurna dalam air. Pengambilan substrat oleh mikroba melalui fase larutan dalam air. Pada kultur labu yang dikocok, agitasi dilakukan dengan bantuan alat pengocok (shaker). Pada fermentor agitasi dikerjakan dengan pengaduk yang dijalankan oleh motor dan dapat dibantu oleh aerasi (gelembung udara).2. Fermentasi yang diagitasi dimana zat yang tak larut dalam air tersuspensi dalam fasa cair. Pada fermentasi ini substrat zat padat tidak larut dalam air tetapi dalam bubuk-bubuk halus yang tersuspensi dalam sejumlah air yang banyak. Garam dan zat hara lain mungkin terlarut dalam air. Konsentrasi substrat dalam media dapat bervariasi mulai dari satu persen sampai pada suatu keadaan yang menyerupai bubur. Pengambilan substrat oleh mikriba biasanya disertai dengan produksi suatu faktor yang dapat melarutkan yang mungkin sifatnya ekstraseluler atau terletak didalam dinding dalam air sehingga partikel substrat tersipresi secara merata dalam medium yang mengandung air agar terjadi kontak dengan mikroba secara maksimum.3. Fermentasi yang diagitasi dimana zat cair yang tak larut dalam air tersuspensi dalam fase cair.Jenis fermentasi ini dan mekanisme pengambilan substrat dengan yang kedua kecuali substrat bersifat cair.4. Fermenatasi yang tidak diagitasi dimana substratnya larut dalam fasa cair.Pada fermentasi ini substrat larut dalam air tetapi medianya tidak diagitasi atau dikocok. Pengambilan substrat melalui fase cair. Medium didistribusikan berupa larutan yang dangkal dalam suatu baki atau dalam suatu wadah yang mempunyai permukaan yang luas dan dalamnya media biasanya 2,5 5,0 cm untuk produksi yang sangat tinggi.

2.1.2. Fermentasi media padatFermentasi media padat merupakan proses fermentasi yang berlangsung dalam substrat tidak terlarut, namun mengandung air yang cukup sekalipun tidak mengalir bebas. Produk dari fermentasi media padat misalnya oncom, kecap, dan tape (Dharma, 1992).Fermentasi media (substrat) padat mempunyai kandungan nutrien per volume jauh lebih pekat sehingga hasil per volume dapat lebih besar. Adapun faktor yang mempengaruhi fermentasi media padat diantaranya: (Dharma, 1992)1. Kadar air: kadar optimum tergantung pada substrat, organisme, dan tipe produk akhir. Kisaran kadar air yang optimal adalah 50-75%. Kadar air yang tinggi akan mengakibatkan penurunan porositas, pertukaran gas, difusi oksigen, volume gas, tetapi meningkatkan resiko kontaminasi dengan bakteri.2. Temperatur: temperatur berpengaruh pada laju reaksi biokimia selama proses fermentasi3. Pertukaran gas: pertukaran gas antara fase gas dengan substrat padat mempengaruhi proses fermentasi.Fermentasi substrat padat dengan kapang mempunyai keuntungan yaitu: (Dharma, 1992)1. Medium yang digunakan relative sederhana2. Ruang yang diperlukan untuk peralatan fermentasi relative kecil, karena air yang digunakan sedikit.3. Inokulum dapat disiapkan secara sederhana.4. Kondisi medium tempat pertumbuhan fungi mendekati kondisi habitat alaminya.5. Aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang udara diantara tiap partikel substrat.6. Produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah.

2.2. Sumber KarbonDengan mengecualikan alga dan bakteri autotrof yang menggunakan karbondioksida sebagai sumber karbon, mikroba yang digunakan dalam industri membutuhkan senyawa organik sebagai sumber karbon dan energi. Selain itu juga untuk biosintesa, pembentukan produk, dan pemeliharaan sel. Karbon merupakan unsure yang paling penting. Berdasarkan berat mikroba, sekitar 50% berat mikroba adalah karbon. Konsentrasi nitrogen bervariasi dari 3-15 %. Oleh karena itu karbon merupakan bahan yang paling besar dalam medium kultur (hidayat, dkk, 2006). Kebutuhan karbon dapat ditentukan dari koefisien hasil biomasa (Y) maka: (waites, dkk, 2005)

Ycarbon (g/g) =

Pada fermentasi komersial perhitungan koefisien yield untuk semua nutrisi biasanya menjadi dasar. Setiap nutrient dapat dihitung melalui rangkaian perlakuan pada percobaan batch-culture dimana substrat yang spesifik hanya menjadi media pembatas pertumbuhan dan nutrient yang lain sebagai excess. Dengan memvariasi konsentrasi awal dari substrat pembatas pertumbuhan yang kemudian diplotkan dengan total pertumbuhan pada konsentrasi disetiap batch, sehingga Y dapat ditentukan. Meskipun demikian, nilai yang didapatkan dapat menceritakan pada kondisi yang spesifik dengan memvariasi pH dan temperatur, yang dapat merubah nilai Y. Jenis/ variasi organisme juga dapat menujukkan perbedaan koefisien yield (Y) pada substrat yang sama.

Tabel 2. Pertumbuhan yield (Ycarbon) pada medium minimum dengan variasi sumber karbon dan energyYglucosaYethanolYmethanolYoktana

Pertumbuhan aerob Aspergilus nidulans Candida utilis Escherchia coli Phicia angusta Penicillium chrysogenum Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas species Saccharomyces cereviceae0,610,510,52

0,430,43

0,56

0,68

0,63

0,36

0,54

1,07

Pertombuhan anaerob Moorella thermacetica Escherchia coli Klebsiella pneumonia Saccharomyces cereviceae0,110,130,120,12

(Sumber: Waites, dkk, 2005)

Perbedaan dapat juga tetrjadi pada satu individu misalnya Saccharomyces cereviceae tumbuh pada glukosa yang menpunyai koefisien biomasa (Y) 0,56 dan 0,12 g/g pada kondisi aerob dan anaerob (waites, dkk, 2005).Sebagian besar mikroba dapat menggunakan berbagai tipe nutrisi yang telah diketahui. Senyawa karbon yang digunakan dapat berasal dari senyawa C2 sederhana (asam asetat, etanol) sampai senyawa kompleks (polisakarida, protein) dan senyawa aromatik. Ada pula mikroba yang hanya dapat menggunakan substrat terbatas. Pada sumber karbon lain tidak dapat tumbuh dengan baik. Sebagai contoh adalah Methylomonas dan Methylococcus yang hanya menggunakan metana dan methanol sebagai sumber karbon dan energi (waites, dkk, 2005).Jumlah molekul ATP yang dibentuk dari sumber karbon dan energi dalam medium dapat dihitung berdasarkan berat kering yang diperoleh sebagai fungsi ATP yang dihasilkan selama katabolisme sumber energi (hidayat, dkk, 2006).Energi diperoleh terutama melalui 2 jalan: (hidayat, dkk, 2006)1. Fosforilasi substratOksidasi substrtat adalah hilangnya electron disertai oleh sintesis fosfat kaya energy yang akan dipindah lewat ADP dengan membentuk ATP. Jadi selama glikolisis, mikroba mendapatkan dua molekul ATP dari tiap molekul glukosa.2. Fosforilasi oksidatifDalam kasus ini energi diubah selama pemindahan electron dalam rantai respirasi. Tiga molekul ATP diperoleh dari tiap pasang electron yang dipindah dari NADH ke oksigen. Jika 12 pasang electron dapat digunakan dari tiap molekul glukosa yang dimetabolisme melalui glikolisis pada siklus kreb maka akan diperoleh 36 molekul ATP. Jadi metabolism aerob menghasilkan (36+2)/2 = 19 kali lebih tinggi dari pada ATP secara anaerob.

Secara umum, mikroba aerob mengubah substrat karbon dalam jumlah lebih besar (50 %) menjadi biomassa dibanding mikroba anaerob, karena mikroba tersebut tidak menggunakan banyak substrat untuk memperoleh energi. Ini memungkinkan untuk menghitung jumlah minimum substrat karbon yang dibutuhkan dalam medium untuk memperoleh biomassa. Sebagai contoh penelitian mula-mula menggunakan medium yang mengandung substrat berlebihan dan ini memungkinkan diperoleh berat kering sel bakteri maksimum perliter (misalnya 40 g). Biomassa ini diasumsikan mengandung 50 % karbon dan mikrobia mampu mengubah 50% karbon pada substrat menjadi karbon pada substrat menjadi biomassa secara aerob, sehingga medium harus mengandung:40 x (100/50) x (50/100) = 40 g karbon/LJika sumber karbon adalah glukosa maka jumlah yang harus ditambahkan dalam medium:(40 x 180)/72 = 100 g glukosa/L(hidayat, dkk, 2006)Gula murni seperti glukosa dan sukrosa umumnya mahal bila digunakan dalam industri dan biasanya dicari sumber karbon yang murah. Hal yang menarik adalah penggunaan limbah pertanian atau industri. Industri fermentasi dapat memilih antara beberapa bahan utama, tergantung harga, fluktuasi pasar dalam menggunakan surplus (hidayat, dkk, 2006).Kebanyakan kapang menggunakan glukosa sebagai sumber karbonnya. Beberapa jasad dapat menggunakan lebih dari satu sumber karbon. Pertumbuhan yang terjadi disebut pertumbuhan diauksi. Misalnya S. ceriviciae, laktosa didegradasi menjadi glukosa dan galaktosa. Kapang tertentu tidak dapat menggunakan sukrosa, misalnya Rhizopus dan Sordaria. Kebanyakan kapang tidak dapat tumbuh pada gula alcohol, seperti manitol (hidayat, dkk, 2006).

2.2.1. MolaseGlukosa dan sukrosa murni jarang digunakan dalam fermentasi skala industri, dikarenakan faktor biaya (waites, dkk, 2005). Molase adalah limbah industri gula yang tentunya lebih murah. Komposisi molase dapat dilihat pada tabel 3. Molase tebu kaya akan biotin, asam pantotenat, tiamin, fosfor dan sulfur. Kandungan nitrogen organik sedikit. Mengandung 62% gula yang terdiri dari sukrosa 32%, glukosa 14% dan fruktosa 16% (hidayat, dkk, 2006).Molase berbeda dengan bahan baku yang umum digunakan dalam produksi alkohol seperti jagung dan kentang. Bahan ini mengandung karbohidrat yang disimpan sebagai pati sehingga harus mengalami perlakuan awal dengan memasaknya dan membutuhkan kerja enzim untuk menghidrolisis pati menjadi gula yang dapat difermentasi. Sebaliknya karbohidrat dalam molase siap untuk difermentasi tanpa perlakuan pendahuluan karena berbentuk gula (hidayat, dkk, 2006).Tabel 3. Komposisi molaseKomponenPersentase

Air Sukrosa Dektrosa Fruktosa Gula reduksi lain Karbohidrat lain Abu Senyawa nitrogen Asam-asam non nitrogen Lilin, sterol dan fosfolipid17-2530-404-95-121-52-57-152-62-80,1-1

(sumber: Hidayat, dkk, 2006)

2.2.2. Ekstrak gandum Ekstrak cair dari gandum dapat dibentuk seperti sirup yang secara khusus digunakan untuk sumber karbon yang biasanya untuk pembentukan filament pada jamur, ragi dan actinomycetes. Persiapan ekstrak pada dasarnya sama dengan pemasakan bir. Komposisi dari ekstrak gandum biasanya mengandung 90% karbohidrat dalam basis kering. Dimana terdiri dari 20 % heksosa (glukosa dan sedikit fruktosa), 55% disakarida (umumnya maltose dan sedikit sukrosa), dan 10 % maltotriosa sebuah trisakarida. Lagi pula, produksi ini mengandung dekstrin bercabang dan tidak bercabang (15-20%), yang mana mungkin atau tidak mengalami metabolism, tergantung pada mikroorganismenya. Ekstrak gandum juga mengandung beberapa vitamin dan kira-kira 5% substansi nitrogen, protein, peptide dan asam amino (waites, dkk, 2005).Sterilisasi media yang mengandung ekstrak gandum harus dikontrol dengan hati-hati untuk mencegah pemanasan berlebih. Unsur yang menurukan gula dan asam amino cenderung menghasilkan produk reaksi maillard ketika dipanaskan pada pH yang rendah. Muncullah produk kondensat berwarna coklat hasil dari reaksi kelompok amino dari amin, asam amino dan protein dengan kelompok karbonil dari penurunan gula, keton dan aldehid. Tidak hanya karena warnanya yang berubah tetapi juga hasil hilangnya materi yang menyebabkan fermentasi dan produk beberapa reaksi yang menghalangi pertumbuhan mikroorganisme (waites, dkk, 2005).

2.2.3. Pati Polisakarida ini tidak siap untuk digunakan seperti monoskarida dan disakarida, namun dapat secara langsung mengalami metabolism dengan produksi amylase oleh miroorganisme, khususnya pembentukan filament jamur, enzim ekstra seluler menghidrolisis substansi yang merupakan campuran dari glukosa, maltosa atau maltotriosa (waites, dkk, 2005).Pati jagung adalah yang paling banyak dipakai, namun ini dapat juga didapatkan dari cereal yang lain atau potongan akar. Untuk diperbolekannya dalam fermentasi, pati biasanya dikonversi menjadi sirup gula, yang mengandung paling banyak glukosa. Ini pertama-tama berubah menjadi agar-agar kemudian dihidrolisis dengan mengencerkan asam atau enzim amilolitik (waites, dkk, 2005).Setelah dihidrolisis meggunakan enzim tanaman atau amylase mikroba, terjadi proses kontinyu (proses symba) dikembangkan di Swedia untuk produksi biomassa menggunakan khamir Endomycopsis fibulinger untuk menghidrolisis pati menjadi gula yang dapat difermentasi. Candida utilis akan menggunakan gula ini untuk pertumbuhannya (hidayat, dkk, 2006).

2.2.4. Sulphite Waste LiquorSulphite Waste Liquor (SWL) dari industri kertas mengandung gula dari hidrolisis hemiselulosa dalam kayu. komposisi SWL tergantung kayu yang digunakan. Angiospermae memberikan Sulphite Liquor yang mengandung 3% gula yang 70 %-nya adalah pentosa (terutama silosa), sedangkan gymnospermae menghasilkan liquor yang mengandung gula 2% dengan 75%-nya adalah heksosa (terutama manosa). Hidrolisis asam pada pada selulosa kayu itu sendiri memberikan 65-85% gula yang dapat difermentasi. Selulosa biasanya dihidrolisis sebelum dapat digunakan sebagai substrat, tetapi penggunaan mikroba selulolitik memungkinkan diperolehnya protein mikroba secara langsung dari limbah selulosa tanpa perlakuan. Jamur berfilamen (Tricoderma viridae) dan bakteri (cellulomonas sp) merupakan mikroba yang sering digunakan. Beberapa hidrolisis asam dikembangkan selama perang dunia ke II. Asam sulfat dengan konsentrasi 0,5% biasanya digunakan pada 150o-185oC. Dalam proses kontinyu kemungkinan didapat dari sirup bubuk gergaji yang mengandung 4-5% gula pereduksi (campuran glukosa dan pentosa) dengan hasil 45-55% (hidayat, dkk, 2006).

2.4.5. selulosa Selulosa paling dominan ditemukan sebagai lignoselulosa dalam dinding sel tumbuhan, yang mana terbentuk dari 3 polimer yaitu: selulosa, hemiselulosa dan lignin. Lignoselulosa tersedia dari pertanian, hutan, limbah industri maupun domestik. Sedikit mikroorganisme yang dapat langsung digunakan, ini sama sulitnya dengan menghidrolisis. Komponen dari selulosa adalah bagian kristalin, lapisan lignin dan memberikan area sempit untuk enzim menyerang. Ini umumnya digunakan pada fermentasi substrat padat untuk memproduksi jamur yang bervariasi. Walaupun demikian ini dapat berpotensi tinggi yaitu sebagai sumber yang dapat diperbarui dari fermentasi gula saat dihidrolisis khususnya pada biokonversi menjadi etanol (waites, dkk, 2005). Berikut merupakan gambar lignoselulosa.

Gambar 1. Struktur lignoselulosa dan pre-treatmen(sumber: Anonymous, 2011)Dalam dunia industri, proses perombakan atau pemecahan ikatan pada selulosa adalah proses hidrolisis enzimatik pada lignoselulosa (Mooney et al, 1998). Ada 2 cara pretreatment yang biasa digunakan untuk menghilangkan lignin yaitu dengan delignifikasi oksidatif dan proses organosolv (Sun and Cheng, 2002). Pada proses delignifikasi oksidasi ini lignin dapat didegradasi dengan menggunakan katallis enzim peroksida H2O2 (Azzam, 1989), sedangkan pada proses organosolv lignin dalam bentuk cairan organic dapat didegradasi dengan menggunakan katalis inorganic seperti asam sulfat H2SO4 atau HCl (Aziz and Sarkanen, 1989).

2.4.6. WheyWhey adalah by produk cair dari suatu indutri harian (industri keju). Sepanjang tahun produksi whey di dunia lebih dari 80 juta ton, mengandung lebih dari 1 juta ton laktosadan 0,2 juta ton protein susu. Merupakan hasil samping keju yang merupakan protein yang sulit menggumpal seperti kasein pada keju. Bahan ini cukup mahal untuk dijual. Oleh karena itu laktosa pekat sering disiapkan untuk fermentasi selanjutnya dari penguapan whey disertai dengan pemindahan protein susu yang digunakan sebagai misalnya, suplemen makanan. Laktosa pada umumnya kurang berguna sebagai umpan awal pada fermentasi dibandingkan sukrosa, seperti untuk terjadinya metabolism hanya sedikit mikroornaisme yang dapat melakukannya. S. cerevisiae contohnya, tidak memfermentasi laktosa. Disakarida ini secara pembentukannya digunakan dalam fermentasi penicillin dan ini juga dapat digunakan dalam fermentasi alcohol, protein sel tunggal, asam laktat, vitamuin B12 dan asam giberelik (waites, dkk, 2005).Whey susu diperoleh dari limbah pembuatan keju dengan komposisi seperti tabel 4, sering digunakan untuk pakan babi (Hidayat, dkk, 2006)

Tabel 4. Komposisi Whey susu (g/L)KomponenJumlah (g/ L)

Laktosa Protein Senyawa nitrogen terlarut Lipid Garam-garam mineral Berat kering45-507-91,51-26-863-70

(sumber : Hidayat, dkk, 2006)

2.4.7. alkana dan alcoholMinyak (fraksi kasar minyak petroleum) mengandung C10-C18 10-25% hidrokarbon parafin yang sangat mudah digunakan mikrobia. Hidrokarbon mempunyai rumus CnH2n+2 dapat berbentuk lurus ataupun rantai bercabang (iso) yang sukar didegradasi oleh semua mikroba. Dalam fraksi petroleum seperti bahan bakar mungkin mengandung hidrokarbon lain (parafin siklik atau aromatis) yang biasanya kurang tersedia untuk dimetabolisme. Candida lipolytica hanya memetabolisme normal parafin. Setelah tumbuh pada fraksi minyak petroleum, bahan diperkaya dengan isoparafin. Isoparafin mempunyai sifat yang mirip dengan bahan bakar. Ini untuk proses penyempurnaan (hidayat, dkk, 2006).Hidrokarbon sangat sesuai sebagai sumber karbon dan energi untuk pertumbuhan mikroba, yaitu sebagai protein sel tunggal (PST). Sejumlah bakteri mampu tumbuh pada hidrokarbon. Strain dari genus Pseudomonas, Bacillus, Acinetobacter (A. Calcoaceticus), corynebacterium, Micobacterium (M. Smegmatis), Nocardia, dan dari famili Enterobacteriaceae. Beberapa bakteri dapat mengasimilasi normal parafin (n-alkana) dan normal olefin (n-alkena). Cladosporium resinae mengasimilasi bahan bakar minyak dan menyebabkan korosi pada tanki bahan bakar. Sejumlah khamir, Crypococcaceae mampu menggunakan hidrokarbon. Spesies dari genus Candida seperti C. lipolytica secara ekonomis memberikan hasil yang baik (hidayat, dkk, 2006).Khamir tidak mengasimilasi alkana yang lebih pendek dari C9, sedang alkana C11 dan C18 adalah yang paling banyak diasimilasi. Kemungkinan alkana dengan berat molekul rendah adalah racun, karena mampu larut dalam lemak sehingga mampu merusak fosfolipid pada membrane sel. Beberapa strain Pseudomonas dapat tumbuh pada heksana, heptana, dan oktana sebagai sumber karbon dan energi, biomassa optimum yang diperoleh pada C16-C20. Katabolisme normal parafin terjadi melalui oksigenase. Oksigen dapat bereaksi dengan C1 dan C2. Jadi kultur Methylomonas methanica mengoksidasi propane menghasilkan campuran asam propionate dan aceton (hidayat, dkk, 2006).Sejumlah produk fermentasi dapat diperoleh dari hidrokarbon. Penggunaan hidrokarbon membutuhkan oksigen lebih banyak daripada karbohidrat. Sebagai contohnya adalah pembentukan biomassa (komposisi global C5H9NO4). Kemungkinan pembentukan biomasssa: (hidayat, dkk, 2006)1. Glukosa C6H12O6 + 2,1 O2 + NH3 1,2 C5H9NO4 + 5,4 H2O(Hasilnya adalah 120 % - 98% berdasarkan berat secara molekuler)2. Heksadekana C16H35 + 8,45 O2 + NH3 3,2 C5H9NO4 + 4,1 H2O (hasilnya adalah 320 % atau 208 % berdasarkan berat secara molekuler tetapi dengan kebutuhan oksigen 4 kali lebih besar)Dalam produksi asam glutamate, heksadekana digunakan untuk menggantikan glukosa. Oksigen yang dibutuhkan 3 kali lipat dan panas yang dihasilkan 3,5 kali (10,35 kkal/ g asam glutamate yang dibentuk heksadekana sebanding dengan 2 kali denagn 2,73 kkal/g dari glukosa). Hidrokarbon alifatik bukanlah satu-satunya yang dapat digunakan untuk metabolisme. Sejumlah hidrokarbon siklik komersia dapat pula digunakan ( benzene, toluene, styerene naphtalena, dan sikloheksana). Metabolism hidrokarbon harus melalui pembukaan cincin. Cincin aromatik pertama mengalami hidrosilasi kemudian dihidrogenasi menjadi senyawa dihidroksi yang terbuka, dengan 1 atau lebih kemungkinan jalan melalui oksigenasi. Sejumlah produk (asam lemak, asam amino, asam laktat, vitamin, dan pigmen karatenoid) dapat diperoleh dari hidrokarbon sama baiknya dengan sumber karbon konvensional seperi karbohidrat. Namun banyak senyawa, termasuk di dalamnya sebagian besar antibiotik dan produk-produk fermentasi anaerob, tidak dapat dihasilkan oleh hidrokarbon tersebut. Hidrokarbin siklik dan paraffin rantai pendek biasanya bersifat racun pada konsentrasi tinggi sehingga yang dikembangkan adalah membuatnya pada konsentrasi rendah (hidayat, dkk, 2006).n-alkana dari panjang ikatan C10-C20 dapat dimetobolisasikan oleh mikroorganisme tertentu. Pencampuran, senyawa tunggal biasaya yang banyak cocok untuk fermentasi mikoba. Walaupun demikian, industr menggunakan tergantung pada harga petroleum yang berlaku. Metana digunakan sebagai sumber karbon pada sebagian kecil mikroorganisme, namun konversi produk metanol lebih disukai untuk industri fermentasi dengan masalah teknis yang cukup sedikit. Kemurnian methanol siap didapatkan dan ini sangat larut dalam air. Methanol mempunyai persentase karbon yang cukup besar dan relatif murah. Meskipun hanya sedikit mikroorganisme yang dapat merombaknya. Selama fermentasi methanol, kebutuhan oksigen dan panas fermentasinya tinggi, tetapi ini akan lebih bermasalah ketika berkembang pada alkana. Beberapa perusahaan menggunakan methanol dan produksi protein mikroba pada tahun 1970an dan awal 1980an, namun proses ini tidak ekonomis (waites, dkk, 2005)Etanol lebih rendah sifat toksiknya dibandungkan methanol dan digunakan satu-satunya oleh banyak mikroorganisme. Namun ini akan terlalu mahal jika dipakai sebagai sumber karbon umum. Walaupun demikian, biotransformasi ke asam asetat dengan menggunakan bakteri sisa fermentasi utama (waites, dkk, 2005). 2.2.8. Lemak dan minyakLemak kasar hewani yang kebanyakan tersusun atas gliserida, dan asam stearat, jarang digunakan dalam fermentasi. Minyak nabati umumnya terbuat dari biji kapas, jagung, buah zaitun, palm, dan kedelai. Minyak nabati dan minyak ikan biasanya digunakan sebagai sumber karbon primer atau suplementer, khususnya produksi antibiotic. Minyak nabati kebanyakan tersusun atas asam oleic dan asam linoleic. Minyak mengandung energi lebih per unit berat dibanding karbohidrat. Karbohidrat menempati volume yang paling besar. Karbohidrat biasanya disiapkan pada larutan encer dengan konsentrasi tidak lebih dari 50% (w/w). oleh karena itu, minyak dapat berguna secara khusus dalam operasi fed-batch, dengan kapasitas cadangan dibutuhkan utuk memuat penambahan ke sumber karbon (waites, dkk, 2005).

BAB II PENUTUP

3.1. KesimpulanUntuk membentuk media fermentasi harus mencukupi kebutuhan mikroorganisme yang terlibat. Nurisi berupa makro nutrient seperti C, H, O, N diperlukan dalam jumlah yang cukup banyak. Sedangkan Mikronutrien seperti Mg, P, S, Fe, Cu, Zn dan Mo diperlukan dalam jumlah yang sangat sedikit.Media yang merupakan sumber karbon dapat di temukan pada molase, ekstrak gandum, pati, sulphite waste liquor, selulosa, whey, alkana dan alkohol, serta lemak dan minyak.

DAFTAR PUSTAKA

Aziz S, Sarkanen K. 1989. Organosolv pulping a review. Tappi. J. 72: 169-175.Azzam AM. 1989. Pretreatment of cane bagasse with alkaline hydrogen peroxide for enzymatic hydrolysis of cellulose and ethanol fermentation. J. Environ. Sci. Health. B. 24: 421-433.Hidayat, Nur., dkk. 2006. Mikrobiologi Industri. Yogyakarta: Penerbit Andi.Mooney CA, Mansfield SH, Touhy MG, Saddler JN. 1998. The effect of initial pore size and lignin content of the enzymatic hydrolysis of softwood. Biores. Technol. 64: 113-119Sun Y, Cheng J. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic material for ethanol production: a review. Bioresour. Tech. 83: 1-11.Waites, M.J., dkk. 2005. Industrial Microbiology. An Introduction. Malden: Blackwell Science Ltd.

LAMPIRAN

Pertanyaan 1 (Nanang Adi)Mengapa kontaminasi media fermentasi perlu dimasalahkan? Padahal kita mengetahui bahwa fermentasi pada dasarnya juga menggunakan bakteri.Jawab: Maksud kontaminasi bakteri pada kasus ini adalah kontaminasi oleh bakteri lain. Misalnya, pada fermentasi alkohol dari glukosa, maka bakteri yang hanya (harus) hidup hanyalah bakteri saccaromyces cerreviceae. Apa bakteri lain dapat hidup di dalam media tersebut (glukosa)? Jawabannya adalah iya, dimana ada sumber karbon, maka bakteri juga akan bertumbuh dan berkembang didalamnya, nah oleh karena itu, maka dalam proses fermentasi, hanya ada bakteri yang mendukung proses pembentukan produknya. Jika dalam medium fermentasi terdapat bakteri lain yang tidak ikut andil dalam pembentukan produk, maka keberadaan bakteri tersebut merupakan salah satu bentuk kontaminasi.Pertanyaan 2 (Lilis Triyowati)Mengapa whey itu harganya mahal? Padahal whey merupakan hasil produk sampingan pembuatan keju. Dimana seperti yang kita ketahui bahwa jika produksi keju meningkat, otomatis produksi whey juga meningkat? Lalu apa contoh penggunaan whey?Jawab:Memang dulu whey itu harganya murah. Namun seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, maka orang lama-kelamaan mengetahui bahwa sesungguhnya whey ternyata masih bisa digunakan sebagai bahan baku, yang mana menurut kandungannya yang ternyata didalamnya masih mengandung nutrisi penting. Hanya saja, whey ini merupakan protein yang sukar menggumpal, berbeda dengan protein pada keju (kasein) yang mudah menggumpal, untuk membuat keju. Nah ternyata, whey ini dapat membentuk emulsi, contohnya dapat diaplikasikan pada pembuatan eskrim.Pertanyaan 3 (Ridhani Rida)Bagaimana proses fermentasi pada bakteri yang mempunyai 2 keadaan yang berbeda, yaitu anaerob dan aerob? Yang tentunya dari pengertiannya saja berbeda dari sumber kebutuhan oksigennya?Jawab: Memang, terdapat bakteri tertentu yang dapat mengalami proses fernentasi dalam keadaan aerob ataupun anaerob, seperti yang telah dijelaskan pada makalah ini yaitu bakteri saccaromyces. Bakteri saccaromyces dapat mengalami metabolism dalam dua keadaan. Bakteri saccaromyces dapat memproduksi alkohol jika kondisi pada keadaan anaerob. Namun jika fermentasi ini dilanjutkan dengan keadaan aerob maka fermentasi alkohol oleh bakteri saccaromyces menghasilkan asam cuka.

Pertanyaan 4 (Febrika Larasati)Pada sumber energi untuk fermentasi yang berupa selulosa dikatakan bahwa perlu dilakukukan proses pre-treatment terlebuh dahulu, bagaimana proses pre-treatment tersebut? Dan siapa yang melakukan proses tersebut?Jawab: Dalam dunia industri, proses perombakan atau pemecahan ikatan pada selulosa adalah proses hidrolisis enzimatik pada lignoselulosa (Mooney et al, 1998). Ada 2 cara pretreatment yang biasa digunakan untuk menghilangkan lignin yaitu dengan delignifikasi oksidatif dan proses organosolv (Sun and Cheng, 2002). Pada proses delignifikasi oksidasi ini lignin dapat didegradasi dengan menggunakan katallis enzim peroksida H2O2 (Azzam, 1989), sedangkan pada proses organosolv lignin dalam bentuk cairan organic dapat didegradasi dengan menggunakan katalis inorganic seperti asam sulfat H2SO4 atau HCl (Aziz and Sarkanen, 1989). Pertanyaan 5 (Dianita Citra Dewi)1). Untuk membuat suatu medium kan kebutuhan karbonnya dihitung, apa dalam kebutuhan karbon, bakteri wajib dikeringkan dahulu?Jawab: Jawabanya iya, karena jika kita menghitungnya tidak dalam keadaan bakteri kering, maka yang bersifat membasahinya merupakan suatu media (air), maka tentunya, bakteri yang basah tidak bisa dikatakan bahwa ia adalah pure bakteri. Nah untuk menghitung karbon yang memakai perhitungan mikroba dalam keadaan kering, tidaklah perlu dikhawatirkan, kita tidak perlu untuk mengeringkannya terlebih dahulu. Mengapa? Karena kita memberikan bakteri itu sudah dalam bentuk kering. Misalnya, ragi tape. Merupakan suatu bakteri saccaromyces yang sudah dalam bentuk kering. Jadi untuk menghitung kebutuhan karbon yang menyertakan massa dari ragi tersebut, dapat langsung dihitung (dengan kita mengetahui massa ragi itu sendiri).Pertanyaan 6 (Dian Nita)Dari sumber karbon yang sudah dijelaskan, dapatkah dari berbagai sumber misalnya Whey + molase + pati dicampur? Jelaskan!Jawab:Untuk campuran dari berbagai sumber, sebenarnya hal ini bergantung juga dengan produk apa yang ingin kita capai. Pertanyaan 7 (Alfonsina A.A Torimtubun)Apakah bisa suatu mikroba ditempatkan pada 2 media yang digabung menjadi 1 misalnya media cair (molasses atau yang lain) dicampur dengan media padat (pati atau yang lain) agar mendapat sumber karbon yang banyak? jika bisa, mengapa? jika Tidak, mengapa?Jawab:Untuk pencampuran 2 medium dengan fase yang berbeda dapat dilakukan misalnya pada pembuatan asam sitrat dari ampas singkong dimana media tersebut dicampur dengan media cair (air). Ini disebut dengan medium semi padat. Pertanyaan 8 (Gregorius Bagas)Tadi dijelaskan bahwa nilai Whey cukup mahal, bagaimana caranya whey yang sebagai produk sampingan diubah menjadi produk utama? Agar industri berkonsentrasi pada wheynya, bukan pada kejunya. Seperti industri etanol di brazil yang konsentrasi pada ethanol bukan gula (tebu)?Jawab:Seperti yang telah dijelaskan pada makalah ini, bahwa whey merupakan hasil samping dari pembuatan keju, karena protein pada whey merupakan protein yang sulit untuk digumpalkan, tidak seperti kasein yang terdapat pada keju. Jika susu tidak difermentasi dengan bakteri (lactobacillus casei) untuk pembuatan keju, maka whey pun tidak dapat diproduksi. Karena pembentukan whey juga tergentung pada pembentukan keju (karena whey merupakan hasil samping keju). Sehingga produksi whey sejalan dengan produksi keju.Pertanyaan 9 (adit Iqbal I)Pada selulosa bagaimana cara memisah sel pada ikatannya?Jawab: Untuk memisah/ memecah ikatan pada selulosa adalah dengan cara hidrolisis enzimatik. Seperti yang dijelaskan pada jawaban dari pertanyaan febrika larasati.Pertanyaan 10 (Adit Iqbal I)Whey itu dulu dibuang, mengapa hasilnya dipakai lagi dan harganya mahal? Jika digunakan, diproses buat apa?Jawab:Dahulu, memang whey itu dibuang, atau hanya sebagai bahan pakan babi. Namun seiring berkembangan ilmu pengetahuan, maka lama kelamaan orang di dunia mengetahui sebenarnya dalam whey ternyata masih terdapat nutrisi yang masih berguna. Whey sekarang digunakan untuk bahan pembuatan permen, eskrim, susu bubuk, dan makanan bayi.Pertanyaan 11 (Freshsya Zatalini)Dapatkah Anda memberikan contoh produk fermentasi yang menggunakan media molase? Jawab: Salah satu produk fermentasi molasses adalah etanol. Pada dasarnya molasses masih mengandung gugus gula, dimana gugus gula tersebut langsung dapat difermentasi, tanpa pemasakan terlebih dahulu (oleh enzim) seperti pati pada jagung dan kentang.3