Mikroind Metabolit Primer

8/19/2019 Mikroind Metabolit Primer

1/21

A. Aplikasi Bioteknologi Fermentasi Dalam Produksi Protein Sel Tunggal

Fermentasi mempunyai pengertian aplikasi metabolisme mikroba untuk mengubah bahan

baku menjadi produk yang bernilai lebih tinggi, seperti asam-asam organik, protein sel

tunggal, antibiotika dan biopolimer. Fermentasi merupakan proses yang relatif murah yang

pada hakekatnya telah lama dilakukan oleh nenek moyang kita secara tradisional dengan

produk-produknya yang sudah biasa dimakan orang sampai sekarang, seperti tempe, oncom,

tape, dan lain-lain. Proses fermentasi dengan teknologi yang sesuai dapat menghasilkan

produk protein.

1. Pengertian Protein Sel Tunggal

Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk manusia mulai dikembangkan

pada awal tahun 1900. Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutan Single Cell

Protein !"P# atau Protein !el $unggal. %enurut $annembaum 19&1#, Protein !el

$unggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari

mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana, seperti bakteri, khamir, kapang,

ganggang dan proto'oa. !ebenarnya ada dua istilah yang digunakan untuk produk

mikroba ini, yaitu P!$ Protein !el $unggal# dan Microbial Biomass Product %(P#

atau Produk (iomassa %ikrobial P(%#. (ila mikroba yang digunakan tetap berada dan

bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan P(%. (ila

mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan P!$.

Protein sel tunggal merupakan mikroba kering seperti ganggang, bakteri, ragi,

kapang dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai

untuk konsumsi manusia atau hewan. Produksi itu juga berisi bahan nutrisi lain, seperti

karbohidrat, lemak, )itamin dan mineral.

$eknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal dari tahun 1*&9 di

+nggris, dengan diperkenalkannya adonan yang dianginkan untuk membuat ragi roti

Saccharomyces cerevisiae#. !ekitar tahun 1900, di merika !erikat diperkenalkan alat

pemusing untuk memisahkan sel ragi roti dari adonan pembiakan.


2/21

ambar. Saccharomyces cerevisiae

emajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi dan genetika mikroba

telah banyak memperbaiki metoda untuk menghasilkan protein sel tunggal dari berbagai

macam mikroba dan bahan mentah. /mpamanya, bakteri dengan kandungan protein

yang tinggi sampai & persen atau lebih dapat dihasilkan terus menerus dengan

menggunakan metanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang

dibiakkan dalam media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi

biaya energi untuk pengeringan.

ecemasan akan kekurangan pangan dan malnutrisi di dunia pada tahun 19&0-an

telah meningkatkan perhatian pada sel tunggal. !ebagian besar dari bobot kering sel dari

hampir semua spesies memiliki kandungan protein yang tinggi. leh karena itu, bobot

kering sel tunggal memiliki nilai gi'i yang tinggi.

%ikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai

sumber protein untuk hewan atau pangan harus mendapat perhatian secara khusus.

%ikroorganisme yang cocok antara lain memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit

terhadap tanaman, hewan, dan manusia. !elain itu, nilai gi'inya baik, dapat digunakan

sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk

yang dibutuhkan rendah. %ikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel

tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus2 dari khamir Candida

utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri.

Protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen disebut mikroprotein. 3i

merika !erikat, mikroprotein telah diproduksi secara komersial bernama 4uorn. 5uorn

dibuat dengan cara menanam kapang ditempat peragian yang berukuran besar. !etelah

membuang air dari tempat peragian, makanan berharga yang tertinggal dicetak menjadi balok-balok yang mudah dibawa.


3/21

Produksi protein sel tunggal sangat bergantung pada perkembangbiakan skala

besar dari mikroorganisme tertentu yang diikuti dengan proses pendewasaan dan

pengolahan menjadi bahan pangan. da dua faktor pendukug pengembangbiakan

mikroorganisme untuk protein sel tunggal, yaitu6

a. laju pertumbuhan sangat cepat jika dibandingkan dengan sel tanaman atau sel

hewan dan waktu yang diperlukan untuk penggandaan relatif singkat2

b. berbagai macam substrat yang digunakan bergantung pada jenis

mikroorganisme yang digunakan.

emajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi, dan genetika

mikroba telah banyak memperbaiki metode untuk menghasilkan protein sel tunggal dari

berbagai macam mikroba dan bahan mentah. /mpamanya, bakteri dengan kandungan

protein yang tinggi &7 lebih# dapat dihasilkan terus-menerus dengan menggunakan

methanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang dibiakan dalam

media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi biaya energi untuk

pengeringan.

2. Substrat dan Mikroorganisme dalam Produksi PST

!ubstrat yang dapat digunakan dalam produksi P!$ ber)ariasi, diantaranya

adalah

a. %olases dari pabrik gula atau hidrolisa pati

b."airan sulfit dari pabrik kertas

c. 8idrolisat asam dari kayu

d. imbah pertanian kulit buah, limbah tanaman pertanian, limbah industri pangan#

e. %etana

f. %etanol dan etanol sebagai sumber karbon bagi khamir

g.Parafin atau alkana

h.%inyak bumi

i. as pembakaran sebagai sumber " bagi ganggang.

Pertimbangan pemilihan substrat adalah kandungan nutrisi yang dibutuhkan

mikroorganisme, jumlah substrat secara kuantitatif dan kontinyu ketersediannya serta

harga substrat.

%ikroorganisme yang biasa digunakan dalam memproduksi P!$ adalah bakteri,

kapang, khamir dan ganggang. %asing-masing mikroorganisme mermpunyai kelebihan

dan kelemahan jika digunakan dalam produksi P!$.


4/21

Penggunaan bakteri dalam produksi P!$ sangat terbatas karena mempunyai

kelemahan sebagai berikut 6

a. Penerimaan bakteri sebagai pangan oleh ternak sangat rendah

b. /kuran sel bakteri sangat kecil sehingga sukar dipanen

c. andungan asam nukleat bakteri lebih tinggi dibanding mikroorganisme yang lain

euntungan penggunaan bakteri dalam produksi P!$ adalah6 bakteri dapat

tumbuh pada berbagai substrat, waktu regenerasi cepat dan kandungan protein kasarnya

lebihtinggi dibanding mikroorg anisme yang lain.

Penggunaan gangang untuk produksi P!$ sangat terbatas karena mempunyai

kelemahan sebagai berikut 6

a. %emerlukan suhu yang hangat dan banyak sinar matahari serta membutuhkanco

b.3inding selnya tidak dapat dicerna.

!edangkan kelebihan produksi P!$ dari ganggang dibanding bakteri

adalah6 penerimaan produksi P!$ oleh ternak lebih baik, kandungan asam nukleat lebih

rendah dan ukuran sel ganggang lebih besar sehingga lebih mudah dipanen.berbagai

contoh mikroorganisme dan substrat dalam produksi P!$ dapat dilihat pada tabel 1.

elemahan penggunaan kapang dan khamir dibanding bakteri adalah 6

kandungan protein kasar lebih rendah serta waktu regenarasi yang lebih lama dibanding

bakteri.

Penggunaan kapang dan khamir untuk produksi P!$ secara umum mempunyai

keuntungan dibandingkan dengan bakteri dan ganggang karena sifat-sifatnya sebagai

berikut 6

a. Penerimaan produksi P!$ dari kapang dan khamir oleh ternak lebih baik.

b. andungan asam nukleat lebih rendah

c. /kuran sel kapang dan khamir lebih besar sehingga lebih mudah dipanen dan

konsesntrasinya lebih tinggi

d. 3apat tumbuh pada substrat dengan p8 rendah

Tabel I. Berbagai jenis mikroorganisme dan substrat dalam produksi PST


5/21

arasteristik yang penting dalam seleksi mikroorganisme dalam produksi P!$

adalah6 kecepatan dan keemampuan tumbuh, mudah dalam pemeliharaan kultur,

membutuhkan media yang sederhana, serta kandungan protein kasar dan kualitas gi'i

yang lain dalam mikroorganisme.

Faktor-faktor yang mempengaruhi seleksi mikroorganisme dan substrat

dalam produksi P!$ banyak sekali. Faktor-faktor tersebut antara lain meliputi 6

a. Faktor :utrisi

andungan proten kasar dan asam amino dari mikroorganiosme merupakan

sumbangan nutrisi terbesar. andungan lisin dari pst umumnya lebih tinggidari tanaman

sehingga dapat mensuplai kekurangan lisin. andungan proteinkasar P!$ ber)ariasi

tergantung mikroorganisme yang digunakan seperti terlihat pada tabel.

andungan asam nukleat juga ber)ariasi tergantung mikroorganisme yangdigunakan dalam produksi P!$. andungan asam nukleat dalam ganggang6 ;-


6/21

dalam bakteri 10-1< 7, dalam khamir high temperature short time? 8$!$#.

c. Faktor !osial

Faktor sosial kendala penggunaan P!$ adalah kandungan asam nukleat yang

tinggi yang menyebabkan terbentuknya asam urat dan menaikkan pembuangan urine.

%asalah ini tidak berarti bila jumlah konsumsi P!$ kecil dan barumenjadi masalah bila

konsumsui P!$ mencapai jumlah yang besar.upaya untuk menekan kandungan asam

nukleat dilakukan dengan jalan pemanasan mendadak >heat shock?# untuk memecah

@: danmenghancurkan penghambat pembentukan protein.

d. Faktor Akonomi

(anyak alternatif proses untuk memproduksi P!$. $abel

memperlihatkan>material balance? dalam memproduksi P!$ melalui fermentasi dari

substrat hidrokarbon dan karbohidrat.

(erdasar tabel di atas, dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan masa sel yang

sama 100#, !ubstrat karbohidrat membutuhkan dua kali jumlah ssubsrathidrokarbon

00# meskipun fermentasi hidrokarbon membutuhkan oksigen tiga kali dari jumlah

yang dibutuhkan dalam fermentasi karbohidrat. 3alam hal ini secara ekonomi

penggunaan hidrokarbon dianggap lebih hemat.


7/21

3. Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berotosintesa dan Tanpa

Berotosintesa

%ikroba yang berfotosintesa dan yang tidak berfotosintesa dapat sama-sama

dipakai untuk memproduksi protein sel tunggal. !ekurangnya mikroba ini memerlukan

sumber karbon dan energi, sumber nitrogen, dan suplai unsur nutrisi lain, seperti fosfor,

sulfur, besi, kalsium, magnesium, mangan, natrium, kalium dan unsur jarang, untuk

tumbuh dalam lingkungan air. (eberapa mikroba tidak dapat mensintesa asam amino,

)itamin, dan kandungan seluler lain dari sumber karbon dan nitrogen sederhana. 3alam

hal demikian, bahan-bahan tersebut harus juga disuplai agar mereka bisa tumbuh.

a. Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berotosintesa

anggang dan bakteri tergolong mikroba berfotosintesa yang digunakan untuk

memproduksi protein sel tunggal. Pertumbuhan berfotosintesa ganggang yang

diinginkan, seperti Chlorella, Scenedesmus, dan Spirulina pada $abel#, adalah menurut

reaksi sebagai berikut 6

"ahaya

arbon dioksida B air B ammonia atau nitrat B mineral C sel ganggang B

oksigen

onsentrasi karbondioksida di udara sekitar 0,0D 7, ini tidak cukup untuk

menunjang pertumbuhan ganggang untuk menghasilkan protein sel tunggal. $ambahan

karbon dioksida bisa didapat dari karbonat atau bikarbonat yang terdapat dalam kolam

alkalis, gas yang keluar selama pembakaran atau dari pembusukan bahan organik dalam

air buangan kota dan limbah industri.

!umber nitrogen untuk produksi ganggang adalah seperti garam ammonium, nitrat,

atau nitrogen organis yang terbentuk oleh oksidasi air buangan kota dalam kolam. Fosfor


8/21

dan bahan mineral lain biasanya terdapat dalam air alam dan air limbah dan

konsentrasinya telah cukup untuk pertumbuhan ganggang.

+ntensitas cahaya dan suhu merupakan faktor penting untuk pertumbuhan

ganggang. /ntuk penanaman mikroba secara besar dan ekonomis, suasana dalam tempat

kultur harus cukup jernih dan )ariasi intensitas cahaya harus sekecil mungkin sepanjang

tahunnya. !elain itu suhu haruslah diatur di atas 0E" pada hampir sepanjang tahun.

arena itu, kolam buatan di tempat terbuka di daerah semi tropik, tropik atau kering

merupakan sistem yang paling cocok untuk pertanaman ganggang. (ahan untuk

membangun kolam adalah seperti semen, plastik, atau serat kaca pelapis.

olam harus cukup besar karena pertumbuhan ganggang terjadi terutama pada

daerah setebal 0 cm atau D0 cm saja dan di tempat ini intensitas cahaya terbesar.

Pengadukan perlu untuk mencegah ganggang mengendap ke dasar. 3engan demikian

semua sel ganggang dapat terpapar merata ke cahaya dan bahan nutrisi.

anggang biasanya ditanam dalam kultur campuran yang tidak terlalu steril.

!uasana lingkungannya haruslah menguntungkan bagi kehidupan spesies ganggang yang

diinginkan, agar mereka menjadi dominan dalam persaingan hidup dengan species lain.

Pemerintah +ndia yang bekerja sama dalam proyek +ndo erman lgal Project, telah

mendirikan suatu program kerja sama paa "entral Food $echnological +nstitute di

%ysore, +ndia, untuk membiakan species Scenedesmus dalam kolam buatan. Program ini

menghasilkan beberapa proyek di %esir, +ndia, Peru dan $hailand. !elain itu, dalam

pengamatan di +srael dan rgentina telah memperlihatkan bahwa ganggang dari genus

3umaliella yang tahan terhadap garam dapat ditumbuhkan dalam air asin untuk

menghasilkan protein sel tunggal dan dengan produk tambahan berupa gliserol dan beta-

karoten.

(akteri yang berfotosintesa digunakan untuk menghasilkan protein sel tunggal

ialah seperti bakteri dari genus Rhodopseudomnas, dan ini dapat pula ditumbuhkan

dalam air buangan kota atau limbah industri. 3i epang dan hasilnya digunakan sebagai

pakan ternak. (akteri ini ditumbuhkan dalam kultur campuran dengan bakteri nitrogen

dan bakteri lain yang hidup aerobis. ultur ini harus disuplai dengan bahan organik

sebagai sumber karbon dan energi. %ereka tidak akan dapat tumbuh mengandalkan "₂

dan cahaya, seperti dapat dilakukan oleh ganggang. epadatan kultur bakteri adalah

sekitar 1 sampai gram bahan kering tiap liter.

b. Produksi Protein Sel Tunggal Tanpa Berotosintesa


9/21

%ikroba tidak berfotosintesa yang dibiakkan untuk memproduksi protein sel

tunggal ialah seperti bakteri, kapang, ragi, dan jenis jamur lain. %ikroba ini hidup

aerobosis dan karena itu harus cukup suplai oksigen agar bisa tumbuh karena termasuk

karbon organis dan sumber energi. !elain itu juga merupakan sumber nitrogen, fosfor,

sulfur, dan unsur mineral, yang sebelumnya disebut-sebut hanya diperlukan untuk

pertumbuhan ganggang.

Pengubahan senyawa organik menjadi protein sel tunggal oleh mikroba yang tidak

berfotosintesa dapat dibuat skemanya dengan persamaan reaksi berikut 6

arbon organik B nitrogen B mineral bahan nutrisi B oksigen C

Protein sel tunggal B karbon dioksida B air panas

1! Bakteri

(anyak spesies bakteri yang baik untuk memproduksi protein sel tunggal. !alah

satu ciri bakteri yang cocok untuk ini ialah tumbuhnya cepat, waktu berbiakannya

pendek, masa selnya kebanyakan dapat jadi dua kali lipat dalam waktu 0 menit sampai

jam. !ebagai bandingan, waktu berbiak ragi adalah sampai D jam, dan kapang serta

jamur tinggi ; sampai 1< jam.

(akteri juga dapat tumbuh pada berbagai bahan mentah, mulai dari karbohidrat

seperti pati dan gula, sampai hidrokarbon dalam bentuk gas atau cairan seperti metan dan

fraksi minyak bumi, sampai pada petrokimia seperti metanol dan etanol. !umber

nitrogen yang baik bagi pertumbuhan bakteri ialah seperti amonia, garam aminium, urea

nitrat, dan nitrogen organik dalam limbah. 8arus ada tambahan bahan mineral

ditambahkan ke dalam pembiakan, agar bahan nutrisi dapat menutupi kekurangan yang

dalam air alami mungkin kadarnya tidak cukup menunjang pertumbuhan.

!pesies bakteri yang tampaknya lebih banyak memproduksi protein sel tunggal,

paling baik tumbuh dalam media yang sedikit asam netral, dengan p8 = sampai &.

(akteri itu juga harus dapat toleran terhadap suhu dalam rentang D= sampai ;=G ",

karena panas dilepaskan selama bakteri itu tumbuh. %enggunakan strain yang toleran

terhadap suhu akan menghemat banyak sekali biaya untuk mendinginkan air. Pembiakan

harus dijaga agar selalu dingin, karena fermentasi disini perlu suhu rendah. !pesies

bakteri tak dapat digunakan untuk memproduksi protein sel tunggal, jika itu bersifat

patogen bagi tumbuhan, hewan, atau manusia.

Protein sel tunggal dalam bakteri dapat dihasilkan dengan sistem adonan

kon)ensional. 3alam sistem ini semua bahan nutrisi dimasukan sekaligus kedalam

fermentor. !el-sel dipanen jika mereka menggunakan bahan nutrisi dan berhenti tumbuh.


10/21

:amun dalam metoda produksi yang lebih maju, bahan nutrisi disuplai dengan sistem

kontinyu terus-menerus#, yang konsentrasinya sesuai dengan yang diperlukan untuk

menunjang pertumbuhan bakteri. alu sel-sel pun dipanen terus-menerus dengan

populasinya telah mencapai kerapatan yang diperlukan.

donan konsentrasi karbon dan sumber energi biasanya berkisar antara dan 10

persen. 3alam sistem yang kontinyu suplai sumber karbon diatur sehingga konsentrasi

dalam media tumbuh tidak melebihi yang diperlukan bagi pertumbuhan selbakteri.

onsentrasi ini biasanya akan lebih rendah daripada yang digunakan dalam sistem

adonan.

%enjaga agar suasana steril selama memproduksi protein sel tunggal, sangat

penting, karena mikroba pencemar akan tumbuh sangat cepat dalam media kultur. /dara

masuk, media bahan nutrisi dan alat fermentasi, harus disterilkan dalam seluruh proses

protein sel tunggal dalam bakteri. !uasana steril pun harus terus dijaga selama seluruh

kegiatan produksi.

!uatu sistem untuk produksi protein tunggal dalam bakteri secara kontinyu, dengan

metanol sebagai sumber karbon dan energi, diperlihatkan pada gambar skema dibawah

ini. !kema itu adalah metoda yang paling umum digunakan.

Gambar tahapan umum proses atau tahapan produksi SCP

!etelah bahan nutrisi disterilkan, kemudian dimasukkan ke dalam wadah

fermentasi. !etelah itu dilakukan okulasi bakteri, dan terjadilah pertumbuhan. Hadah

yang disebut IbioreaktorJ, harus disuplai dengan udara steril. ir juga selalu sejuk, untuk

mencegah timbulnya panas dari proses fermentasi, yang jika bertimbun dapat membunuh

sel. ir sejuk diedarkan dalam suatu salut fermentor atau melalui suatu lilitan pendingin

yang berada dalam alat.


11/21

Pada proses kontinyu, bahan nutrisi ditambahkan terus-menerus setiap terpakai,

untuk menjaga konsentrasi bakteri yang diperlukan. arutan yang mengandung bakteri

dituangkan, diolah sehingga bakteri menumpuk atau bergumpal, lalu disentrifungsi.

"airan itu kemudian diedarkan kembali ke dalam fermentor, sedangkan bakterinya

dikeringkan dengan cara penyemprotan, lalu digiling sehingga didapat produk akhir.

Hadah juga dilengkapi dengan alat untuk mengukur dan mengontrol p8, suhu,

dan konsentrasi oksigen yang terlarut. /dara yang dikeluarkan dari bioreaktor

mengandung karbon dioksida yang dapat dipisahkan, lalu dimasukan kedalam tabung

kompresi untuk dijual kepada industri yang menggunakan gas karbon dioksida.

!etelah bakteri di angkat dari tangki fermentasi, mereka harus dipisahkan dari

kaldu kultur, yang biasanya dilakukan dengan menambahkan bahan kimia yang

membuat sel-sel menggumpal. alu disentrifungsi. !el-sel yang terpisah dikeringkan

untuk menghasilkan produk yang akan stabil selama pengiriman ketempat yang jauh dan

disimpan untuk waktu lama. khirnya, harus ada alat untuk menggiling dan

membungkus sel-sel, dan suatu sistem untuk menangani dan mengedarkan kembali

cairan kultur yang terpakai.

Pemasukan oksigen bagi sel-sel dalam fermentor merupakan faktor menentukan

dalam kecepatan tumbuh dan agar hasilnya memuaskan dari pertimbangan ekonomi.

(erbagai rancangan fermentor dapat mengatur pemasukan udara. Kang paling umum

digunakan adalah reakto tangki yang memiliki kincir pengaduk dan fermentor dengan

sistem penampungan udara.

2! "agi

@agi dapat ditumbuhkan pada beberapa macam substrat, meliputi karbohidrat,

baik yang kompleks seperti pati, maupun sederhana seperti gula glukosa, suklrosa, dan

laktosa. 3apat pula dipakai bahan mentah yang mengandung gula seperti sirup gula,

tetes, dan air diadih keju. (eberapa ragi dapat tumbuh pada karbohidrat rantai lurus,

yang dapat bersumber dari minyak bumu2 dapat juga tumbuh pada etanol atau metanol.

!elain itu sumber karbon, sumber nitrogen diperlukan pula. :itrogen diperoleh

dengan menambahkan amonia atau garam amonium ke media kultur. (ahan mineral juga

perlu sebagai tambahan.

ebutuhan untuk memproduksi protein sel tunggal oleh ragi sama dengan yang

diuraikan untuk memproduksinya oleh bakteri. @agi harus memiliki waktu tumbuh

sekitar sampai D jam. +a juga harus toleran terhadap p8 dan suhu. !ecara genetis juga


12/21

harus stabil, sehingga hasilnya memuaskan. $idak pula menyebabkan penyakit pada

tumbuhan, hewan, atau manusia.

3engan kincir pengaduk merupakan macam wadah yang paling banyak dipakai

untuk menghasilkan protein sel tunggal pada ragi, tapi fermentor pengapungan udara

dapat juga digunakan. !eperagi pada kultur bakteri, panas pun dilepaskan selama

pertumbuhan ragi, dan fermentor haruslah dilengkapi dengan sistem pendingin.

Fermentasi ragi dapat beroperasi dalam sistem adonan atau sistem kontinyu atau

dengan cara yang disebut >adonan yang disuplai bahan nutrisi?. Pada adonan yang

disuplai bahan nutrisi, makanan substrat dan bahan nutrisi lain ditambahkan secara

berangsur, yang jumlahnya cukup untuk kebutuhan tumbuh ragi. !ementara itu harus

dijaga agar konstrasi bahan nutrisi setiap waktu selalu rendah. %etoda ini menghasilkan

D,= sampai ;,= persen produk berat kering, dibandingkan dengan 1,0 sampai 1,= produk

berat kering yang dihasilkan dengan sistem adonan. !el yang dihasilkan dengan sistem

adonan yang disuplai bahan nutrisi dipanen dengan cara seperti halnya jika diproduksi

dengan adonan biasa.

%eskipun kultur sistem adonan dan sistem adonan yang diberi bahan nutrisi telah

digunakan dalam memproduksi ragi roti selama bertahun-tahun, namun baru belakangan

dapat dimonitor. 3engan demikian, p8 dan konsentrasi susbtrat disesuaikan dengan

operasi sistem kontinyu. onsentrasi sel ragi sampai 1< persen berat kering# diperoleh

dengan kultur sistem kontinyu.

@agi memiliki keuntungan dibandingkan dengan bakteri untuk memproduksi

protein sel tunggal. !alah satu diantaranya, karena ragi toleran terhadap lingkungan yang

lebih asam, dengan p8 berkisar antara D,= dan ;,= bukan agak netral seperti yang

diperlukan bakteri. kibatnya, proses ragi dapat berlangsung dalam media bersih tanpa

harus steril, pada p8 ;,0 sampai ;,=. ini karena kebanyakan bakteri pencemar tak dapat

tumbuh dengan baik dalam media asam ini. !elain itu, diameter sel ragi adalah sekitar

0,000=cm, dibandingkan dengan bakteri 0,0001 cm. arena besarnya, ragi itu dapat

dipisahkan dari media tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap

penggumpalan.

Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan

oksigen kultur yang sedang tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap

penggumpalan.

Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan

oksigen kultur yang sedang tumbuh. @agi yang tumbuh pada karbohidrat biasanya


13/21

memerlukan sekitar 1 kilogram berat kering sel dan jika ditumbuhkan pada hidrokarbon

diperlukan sekitar dua kali lebih banyak. /dara, yang disterilkan melalui suatu filter,

dimasukkan ke dalam fermentor melalui layar atau pipa yang berlobang-lobang pada

dasar wadah, atau dengan pemasukan udara lewat roda berputar, atau juga memalui

pengapung udara, seperti digunakan untuk mengkultur sel bakteri.

Protein sel tunggal pada ragi dapat dihasilkan dalam suasana steril, maupun

dalam suasana bersih tapi tak steril. Pada adonan biasa, atau adonan yang disuplai bahan

nutrisi yang tidak perlu steril, sumber energinya dipakai karbohidrat. %edia disterilkan

dengan cara mengalirkan melalui pertukaran panas, lalu dimasukkan ke dalam fermentor

yang bersih. Pengontrolan pencemaran dilakukan ke dalam fermentor yang bersih.

Pengontrolan pencemaran dilakukan dengan mengatur p8 media pada ;,0 sampai =,0,

pemasukan udara yang steril, dan besar populasi mikroba pencemar yang sedikit. Pada

beberapa fermentasi ragi sistem kontinyu yang menggunakan hodrokarbon atau etanol

sebagai substrat, perlu suasana steril sempurna, agar didapat hasil memuaskan dan

bermutu.

Candida utilis, yang dikenal sebagai ragi torula dan digunakan untuk tambahan

pakan ternak dan konsumsi manusia, dibuat dari bahan mentah yang beraneka macam.

3iantaranya adalah etanol, cairan limbah sulfit dari pabrik kertas, hidrokarbon berupa

parafin normal, dan air dadih keju. Pure "ulture Products 3i)ision of 8ercules, +nc.,

memiliki pabrik protein tunggal dalam C !ltis di 8utchinson, %inessota. Pabrik itu

berkapasitas


14/21

3ari cairan sulfit dapat diperoleh produk untuk makanan manusia atau pakan

ternak, tergantung pada sistem proses dan kontrol kualitas produk yang diberlakukan.

3engan menggunakan cairan limbah sulfit, didapat hasil sekitar 1 metrik ton berat kering

ragi untuk tiap ton guladalam cairan itu.

3! #apang dan jamur tinggi

Produksi protein sel tunggal pada kapang sekarang ini memakai metoda yang

sama dengan yang dipakai untuk membuat bahan sama pada ragi. ula sederhana atau

bahan mentah yang mengandungnya cocok sebagai substrat bagi berbagai macam

kapang. onsentrasi karbohidrat dalam media biakan biasanya sekitar 10 persen.

!ebagai sumber nitrogen dan tambahan mineral yang dimasukkan kedalam media, biasa

dipakai amonia atau garam amonium. ngka pertumbuhan kapang dan jamur tinggi.

Haktu tumbuh antara ; sampai 1< jam, biasanya lebih rendah daripada bakteri dan ragi.

apang dan jamur tinggi tumbuh subur pada suhu = sampai D< 0" dan pada p8 D,0

sampai &,0. :amun kebanyakan ditanam pada p8 dibawah =,0. +ni perlu untuk

mengurangi sebanyak mungkin pencemaran bakteri.

!ystem adonan atau system gabungan adonan yang diberi bahan nutrisi, atau

system kontinyu, dapat diapakai untuk memproduksi protein sel tunggal. ebanyakan

pada proses dengan system adonan, akan mendapat hasil paling baik jika fermentornya

diberi udara secara kon)ensional. perasinya dilakukan dalam suasana steril jika produk

itu untuk makan manusia. $api, jika untuk konsumsi hewan, dapat diproduksi dalam

lingkungan bersih tanpa harus disterilkan. !eperti fermentasi lain, pendinginan harus

dilakukan pula, untuk mengimbangi panas yang terbentuk selama pertumbuha kapang.

apang dan jamur tinggi, jika dikultur dalam fermentor yang diberi udara, dapat

tumbuh dalam bentuk benang atau pellet, tergantung pada spesies yang ditanam dan

suasana pemberian udara.

+ni dapat menyederhanakan cara pengambilan produknya, karena mycelium yang

berbnetuk beang atau pellet dapat dengan mudah dipisahkan dari media dengan cara

menapis atau dengan menggunakan saringan )akum yang berputar, atau dengan saringan

yang bertekanan biaya rendah. :amun tangki yang diaduk secara mekanis tidak cocok

bagi pertumbuhan mirkoba, karena benang kapang dapat terkonsentrasi sekitar pengaduk

dan tidak tersebar rata pada seluruh media kultur. Penggunaan fermentor yang

didalamnya pemberian udara juga bertindak sebagai pengaduk dapat mencegah masalah

ini.

$. %ilai &konomi Produksi Protein Sel Tunggal


15/21

Faktor yang mempengaruhi kelayakan produksi protein sel tunggal dari segi

ekonomi meliputi6

a. (iaya mendirikan fasilitas produksi.

b. (iaya mnyediakan bahan mentah, energi tenaga kerja, pemeliharaan,

penanggulangan limbah, dan turunnya harga tahunan.

c. auhnya letak pabrik dari pemasok bahan mentah serta untuk pemasaran

produk.

Pada pertengahan tahun 19&0-an biaya untuk memproduksi protein sel tunggal

untk makanan dengan menggunakan bahan mentah metanol, berkisar anatara L


16/21

e. Proses produksi P!$ fleksibel karena dapat digunakan berrbagai substrat dan

mikroorganisme.

Produksi dan penggunaan P!$ juga mempunyai kelamahan-kelemahan sebagai

berikut 6

a. andungan asam nukleat tinggi. andungan asam nukleat dalam tubuh manusia akan

diubah menjadi asam urat sebagai produk akhir. andungan asam urat yang terlalu tinggi

dalam tubuh manusia dapat merangsang gejala penyakit tulang encok#.

b.3inding sel mikroorganisme kadang kadang mengandung komponen yang tidak dapat

dicerna dan bersifat racun atau menyebabkan alergi. (eberapa mikroorganisme juga

memproduksi toksin yang berbahaya, misalnya aflatoksin oleh beberapa kapang.

c. %ikroorganisme mungkin mengadsorbasi komponen beracun atau karsinogenik yang

terdapat didalam substrat, misalnya hidrokarbon rantai ganjil dan bercabang, komponen

aromatic dan sebagainya.

d. Fluktuasi harga dan persediaan sustrat yang tidak tetap, (iaya penyediaan substrat

meliputi ;0-=0 7 dari total biaya produksi P!$.

B. Fermentasi asam asetat

"airan encer beralkohol akan menjadi asam jika kontak langsung dengan udara. 8al ini

diakibatkan oleh proses perubahan alkohol menjadi asam asetat. sam asetat dihasilkan dari

fermentasi substrat larutan yang mengandung pati , larutan gula atau alkohol misalnya

anggur atau >cider? # oleh bakteri golongan "cetobacter .

olongan bakteari yang mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat disebut sebagai asam

asetat dan diklasifikasikan kedalam genera yaitu Glukonobacter dan "cetobacter . enus

Glukonobacter mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat dan tidak mengoksidasinya lebih

lanjut menjadi karbondioksida dan alkohol karena tidak memiliki sebagian en'im yang

dibutuhkan dalam siklus krebs. !edangkan genus "cetobecter mampu mengoksidasi alkoholmenjadi asam asetat dan mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi karbondioksida dan

air.

(akteri asam asetat mempunyai kemampuan membentuk asam dari alkohol secara

oksidasi. (akteri ini termasuk bakteri gram negatif yang bergerak lambat dengan flagella

peritrikh. (akteri ini mirip dengan Pseudomonas tetapi memiliki toleransi terhadap asam

yang tinggi, aktifitas peptollitik yang rendah!chlegel and !chimdt, 199;#.

lasifikasi bakteri jenis "cetobacter aceti adalah sebagai berikut 6

ingdom 6 Bacteria


17/21

Phylum 6 Proteobacteria

elas 6 "lpha Proteobacteria

rdo 6 Rhodospirillales

Famili 6 "cetobacteraceae

enus 6 "cetobacter

!pesies 6 "cetobacter aceti

ambar. oloni "cetobacter aceti

%enurut 3aulay dan @ahman 199#, galur bakteri asam asetat yang penting bagi

industri )inegar adalah yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut 6

1.$oleran terhadap konsentrasi asam asetat yang tinggi

.$idak mengoksidasi asam asetat >o)eroMidation?#

D.%emproduksi asam asetat dengan laju produksi yang tinggi

;.%embutuhkan nutrient dalam jumlah kecil

=.$ahan terhadap infeksi

Pada fermentasi asam asetat hampir semua alkohol dalam medium atau sekitar 9=-

9*7 alkohol dioksidas menjadi asam asetat. !isanya hilang bersama gas yang keluar. Pada

saat yang sama, sumber karbon biasanya glukosa # juga dioksidasi. 8asil oksidasi ini adalah" dan 8 3aulay dan @ahman, 199#

Proses pembentukan asam asetat pada dasarnya lebih merupakan proses oksidasi tidak

sempurna daripada proses fermentasi yang sebenarnya , karena dalam proses ini daya

pereduksi yang dihasilkan dipindahkan ke molekul oksigen. Pada tahap pertama alkohol

dioksidasi menjadi asetaldehida dengan bantuan koen'im. setaldehida kemudian mengalami

hidrasi sehingga terbentuk asetaldehida- hidrat. Pada tahap kedua asetaldehida

dehidrogenase.


18/21

!ecara stoikiometri dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa 1 liter etanol dapat

menghasilkan 1,D0; kg asam asetat dan 0,D91 kg air.8al ini berarti bahwa 17 )N)# etanol

mengahasilkan 17 bN)# asam asetat.Persamaan ini dapat digunakan mempredeksi kesaman

)inegar dan menghitung efisiensi proses fermentasi asetat dam and %oss,000#

Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi asam asetat antara lain6

!uhu

%enurut 8olt et al . 199;# dalam du toit and pretorius 000#, suhu optimum untuk

pertumbuhan "cetobacter dan Gluconobacter adalah =-D0E". Pada suhu D&E"

Gluconobacter tidak dapat tumbuh.

a. p8

p8 optimum untuk pertumbuhan bakteri asam asetat adalah =,= O


19/21

pada pembuatan cuka tomat berlangsung selama 1= hari dengan kadar asam asetat yang

dihasilkan sebesar ,1D7. !edangkan dalam %uafi 00;#, lama fermentasi asam asetat

pada pembuatan asam asetat dari jerami nangka adalah 1< hari dengan kadar adam asetat

yang dihasilkan sebesar ;,97.

'. Fermentasi Asam Sitrat

sam sitrat adalah asam organik yang secara alami terdapat pada buah-buahan seperti

jeruk, nenas dan pear. sam sitrat pertama kali diekstraksi dan dikristalisasi dari buah jeruk,

sehingga asam sitrat hasil ektraksi dari buah-buahan ini dikenal sebagai asam sitrat alami.

Hehner 1*9D# pertama kali melaporkan produksi asam sitrat sebagai hasil sampingan

pada fermentasi produksi asam oksalat dengan menggunakan Penicillium glaucum $ahun

191&, "urrie juga melaporkan bahwa "spergillus niger dapat menghasilkan asam sitrat pada

medium p8 rendah dengan kadar gula tinggi. !ejak saat itu asam sitrat diproduksi secara

komersial dengan menggunakan kapang " niger

3ewasa ini telah diketahui banyak jenis kapang yang dapat menghasilkan asam sitrat,

seperti " niger, " a#amori, " $onsecaeus, " luchuensis, " #entii, " saitoi, " $lavus, "

clavatus, " $umaricus, " phoenicus, Mucor viri$ormis, !stulina vulgaris dll. !elain kapang,

beberapa bakteri dan kamir juga dapat memproduksi asam sitrat, diantaranya 6

Brevibacterium, Corynebacterium, "rthrobacter dan Candida.

apang " niger merupakan mikroorganisme yang dapat tumbuh dan banyak digunakan

secara komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat, dan beberapa en'im seperti

pektinase dan amilase (roekhuijsen et al 199D2 kada 19*=#. " niger mampu mensintesis

asam sitrat dalam medium fermentasi ekstraseluler dengan konsentrasi yang cukup tinggi,

jika dibiakkan dalam media yang kadar garamnya rendah dan mengandung gula sebagai

sumber karbon 8ang et al . 19&&2 i et al 199#.

sam sitrat "


20/21

sam sitrat merupakan senyawa antara pada siklus kreb siklus asam trikarboksilat#.

intasan reaksi katabolik yang mendahului pembentukan asam sitrat ini diantaranya adalah

lintasan glikolisis dan lintasan Antner-3oudoroff yang menyediakan senyawa antara asam

piru)at yang merupakan senyawa kunci dalam metabolisme sel. !ebagian besar *07# dari

glukosa diubah menjadi piru)at melalui lintasan glikolisis. Piru)at akan mengalami

dekarboksilasi dan berikatan dengan koen'im- membentuk asetil-"o dan selanjutnya

masuk kedalam siklus krebs untuk bergabung dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat.

Piru)at juga bisa langsung masuk ke siklus krebs dengan bantuan en'im piru)at karboksilase

yang mengubah piru)at menjadi oksaloasetat.

Pada " niger, fosfoenol piru)at dapat diubah langsung menjadi oksaloasetat tanpa

melalui piru)at# oleh en'im fosfoenol piru)at karboksilase. @eaksi tersebut membutuhkan

$P sebagai sumber energi, %gB, atau %nB, dan B, atau :8;B. udoamidjojo 3arwis

199# menyatakan bahwa apabila sumber karbon bukan glukosa, misalnya asam asetat, atau

senyawa alifatik berantai panjang "9 O "D#, maka isositrat liase akan terinduksi sehingga

isositrat diubah menjadi glioksilat, selanjutnya glioksilat diubah menjadi malat oleh sintetase.

(ila glukosa ditambahkan siklus tersebut akan terhambat.

sam sitrat merupakan metabolik primer, seperti halnya pertumbuhan mikroba secara

umum, pertumbuhan mikroba dalam fermentasi dibatasi oleh ketersediaan beberapa unsur

kelumit P, %n, Qn#. Peranan ion logam dalam proses ini belum diketahui secara menyeluruh.

:ilai p8 optimum sekitar 1,& O ,0. ika p8 lebih tinggi alkalis# menyebabkan pembentukan

asam O asam oksalat dan glukonat dalam jumlah banyak. arenanya pengendalian kondisi

proses secara cermat merupakan prasyarat untuk mempertahankan keteraturan metabolik dan

mendukung pembentukan asam sitrat yang lebih banyak. ondisi yang sesuai tersebut

memungkinkan stimulasi glikolisis untuk penyediaan aliran karbon yang tidak terbatas ke

dalam metabolisme antara. kumulasi sitrat selanjutnya tergantung pada pemasokan

oksaloasetat %angunwidjaja !uryani 199;#.

%angunwidjaja !uryani 199;# juga menjelaskan bahwa kekurangan mangan akan

menurunkan akti)itas en'im dalam siklus asam trikarboksilat yang diikuti oleh penurunan

anabolisme. angguan metabolisme ini menyebabkan perbedaan tingkat ion amonium

intraselluler yang dapat membantu menghilangkan penghambatan en'im fosfofruktose oleh

sitrat. %angan juga terlibat dalam biokimia permukaan sel dan morfologi hifa. ebutuhan

oksigen yang tinggi memungkinkan reoksidasi sitoplasma :38 tanpa pembentukan $P

dan melibatkan suatu cabang respirasi alternatif yang berbeda dari rantai respirasi normal.


21/21

Proses fermentasi asam sitrat dapat dilakukan dengan sistem terendam, fermentasi

kultur permukaan. Fermentasi kultur terendam dibagi dua yaitu dilakukan pada fermentor

berpengaduk dan pada air li$t $ermentor . !edangkan pada fermentasi kultur permukaan dapat

menggunakan media cair maupun media padat. Fermentasi sistem terendam lebih sulit

dilakukan dibandingkan prosedur permukaan, tetapi dapat dilakukan secara curah, proses

curah terumpani, atau sinambung. Fermentasi curah digunakan untuk substrat glukosa, dan

curah terumpani lebih layak diterapkan untuk untuk tetes tebu. (iakan sinambung

mempunyai produkti)itas yang lebih tinggi %angunwidjaja !uryani, 199;#.

Produksi asam sitrat pada proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor

diantaranya adalah jenis media, p8 media, waktu fermentasi, suhu, aerasi, dan

mikroorganisme yang digunakan. Faktor yang paling menentukan adalah media tumbuh

substrat# dan mikroorganisme yang digunakan Friedrich et al 199;#.

Pada umumnya hasil samping pertanian dan perkebunan seperti jerami padi, onggok,

bagas, dan kulit kakao masih mengandung lignoselulosa. imbah ini masih mengandung pati,

protein, lemak, dan senyawa kimia lainnya. 3engan teknologi fermentasi, hasil samping ini

dapat dimanfaatkan lebih lanjut menjadi produk lain yang berguna seperti pangan, pakan

ternak, pelarut organik, asam-asam organik seperti asam sitrat dan lain-lain udoamidjojo et

al 19*9#.

Datar "ujukan

nonim 1. 01. Protein Sel Tunggal. nline# (ttp)**i+o(bio.blogspot.,o.id*2-12*-*protein/sel/tunggal.(tml diakses 1$

Februari 01

Mikroind Metabolit Primer

Documents

Transcript of Mikroind Metabolit Primer