Transcript KULTIVASI SUBSTRAT PADAT DAN CAIR

KULTIVASI SUBSTRAT
PADAT DAN CAIR
Wignyanto
KULTIVASI SUBSTRAT PADAT (SOLID STATE
FERMENTATION) :
Proses yang menggunakan bahan tidak larut air untuk
pertumbuhan mikroba tanpa menggunakan air bebas
KULTIVASI SUBSTRAT CAIR (SUBMERGED
FERMENTATION):
Proses yang menggunakan bahan larut air untuk
pertumbuhan mikroba dengan keberadaan air bebas
TAHAPAN DALAM KULTIVASI SUBSTRAT PADAT :
1. Persiapan substrat (pengecilan ukuran agar susbstrat
mudah difermentasi oleh mikroorganisme,
penambahan nutrien lain, pengaturan pH)
2. Sterilisasi/pasteurisasi
3. Penyiapan inokulum
4. Inokulasi
5. Inkubasi
6. Pemeliharaan kondisi agar optimal
7. Pemanenan dan ekstraksi produk
KONSEKUENSI SEDIKITNYA AIR DALAM
KULTIVASI SUBSTRAT PADAT :
1. Aw < 0.99  cocok untuk fungi ( 0.93 – 0.98) .
Bakteri & khamir umumnya optimal bila Aw di
atas 0.99.
2. Terbatasnya pindah panas yang dapat
menyebabkan masalah overheating terutama
pada skala besar
3. Konsentrasi substrat lebih tinggi (KSP = 90-99
% substrat, KSC = 10 %) Tingginya
konsentrasi ini berpotensial menimbulkan efek
represi dan penghambatan.
KELEBIHAN KSP DIBANDING KSC :
1. Medium pada umumnya sederhana dan tidak memerlukan pre
treatment yang kompleks. Kebanyakan berasal dari hasil pertanian
karena sudah mengandung seluruh nutrient yang dibutuhkan mikroba,
misalnya biji-bijian, dedak gandum, jerami, onggok, dll.
2. Karena Aw rendah, maka mengurangi peluang kontaminasi oleh
bakteri atau khamir.
3. Substrat mempunyai kandungan nutrisi yang sangat tinggi
konsentrasinya  reaktor umumnya lebih kecil ukurannya dibanding
KSC
4. Tenaga aerasi lebih rendah dibanding KSC
5. Untuk inokulum umumnya dalam bentuk spora  tidak perlu reaktor
yang besar
6. Proses hilir lebih mudah, bahkan pada produksi pupuk atau pakan
tidak dihasilkan limbah.
KEKURANGAN KSP DIBANDINGKAN DENGAN KSC
1. Terbatas hanya pada m.o yang tumbuh pada kelembaban
terbatas  kebanyakan fungi
2. Masalah dalam pengeluaran panas sebagai hasil
metabolisme
3. Sulit dalam melakukan kontrol proses (probe untuk sensor
kebanyakan tidak cocok)
4. Terbatasnya fenomena transfer massa tidak seperti yang
terjadi pada KSC yang umumnya dibantu oleh agitasi.
5. Sulit untuk mengetahui pertumbuhan sel  sulit
melakukan studi kinetika
6. Waktu kultivasi lebih lama
MIKROORGANISME DALAM KSP
BAKTERI
- Natto : makanan hasil fermentasi di Jepang oleh Bacillus
subtilis yaitu kedelai masak dibungkus dalam jerami padi dan
dibiarkan ditempat bersuhu hangat selama beberapa hari 
kultivasi tradisional
- Modern : sangat jarang , contoh : Alpha amylase
menggunakan Bacillus spp dengan media wheat bran (dedak
dandum)
KHAMIR
Tape : makanan Indonesia tradisional , media :
singkong atau ketan difermentasi oleh Saccharomyces
cereviseae
 Produksi ethanol oleh Saccharomyces cereviseae
dengan substrat gula bit, sorghum, dan buah anggur
 Makanan ternak : media berpati oleh Saccharomyces
cereviseae untuk meningkatkan kandungan protein
FUNGI (KAPANG)
Paling banyak digunakan pada KSP dikarenakan
•
kapabilitas fisiologi dan pertumbuhan hifa yang
sangat cocok untuk substrat padat
• Fungi berfilamen sangat aktif selama proses komposting
• Fungi mampu mendegradasi makromolekul seperti
karbohidrat, protein, selulosa
Contoh :
1. Koji : tahap pertama pembuatan kecap , substrat kedelai,
m. o : Aspergillus oryzae
2. Tempe : Rhizopus oligosporus pada substrat kedelai
3. Pakan ternak : pengayaan protein pada bahan
berkarbohidrat
4. Pakan ternak : meningkatkan daya cerna bahan
berlignoselulosa  white rot fungi mendegradasi lignin
sehingga selulosa mudah dicerna oleh m o rumen
5. A. niger digunakan pada tepung sorghum untuk
meningkatkan L-lysine (asam amino esensial yang
sedikit jumlahnya pada biji-bijian).
6. Fungi digunakan untuk mengurangi kadar tanin pada
kulit carob dan pulp kopi yang digunakan sebagai pakan
ternak
7. Produksi enzim komersial : selulase, protease, amilase,
pektinase, xylanase, dll
8. Mycotoxin , contoh : ochratoxin, aflatoxin, dll
9. Asam sitrat
10. Blueveined cheeses : penicillium requeforti
KARAKTERISTIK FUNGI SEHINGGA COCOK UNTUK KSP :
Karakteristik Kultivasi Substrat Padat :
-Aw rendah yaitu < 0.99
-pH sulit dikontrol sedangkan hasil metabolisme pada umumnya
menimbulkan suasana asam dan kapang adalah mo yang mampu tumbuh
baik pada pH asam
-Substrat pada umumnya adalah makromolekul misalnya pati, protein,
selulosa, dll.
Kapabilitas fisiologi :
- Tumbuh sangat baik pada Aw rendah dan pH rendah
- Mampu memproduksi enzim hidrolitik ekstraseluler
- Dapat bersporulasi
KARAKTERISTIK PERTUMBUHAN HIFA :
-Memudahkan kolonisasi fungi pada substrat
-Memudahkan penggunaan nutrient pada substrat
SUBSTRAT UNTUK KSP :
-Pada umumnya adalah produk hasil pertanian
- Makromolekul
- Faktor yang harus diperhatikan : ukuran partikel, bentuk
prtikel substrat, porositas, konsistensi partikel
PERSIAPAN SUBSTRAT :
1. Pengecilan ukuran (penggilingan dan
pengirisan)
2. Pengupasan agar substrat mudah kontak dg
m.o
3. Hidrolisis terhadap polimer
4. Suplementasi dg nutrien tambahan
5. Pemasakan
Tugas : beri contoh perlakuan pendahuluan pd
KSP untuk satu produk yang anda ketahui
PENGHITUNGAN BIOMASSA PADA KSP :
Sangat sulit dilakukan. Biasanya diestimasi dengan cara :
- cara langsung : pemisahan sel dari substrat & viable count
method
- Diestimasi dari monitoring aktivitas metabolisme
- Komponen spesifik biomassa diukur
- Fenomena lain yang berkaitan dengan pertumbuhan
PEMISAHAN SEL DARI SUBSTRAT :
Wei et al (1981) : Model pertumbuhan S. cereviseae pd
gelatin  gelatin dicairkan pd suhu sedang lalu disentrifugasi
untuk mendapatkan bobot kering khamirnya, kemudian
diresuspensi dan OD diukur. Ini dilakukan pd beberapa
konsentrasi khamir shg diperoleh plot OD dg bobot sel kering
yang seterusnya digunakan sbg kurva standar
Sugama dan Okazaki (1979) : menggunakan amylase
yang diharapkan dapat mendegradasi substrat beras
sehingga biomass A. oryzae kemudian dapat
dipisahkan teknik filtrasi dg saringan stainless steel (115
mesh) tetapi residu yang tidak terdegradasi
mengganggu.
Viable Count Method
Sato et al (1983) memisahkan dg filter kasar Candida
lypolitica yang tumbuh di substrat beras yang telah
dihomogenisasi. Sel yang ada di filtrat dihitung dg
haemacytometer atau TPC.
Silman (1980) : Aspergillus awamori dlm substrat wheat
bran  sampel diblender dan diencerkan lalu dihitung
dg TPC
Aktivitas metabolik :
-Metabolisme oksigen dan CO2  aktivitas metabolisme
berasosiasi dg pertumbuhan  digunakan untuk estimasi
biomassa
Sugama & Okazaki (1979) : A. oryzae pd substrat beras 
produksi CO2 dideterminasi dg titrasi dg NaOH
-Produksi enzim ekstraseluler
Prod enzim berkorelasi linier dg laju pertumbuhan
Komponen Biomassa
-Nitrogen dan protein
- DNA
- glucosamine dll
BIOREAKTOR :
1. Rotating Drum Fermenter (Bioreaktor Drum Berputar)
2. Wooden sel
3. Covered pan fermenter
4. Vertical incubation sel
5. Tray fermenter
6. Conveyor fermenter
7. Column fermenter
8. dll
Parameter monitoring dan kontrol proses :
1. Kelembaban dan kandungan air
2. Suhu
3. pH
4. Transfer O2 dan aerasi
5. Agitasi