Makalah Mikrobiologi - Media Fermentasi Dalam Skala Industri (Scale Up)

BAB I 

DASAR TEORI

Istilah fermentasi berasal dari bahasa latin fervare yang berarti mendidih. Istilah ini digunakan untuk menggambarkan aksi ragi dalam ekstrak buah atau biji-bijian yang menghasilkan gelembung-gelembung gas karbondioksida sebagai akibat proses katabolisme anaerob dari gula yang terdapat dalam ekstrak. 2

Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Produk-produk tersebut biasanya dimanfatkan sebagai minuman atau makanan. Fermentasi suatu cara telah dikenal dan digunakan sejak lama sejak jaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan:

1. Mikroba sebagai inokulum

2. Tempat (wadah) untuk menjamin proses fermentasi berlangsung dengan optimal.

3. Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba.1

Ahli biokimia mengartikan fermentasi sebagai suatu proses pembentukan energi melalui katabolisme senyawa organik. Sedangkan kalangan mikrobiologi industri mengartikan fermentasi sebagai proses pemanfaatan mikroba untuk menghasilkan produk.

Berdasarkan tujuannya, proses fermentasi dikelompokkan menjadi empat yaitu fermentasi untuk memproduksi sel mikroba atau biomasa, fermentasi untuk memproduksi enzim, fermentasi untuk memproduksi metabolit primer dan sekunder serta fermentasi untuk proses transformasi atau modifikasi senyawa yang ditambahkan secara eksternal. Proses fermentasi dapat dilakukan melalui tiga cara yaitu sistem tertutup, sistem semi kontiyu dan sistem kontinyu.2

Agar fermentasi dapat berjalan dengan optimal, maka harus memperhatikan faktor-faktor berikut ini:

1. Aseptis: bebas kontaminan.

2. Komposisi medium pertumbuhan.

3. Penyiapan inokulum

4. Kultur

5. Tahap produksi akhir.

Fermentasi juga memiliki sifat Aerob dan anaerob. Aerob memerlukan adanya oksigen dan Anaerob tidak memerlukan adanya oksigen.

Proses fermentasi berkembang dalam 3 tahap.

1. Tahap perintisan (laboratorium)

2. Pilot plan, dan

3. Skala lapangan (ekonomi).

Kondisi lingkungan meliputi: faktor kimia (konsentrasi substrat) dan faktor fisik (perpindahan medium, pencampuran medium). Faktor fisik menimbulkan problem pada skala besar. Sehingga perlu designer dari teknik kimia.1

BAB II

ISI 

Formulasi media merupakan tahap yang penting dalam industri fermentasi. Sehingga, biaya pembuatan media merupakan faktor kritis bagi aspek ekonomi suatu proses fermentasi. Dalam industri fermentasi diperlukan substrat yang murah, mudah, tersedia, dan efisien penggunaannya. Selain itu, media fermentasi harus memenuhi semua persyaratan nutrisi mikroorganisme dan serta memenuhi tujuan teknis dari proses yang akan dilakukan. Nutrisi harus diformulasikan untuk mensintesis produk target, baik biomassa sel atau metabolit spesifik . Dalam kebanyakan proses fermentasi industri ada beberapa tahap di mana media diperlukan. Tahap-tahap tersebut dapat mencakup beberapa inokulum (kultur starter) propagasi langkah-langkah, skala pilot fermentasi dan utama produksi fermentasi. Teknis tujuan propagasi inokulum dan fermentasi utama seringkali sangat berbeda, yang dapat tercermin dalam perbedaan dalam formulasi media mereka. Dimana biomassa atau metabolit primer adalah produk target, Tujuannya adalah untuk menyediakan media produksi yang memungkinkan optimal pertumbuhan mikroorganisme. Untuk sekunder metabolit produksi, seperti antibiotik, biosintesis mereka tidak terkait pertumbuhan. Akibatnya, untuk ini tujuan, media dirancang untuk memberikan periode awal pertumbuhan sel, diikuti oleh kondisi dioptimalkan untuk produksi metabolit sekunder. Pada titik ini pasokan dari satu atau lebih zat gizi (karbon, fosfor atau sumber nitrogen) mungkin pertumbuhan yang terbatas dan cepat berhenti.

Langkah awal dalam formulasi media adalah pemeriksaan keseluruhan proses berdasarkan stoikiometri untuk pertumbuhan dan pembentukan produk. Tahap ini terutama melibatkan pertimbangan masukan dari karbon dan sumber nitrogen, mineral dan oksigen, dan mereka konversi ke biomassa sel, produk metabolik, karbon dioksida, air dan panas. Dari informasi ini seharusnya mungkin untuk menghitung jumlah minimum setiap elemen yang diperlukan untuk menghasilkan kuantitas tertentu biomassa atau metabolit. Biasanya, unsur utama rumus sel mikroba adalah sekitar C4H7O2N, yang atas dasar berat kering adalah 48% C, 7% H, 32% O dan 14% N. Komposisi unsur sedikit bervariasi dengan laju pertumbuhan, namun kisaran yang relatif kecil dibandingkan dengan perbedaan antarspesies, terutama antara bakteri dan jamur. Setelah persyaratan unsur dari mikroorganisme telah dibentuk, sumber nutrisi yang sesuai dapat dimasukkan ke dalam media untuk memenuhi tuntutan tersebut. Namun, penting untuk menyadari potensi masalah yang dapat timbul ketika menggunakan senyawa tertentu. Misalnya, senyawa yang cepat dimetabolisme dapat menekan pembentukan produk. Selain itu media segar dapat dilakukan dipertahankan terus menerus dengan konsentrasi yang relatif rendah yang tidak represif. Media tertentu nutrisi atau lingkungan kondisi dapat mempengaruhi tidak hanya fisiologi dan biokimia, tetapi juga morfologi mikroorganisme.  Hal ini mungkin atau mungkin tidak diinginkan, seperti perubahan  morfologi  tersebut dapat mempengaruhi hasil produk dan sifat fermentasi lainnya.

Formulasi media juga tergantung pada skala fermentasi. Untuk skala kecil fermentasi laboratorium, bahan kimia murni sering. Namun, hal ini tidak mungkin bagi sebagian besar skala industri fermentasi proses, disebabkan karena biaya, sebagai media komponen sampai 60-80% dari proses pengeluaran. Industri skala fermentasi terutama menggunakan biaya-efektif substrat yang kompleks, di mana karbon banyak dan sumber nitrogen hampir undefinable. Paling berasal dari tumbuhan alami dan bahan hewan, sering produk sampingan dari industri lainnya, dengan bervariasi dan variabel komposisi. 

Faktor utama yang mempengaruhi pilihan akhir media bahan baku adalah sebagai berikut. 

1. Biaya dan ketersediaan: idealnya, bahan harus murah, dan kualitas yang konsisten dan ketersediaannya. 

2. Kemudahan penanganan dalam bentuk padat atau cair, terkait dengan transportasi dan biaya penyimpanan, misalnya persyaratan untuk kontrol suhu. 

3. Sterilisasi persyaratan dan setiap denaturasi potensial masalah. 

4. Formulasi, pencampuran, kompleks dan viskositas karakteristik yang dapat mempengaruhi agitasi, aerasi dan berbusa selama fermentasi dan tahap pengolahan. 

5. Konsentrasi produk, target yang dicapai, laju pembentukan dan hasil per gram substrat digunakan.

6. Tingkat dan berbagai kotoran, dan potensi untuk menghasilkan produk yang tidak diinginkan lebih lanjut selama proses. 

7. Secara keseluruhan kesehatan dan implikasi keselamatan.3

Medium fermentasi memiliki fungsi untuk menyediakan semua nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memperoleh energi, pembentukan sel dan biosintesis produk-produk metabolisme.  Oleh karena itu, suatu medium fermentasi harus mengandung komponen- komponen yang diperlukan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi.  Komponen-komponen tersebut adalah:5

1. Air

 Semua proses fermentasi, kecuali solid-substrat fermentasi, memerlukan sejumlah besar air. Di banyak kasus juga menyediakan elemen mineral. Tidak hanya air yang merupakan komponen utama dari semua media, tetapi penting untuk peralatan pendukung dan pembersihan. Sebuah handal sumber sejumlah besar air bersih, yang konsisten komposisi, Oleh karena itu penting sebelum digunakan, penghapusan padatan tersuspensi, koloid dan mikroorganisme adalah  biasanya diperlukan.  Ketika pasokan air 'keras', itu adalah diperlakukan untuk menghilangkan garam seperti kalsium karbonat. Besi dan klorin juga mungkin memerlukan penghapusan. Untuk beberapa fermentasi, terutama tanaman dan kultur sel hewan d mana air harus sangat murni. Air menjadi semakin mahal, diperlukannya recycle / reusage sedapat mungkin. Ini meminimalkan biaya air dan mengurangi volume membutuhkan limbah pengolahan air.3

2. Sumber karbon

Sumber karbon yang umum digunakan adalah karbohidrat, antara lain; serealia,  umbi  ketela pohon, jagung dan lain-lain. Selain itu juga yang umum digunakan adalah sukrosa yang diperoleh dari gula tebu, laktosa yang diperoleh dari gula susu serta corn step liquor dari hasil samping ekstrak pati jagung dan molase, malt extract, starch, sulphite waste liquor, selulosa serta whey.

a. Molasses 

Glukosa dan sukrosa murni jarang digunakan untuk skala industri fermentasi, terutama karena biaya. Molasses, sebuah produk sampingan dari tebu dan produksi gula bit, merupakan lebih murah dan lebih biasa sumber sukrosa. Bahan ini adalah residu yang tersisa setelah sebagian besar sukrosa telah mengkristal dari ekstrak tumbuhan. Ini adalah gelap berwarna kental sirup yang mengandung 50-60% (b / v) karbohidrat, terutama sukrosa, dengan 2% (b / v) nitrogen zat, bersama dengan beberapa vitamin dan mineral. Komposisi keseluruhan bervariasi tergantung pada sumber tanaman, lokasi tanaman, iklim kondisi di mana ia tumbuh dan pabrik di mana ia diproses. Konsentrasi karbohidrat dapat dikurangi selama penyimpanan dengan mencemari mikroorganisme.  Sebuah produk serupa, molase hydrol, juga dapat digunakan.  Ini produk sampingan dari pati jagung pengolahan terutama mengandung glukosa.

b. Malt Ekstrak 

Ekstrak air dari barley malt dapat terkonsentrasi untuk membentuk sirup di mana karbon sangat berguna sebagai sumber untuk budidaya jamur berfilamen, ragi dan aktinomisetes.  Persiapan ekstrak dasarnya sama seperti untuk produksi wort malt dalam pembuatan bir. Komposisi ekstrak malt bervariasi sampai batas tertentu, tetapi mereka biasanya mengandung sekitar 90% karbohidrat, atas dasar berat kering. Ini terdiri dari 20% heksosa (glukosa dan fruktosa dalam jumlah kecil), 55% disakarida (terutama maltosa dan jejak sukrosa), bersama dengan 10% maltotriosa, trisaccharide. Selain itu, produk ini mengandung berbagai bercabang dan dekstrin bercabang (15-20%), yang mungkin atau mungkin tidak akan dimetabolisme, tergantung pada mikroorganisme. Ekstrak malt juga mengandung beberapa vitamin dan sekitar 5% senyawa nitrogen, protein, peptida dan asam amino. Sterilisasi media yang mengandung ekstrak malt harus hati-hati dikendalikan untuk mencegah over-heating. Konstituen gula-gula pereduksi dan asam amino cenderung menghasilkan produk reaksi Maillard ketika dipanaskan pada pH rendah. Ini adalah produk kondensasi coklat yang dihasilkan dari reaksi gugus amino dari amina, amino asam dan protein dengan gugus karbonil mengurangi gula, keton dan aldehida. Tidak hanya menyebabkan ini perubahan warna, tetapi juga mengakibatkan hilangnya difermentasi bahan dan beberapa produk reaksi dapat menghambat 

mikroba pertumbuhan.

c. Starch dan Dekstrin 

Ini polisakarida yang tidak mudah dimanfaatkan sebagai monosakarida dan disakarida, tetapi dapat langsung dimetabolisme oleh amilase penghasil mikroorganisme, khususnya filamen jamur. Mereka ekstraseluler enzim menghidrolisis substrat untuk campuran glukosa, maltosa atau maltotriosa untuk menghasilkan spektrum gula mirip dengan yang ditemukan dalam ekstrak malt banyak. 

d. Pati Jagung

Pati jagung yang paling banyak digunakan, tetapi juga mungkin diperoleh dari sereal lain dan akar tanaman. Untuk memungkinkan gunakan dalam jangkauan yang lebih luas dari fermentasi, pati biasanya diubah menjadi sirup gula, mengandung sebagian besar glukosa. Ini adalah pertama gelatinized dan kemudian dihidrolisis oleh asam encer atau enzim amilolitik, glucoamylases sering mikroba yang beroperasi pada suhu yang tinggi.

e. Sulfit Limbah Minuman Keras 

Gula yang mengandung limbah yang berasal dari pembuatan bubur kertas industri terutama digunakan untuk budidaya ragi. Limbah minuman keras dari pohon konifer mengandung 2-3% (b / v) gula, yang merupakan campuran dari heksosa (80%) dan pentosa (20%). Heksosa mencakup glukosa, mannose dan galaktosa, sedangkan gula pentosa sebagian besar xilosa dan arabinosa. Mereka minuman keras yang berasal dari pohon deciduous mengandung terutama pentosa. Biasanya minuman keras membutuhkan pengolahan sebelum digunakan karena mengandung belerang dioksida. Itu pH rendah disesuaikan dengan kalsium hidroksida atau kalsium karbonat, dan ini minuman keras yang dilengkapi dengan sumber nitrogen dan fosfor.

f. Selulosa

Selulosa yang terutama ditemukan sebagai lignoselulosa dalam dinding sel tanaman, yang terdiri dari tiga polimer: selulosa, hemiselulosa, dan. Lignoselulosa tersedia dari pertanian, kehutanan, industri dan domestik limbah. Relatif sedikit mikroorganisme dapat menggunakannya secara langsung, karena sulit untuk menghidrolisis. Komponen selulosa adalah sebagian kristal, bertatahkan dengan lignin, dan menyediakan luas permukaan kecil untuk serangan enzim. Kini hal ini terutama digunakan dalam bentuk padat-substrat fermentasi untuk menghasilkan berbagai jamur. Namun, berpotensi menjadi sumber terbarukan yang sangat berharga difermentasi gula sekali dihidrolisis, khususnya di biokonversi menjadi etanol untuk penggunaan bahan bakar.

g. Whey

Whey merupakan produk sampingan dari industri air susu. Itu produksi di seluruh dunia tahunan lebih dari 80 juta ton, mengandung lebih dari 1 juta ton laktosa dan 0,2 juta ton protein susu. Bahan ini mahal untuk toko dan transportasi. Oleh karena itu, laktosa konsentrat yang sering disiapkan untuk fermentasi kemudian dengan penguapan whey penghapusan, berikut protein susu untuk digunakan sebagai suplemen makanan. Laktosa umumnya kurang berguna sebagai bahan baku fermentasi dibandingkan sukrosa, karena dimetabolisme oleh organisme sedikit. S. cerevisiae, misalnya, tidak memfermentasi laktosa. Disakarida ini dulunya 

digunakan secara ekstensif dalam fermentasi penisilin dan itu adalah masih digunakan untuk memproduksi etanol, protein sel tunggal, asam laktat, xanthan gum, vitamin B12 dan giberelat acid.

3. Sumber Nitrogen

Kebanyakan mikroba industri dapat memanfaatkan baik anorganik dan organik sumber nitrogen. Nitrogen anorganik mungkin disediakan sebagai garam amonium, amonium sulfat seringkali dan diamonium hidrogen fosfat, atau amonia. Amonia juga dapat digunakan untuk mengatur pH fermentasi. Sumber nitrogen organik termasuk amino asam, protein dan urea. Nitrogen sering disediakan dalam mentah bentuk yang pada dasarnya produk sampingan dari industri lain, seperti jagung curam, minuman keras ekstrak ragi, peptones dan kedelai makan. Asam amino murni hanya digunakan dalam situasi khusus, biasanya sebagai prekursor untuk spesifik produk.

4. Mineral

Mg, P, K, S, Ca, dan Cl merupakan komponen penting dalam medium fermentasi selain Cu, Co, Fe, Mo, Zn yang merupakan sumber mineral untuk mikroorganisme dalam fermentasi.

5. Vitamin dan factor pertumbuhan 

Banyak bakteri dapat mensintesis semua vitamin yang diperlukan dari elemen dasar. Untuk bakteri lainnya, jamur berfilamen dan ragi, mereka harus ditambahkan sebagai suplemen untuk media fermentasi. Paling alami karbon dan nitrogen Sumber juga mengandung setidaknya beberapa dari yang diperlukan vitamin sebagai kontaminan ringan. Lainnya yang diperlukan faktor pertumbuhan, asam amino, nukleotida, asam lemak dan sterol, ditambahkan baik dalam bentuk murni atau, untuk ekonomi alasan, sebagai tanaman lebih murah dan ekstrak hewan.

6. Buffer

Buffer merupakan zat untuk mengendalikan atau menjaga pH medium. Biasanya pH medium dipertahankan sekitar pH netral.   Misalnya, Ca , garam pospat, protein, pepton, asam amino.

7. Oksigen 

Tergantung pada jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh organisme, itu mungkin diberikan dalam bentuk udara yang mengandung sekitar 21% (v / v) oksigen, atau kadang-kadang sebagai oksigen murni ketika persyaratan yang sangat tinggi.Organisme Kebutuhan oksigen dapat bervariasi tergantung pada sumber karbon. Untuk fermentasi sebagian udara atau suplai oksigen penyaring disterilkan sebelum disuntik dalam fermentor tersebut. 

8. Antifoams 

Antifoams diperlukan untuk mengurangi pembentukan busa selama fermentasi. Busa ini terutama disebabkan oleh protein Media yang menjadi melekat pada antarmuka udara-kaldu di mana mereka mengubah sifat sesuatu benda untuk membentuk busa yang stabil.Jika tidak dikontrol busa dapat menghalangi filter udara, yang mengakibatkan kerugian kondisi aseptik, fermentor menjadi terkontaminasi dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan. Yang penting mungkin paling adalah kebutuhan untuk memungkinkan  'Freeboard' dalam fermentor untuk memberikan ruang untuk busa dihasilkan. Jika berbusa diminimalkan, kemudian throughputs dapat ditingkatkan.Ada tiga pendekatan yang memungkinkan untuk mengendalikan busa produksi: modifikasi komposisi media, penggunaan pemutus busa mekanik dan penambahan antifoams kimia. Antifoams kimia surfaceactive agen yang mengurangi tegangan permukaan yang mengikat busa bersama-sama. The antifoam yang ideal harus memiliki sifat: 

 mudah dan cepat tersebar dengan tindakan yang cepat; 

 aktivitas tinggi pada konsentrasi rendah; 

 berkepanjangan tindakan; 

 mikroorganisme fermentasi non-beracun untuk, manusia 

atau hewan; 

 biaya rendah; 

 termostabilitas, dan 

 kompatibilitas dengan komponen media lain dan Proses, yaitu tidak memiliki efek pada kecepatan transfer oksigen atau hilir operasi pengolahan.3 

Sifat fisik fermentasi secara umum di bagi menjadi dua model utama yaitu fermentasi media cair (liquid state fermentation, LSF) dan fermentasi media padat (solid state fermentation, SSF).  Proses fermentasi dapat dilakukan melalui kultur permukaan dan kultur terendam.  Kultur permukaan menggunakan medium padat atau semi padat, sedangkan kultur terendam menggunakan medium cair.4

BAB III

PEMBAHASAN

A. Formulasi Media

Bahan baku untuk fermentasi pada dasarnya memengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Diperoleh dari binatang, tanaman atau mikroba melalui hidrolisis asam atau enzimatik atas protein atau bahan dengan kandungan protein tinggi, mereka berfungsi sebagai substrat untuk nitrogen dan karbon pada media kultur bakteri. Untuk fermentasi hasil tinggi, bahan baku seperti ekstrak dari khamir atau daging meningkatkan media dengan vitamin dan faktor pertumbuhan penting lainnya.

Formulasi media merupakan tahap yang penting dalam industri fermentasi. Sehingga, biaya pembuatan media merupakan faktor kritis bagi aspek ekonomi suatu proses fermentasi. Dalam industri fermentasi diperlukan substrat yang murah, mudah, tersedia, dan efisien penggunaannya. Selain itu, media fermentasi harus memenuhi semua persyaratan nutrisi mikroorganisme dan serta memenuhi tujuan teknis dari proses yang akan dilakukan. Nutrisi harus diformulasikan untuk mensintesis produk target, baik biomassa sel atau metabolit spesifik . Dalam kebanyakan proses fermentasi industri ada beberapa tahap di mana media diperlukan. Tahap-tahap tersebut dapat mencakup beberapa inokulum (kultur starter) propagasi langkah-langkah, skala pilot fermentasi dan utama produksi fermentasi. Teknis Tujuan propagasi inokulum dan fermentasi utama seringkali sangat berbeda, yang dapat tercermin dalam perbedaan dalam formulasi media mereka. Di mana biomassa atau metabolit primer adalah produk target, Tujuannya adalah untuk menyediakan media produksi yang memungkinkan optimal pertumbuhan mikroorganisme. Untuk sekunder metabolit produksi, seperti antibiotik, biosintesis mereka tidak terkait pertumbuhan. Akibatnya, untuk ini tujuan, media dirancang untuk memberikan periode awal pertumbuhan sel, diikuti oleh kondisi dioptimalkan untuk produksi metabolit sekunder. Pada titik ini pasokan dari satu atau lebih zat gizi (karbon, fosfor atau sumber nitrogen) mungkin pertumbuhan yang terbatas dan cepat berhenti.

B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pilihan Sumber Karbon dan Sumber Nitrogen dan Pengelompokkan Nutrisi

1) Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pilihan Sumber Karbon dan Nitrogen

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi produksi dalam fermentasi antara lain : suhu, pH, waktu inkubasi, aerasi, nutrien meliputi sumber karbon, nitrogen, vitamin dan mineral serta rasio karbon (C) : nitrogen (N). Rasio karbon dan nitrogen merupakan faktor penting dalam produksi fermentasi. Rasio C : N dalam medium fermentasi berperan sebagai sumber nutrien yang dibutuhkan untuk membentuk energi dan menyusun komponen-komponen sel. Setiap mikroorganisme bervariasi dalam kebutuhannya akan rasio C : N tersebut.

Menurut Rahman (1989), rasio C : N yang digunakan dalam industri fermentasi harus memenuhi beberapa criteria berikut ini : 

 dapat memproduksi biomassa dengan hasil maksimum untuk setiap gram substratnya 

 dapat menekan pembentukan produk yang tidak diinginkan sampai serendah mungkin 

 memungkinkan pembentukan produk fermentasi dengan laju maksimum serta mutu yang konsisten.

Berbagai bahan atau substrat yang memenuhi criteria di atas antara lain adalah : molase, serealia, pati, glukosa, sukrosa dan laktosa sebagai sumber C dan garam ammonium, urea, nitrat, corn steep liquor, tepung kedelai, limbah rumah potong hewan dan sisa-sisa fermentasi sebagai sumber N.

energi untuk pertumbuhan berasal dari oksidasi komponen media atau dari sinar matahari. kebanyakan m.o. utk industri menggunakan sumber karbon spt karbohidrat dan lipida protein sbg sumber energi. beberapa m.o. menggunakan methane sebagai sumber karbon dan energi. 

Sumber-sumber karbon : karbohidrat > amilum dari biji jagung. selain itu juga digunakan padi-padian, kentang dan ketela. Jagung juga sering dihidrolisis dengan asam & enzim untuk memperoleh variasi dari glukosa, namun dengan hidrolisis mungkin juga terbentuk racun yang membuat tidak cocok lagi digunakan. Tepung gandum mungkin ditumbuhkan dan dipanasi untuk mendapatkan bahan malt, yang mengandung bermacam gula.

Sukrosa dapat berasal dari gula tebu dan bit gula, umumnya untuk fermentaasi dengan derajat kemurnian tinggi. Penggunaan laktosa dan crude laktosa sangat terbatas. minyak tumbuhan (m. zaitun, jagung, m. biji kapas, m.kedelai, dll.) dpt digunakan. Selain itu sebagai sumber karbon dapat digunakan asam oleat.

2) Pengelompokkan Nutrisi

Semua organisme memerlukan karbon, energi dan elektron untuk aktivitas metabolismenya dan bakteri telah dikelompokkan berdasarkan metode memperoleh dan mengunakan ketiga komponen tersebut. Karbon merupakan komponen utama dan penting bagi sistem hidup khususnya sebagai kerangka makromolekul seluler. Mikroba yang memperoleh karbon dari karbon dioksida disebut autotrof, sedangkan mikroba yang memperoleh karbon dari molekul organik disebut heterotrof. Energi untuk keberlangsungan reaksi seluler dapat berasal dari konversi cahaya atau reaksi oksidasi senyawa organik maupun anorganik. Mikroba fototrofik mampu mengkonversi cahaya menjadi energi kimia, sedangkan kemotrofik memperoleh energi dari oksidasi kimiawi baik organik maupun anorganik. Dalam memperoleh energi diperlukan sumber elektron. Mikroba yang memperoleh elektron dari senyawa organik, disebut organotrof, sedangkan yang memperoleh elektron dari senyawa anorganik disebut litotrof.  

Dengan mengkombinasi terminologi di atas, maka diperoleh model nutrisional dari mikroba. Sebagai contoh kemoorganotrofik heterotrof adalah mikroba yang memperoleh energi dari oksidasi kimiawi, sumber elektron dan karbon dari senyawa organik. Mikroba fotoautotrofik litotrof adalah mikroba yang memperoleh energi dari konversi cahaya, sumber elektron dan karbon dari senyawa anorganik. Tabel 1 menunjukkan pengelompokan mikroba berdasarkan sumber karbon, elektron, dan energi.

Metode pengelompokan mikroba berdasarkan nutrisinya penting dalam mempelajari mikroba. Terdapat mikroba yang mampu tumbuh dengan lebih dari 1 model nutrisional, seperti Rhodobacter sphaeroides yang umumnya fototrofik litotrof (sumber energi, karbon, dan elektron adalah cahaya, CO2 dan H2S). Namun pada kondisi lingkungan gelap, maka model nutrisionalnya berubah menjadi kemoheterotrofik organotrof (sumber energi adalah oksidasi kimiawi dan karbon dan elektron adalah senyawa organik). Beggiatoa sp mampu melaksanakan lebih dari satu model nutrisional secara bersamaan.

C. Komponen, Sifat Fisik,  dan Beberapa Contoh Media Fermentasi Untuk Produksi Skala Industri

1) Komponen Medium Fermentasi

Medium fermentasi memiliki fungsi untuk menyediakan semua nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memperoleh energi, pembentukan sel dan biosintesis produk-produk metabolisme.  Oleh karena itu, suatu medium fermentasi harus mengandung komponen- komponen yang diperlukan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi.  Komponen-komponen tersebut adalah:

1. Air

Air merupakan komponen pokok dalam medium fermentasi.  Beberapa faktor yg perlu diperhatikan yaitu pH, TSS , kandungan mineral, kontaminasi effluent.

2. Sumber karbon

Sumber karbon yang umum digunakan adalah karbohidrat, antara lain; serealia,  umbi  ketela pohon, jagung dan lain-lain. Selain itu juga yang umum digunakan adalah sukrosa yang diperoleh dari gula tebu, laktosa yang diperoleh dari gula susu serta corn step liquor dari hasil samping ekstrak pati jagung dan molase, malt extract, starch, sulphite waste liquor, selulosa serta whey.

3. Sumber nitrogen

a. Asam Organik

Asam-asam organik di antaranya; asam-asam amino, protein, urea.  Sumber-sumber nitrogen sbg protein umumnya tercakup dalam corn step liquor, tepung kedelai,  tepung  kacang, tepung biji kapas 

b. Anorganik

Zat anorganik diantaranya gas amoniak dan garam amonium/Nitrat.

4. Mineral

Mg, P, K, S, Ca, dan Cl merupakan komponen penting dalam medium fermentasi selain Cu, Co, Fe, Mo, Zn yang merupakan sumber mineral untuk mikroorganisme dalam fermentasi.

5. Vitamin

Sumber C & N2 alami sebagian besar  semua   /beberapa vitamin yg diperlukan .  Contoh: Kalsium pantotenat dalam produksi vinegar dan biotin dalam produksi asam glutamate.

6. Buffer

Buffer merupakan zat untuk mengendalikan atau menjaga pH medium. Biasanya pH medium dipertahankan sekitar pH netral.   Misalnya, Ca , garam pospat, protein, pepton, asam amino.

7. Anti buih ( antifoam)

Anti buih ( antifoam) merupakan agensia surface-active yang mengurangi surface tension dengan mengikat buih, sehingga mengurangi pembentukan buih.  Buih disebabkan adanya protein yang terdenaturasi pada interface medium dan udara.

8. Oksigen

Oksigen diberiakn dalam kondisi steril atau dalam bentuk oksigen murni.  Kebutuhan akan oksigen bervariasi tergantung pada sumber karbon yang digunakan.

2) Sifat Fisik Medium Fermentasi

Komposisi media dan kondisi lingkungan merupakan faktor yang sangat penting bagi keberhasilan proses fermentasi. Faktor tersebut akan bervariasi tergantung dari organisme yang digunakan dan tujuan fermentasi. Media harus mengandung nutrien untuk pertumbuhan, sumber energi, penyusun substansi sel dan biosintesis produk fermentasi. Komponen media yang paling penting yaitu sumber karbon dan nitrogen, karena sel mikroha dan produk fermentasi sebagian besar tersusun dari komponen ini. Komposisi media dapat sangat sederhana dan kompleks tergantung pada jenis mikroba yang digunakan dan tujuan fermentasi. Mikroorganisme autotrofik misalnya hanya memerlukan media organik yang sangat sederhana untuk mensintesis semua senyawa organik kompleks yang diperlukan menopang kehidupan, pertumbuhan dan perkembangan sel-sel serta kebutuhan energinya. Sebaliknya mikroorganisme tertentu memerlukan media yang tersusun dari komponen sangat sederhana sampai komplek. 

Sifat fisik fermentasi secara umum di bagi menjadi dua model utama yaitu fermentasi media cair (liquid state fermentation, LSF) dan fermentasi media padat (solid state fermentation, SSF).  Fermentasi media cair diartikan sebagai fermentasi yang melibatkan air sebagai fase kontinu dari sistem pertumbuhan sel bersangkutan.  Fermentasi media paadat meripakan proses feementasi yang berlangsung dalam substrat tidak terlarut, namun mengandung air yang cukup sekalipun tidak mengalir bebas.  Fermentasi cair meliputi fermentasi minuman anggur dan alkohol, fermentasi asam cuka, yogurt dan kefir.  Fermentasi media padat seperti bekatul, jagung giling, tepung biji kapas, kedlai dan sebagainya.  Kelebihan medium cair dibandingkan medium padat adalah pada medium cair lebih mudah mengatur komposisi dan konsentrasi medium serta pemakaian medium dapat efisien.

Proses fermentasi dapat dilakukan melalui kultur permukaan dan kultur terendam.  Kultur permukaan menggunakan medium padat atau semi padat, sedangkan kultur terendam menggunakan medium cair.  Dalam skala beasr lebih banyak digunakan fermentasi terendam karena tidak mudah terkontaminasi dan tidak perlu permukaan yang luas.  Fermentasi terendam umumnya dilakukan dengan menggunakan fermentor/ bioreaktor.  

3) Beberapa Contoh Medium Fermentasi Skala Industri

Kebanyakan medium untuk fermentasi dalam skala industri berasal dari tumbuhan dan sedikit dari produk hewani.  Sebagai contoh, biji-bijian (grain), susu (milk), natural raw material yang berasal dari hasil pertanian dan hutan, karbohidrat seperti gula, pati (tepung), selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

1. Gula, bahan  makanan yang mengandung gula mudah dan relatif mudah didapatkan untuk proses biotik.

2. Pati, jagung, padi, gamdum, kentang, dan pohong (kassava) didegradasi menjadi gula sederhana (monosakarida) dengan hidrolisis sebelum fermentasi.  Pati juga dapat digunakan sebagai bahan bakar non minyak (etanol).

3. Selulosa

4. Substrat dari limbah industri. Molase (tetes tebu), mengandung 50 % gula sebagai substrat untuk produksi antibiotik, asam organik.  Whey (air dadih), danen dan ampas tahu, bahkan urine hewan ternak.

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan yang didapat pada makalah ini adalah :

1. Formulasi media merupakan tahap yang penting dalam industri fermentasi. Sehingga, biaya pembuatan media merupakan faktor kritis bagi aspek ekonomi suatu proses fermentasi. Dalam industri fermentasi diperlukan substrat yang murah, mudah, tersedia, dan efisien penggunaannya

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pilihan sumber karbon dan nitrogen (rasio C : N) dalam industri fermentasi adalah : dapat memproduksi biomassa dengan hasil maksimum untuk setiap gram substratnya , dapat menekan pembentukan produk yang tidak diinginkan sampai serendah mungkin , dan memungkinkan pembentukan produk fermentasi dengan laju maksimum serta mutu yang konsisten.

3. Terdapat empat kelompok mikroba berdasarkan sumber energi, karbon, dan elektron, yaitu : Fotoautotrofik litotrof, Fotoheterotrofik organotrof, Kemoautotrofik litotrof, dan Kemoheterotrofik organotrof

4. Medium fermentasi memiliki fungsi untuk menyediakan semua nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memperoleh energi, pembentukan sel dan biosintesis produk-produk metabolisme dengan komponen- komponen air, sumber karbon, sumber nitrogen, mineral, vitamin, buffer, anti buih, oksigen.

5. Media fermentasi terbagi menjadi dua yaitu fermentasi media cair (liquid state fermentation, LSF) dan fermentasi media padat (solid state fermentation, SSF) dan proses fermentasi dapat dilakukan melalui kultur permukaan yang menggunakan medium padat atau semi padat dan kultur terendam yang menggunakan medium cair.

REFERENSI

Andiko, Arpansi. 2008. Fermentasi Antibiotik.

http://andheklawbae.blogspot.com

Anonim1. 2000. Bioteknologi.

http://staff.uny.ac.id/biotekfermentasi05.pdf

Anonim2. 2008. Mikrobiologi. 

http://cahscient.files.wordpress.com/2008/08/textbook-mikrobiologi6.doc

Anonim3. 2008. Teknologi Pemanfaatan Limbah Untuk Pakan.

http://jajo66.files.wordpress.com

Waites, J.M. dkk. 2001. Industrial Microbiology An Introduction. e-book.