Makalah Fermentasi Kelompok 6.docx

Makalah Fermentasi “Pemanenan & Pemurnian Produk”

Oleh : Khobar Bahari Pane 1607115558 Vanny Efia Triwahyuni 1707111010 Dosen Pengampu : Said Zul Amraini S.T., M.T.

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS RIAU 2019 BAB I PENDAHULUAN 1.

FERMENTASI Fermentasi adalah proses mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh mikroba.

'plikasi proses fermentasi terdiri dari beberapa tahap yaitu formulasi medium,sterilisasi, produksi starter, pemeliharaan pertumbuhan organisme, pemanenan dan

pemurnian

produk. Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk menghasilkan metabolit primer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan yang dikendalikan. Fermentasi merupakan bentuk penerapan atau aplikasi tertua dari bidang bioteknologi. Pada mulanya istilah fermentasi digunakan untuk menunjukkan proses pengubahan glukosa menjadi alkohol yang berlangsung secara anaerob. Tahapan Dan Proses Fermentasi : 1. Formulasi medium yang akan digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme, baik pada Enrichment (pengkayaan) maupun pada Proses Produksi 2. Sterilisasi media, fermentor dan perlengkapannya 3. Produksi kultur murni atau campuran yang cukup untuk meng-inokulasi pada tahap produksi 4. Optimasi produksi pada tahap fermentasi produk dengan kondisi optimum 5. Ekstraksi (pemanenan hasil) dan purifikasi atau pemurnian produk 6. Pembuangan effluen (limbah medium) yang dihasilkan selama produksi

Gambar. Proses Fermentasi a) Upstream Processing Berhubungan dengan semua faktor dan proses yang mengarah

dan meliputi

Fermentasi . Terdiri dari 3 bagian, yaitu : • Mikroorganisme producer • Medium fermentasi • Proses fermentasi b) Downstream Processing Meliputi semua unit proses yang mengikuti fermentasi, yaitu pemanenan, pemecahan sel, pemurnian produk dan ekstrak atau medium dan tahap finishing

BAB II “PEMURNIAN DAN PERMANENAN” 2.1

PEMANENAN DAN PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI Cara pemanenan dan pemurnian produk fermentasi sangat bervariasi dari yang sangat

sederhana sampai dengan yang rumit. Oleh karena itu biaya yang dikeluarkan untuk proses ini pun bervariasi, dari yang tanpa biaya sama sekali sampai dengan yang memerlukan biaya sebesar 60% biaya total produksi. Untuk produk-produk yang memerlukan biaya cukup besar dilakukan pemilihan proses yang tepat dan efisien, mengingat cairan fermentasi merupakan campuran yang mengandung berbagai substansi, antara lain sel mikroorganisme, komponen medium baik yang larut maupun tidak larut, dan produkproduk metabolit lain. Dalam pemilihan proses beberapa hal perlu mendapatkan perhatian : 1. Lokasi produk yang diinginkan (intraselular/ekstraseluler) 2. Proses fermentasi yang dilaksanakan (kultur padat/cair) 3. Karakteristik fisiko-khemis produk 4. Konsentrasi produk dalam cairan fermentasi biasanya berkadar rendah 5. Kandungan substansi lain dalam cairan fermentasi (komponen medium, kotoran, metabolit lain) 6. Bentuk produk yang diinginkan (padat, kristal/cair) 7. Persyaratan produk (kemurnian) 8. Nilai ekonomis produk. Dari pertimbangan di atas, kemudian diusahakan peralatan yang tepat baik tipe maupun ukurannya untuk menjamin bahwa cairan fermentasi dapat diproses secara ekonomis menguntungkan (biaya, waktu dan sebagainya). Tentu saja cara pengunduhan dan pemurnian hasil fermentasi juga tidak terlepas dari proses-proses sebelumnya dalam rangkaian proses produksi. Sehingga proses yang dilakukan sebelum mendapatkan produk sering mengacu pada kemudahan pengunduhan dan pemurnian produk fermentasi.

Beberapa langka-langkah yang mempunyai tujuan kemudahan tersebut adalah : 1. Seleksi mikroorganisme, yang bersifat flokulan (flocculant strain) untuk memudahkan pemisahan sel dari cairannya atau yang tidak membentuk pigmen/metabolit lain. 2. Modifikasi kondisi fermentasi untuk mengurangi produksi metabolit lain yang tidak diinginkan. 3. Ketepatan waktu pengunduhan. 4. Pengendalian pH dan temperatur setelah pengunduhan. 5. Penambahan agensia flokulan/imobil 6. Penggunaan enzim perusak dinding sel.

2.2 PRODUK FERMENTASI 2.

PRODUK FERMENTASI Berbagai produk yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dapat dikelompokkan

menjadi 4 kelompok yaitu Biomassa, enzim, metabolit dan hasil transformasi. 1.

Biomassa

Produk biomassa mungkin berupa sel aktif (Baker’s yeast) ataupun protein sel tunggal (single cell protein) baik yang dipergunakan untuk bahan pangan (food) maupun sebagai bahan pakan (feed) yang diperoleh dari sel-sel bakteria, khamir dan kapang. 2.

Enzim

Tanaman, hewan dan mikroorganisme merupakan sumber enzim yang melimpah. Akan tetapi untuk dapat diproduksi secara komersial, enzim mikroorganisme mempunyai prospek yang sangat baik mengingat kelebihan-kelebihan yang dipunyainya. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan mikroorganisme sebagai sumber enzim adalah : a)

Relatif mudah diproduksi secara besar-besaran dengan teknik fermentasi yang ada.

b)

Waktu produksi yang relatif lebih cepat.

c)

Lebih mudah dilakukan perbaikan/peningkatan produktivitas, baik dengan penggunaan inducer atau kontrol feedback repression maupun dengan manipulasi genetik.

Banyak enzim yang telah diproduksi secara komersial, antara lain amilase/diastase, amiloglukosidase, glukosa isomerase, selulase, protease dan lain sebagainya. 3.

Metabolit

Metabolit mikroorganisme dapat dibedakan menjadi : a)

Metabolit primer, merupakan metabolit yang berperanan penting dalam

penyusunan makromolekul ensensial maupun enzim. Termasuk disini hasil antaranya dan produk akhir. Metabolit-metabolit ini biasanya diproduksi selam fase pertumbuhan eksponensial (fase log), disebut sebagai “trophophase”. Produk-produk fermentasi yang termasuk dalam kelompok ini antara lain asam-asam organik (asetat, laktat, sitrat, propionat), alkohol (metanol, etanol, butanol, propanol), asam-asam amino (glutamat, aspartat, lisin, metionin), asam-asam lemak, karbohidrat (levan, glukan, mannan, glukosa), nukleotida dan vitamin-vitamin. b)

Metabolit

sekunder,

merupakan

metabolit

yang

disintesa

oleh

mikroorganisme tetapi tidak langsung disebutkan di atas, yang memerlukan cara pengunduhan dan pemurnian yang cukup rumit, juga terdapat produk-produk fermentasi yang berupa makanan atau minuman yang langsung dapat dikonsumsi tanpa perlakuan pemurnian. Tempe, tape, keju (makanan) dan bir, anggur, arak (minuman) merupakan produk-produk yang tidak memerlukan pemurnian. 4.

PERMURNIAN (PURIFIKASI) Pemurnian atau purifikasi adalah Proses pemisahan hasil fermentasi dengan

mediumnya, sehingga menghasilkan produk murni hasil fermentasi.

Gambar Tahapan Pemurnian Adapun Metode-metode purifikasi, yaitu : a)

Secara Gravitasional Terdiri dari dua metode yaitu sentrifugasi dan flokulasi. 1) Sentrifugasi

Sentrifugasi meliputi pemisahan cairan dan partikel berdasar densitas. Sentrifugasi dapat digunakan untuk pemisahan sel dari cairan kultur, sel pecah dari cairan, dan kelompok endapan Ada beberapa tipe, yaitu : tubular bowl centrifuge, disc bowl centrifuge, perforate bowl basket centrifuge, zonal ultracentrifuge.

 Tubular Bowl Centrifuge Paling umum digunakan untuk pemisahan padat-cair, isolasi enzim. Dapat dicapai pemisahan yang baik untuk sel mikrobia dalam larutan.

 Disc Bowl Centrifuge Secara luas digunakan untuk memisahkan sel. Dapat untuk memisahkan sel mikrobia yang dipecah dan endapan protein.

 Perforate Bowl Basket Centrifuge

Pengecualian pada pemisahan adsorpbent, seperti selulosa dan agarosa.  Zonal Ultracentrifuge Digunakan dalam industri vaksin karena dapat secara mudah memisahkan sel yang dipecah dari virus. Dapat untuk mengendapkan protein dengan baik. Secara eksperimental digunakan untuk pemurnian RNA polymerase dan berbagai enzim. 2)

Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi ditetapkan untuk proses-proses biologikal jika partikel kecil secara langsung melekat satu dengan lainnya. Sedangkan Flokulasi adalah agensia yang bekerja untuk menggabungkan partikel. Adapun penggunaan Teknik Koagulasi dan Flokulasi, yaitu :

 Sel Utuh Banyak agensia flokulasi digunakan untuk pemisahan produk, seperti : polielektrolit anionik dan kationik, alumina, dan polimer sintetik. Sedikit informasi yang diketahui tentang koagula, tetapi beberapa koagulan anorganik aluminium, garam besidan garam kalsium telah banyak dipelajari.  Sel hancur dan protein Koagulasi dan flokulasi banyak digunakan dengan dilakukan agitasi. Koagulasi dan flokulasi dapat digunakan sebagai alternatif metode presipitasi pada pemisahan enzim. Agensia yang digunakan untuk sel utuh adalah sama dengan untuk sel hancur maupun protein b)

Secara Mekanis

Metode secara mekanis dicontohkan dengan filtrasi dan dianalisis. 1)

Filtrasi

Filtrasi adalah pemisahan padatan dari cairan dengan memaksa cairan mengalir melalui media berpori dan menyetorkan padatan pada media. Prinsip

kerja Filtrasi adalah memisahkan partikel dari cairannya menggunakan medium porous (filter) . Filter menggunakan kain saring atau beberapa bahan porus dengan menggunakan tekanan untuk mendorong partikel melewati filter Elemen-elemen dipisahkan berdasarkan ukuran. Adapun faktor-faktor yang harus diperhatikan: 1.

Viskositas dan densitas filtrat

2.

Sifat partikel (bentuk, ukuran, distribusi)

3.

Rasio solid-liquid

4.

Produk yang dikehendaki (padatan atau cairan)

5.

Sistem produksi (batch atau kontinyu)

6.

Skala produkisi (kecil atau besar)

7.

Kondisi (aseptis atau non aseptis)

8.

Tekanan (perlu atau tidak) Filter Aid merupakan mineral anorganik dan material organik berserat, biasanya dalam bentuk bubuk dan digunakan bersinergi dengan peralatan filtrasi untuk meningkatkan performa akhir filtrasi. Umumnya filter aid berbasis diatomit, perlite dan selulosa. Sifatnya ringan dan kimia inert. Mereka akan membentuk porositas kue filter yang tinggi yang memungkinkan laju alir cairan yang tinggi, memberikan kesempatan ruang pori untuk menjebak padatan dengan tetap meninggalkan persentase cukup besar untuk laju cairan tetap berjalan. Distribusi ukuran partikel sudah disesuaikan untuk memungkinkan proses precoating pada kawat kasar dan tetap memberikan laju aliran sesuai yang diinginkan. Filtrasi untuk meterial biologi umumnya menggunakan batch filtration, rotary drum filtration, atau ultrafiltration methods.

 Batch Filtration Biasanya dengan tekanan konstan dari pompa mendorong cairan melewati filter. Filter cake akan terbentuk sebagai akibat proses filtrasi dan menahan laju filtrasi Filter press

adalah yang umum digunakan dalam industri. Dapat digunakan untuk memisahkan sel tetapi tidak dapat bekerja dengan baik untuk sel hewan dan tumbuhan.

c) Penggunaan sifat permukaan Metode ini terdiri dari adsorpsi, ion-exchange, dan flotasi. 1) Adsorpsi Prinsip kerja dari metode ini adalah pengikatan solut pada fase solid (absorben) oleh gaya Van der Walls. Contoh absorben : C aktif, Al-oksida, Al-hidroksida, Mg-oksida, silika gel atau resin makroporous 2) Ion-exchange Prinsip kerja dari metode ini adalah terjadi perubahan ion yang reversibel antara fase cair dengan fase padat yang tidak diikuti dengan perubahan radikal dalam struktur padat.

Contoh pemurnian streptomisin :

d)

Secara Elektrik

Metode secara elektrik ini menggunakan elektrofresis, elektrodialisis dan elektroosmosis. e)

Presipitasi

Presipitasi adalah prosedur penambahan larutan ionik untuk membuat larutan fermentasi menjadi bentuk partikel yang tidak larut ( digunakan untuk menghilangkan kotoran ). Presipitasi biasanya untuk memisahkan enzim atau protein. Cara yang sederhana biasanya dengan mengubah pH dan suhu Presipitasi dapat dilakukan secara batch atau kontinyu.

f) Pengapungan Prinsip kerja dari metode ini adalah pemisahan didasarkan perbedaan aktivitas permukaan dari substansi. Substansinya berupa sel, makro molekul, koloidal akan ditarik ke permukaan oleh gelembung gas yang diintroduksi dari bawah; lalu dipisahkan melalui overflow. Sering menggunakan surfaktan: asam lemak, amina & senyawa amonium. Variabel yg dipertimbangkan : pH, kecepatan gas, konsentrasi surfaktan. g) Sedimentasi Prinsip kerja dari metode ini adalah pemisahan berdasarkan gaya gravitasi. Stoke Law berbunyi “ kecepatan sedimentasi partikel bulat yang tersuspensi dalam cairan proporsional dengan kuadrat diameter”. v = D2 g (ρp – ρf) / 18 u v = kecepatan sedimentasi (m/det) D = diameter partikel mikroba (m) g = gaya gravitasi (m/det2) ρp = densitas partikel mikroba (kg/m3) ρf = densitas liquid (kg/m3) u = viskositas liquid (Ns/m2) .

BAB IV KESIMPULAN

Proses pemurnian dan permanenan produk fermentasi dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya: secara Gravitasional, Mekanis, Sifat Permukaan, Elektrik, Presipitasi, Pengapungan, dan secara Sedimentasi. Produk fermentasi yang dapat dipisahkan diantaranya adalah enzim, metabolit, produk transformasi, dan Biomassa.

DAFTAR PUSTAKA Isroi. 2008. Topik Penelitian Bioethanol, Topik Penelitian Paling Hot Saat Ini. Online di http://isroi.wordpress.com/. Judoamidjojo, Muljono, Darwis, Abdul Aziz, dan Sa’id, Endang Gumbira. Teknologi Fermentasi. Rajawali Pers. Jakarta Maryani, 2007. Pembuatan Etanol dari Ubi Kayu (Cassava) secara Fermentasi. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang.