Media Fermentasi ^^

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1              Latar Belakang

Mikrobiologi 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 unsur dan sumber nutrisi yang lain seperti nitrogen, air, mineral, vitamin, oksigen dan lain sebagainya akan dijelaskan dalam makalah yang berjudul “Media Fermentasi”.

1.2              Perumusan Masalah

            Berdasarkan pemaparan pada latar belakang maka dibuat perumusan masalah yaitu:

1.      Apa yang dimaksud dengan fermentasi?

2.      Bagaimana jenis-jenis fermentasi?

3.      Bagaimanakah pembentukan media fermentasi?

4.      Bagaimanakah sumber karbon, nitrogen, dan mineral dalam media fermentasi?

1.3              Tujuan Penulisan

            Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah prasyarat mikrobiologi industri dan untuk memahami media fermentasi yang digunakan dalam proses fermentasi pada mikrobiologi industri.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1       Fermentasi

2.1.1    Pengertian Fermentasi

 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.

2.1.2    Bahan Baku Fermentasi

            Bahan baku fermentasi yang digunakan setidaknya memiliki beberapa syarat yang harus dipenuhi yaitu, mudah didapat, jumlah besar, harga murah, dan ada substitusinya. Bahan baku fermentasi meliputi hasil pertanian, hasil peternakan, hasil perkebunan, limbah industri.

2.1.3        Potensi Bahan Baku

Potensi bahan baku untuk fermentasi adalah dapat meningkatkan suplai bahan pangan, dapat meningkatkan kualitas gizi, dapat memperpanjang masa simpan buah dan sayur, dapat mengurangi “allergenicity”, dapat meningkatkan kesuburan tanah, dapat mengembangkan pangan fungsional dan mengurangi pencemaran lingkungan.

2.1.4        Mikroba

            Mikrobia dalam industri fermentasi merupakan faktor utama, sehingga harus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu murni, unggul, stabil, bukan pathogen.

Dalam proses-proses tertentu harus menggunakan biakan murni (dari satu strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya. Pada kondisi fermentasi yang diberikan, mikrobia harus mampu menghasilkan perubahan-perubahan yang dikehendaki secara cepat dan hasil yang besar. Sifat unggul yang ada harus dapat dipertahankan. Hal ini berkaitan dengan kondisi proses yang diharapkan.Pada kondisi yang diberikan, mikrobia harus mempunyai sifat-sifat yang tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau lingkungan. Mikrobia yang digunakan adalah bukan patogen bagi manusia maupun hewan, kecuali untuk produksi bahan kimia tertentu. Jika digunakan mikrobia patogen harus dijaga, agar tidak menimbulkan akibat samping pada lingkungan.

2.1.5    Sifat dan Prinsip Fermentasi

Fermentasi dapat berlangsung secara aerob (memerlukan adanya oksigen) dan anaerob tidak memerlukan adanya oksigen. Agar fermentasi dapat berjalan dengan optimal, maka harus memperhatikan faktor-faktor yaitu aseptis (bebas kontaminan), komposisi medium pertumbuhan, penyiapan inokulum, kultur, tahap produksi akhir.

2.2              Jenis Fermentasi

2.2.1    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.

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. Jenis-jenis fermentasi media cair yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut:

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 di mana zat cair yang tidak larut dalam air tersuspensi dalam fase cair.

         Jenis fermentasi ini dan mekanisme pengambilan substrat dengan yang kedua kecuali substrat bersifat cair.

4.      Fermentasi yang tidak diagitasi dimana substratnya larut dalam fase air

         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 wadah yang mempunyai permukaan yang luas dan dalamnyamedia biasanya 2,5 sam 5,0 cm untuk produksi yang tinggi. Untuk produksi komponen-komponen pakan yang paling banyak digunakan adalah fermentasi cair jenis pertama, menyusul jenis keempat terutama untuk memproduksi asam-asam organik.

2.2.2    Fermentasi Media Padat

Fermentasi substrat padat berkaitan dengan pertumbuhan mikroorganisme pada bahan padat dalam ketiadaan atau hampir ketiadaan air bebas. Tingkat lebih atas dari fermentasi substrat padat (yaitu sebelum air bebas tampak) merupakan fungsi penyerapan (absorbancy), dan dengan demikian kadar airnya pada gilirannya tergantung pada jenis substrat yang digunakan. Aktivitas biologis menurun bila kandungan air substrat sekitar 12%. Dan semakin mendekati nilai ini, aktivitas mikrobiologis semakin tertahan. Fermentasi substrat padat tidak memperhatikan fermentasi slurry (yaitu cairan dengan kandungan zat padat taklarut yang tinggi) ataupun fermentasi substrat padat dalam medium cair. Substrat yang paling banyak digunakan dalam fermentasi substrat padat adalah biji-bijian serealia, kacang-kacangan, sekam gandum, bahan yang mengandung linoselulosa (seperti kayu dan jerami), dan berbagai bahan lain yang berasal dari tanaman dan hewan. Senyawaan tersebut selalu berupa molekul primer, tak larut atau sedikit larut dalam air, tetapi murah, mudah diperoleh dan merupakan sumber hara yang tinggi.

                Jenis microorganisme yang tumbuh baik dibawah kondisi fermentasi substrat padat ditentukan terutama oleh faktor aktivitas air (a_w). nilai a_{w ­}substrat secara kuantitatif menyatakan banyaknya air yang dibutuhkan bagi aktivitas mikroba.

2.2.3        Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Media Padat dan Media Cair

1.      Fermentasi Media Padat

Fermentasi media padat mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian, bila dibandingkan dengan fermentasi media cair.

Adapun keuntungan fermentasi media padat yakni :

1.      Pada media padat dapat digunakan substrat tunggal alami

2.      Dapat menghasilkan kepekatan produk yang lebih tinggi

3.      Pengontrolan terhadap kontaminasi lebih mudah

4.      Produktivitas lebih tinggi, dan tidak membentuk buih.

5.      Hasil yang sama dapat berulang dengan kondisi yang sama

6.      Tidak perlu pengontrolan pH dan suhu yang teliti.

Adapun kerugian fermentasi media padat yakni

1.     Terbatasnya jenis mikroba yang dapat digunakan

2.      Kebutuhan jumlah spora inokulum cukup besar,

3.      Sukar dilakukan penetapan bobot miselium sacara teliti,

4.      Menimbulkan panas bila menggunakan substrat lembab dalam jumlah besar

5.     Pengukuran kadar air serta pengaturan pH dan suhu sukar dilakukan

2.   Fermentasi Media Cair

Fermentasi media padat mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian.

Adapun keuntungan fermentasi media cair yakni :

1.         Komposisi dan konsentrasi inokulum  dapat diatur dengan mudah.

2.         Tidak memerlukan takaran atau jumlah inokulum  yang tinggi

Adapun kerugian fermentasi media cair yakni :

1.      Suhu yang melebihi suhu optimum pertumbuhan mikroba dapat mengakibatkan rusaknya struktrur protein dan DNA yang berperan dalam metabolisme dan pertumbuhan sel. 

2.      Pada suhu rendah aktivitas metabolisme sel menurun dengan cepat sehingga metabolit yang dihasilkan menurun.

3.      Mudah terkontaminasi

4.      Untuk mendapatkan permukaan yang luas diperlukan banyak bejana dengan volume tiap bejana yang relatif kecil,

5.      Banyak dibutuhkan tenaga kerja untuk membersihkan dan mensterilisasi alat - alat

2.3       Media Fermentasi

2.3.1    Pengertian Media Fermentasi

             Medium merupakan bahan yang terdiri dari campuran nutrisi yang dapat digunakan untuk isolasi, memperbanyak, pengujian sifat fisiologi, dan perhitungan jumlah bakteri. Medium merupakan faktor penentu yang utama berhasil tidaknya suatu proses fermentasi.

2.3.2    Jenis Media Fermentasi

            Berdasarkan komponen kimianya, medium fermentasi dapat dibedakan menjadi:

1.      Media Sintetik

     Media Sintetik adalah media yang komponen utamanya bahan anorganik

2.      Medium non-sintetik (kompleks)

Medium non-sintetik (kompleks) yang komponen utamanya bahan organik. Misalnya ekstrak kentang, ekstrak kecambah.

3.      Medium diperkaya

Media diperkaya yaitu media yangditambah senyawa tertentu, untuk menumbuhkan mikroba tertentu.

4. Media Selektif                                                                                                                                          

            Media selektif adalah ditambah senyawa tertentu agar untuk menseleksi mikroorganisme tertentu.

2.3.3    Pemilihan Media Fermentasi

            Kriteria pemilihan media ferrmentasi antara lain:

   1.      Konsentrasi produk dalam media maksimum

2.      Kecepatan pembentukan produk maksimum

3.      Produk samping yang tidak diinginkan seminimal mungkin 

4.      Permasalahan yang dihadapi dari segi pelaksanaan proses, aerasi, agitasi, ekstraksi dan pemurnian produk serta penanganan limbah seminimal mungkin.

5.      Harganya relatif murah, kualitasnya konsisten dan kontinuitas  ketersediaannya terjamin.

6.      Yield produk per unit substrat maksimum.

Contoh : - Tetes gula tebu, tetes gula bit, serealia, pati, glukosa, sukrosa dan laktosa sebagai sumber karbon.

-    Garam amonium, urea, nitrat, bungkil kedele sebagai sumber nitrogen.

2.3.4    Formulasi Media

            Pada formulasi media Media harus memenuhi kebutuhan mikroba  untuk pembentukan biomasa selnya dan metabolit.

Langkah utama yang harus dipertimbangkan dalam formulasi media adalah persamaan reaksi pertumbuhan sel dan pembentukan produk yaitu:

  Sumber energi +Sumber N + kebutuhan hidup       biomassa sel + produk + CO₂+   H₂O + panas

Langkah-langkah dalam merancang formulasi medium  adalah:

1.            Mengetahui komposisi sel

Tabel 2.1 Komposisi elemental tipikal untuk mikroba

Elemen	Bobot kering sel (%)
Karbon	50
Nitrogen	7-12
Pospor	1-3
Sulfur	0.5-1.0
Magnesium	0.5

            Tabel 2.2 Komposisi unsur pada bakteri, yeast dan jamur (% berat kering)

Unsur	Bakteri	Khamir	Jamur
Karbon	50-53	45-50	40-63
Hidrogen	7	7	-
Nitrogen	12-15	7.5-11	7-10
Fosfor	2.0-3.0	0.8-2.6	0.4-4.5
Sulfur	0.1-0.2	0.01-0.24	0.1-0.5
Potasium	1.0-4.5	1.0-4.0	0.2-2.5
Sodium	0.5-1.0	0.01-0.1	0.02-0.5
Kalsium	0.01-1.1	0.1-0.3	0.1-1.4
Magnesium	0.1-0.5	0.1-0.5	0.1-0.5
Klorida	0.5	-	-
Besi	0.02-0.2	0.01-0.5	0.1-0.2

2.      Kebutuhan Biokimia Spesifik

Ada mikroba yang dapat tumbuh pada media garam mineral sederhana ada yang memerlukan zat-zat biokimia spesifik karena tidak mampu mensintesis sendiri. Contoh: khamir memerlukan biotin, tiamin dan riboflavin.

3.   Kebutuhan Energi

Mikroba dapat mengkonversi zat kimia dasar menjadi molekul kompleks dan memerlukan energi yang berasal dari oksidasi zat organik tereduksi yang terkendali. Karbon digunakan untuk menghasilkan energi (biosintesis) dan untuk memenuhi keperluan karbon pada sel dalam. Persamaan reaksi biosintesis sel :

A(C_aH_b O_c) + B(O₂) + D(NH)₃            M(C_αH_βO_γN_σ) + P(CO₂) + Q(H₂O)

Rasio massa sel per unit substrat (M/A) tergantung pada proporsi substrat untuk energi dan untuk massa sel berat kering sel yang diperoleh.

Y=

Tabel 2.3 Harga Y terhadap substrat yang digunakan

Substrat	Koefisien Yield Sel
Metan	0.62
n-Alkana	1.03
Metanol	0.40
Etanol	0.68
Asetat	0.34
Maleat	0.36
Glukosa	0.51

Contoh :

Harga Y untuk glukosa = 0.5. Untuk memproduksi 30 g sel/l disediakan 30/0.5 g glukosa = 60 g glukosa/liter.

Maka langkah untuk memformulasikannya adalah:

1.      Untuk mensintesa 30 g/l massa sel khamir dengan amonium sulfat sebagai sumber N dan S maka perlu pemasukan 12 g/l (NH₄)₂SO₄, sehingga dipasok 2.4 g/l N dan 3.0 g/l S.

2.      Dengan kalkulasi yang sama dapat dirancang bangun medium minimal untuk sintesis 30 g/l biomassa khamir.

Tabel 2.4 Medium pertumbuhan untuk produksi 30 g/l khamir pada sumber karbon terseleksi

Komponen Medium	Konsentrasi (g/l)
Sumber Energi-Karbon
Metanol	60.0
Etanol	40.0
Glukosa	60.0
Heksadekan	30.0
(NH4)2SO4	12.0
KH2PO4	1.3
MgSO4	1.5
Mineral sedikit
(Cu,Co,Fe,Ca,Zn,Mo,Mn)	10-4M

2.3.5        Komponen Penyusun Media

Komponen penyusunan media fermentasi antara lain:

1.            Air

Air merupakan komponen utama media fermentasi. Semua proses fermentasi, kecuali solid-substrat fermentasi, memerlukan sejumlah besar air. Tidak hanya air yang merupakan komponen utama dari semua media, tetapi penting untuk peralatan pendukung dan pembersihan. Komposisi, sejumlah besar air bersih, yang konsisten sangat penting.  Untuk beberapa fermentasi, terutama tanaman dan kultur sel hewan, air yang dibutuhkan harus sangat murni. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dari air yang akan digunakan adalah pH, bahan terlarut, kandungan mineral. Contohnya pada produksi bir perlu air berkadar CaSO₄ atau CaCO₃ tinggi.

2.         Sumber Tenaga

Energi pertumbuhan sel diperoleh dari sinar atau oksidasi substrat

Kebanyakan mikroba fermentasi bersifat kemo-organotrof. Beberapa mikroba dapat menggunakan metan, metanol atau hidrokarbon. Sumber energi = sumber karbon seperti karbohidrat, lemak dan protein. Beberapa mikroba dapat menggunakan metan, metanol atau hidrokarbon .

3.     Sumber karbon

Sumber karbon tergantung dari produk yang diharapkan. Misal : produksi etanol dari protein sel tunggal membutuhkan ongkos produksi 60-77% dari sumber karbon maka perlu sumber karbon yang murah.

Karbon merupakan unsure yang paling penting. Dengan 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. 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.

        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 energy.

Kebutuhan karbon dapat ditentukan dari koefisien hasil biomasa (Y), maka:

Y_karbon (g/g) =

Tabel 2.5 Pertumbuhan yield (Y_karbon) pada medium minimum dengan variasi sumber karbon dan energi

	Yglucosa	Yethanol	Ymethanol	Yoktana
Pertumbuhan aerob -          Aspergilus nidulans -          Candida utilis -          Escherchia coli -          Phicia angusta -          Penicillium chrysogenum -          Pseudomonas aeruginosa -          Pseudomonas species -          Saccharomyces cereviceae	0,61 0,51 0,52 0,43 0,43 0,56	0,68 0,63	0,36 0,54	1,07
Pertumbuhan anaerob -          Moorella thermacetica -          Escherchia coli -          Klebsiella pneumonia -          Saccharomyces cereviceae	0,11 0,13 0,12 0,12

(Sumber: 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.

Energi diperoleh terutama melalui 2 jalan:

a.       Fosforilasi substrat

Oksidasi 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.

b.      Fosforilasi oksidatif

Dalam kasus ini energi diubah selama pemindahan electron dalam rantai respirasi. Tiga molekul ATP diperoleh dari tiap pasang electron yang dipindah dari NADH ke oksigen.  (Hidayat, dkk, 2006)

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.

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/L

Jika sumber karbon adalah glukosa maka jumlah yang harus ditambahkan dalam medium:

(40 x 180)/72 = 100 g glukosa/L

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.

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.

Sumber karbohidrat terdiri dari:

1.      Molase

Molase adalah limbah industri gula yang tentunya lebih murah. 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. 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%.

Tabel 2.6 Komposisi molase

Komponen	Persentase
-          Air -          Sukrosa -          Dektrosa -          Fruktosa -          Gula reduksi lain -          Karbohidrat lain -          Abu -          Senyawa nitrogen -          Asam-asam non nitrogen	17-25 30-40 4-9 5-12 1-5 2-5 7-15 2-6 2-8 0,1-1

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. Sterilisasi media yang mengandung ekstrak gandum harus dikontrol dengan hati-hati untuk mencegah pemanasan berlebih (Waites, dkk, 2005).

3.         Pati

        Pati didegradasi menjadi gula sederhana (monosakarida) dengan hidrolisis sebelum fermentasi. Pati juga dapat digunakan sebagai bahan bakar non minyak (etanol). Polisakarida ini tidak siap untuk digunakan seperti monoskarida dan disakarida, namun dapat secara langsung mengalami metabolisme dengan produksi amilase oleh mikroorganisme. Pati jagung adalah yang paling banyak dipakai, namun ini dapat juga didapatkan dari cereal yang lain atau potongan akar. Dalam fermentasi, pati biasanya dikonversi menjadi sirup gula, yang mengandung paling banyak glukosa. kemudian dihidrolisis dengan mengencerkan asam atau enzim amilolitik (Waites, dkk, 2005).

4.         Limbah Sulfite Cair (Sulphite Waste Liquor)

Limbah sulfite cair (Sulphite Waste Liquor) 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).

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. 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.

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.

6.      Whey

Whey 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 2.7, sering digunakan untuk pakan babi.

Tabel 2.7 Komposisi whey susu (g/L)

Komponen	Jumlah (g/ L)
-          Laktosa -          Protein -          Senyawa nitrogen terlarut -          Lipid -          Garam mineral	45-50 7-9 1,5 1-2 6-8 63-70

(Sumber : Hidayat, dkk, 2006)

4.     Sumber nitrogen

Sumber nitrogen diberikan dalam bentuk senyawa organik seperti protein, urea dan asam amino, senyawa anorganik seperti gas amonia, garam amonium dan garam nitrat.  Sumber organik meliputi corn steep liquor, yeast extract, pepton, soya bean meal. 3-15% berat mikrobia adalah nitrogen. Sumber nitrogen digunakan sebagai sumber energi pendamping karbon. Semua mikroorganisme mampu menggunakan nitrogen anorganik, dapat mengasimilasi amonia atau garam-garam amonium sebagai sumber karbon dan dapat menjadi faktor pembatas karena dibutuhkan dalam jumlah besar. Kapang tidak dapat memfiksasi nitrogen, tetapi dapat menggunakan berbagai sumber nitrogen. Sumber nitrogen secara umum: nitrat, urea, amonia (sebagai kontrol pH dan sumber nitrogen), garam-garam ammonium.

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penggunaan nitrogen adalah sebagai berikut:

1.      Dibutuhkan hanya satu asam amino, misalnya asam glutamat untuk mensintesis asam amino lainnya dengan transaminasi.

2.      Kebanyakan kapang dapat menggunakan ammonium sebagai satu-satunya sumber karbon Beberapa mikroorganisme dapat menggunakan nitrat sebagai sumber karbon dan mengubahnya menjadi ammonium oleh nitrat atau nitrit reduktase.

3.      Faktor tumbuh : mikroorganisme tertentu tidak dapat mensintesis faktor   tumbuh untuk dirinya sendiri.

4.      Faktor tumbuh yang umum adalah vitamin B, senyawa yang mirip, asam amino tertentu atau beberapa asam lemak.

5.      Untuk mikroorganisme auksotrof dibutuhkan dalam kadar rendah

6.      Diberikan dalam bentuk : ekstrak khamir, ekstrak hati, dan riboflavin.

7.      Faktor tumbuh dapat diberikan pada konsentrasi tinggi dalam fermentasi asam amino.

         Pada produksi antibiotik poliene, penggunaan sumber nitrogen secara cepat akan menghambat pembentukan produk dengan dipilih bungkil kedele sebagai sumber nitrogen sehingga pembentukan produk berlangsung cepat, karena bungkil kedele mengandung protein dengan fosfor yang rendah dan hidrolisanya lambat.

5.      Sumber Mineral

Mineral penting dalam formulasi media yaitu magnesium (Mg), kalium (K), sulfur (S), kalsium (Ca) dan klor (Cl)  harus ditambahkan secara khusus. 

Kobal (Co), Tembaga (Cu), Besi (Fe), Mangan (Mn), Molibdenum (Mo) dan Seng (Zn) penting dalam aktivitas mikroba, dan umumnya terdapat dalam bahan dasar sebagai impurities (pada tetes atau limbah pati jagung).

Harus ada penelitian untuk menentukan kebutuhannya secara tepat.    Pendekatan dilakukan dengan mengukur kadar abu mikrobia (5% berat   biomass) dan umumnya tediri atas fosfor 60%, sulfur 20 % dan logam-logam.

Tabel 2.8 Kisaran kadar mineral dalam media fermentasi (g/l)

Komponen	Kisaran
KH2PO4	1.0-4.0
MgSO47H2O	0.25-3.0
KCl	0.5-12.0
CaCO3	5.0
FeSO44H2O	17.0
ZnSO48H2O	0.01-0.1
MnSO4H2O	0.1-1.0
CuSO45H2O	0.03-0.01
NaMoO42H2O	0.01-0.1

6.   Sumber Vitamin

Sumber yang digunakan untuk merancang media fermentasi  juga harus mengandung setidaknya beberapa dari yang diperlukan vitamin sebagai kontaminan ringan.Sumber karbon dan nitrogen biasanya sudah mengandung vitamin. Pada produksi asam asetat perlu penambahan Ca pantotenat. Pada produksi asam glutamat perlu penambahan biotin.

7.      Buffer
         Buffer merupakan zat untuk mengendalikan atau menjaga pH medium. Biasa-nya pH medium dipertahankan sekitar pH netral.  Jenis buffer yang umum ditambahkan : kalsium karbonat, protein, peptida, asam amino, amonia, NaOH dan H₂SO₄.

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.

9.      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.

BAB III

PENUTUP

5.1              Kesimpulan

            Berdasarkan pemaparan pembahasan pada bab sebelumnya, maka diambil kesimpulan:

1.         Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba.

2.         Mikrobia dalam industri fermentasi merupakan faktor utama, sehingga harus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu murni, unggul, stabil, bukan pathogen.

3.         Media fermentasi adalah hal yang sangat penting dalam suatu proses fermentasi. Karena segala proses metabolisme tergantung bahan (medium) yang tersedia. Sumber nutrisi terpenting 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 karena Berdasarkan berat mikroba, sekitar 50% berat mikroba adalah karbon.

4.         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

5.         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.

6.         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.

5.2              Saran

Dengan terselesainya makalah yang berjudul ”Mikrobiologi Industri ” ini, penulis berharap agar penyusunan makalah dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan mahasiswa khususnya.

Penulis sangat berharap kepada para pembaca setelah membaca makalah ini, dapat meningkatkan potensi pembaca dalam memahami fermentasi khususnya media yang digunakan dalam proses fermentasi.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim 1. 2000. Bioteknologi.

Brok, T.D., Madigan, M.T. Martinko, J.M.  2006. Biology of Microorganisms. 11^th Edition. Pearson Prentice Hall. Upper Saddle River, Nj 07458

Hidayat, Nur., dkk. 2006. Mikrobiologi Industri. Yogyakarta: Penerbit Andi.

Http://yprawira.wordpress.com/fermentasi-substrat-padat/(25/09/2014)

Waites, M.J., dkk. 2005. Industrial Microbiology. An Introduction. Malden: Blackwell Science Ltd.