kuliah viii b ioteknologi pakan fermentasi
DESCRIPTION
TEKNOLOGI PAKAN. KULIAH VIII B IOTEKNOLOGI PAKAN FERMENTASI. LABORATORIUM NUTRISI TERNAK UNGGAS NON RUMINANSIA DAN INDUSTRI MAKANAN TERNAK. B ioteknologi Pakan. Biokonversi. PRODUK. mikroba. (Bakteri, kapang, yeast). Biokonversi. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
KULIAH VIII
BIOTEKNOLOGI PAKAN FERMENTASI
TEKNOLOGI PAKAN
LABORATORIUM NUTRISI TERNAK UNGGAS NON RUMINANSIA DAN
INDUSTRI MAKANAN TERNAK
Bioteknologi Pakan Biokonversi
mikroba(Bakteri, kapang, yeast)
Biokonversi proses yang dilakukan oleh mikroba untuk mengubah
suatu senyawa menjadi suatu produk yang mempunyai struktur kimia yang berhubungan (transformasi mikrobial).
proses mengonversi atau mengubah suatu bahan organik menjadi produk lain yang berguna dan memiliki nilai lebih dengan memanfaatkan peristiwa biologis (biosintesis dan biolisis).
PRO
DU
K
produk yang dihasilkan sel-sel mikroba atau biomassa, enzim, metabolik primer dan metabolik sekunder
Faktor-faktor yang mempengaruhi biokonversi
1) Sifat fisik dan kimia substrat.a) Kelarutan, pada umumnya zat larut lebih mudah
didegradasi.
b) Luas permukaan, semakin luas permukaan akan semakin mudah diserang mikroba. Oleh karenanya, untuk mempercepat degradasi digunakan substrat dengan ukuran yang kecil.
c) Kemampuan mengadopsi uap air, material yang higroskopis lebih mudah diserang oleh mikroba. Oleh karenanya, kelembaban sangat mempengaruhi kondisi proses.
2) Struktur kimia substrat.Pengaruh struktur kimia dalam degradasi oleh mikroba pada umumnya senyawa karbon yang terbentuk secara alamiah lebih mudah didegradasi dari pada yang sintetik
3) Faktor lingkunganSetiap spesies mikroba mempunyai kisaran kondisi lingkungan dalam batas-batas toleransi yang sempit. Diluar batas itu mikroba tidak dapat tumbuh optimal dan biodegradasi tidak sempurna
Manfaat Biokonversi memperbaiki serta meningkatkan cita rasa.
bersifat mengawetkan
meningkatkan daya cerna
menghasilkan warna lain yang berbeda dengan bahan asalnya
menurunkan / menghilangkan anti nutrisi
FERMENASIBiokonversi : dilakukan melalui teknik fermentasi
Definisi Fermentasi Cara pengolahan dengan menggunakan jasa mikroba
(Kapang, bakteri atau ragi), baik yang ditambahkan dari luar atau secara spontan sudah terdapat dalam bahan bakunya.
Proses kimia dari senyawa-senyawa organik baik dalam keadaan aerob maupun anaerob melalui kerja enzim yang berasal dari mikroorganisma yang dihasilkannya.
Proses pemecahan bahan-bahan organik oleh mikroorganisma sehingga diperoleh bahan-bahan yang diinginkan
proses fermentasi proses protein enrichment
proses pengayaan protein bahan dengan menggunakan mikroba tertentu.
pembuatan Single Cell Protein atau Protein Sel Tunggal (PST),
Media FermentasiMedia tumbuh mikroba dalam proses fermentasi = substrat
Menurut jenis medianya, proses fermentasi dibagi dua, yaitu: o fermentasi media padat dan o fermentasi media cair
fermentasi media padat : fermentasi yang substratnya tidak larut dan tidak mengandung air bebas, tetapi cukup mengandung air untuk keperluan hidup mikroba,
fermentasi media cair : fermentasi yang substratnya bersuspensi atau larut dalam fase cair
Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi
1. Mikrobaa) Murni, harus menggunakan biakan murni (dari satu
strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya
b) Unggul, mikroba harus mampu menghasilkan perubahan-perubahan yang dikehendaki secara cepat dan hasil yang besar.
2. Nutrisi SubstratSemua mikroba memerlukan nutrisi dasar sebagai sumber karbon, nitrogen, mineral, penyedia energi, dan pembentuk konstituen seluler
c) Stabil, mikroba harus mempunyai sifat-sifat yang tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau lingkungan
d) Bukan Patogen, bukan patogen bagi manusia maupun hewan, kecuali untuk produksi bahan kimia tertentu
(3) SuhuMempengaruhi laju pertumbuhan mikrobaMempengaruhi ukuran sel dan efisiensi konsentrasi substrat menjadi massa sel.
Thermofilik adalah kelompok mikroba yang pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu di atas 50 0C
berdasarkan suhu pertumbuhan optimum mikroba dapat digolongkan ke dalam tiga kelompok yaitu :
psikrofilik, adalah kelompok mikroba yang pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu di bawah 20 0C.
mesofilik, merupakan kelompok mikroba yang pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu antara 30 – 35 0C.
(4) AerasiAerasi berguna untuk menyuplai oksigen, mengeluarkan CO2, uap air dan metabolit yang volatil serta untuk mengatur suhu aerobik, mikroba yang memerlukan oksigen dalam
proses metaboliknya anaerobik. mikroba yang tidak memanfaatkan oksigen
dalam proses metaboliknya
fakultatif anaerobik. Mikroba yang hanya mampu memanfaatkan oksigen yang terdapat dalam lingkungan kultur
(5) Kandungan Air MediaAir merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroba air bertindak sebagai pelarut air juga berfungsi sebagai katalis yang terlibat
langsung dalam beberapa reaksi enzimatis
(6) Derajat Keasaman ( pH) Mikroba yang menyekresikan asam organik seperti
asam sitrat dan asam laktat dapat menurunkan pH,
mikroba yang mengasimilasi asam organik yang terdapat dalam substrat menaikan pH.
Kisaran pH minimum, optimum dan maksimum dari golongan bakteri, jamur dan yeast
Jenis Mikroba
Minimum optimum Maksimum
bakteri 3 -5 6,5 – 7,5 8 – 10
Khamir 2 – 3 4,5 – 5,5 7 – 8
kapang 1- 2 4,5 – 5,5 7 - 8
(7) Water Activity (Aw) Water activity : pengukuran air bebas untuk reaksi
potensial enzim dari mikroba dan merupakan ukuran dalam kelembaban produk
diperoleh dari hasil bagi antara tekanan uap air dari substrat dibagi dengan tekanan uap air murni pada temperatur yang sama.
Pengukuran dilakukan pada skala 0 sampa1, di mana nilai 1 merupakan aktivitas dari air murni.
(8) Takaran inokulumo Takaran inokulum (dosis) : berhubungan dengan
banyaknya populasi mikroba yang digunakano menentukan cepat tidaknya proses fermentasi
berlangsung .
Semakin tinggi takaran inokulum semakin tinggi populasi mikroba yang menghasilkan enzim pemecah substrat.
berpengaruh terhadap kualitas produk dalam menghasilkan kandungan nutrien seperti kadar protein,lemak, dan serat kasar produk fermentasi.
(9) Ketebalan Substrat berpengaruh terhadap kekompakan penyebaran
miselia
menentukan keberhasilan pada perombakan nutien
Semakin menyebar dan kompak pertumbuhan mikroba, semakin tinggi produk protein mikrobial terbentuk demikian juga zat zat makanan lainnya.
ketebalan substrat berkisar 2-3 cm
Perubahan Bahan Selama Fermentasiperubahan tersebut berupa kandungan protein, karbohidrat, lemak, vitamin dan mineral, juga pH, kelembaban dan aroma, serta perubahan nilai gizi
Keuntungan fermentasi : terbentuknya antibiotik alami yang memiliki sifat berbeda dengan antibiotik sintetis, yang tidak menyebabkan resisten kuman dan tidak terakumulasi dalam tubuh
Mikroba proteolitik : memecah protein dan komponen-komponen nitrogen lainnya
Mikroba selulolitik: dapat mengubah serat kasar dan derivatnya, menjadi komponen yang lebih sederhana
Mikroba amilolitik: dapat mengubah karbohidrat dan turunannya menjadi alkohol, asam, dan CO2.
Mikroba lipolitik : memecah atau menghidrolisis lemak, fosfolipid, dan turunannya
Fermentasi Substrat PadatKeberhasilan fermentasi substrat padat : adanya
pertumbuhan micellium atau hypha pada permukaan substrat
Keuntungan : medium yang digunakan relatif sederhana, ruang yang digunakan relatif kecil dan sederhana, inokulum yang digunakan dapat disiapkan secara
sederhana
kondisi substrat tempat pertumbuhan mikroba mendekati kondisi habitat alaminya.,
aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang di antara tiap partikel -partikel substrat,
produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah . Umumnya tidak diperlukan kontrol pH dan suhu yang
teliti seperti pada fermentasi substrat cair.
Kelemahan : keterbatasan jenis mikroba yang dapat digunakan, kebutuhan jumlah spora inokulum yang cukup
besar, sukar dilakukan penetapan bobot miselium secara
teliti, adanya masalah mengenai panas yang timbul bila
digunakan substrat lembab dalam jumlah besar dan pengukuran kadar air,dan ph lebih sulit
Fermentasi substrat Cair
komposisi dan konsentrasi inokulum dapat diatur dengan mudah.
tidak memerlukan takaran atau jumlah inokulum yang tinggi
keuntungan
mudah terkontaminasi untuk mendapatkan permukaan yang luas diperlukan
banyak bejana dengan volume tiap bejana yang relatif kecil,
banyak dibutuhkan tenaga kerja untuk membersihkan dan mensterilisasi alat - alat
kelemahan
Fase Pertumbuhan Mikroorganisme
sel melakukan penyesuaian aktivitas metabolik dan fisiologik untuk mempersiapkan pembelahan,
belum terjadi pembelahan sel Lama fase ini bervariasi, tergantung dari kecepatan
penyesuaian lingkungan sekitar.
1) fase adaptasi
Kurva Pertumbuhan Mikroba
2) Fase Pertumbuhan Logaritmik (Log Phase) Pada kondisi optimal tiap sel akan membelah. memerlukan jumlah waktu yang sama. populasi akan mengalami perkembangan paling
pesat. Perimbangan multifikasi tergantung kepada
konsentrasi media, metabolit-metabolit toksik dan lingkungan yang menguntungkan
3) Fase Pertumbuhan Lambat
Pertumbuhan mikroba mengalami perlambatan. Perlambatan pertumbuhan disebabkan zat nutrisi di
dalam medium sudah berkurang dan adanya hasil-hasil metabolisme yang beracun sehingga menghambat pertumbuhan mikroba.
Pertumbuhan sel pada fase ini tidak stabil, jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang
tumbuh masih lebih banyak dari sel yang mati
4) Fase Pertumbuhan Tetap ( Stationary Phase)
seluruh sel berhenti membagi diri atau bilamana sel-sel hidup telah mencapai keseimbangan dengan sel-sel mati
Meskipun pertumbuhan telah terhenti, metabolisme dan akumulasi produk masih terjadi di dalam sel atau di dalam cairan.
Massa sel total dapat tetap konstan tetapi jumlah sel hidup cenderung menurun
5) Fase Menuju Kematian dan Fase Kematian nutrient di dalam medium dan energi cadangan di
dalam sel sudah habis terjadinya lisis dari sel terjadi akumulasi lanjutan, produk metabolit yang
menghambat nutrient penting dalam medium habis, jumlah sel turun secara logaritmik dipengaruhi oleh kondisi nutrient, lingkungan dan
jenis mikroba
Enzim
sebagai fermen yang bentuknya tidak tertentu dan tidak teratur, yang dapat bekerja tanpa adanya mikroba, dan dapat bekerja di luar mikroba
senyawa organik yang dihasilkan oleh sel-sel hidup
Definisi
Enzim berfungsi untuk mempercepat berlangsungnya reaksi kimiawi, tanpa enzim itu sendiri berubah setelah reaksi selesai
Enzim-enzim yang dihasilkan oleh mikroba
1. α-amilase Amilase menghidrolisis pati menjadi dekstrin dan
gula
Kapang yang mampu menghasilkan α-amilase adalah spesies dari genus Penicillium, Cephalosporium, Mucor, Neurospora, dan Rhizopus
2. Protease bersifat alkalin (kebanyakan dari bakteri, dan
kapang): Aspergillus niger, A. sojoe, A. oryzae, dan A. flavus
bersifat netral: dari bakteri dan Actinomycetes, serta kapang A. oryzae, A. sojoe
bersifat asam (pH optimum 2,0-3,0) dihasilkan oleh banyak kapang Aspergillus sp
3. Lipase
Enzim lipase berfungsi dalam penyedia asam lemak bebas bagi Fetty Acid Methyl Ester (FAME) yang penting dalam industri biofarmasi, untuk pembuatan deterjen serta produksi gliserol .
Kapang yang menghasilkan lipase adalah : Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium, Geotrichum, Torulopsis, dan Candida
4. SelulaseKapang umumnya memiliki selulase karena habitatnya di alam adalah bahan organik yang mengandung selulase
5. Glukoamilase (α-1,4-glukan-glukohidrolase) berfungsi memecahkan pati langsung menjadi
glukosa. Hasil reaksinya hanya glukosa, sehingga dapat
dibedakan dengan alfa dan beta Banyak dipakai di industri pangan dan industri sirop. Enzim tersebut dihasilkan oleh Aspergillus niger, A.
oryzae, A. awamori, Rhizophus formosaensis, R. niveus, R. delemar, dan R. javanicus
6. Pektinase Pektin pada umunya terdiri dari berbagai senyawa
karbohidrat. Senyawa utamanya adalah poligalakturonat yang terdiri
dari unit asam galakturonat.
Enzim pektinase digunakan untuk menjernihkan sari buah dengan cara mengurangi kekeruhan dan viskositasnya
Pektinase juga digunakan untuk menghidrolisis pektin dalam batang tanaman rami untuk membebaskan serat-serat selulose untuk membuat kain linen dan karung goni
Pektinase dihasilkan oleh Aspergillus niger, A. wentii, Rhizopus oryzae, R. oligosporus, Botrytis cinerea, Penicillium chrysogenum, dan Penicillium notatum