TEKNOLOGI PAKAN KULIAH VIII BIOTEKNOLOGI PAKAN FERMENTASI LABORATORIUM

TEKNOLOGI PAKAN KULIAH VIII BIOTEKNOLOGI PAKAN FERMENTASI LABORATORIUM NUTRISI TERNAK UNGGAS NON RUMINANSIA DAN INDUSTRI MAKANAN TERNAK

Biokonversi mikroba PRODUK Bioteknologi Pakan (Bakteri, kapang, yeast) Biokonversi q proses yang dilakukan oleh mikroba untuk mengubah suatu senyawa menjadi suatu produk yang mempunyai struktur kimia yang berhubungan (transformasi mikrobial). q proses mengonversi atau mengubah suatu bahan organik menjadi produk lain yang berguna dan memiliki nilai lebih dengan memanfaatkan peristiwa biologis (biosintesis dan biolisis).

produk yang dihasilkan v v 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 lingkungan Setiap 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 q memperbaiki serta meningkatkan cita rasa. q bersifat mengawetkan q meningkatkan daya cerna q menghasilkan warna lain yang berbeda dengan bahan asalnya q menurunkan / menghilangkan anti nutrisi

FERMENASI Biokonversi : dilakukan melalui teknik fermentasi Definisi Fermentasi v Cara pengolahan dengan menggunakan jasa mikroba (Kapang, bakteri atau ragi), baik yang ditambahkan dari luar atau secara spontan sudah terdapat dalam bahan bakunya. v Proses kimia dari senyawa-senyawa organik baik dalam keadaan aerob maupun anaerob melalui kerja enzim yang berasal dari mikroorganisma yang dihasilkannya. v Proses pemecahan bahan-bahan organik oleh mikroorganisma sehingga diperoleh bahan-bahan yang diinginkan

proses fermentasi proses protein enrichment q proses pengayaan protein bahan dengan menggunakan mikroba tertentu. q pembuatan Single Cell Protein atau Protein Sel Tunggal (PST), Media Fermentasi Media tumbuh mikroba dalam proses fermentasi = substrat Menurut jenis medianya, proses fermentasi dibagi dua, yaitu: o fermentasi media padat dan o fermentasi media cair

Ø fermentasi media padat : fermentasi yang substratnya tidak larut dan tidak mengandung air bebas, tetapi cukup mengandung air untuk keperluan hidup mikroba, Ø fermentasi media cair : fermentasi yang substratnya bersuspensi atau larut dalam fase cair Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi 1. Mikroba a) 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.

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 2. Nutrisi Substrat Semua mikroba memerlukan nutrisi dasar sebagai sumber karbon, nitrogen, mineral, penyedia energi, dan pembentuk konstituen seluler

(3) Suhu Mempengaruhi laju pertumbuhan mikroba Mempengaruhi ukuran sel dan efisiensi konsentrasi substrat menjadi massa sel. 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 0 C. mesofilik, merupakan kelompok mikroba yang pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu antara 30 – 35 0 C. Thermofilik adalah kelompok mikroba yang pertumbuhan optimumnya terjadi pada suhu di atas 50 0 C

(4) Aerasi berguna untuk menyuplai oksigen, mengeluarkan CO 2, 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 Media Air merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroba Ø air bertindak sebagai pelarut Ø air juga berfungsi sebagai katalis yang terlibat langsung dalam beberapa reaksi enzimatis (6) Derajat Keasaman ( p. H) q Mikroba yang menyekresikan asam organik seperti asam sitrat dan asam laktat dapat menurunkan p. H, q mikroba yang mengasimilasi asam organik yang terdapat dalam substrat menaikan p. H.

Kisaran p. H 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 Ø diperoleh dari hasil bagi antara tekanan uap air dari substrat dibagi dengan tekanan uap air murni pada temperatur yang sama. Ø Pengukuran dilakukan pada skala 0 sampa 1, di mana nilai 1 merupakan aktivitas dari air murni.

(8) Takaran inokulum o Takaran inokulum (dosis) : berhubungan dengan banyaknya populasi mikroba yang digunakan o menentukan cepat tidaknya proses fermentasi berlangsung. q Semakin tinggi takaran inokulum semakin tinggi populasi mikroba yang menghasilkan enzim pemecah substrat. q berpengaruh terhadap kualitas produk dalam menghasilkan kandungan nutrien seperti kadar protein, lemak, dan serat kasar produk fermentasi.

(9) Ketebalan Substrat q berpengaruh terhadap kekompakan penyebaran miselia q menentukan keberhasilan pada perombakan nutien q Semakin menyebar dan kompak pertumbuhan mikroba, semakin tinggi produk protein mikrobial terbentuk demikian juga zat makanan lainnya. q ketebalan substrat berkisar 2 -3 cm

Perubahan Bahan Selama Fermentasi perubahan tersebut berupa kandungan protein, karbohidrat, lemak, vitamin dan mineral, juga p. H, 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 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 CO 2. Mikroba lipolitik : memecah atau menghidrolisis lemak, fosfolipid, dan turunannya Fermentasi Substrat Padat Keberhasilan fermentasi substrat padat : adanya pertumbuhan micellium atau hypha pada permukaan substrat Keuntungan : v medium yang digunakan relatif sederhana, v ruang yang digunakan relatif kecil dan sederhana, v inokulum yang digunakan dapat disiapkan secara sederhana

v kondisi substrat tempat pertumbuhan mikroba mendekati kondisi habitat alaminya. , v aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang di antara tiap partikel -partikel substrat, v produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah. v Umumnya tidak diperlukan kontrol p. H dan suhu yang teliti seperti pada fermentasi substrat cair. Kelemahan : q q q 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 keuntungan q komposisi dan konsentrasi inokulum dapat diatur dengan mudah. q tidak memerlukan takaran atau jumlah inokulum yang tinggi kelemahan v mudah terkontaminasi v untuk mendapatkan permukaan yang luas diperlukan banyak bejana dengan volume tiap bejana yang relatif kecil, v banyak dibutuhkan tenaga kerja untuk membersihkan dan mensterilisasi alat - alat

Fase Pertumbuhan Mikroorganisme 1) fase adaptasi v v v sel melakukan penyesuaian aktivitas metabolik dan fisiologik untuk mempersiapkan pembelahan, belum terjadi pembelahan sel Lama fase ini bervariasi, tergantung dari kecepatan penyesuaian lingkungan sekitar. Kurva Pertumbuhan Mikroba

2) Fase Pertumbuhan Logaritmik (Log Phase) q Pada kondisi optimal tiap sel akan membelah. q memerlukan jumlah waktu yang sama. q populasi akan mengalami perkembangan paling pesat. q Perimbangan multifikasi tergantung kepada konsentrasi media, metabolit-metabolit toksik dan lingkungan yang menguntungkan 3) Fase Pertumbuhan Lambat v Pertumbuhan mikroba mengalami perlambatan. v Perlambatan pertumbuhan disebabkan zat nutrisi di dalam medium sudah berkurang dan adanya hasil-hasil metabolisme yang beracun sehingga menghambat pertumbuhan mikroba. v Pertumbuhan sel pada fase ini tidak stabil, v jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak dari sel yang mati

4) Fase Pertumbuhan Tetap ( Stationary Phase) v v v seluruh sel berhenti membagi diri atau bilamana selsel hidup telah mencapai keseimbangan dengan selsel 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 Ø nutrient di dalam medium dan energi cadangan di dalam sel sudah habis Ø terjadinya lisis dari sel Ø terjadi akumulasi lanjutan, produk metabolit yang menghambat nutrient penting dalam medium habis, Ø jumlah sel turun secara logaritmik Ø dipengaruhi oleh kondisi nutrient, lingkungan dan jenis mikroba

Enzim Definisi q sebagai fermen yang bentuknya tidak tertentu dan tidak teratur, yang dapat bekerja tanpa adanya mikroba, dan dapat bekerja di luar mikroba q senyawa organik yang dihasilkan oleh sel-sel hidup v 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 v bersifat alkalin (kebanyakan dari bakteri, dan kapang): Aspergillus niger, A. sojoe, A. oryzae, dan A. flavus

v bersifat netral: dari bakteri dan Actinomycetes, serta kapang A. oryzae, A. sojoe v bersifat asam (p. H optimum 2, 0 -3, 0) dihasilkan oleh banyak kapang Aspergillus sp 3. Lipase q 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. q Kapang yang menghasilkan lipase adalah : Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium, Geotrichum, Torulopsis, dan Candida

4. Selulase Kapang umumnya memiliki selulase karena habitatnya di alam adalah bahan organik yang mengandung selulase 5. Glukoamilase (α-1, 4 -glukan-glukohidrolase) Ø berfungsi memecahkan pati langsung menjadi glukosa. Ø Hasil reaksinya hanya glukosa, sehingga dapat dibedakan dengan alfa dan beta Ø Banyak dipakai di industri pangan dan industri sirop. Ø Enzim tersebut dihasilkan oleh Aspergillus niger, A. oryzae, A. awamori, Rhizophus formosaensis, R. niveus, R. delemar, dan R. javanicus

6. Pektinase q Pektin pada umunya terdiri dari berbagai senyawa karbohidrat. q Senyawa utamanya adalah poligalakturonat yang terdiri dari unit asam galakturonat. v Enzim pektinase digunakan untuk menjernihkan sari buah dengan cara mengurangi kekeruhan dan viskositasnya v 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