Teknologi fermentasi dan peningkatan kualitas pakan membahas tentang bioteknologi khususnya fermentasi untuk memproduksi pakan ternak dengan kualitas lebih baik. Dokumen ini menjelaskan proses fermentasi, faktor-faktor yang mempengaruhinya, jenis-jenis fermentasi, dan pemilihan substrat fermentasi.

1. Teknologi Fermentasi
dan
Peningkatan Kualitas
Pakan
Retno I Pujaningsih
Laboratorium Teknologi Makanan Ternak
Fakultas Peternakan UNDIP
2005

2. BIOTEKNOLOGI
Penggunaan mahluk hidup
atau bagian-bagiannya untuk
menghasilkan barang atau
jasa secara industri

3. Mikrobiologi
Biologi Molekular Biokimia
Genetika Molekular Biologi Sel Rekayasa Proses
Bioteknologi
Diagnosa Kesehatan Industri Kimia
Industri Fermentasi
Industri Farmasi Lingkungan dan Energi
Industri Pangan dan Pakan
rip-biotek-fermentasi 3

4. Perkembangan Bioteknologi
Jaman sebelum Louis Pasteur
• FERMENTASI mrpk bentuk TERTUA dari BIOTEKNOLOGI
• Minuman beralkohol (bir, anggur, tuak)
• Makanan terfermentasi (keju, yoghurt, tape, tempe, petis,
terasi)
• Orang Somaria dan Babilon kuno sdh minum bir sejak
6000 th sebelum masehi
• Orang Mesir sdh membuat adonan Kue Asam sejak th
4000 sebelum masehi
• Sedangkan di Eropa, minuman anggur sudah dikenal
jauh dimasa lalu dg proses fermentasi
rip-biotek-fermentasi 4

5. Perkembangan Bioteknologi
Jaman sebelum Louis Pasteur
• Kesadaran bhw terjadinya berbagai proses
tsb diakibatkan oleh adanya mikroorganisme
hidup (ragi/khamir) belum dijabarkan hingga
abad 17 oleh Antony van Leeuwenhoek
• Bukti pasti bhw mikroorganisme mampu
melakukan fernmentasi timbul dari studi
Louis Pasteur tahun 1857 dan 1876, dsb
Bapak Bioteknologi
rip-biotek-fermentasi 5

6. Perkembangan
Bioteknologi
Jaman Louis
Pasteur
• Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)
• Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)
• Pengolahan limbah secara aerob
rip-biotek-fermentasi 6

7. Perkembangan Bioteknologi
Jaman antibiotika
• Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin)
• Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)
• Transformasi steroid (DOPA)
• Teknologi fermentasi media cair
• Teknologi biakan jaringan hewan
rip-biotek-fermentasi 7

8. Perkembangan Bioteknologi
Jaman pasca antibiotika
• Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame)
• Protein sel tunggal
• Enzim (amilase, glukosa isomerase, glukosa
dehidrogenase)
• Teknologi imobilisasi sel dan enzim
• Teknologi pengolahan limbah cair anaerob
(Biogas)
• Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)
rip-biotek-fermentasi 8

9. ARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGI
ARAS MASUKAN KELUARAN
Modal besar, alat Produk bernilai
dan proses tinggi untuk
TINGGI canggih, operator kesehatan dan
terdidik pangan
Modal menengah, Pangan, pakan,
MENENGAH alat dan proses pupuk dan
tidak terlalu rumit pestisida hayati
Modal kecil, alat Produk bernilai
dan proses rendah, sanitasi,
RENDAH sederhana, pemanfaatan
operator tak terdidik limbah
rip-biotek-fermentasi 9

10. Contoh produk pakan hasil
fermentasi
• Fermentasi jerami
• Fermentasi dedak
• Fermentasi pucuk tebu
• Fermentasi ikan rucah, bekicot
rip-biotek-fermentasi 10

11. Definisi Fermentasi
Fermentasi
merupakan proses
pemecahan
senyawa organik
menjadi senyawa
sederhana yang Glukosa
melibatkan
mikroorganisme. CnH2n+1OH.
Rumus kimia umum alkohol
rip-biotek-fermentasi 11

12. Definisi Fermentasi
Mikroorganisma
Klasik : Urai seny.2 org.komplek seny. sederhana
Anaerob
Mikroorganisma
Modern : Pengubahan suatu Substrat Bhn lbh berguna
Terkontrol
Fermentasi : Segala macam proses metabolisme yg (enzim, jasad
renik scr oksidasi, reduksi, hidrolisa atau reaksi kimia lainnya)
melakukan perub. kimia pd suatu substrat organik dg menghasilkan
Produk Akhir.
Fermentasi: Aplikasi metabolisme mikrobia utk mengubah bahan
(Industri) baku produk yg bernilai lebih tinggi
Misalnya: - Etanol, Asetat
- Antibiotik, Enzim, Vitamin, Protein sel tunggal dsb.
rip-biotek-fermentasi 12

13. Tujuan Fermentasi
Menghasilkan suatu produk
(bahan pakan) yang
mempunyai kandungan nutrisi,
tekstur, biological availability
yang lebih baik
Disamping itu juga menurunkan
zat anti nutrisinya
rip-biotek-fermentasi 13

14. Komponen Fermentasi
(medium, nutrien, fermentor)
Jenis medium fermentasi dibagi 3 :
• F. Medium Padat : Medium tdk larut, tapi
cukup lembab utk keperluan mikrobia (KA 12
– 60 %)
• F. Medium Semi Padat: Medium tdk larut,
kelembaban cukup (KA = 65 – 80 %)
• F. Medium Cair: Medium cair substrat larut
dan atau tak larut (KA > 80 %)
rip-biotek-fermentasi 14

15. Nutrien/substrat: senyawa yg tdp di
lingkungan pertumbuhan yg digunakan utk
proses katabolisme & anabolisme.
Nutrien dibedakan :
• makronutrien : senyawa yang dibutuhkan dalam
jumlah banyak
• mikronutrien : senyawa yang dibutuhkan dalam
jumlah kecil (trace element)
Nutrien utama yang digunakan untuk pertumbuhan
mikrobia adalah karbon, nitrogen, hidrogen,
oksigen, sulfur dan fosfor.
rip-biotek-fermentasi 15

16. Fermentor
• Fermentor : tangki atau wadah
dimana di dalamnya seluruh sel
(mikrobia) mengubah bahan
dasar menjadi produk biokimia
dengan atau tanpa produk
sampingan
• Sering disebut dengan bioreaktor
• Fungsi dasar : menyediakan
kondisi lingkungan yang cocok
bagi mikrobia didalamnya untuk:
–– Menghasilkan biomassa
–– Menghasilkan enzim
–– Menghasilkan metabolit dsb
rip-biotek-fermentasi 16

17. Syarat fermentor
• Tangki dapat dioperasikan secara aseptik,
agitasi dan aerasi
• Energi pengoperasian serendah mungkin
• Temperatur harus terkontrol
• Kontrol pH
• Tempat pengambilan sampel
• Penguapan berlebihan dihindari
• Tangki didesain untuk meminimalkan tenaga
kerja pemanenan, pembersihan dan
perawatan
• Peralatan general: permukaan bagian dalam
halus, dihindari banyak sambungan, murah.
rip-biotek-fermentasi 17

18. Konstruksi Fermentor
• Bahan fermentor dibuat tahan karat utk mencegah
kontaminasi logam/ion selama proses
• Bahan fermentor hrs tidak beracun & tidak mudah
terlarut, shg tdk menghambat pertumb.mikrobia
• Bahan fermentor hrs kuat utk sterilisasi berulang
kali pd tekanan uap tinggi
• Sistem stirer dari fermenter & lubang
pemasukannya cukup, shg tdk mengalami stress
mekanik akibat terlampau rapat
• Pemeriksaan secara visual dari medium & kultur
hrs tersedia, dibuat dari bahan transparan
rip-biotek-fermentasi 18

19. Jenis-jenis Fermentasi
• Berdasarkan produk yang dihasilkan
– Alcoholic fermentation
– Lactic acid fermentation
• Berdasarkan proses kerja
– Batch culture fermentation
– Fed culture fermentation
– Semi batch culture fermentation
– Continuous culture fermentation
– Recycling continuous culture fermentation
• Berdasarkan kondisi
– Aseptis/ steril pembuatan alcohol dan asam sitrat
– Semi aseptis / tdk kurang steril pembuatan tempe, kecap,
silase
rip-biotek-fermentasi 19

20. • Alcoholic Fermentation
• Lactic acid Fermentation
rip-biotek-fermentasi 20

21. • Batch culture : tanpa penambahan substrat selama
fermentasi berlangsung
• Fed batch culture: bbrp nutrisi/media ditambahkan slm
fermentasi dlm interval tertentu, tdk ada medium
pertumbuhan yg dipindahkan
• Semi batch culture: sebag dari cairan fermentasi
dipindahkan stlh proses berlangsung (70-80 %) & sel
yg tertinggal dlm tangki diendapkan/disentrifugasi
digunakan lagi utk batch berikutnya
• Kultur kontinyu: nutrien/media ditambahkan terus
menerus ke dalam fermenter dan produk dipindahkan
dari tangki fermenter scr terus menerus
• Kultur kontinyu dg recycle: biomassa sel dipisahkan
dan dikembalikan kerip-biotek-fermentasi
fermentor 21

22. Fase Fermentasi
rip-biotek-fermentasi 22

23. Phase: Lag
• Pd fase ini tk pertumbuhan nol, krn pd
saat sel dipindah ke medium yg baru tjd
penyesuaian dg lingk baru shg tdk sgr tjd
pertumbuhan sel
• Ciri-ciri fase lag :
Tidak ada peningkatan jumlah sel
Sel membesar ukurannya
Secara fisiologis sel aktif & mensintesa enzim
baru utk beradaptasi dg lingkungan baru
rip-biotek-fermentasi 23

24. Phase: Logarithmic or Exponential
• Tingkat pertumbuhan maksimal dan naik
secara konstan
• Tingkat pertumbuhan eksponensial
dipengaruhi oleh
Kondisi lingkungan (suhu, komposisi medium)
Sifat genetik dari mikrobia
rip-biotek-fermentasi 24

25. Phase: Stationary
• Tingkat pertumbuhan nol, ciri:
– Tjd akumulasi produk beracun
– Nutrien dlm medium tlh habis
– Bbrp sel mati, tapi yg lain tumbuh dan membelah, jd
jumlah sel yg mati = yg membelah, shg jumlah sel
seimbang (cryptic growth)
– Jumlah sel yg hidup tetap
• Walau tdk ada pertumbuhan, fungsi sel tetap
berjalan spt metabolisme maupun biosintesa.
• Produksi bbrp metabolit sekunder adalah utama
terutama pd perpindahan dari fase logaritmik ke
fase stasioner
rip-biotek-fermentasi 25

26. Phase: Decline or Death
• Tingkat pertumbuhan negatif, artinya jumlah sel
yg hidup menurun
• Pd bbrp keadaan dpt diikuti dg tjdnya lisis dari
sel shg turbiditas dan jumlah sel yg dihitung scr
langsung akan berkurang sejalan dg
pengurangan sel hidup
• Ciri-ciri :
– Terjadi akumulasi lanjut produk metabolit yg
menghambat nutrien penting dlm medium habis
– Jumlah sel yg hidup turun scr logaritmik
– Umumnya sel akan mati dalam bbrp hari atau bulan
rip-biotek-fermentasi 26

27. Proses Fermentasi
• Glikolisis
2 pyruvic acid
molecules
glucose
rip-biotek-fermentasi 27

28. Proses Fermentasi
Pyruvic acid + 2H+
Ethanol and CO2
Lactic acid
rip-biotek-fermentasi 28

29. Tahapan Proses Fermentasi
• Formulasi medium yg akan digunakan utk
menumbuhkan mikroorganisme baik pd Enrichment
(pengkayaan) maupun pd Proses Produksi
• Sterilisasi Medium, Fermentor dan Perlengkapannya
• Produksi kultur murni/campuran yg cukup utk
menginokulasi pd tahap produksi
• Optimasi produksi pd tahap Fermentasi produk dg
kondisi Optimum
• Ekstraksi (Pemanenan hasil) dan Purifikasi/pemurnian
produk
• Pembuangan effluen (limbah medium) yg dihasilkan
selama produksi
rip-biotek-fermentasi 29

30. Pemurnian Produk
Perlakuan
(bila berasosiasi
Efluen
dg Biomasa)
Pengembangan Inokulum Biomasa
(Sel)
Fermentor Pemisahan
Fermentor Cairan
Kultur Labu Pengembangan Sel
PRODUKSI Kultur
Sediaan Kocok Inokulum
Sterilisasi
Supernatan
Bebas sel
Formulasi Medium
Bahan Medium Pemurnian Produk
Perlakuan
(bila berasosiasi
Efluen
dg Supernatan)
rip-biotek-fermentasi 30

31. Faktor2 yang mempengaruhi fermentasi
Suhu
Oksigen (kondisi aerob/ anaerob)
Kandungan air medium/ substrat
Jml dan macam Inokulum (starter m.o)
PH medium (awal fermentasi)
Kandungan nutrisi medium
Jenis substrat
rip-biotek-fermentasi 31

32. Pemilihan Substrat Fermentasi
• Perlu substrat murah, mudah tersedia & efisien penggunaannya
• Peluang penelitian menemukan substrat baru yg lebih efisien
• Apakah substrat baru lebih baik Hrs terjawab :
– Apakah ada/ tdk ada residu yg menimbulkan limbah
– Apakah substrat baru tsb diterima konsumen
– Apakah harga lebih murah/ lebih efisien
– Substrat yg murah tidak selamanya baik
• Bila produk fermentasi bisa dihasilkan dg cara sintesis/ cara lain
maka pemilihan substrat mrpk hal utama (bersaing)
Con.: produk as. amino glutamat, lisin, metionin dsb.)
• Produk yg hanya dihasilkan scr fermentasi as. sitrat &
antibiotik
rip-biotek-fermentasi 32

33. Beberapa faktor yg mempengaruhi pemilihan substrat :
1. Kontinyuitas ketersediaan
Tersedia sepanjang tahun; jangan dr bhn yg musiman/
ketersediaannya terbatas
Dpt disimpan dalam beberapa bulan, mutu dan komposisinya relatif
tetap
2. Sifat fermentasi
Substrat hrs dpt difermentasi
Mis: Produksi PST Trichoderma viridae dpt tumbuh baik pd
substrat selulosa (jerami padi); tetapi tdk dpt tumbuh baik pd bungkil
kelapa
3. Harga substrat
Murah dan dpt digunakan sesuai kebutuhan
rip-biotek-fermentasi 33

34. Sterilisasi
(proses bebas kuman, virus,
spora, jamur)
• Cara alami: pemanasan dalam air
mendidih
• Cara kimiawi: antiseptik & desinfektan
Pasteurisasi
rip-biotek-fermentasi 34

35. Teknik Pemanenan Produk Fermentasi
Dimensi baru tek fermentasi dpt memanfaatkan M.O. utk
menghasilkan :
Metabolit primer
– Metabolit yg dihasilkan selama fase pertumbuhan utama
– Metabolit yg penting utk pertumbuhan mikrobia
glukosa, fruktosa, etanol, alcohol, kalsium sitrat (dr ampas tahu,
ampas tapioca, bekatul)
Metabolit sekunder
– Metabolit yg dihasilkan saat mendekati akhir fase
pertumbuhan, seringkali, saat terjadinya fase stasioner
Metabolit Sekunder ( tdk punya peranan langsung utk
kehidupan M.O.) Mis : Antibiotik (penisilin, oksitetrasiklin,
streptomisin, aktinomisin) dan Alkaloid
rip-biotek-fermentasi 35

36. Proses Produksi
Pemanfaatan langsung :
Silase, Yoghurt, SCP/ PST
Sentrifuse
Sel / PST Cairan
Pemecahan sel dg Ekstraksi
pembekuan/ sonicator (Pelarut organik)
Senyawa polar Senyawa Non polar
Sentrifuse
Dan Medium
Sel/PST Cairan Ekstraksi pelarut
organik N butanol
Produk Metabolit
Cairan mengendap, N butanol
Senyawa polar
Pemisahan lanjut
sesuai kebutuhan
rip-biotek-fermentasi 36

37. Ada yang ingin
ditanyakan ?
rip-biotek-fermentasi 37

38. rip-biotek-fermentasi 38