16
Ln konsentrasi bi
om assa
Waktu
Fase adaptasi
Fase logexponensial
F as
e per tum
buhan l am
bat Fase stasioner
2.5 Kinetika Fermentasi
Pertumbuhan mikroorganisme secara batch yang ditumbuhkan pada medium tertentu memiliki kurva pertumbuhan seperti yang ditunjukkan oleh
Gambar 4 berikut.
Gambar 4 Kurva pertumbuhan mikroorganisme pada kultur batch Stanbury Whitaker 1993.
Menurut Fardiaz 1988, beberapa fase pertumbuhan yang umumnya terjadi pada mikroorganisme secara umum adalah sebagai berikut:
a. Fase Adaptasi
Jika mikrrorganisme dipindahkan ke dalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan
di sekitarnya. Lama fase adaptasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya medium dan lingkungan sekitar serta jumlah inokulum..
b. Fase Logaritmikeksponensial
Pada fase ini mikroorganisme membelah dengan cepat dan konstan mengikuti kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangat
dipengaruhi oleh medium tempat umbuhnya seperti pH dan kandungan nutrient, juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembaban udara. Pada
17
x t
d x
d
μ
= N
t d
N d
n
μ
=
fase ini mikroorganisme membutuhkan energi lebih banyak daripada fase lainnya. Pada fase ini kultur paling sensitif terhadap keadaan lingkungan.
c. Fase Pertumbuhan Lambat
Pada fase ini pertumbuhan populasi mikroorganisme diperlambat karena beberapa sebab: 1. zat-zat nutrisi dalam medium sudah sangat berkurang; 2.
adanya hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Pada fase ini jumlah populasi
masih meningkat karena jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak daripada jumlah sel yang mati.
d. Fase Stasioner
Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini menjadi lebih
kecil karena sel tetap membelah meskipun zat-zat nutrisi sudah habis. Karena kekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi berbeda
dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada fase ini, sel lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan-bahan
kimia. Pertumbuhan mikroorganisme biasanya dicirikan dengan waktu yang
dibutuhkan untuk menggandakan massa sel atau jumlah sel. Waktu ganda massa dapat berbeda dengan waktu ganda sel, karena massa sel dapat meningkat tanpa
peningkatan dalam jumlah sel. Namun demikian bila dalam suatu lingkungan tertentu interval antara massa sel atau penggandaan jumlah sel adalah konstan
dengan waktu, maka organisme itu tumbuh pada kecepatan eksponensial. Pada keadaan ini maka pertumbuhan dinyatakan sebagai:
…… 1 atau ……. 2
dimana: x = konsentrasi sel gl
N = konsentrasi sel dalam keseluruhan sell
t =
waktu μ
= laju pertumbuhan spesifik untuk massa jam
-1
μ
n
= laju pertumbuhan spesifik untuk jumlah jam
-1
18
∫ ∫
=
2 1
2 1
t t
x x
dt x
x d
μ
t x
x Ln
Δ =
μ
1 2
μ μ
693 .
2 ln
= =
td
S K
S
s maks
+ =
μ μ
Persamaan 1 menggambarkan peningkatan massa sel dan kesetimbangan, sedang persamaan 2 menggambarkan peningkatan jumlah sel dengan fungsi
waktu. Pada umumnya pertumbuhan diukur dengan peningkatan massa sehingga μ dapat digunakan. Jika persamaan 1 diintegralkan maka akan menjadi:
Bila laju pertumbuhan spesifik tetap, maka menghasilkan
Untuk kasus dimana Δ t = td, maka
Dimana td adalah waktu ganda sel. Menurut Stanbury Whitaker 1993, selama fermentasi batch, laju
pertumbuhan spesifik adalah konstan dan tidak tergantung pada perubahan konsentrasi nutriennya. Bentuk hubungan antara laju pertumbuhan dan
konsentrasi substrat telah diteliti oleh Monod 1942, dengan persamaan sebagai berikut:
Dimana: μ
= laju pertumbuhan spesifik μ
maks
= laju pertumbuhan spesifik yang maksimal S =
konsentrasi substrat
K
s
= suatu konstanta yang sebanding pada konsentrasi substrat bila μ = ½
μ
maks.
Pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroorganisme merupakan proses – proses biokonversi. Dimana nutrien kimiawi yang diumpankan pada
fermentasi dikonversi menjadi massa sel dan metabolit–metabolit. Setiap konversi dapat dikuantifikasikan oleh suatu koefisien hasil yang dinyatakan sebagai massa
19
S x
Y
s x
Δ Δ
= S
p Y
s p
Δ Δ
=
waktu x
atau p
waktu x
atau p
waktu x
atau p
sel atau produk yang terbentuk per unit massa nutrien yang dikonsumsi, yaitu Y
xs
untuk sel dan Y
ps
untuk produk yang dihitung sebagai:
Dimana:
Yxs = rendemen pembentukan sel oleh substrat Yps = rendemen pembentukan produk oleh substrat
Menurut Wang et al.1978, pertumbuhan juga dapat dihubungkan dengan konsumsi nutrien selain dihubungkan dengan pembentukan produk. Pembentukan
produk tidak mungkin terjadi tanpa adanya sel. Oleh karena itu diharapkan pertumbuhan dan pembetukan produk terpadankan dengan erat dengan
penggunaan nutrien, dan ini tergantung pada kontrol pengaturan metaboliknya. Hubungan kinetika di antara pertumbuhan dan pembentukan produk
tergantung pada peranan produk dalam metabolisme sel. Dua buah kinetika yang umum digunakan adalah kinetika yang menggambarkan sintesis produk selama
pertumbuhan dan kinetika yang menggambarkan sintesis produk setelah pertumbuhan terhenti. Suatu pola lain yang jarang diterapkan adalah bila
pertumbuhan terjadi tanpa adanya pembentukan produk, tetapi setelah melalui selang waktu tertentu produk mulai muncul dan pertumbuhan terus berlangsung.
Kinetika pola ini diperlihatkan pada Gambar 5 berikut.
a
b c
Gambar 5 Pola kinetika pertumbuhan dan pembetukan produk pada fermentasi batch
: a pertumbuhan – berasosiasi dengan pembentukan produk; b campuran pertumbuhan – berasosiasi dengan pembentukan produk; c
bukan pertumbuhan terhenti pertumbuhan – berasosiasi dengan pembentukan produk Wang et al. 1978.
III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Bahan dan Alat
