PENGGOLONGAN BERDASARKAN CARA OPERASI

FERMENTASI

Fermentasi
Etiologi : bhs Latin ‘fervere’ (mendidihkan).
Mula2 istilah ‘fermentasi’ digunakan pd
proses pengubahan glukosa menjadi
alkohol yg tjd scr anaerob.
Akhirnya, istilah ‘fermentasi’ didefinisikan :
seluruh perombakan seny organik yg
dilakukan mikroorganisme yg melibatkan
enzim yg dihasilkannya sbg biokatalis dlm
lingkungan yg dikendalikan.

Pengertian lain
1. Proses yg menggunakan suatu senyawa
(substrat) menjadi senyawa lain (produk) oleh
adanya aktivitas mikroba
2. Suatu proses yg menghasilkan energi dg
melibatkan molekul organic baik sebagai donor
maupun akseptor elektron
3. Suatu proses yg melibatkan kultur mikroba baik

yg bersifat aerob maupun anaerob
4. proses pembusukan bahan makanan
5. suatu kultur mikroba dalam kondisi optimum
untuk
menghasilkan produk berupa metabolit-metabolit,
enzim, atau produk lain (seperti biomassa)

Penggolongan Proses
Fermentasi
PENGGOLONGAN BERDASARKAN CARA OPERASI
A. Fermentasi cair
I. Submerged fermentation (fermentasi bawah
permukaan):
 Batch process
 Fed-batch (gabungan sistem batch dg kontinnyu)
 Continuous process (proses sinambung/kontinyu)
II. Surface fermentation (fermentasi permukaan), →
misal pada pembuatan nata de coco
B. Solid State Fermentation/ fermentasi padat
misal pada pembuatan tape, oncom, koji dll.

PENGGOLONGAN PRODUKSI FERMENTASI

 BERDASARKAN



LETAK PRODUKSI
􀂄 produk intraseluler
􀂄 produk ekstraseluler

 BERDASARKAN



PERAN DALAM

METABOLISME
􀂄 metabolit primer
􀂄 metabolit sekunder

PRODUK FERMENTASI KOMERSIL
1. Fermentasi dengan produk BIOMASSA (sel mikroba) :
 SCP (Spirulina, Sancorella)
 spora Penicillium roquefortii (keju)
 Rhizobium sp.(simbiosis dg tan Leguminoceae)
 Bakteri asam laktat (yoghurt)
 B. thuringiensis (kristal protein → insektisida)
2. Fermentasi dengan produk ENZIM mikroba
contoh : amylase, protease, pektinase, peroksidase,dll
Produksi enzim oleh sel mikroba dpt ditingkatkan dg cara
modifikasi pengendalian kondisi lingkungan (mis,
pemberian induser pada kultur)
Enzim mikroba dapat dibedakan atas :
- enzim ekstrasel
- enzim konstitutif
- enzim intrasel
- enzim induktif

3. Fermentasi dengan produk METABOLIT mikroba :

• metabolit primer, senyawa antara yg disintesis
oleh aktivitas sel pd fase pertumbuhan (trofofase)
• metabolit sekunder, senyawa yang disintesis sel
setelah fase pertumbuhan (idiofase)
4. Fermentasi dengan produk hasil BIOKONVERSI
melalui modifikasi suatu senyawa yg ditambahkan
ke dalam medium fermentasi untuk menghasilkan
senyawa lain.
Contoh : progesterone → 11- α hidroksiprogesterone

Improving Production in
Fermentation
•
•
•
•
•

Culture medium manipulation
Culture condition manipulation

Strain improvement
Adding precursor molecules
Improving product recovery

tahapan bioproses
•
•
•
•
•
•

pemilihan jenis mikrobia
Formulasi media,
Preparasi inokulum,
Proses fermentasi
kontrol proses
Pemanenan produk :pemisahan, pemekatan,
pemurnian

Proses fermentasi memerlukan komponen sbb :
a) Kultur murni dr organisme terpilih dg jumlah yg sesuai
dan kondisfi fisiologis yang baik;
b) disterilisasi, hati-hati thd komposisi medium
pertumbuhan organisme;
c) Ada seed fermenter, fermenter produksi mini sebagai
inokulum utk menginisiasi proses dlam fermenter
utama;
d) Fermenter produksi, berukuran besar,
e) Peralatan utk :
i) mengetahui medium kultur tetap dlm keadaan
steady state, 
ii) pemisahan sel, 
iii) koleksi sel tanpa supernatan,
iv) purifikasi produk, dan
v) perlakuan panen.

Fermenter

Apa itu Fermenter?

 Adalah

suatu wadah atau tangki
dimana sel atau enzim (tanpa sel)
melakukan transformasi terhadap
bahan baku menjadi produk biokimia
atau produk yang dikehendaki.

 Disebut

juga sebagai Bioreaktor

Fermenter – Fungsi Dasar
Fungsi pokok fermenter adalah dapat
menyediakan lingkungan yang sesuai
(nyaman) dimana organisme dapat secara
efisien menghasilkan target produk yang
dikehendaki, misalnya :
- Biomassa sel,
- Metabolit (primer atau sekunder),

- Atau produk biokonversi.

Syarat Fermenter :
Kemampuan apa yag harus dipenuhi
fermenter ?
 Konsentrasi biomassa harus tetap tinggi
 Mampu mempertahankan kondisi sterile
 Konsumsi tenaga/energi efisien
 Agitasi efektif
 Mampu memindahkan panas
 Mudah dibersihkan
 Ada fasilitas sampling

 Ada

3 kelompok bioreaktor yg digunakan
dalam produksi industri :
- non-stirred, non-aerated (Beer and wine)
- non-stirred, aerated (Biomass, eg Protein)
- stirred, aerated (Antibiotics)

Stirred Tank Reactor

STR - Control systems
· Ada sistem agitator

· Ada sistem penghantaran oksigen
· Ada sistem kontrol buih
· Ada sistem kontrol temperatur
· Ada sistem kontrol pH
· Ada bagian untuk Sampling
· Ada sistem utk pembersighan dan sterilisasi.
· Ada bagian (pipa) utk pengosongan reaktor.

Dual use of fermentors
Instrumentation of a
fermentor

Use of fermentors

 RPM

 Starters  milk, silage, …

 Qair

 Baker yeast  bread

 Pressure

 Alcoholic beverages

 CO2, O2 ?

 Lactic acid/organic acids

 Gas balance
 OD?
 pH (controlled)
 Temperature

(citric)

 Antibiotics
 Vaccines
 Monoclonal antibodies
 Recombinant proteins (or toxin

?)

 Waste water treatment
 Bioleaching

Tahap transfering proses industri dari skala
laboratorium ke fermentor komersial

Shake flash Experiments
 Fermentor skala Lab (5-10 L)
 Fermentor skala Pilot (300-3000 L)
 Fermentor Komersial (10,000500,000 L)


Pengembangan Proses Laboratorium
Ekxperimen Fermentor Skala Lab
Batch

process
Fed-batch
process
Continuous
process
Semi-continuous
process

Ada 2 Tipe Sistem Fermentasi :
Sistem Tertutup :
Tidak ada penambahan nutrien lagi
setelah inokulasi (kecuali oksigen utk
yg aerob)
Pertumbuhan berhenti setelah bbrp
saat
Sistem Terbuka :
Nutrient secara kontinyu
dimasukkan setelah inokulasi,
pertumbuhan akan berlangsung
terus sepanjang medium segar
(fresh medium) ditambahkan.
mikroorganisme dan nutrien secara
koninyu masuk dan keluar dari
fermenter

shake flask

(di lab)

agar plate

Tipe Sistem Fermentasi
1) Batch culture: microorganisms are inoculated into a
fixed volume of medium and as growth takes place
nutrients are consumed and products of growth
(biomass, metabolites) accumulate.
2) Semi-continuous:
fed batch-gradual addition of concentrated nutrients
so that the culture volume and product amount are
increased (e.g. industrial production of baker’s yeast);
Perfusion-addition of medium to the culture and
withdrawal of an equal volume of used cell-free
medium (e.g. animal cell cultivations).
3) Continuous: fresh medium is added to the bioreactor at
the exponential phase of growth with a corresponding
withdrawal of medium and cells. Cells will grow at a
constant rate under a constant condition.

Biotechnological processes of growing
microorganisms in a bioreactor

Batch Culture
• Merupakan suatu sistem tertutup
• Merupakan operasi reaktor yg sederhana.
• bioreaktor diisi dg medium fermentasi dan
inokulum selanjutnya dibiarkan utk
melakukan proses hingga saat pemanenan.
• Ketika fermentasi sudah berakhir, hasil
fermentasi dipanen dan dilakukan
downstream processing. Bioreaktor
dibersihkan, disterilkan, diisi,dan diinokulasi
kembali, selanjutnya proses fermentasi
berjalan lagi.

Batch Culture
• merupakan proses yg dinamik dimana
sistem tidak pernah mengalami steady
state
• komponen media steril dimasukkan pd awal
fermentasi dg tidak ada penambahan
makanan lagi setelah inokulasi.
• laju pertumbuhan mikroorganisme akan
berlangsung terus sehingga mencapai titik
nol seiring dengan semakin menurunnya
nutrien atau terakumulasinya produk toksik.

tahap pertumbuhan dlm sistem
batch:
• Lag phase
• Exponential phase
• Stationary phase
• Death phase

Keuntungan Sistem Batch
 Sistem

sederhana

• sekali sterilisasi dan tidak memungkinkan

utk kontaminasi
• biaya peralatan lebih rendah
 Produksi

seragam - consistency

Kerugian Sistem Batch
 Terdapat

lag time
 Terbentuk Toxin
 Utk produk-produk potensial,
produksinya terbatas

Continuous Culture
 proses

fermentasi berkelanjutan
didisain sedemikian rupa shg
pemasukan nutrisi dikontrol dan
berlangsung secara konstan.
 Tahap awal proses sama dg kultur
batch, namun ketika kultur sudah
mencapai tahap eksponensial, maka
dpt diperpanjang terus sampai tak
terbatas dg secara kontinyu
menambahkan medium segar ke
dalam sistem.

Continuous Fermentation
Bioreaktor secara terus menerus di
stirer dan volume konstan selalu
dipertahankan dengan cara medium
baru secara konstan selalu
ditambahkan dan hasil fermentasi
juga secara konstan dipanen
sebanding dg volume yg
ditambahkan.
 Keadaan steady-state akan selalu
tercapai, dimana laju pertumbuhan
mikrobia akan sama dengan jumlah
mikrobia yang digantikan dari
fermentor. Proporsional dengan laju


Continuous Culture
Merupakan sistem yg terbuka
 Medium baru secara konstan
dimasukkan, dan medium lama
dikeluarkan
 Memungkinkan terjadi pertukaran
gas
 Memungkinkan utk pertumbuhan
dan produksi yg lama
 Organisme yg memproduksi dpt
dipindahkan bersamaan dg


Continuous Culture
Sesuai utk produksi senyawa yg
disekresikan organisme ke dalam
medium
 Memungkinkan utk memonitor secara
kontinyu dan memodifikasi lingkungan
kultur
 Bermanfaat apabila produksi molekul
yg tidak perlu diatur ulang


Keuntungan continuous culture
Keadaan steady state mudah
dikontrol  
 Laju konsumsi nutrien dan laju
pemanenan dapat dipertahankan
pada kondisi optimal.   
 Selektivitas tinggi dan mendukung
perkembangbiakan mikroorganisme
dengan adaptasi terbaik dalam
kultur.


Kelemahan sistem
continuous
Pengoperasiannya mahal
 Lebih sulit utk mempertahankan
sterilitasnya
 Little value, apabila produknya
tdk disekresikan atau dihasilkan
setelah periode waktu tertentu
yang ditentukan


FED-BATCH CULTURE
• Merupakan modifikasi sistem batch culture.
• fresh medium secara kontinyu dan periodik
ditambahkan, tanpa menghilangkan/
mengeluarkan medium kultur sampai
mencapai volume tertentu.
• Fermentor didisain utk dpt mengakomodasi
peningkatan voliume medium. Pada sistem ini
tahap pertumbuhan adalah steady state semu.
• Pada sistem ini dpt dicapai tingkat proses dan
produk yg cukup besar 

FED-BATCH CULTURE
• Kapasitas aerasi kultur dalam fermentor
dpt dipertahankan.
• Dapat dihindari efek penghambatan dari
komponen medium spt : cepatnya
konsumsi karbon, nitrogen, atau fosfat;
• Dapat dihindari efek toksik dari komponen
medium;
• Dpt digunakan utk menyediakan tingkat
kebutuhan nutrisi yg terbatas utk strain
auxotrophic.

FED-BATCH CULTURE
• Produksi ragi roti
• Produksi penisilin

Pemilihan Mikroorganisme

Pemilihan mikroorganisme


 Teknologi Fermentasi merupakan teknologi
untuk menumbuhkan sel dalam skala besar dg
efisiensi yg tinggi termasuk juga proses-proses
mendapatkan produknya.
 Proses utama yang berlangsung secara aktual
dilakukan oleh mikroorganisme, yang
biasanya diistilahkan sebagai biocatalysis
 Mikroorganisme (biokatalis) bertindak sebagai
‘mesin’ utama baik untuk menghasilkan
produk maupun melakukan transformasi kimia

Keuntungan Menggunakan Mikroorganisme

Memiliki laju pertumbuhan yang sangat
cepat.
Mudah beradaptasi
Dpt. menggunakan produk sisa sebagai
substratnya (sisa proses produksi yang lain
atau limbah pertanian, rumah tangga, dll)
Dapat ditumbuhkan secara terus menerus
(continuous), dalam skala besar tidak
pernah dihentikan dan tidak perlu
disterilisasi ulang. (memiliki keuntungan
ekonomi)
Memiliki kandungan protein tinggi



Keuntungan Menggunakan Mikroorganisme

Mampu menghasilkan produk yang tinggi
dari proses yang mungkin kecil
Secara genetik dapat dimanipulasi
Biasanya menghasilkan produk yang tidak
toksik atau limbah yang tidak toksik
Karena mengunakan organisme hidup, maka
temperatur yang diperlukan lebih rendah
dibandingkan dengan apabila prosesnya
secara kimia.



SYARAT MIKROORGANISME
Dalam teknologi fermentasi,
mikroorganisme menentukan berhasil atau
gagalnya proses bioteknologi.
Harus dipilih mikroorganisme yg dapat
menghasilkan produk atau menjalankan
proses transformasi sesuai yg diinginkan
Tahap awal dalam merancang proses
fermentasi adalah mendapatkan
mikroorganisme yang sesuai dengan
memilih yang paling potensial utk
diaplikasikan dalam industri.



Pemilihan Mikroorganisme










Mampu menghasilkan produk & mutu produk yg
tinggi / komersial
Secara genetik mikroorganisme harus stabil
Strain harus dapat dibuat kultur murni, bebas dari
mikroorganisme lain dan phage
Strain harus dpt tumbuh seragam dan cepat
setelah inokulasi ke dalam fermentor. Harus
dihindari kemungkinan tjd reaksi dengan
peralatan
Mudah di-scale up
Strain harus dpt menghasilkan produk sesuai
keinginan dalam periode waktu tertentu (mis. 3
hari), bebas dari produk toksik atau pecahnya sel.

Pemilihan Mikroorganisme







Strain harus mampu melindungi diri dari
kontaminan, jika mungkin. Proteksi diri dpt
dilakukan dg menurunkan pH, mampu dikultur
pd temperatur tinggi atau menghasilkan agen
antimikrobial.
Strain harus dapat dilakukan manipulasi genetik
Strain harus mampu dipelihara untuk waktu yang
lama dengan stabilitas dan viabilitas yang tetap
tinggi
Strain idealnya dpt ditumbuhkan dengan
kebutuhan unsur hara yang simple dan murah.
Tidak memerlukan penanganan yang rumit
dalam hal kebutuhan nutrisi dan proses produksi.

Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme






Membeli dari ‘Culture Collection’
Men-skrining dari sumber alam
Melakukan rekayasa genetika
Melakukan mutasi
Menerapkan teknik biologi sel

Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme



 Membeli dari ‘Culture Collection’

Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme



 Men-skrining dari sumber alam
 Lokasi Sampling: diambil dari lokasi tempat
mikroba tersebut tumbuh.
 Prosesing Sample : Sampel harus segera
diproses di lab sesegera mungkin. Jika tidak
mungkin, sample dpt disimpan di suatu
tempat yang dpt menjaga integritasnya.
Biasanya dalam pendingin (4oC)



 Pre-treatmen Sample : bertujuan utk
penapisan awal. Umumnya dengan teknik
konsentrasi sample dan variasi temperatur.
Misal. Teknik konsentrasi dg filtrasi
menggunakan cellulose nitrate atau cellulose
acetate filter. Variasi temperatur pd isolasi spora
dg suhu di atas 80oC untuk membunuh sel-sel
vegetatif, atau 70oC pada isolasi Actinomycetes
 Screening based on culture enrichment :
menyediakan /mengatur komposisi nutrien dan
kondisi kultur yang sesuai khususnya bagi
mikroorganisme yg diinginkan dan
menghilangkan yang tidak diinginkan

• The industrial production of antibiotics begins
with screening for antibiotic producers

Pemurni
an

Cara Memperoleh Strain
Mikroorganisme

 REKAYASA
GENETIKA

Teknik biologi sel
Fusi Protoplas

(terutama utk meningkatkan
frekuensi keberhasilan rekombinasi genetik)


 Menghilangkan dinding sel menggunakan

enzim litik dengan adanya stabiliser osmotik
 Dengan menggunakan agen fusogenik , misal
polyethylene glycol (PEG), protoplas diinduksi
untuk fusi dan membentuk hibrid atau diploid.
 Regenerasi sel-sel yg viabel dari hasil fusi
protoplas.

Preservasi dan Penyimpanan
mikroorganisme

Serial transfer. Tidak
direkomendasikan karena sebagian
besar mikroorganisme akan kehilangan
kemampuan yang diinginkan.
 Penyimpanan pada agar miring.
Temperatur kamar, 4oC, -20oC dan
selalu di subkultur tiap 6 bulan sekali.
 Preservasi dalam air suling.
Khususnya untuk bakteria yang
berspora atau fungi. Spora disimpan
dalam air pada suhu 5oC. Untuk
pemakaian terbatas.
 Preservation dalam minyak.


Preservasi dan Penyimpanan
mikroorganisme








Lyophilisasi atau dikering-bekukan :
pembekuan dilakukan pada akhir fase log
yang dilanjutkan dengan pembekuan dalam
vakum untuk mengurangi kandungan air sel.
Pengeringan dalam silika gel, kertas .
Penyimpanan dalam tanah. Tambahkan
inokulum dengan tanah kering steril dan
biarkan kering pada temperatur kamar
selama 2 minggu. Digunakan khusus untuk
fungi dan Actinomycetes.
Penyimpanan dalam gliserol 10-20%
pada suhu -20 atau -70 oC.
Penyimpanan dalam nitrogen cair.
Sangat mahal.

Penyiapan Inokulum
Fermentasi memerlukan biakan murni yaitu
biakan di mana sel-selnya berasal dari
pbelahan satu sel tunggal.
 Biakan murni mgd suatu populasi yg terdiri
dari satu macam mikroba saja.


INOKULUM DAN
SEED FERMENTER




INOKULUM : Sediaan mikrobia yang
disimpan dalam suatu media tertentu
(umumnya dalam bentuk padatan)
SEED FERMENTER : Sediaan mikrobia
yang ditumbuhkan dalam suatu bejana
tertentu dalam skala max 10% dalam waktu
tertentu (sampai fase eksponensial)
sebelum masuk ke fermentor fermentasi
yang sesungguhnya (biasanya dalam
bentuk cair). Seed fermenter tidak ditujukan
untuk menghasilkan produk, tetapi sebagai
penyiapan dan memperbanyak inoculum

Syarat Inokulum









Sehat, lag fase kecil/pendek
Dapat dibuat/ditumbuhkan dalam volume besar
Harus memiliki ukuran yang pas untuk pertumbuhan
kinetik optimalnya
Bentuk morfologis stabil
Bebas dari kontaminan
Harus sudah masuk /berada dalam fase log
Produktivitas maksimum tetap
Sudah mulai diadaptasikan dengan medium
produksinya. Jika tidak memungkinkan dpt dilakukan
dengan menggunakan seed fermenter bertingkat.

Penyiapan Inokulum
 Waktu (untuk mengaktifkan mikroba/inokulum)
organisme
waktu
bakteri
20 – 120 menit
jamur dan alga 2 – 6 jam
 Konsentrasi Inokulum
organisme
konsentrasi (%)
Bakteri
0,1 – 3,0
actinomycetes 5,0 – 10,0
fungi
5,0 – 10,0
suspensi spora 1 – 50.000/L

Tinggi rendahnya
konsentrasi inokulum
tergantung dari
viabilitas sel, inhibitor
pertumbuhan atau
rendahnya nutrisi
dalam medium

Preparasi Seed Fermenter
Sub-Kultur dalam medium standar/dasar (mirip
medium utk penyimpanan) selama 24 – 48 jam
tgt macam mikroorganismenya.
 Memindahkan ke dalam medium cair (komposisi
mirip medium untuk produksi, hanya medium
produksi utama dalam konsentrasi kecil) sesuai
dengan konsentrasi yg dianjurkan, selama 3 – 5
hari (syarat sudah masuk fase log).
 Pemindahan ke dalam fermentor fermentasi
sesungguhnya.


Faktor kritis untuk mendapatkan
inokullum yg sesuai / pas adalah pada
pemilihan medium
 Desain medium produksi ditentukan
oleh 2 faktor :
-Kebutuhan nutrisi organismenya, dan
-Pembentukan produk maksimum


Tahapan Penyiapan Inokulum
1. Kultur Master (induk) dikultur pada media padat
2. Sekitar 10 koloni diinokulasi pada agar miring sbg kultur
submaster. Setiap kultur submaster digunakan untuk melakukan
produksi baru. Pada tahap ini, labu gojok bisa diinokulasi untuk
mengecek produktivitas kultur,.
3. Kultur submaster digunakan untuk menginokulasi satu labu gojok
(250 or 500 ml containing 50 or 100 ml medium), yg kemudian
digunakan sebagai inokulum untuk labu yg lebih besar, atau
fermentor lab, yg digunakan untuk inokulasi pilot-scale fermentor.
4. Kemurnian kultur dicek pada tiap tahapan untuk mendeteksi
kontaminasi seawal mungkin.
5. Untuk mikroorganisme yang berspora, proses dapat dimodifikasi
untuk memudahkan penggunaan spora sebagai inokulum.

Penyiapan inokulum

Tahapan inokulum
•
•
•
•

Shake flash Experiments
Fermentor skala Lab (5-10 L)
Fermentor skala Pilot (300-3000 L)
Fermentor Komersial (10,000-500,000 L)

Frozen
Seed

Seed
Flask

Pre-Seed
Fermenter

Seed
Fermemter

Production
Fermenter

Media

Media - Fermentasi
• Semua proses fermentasi yg dilakukan oleh mikroorganisme
memerlukan media yang secara nutritional sesuai : broth, semi
padat, padat.
• Umumnya proses fermentasi ada bbrp tahap yg masing-masing
perlu media yg berbeda. Misal : tahap propagasi inokulum
(starter), fermentasi skala-pilot, dan produksi fermentasi utama
(sesungguhnya).
• Antara propagasi inokulum dan fermentasi utama seringkali
berbeda dalam macam nutrisi maupun formulasi mediumnya

1. mgd nutrisi yg dibutuhk bagi ptumbhan sel
2. mgd nutrisi yg dpt sbg sumber energi bagi sel
3. tidak mgd zat yg mghambat ptumbhan sel
4. tidak tdpt kontaminan yg dpt ningkatkan psaingan
dlm pggunaan nutrisi
5. harus mengandung semua elemen yg cocok utk
sintesis substansi sel maupun sintesis produk metabolit
6. Nutrien yg terkandung harus dpt diformulasikan utk
menghasilkan produk target, biomassa maupun
metabolit spesifik

Syarat media

Selain itu, pd skala besar hrs dipakai sumber makanan yg relatif murah
dan memenuhi syarat sbb:
1. mproduksi hsl sebanyak2-nya
2. menuhi kadar produk atau biomassa sebanyak2-nya (per gram bhn
makanan terpakai) .
3. mproduksi produk yg tak diinginkan sekecil-kecilnya.
4. murah, mutu terjamin, mudah diperoleh.
5. nimbulkan efek samping sekecil2-nya akibat proses produksi spt
aerasi, agitasi, ekstraksi, pemurnian, dan pengolahan limbah.

Media & Produk Fermentasi
• Formulasi medium tgt produknya dan sangat bervariasi
kmposisinya.
• Jika produknya berupa biomassa atau metabolit primer
maka diupayakan medium yg memungkinkan utk
pertumb. optimal mikroorganisme
• Untuk produksi metabolit sekunder : antibiotik, maka
diupayakan pertumb. optimal dikurangi.
Konsekuensinya media dibuat yg memungkinkan utk
pertumb. awal, diikuti dg yg memungkinkan utk
produksi metabolit sekunder. Pada titik ini suplay salah
atau bbrp nutrien (karbon, fosfor atau sumber nitrogen)
mungkin dibatasi utk mencapai tahap yg diperlukan.

Kebutuhan Dan Formulasi
Media
• Sebagian besar fermentasi, kecuali pd medium padat,
memerlukan sejumlah besar air dlm formulasinya.
• Secara umum medium memerlukan : sumber karbon
baik utk energi maupun biositesis metabolit, sumber
nitrogen, fosfor dan sulfur.
• Mikronutrien harus ditambahkan jika memang
diperlukan; bbrp mikrorganisme memerlukan
vitamin : biotin dan riboflavin.
• Biasanya diperlukan buffer medium, pH medium
dikontrol dg menambah asam atau alkali’ dan
osmolaritasnya diperhatikan.
• Diperlukan juga agen ati buih

MEDIA DESIGN
1. NUTRITIONAL REQUIREMENTS
- Elemental requirements
- Specific nutrients, e.g. vitamins. minerals, amino acids, etc.
- Energy requirements - Carbon source and Oxygen
- Growth
- Product Synthesis
- Maintenance
2. ENVIRONMENTAL REQUIUREMENTS
- pH profile
- Temperature profile
- Dissolved oxygen profile
- Catabolite repression
- Physiological constraints, e.g. ionic strength, product inhibition

Laboratory process development
Shake Flask Experiments
Optimization of conditions
for cell growth and product
formation using shake flask
experiments:
1. pH
2. Temperature
3. Dissolved oxygen (DO)
4. Substrate choice
5. Maximal and optimal
substrate concentration
6. Size and mass of cells
7. Others

Proses Fermentasi
Alur proses Fermentasi
Total waktu 3-20 hari

Frozen
Seed

Seed
Flask

Pre-Seed
Fermenter

Seed
Fermemter

Production
Fermenter

Proses fermentasi
1. Nutrisi, substrat, dan inokulum
dimasukkan ke dalam fermentor
secara aseptis.
2. Pengaturan kecepatan aerasi dan agitasi.
Aerasi berfungsi sbg penyuplai oksigen
utk sel dlm fermetor. Laju oksigen yg
disuplai ke dlm fermentor dijaga stabil.
Fluktuasi laju alir oksigen dpt
menurunk kerja fermentor krn laju
transfer O2 tidak tetap shg
metabolisme sel terganggu krn kadar
DO yang tidak stabil.
Agitasi berfungsi sbg alat pghomogen
larutan fermentasi.
Pengadukan dilakukan oleh impeller.
Semakin banyak impeller di dlm
fermentor semakin homogen larutan
tersebut

.
Laju alir udara dan pengadukan saling
terkait satu sama lain, krn pengadukan
akan ningkatkan laju dispersi oksigen ke
dalam larutan dan meratakan kadar
oksigen di seluruh medium fermentasi.
Di pinggiran fermentor tdpt baffle bfungsi
mcegah tjdnya vortex (pusaran air) shg
dpt ningkatkan efisiensi aerator.
Perlu dihindari foaming dg cara :
- ditambahk zat antifoam sblm proses
fermentasi (mis. Silicon).
Foaming tjd krn protein terdenaturasi
dlm medium fermentasi.
- Atau scr mekanik dg ngatur putaran
agitator. Hal ini lebih aman krn zat kimia
yg terlalu banyak ditambahk ke medium
dpt mjd inhibitor ptumbuhan mikroba.

Kontrol proses
Sel mikroba tdr dr seny organik spt protein, yg
mudah berubah sifat akibat perubh fisika atau
kimia, mk selama proses di dalam bejana
fermentasi hrs dphatikan bbrp faktor fisika atau
kimia yg mungkin timbul yg dpt mpengaruhi
jalannya proses.
Faktor-faktor yg perlu dikontrol antara lain:
• keberadaan air
• pH
• keberadaan oksigen, yg mpengaruhi mikroba
aerob atau anaerob.
• suhu, bila terlalu tinggi akan memecah protein.
• kekentalan, yg akan mpengaruhi tegangan
permukaan.
• homogenitas.
• kemungkinan kontaminasi.
• kemungkinan timbulnya busa (foaming).

pengunduhan
Hasil proses fermentasi adalah bmacam2 produk yaitu
biomassa gel, bioenzim, metabolit, biokonversi, sisa
makanan, dan hasil samping yg tidak diinginkan.
Utk mperoleh hasil masing2 produk yg diinginkan, harus
dipisahk dan dimumikan shg diperoleh produk yg
bermutu.
Teknik pemisahan tgt produk yg akan dipisahkan dg
mphatikan
:
- Produk dalam
(intraseluler) atau luar sel (ekstraseluler)
- Konsentrasi produk
- Sifat fisik (ukuran partikel dll) dan kimia
- Tujuan penggunaan produk
- Kemurnian yang diharapkan
- Harga produk dan pertimbangan ekonomi lain

Yang umum, teknik pemisahan itu meliputi:
• pemisahan senyawa larut dan tidak larut,
dg bbrp teknik filtrasi, sentrifugasi,
pemecahan gel.
• isolasi, dg teknik ekstraksi dan adsorpsi.
• pemurnian produk, dg teknik
kromatografi, pengendapan, ultrafiltrasi
dan elektroforesa.
• pekerjaan akhir, dg teknik kristalisasi,
pengeringan, pengendalian dan tindakan
thd kemungkinan pengotoran lain.

Pengunduhan Produk Ekstraseluler
Kultur fermentasi

Ekstraksi

Pemisahan bahan
tak larut

Sel dan
bahan tak larut

Fraksi
larut

Konsentrasi
Produk

Pemurnian

Produk
akhir

Pengunduhan Produk Tak Larut

Gravitasi

Mekanik

Sentrifugasi
Flokulasi

Filtrasi
Dialisa

Pemisahan Sel
Mikrobia dan
Padatan lain

Penyerapan
permukaan

Listrik

Absorbsi
Pertukaran ion
Flotasi

Elektroforesis
Elektroosmosis
Elektrodialisa

•Filtrasi
•Sentrifugasi
•Presipitasi/Pengendapan

CONTOH KONDISI
FERMENTASI

ANTIBIOTIK

PENISILIN

Faktor Penting

Bahan Dasar

Sumber C: laktosa, dll
Sumber N: sodium nitrat
Mineral: MgSO4.7 H2O
Prekursor: asam fenil asetat

Dhasilkan oleh
P. Notatum
P. Chrysogenum

Cara Produksi

Kondisi Fermentasi

Suhu: 24oC
pH : 5 – 5,75
Aerasi : 400 Cu/mnt
Oktadekanal 3%
Antifoem tributil sitrat

Kultur Tenggelam
Kultur Permukaan