Soal Bioteknologi

1.      

Iqbal Nm 1040911072

Perbedaan keuntungan dan kerugian material

Kultur permukaan mempunyai beberapa keuntungan antara lain cara operasinya sederhana dan bebas dari masalah kontaminasi. Kelemahannya adalah membutuhkan ruangan yang luas dan membutuhkan banyak tenaga.

#Medium Padat atau Semipadat : Medium padat atau semi padat dalam fermentasi permukaan menggunakan partikel substrat padat, seperti jagung giling, bekatul gandum dengan atau tanpa penambahan larutan nutrien yang diserap oleh permukaan substrat padat tersebut.

Pada kebanyakan kapang, (keuntungan) pertumbuhannya pada permukaan medium padat dapat membentuk spora yang lebih banyak dengan kemungkinan hidup yang lebih lama dibandingkan dengan kultur terendam. Produksi enzim melalui proses koji menggunakan bekatul gandum sebagai substrat yang dicampur dengan air sehingga bersifat semi padat, kadang-kadang ditambahkan nutrien tambahan, asam atau buffer. Fermentasi dilakukan dengan cara menyebar substrat yang telah disterilkan dan diinokulasikan kedalam baki dengan ketebalan tertentu.

Salah satu kelemahan medium padat atau  semi padat adalah pemakaian  substrat yang tidak efisien, karena itu pada fermentasi aerobik sifat porositas medium padat atau semi padat dengan sifat porositas yang baik memungkinkan penetrasi udara ke bagian dalam medium sehingga pertumbuhan dapat terjadi diseluruh bagian medium.

#Medium cair digunakan baik pada fermentasi permukaan maupun fermentasi terendam. Fermentasi permukaan medium cair merupakan metoda fermentasi yang telah lama diterapkan untuk memproduksi berbagai produk fermentasi, yaitu sebelum fermentasi terendam terbukti lebih efisien untuk memproduksi berbagai produk fermentasi yang bernilai ekonomi tinggi dan menghendaki sterilitas yang tinggi.

2.       Bagaimana cara menaikan produk fermentasi

-Inokulasi dalam bentuk spora akan mengurangi biaya operasi dalam suatu industri fermentasi. 

-menumbuhkan kapang bersangkutan dalam morfologi yang sesuai, karena bentuk morfologi kapang mempengaruhi proses fermentasi.
contoh: morfologi  Aspergillus niger untuk memproduksi asam sitrat secara optimal adalah bentuk pellet, sedangkan morfologi  P.chrysogenum untuk memproduksi Penicillin secara optimal adalah bentuk Filamen.

-

Kinetika  pertumbuhan sel ditentukan oleh:

1.       Jenis  mikroorganisme yang ditumbuhkan

2.       Media Fermentasi yang digunakan

3.       Sistem Fermentasi yang digunakan

3.       Macam2 metode fermentasi ada 3, Keuntungan dan kerugian masing2 metode fermentasi dan cara kerja masing2 metode:

1.Fermentasi sistem tertutup  (Batch System): Pada fermentasi sistem ini tidak dilakukan lagi  penambahan komponen substrat, setelah inokulasi  kedalam medium steril didalam fermentor, kecuali penambahan oksigen, anti buih dan asam atau basa  untuk mengatur pH.

Selama fase eksponensial dalam kondisi kultur yang sesuai ,  mikroba tumbuh dengan laju pertumbuhan maksimum  ( m maks. ).

Jadi pada fase eksponensial specific growth rate = m maks.

Makin tinggi bilangan µ_max suatu mikroorganisme à makin mudah mikroorganisme tsb tumbuh atau makin cocok kondisi lingkungan terhadap mikroorganisme tsb.

Laju pertumbuhan maksimum juga dipengaruhi  oleh panjang rantai molekul substrat, karena untuk memecah substrat dengan rantai mol. yang lebih panjang dibutuhkan energi yang lebih besar.

Tetapi karena pertumbuhan berlangsung dengan mengkonsumsi nutrien dan sekaligus mengeluarkan produk-produk metabolit yang terbentuk maka setelah waktu tertentu laju pertumbuhan akan menurun dan akhirnya pertumbuhan berhenti sama sekali.

Berhentinya pertumbuhan dapat disebabkan karena berkurangnya  beberapa nutrien yang essential dalam medium atau karena terjadinya akumulasi autotoksin dalam medium atau  kombinasi keduanya.

Fase stasioner dalam batch culture merupakan fase dimana laju pertumbuhan menurun sampai tidak ada pertumbuhan lagi.

     Pada fase ini aktivitas metabolisme sel masih berlangsung, dan mikroba memproduksi metabolit sekunder (fase populasi maksimum).

Untuk menginduksi metabolit sekunder agar dapat berlangsung pada fase eksponensial dapat dilakukan teknik manipulasi kondisi fermentasi , misalnya dengan memakai sumber karbon yang menurunkan laju pertumbuhan.

2.Fermentasi sistem kontinyu: Dalam fermentasi ini larutan nutrien steril dalam volume tertentu  ditambahkan ke dalam  fermentor secara kontinyu, dan pada yang sama larutan berisi sel dan produk-produk metabolisme dikeluarkan dari fermentor dengan volume yang sama.

Dalam fermentasi kontinyu, larutan nutrien steril dalam volume tertentu ditambahkan kedalam fermentor secara kontinyu, dan pada saat yang sama larutan yang berisi sel dan produk-produk metabolit dikeluar-kan dari fermentor dengan volume yang sama.

Jika penambahan dan pengeluaran nutrien dengan volume dan kecepatan alir diatur sedemikian sehingga seimbang, maka akan tercapai kondisi yang disebut “ steady-state “

Jadi, penambahan medium baru dengan kecepatan yang sesuai dapat menghasilkan keadaan

“ steady-state “, dimana pembentukan sel-sel baru jumlahnya sama dengan sel-sel yang dikeluarkan dari fermentor.

Jadi dalam keadaan  “steady state” :  konsentrasi sel, laju pertumbuhan, konsentrasi nutrien dan konsentrasi produk tidak mengalami perubahan dengan bertambahnya waktu fermentasi.

Berdasarkan sistem kontrol yang digunakan dalam mempertahankan keadaan  “steady state”, terdapat dua tipe fermentasi kontinyu yaitu chemostat dan turbidostat.

Pada chemostat, pertumbuhan sel selama fermentasi berlangsung, dikontrol dengan cara mengatur konsentrasi salah satu substrat terbatas dalam medium.

Sedangkan pada turbidostat, pertumbuhan atau konsentrasi sel dipertahankan konstan dengan memonitor kekeruhan kultur.

Sistem chemostat lebih banyak diterapkan karena tidak membutuhkan sistem kontrol yang rumit.  Tetapi sistem turbidostat juga memiliki kelebihan antara lain: kemingkinan keluarnya semua sel dari kultur dapat dihindari.

Jika  D > m  ,  maka kecepatan pengenceran  < kecepatan pertumbuhan, akibatnya sel-sel cepat tercuci dan jumlahnya didalam tabung fermentasi semakin berkurang.
jika  m  lebih besar dari pada D, maka kecepatan pertumbuhan lebih tinggi dari pada kecepatan pengenceran, sehingga jumlah sel  (N) semakin lama semakin meningkat.  Akibatnya nutrien di dalam tabung fermentasi semakin lama akan berkurang, dan kecepatan pertumbuhan jadi lambat. 

3.Fed batch process atau semi kontinyu: Merupakan metode tertutup dengan penambahan substrat pada selang waktu dan volume tertentu.

pada sistem ini volume kultur makin lama semakin bertambah.

Keuntungan dari sistem “Fed-Batch” ini ialah konsentrasi sisa substrat terbatas dapat dipertahankan pada tingkat yang sangat rendah.

Konsentrasi substrat yang sangat rendah ini mempunyai keuntungan yakni:

1.       Efek represi dari sumber karbon yang digunakan dengan cepat dapat dihindari.

2.       Efek toksis komponen medium dapat dihindari.

4.       Masing2 metode fermentasi bagaimana cara memperbaiki produk hasil fermentasi

-sistem tertutup: Untuk menginduksi metabolit sekunder agar dapat berlangsung pada fase eksponensial dapat dilakukan teknik manipulasi kondisi fermentasi , misalnya dengan memakai sumber karbon yang menurunkan laju pertumbuhan.

-sistem kontinyu:

5.       Sterilisasi, bagaimana bila media swt tidak steril.

Jawab:  inokulasi sulit karena ada mikroorganisme asing, bisa tumbuh 2 mikroorganisme yang berbeda, bisa tumbuh bakteriophage yang memakan mikroorganisme biakan.

Jika fermentasi terinfeksi oleh mikroorganisme asing, maka :

1.Medium akan menumbuhkan keduanya dan menghasilkan 2 produk, baik produksi organisme maupun kontaminan, sehingga akan menghasilkan kehilangan produktivitas.

2.Jika fermentasi dilanjutkan kemungkinan kontaminan akan menghasilkan produk atau mendesak produksi dari mikroorganisme yang diinginkan dan menghilangkannya dari fermentasi.

3.Organisme asing dapat mengkontaminasi produk akhir, mis. Protein sel tunggal dimana  sel-sel memisah dari nutrien, kandunganproduk.

4.Kontaminan memproduksi senyawa-senyawa yang menyulitkan

      ekstraksi produk akhir.

5.Kontaminan dapat merusak produk yang diinginkan.

6.Kontaminan dari suatu fermentasi bakteri dengan ” phage” dapat melisis kultur.

6.       Kapan dilakukan inokulasi penicilin? Inkulasi penisilin dengan botle.. kenapa? alasannya.

diinokulasikan kedalam medium fermentasi pada saat sel aktif melakukan metabolisme  (fase pertumbuhan eksponensial). Karena untuk bakteri pembentuk spora umur  inokulum  dipengaruhi  oleh lamanya fase adaptasi.

Lamanya fase adaptasi dipengaruhi oleh volume inokulum dan kondisi fisiologinya.

Penisilin: Pembentukan  spora kapang pada media Agar

                Pembentukan spora kapang dapat berlangsung pada media agar yang sesuai , tetapi diperlukan luas permukaan yang besar untuk menghasilkan spora dalam jumlah banyak. Karena itu telah diterapkan teknik ”  roll-bottle” untuk memproduksi spora dari Penicillium chrysogenum.

Dengan teknik ”roll-botle” ini ,  300 mL medium yang mengandung agar sebanyak 3 % dimasukkan ke dalam botol silinder yang volumenya 1 Liter. Setelah disterilkan dan didinginkan sampai pada suhu 45^oC, kemudian botol diputar dengan alat pemutar (roller-mill) sehingga medium agar akan melapisi permukaan botol bagian dalam. Selanjutnya botol diinokulasi dengan suspensi spora kapang dari sub-master slope dan diinkubasikan pada 24 ^oC selama 6-7 hari.

7.       Jelaskan dan subutkan contoh Inhibtor, induser, prekusor, apa saja? (fungsi  penambahanan bahan sebagai apa?)

8.       Diagram design fermentsi

9.       kelebihan dan kekurangan fermentasi dibanding sintsis total

	Fermentasi	Sintesis Total
1	Mudah dikontrol meskipun senyawanya kompleks	Sulit dikontrol terutama sintesis senyawa kompleks
2	Rendemen produk cukup	Rendemen tergantung ke komplekan senyawa -> semakin kompleks, rendemen semakin kecil
3	Tidak memberi masalah limbah yang serius	Memberikan masalah limbah yang serius
4	Perlu kondisi aseptis/steril	Tidak perlu kondisi aseptis/steril
5	Bahan relatif murah	Bahan mahal
6	Instrumen sangat mahal	Instrumen tidak terlalu mahal