Judul: Makalah Mikriobiologi Terapan Tentang Mikrobiologi Industri.
Penulis: Fitra Yarsih
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Mikrobiologi merupakan ilmu pengetahuan tentang perikehidupan makhluk-makhluk kecil yang hanyakelihatan dengan mikroskop (bahasa Yunani: micros = kecil, bios = hidup, logos = kata atau ilmu). Makhluk-makhluk kecil itu disebut dengan mikroorganisme, mikroba, protista, atau jasad renik.
Ilmu pengetahuan tentang mikroorganisme dapat diamalkan guna menambah kesejahteraan hidup manusia. Sesuai dengan itu, dalam makalah ini akan dibahas mengenai mikrobiologi industri yang merupakan salah satu dari cabang ilmu mikrobiologi.
Mikrobiologi industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikrobia sebagai komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikrobia dalam proses. Mikrobia dalam industri menghasilkan bermacam produk, diantaranya adalah antibiotic dan pakan ternak.
Berdasarkan latar belakang diatas, dalam makalah ini akan dibahas mengenai mikrobiologi industri yang meliputi mikrobia penghasil antibiotika, pakan ternak dan mikrobia yang digunakan dalam proses fermentasi serta penjernihan air.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam makalah ini akan dipaparkan beberapa masalah, yaitu
1. Apakah yang dimaksud dengan mikrobiologi industri?2. Apa sajakah mikroba yang digunakan dalam pembuatan pakan ternak?
3. Apa sajakah mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi?
4.Apa sajakah mikroba yang digunakan dalam proses pembuatan antibiotik?
5. Apa sajakah mikroba yang digunakan dalam proses penjernihan air?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan makalah ini adalah:
1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan mikrobiologi industri
2.Untuk mengetahui mikroba yang digunakan dalam pembuatan pakan ternak
3.Untuk mengetahui mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi
4.Untuk mengetahui mikroba yang digunakan dalam proses pembuatan antibiotik
5. Untuk mengetahui mikroba yang digunakan dalam proses penjernihan air
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Mikrobiologi Industri
Mikrobiologi Industri adalah suatu proses produksi mikroorganisme dalam jumlah besar dalam kondisi terkendali dengan tujuan untuk menghasilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi dan bermanfaat. Dilihat dari sudut industri, mikroorganisme merupakan "pabrik zat kimia" yang mampu melakukan perubahan yang dikehendaki. Mikroorganisme merombak bahan mentah (substrat) menjadi suatu produk baru :Substrat + Mikroorganisme = Produk baru
Substrat: karbohidrat, pati, molasses, limbah hasil pertanian, tebu, dsb.
Mikroorganisme : bakteri, jamur, yis dll.
Produk baru : enzim, alcohol, antibiotic, vitamin, hormone steroid, asam amino, asam organic, protein sel tunggal.
Kelebihan mikroorganisme sebagai sumber industri :
Mikroba tumbuh dengan cepat (dimana dalam waktu 20 – 30 menit mikroba sudah dapat berkembang biak),
Tidak memerlukan lahan yang luas,
Tidak dipengaruhi iklim, mudah dikendalikan,
Secara genetic mikroba mudah dimodifikasi sesuai dengan kehendak,
Mikroorganisme dapat tumbuh pada berbagai limbah yang memiliki nilai ekonomi rendah untuk diubah menjadi bahan dengan nilai ekonomi tinggi.
Dalam suatu reaksi, memang mesti harus menggunakan mikroba (tidak dapat digantikan oleh zat kimia).
Peranan Mikroba Dalam Industri
Tidak semua mikroorganisme yang ada dapat digunakan dalam industri. Mikroorganisme yang diisolasi dari alam memperlihatkan pertumbuhan sel seperti komponen fisiologi utamanya, sedangkan mikroorganisme industri merupakan organisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat membuat satu atau banyak produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri merupakan salah satu yang sudah diisolasi dengan teknik tradisional, mikroorganisme tersebut menjadi organisme yang sangat 'termodifikasi" sebelum memasuki industri berskala-besar. Sebagian besar mikroorganisme industri, merupakan spesialis metabolik, yang secara spesifik mampu menghasilkan metabolit tertentu dan dalam jumlah yang sangat banyak.
Untuk mencapai spesialisasi metabolik tinggi tersebut, strain industri dirubah secara genetika melalui mutasi atau rekombinasi. Jalur metabolik minor biasanya ditekan atau dihilangkan. Sering terdapat ketidak-seimbangan metabolik, misalnya kemampuan pertumbuhannya yang rendah, kehilangan kemampuan untuk membentuk spora, dan mengalami perubahan pada komponen biokimia dan selnya. Meskipun strain industri dapat tumbuh dengan sangat memuaskan di bawah kondisi fermentor industri yang sangat terspesialisasi, strain tersebut dapat memperlihatkan kemampuan pertumbuhan dalam lingkungan yang kompetitif di alam.
Strain Mikroorgansime Untuk Industri
1. Asal Strain Industri
Sumber utama semua strain mikroorganisme industri adalah lingkungan alaminya. Tetapi setelah beberapa tahun, sebagai proses mikrobiologi berskala-besar maka strain dapat menjadi sempurna, sejumlah strain industri disimpan pada koleksi biakan. Sejumlah koleksi biakan yang tersedia pada tempat penyimpanan biakan mikroorganisme dapat dilihat pada Tabel 13-1. Meskipun koleksi bikan ini dapat tersedia sebagai sumber biakan yang siap pakai, harus dimengerti bahwa sebagian besar perusahaan industri akan enggan menyimpan biakan terbaiknya pada koleksi biakan.
Tabel: Koleksi biakan (kultur) yang menyediakan biakan mikroorganisme untuk industri
Singkatan Nama Tempat
ATCC American Type Culture Collection Rockville, MD USA
CBS Centraalbureau voor Schimmelcultur Baam, Netherlands
CCM Czechoslovak Collection of Microorganisme J.E. Purkyne University, Brno,
CDDA Canadian Department of Agriculture Czechoslovakia Ottawa, Canada
CIP Collection of the Institut Pasteur Paris, France
CMI Commonwealth Mycological Institute Kew, UK
DSM Deutsche Sammlung von Mikroorganismen Gottingen, Federal Republic of Germany
FAT Faculty of Agriculture Tokyo University Tokyo, Japan
IAM Institute of Applied Microbiology University of Tokyo, Japan
NCIB National Collection of Industrial Bacteria Aberdeen, Scotland
NCTC National Collection of Type Culture Northern London, UK
NRRL Northern Regional Research Laboratory Peoria, IL USA
Keterangan: Daftar di atas hanya sejumlah koleksi biakan umum. Beberapa universitas dan laboratorium penelitian memelihara koleksi kelompok biakan mikroorganisme spesifik.Perbaikan Strain Untuk Industri
Seperti kita ketahui, bahwa sumber asal mikroorganisme industri adalah lingkungan alaminya, tetapi isolat asal tersebut akan dimodifikasi secara besar-besaran di laboratorium. Sebagai akibat modifikasi tersebut, dapat diharapkan penambahan perbaikan dalam menghasilkan suatu produk. Peningkatan perbaikan yang paling dramatik, contohnya terjadi pada penisilin, antibiotik yang dihasilkan oleh fungi Penicillium chrysogenum. Pertamakali dihasilkan pada skala besar, penisilin diperoleh sebanyak 1-10 µg/ml. Setelah beberapa tahun, sebagai hasil perbaikan strain dengan merubah kondisi pertumbuhan dan medium, hasilnya meningkat menjadi 50.000 µg/ml. Yang menarik ialah, peningkatan hasil sampai 50.000 kali-lipat diperoleh melalui mutasi dan seleksi; tidak melibatkan manipulasi rekayasa genetika. Selanjutnya diperkenalkan teknik genetika baru, walaupun lebih sederhana, hasilnya meningkat.
Syarat-syarat Mikroorganisme Industri
Suatu mikroorganisme dianggap layak digunakan dalam industri, bukan saja mampu menghasilkan substansi yang menarik, tetapi harus lebih dari itu. Mikroorganisme harus tersedia sebagai biakan murni, sifat genetiknya harus stabil, dan tumbuh dalam biakan berskala-besar. Bikan juga harus dapat dipelihara dalam periode waktu yang sangat panjang di laboratorium dan dalam 'plant' industri. Biakan tersebut lebih disukai jika dapat menghasilkan spora dan bentuk sel reproduktif lain sehingga mikroba mudah diinokulasikan ke dalam fermentor besar.
Karakteristik penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang relatif singkat, karena alasan sebagai berikut:
1. Alat-alat yang digunakan pada industri berskala besar termasuk mahal, hal tersebut tidak menjadi masalah (secara ekonomi) jika produk dapat dihasilkan dengan cepat;
2.Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, kontaminasi fermentor akan berkurang;
3.Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, akan lebih mudah mengendalikan berbagai faktor lingkungan dalam fermentor.
Sifat penting lain yang harus dimiliki mikroorganisme industri adalah:
Organisme
Organisme yang akan digunakan harus dapat menghasilkan produk dalam jumlah yang cukup banyak. Karakteristik penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang relatif singkat, memiliki sifat-sifat genetik yang stabil, mampu menghasilkan substansi yang menarik, serta dapat dipelihara dalam periode waktu yang sangat panjang di laboratorium. Mikroba yang digunakan dalam industri adalah kapang, khamir, bakteri, dan virus.Medium
Substrat yang digunakan oleh organisme untuk membuat produk baru harus murah dan tersedia dalam jumlah yang banyak. Misalnya, limbah yang banyak mengandung nutrisi dari industri persusuan dan industri kertas untuk menghasilkan bahan-bahan yang bernilai tinggi.c. Hasil
Fermentasi industri dilakukan dalam tangki-tangki yang besar kapasitasnya dapat mencapai 200.000 liter. Produk metabolisme mikroba biasanya merupakan campuran heterogen yang terdiri dari sel-sel mikroorganisme dalam jumlah yang sangat banyak, komponen-komponen medium yang tidak terpakai, dan produk-produk metabolisme yang tidak dikehendaki. Karena itu, harus dikembangkan metode-metode yang mudah dilaksanakan dalam skala besar untuk memisahkan dan memurnikan produk akhir yang diinginkan.d. Tidak berbahaya bagi manusia, dan secara ekonomik penting bagi hewan dan tumbuhan.
e. Harus non-patogen dan bebas toksin, atau jika menghasilkan toksin, harus cepat di-inaktifkan. Karena, ukuran populasi besar dalam fermentor industri, sebenarnya tidak memungkinkan menghindari kontaminasi dari lingkungan luar fermentor, suatu patogen yang ada akan mampu mendatangkan masalah.
f. Mudah dipindahkan dari medium biakan. Di laboratorium, sel mikroorganisme pertamakali dipindahkan dengan sentrifugasi, tetapi sentrifugasi bersifat sulit dan mahal untuk industri skala-besar.
g.Mikroorganisme lebih disukai jika berukuran besar, karena sel lebih mudah dipindahkan dari biakan dengan penyaringan (dengan bahan penyaring yang relatif murah). Sehingga, fungi, ragi, dan bakteri berfilamen, lebih disukai. Bakteri unisel, berukuran kecil sehingga sulit dipisahkan dari biakan cair.
h. Terakhir, mikroorganisme industri harus dapat direkayasa secara genetik. Dalam bioteknologi mikroorganisme tradisional peningkatan hasil diperoleh melalui mutasi dan seleksi. Mutasi akan lebih efektif untuk mikroorganisme dalam bentuk vegetatif dan haploid, dan bersel satu. Pada organisme diploid dan bersel banyak mutasi salah satu genom tidak akan menghasilkan mutan yang mudah diisolasi. Untuk fungi berfilamen, lebih disukai yang menghasilkan spora, karena filamen tidak mampu mempermudah rekayasa genetika. Organisme juga diharapkan dapat direkombinasi secara genetik, juga dengan proses seksual dan beberapa jenis proses paraseksual. Rekombinasi genetik memungkinkan penggabungan genom tunggal sifat genetik dari beberapa organisme. Teknik yang sering digunakan untuk menciptakan hibrid, bahkan tanpa siklus seksual adalah fusi/penggabungan protoplasma, menyertai regenasi sel vegetatif dan seleksi progeni hibrid. Bagaimanapun, beberapa strain industri sudah diperbaiki secara genetik tanpa menggunakan rekombinasi genetika.
Produk Mikroorganisme Dalam Proses Industri
Proses pertumbuhan mikroorganisme dan tahap-tahapnya yang meliputi tahap: lag, log, dan fase stationer, sudah diketahui sebelumnya. Berbagai metabolit yang dibentuk pada fase-fase pertumbuhan tersebut perlu diketahui, untuk memperoleh metabolit yang diharapkan dalam proses industri. Terdapat dua bentuk dasar metabolit mikroorganisme yang disebut metabolit primer dan sekunder.Metabolit primer merupakan salah satu yang dibentuk selama fase pertumbuhan primer mikroorganisme, sedangkan metabolit sekunder merupakan salah satu yang dibentuk menjelang akhir fase pertumbuhan primer mikroorganisme, seringkali menjelang atau fase stationer pertumbuhan.
Metabolit Primer
Salah satu proses dimana produknya dihasilkan selama fase pertumbuhan primer mikroorganisme adalah fermentasi alkohol (etanol). Etanol merupakan suatu produk metabolisme anaerobik dari ragi dan bakteri tertentu, dan dibentuk sebagai bagian dari metabolisme energi. Karena pertumbuhan hanya terjadi jika terjadi produksi energi, pembentukan etanol terjadi secara paralel dengan pertumbuhan.
2. Metabolit Sekunder
Suatu yang sangat menarik, sekalipun sangat kompleks, tipe proses industri mikroorganisme, salah satu produknya yang diharapkan tidak dihasilkan selama fase pertumbuhan primer, tetapi menjelang atau tepat pada fase stasioner Metabolit yang dihasilkan pada fase tersebut sering dinamakan metabolit sekunder, dan merupakan sejumlah metabolit yang penting dan menarik dalam industri.
Metabolisme primer umumnya sama pada semua sel, sedangkan metabolisme sekunder memperlihatkan perbedaan antara satu organisme dengan yang lainnya. Karakteristik metabolit sekunder yang dikenal, adalah :
1. Setiap metabolit sekunder dihasilkan hanya oleh sebagian kecil organisme/relatif sedikit.
2. Metabolit sekunder kelihatannya tidak penting untuk pertumbuhan dan reproduksi sel.
3. Pembentukan metabolit sekunder sangat ekstrim bergantung pada kondisi pertumbuhan, khususnya komposisi medium. Sering terjadi tekanan pembentukan metabolit sekunder.
4. Metabolit sekunder sering dihasilkan sebagai kelompok struktur yang berhubungan erat. Sebagai contoh, strain tunggal spesies Streptomyces ditemukan dapat menghasilkan 32 antibiotika antrasiklin yang berbeda tetapi berhubungan.
5. Sering terjadi produksi metabolit sekunder secara berlebihan, sedangkan metabolit primer terikat pada metabolisme primernya, biasanya tidak mengalami kelebihan produksi seperti hal tersebut.
Trofofase dan Idiofase
Dalam metabolisme sekunder terdapat dua fase yang berbeda, yang disebut trofofase dan idiofase. Trofofase merupakan fase pertumbuhan, sedangkan idiofase merupakan fase pembentukan metabolit. Meskipun merupakan suatu kekeliruan untuk menganggap hal tersebut menjadi dua fase, tapi istilah tersebut merupakan penyederhanaan yang sesuai, karena menolong kita dalam kajian fermentasi industri. Jadi, jika kita berurusan dengan metabolit sekunder, harus menjamin kondisi yang tersedia selama trofofase untuk pertumbuhan yang baik, selanjutnya kita harus yakin bahwa kondisi tersebut pantas untuk diubah pada waktu yang hampir bersamaan supaya menjamin pembentukan produk yang baik.
Antibiotika adalah metabolit sekunder yang terkenal dan diteliti secara luas. Pada metabolisme sekunder, terdapat pertanyaan mengapa produk tidak dihasilkan dari substrat pertumbuhan primer, tapi dari produk yang dengan sendirinya dibentuk dari substrat pertumbuhan primer. Jadi metabolit sekunder umumnya dihasilkan dari beberapa produk perantara yang berkumpul dalam medium atau dalam sel, selama metabolisme primer.
Satu karakteristik metabolit sekunder adalah enzim yang terlibat pada produksi metabolit sekunder diatur secara terpisah dari enzim metabolisme primer. Dalam banyak kasus, sudah diidentifikasi inducer spesifik metabolit sekunder. Sebagai contoh, inducer spesifik untuk produksi streptomisin, yaitu suatu senyawa yang disebut A-factor .
Hubungan Metabolisme Primer Dengan Metabolisme Sekunder
Sebagian besar metabolit sekunder merupakan molekul organik kompleks yang dibutuhkan untuk sintesis sejumlah besar reaksi enzimatik spesifik. Sebagai contoh, saat ini diketahui paling sedikit 72 tahap enzimatik yang dilibatkan dalam sintesis antibiotika tetrasiklin dan lebih dari 25 tahap enzimatik pada sintesis eritromisin, tidak satupun raksi tersebut terjadi selama metabolisme primer, karena bahan pemula untuk metabolisme datang dari jalur biosintetik utama. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 13-3.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mikroorganisme dalam Industri
Kegiatan mikroba dipengaruhi oleh faktor lingkungannya. Perubahan dilingkungan dapat mengakibatkan terjadinya perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroorganisme. Beberapa golongan mikroorganisme resisten terhadap perubahan lingkungan karena dengan cepat melakukan adaptasi dengan lingkungan. Faktor-faktor lingkungan yang sering mempengaruhi pertumbuhan mikroba antara lain:
Suhu
Suhu merupakan salah satu faktor penting dalam kehidupan mikroba. Beberapa mikroba mampu hidup dalam kisaran suhu yang luas. Terkait dengan suhu pertumbuhan maka dikenal suhu minimum, maksimum dan optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik untuk kehidupan mikroba. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan fisisologi yang paling rendah.Atas dasar suhu perkembangannya mikroba dapat dibedakan menjadi 3 golongan, yaitu psikofil, mesofil dan termofil.Mikroba psikofil/kriofil dapat tumbuh pada suhu antara 0o C-30o C, dengan suhu optimum 15OC. Kebanyakan tumbuh ditempat-tempat dingin, baik di daratan maupun dilautan
Mikroba mesofil mempunyai suhu optimum antara 25-37oC, dengan suhu minimum 15oC dan suhu maksimum antara 45-55oC. Mikroba ini biasa hidup pada tanah dan perairan.
Mikroba termofil mempunyai suhu pertumbuhan antara 40-75oC, dengan suhu optimum 55-60oC.
Kelembaban
Tiap jenis mikroba mempunyai kelembaban optimum tertentu. Pada umumnya khamir dan bakteri membutuhkan kelembapan yang lebih tinggi dibandingkan jamur. Banyak mikroba yang tahan tahan hidup dalam keadaan kering untuk waktu yang lama. Misalnya mikroba yang membentuk spora dan mentuk-bentuk Krista
pH
Berdasarkan pH yang ada, mikroba dikenal dengan asidofil, neurofil, dan alkalifil. Asidofil adalah mikroba yang dapat tumbuh pada pH antara 2,0-5,0. Mikroba neutrofil adalah mikroba yang mampu tumbuh pada kisaran pH 5,5-8,0 sedangkan mikroba alkalifil dapat tumbuh pada kisaran pH 8,4-9,5. Bakteri memerlukan pH 6,5-7,5, khamir memerlukan pH 4,0-4,5, sedangkan jamur mempunyai kisaran pH yang luas.
Ion-ion logam
Ion-ion logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au dan Pb pada kadar yang sangat rendah dapat bersifat toksik. Daya bunuh logam berat pada kadar rendah disebut oligodinamik. Ion-ion logam dapat mengganggu sistem enzim sel. Misalnya Hg++ akan bergabung dengan gugus sulfidril (-SH) dalam enzim sehingga aktivitas enzim dengan gugus aktif sulfidril akan terhambat aktivitasnya. Ion-ion Li++ dan Zn++ bersifat toksik bagiLactobacillus dan Leuconostoc, namun demikian jika Ph diturunkan maka peracunan Li++ dan Zn++ dapat dikurangi.Iradiasi
Radiasi pengion dicirikan oleh energi yang sangat tinggi dan kemampuan penetrasi yang besar. Demikian juga sifat letalnya. Penggunaan radiasi pengion terutama pada bidang farmasi, kedokteran,proses industri, serta digunakan dalam bidang mikrobiologi, misalnya menggunakan sinar ultraviolet dan sinar gamma.
Sinar UV yang paling efektif dalam membunuh mikroorganisme adalah yang memiliki panjang gelombang yang dekat dengan 260 nm, dengan energi kuantum sekitar 4,9 Ev. Sinar dengan panjang gelombang dibawah 200 nm tidak efektif karena mudah diserap oleh oksigen atmosfir. Sinar dengan panjang gelombang 360-450 nm umumnya disebut UV gelombang panjang dan biasa digunakan untuk menstimulasi flourisensi, misalnya untuk menunjukkan adanya pigmen pseudomonas pada telur.
Penggunaan lain UV pada bidang industri bahan makanan adalah pada ruang pendingin yang dipergunakan untuk menyimpan daging. Tujuannya dalah untuk menunda pertumbuhan mikroba permukaan. Iradiasi ultraviolet dengan internsitas 2 mW/cm2 terhadap pseudomonas pada daging dapat mengurangi kecepatan pertumbuhannnya menjadi 85% bila dibandingkan dengan kontrol, dan akan menjadi 75% bila intensitas pada permukaan 24 mW/cm2.
Sinar gamma, iradiasi gamma telah digunakan sebagai metode dalam pengawetan pangan di beberapa Negara seperti Belgia, Perancis, Jepang dan Belanda. Di Indonesia sendiri baru dilakukan dalam skala laboratorium. Proses dilakukan dengan penyinaran pangan dengan menggunakan kobalt radioisotope (60oC). Iradiasi akan mempengaruhi fungsi metabolisme dan fragmentasi DNA yang dapat mengakibatkan kematian sel mikroba sehingga memperbaiki kualitas mikrobiologis pangan dengan mengurangi jumlah jasad perusak dan pathogen.
Selain faktor di atas, mikroba juga melakukan interaksi, sebab di alam jarang dijumpai mikroba yang hidup sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad lain. Interaksi antar mikroba dapat terjadi antara dua mikroba yang sama ukuran selnya (dua sel bakteri, dua sel protozoa) atau antara dua sel yang berbeda ukurannya (sel bakteri dengan sel protozoa). Dua sel yang ukurannya sama memiliki kebutuhan nutrisi yang kurang lebih sama, sebab susunan molekul suatu sel pada umumnya relatif sama. Berbeda halnya jika ukuran sel berbeda, kebutuhan ruang berbeda. Protozoa membutuhkan ruang ribuan kali lebih besar daripada bakteri. Begitu juga dengan kebutuhan nutrisinya. Contohnya interaksi antar Pseudomonas synoyanea dengan Sterptococcus lactis yang menyebabkan terjadinya warna biru pada susu.
2.2 Makanan TernakTeknik produksi pakan ternak adalah serangkaian aktivitas yang melibatkan sumber daya yang tersedia untuk menghasilkan pakan yang memenuhi standar yang telah ditetapkan oleh nutrisionist. Bahan pakan terdiri dari bahan organik dan anorganik. Bahan organik yang terkandung dalam bahan pakan antara lain, protein, lemak, serat kasar, bahan ekstrak tanpa nitrogen, sedang bahan anorganik yang dimaksud seperti calsium, phospor, magnesium, kalium, natrium dan lain sebagainya. Kandungan bahan organik ini dapat diketahui dengan melakukan analisis proximate dan analisis terhadap vitamin dan mineral untuk masing masing komponen vitamin dan mineral yang terkandung didalam bahan yang dilakukan di laboratorium dengan teknik dan alat yang spesifik.Formulasi pakan ternak, biasanya disusun oleh seorang ahli nutrisi (nutrisionist) yang memiliki pengetahuan yang luas mengenai aspek-aspek teknis, zooteknis dan ekonomis. Paduan dari ketiga aspek diatas adalah terciptanya suatu susunan tiga atau lebih bahan baku pakan yang telah diperhitungkan target kandungan nutrisinya sehingga dapat direkomendasikan penggunaannya untuk ternak dan produk pakan tersebut harus marketable.
Nutrisionist adalah seorang ahli pakan ternak, persyaratan yang harus dimiliki adalah mengetahui kebutuhan hidup untuk setiap jenis dan periode hidup ternak, toleransi ternak terhadap zat-zat pakan tertentu, macam dan jenis pakan yang dapat dimanfaatkan oleh ternak, faktor penghambat (antinutrisi) yang terkandung dalam bahan pakan, pengaruh musim dan lingkungan terhadap ketersedian bahan baku pakan, mampu menjamin kontinuitas produksi, mampu menjamin tidak menyebabkan ternak sakit serta mampu mengkalkulasi formula yang ekonomis dengan kualitas memenuhi standar.
Contoh Pakan Ternak
Silase
Silase adalah pakan yang telah diawetkan yang di proses dari bahan baku yang berupa tanaman hijauan, limbah industri pertanian, serta bahan pakan alami lainya, dengan jumlah kadar/kandungan air pada tingkat tertentu kemudian di masukan dalam sebuah tempat yang tertutup rapat kedap udara, yang biasa disebut dengan Silo, selama sekitar tiga minggu. Didalam silo tersebut tersebut akan terjadi beberapa tahap proses anaerob (proses tanpa udara/oksigen), dimana "bakteri asam laktat akan mengkonsumsi zat gula yang terdapat pada bahan baku, sehingga terjadilah proses fermentasi. Silase yang terbentuk karena proses fermentasi ini dapat di simpan untuk jangka waktu yang lama tanpa banyak mengurangi kandungan nutrisi dari bahan bakunya.
Tujuan pembuatan Silase
Tujuan utama pembuatan silase adalah untuk memaksimumkan pengawetan kandungan nutrisi yang terdapat pada hijauan atau bahan pakan ternak lainnya, agar bisa di disimpan dalam kurun waktu yang lama, untuk kemudian di berikan sebagai pakan bagi ternak. Sehingga dapat mengatasi kesulitan dalam mendapatkan pakan hijauan pada musim kemarau. Sayangnya fermentasi yang terjadi didalam silo (tempat pembuatan silase), sangat tidak terkontrol prosesnya, akibatnya kandungan nutrisi pada bahan yang di awetkan menjadi berkurang jumlahnya. Maka untuk memperbaiki berkurangnya nutrisi tersbut, beberapa jenis zat tambahan (additive) harus di gunakan agar kandungan nutrisi dalam silase tidak berkurang secara drastis, bahkan bisa meningkatkan pemenuhan kebutuhan nutrisi bagi ternak yang memakannya.
Prinsip Dasar Fermentasi Silase
Prinsip dasar dari pengawetan dengan cara silase fermentasi adalah sebagai berikut.
Respirasi
Sebelum sel-sel di dalam tumbuhan mati atau tidak mendapatkan oksigen, maka mereka melakukan respirasi untuk membentuk energi yang di butuhkan dalam aktivitas normalnya. Respirasi ini merupakan konversi karbohidrat menjadi energi. Respirasi ini bermanfaat untuk menghabiskan oksigen yang terkandung, beberapa saat setelah bahan di masukan dalam silo. Namun respirasi ini mengkonsumsi karbohidrat dan menimbulkan panas, sehingga waktunya harus sangat di batasi. Respirasi yang berkelamaan di dalam bahan baku silase, dapat mengurangi kadar karbohidrat, yang pada ahirnya bisa menggagalkan proses fermentasi. Pengurangan kadar oksigen yang berada di dalam bahan baku silase, saat berada pada ruang yang kedap udara yg disebut dengan Silo, adalah cara terbaik meminimumkan masa respirasi ini.Fermentatsi.
Setelah kadar oksigen habis , maka proses fermentasi di mulai. Fermentasi adalah menurunkan kadar pH di dalam bahan baku silase. Sampai dengan kadar pH dimana tidak ada lagi organisme yang dapat hidup dan berfungsi di dalam silo. Penurunan kadar pH ini dilakukan oleh lactic acid yang di hasilkan oleh bakteri Lactobacillus. Lactobasillus itu sendiri sudah berada didalam bahan baku silase, dan dia akan tumbuh dan berkembang dengan cepat sampai bahan baku terfermentasi. Bakteri ini akan mengkonsumsi karbohidrat untuk kebutuhan energinya dan mengeluarkan lactic acid. Bakteri ini akan terus memproduksi lactic acid dan menurunkan kadar pH di dalam bahan baku silase. Sampai pada tahap kadar pH yang rendah, dimana tidak lagi memungkinkan bakteri ini beraktivitas. Sehingga silo berada pada keadaan stagnant, atau tidak ada lagi perubahan yang terjadi, sehingga bahan baku silase berada pada keadaan yang tetap. Keadaan inilah yang di sebut keadaan terfermentasi, dimana bahan baku berada dalam keadaan tetap , yang disebut dengan menjadi awet. Pada keadaan ini maka silase dapat di simpan bertahun-tahun selama tidak ada oksigen yang menyentuhnya
Bakteri ClostridiaBakteri ini juga sudah berada pada hijauan atau bahan baku silase lainnya, saat mereka di masukan kedalam silo. Bakteri ini mengkonsumsi karbohidrat, protein dan lactic acid sebagai sumber energi mereka kemudian mengeluarkan Butyric acid, dimana Butyric acid bisa diasosiasikan dengan pembusukan silase. Keadaan yang menyuburkan tumbuhnya bakteri clostridia adalah kurangnya kadar karbohidrat untuk proses fermentasi, yang biasanya di sebabkan oleh kehujanan pada saat pencacahan bahan baku silase, proses respirasi yang terlalu lama, terlalu banyaknya kadar air di dalam bahan baku. Dan juga kekurangan jumlah bakteri Lactobasillus. Itulah sebabnya kadang di perlukan penggunaan bahan tambahan atau aditive.Tahapan atau Phase yang terjadi pada proses fermentasi Silase
Proses fermentasi ini (yang biasa di sebut dengan Ensiling), berjalan dalam enam phase, yaitu:
Phase I
Saat pertama kali hijauan di panen, pada seluruh permukaan hijauan tersebut terdapat organisme aerobic, atau sering disebut sebagai bakteri aerobic, yaitu bacteri yang membutuhkan udara / oksigen. Sehingga pada saat pertamakali hijauan sebagai bahan pembuatan silase di masukan ke dalam silo, bakteri tersebut akan mengkonsumsi udara/oksigen yang terperangkap di dalam ruang silo tersebut. Kejadian ini merupakan sesuatu yang tidak di inginkan untuk terjadi saat ensiling, karena pada saat yang sama bakteri aerobik tersebut juga akan mengkonsumsi karbohidrat yang sebetulnya di perlukan bagi bakteri lactic acid.
Walaupun kejadian ini nampak menguntungkan dalam mengurangi jumlah oksigen di dalam silo, sehingga menciptakan lingkungan anaerob seperti yang kita kehendaki dalam ensiling, namun kejadian tersebut juga menghasilkan air dan peningkatan suhu/panas. Peningkatan panas yang berlebihan akan mengurangi digestibility kandungan nutrisi, seperti misalnya protein. Proses perubahan kimiawi yang terjadi pada phase awal ini adalah terurainya protein tumbuhan, yang akan terurai menjadi amino acid, kemudian menjadi amonia dan amines. Lebih dari 50% protein yang terkandung di dalam bahan baku akan terurai. Laju kecepatan penguraian protein ini (proteolysis), sangat tergantung dari laju berkurangnya kadar pH. Ruang lingkup silo yang menjadi acid, akan mengurangi aktivitas enzym yang juga akan menguraikan protein.
Lama terjadinya proses dalam tahap ini tergantung pada kekedapan udara dalam silo, dalam kekedapan udara yang baik maka phase ini hanya akan bejalan beberapa jam saja. Dengan teknik penanganan yang kurang memadai maka phase ini akan berlangsung sampai beberapa hari bahkan beberapa minggu.
Untuk itu maka tujuan utama yang harus di capai pada phase ensiling ini adalah, semaksimum mungkin di lakukan pencegahan masuknya udara/oksigen, sehingga keadaan anaerobic dapat secepatnya tercapai.
Kunci sukses pada phase ini adalah:
Kematangan bahan
Kelembaban bahan
Panjangnya pemotongan yang akan menentukan kepadatan dalam silo
Kecepatan memasukan bahan dalam silo
Kekedapan serta kerapatan silo
Phase II
Setelah oksigen habis di konsumsi bakteri aerobic, maka phase dua ini di mulai, disinilah proses fermentasi dimulai, dengan dimulainya tumbuh dan berkembangnya bakteri acetic – acid. Bakteri tersebut akan menyerap karbohidrat dan menghasilkan acetic acid sebagai hasil ahirnya. Pertumbuhan acetic acid ini sangat diharapkan, karena disamping bermanfaat untuk ternak ruminansia juga menurunkan kadar pH yang sangat di perlukan pada phase berikutnya. Penurunan kadar pH di dalam silo di bawah 5.0, perkembangan bakteri acetic acid akan menurun dan akhirnya berhenti dan itu merupakan tanda berahirnya phase-2. Dalam fermentasi hijauan phase-2 ini berlangsung antara 24 s/d 72 jam.
Phase III
Makin menurunnya kadar pH akan merangsang pertumbuhan dan perkembangan bakteri anaerob lainnya yang memproduksi latic acid. Maka pada phase ini latic acid akan bertambah terus
Phase IV
Dengan bertambahnya jumlah bakteri pada phase 3, maka karbohidrat yang akan terurai menjadi latic acid juga makin bertambah. Latic acid ini sangat di butuhkan dan memegang peranan paling penting dalam proses fermentasi. Untuk pengawetan yang efisien, produksinya harus mencapai 60% dari total organic acid dalam silase. Saat silase di konsumsi oleh ternak, latic acid akan di manfaatkan sebagai sumber energi ternak tersebut.
Phase 4 ini adalah phase yang paling lama saat ensiling, proses ini berjalan terus sampai kadar pH dari bahan hijauan yang di pergunakan turun terus, hingga mencapai kadar yang bisa menghentikan pertumbuhan segala macam bakteri, dan hijauan atau bahan baku lainnya mulai terawetkan. Tidak akan ada lagi proses penguraian selama tidak ada udara/oksigen yang masuk atau di masukan.
Phase V
Pencapaian final kadar pH tergantung dari jenis bahan baku yang di awetkan, dan juga kondisi saat di masukan dalam silo. Hijauan pada umumnya akan mencapai kadar pH 4,5, jagung 4.0. Kadar pH saja tidaklah merupakan indikasi dari baik buruknya proses fermentasi ini.
Hijauan yang mengandung kadar air di atas 70% akan mengalami proses yang berlainan pada phase 5 ini. Bukan bakteri yang memproduksi latic acid yang tumbuh dan berkembang, namun bakteri clostridia yang akan tumbuh dan berkembang. Bakteri anaerobic ini akan memproduksi butyric acid dan bukan latic acid, yang akan menyebabkan silase berasa asam. Kejadian ini berlangsung karena pH masih di atas 5.0 (Tonyu, 2008).Phase VI
Phase ini merupakan phase pengangkatan silage dari tempatnya /silo.
Proses yang terjadi dalam 6 phase
Phase I Phase II Phase III Phase IV Phase V Phase VI
Umur Silase 0-2 hari 2-3 days 3-4 days 4-21 days 21 days- Lactic Respirasi sel; menghasilkan CO2, panas danair Produksiacetic aciddan lacticacid Pembetukanacid Pembentukan Lacticacid Penyimpanan Material Pembusukan Aerobicre-exposuredengan oxygen
Perubahan suhu ** 69-90 F 90-84 F 84 F 84 F 84 F 84 F
Perubahan pH 6.5-6.0 6.0-5.0 5.0-4.0 4.0 4.0 4.0-7.0
Produksi yg di hasilkan Acetic aciddan lacticacid bacteria Lacticacidbacteria Lacticacidbacteria pembusukan
** Suhu atau temperatur sangat tergantung suhu ruangan. (Tonyu, 2008)
Pengolahan Jerami Padi dengan Memanfaatkan Mikroba
Kemajuan bioteknologi dengan memanfaatkan mikroba merupakan alternatif cara optimalisasi daur ulang limbah pertanian, dan teknologi starbio adalah salah satu produk bioteknologi tersebut. Starter mikroba atau starbio adalah probiotik hasil bioteknologi yang dibuat dari koloni alami mikroba rumen sapi dicampur tanah, akar rerumputan, daun serta dahan pohon tertentu. Koloni tersebut memiliki mikroba yang spesifik dengan fungsi yang berbeda-beda seperti mikroba lignolitik, selulolitik, proteolitik. (Mahardika, 2010)
Untuk meningkatkan kualitas limbah pertanian seperti jerami padi sebagai pakan ternak ruminansia dapat digunakan starbio ternak yang dapat meningkatkan derajat fermentasi bahan organik terutama komponen serat sehingga menyediakan sumber energi yang lebih baik. Dengan fermentasi jerami padi dengan starbio menunjukkan peningkatan kualitas dibanding jerami padi yang tidak difermentasi, dimana kadar protein kasar mengalami peningkatan dan diikuti dengan penurunan kadar serat kasar.
Penggunaan starbio dalam fermentasi dapat menurunkan kadar dinding sel jerami padi. Hal ini memberikan indikasi bahwa selama fermentasi terjadi pemutusan ikatan lignoselulosa dan hemiselulosa jerami padi. Mikroba lignolitik dalam starbio membantu perombakan ikatan lignoselulosa sehingga selulosa dan lignin dapat terlepas dari ikatan tersebut oleh enzim lignase. Fenomena ini terlihat dengan menurunnya kandungan selulosa dan lignin jerami padi yang difermentasi.Menurunnya kadar lignin menunjukkan selama fermentasi terjadi penguraian ikatan lignin dan hemiselulosa. Lignin merupakan benteng pelindung fisik yang menghambat daya cerna enzim terhadap jaringan tanaman dan lignin berikatan erat dengan hemiselulosa. Disamping itu fermentasi jerami padi dengan strarbio dapat melarutkan sebagian zat-zat makanan atau mineral-mineral yang sukar larut sehingga mengakibatkan meningkatnya kecernaan bahan kering dibanding jerami padi tanpa fermentasi.Hal yang samakecernaan bahan organik juga mengalami peningkatan pada jerami padi yang difermentasi. Fenomena ini memberi indikasi bahwa probiotik starbio dalam proses fermentasi mampu mencerna lignin dan zat-zat yang sukar larut yang terdapat dalam bahan organik.
Pelaksanaan fermentasi jerami padi dengan menggunakan starbio dan penambahan urea, terlebih dahulu dipersiapkan tempat fermentasi berupa naungan/tempat fermentasi (misalnya tiang dari bambu dan atap dari daun nipah). Prosedur pelaksanaan pengolahan jerami padi adalah
a.Jerami padi ditumpuk 30 cm, kalau perlu diinjak-injak lalu ditaburi urea dan starbio masing-masing 0.6 %/berat jerami padi dan kemudian disiram air secukupnya mencapai kadar air 60 %, dengan tanda-tanda jerami padi diremas, apabila air tidak menetes tetapi tangan basah berarti kadar air mendekati 60 %,
b.Tahapan point pertama diulangi hingga ketinggian mencapai ketinggian tertentu (misalnya dua meter),
c.Tumpukan jerami padi dibiarkan selama 21 hari dan tidak perlu dibolak-balik,
d.Setelah 21 hari jerami padi dibongkar lalu diangin-anginkan atau dikeringkan, dan
e.Jerami padi diberikan pada ternak sapi atau dapat disimpan sebagi stok pakan. (Mahardika, 2010)
2.3 Makanan Hasil Fermentasi
Sosis
Bakteri Pediococcus sp. digunakan dalam pembuatan sosis. Tidak semua sosis dibuat melalui proses fermentasi. Sosis fermentasi dikenal dengan istilah dry sausage atau semi dry sausage. Contoh sosis jenis ini antara lain adalah Salami Sausage, Papperson Sausage,Genoa Sausage, Thurringer Sausage, Cervelat Sausage, Chauzer Sausage
Yogurt
Bakteri Lactobacillus bulgaricus merupakan salah satu bakteri yang berperan penting dalam pembuatan yoghurt. Yoghurt merupakan hasil olahan fermentasi dari susu dan mengeluarkan asam laktat yang dapat mengawetkan susu danmengurai gula susu sehingga orang yang tidak tahan dengan susu murni dapat mengonsumsi yoghurt tanpa khawatir akan menimbulkan masalah kesehatan.
Tempe
jamur Rhyzopus oryzae merupakan jamur yang berperan dalam pembuatan tempe. Tempe sendiri dapat dibuat dari kacang kedelai maupun bahan nabati lain yang berprotein. Pada tempe berbahan kedelai, jamur selain bergungsi untuk mengikat atau menyatukan biji kedelai juga menghasilkan berbagai enzim yang dapat meningkatkan nilai cerna saat dikonsumsi.
Kecap
Aspergillus wentii dan Aspergillus oryzae merupakan jamur yang berperan dalam pembuatan kecap dan tauco. Kecap atau tauco dibuat dari kacang kedelai. Proses pembuatannya mengalami dua tahap fermentasi. Proses fermentasi pertama, yaitu adanya peran jamur Aspergillus wentii dan Aspergillus oryzae. Protein akan diubah menjadi bentuk protein terlarut, peptida, pepton dan asam-asam amino, sedangkan karbohidrat diubah oleh aktivitas enzim amilolitik menjadi gula reduksi. Proses fermentasi kedua menghasilkan kecap atau tauco yang merupakan aktivitas bateri Lactobacillus sp. Gula yang dihasilkan pada Kecap proses fermentasi diubah menjadi komponen asam amino yang menghasilkan rasa dan aroma khas kecap.
2.4 Antibiotik
Antibiotik berasal dari kata Yunani tua, yang merupakan gabungan dari kata anti (lawan) dan bios (hidup). Kalau diterjemahkan bebas menjadi "melawan sesuatu yang hidup". Antibiotika di dunia kedokteran digunakan sebagai obat untuk memerangi infeksi yang disebabkan oleh bakteri atau protozoa. Antibiotika adalah zat yang dihasilkan oleh suatu mikroba, terutama fungi/jamur, yang dapat menghambat atau dapat membasmi mikroba jenis lain. Banyak antibiotika saat ini dibuat secara semisintetik atau sintetik penuh. Namun dalam prakteknya antibiotika sintetik tidak diturunkan dari produk mikroba.Antibiotika yang akan digunakan untuk membasmi mikroba yang menyebabkan infeksi pada manusia, harus mememiliki sifat toksisitas selektif setinggi mungkin. Artinya, antibiotika tersebut haruslah bersifat sangat toksik untuk mikroba, tetapi relatif tidak toksik untuk manusia. Yang harus selalu diingat, antibiotika hanya ampuh dan efektif membunuh bakteri tetapi tidak dapat membunuh virus. Karena itu, penyakit yang dapat diobati dengan antibiotika adalah penyakit-penyakit infeksi yang disebabkan oleh bakteri. Cara kerja obat antibiotik ini dapat dibedakan menjadi tiga:
- bakteri akan dicegah tingkat pertumbuhannya
- bakteri dimusnahkan, tetapi secara secara materi (physical) masih ada
- bakteri dimusnahkan dan selnya dihancurkan (Setyaningsih, 2011)
Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme.Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok actinomycetes. Daftar sebagian besar antibiotika yang dihasilkan melalui fermentasi industri berskala-besar, dapat dilihat pada Tabel 1.1. Seringkali, sejumlah senyawa kimia berhubungan dengan keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika dapat dikelompokkan berdasarkan struktur kimianya (Tabel 1.1). Sebagian besar antibiotika digunakan secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, meskipun sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar.Tabel 1.1 Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial
(Sumber:Brock & Madigan,(1991 dalam Kusnadi (tanpa tahun)
a) Pencarian Antibiotika Baru
Bahan antibiotik yang sudah diketahui, lebih dari 8.000, dan beberapa ratus antibiotika ditemukan dalam beberapa tahun. Dan sejumlah peneliti mempercayai bahwa berbagai antibiotika baru dapat ditemukan lagi jika penelitian dilakukan terhadap kelompok mikroorganisme selain Streptomyces, Penicillium, dan Bacillus. Sekali diketahui urutan struktur gen mikroorganisme penghasil-antibiotika, dengan teknik rekayasa genetika memungkinkan pembuatan antibiotika baru.
Cara utama dalam menemukan antibiotika baru yaitu melalui screening. Dengan pendekatan tersebut, sejumlah isolat yang kemungkinan mikroorganisme penghasil-antibiotika yang diperoleh dari alam dalam kultur murni, selanjutnya isolat tersebut diuji untuk produksi antibiotika dengan bahan yang diffusible, yang menghambat pertumbuhan bakteri uji. Bakteri yang digunakan untuk pengujian, dipilih dari berbagai tipe, dan mewakili atau berhubungan dengan bakteri patogen. Prosedur pengujian mikroorganisme untuk produksi antibiotika adalah metode gores silang, pertamakali digunakan oleh Fleming. Dengan program pemisahan arus, ahli mikrobiologi dapat dengan cepat mengidentifikasi, apakah antibiotika yang dihasilkan termasuk baru atau tidak. Sekali ditemukan organisme penghasil antibiotika baru, antibiotika dihasilkan dalam sejumlah besar, dimurnikan, dan diuji toksisitas dan aktivitas terapeutiknya kepada hewan yang terinfeksi. Sebagian besar antibiotika baru gagal menyembuhkan hewan uji, dan sejumlah kecil dapat berhasil dengan baik. Akhirnya, sejumlah antibiotika baru ini sering digunakan dalam pengobatan dan dihasilkan secara komersial.Tabel 2. Klasifikasi antibiotika sesuai dengan struktur kimianya
Antibiotika Contoh
1. Antibiotika mengandung-karbohidrat
- Gula murni
- Aminoglikosida
- Ortosomisin
- N-glikosida
- C-glikosida
- Glikolipid
2. Lakton makrosiklik
- Antibiotik makrolida
- Antibiotik polien
- Ansamisin
- Makrotetrolida
3. Quinon dan antibiotika yang berhubungan.
- Tetrasiklin
- Antrasiklin
- Naftoquinon
- Benzoquinon
4. Antibiotika peptida dan asam amino
- Turunan asam amino
- Antibiotik b-laktam
- Antibiotik peptida
- Kromopeptida
- Depsipeptida
- Peptida pembentuk-selat
5. Antibiotika heterosiklik mengandung nitrogen
- Antibiotika nukleosida
6. Antibiotika heterosiklik mengandung oksigen
- Antibiotika polieter
7. Turunan alisiklik
- Turunan sikloalkan
- Antibiotika steroid
8. Antibiotik aromatik
- Turunan benzen
- Antibiotika aromatik terkondensasi
- Eter aromatik
9. Antibiotika alifatik
- Senyawa mengandung fosfor Nojirimisin
Streptomisin
Everninomisin
Streptotrisin
Vankomisin
Moenomisin
Eritromisin
Kandisidin
Rifamisin
Tetranaktin
Tetrasiklin
Adriamisin
Aktinorodin
Mitomisin
Sikloserin
Penisilin
Basitrasin
Aktinomisin
Valinomisin
Bleomisin
Polioksin
Monensin
Sikloheksimida
Asam fusidat
Kloramfenikol
Griseofulvin
Novobiosin
Fosfomisin
Tahap-tahap menuju produk komersial
Suatu antibiotika yang dihasilkan secara komersial, pada awalnya harus berhasil diproduksi pada fermentor industri berskala-besar. Salah satu gugus-tugas penting adalah pengembangan efisiensi metode pemurnian. Metode elaborasi (yang terperinci) sangat penting dalam ekstraksi dan pemunian antibiotika, karena jumlah antibiotika yang terdapat dalam cairan fermentasi hanya sedikit (Gambar 1.1).
Gambar 1.1 Seluruh proses ekstraksi dan pemurnian antibiotik
(Sumber:Brock & Madigan,1991 dalam Kusnadi (tanpa tahun)
Jika antibiotika larut dalam pelarut organik yang tidak dapat bercampur dengan air, maka pemurniannya relatif lebih mudah, karena memungkinkan untuk mengekstraksi antibiotika ke dalam suatu pelarut bervolume kecil, sehingga lebih mudah mengumpulkan antibiotika tersebut. Jika antibiotika tidak larut dalam pelarut, selanjutnya harus dipindahkan dari cairan fermentasi melalui adsorpsi, pertukaran ion, atau presipitasi secara kimia. Pada semua kasus, tujuannya untuk memperoleh produk kristalin yang sangat murni, meskipun sejumlah antibiotika tidak mudah terkristalisasi dan sulit dimurnikan.Masalah yang berhubungan adalah, kultur sering menghasilkan produk akhir lain, termasuk antibiotika lain, dalam hal ini penting mengakhiri proses dengan suatu produk yang hanya terdiri dari antibiotik tunggal. Pemurnian secara kimia mungkin dibutuhkan untuk mengembangkan metode dalam rangka menghilangkan produk sampingan yang tidak diharapkan, tetapi dalam beberapa kasus hal tersebut penting untuk ahli mikrobiologi untuk menemukan strain yang tidak menghasilkan senyawa kimia dan tidak diharapkan.Klasifikasi Antibiotik
Dalam beberapa hal mekanisme kegiatan antibiotik sukar diterangkan, karena beberapa alasan, seperti :Kesulitan menetapkan gangguan tersebut sebagai pengaruh sekunder atau primer.
Kebanyakan antibiotik merupakan substansi kimia yang rumit dan sering tidak mungkin disintesis secara kimia, se-hingga sulit membuat antibiotik bertanda radioaktif.
Reaksi esensiil yang diblokir, mungkin belum diketahui dengan jelas.
Metabolisme organisme berbeda satu sama lain walaupun pada prinsipnya sama, sehingga mekanisme kegiatan pada satu organisme, mungkin bukan cara antibiotik tersebut menghambat pertumbuhan organisme lainnya (Usman,1992).
Cara yang ditempuh oleh antibiotik dalam menekan bakteri dapat bermacam-macam, namun dengan tujuan yang sama yaitu untuk menghambat perkembangan bakteri. Oleh karena itu mekanisme kerja antibiotik dalam menghambat proses biokimia di dalam organisme dapat dijadikan dasar untuk mengklasifikasikan antibiotik sebagai berikut:
1.Antibiotik yang menghambat sintesis dinding sel bakteri. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Beta-laktam, Penicillin, Polypeptida, Cephalosporin, Ampicillin, Oxasilin.
a)Beta-laktam menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara berikatan pada enzim DD-transpeptidase yang memperantarai dinding peptidoglikan bakteri, sehingga dengan demikian akan melemahkan dinding sel bakteri Hal ini mengakibatkan sitolisis karena ketidakseimbangan tekanan osmotis, serta pengaktifan hidrolase dan autolysins yang mencerna dinding peptidoglikan yang sudah terbentuk sebelumnya. Namun Beta-laktam (dan Penicillin) hanya efektif terhadap bakteri gram positif, sebab keberadaan membran terluar (outer membran) yang terdapat pada bakteri gram negatif membuatnya tak mampu menembus dinding peptidoglikan.
b) Penicillin meliputi natural Penicillin, Penicillin G dan Penicillin V, merupakan antibiotik bakterisidal yang menghambat sintesis dinding sel dan digunakan untuk penyakit-penyakit seperti sifilis, listeria, atau alergi bakteri gram positif/Staphilococcus/Streptococcus. Namun karena Penicillin merupakan jenis antibiotik pertama sehingga paling lama digunakan telah membawa dampak resistansi bakteri terhadap antibiotik ini. Namun demikian Penicillin tetap digunakan selain karena harganya yang murah juga produksinya yang mudah.
c) Polypeptida meliputi Bacitracin, Polymixin B dan Vancomycin. Ketiganya bersifat bakterisidal. Bacitracin dan Vancomycin sama-sama menghambat sintesis dinding sel. Bacitracin digunakan untuk bakteri gram positif, sedangkan Vancomycin digunakan untuk bakteri Staphilococcus dan Streptococcus. Adapun Polymixin B digunakan untuk bakteri gram negatif.
d)Cephalosporin (masih segolongan dengan Beta-laktam) memiliki mekanisme kerja yang hampir sama yaitu dengan menghambat sintesis peptidoglikan dinding sel bakteri. Normalnya sintesis dinding sel ini diperantarai oleh PBP (Penicillin Binding Protein) yang akan berikatan dengan D-alanin-D-alanin, terutama untuk membentuk jembatan peptidoglikan. Namun keberadaan antibiotik akan membuat PBP berikatan dengannya sehingga sintesis dinding peptidoglikan menjadi terhambat.
e)Ampicillin memiliki mekanisme yang sama dalam penghancuran dinding peptidoglikan, hanya saja Ampicillin mampu berpenetrasi kepada bakteri gram positif dan gram negatif. Hal ini disebabkan keberadaan gugus amino pada Ampicillin, sehingga membuatnya mampu menembus membran terluar (outer membran) pada bakteri gram negatif.
f)Penicillin jenis lain, seperti Methicillin dan Oxacillin, merupakan antibiotik bakterisidal yang digunakan untuk menghambat sintesis dinding sel bakteri. Penggunaan Methicillin dan Oxacillin biasanya untuk bakteri gram positif yang telah membentuk kekebalan (resistansi) terhadap antibiotik dari golongan Beta-laktam.
g)Antibiotik jenis inhibitor sintesis dinding sel lain memiliki spektrum sasaran yang lebih luas, yaitu Carbapenems, Imipenem, Meropenem. Ketiganya bersifat bakterisidal.
2. Antibiotik yang menghambat transkripsi dan replikasi. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Quinolone, Rifampicin, Actinomycin D, Nalidixic acid, Lincosamides, Metronidazole.
a)Quinolone merupakan antibiotik bakterisidal yang menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara masuk melalui porins dan menyerang DNA girase dan topoisomerase sehingga dengan demikian akan menghambat replikasi dan transkripsi DNA. Quinolone lazim digunakan untuk infeksi traktus urinarius.
b) Rifampicin (Rifampin) merupakan antibiotik bakterisidal yang bekerja dengan cara berikatan dengan β-subunit dari RNA polymerase sehingga menghambat transkripsi RNA dan pada akhirnya sintesis protein. Rifampicin umumnya menyerang bakteri spesiesMycobacterum.
c) Nalidixic acid merupakan antibiotik bakterisidal yang memiliki mekanisme kerja yang sama dengan Quinolone, namun Nalidixic acid banyak digunakan untuk penyakit demam tipus.
d) Lincosamides merupakan antibiotik yang berikatan pada subunit 50S dan banyak digunakan untuk bakteri gram positif, anaeroba Pseudomemranous colitis. Contoh dari golongan Lincosamides adalah Clindamycin.
e)Metronidazole merupakan antibiotik bakterisidal diaktifkan oleh anaeroba dan berefek menghambat sintesis DNA.
Antibiotik yang menghambat sintesis protein. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Macrolide, Aminoglycoside, Tetracycline, Chloramphenicol, kanamycin, Oxytetracycline.
a)Macrolide, meliputi Erythromycin dan Azithromycin, menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara berikatan pada subunit 50S ribosom, sehingga dengan demikian akan menghambat translokasi peptidil tRNA yang diperlukan untuk sintesis protein. Peristiwa ini bersifat bakteriostatis, namun dalam konsentrasi tinggi hal ini dapat bersifat bakteriosidal. Macrolide biasanya menumpuk pada leukosit dan akan dihantarkan ke tempat terjadinya infeksi. Macrolide biasanya digunakan untuk Diphteria, Legionella mycoplasma, dan Haemophilus.
b)Aminoglycoside meliputi Streptomycin, Neomycin, dan Gentamycin, merupakan antibiotik bakterisidal yang berikatan dengan subunit 30S/50S sehingga menghambat sintesis protein. Namun antibiotik jenis ini hanya berpengaruh terhadap bakteri gram negatif.
c)Tetracycline merupakan antibiotik bakteriostatis yang berikatan dengan subunit ribosomal 16S-30S dan mencegah pengikatan aminoasil-tRNA dari situs A pada ribosom, sehingga dengan demikian akan menghambat translasi protein. Namun antibiotik jenis ini memiliki efek samping yaitu menyebabkan gigi menjadi berwarna dan dampaknya terhadap ginjal dan hati.
d) Chloramphenicol merupakan antibiotik bakteriostatis yang menghambat sintesis protein dan biasanya digunakan pada penyakit akibat kuman Salmonella.
4. Antibiotik yang menghambat fungsi membran sel. Contohnya antara lain Ionimycin dan Valinomycin. Ionomycin bekerja dengan meningkatkan kadar kalsium intrasel sehingga mengganggu kesetimbangan osmosis dan menyebabkan kebocoran sel.
5. Antibiotik yang menghambat bersifat antimetabolit. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Sulfa atau Sulfonamide, Trimetophrim, Azaserine.
a)Pada bakteri, Sulfonamide bekerja dengan bertindak sebagai inhibitor kompetitif terhadap enzim dihidropteroate sintetase (DHPS). Dengan dihambatnya enzim DHPS ini menyebabkan tidak terbentuknya asam tetrahidrofolat bagi bakteri. Tetrahidrofolat merupakan bentuk aktif asam folat, di mana fungsinya adalah untuk berbagai peran biologis di antaranya dalam produksi dan pemeliharaan sel serta sintesis DNA dan protein. Biasanya Sulfonamide digunakan untuk penyakit Neiserriameningitis.
b) Trimetophrim juga menghambat pembentukan DNA dan protein melalui penghambatan metabolisme, hanya mekanismenya berbeda dari Sulfonamide. Trimetophrim akan menghambat enzim dihidrofolate reduktase yang seyogyanya dibutuhkan untuk mengubah dihidrofolat (DHF) menjadi tetrahidrofolat (THF).
c) Azaserine (O-diazo-asetyl-I-serine) merupakan antibiotik yang dikenal sebagai purin-antagonis dan analog-glutamin. Azaserin mengganggu jalannya metabolisme bakteri dengan cara berikatan dengan situs yang berhubungan sintesis glutamin, sehingga mengganggu pembentukan glutamin yang merupakan salah satu asam amino dalam protein.
Contoh Antibiotik
Penisilin
Penisilin merupakan salah satu antibiotik yang paling efektif selama empat decade ini. Peningkatan kebutuhan medis akan penisilin telah membuka peluang bagi pengembangan industri pembuatan penisilin secara komersial yang menuntut peningkatan kualitas dan kuantitas dari penisilin yang dihasilkan. Perbaikan kualitas dan kuantitas penisilin dapat tercapai apabila parameter-parameter metabolik dari proses fermentasi adalah optimum.
Penisilin merupakan campuran asam organik berstruktur komplek yang diisolasi sebagai garam-garam natrium, kalium dan kalsium. Pensilin dihasilkan selama pertumbuhan dan metabolisme kapang Penicillium notatum dan P. chrysogenum. Kultur yang sama dapat menghasilkan beberapa macam molekul penisilin antara lain penisilin G dan penisilin V (Husein,1982). Dewasa ini dikenal 5 jenis penisilin hasil proses fermentasi . Penisilin G merupakan penisilin yang paling banyak diproduksisecara komersial dewasa ini.Sebagai strain penghasil antibiotika salah satunya adalah Penicillium chrysogenum. Ada beberapa alasan penelitian ini menggunakan antimikroba ini, antara lain adalah
1.Mikroorganisme ini menghasilkan antibiotik Penisilin dengan cara proses fermentasi.
2.Mikroorganisme ini mempunyai spektrum yang sangat luas terhadap bakteri gram positif dan gram negatif serta beberapa jamur dengan daya toksisitas yang rendah.
3.Antibiotik penisilin dikenal sebagai antibiotik β-laktam merupakan inhibitor spesifik terhadap sintesis dinding sel bakteri.
4.Situs aksi antibiotika ini adalah transpeptidase dan D-alanin karboksipeptidase, yang mengkatalis polimerisasi rantai peptidoglikan (1)(3)(7) (Viena ,dkk.2003).
Menurut Maya (2002), Penisilin diproduksi secara komersial dengan menggunakan bahan baku utama berupa glokosa, laktosa, dan cairan rendaman jagung. Mineral-mineral yang digunakan adalah NaNO3, Na2SO4, CaCO3, KH2PO4, MgSO4, 7H2O, ZnSO4, dan MnSO4. Untuk meningkatkan yield dan modifikasi tipe penisilin yang akan dihasilkan, maka kedalam media fermentasi ditambahkan juga precursor, misalnya phenylacetic acid yang digunakan untuk memproduksi penisilin G. Cairan rendaman jagung adalah media fermentasi dasar yang terdiri dari asamamino, polipeptida, asam laktat dan mineral-mineral. Kualitas cairan rendaman jagung sangat bergantung pada derajat pengenceran hingga diperoleh konsentrasi yang diinginkan, sedangkan besarnya jumlah nutrient dan alkali yang ditambahkan kedalam media dasar disesuaikan dengan jumlah media fermentasi dasar ini.
Proses fermentasi penisilin didahului oleh tahapan seleksi strain Penicillium chrysogenum pada media agar di laboratorium dan perbanyakan pada tangki seeding. Penicillium chrysogenum yang dihasilkan secara teoritis dapat mencapai konversi yield maksimum sebesar 13 – 29 %. Media fermentasi diumpankan ke dalam fermentol pada suasana asam (pH 5,5).Proses fermentasi ini diawali dengan sterilisasi media fermentasi melalui pemanasan dengan steam bertekanan sebesar 15 lb (120 0C) selama ½ jam. Sterilisasi ini dilanjutkan dengan proses pendinginan fermentol dengan air pendingin yang masuk ke dalam fermentol melalui coil pendingin.
Fermentol yang digunakan merupakan fessel vertikal bertekanan yang terbuat dari carbon steel dan dilengkapi dengan coil pemanas, coil pendingin, pengaduk tipe turbin dan sparger yang berfungsi untuk memasukkan udara steril.
Saat temperatur mencapai 75oF (24 oC), media ini diinokulasi pada kondisi aseptic dengan mengumpankan spora-spora kapang Penicillium chrysogenum. Selama proses fermentasi berlangsung dilakukan pengadukan, sementara udara steril dihembuskan melalui sparger kedalam fermentol. Proses fermentasi ini akan berlangsung secara batch terumpani selama 100 – 150 jam dengan tekanan operasi 5 – 15 psig. Temperatur operasi dijaga konstan selama fermentasi penisilin berlangsung dengan cara mensirkulasikan air pendingin melalui coil. Busa-busa yang terbentuk dapat diminimalkan dengan penambahan agen anti-foam. Kapang aerobic dibiarkan tumbuh selama 5 – 6 hari saat gas CO2 mulai terbentuk.Ketika penisilin ini dihasilkan jumlahnya telah maksimum, maka cairan hasil fermentasi tersebut didinginkan hingga 28 oF (2 oC), dan diumpankan kedalam rotary vacum filter untuk memisahkan miselia dan penisilin. Miselia akan dibuang, sehingga diperoleh filtrat berupa cairan jernih yang mengandung penisilin. Untuk mendapatkan penisilin yang siap dikomsumsi, maka tahapan dilanjutkan dengan proses ekstraksi dan kristalisasi.
Ada beberapa hal yang mempengaruhi fermentasi penisilin, yaitu
Pengaruh Faktor Lingkungan
Fermentasi pensilin sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi proses dan lingkungannya. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam proses pembuatan penisilin ini antara lain adalah : Temperatur, pH, Sistem Aerasi, Sistem Pengadukan, Penggunaan zat anti busa, dan upaya pencegahan kontaminasi pada medium.
Temperatur
Fermentasi untuk pembuatan penisilin akan menghasilkan produk yang maksimum apabila temperatur operasi dijaga pada 24oC. Temperatur berkaitan erat dengan pertumbuhan mikroorganisme, karena kenaikan temperatur dapat meningkatkan jumlah sel mikroorganisme baru. Apabila temperatur sistem meningkat melebihi temperatur optimumnya, maka produk yang dihasilkan akan berkurang, karena sebagian dari media fermentasi akan digunakan oleh mikroorganisme untuk mempertahankan hidupnya.
c.pH
Pengaturan pH dilakukan untuk mencegah terjadinya fluktuasi pH sistem. Menurut Moyet dan Coghill kehilangan penisilin dapat terjadi pada pH dibawah 5 atau pH diatas 7,5. PH medium dipengaruhi oleh jenis dan jumlah karbohidrat (glukosa atau laktosa) dan buffer. Karbohidrat akan difermentasi menjadi asam-asam organik. Fermentasi glukosa yang berlangsung cepat akan menurunkan pH, sedangkan laktosa terfermentasi dengan sangat lambat sehingga perubahan pH berlangsung lambat pula. Konsentrasi gula hasil fermentasi ini berfungsi mempertahankan kenaikan pH agar tetap lambat. Larutan buffer dapat digunakan untuk mempertahankan pH sistem. Kalsium karbonat merupakan senyawa yang sering digunakan untuk tujuan ini. Kalsium karbonat mempunyai kemampuan untuk meningkatkan pH sistem saat ditambahkan media fermentasi.d. Aerasi
Aerasi yang cukup merupakan hal penting untuk memaksimalkan penisilin, sebab aerasi dapat menghasilkan oksigen yang dihasilkan oleh kapang Penicillum chrysogenum untuk metabolismenya. Aerasi pada fermento diberikan melalui proses pengadukan atau dengan tekanan sebesar 20 lb/in2 akan mengurangi penisilin yang dihasilkan.
e.Pengadukan
Pemilihan jenis pengaduk dan kecepatan pengadukan yang sesuai akan memperbaiki hasil penisilin ketika laju aerasi konstan. Kecepatan pengadukan proses fermentasi umumnya berkisar pada range 250 – 500 cm/detik. Pembentukan busa yang berlebihan selama proses fermentasi dapat dieliminasi dengan penambahan tributinit sutrat. Secara umum, busa akan menurunkan pH apabila konsentrasinya terus bertambah.
f. SterilisasiKontaminasi dapat dihindarkan dengan cara sterilisasi sistem perpipaan, fermentol, dan peralatan lain yang kontak langsung dengan penisilin. Uap panas umumnya digunakn untuk sterilisasi media fermentasi dan peralatan tersebut. Zat anti busa dan udara untuk aerasi juga hasus disterilkan terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam media fermentasi.2.5 Penjernihan air
Penjernihan air adalah proses pengolahan air kotor menjadi air bersih dan sehat. Arti dari kata air berarti cairan yang tidak begitu kental dan lengket. Arti dari penjernihan adalah pembersihan terhadap kuman yang ada diair.Teknik Pengolahan Air Limbah Dengan Bioremediasi
Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.Saat ini, bioremediasi telah berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Yang termasuk dalam polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh mikroorganisme, identifikasi jenis-jenis mikroba yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik. Teknologi genetik molekular sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang mengkode enzim yang terkait pada bioremediasi. Karakterisasi dari gen-gen yang bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-mikroba memodifikasi polutan beracun menjadi tidak berbahaya.Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat lebih efisien dalam mengurangi polutan. Mikroorganisme rekombinan yang diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalah bakteri "pemakan minyak". Bakteri ini dapat mengoksidasi senyawa hidrokarbon yang umumnya ditemukan pada minyak bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan. Akan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponen-komponen molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan.
Cara bioremediasi air
Wastewater treatment (Pengolahan limbah cair)
1. Air dari rumah tangga yang masuk ke dalam saluran air dipompa menuju fasilitas pengolahan di mana feses dan produk kertas dibuang ke tanah dan disaring menjadi partikel yang lebih kecil sehingga dihasilkan material berlumpur yang disebut sludge. Sedangkan air yang mengalir keluar disebut effluent yang digunakan untuk aerasi tangki karena bakteri aerobik dan mikroba lain akan mengkoksidasi bahan organik yang terdapat effluent.
2. Di dalam tangki ini, air disemprotkan di atas batu atau plastik yang ditutupi dengan biofilm mikroba pendegradasi sampah yang secara aktif mendegradasi bahan organik dalam air.
3. Effluent dialirkan melalui system sludge dengan menggunakan tangki yang mengandung sejumlah besar mikroba pendegradasi sampah yang tumbuh pada lingkungan yang dikontrol
4. Effluent didesinfeksi dengan klorin sebelum air dialirkan ke sungai atau laut.
5. Sludge dialirkan ke dalam tangki pengolah anaerob yang mengandung bakteri anaerob yang akan mendegradasi sludge. Bakteri ini menghasilkan gas karbon dioksida dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk menjalankan peralatan pada pengolahan sampah dengan menggunakan tanaman. Cacing-cacing kecil yang sering muncul pada sludge, juga membantu menghancurkan sludge menjadi partikel-partikel kecil.6. Sludge ini kemudian dikeringkan dan dapat digunakan sebagai lahan pertanian atau pupuk.
Groundwater clean-up
Kasus yang biasanya terjadi adalah tumpahan gasolin, dimana tumpahan tersebut mencemari air dalam tanah. Hal ini dapat ditangani dengan mengkombinasikan antara bioremidiasi ex situ (bagian atas permukaan tanah) dan bioremidiasi in-situ (di dalam tanah).
Bioremidiasi ex situ. Minyak dan gas dipompa keluar ke permukaan tanah menggunakan bioreaktor à dalam bioreaktor terdapat bakteri yang tumbuh pada biofilm à bakteri ini mendegradasi polutan à pupuk/ nutrien dan oksigen ditambahkan pada bioreaktor
2. Bioremidiasi in-situ. Air bersih hasil dari bioreaktor yang terdiri atas pupuk, bakteri dan oksigen à dikembalikan lagi di dalam tanah (sebagai air tanah).Turning wastes into energy
Pada waktu proses bioremidiasi, bakteri anaerobik menghasilkan soil nutrients dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan soil nutrients digunakan sebagai pupuk.Contoh. Bakteri anaerobik Desulfuromonas acetoxidans merupakan bakteri anerobik laut yang menggunakan sulfur dan besi sebagai penerima elektron untuk mengoksidasi molekul organik dalam endapan dimana bisa menghasilkan energi. Karena bakteri ini menggunakan reaksi redoks untuk mendegradasi molekul pada lapisan sedimen elektron ditangkap oleh elektroda elektroda ini berfungsi mentransfer elektron ke generator arus listrik.
Teknik bioremediasi menciptakan lingkungan yang terkontrol untuk memproduksi enzim yang sesuai bagi reaksi terkatalisis yang diinginkan. Kebutuhan dasar dari proses biologis yaitu :1. Kehadiran mikroorganisme dengan kemampuan untuk mendegradasi senyawa target.
2. Keberadaan substrat yang dikenali dan dapat digunakan sebagai sumber energi dan karbon.
3. Adanya pengumpanan yang menyebabkan terjadinya sintesa spesifik untuk senyawa target.
4. Keberadaan sistem penerima-donor elektron yang sesuai.
5. Kondisi lingkungan yang sesuai untuk reaksi terkatalisis enzim dengan kelembaban dan pH yang mendukung.
6. Ketersediaan nutrien untuk mendukung pertumbuhan sel mikroba dan produksi enzim.
7. Suhu yang mendukung aktivitas mikrobial dan reaksi terkatalisis.
8. Ketersediaan bahan atau substansi beracun terhadap mikroorganisme tersebut.
9. Kehadiran organisme untuk mendegradasi produk metabolit.
10. Kehadiran organisme untuk mencegah timbulnya racun antara.
11.Kondisi lingkungan yang meminimumkan organisme kompetitif bagi mikroorganisme pendegradasi.
Tanpa adanya enzim yang mengkatalis reaksi degradasi, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan lama. Enzim mempercepat proses tersebut dengan cara menurunkan energi aktivasi, yaitu energi yang dibutuhkan untuk memulai suatu reaksi. Tanpa adanya mikroba, proses penguraian di lingkungan tidak akan berlangsung. Kotoran, sampah, hewan, dan tumbuhan yang mati akan menutupi permukaan bumi, suatu kondisi yang tidak akan pernah kita harapkan. Sebagai akibatnya, siklus nutrisi atau rantai makanan akan terputus.
Lintasan biodegradasi berbagai senyawa kimia yang berbahaya dapat dimengerti berdasarkan lintasan mekanisme dari beberapa senyawa kimia alami seperti hidrokarbon, lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Sebagian besar dari prosesnya, terutama tahap akhir metabolisme, umumnya berlangsung melalui proses yang sama.
Optimalisasi Kondisi Dalam Bioremediasi
Keberhasilan proses biodegradasi banyak ditentukan oleh aktivitas enzim. Dengan demikian mikroorganisme yang berpotensi menghasilkan enzim pendegradasi hidrokarbon, perlu dioptimalkan aktivitasnya dengan pengaturan kondisi dan penambahan suplemen yang sesuai. Dalam hal ini perlu diperhatikan faktor-faktor lingkungan yang meliputi kondisi lingkungan, temperature, oksigen, dan nutrient yang tersedia.1. Lingkungan
Proses biodegradasi memerlukan tipe tanah yang dapat mendukung kelancaran aliran nutrient, enzm-enzim mikrobial dan air. Terhentinya aliran tersebut akan mengakibatkan terbentuknya kondisi anaerob sehingga proses biodegradasi aerobik menjadi tidak efektif. Karakteristik tanah yang cocok untuk bioremediasi in situ adalah mengandung butiran pasir ataupun kerikil kasar sehingga dispersi oksigen dan nutrient dapat berlangsung dengan baik. Kelembaban tanah juga penting untuk menjamin kelancaran sirkulasi nutrien dan substrat di dalam tanah.2. Temperatur
Temperatur yang optimal untuk degradasi hidrokaron adalah 30-40oC. Ladislao, et. al. (2007) mengatakan bahwa temperatur yang digunakan pada suhu 38oC bukan pilihan yang valid karena tidak sesuai dengan kondisi di Inggris untuk mengontrol mikroorganisme pathogen. Pada temperatur yang rendah, viskositas minyak akan meningkat mengakibatkan volatilitas alkana rantai pendek yang bersifat toksik menurun dan kelarutannya di air akan meningkat sehingga proses biodegradasi akan terhambat. Suhu sangat berpengaruh terhadap lokasi tempat dilaksanakannya bioremediasi.3. Oksigen
Langkah awal katabolisme senyawa hidrokaron oleh bakteri maupun kapang adalah oksidasi substrat dengan katalis enzim oksidase, dengan demikian tersedianya oksigen merupakan syarat keberhasilan degradasi hidrokarbon minyak. Ketersediaan oksigen di tanah tergantung pada (a) kecepatan konsumsi oleh mikroorganisme tanah, (b) tipe tanah dan (c) kehadiran substrat lain yang juga bereaksi dengan oksigen. Terbatasnya oksigen, merupakan salah satu faktor pembatas dalam biodegradasi hidrokarbon minyak.4. Nutrien
Mikroorganisme memerlukan nutrisi sebagai sumber karbon, energy dan keseimbangan metabolisme sel. Dalam penanganan limbah minyak bumi biasanya dilakukan penambahan nutrisi antara lain sumber nitrogen dan fosfor sehingga proses degradasi oleh mikroorganisme berlangsung lebih cepat dan pertumbuhannya meningkat.
5. Interaksi antar Polusi
Fenomena lain yang juga perlu mendapatkan perhatian dalam mengoptimalkan aktivitas mikroorganisme untuk bioremediasi adalah interaksi antara beberapa galur mikroorganisme di lingkungannya. Salah satu bentuknya adalah kometabolisme. Kometabolisme merupakan proses transformasi senyawa secara tidak langsung sehingga tidak ada energy yang dihasilkan.
Bioaugmentasi
Bioaugmentasi adalah penambahan organisme atau enzim pada suatu bahan untuk menyingkirkan bahan kimia yang tidak diinginkan. Bioaugmentasi digunakan untuk menyingkirkan produk sampingan dari bahan mentah dan polutan potensial dari limbah. Organisme yang biasa digunakan dalam proses ini adalah bakteri. Namun banyak aplikasi yang berhasil menggunakan tumbuhan untuk menyingkirkan kelebihan nutrien, logam dan bakteri pathogen. Penggunaan tumbuhan ini biasa dikenal dengan istilah phytoremediasi. Pemilihan metode bioremediasi yang cocok dengan kondisi lingkungan diharapkan akan dapat meningkatkan kecepatan biodegradasi. Dua metode yang biasa dilakukan untuk bioremediasi adalah : (1) dengan menstimulasi populasi mikroorganisme eksogen (biostimulasi) dan (2) dengan menambahkan mikroorganisme eksogen (bioaugmentasi). Bioaugmentasi dipilih apabila kontaminan membutuhkan waktu degradasi yang lama, bila lingkungan yang tercemar sulit dimodifikasi dalam rangka mencapai kondisi optimal bagi pertumbuhan mikroorganisme, atau bila tingginya konsentrasi kontaminan menghambat pertumbuhan mikroorganisme indogenus. Bioaugmentasi juga dilakukan untuk menurunkan keragaman jalur degradasi hidrokarbon terutama untuk mempercepat proses degradasi hidrokarbon poliaromatik. Keberhasilan aplikasi bioaugmentasi diukur dari peningkatan jumlah mikroorganisme yang berperan dalam proses degradasi serta daya tahan mikroorganisme eksogen pada lingkungan yang tercemar. Walter (1997) menyatakan bahwa untuk memperoleh strain mikroorganisme ataupun konsorsium mikroorganisme yang tepat bagi aplikasi bioaugmentasi ada tiga pilihan metode yang bisa dilakukan, yaitu : pengkayaan selektif, penggunaan produk mikroorganisme komersial atau rekayasa genetika.
Bio Trent Limbah
Adalah kultur campuran berbagai mikroorganisme yang mampu mengurai berbagai senyawa organik di dalam air limbah. Kandungan BIO-TRENT adalah : Mikroorganisme seperti Lactobacillus, Actinomycetes, Bakteri Nitrifikasi, Bakteri Pelarut Fosfat, Bakteri Fotosintetik, Zat Penghilang Bau dan Jamur Fermentasi. Di samping itu, BIO-TRENT juga dilengkapi dengan nutrisi seperti Glukosa, Fruktosa dan lainnya.Keunggulan
1. Lebih cepat mengurai bahan-bahan organik
Bakteri BIO-TRENT adalah bakteri pengurai yang dapat bekerja sendiri-sendiri atau bersama-sama. Sifat bakteri yang mampu hidup dalam keadaan ekstrim, membuat bakteri BIO-TRENT lebih cepat mengurai dibanding bakteri alami yang ada di air limbah. Setiap bakteri mengurai dengan bantuan zat (enzim) yang dihasilkan. Bakteri BIO-TRENT yang beragam (kompleks) akan menghasilkan enzim pengurai yang beragam pula, sehingga kemampuan penguraiannya lebih tinggi dibanding bakteri lain.
2. Mencegah bau
Actinomycetes adalah bakteri yang mampu menghasilkan zat penghilang bau tak sedap. Dengan tumbuhnya bakteri ini di dalam sistem sudah dipastikan bau tak sedap dapat dicegah. Instalasi air limbah banyak menggunakan bahan terbuat dari logam. Seperti pompa dan blower. Logam bersifat mudah terkorosi, apalagi terkena H2S dan CO2 agresif. H2S dalam bentuk tak terionisasi bersifat sangat toksik dan korosif. H2S dan CO2 dapat berasal dari dekomposisi bahan organik oleh bakteri tertentu. Kerugian yang diderita perusahaan/instansi dengan kerusakan tersebut sangatlah besar. Untuk mencegah korosi atau karat pada instalasi pengolahan air limbah, dibutuhkan bakteri yang mampu mencegah terjadinya proses penguraian yang menghasilkan H2S dan CO2 agresif. Bakteri tersebut ada di dalam produk BIO- TRENT.3. Menghambat pertumbuhan bakteri patogen
Bakteri patogen (penyebab penyakit) diantaranya E. col (penyebab penyakit diare), Legionella pneumophilla (penyebab penyakit pernapasan akut), Leptospira (penyebab penyakit leptospirosis), Shigella (penyebab penyakit disentri) Vibrio cholerae (penyebab penyakit kolera). Dan bakteri penyebab penyakit lainnya. Untuk menghambat tumbuhnya bakteri-bakteri tersebut di dalam air limbah, maka perlu kita hidupkan bakteri BIO-TRENT di dalam system. Bakteri Lactobacillus di dalam BIO-TRENT mampu menghasilkan antibiotik alami (zat) pembunuh bakteri patogen.Perkembangan Technologi Bioremediasi
Bioremediasi didefinisikan sebagai proses penguraian limbah organik/anorganik polutan secara biologi dalam kondisi terkendali dengan tujuan mengontrol, mereduksi atau bahkan mereduksi bahan pencemar dari lingkungan. Kelebihan teknologi ini ditinjau dari aspek komersil adalah relatif lebih ramah lingkungan, biaya penanganan yang relatif lebih murah dan bersifat fleksibel. Teknik pengolahan limbah jenis B3 dengan bioremediasi umumnya menggunakan mikroorganisme (khamir, fungi, dan bakteri) sebagai agen bioremediator. Pendekatan umum yang dilakukan untuk meningkatkan kecepatan biotransformasi ataupun biodegradasi adalah dengan cara: Feeding, atau dengan memodifikasi lingkungan dengan penambahan nutrisi (biostimulasi) dan aerasi (bioventing).
Ilmuwan telah menemukan bakteri yang disebut Candidatus Brocadia Anammoxidans yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi ammonium pada suasana anaerob (sebagian besar produk yang terdapat dalam urin). Penting sekali untuk menghilangkan amonium dalam limbah cair sebelum air dialirkan ke sungai atau laut karena kadar ammonium yang terlalu tinggi memberikan dampak negatif bagi lingkungan.
Tanah dan air yang terkontaminasi minyak tersebut dapat merusak lingkungan serta menurunkan estetika. Lebih dari itu tanah dan air yang terkontaminasi limbah minyak dikategorikan sebagai limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) sesuai dengan Kep. Men LH 128 Tahun 2003. Oleh karena itu perlu dilakukan pengelolaan dan pengolahan terhadap tanah yang terkontaminasi minyak. Hal ini dilakukan untuk mencegah penyebaran dan penyerapan minyak kedalam tanah.BAB IIIPENUTUP
Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut :
Mikrobiologi industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikrobia sebagai komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikrobia dalam proses. Mikrobia dalam industri menghasilkan bermacam produk, diantaranya adalah antibiotic dan pakan ternak.
Teknik produksi pakan ternak adalah serangkaian aktivitas yang melibatkan sumber daya yang tersedia untuk menghasilkan pakan yang memenuhi standar yang telah ditetapkan oleh nutrisionist
Contoh pada pakan ternak Silase ,Bakteri Clostridia,Bakteri ini juga sudah berada pada hijauan atau bahan baku silase lainnya, saat mereka di masukan kedalam silo dan pada pengelolaan jerami padi memanfaatkan mikroba, Mikroba lignolitik dalam starbio membantu perombakan ikatan lignoselulosa sehingga selulosa dan lignin dapat terlepas dari ikatan tersebut oleh enzim lignase.
Makanan Hasil Fermentasi, beberapa makanan diantaranya :
Bakteri Pediococcus sp. digunakan dalam pembuatan sosis.
Bakteri Lactobacillus bulgaricus merupakan salah satu bakteri yang berperan penting dalam pembuatan yoghurt
Jamur Rhyzopus oryzae merupakan jamur yang berperan dalam pembuatan tempe.
Aspergillus wentii dan Aspergillus oryzae merupakan jamur yang berperan dalam pembuatan kecap dan tauco
Antibiotika adalah zat yang dihasilkan oleh suatu mikroba, terutama fungi/jamur, yang dapat menghambat atau dapat membasmi mikroba jenis lain. Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok actinomycetes.
DAFTAR PUSTAKA
Black, Jacquelyn G. 2002. Microbiology. John Wiley & Sons, Inc.Brock. TD. Madiqan. MT. 1991. Biology of Microorganisms. Sixth ed. Prentice-Hall International, Inc.Cappuccino, JG. & Sherman, N. 1987. Microbiology: A Laboratory Manual. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. California.Case, C.L. & Johnson, T.R. 1984. Laboratory Experiments in Microbiology. Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. California.Fardiaz, S. 1987. Fisiologi Fermentasi, PAU IPB.
Kusnadi, dkk. 2003. Mikrobiologi (Common Teksbook). Biologi FPMIPA UPI, IMSTEP.
Moat, A.G. & Foster, J.W. 1979. Microbial Physiology. John Wiley & Sons
Nicklin. J.K. Graeme-Cook. T. Paget & R. Killington. 1999. Instans Notes in Microbiology. Springer Verlag. Singapore Pte, Ltd.
Tortora Gerard J. et al. 1992. Microbiology an Introduction. Fourth Ed. The Benjamin Cummings Publishing Company, Inc.
Terimakasih telah membaca Makalah Mikriobiologi Terapan Tentang Mikrobiologi Industri. . Gunakan kotak pencarian untuk mencari artikel yang ingin anda cari.
Semoga bermanfaat
0 komentar: