Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP, MSc Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya

(1)

MODUL

9

SEL

F-PROP

AG

ATIN

G

ENTR

EPRE

NEURI

A

L E

DUCATIO

N DEVE

LOP

ME

NT

(S

PEE

D)

Minggu 9

BIOINDUSTRI

FERMENTASI SUBSTRAT PADAT DAN CAIR Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP, MSc

Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya Email : nimas.sunyoto@ub.ac.id

1. PENDAHULUAN

1.1 Pengantar

Fermentasi substrat cair adalah proses fermentasi yang terjadi pada medium yang konsistensinya cair. Dalam menjalankan fermentasi substrat cair ditentukan oleh sifat-sifat mikroorganisme dalam mengambil oksigen untuk kehidupannya. Mikroorganisme aerob tumbuh di atas, anaerob

tumbuh di dasar, fakultatif tumbuh di semua bagian. Salah satu contoh fermentasi pada substart cair adalah nata de coco.

Selain dalam substrat cair, fermentasi dapat pula dilakukan pada substrat padat. Fermentasi susbstrat padat adalah fermentasi yang terjadi pada substrat yang berbentuk padat. Salah satu contoh dari fermentasi substrat padat adalah tempe.

1. PENDAHULUAN

- Pengantar

- Tujuan

- Definisi

2. FERMENTASI SUBSTRAT PADAT

(2)

Page 2 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

1.2 Tujuan

Penguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan dasar fermentasi substrat padat dan cair akan dapat

 Mengetahui dan mengenal fermentasi substrat padat dan cair

 Melakukan / mengimplementasikan fermentasi substrat padat dan cair

 Mengamati aspek fermentasi substrat padat dan cair 1.3 Definisi

 Fermentasi susbstrat padat adalah fermentasi yang terjadi pada substrat yang berbentuk padat.

 Mikroorganisme harus dipilih yang memang mampu hidup dengan baik pada substrat padat bahkan dalam keadaan ketiadaan dan hampir ketiadaan air bebas.

 Fermentasi substrat padat merupakan fungsi penyerapan (absorbansi) dengan demikian kadarairnya tergantung dari substrat yang digunakan

2. FERMENTASI SUBSTRAT PADAT

2.1 Karakteristik Substrat Padat

 Fermentasinya mengikutkan kultur campuran dari mikrobial alami dan bibit inokulum

 Memberikan lingkungan yang selektif untuk sejumlah besar jamur berfilamen dan hanya sedikit dari golongan bakteri

 Substrat padat alami memberikan sumber energi karbon kompleks dan sumber nutrisi yang bervariasi

 Beberapa substrat padat tradisional juga mengandung sejumlah energi karbon sedikit, berat kering substrat ini substrat ini mengandung biopolimer yang memerlukan hidrolisis enzimatis.

 Hidrolisis enzim untuk asimilasi komponen yang mempunyai berat molekul tinggi pada substrat padat dilakukan secara ekstraseluler

 Pertumbuhan mikrobial dan pembentukan produk terjadi didekat permukaan substrat padat yang menghubungkan antara substrat padat itu sendiri dgn lingkungan gas di luarnya

 Kelembaban substrat sangat tgtg dari karakteristik dari internal dan eksternal permukaan substrat padat

 Jamur tumbuh pada substrat padat terfermentasi , biasanya merupakan obligat aerob (memerlukan oksigen)

2.2 Keuntungan Fermentasi Substrat Padat

 Substrat padat memerlukan penambahan air dan penambahan nutrisi lainnya

 Unit fermentasi yang dipergunakan relatif kecil, sedangkan poduknya dihasilkan dlm jumlah besar, sehubungan dengan penambahan air yang relatif sedikit

 Tidak memerlukan tangki pembibitan mikroorganisme dan hanya menggunakan inokulum dari spora mikroorganisme yang dipergunakan

(3)

Page 3 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

 Kelembaban yang rendah mengurangi bahaya kontaminasi

 Kondisi pertumbuhan jamur sama dengan pertumbuhannya di habitat alami

 Pengadukan kultur akan mengurangi kontaminasi kultur di laboratorium

 Aerasi dapat dilakukan dengan membuat jarak di antara partikel substrat padat

 Produk hasil fermentasi lebih besar dari media cair dan dapat diproduksi kembali secara berulang

 Hasilnya dapat segera diekstrak dengan cara pemberian larutan secara langsung, atau disimpan lebih dahulu dlm lemari pendingin sebelum diekstrak

2.3 Kerugian Fermentasi Substrat Padat

 Fermentasi dengan pengadukan atau rotasi memerlukan tenaga dan energi yang tinggi.

 Penambahan air pada awal fermentasi meningkatkan risiko kontaminasi.

 Kebutuhan inokulum spora diperlukan dalam jumlah besar.

 Beberapa substrat dari produk pertanian memerlukan perlakuan awal sebelum pemrosesan, missal pemecahan permukaan padatan.

2.4 Tahapan Fermentasi Substrat Padat

1. Pre-treatment biasanya memerlukan perlakuan mekanis, kemis, biologis 2. Hidrolisis dari polimer utama

3. Penggunaan dari produk hidrolisis 4. Separasi dan purifikasi produk

5. Penggunaan mikroorganisme dapat dalam bentuk monokultur (jamur pangan), dual kultur biokonversi jerami menggunakan Chaetomium seluliticum dan

Candida tropicalis), kultur campuran lebih dari dua spesies (pengomposan +

pembuatan silase)

Aplikasi Fermentasi Substrat Padat (1) Tape

Makanan fermentasi dari bahan ubi kayu atau beras ketan dengan bantuan penambahan ragi yang berupa ragi tape. Ragi tape merupakan kumpulan mikroorgansime yang ditumbuhkan pada pada adonan dari tepung beras sebagai sumber nutrisi utama untuk pertumbuhan mikroorganisme.

(2) Tempe

Tempe: merupakan makanan fermentasi yang berasal dari Indonesia, berbahan baku kedelai (beserta variasinya). Tempe mempunyai struktur yang kompak dan difermentasi oleh golongan Rhizopus (R.oligosporis, R. stolonifer, R. oryzae, R.

arrhizus, dan R. formozaensis)

Pembuatan tempe

Urutan pembuatan tempa adalah sebagai berikut: • Kedelai

• Pencucian • Perendaman • Pengukusan

(4)

Page 4 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

• Perendaman dlm air rendaman tempe pH ↓

• Perebusan 1 jam • Penghilangan kulit • Perendaman • Pendinginan (dikeringanginkan) • Pencampuran • Inokulasi • Pembungkusan • Fermentasi (24-48 jam) • Tempe

Dalam pembuatannya, tempe membutuhkan agen mikroba yang berupa ragi tempe. Ragi tempe dapat berupa usar atau bubuk inokulum.

• Usar : Kumpulan mikroorganisme yang ditumbuhkan pada sisi balik daun waru atau daun jati. Sisi balik tersebut mengandung bulu-bulu (trichoma) untuk tempat pertumbuhan miselia kapang.

• Bubuk inokulum : Kumpulan mikroorganisme yang ditumbuhkan pada tepung beras, tepung ubi kayu yang digunakan sebagai starter fermentasi tempe.

3. FERMENTASI SUBSTRAT CAIR

Fermentasi substrat cair adalah proses fermentasi yang terjadi pada medium yang konsistensinya cair. Dalam menjalankan fermentasi substrat cair ditentukan oleh sifat-sifat mikroorganisme dalam mengambil oksigen untuk kehidupannya. Mikroorganisme aerob tumbuh di atas, anaerob tumbuh di dasar, fakultatif tumbuh di semua bagian. Syarat bahan yang dapat digunakan sebagai substrat antara lain adalah tahan sterilisasi dan bebas dari racun yang berbahaya bagi mikrooranisme dan konsumen. Pada umumnya fermentasi dilakukan dengan substrat cair ini. Terdapat tiga jenis fermentasi yang menggunakan substrat cair, yaitu:

1. Batch Sederhana

Pada fermentasi ini, substat cair dan inokulum dimasukkan di awal proses dan fermentasi dilakukan dalam waktu tertentu. Contoh dari fermentasi ini adalah produksi cuka.

2. Fed Batch

Pada jenis fermentasi ini, inokulum dimasukkan dan sebagian substrat (± 10% dari volume fermentor) dimasukkan ke dalam fermentor. Sisa substrat (± 90% dari volume fermentor) dimasukkan secara bertahap.

3. Semi Batch

Fermentasi semi batch dilaksanakan seperti fermentasi fed batch, akan tetapi pada waktu panen, yang diambil hanya 90% dari substrat, kemudian ditambahkan 10% substrat baru.

(5)

Page 5 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

4. Kontinyu

Pada fermentasi jenis kontinyu, substrat ditambahkan ke dalam fermentor secara kontinyu dan hasil panen dikeluarkan secara kontinyu pula.

Salah satu macam substrat cair yang digunakan adalah kultur gojog. Kultur Gojog

Kultur gojog merupakan bagian dari kultur cair, yang ditujukan untuk produksi sel yang dapat dari sel atau spora. Pembentukan produk tergantung dari kualitas dan kuantitas sel yang digunakan serta kalitas lingkungan yang ada. Kultur gojog dapat dilakukan secara bolak-balik dan berputar. Tujuan dibuatnya kultur gojog adalah untuk mendapatkan mensuplai oksigen. Berikut adalah desain mesin penggojog yang dapat diterapkan:

a. Apparatus yang digunakan meliputi Erlenmeyer atau botol. b. Kondisi inkubasi : biasanya dioperasikan pd 25-37˚C. c. Perawatan : perawatan motor, pelumas dan karet. d. Digunakan pula pengaduk kultur.

Prinsip kultivasi mikroba dalam sistem cair

Mikroba berada dalam cairan yang mengandung nutrien sebagai substrat untuk tumbuh dan berkembang bercampur dengan produk-produk yang dihasilkan termasuk limbah. Nutrien dan oksigen yang diperlukan untuk pertumbuhan optimal mikroba harus tercampur merata (homogen) pada semua bagian fermenter. Untuk mendapatkan sistem fermentasi yang optimum, maka fermenter harus memenuhi syarat sebagai berikut:

1. Terbebas dari kontaminan

2. Volume kultur relatif konstan (tidak bocor atau menguap) 3. Kadar oksigen terlarut harus memenuhi standar

4. Kondisi lingkungan seperti: suhu, pH harus terkontrol.

Stirred tank reactor merupakansIstem model yang banyak dipakai.

Aplikasi Fermentasi Substrat Cair Pembuatan Wine Anggur

Proses pembuatan wine anggur secara sederhana adalah dimulai dari tahapan pemilihan anggur, kemudian pembersihan dari batang (destemming), dilanjutkan proses penghancuran (crushing), fermentasi, penjernihan (clarifying) dan proses penuaan

(aging) dalam waktu yang lama bahkan sampai berbulan-bulan, setelah itu baru wine

dapat dikemas dalam botol untuk dipasarkan. Proses pembuatan wine anggur secara sederhana dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

(6)

Page 6 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

REFERENSI

Brok, T.D., Madigan, M.T. Martinko, J.M. 2006. Biology of Microorganisms. 11th Edition. Pearson Prentice Hall. Upper Saddle River, Nj 07458

Budiyanto, A. K., 2002, Mikrobiologi Terapan, Universitas Muhammadiyah, Malang Davis, D,B., Dulbecco, R. Eisen, H. N and H.S. Ginsberg. 1990. Microbiology. 4 th_.

Edition. J.B. Lippincott Company, Philadelphia

Waites, M.J., Morgan, N.L., Rockey, J.S., and Gary Higton. 2001. Industrial Microbiology: An Introduction. USA: Blackwell science.

PROPAGASI

A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal)

1. Uraikan tentang perbedaan fermentasi pada substrat padat dan cair, serta berikan contohnya masing-masing satu!

2. Bagaimana fermentasi substrat cair pada sari buah anggur dapat menghasilkan alkohol?

(7)

Page 7 of 7

Bioindustri / Fermentasi Substrat Padat dan Cair

Brawijaya University

2012

B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri)

1. Apa yang dimaksud dengan fermentasi substrat cair? 2. Apa saja yang dapat digunakan sebagai substrat cair?

3. Apa yang dimaksud dengan kultur fed batch pada fermentasi substrat cair? 4. Apakah contoh dari fermentasi substrat padat?