BIOTEKNOLOGI MIKROBA Teknik dasar kultur

BIOTEKNOLOGI MIKROBA

Teknik dasar kultur mikroba

Perbaikan strain mikroba

Pembuatan inokulum pupuk hayati

Pertemuan ke 5

Mikroba = kel jasad hidup berukuran kecil dng kisaran ukuran sel sekitar 0,1 –10 µm (1 µm = 10-6₎

• Perbedaan mikroba dng jasad hidup lain<, satu sel mikroba adalah satu individu. • Mikroba ada 3 kelompok utama : - Prokaryot

- Eukaryot - Archaea

Contoh prokaryot: bakteri Eschericia coli Contoh eukaryot: Khamir Saccharomyces

cerevisiae

TEKNIK DASAR KULTUR MIKROBA

• Dapat ditumbuhkan dlm medium padat

(misal: tempe, tape, oncom, jamur konsumsi) dan medium cair (misal: untuk menghasilkan antibiotik, etanol, asam asam amino, nata de coco).

• Berdasarkan komposisi medium utk

menumbuhkan mikroba : - medium lengkap - medium minimal

Medium lengkap : bahan organik atau anorganik yg dapat memenuhi kebutuhan mikroba utk pertumbuhan dan aktivitas metabolismenya shg mikroba dpt tumbuh scr optimum.

Contoh bahan organik: ekstrak daging, ekstrak taoge, ekstrak kentang, dll

Contoh Medium lengkap

Komposisi media nutrien cair dan nutrien agar untuk bakteri:

Nutrien cair:

2 g nutrien broth + aquades 250 ml Nutrien agar:

2 g nutrien broth + aquades 250 ml + 3 g agar

Komposisi media taoge cair dan taoge agar untuk jamur/khamir:

Taoge cair: 25 g taoge + 15 g gula pasir + aquades 250 ml

Taoge agar: 25 g taoge + 15 g gula pasir + aquades 250 ml + 3 g agar

Media cair steril

BAHAN MEDIUM BANYAK TERSEDIA, MUDAH DIDAPAT DAN MURAH HARGANYA:

-SISA TANAMAN/HEWAN, LIMBAH ORGANIK, KOMPOS.

-Bahan medium dianalisis kandungan C, N, P, K, apabila kandungan unsur tersebut kurang maka ditambah BAHAN KIMIA TEKNIS

- Kebutuhan C, N, P, K untuk pertumbuhan mikroba dapat diketahui dengan perhitungan atau percobaan pendahuluan

Bahan medium: bahan kimia buatan pabrik atau bahan alami yang diproses untuk memenuhi kebutuhan C, unsur makro dan mikro serta senyawa lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan

TEKNIK KULTIVASI MIKROBA

1. KULTUR BATCH (sekali panen)

Mikroba ditumbuhkan dlm medium sampai mencapai fase pertumbuhn maksimal kemudian dipanen produknya (sel/biomassa atau produk metabolitnya) 2. KULTUR KONTINYU

Mikroba ditumbuhkan terus menerus pada fase paling optimum (eksponensial) shg pemanenan produk dapat dilakukan berulang ulang tanpa mengulangi kultivasi dari awal.

KULTUR BATCH

• Pola pertumbuhan SIGMOID

- fase pertmbhn lag / adaptasi

Grafik pertumbuhan mikroba dalam satuan bilangan logaritma Kurva pertumbuhan mikroba dalam kultur tertutup (batch culture)

-Fase pertmbhn dipercepat

fase ini berlgs cepat karena mikroba kan masuk ke fase berikutnya.

- Fase eksponensial

pertambahan jumlah sel berlgs secara logaritmik mikroba mencapai status isiologis yg optimum.

- Fase pertmbhn diperlambat

nutrien berkurang karena digunakan untuk pertumbuhan - Fase stationer

sebagian sel mengalami kematian shg rasio jumlah sel yg hidup dan yg mati seimbang dan jd jml sel total tdk meningkat.

KULTUR KONTINYU

Ada 2 cara : 1. KEMOSTAT :

Menambahkan nutrien dlm suatu tangki shg komposisi nutrien di dlm fermentor tempat kultivasi mikroba selalu dlm keadaan tetap. 2. TURBIDOSTAT

Menambahkan nutrien secara kontinyu shg kerapatan sel selalu dlm keadaan tetap.

Dlm turbidostat aliran medium diatur berdasarkan kerapatan optik kultur mikrobia.

Contoh

bioreaktor

kultur cair

yang

digunakan

untuk kultur

kontinyu

:

Fermentor skala

laboratorium

Kemostat untuk Bioreaktor sel kontinyu _{PEMANFAATAN MIKROBA DALAM INDUSTRI}

BIOTEKNOLOGI

1. Produk pangan yg dikonsumsi secara langsung 2. Produksi bahan baku utk pangan

3. Produksi bahan utk mendukung tahapan sebelum panen (misal biofertilizer, biopestisida, bioaktivator kompos) 4. Produksi bahan bahan utk pengelolaan kesehatan 5. Produksi bahan bahan pendukung utk industri yg lain

Dlm industri bioteknologi semacam ini mikroba dapat digunakan sbg :

1. agensia produksi (untuk produksi alkohol, asam sitrat, keju, enzim, insulin, antibiotik, dll)

PERBAIKAN STRAIN MIKROBA

PENINGKATAN KEMAMPUAN FISIOLOGIS MIKROBA:

1.Teknik Konvensional

a. Teknik mutagenesis secara acak - mutagenesis dg mutagen kimia - mutagenesis dg mutagen fisik - mutagenesis secara terarah.

b. Fusi protoplas (dipelajari pada pertemuan ke 7)

2.Teknik modern (non-konvensional)

Dipelajari setelah DNA rekombinan, pada bioteknologi mikroba penambat nitrogen (setelah mid)

PEMBUATAN PUPUK HAYATI

• Merupakan sel mikroba yang dapat berfungsi sebagai pupuk.

• Sering disebut sebagai inokulum pupuk hayati • Produknya berisi sel-sel mikroba dengan

kemampuan khusus, misal: - mikroba penambat nitrogen - mikroba pelarut fosfat, dll

Teknik Konvensional Pembuatan

Pupuk Hayati Penambat Gas Nitrogen

Bisakah menanam bakteri penambat N2? Jawabnya tentu bisa

Mau mencoba?

Caranya bagaimana?

Mulai dari isolasi, kultur & perbanyakan

Untuk apa?

Untuk pupuk hayati pengganti pupuk N kimia

Produknya disebut apa?

Inokulum bakteri penambat nitrogen

PRINSIP PEMBUATAN INOKULUM

• I. ISOLASI, PEMILIHAN, DAN PEMELIHARAAN KULTUR

• II. TEKNIK PERBANYAKAN MIKROBA

• III. FORMULASI

PEMILIHAN MIKROBA UNGGUL

METODE KIMIA:

 -N15 UNTUK FIKSASI N2

 -P TERLARUT UTK PELARUT RP.

 -CO2 / HARA TERSEDIA UTK PEROMBAK BAHAN ORGANIK

 -SULFAT UNTUK OKSIDASI SO,dll

METODE MIKROBIOLOGIS:

 -MEDIUM BEBAS NITROGEN

 -MEDIUM + BATU FOSFAT

 -MEDIUM + BAHAN ORGANIK YANG DIUJI

 -MEDIUM + SULFUR / Fe S (PIRIT)

 -MEDIUM + Mn SO4, dll

PEMELIHARAAN KULTUR MIKROBA

UNGGUL

DIBUAT BIAKAN MURNI: -KULTUR STOK -KULTUR SEDIAAN

PENYIMPANAN KULTUR:

1. JANGKA PENDEK/SEGERA DIGUNAKAN

 BIAKAN CAIR/PASTA, PADA SUHU 5-15OC TAHAN SAMPAI 1 BULAN  BIAKAN AGAR MIRING/ DISIMPAN SUHU 5-15OC TAHAN 3-6 BULAN

 BIAKAN AGAR MIRING + LAPISAN GLISEROL, PADA SUHU 5-15OC TAHAN SAMPAI

1 TAHUN

2. JANGKA PANJANG/ UNTUK STOK YG TAHAN HIDUP SAMPAI BEBERAPA TAHUN

 BIAKAN DALAM MEDIUM PASIR ATAU TANAH  BIAKAN LIOFILIK

TEKNIK PERBANYAKAN MIKROBA

• PEMILIHAN MEDIUM PERBANYAKAN

MIKROBA

• BAHAN MEDIUM BANYAK TERSEDIA, MUDAH

DIDAPAT DAN MURAH HARGANYA

• MISAL SISA TANAMAN/HEWAN, LIMBAH

ORGANIK, KOMPOS, dll + BAHAN KIMIA TEKNIS

Sistem Fermentasi untuk Perbanyakan

Sel

FERMENTASI PADAT:

• DALAM NAMPAN/ KANTONG

• FERMENTOR KOLOM

• FERMENTOR DRUM PUTAR

• FLUIDIZED BED DEVICES

• FERMENTASI CAIR

• KULTUR GOJOK (SHAKE CULTURE)

STERILISASI MEDIA DAN ALAT UNTUK KULTUR BAKTERI

AUTOCALVE MEDIA: 121O_{C 15 MENIT}

ALAT: 121O_{C 30 MENIT}

SEMUA ALAT YANG DIGUNAKAN DISTERILISASI

TEKNIK ISOLASI MIKROBA

TEKNIK KERJA ASEPTIS UNTUK

PENANAMAN BAKTERI

STERILISASI OSE SEBELUM DIGUNAKAN

MENANAM BAKTERI PADA PETRIDISH di laminer air flow

Isolasi Bakteri

Penambat N

2

Udara

Bintil akar disterilkan, dipecah,

diambil cairannya menggunakan jarum ose

Ose digoreskan di atas media agar

Bintil

akar _{• Pengenceran sumber isolat dilakukan agar diperoleh}

koloni yang tumbuh terpisah

Pengenceran untuk teknik isolasi taburan

Figure 6.15

Koloni hasil kultur bintil akar yang terpisah diambil dengan ose

Simpan dalam refrigerator (almari es tapi bukan di

freezernya)

DITANAM DI MEDIA AGAR MIRING

Pembuatan

kultur murni

Rhizobium

Isolasi Mikroba Pelarut Fosfat

• Tanah risosfer dibuat seri pengenceran dengan air steril

• Masing2 pengenceran ditaburkan di medium yang mengandung P tak larut /Pikovskaya med

• Inkubasi suhu kamar selama 3-4 hari

• Mikroba yang membentuk zona jernih dimurnikan pada medium agar yg sama

• Dibuat biakan dalam agar miring

CONTOH ISOLAT DARI TANAH VERTISOL GADING GUNUNG KIDUL

Aspergillus

JAMUR PELARUT FOSFAT (Sumarsih , 1986)

Pemilihan mikroba pelarut fosfat

a. Pelarutan P tidak larut pada medium agar

 Inokulasi titik koloni yg membentuk zona jernih pada medium pikovskaya agar dalam petri

 Inkubasikan 4-5 hari pada suhu kamar

 Ukur luas zona jernih di sekeliling koloni  Zona jernih yang terluas menunjukkan

UJI PEMILIHAN MIKROBA

PENGOKSIDASI SULFUR Uji kimia

:Media cair yang diberi bubuk Sulfur berubah menjadi jernih

Uji mikrobiologis: Zona jernih di media tanda mampu mengoksidasi Sulfur

Sulfur yang semula ditandai dengan keruh menjadi jernih di media cair

BAKTERI PETROFILIK (PEROMBAK MINYAK BUMI) dapat membentuk biomassa dengan sumber karbon minyak

bumi

Uji Perombakan pati & selulosa

Uji Perombakan pati Media diberi larutan Yod.

Zona jernih menunjukkan pati telah terombak

Agar hasil lebih banyak dari kultur gojok dipindah

ke fermentor

dipindah ke

TEKNIK PERBANYAKAN JAMUR MENGGUNAKAN

MEDIA PADAT

Perbanyakan mikroba menggunakan fermentor skala laboratorium

KULTUR SEDIAAN

DIPERBANYAK DALAM FERMENTOR

STARTER PERBANYAKAN

BAKTERI DENGAN TEKNOLOGI MODERN

Starter

DIPERBANYAK DALAM

STARTER & PENGGANDAAN SKALA

FERMENTASI

STARTER UNTUK:

• (a) MENGADAPTASI MIKROBA DARI MEDIUM AGAR KE MEDIUM PERBANYAKAN

• (b) MEMBUAT INOKULUM DARI SKALA KECIL (BIAKAN MURNI DALAM TABUNG REAKSI) MENJADI SKALA YANG LEBIH BESAR

PENGGANDAAN SKALA UNTUK:

• PRODUKSI SKALA LABORATORIUM SAMPAI SKALA PABRIK

• PENGATURAN PRODUKSI DAN KONTROL KUALITAS

Kultur gojok dalam erlenmeyer 250 ml

FERMENTOR SEDERHANA

volume 20 liter

Bioreaktor Skala Industri volume 1000 liter

FORMULASI INOKULAN

INOKULAN:

• CAMPURAN MIKROBA + CARRIER

SIFAT BAHAN CARRIER/PEMBAWA:

• INERT

• MUDAH DICAMPUR

• MUDAH DIBENTUK

FORMULASI INOKULAN:

• BAKTERI: INOKULAN UNTUK BIJI / TANAH, PADAT / CAIR

• JAMUR : FORMULASI VERMICULITE, TEPUNG/BUBUK, TABLET, PRIL, GEL

PACKING DAN PENYIMPANAN

• PACKING:

• BENTUK CAIR / PADAT

• KEDAP UDARA/ TIDAK KEDAP UDARA

• INAKTIVASI/ LIOFILISASI / +ASAM

• MASA AKTIF / KEDALUARSA

• PENYIMPANAN:

• SUHU RUANG / SUHU DINGIN / REFRIGERATOR

• KELEMBABAN

Penggandaan skala produksi mikroba

Alur proses pembuatan inokulum bakteri secara industri

Beberapa bentuk produk inokulum