Pokok Bahasan II
DASAR-DASAR DAN BIOKIM1A FERMENTASI
Deskripsi Singkat
Fermentasi berasal dari kata latin yaitu fervere yang berarti mendidih (toboil),
hal ini ternyata merupakan aktifitas khamir pada ekstrak buah-buahan atau serealia.
Selama fermentasi dihasilkan CO2 sehingga kondisinya menjadi anaerob.
Definisi fermentasi ini diperluas yaitu reaksi oksidasi reduksi menggunakan
sumber energi dan sumber karbon, nitrogen dan lain-lain untuk membentuk senyawa
yang mempunyai nilai ekonomi lebih tinggi serta terakumulasi dalam medium.
Adapun tahapan fermentasi adalah jenis mikrobia dan kultur stok, media,
preparasi inokulum, fermentasi, kontrol proses dan pengunduhan hasil serta operasi
fermentasi. Operasi fermentasi secara komersial dapat digolongkan menjadi tiga
golongan yaitu fermentasi non aseptis, semi aseptis dan aseptis. Sebagai contoh
fermentasi non aseptis yaitu produksi protein sel tunggal (PST) dari hidrokarbon,
fermentasi alkohol tergolong fermentasi semi aseptis dan produksi antibiotik bersifat
fermentasi aseptis.
Kebanyakan produk berasal dari substrat yang mengandung karbon.
Bermacam-macam produk antara yang dihasilkan dari glukosa dan dihasilkan asam
piruvat sebagai senyawa kunci, kemudian asam piruvat direduksi menjadi asam laktat,
asam butirat, asam propionat butanediol, etil alkohol dan sebagainya.
Produk yang dihasilkan tergantung ada dan tidaknya ensim mikrobia. Sebagai
contoh bakteri asam laktat tidak rnenghasilkan ensim piruvat dekarboksilase, tetapi
mereduksi piruvat menjadi asam laktat, sedang khamir dapat menghasilkan piruvat
dekarboksilase untuk mereduksi senyawa CO2 menjadi etanol.
Metabolisme glukosa dalam kondisi anaerob oleh mikrobia melalui Embden-
Meyerhaf-Parnas. Kemudian pseudomonas melalui reaksi Entner Doudoroff
mendegradasi menjadi etil alkohol. Leuconostoc mesenteraides melalui fermentasi
glukosa menjadi asam laktat. Banyak fermentasi lain yang dilakukan oleh mikrobia
sesuai sifat kharakteristik masing-masing.
Tujuan Instruksional Khusus
Mahasiswa setelah mempelajari dasar-dasar fermentasi dan biokimianya
mampu menjelaskan tahapan fermentasi, asam piruvat, suatu kunci utama dalam
fermentasi karbohidrat, mengetahui urutan reaksi Heksosa Di Phosphat (DHP),
Heksosa Mono Phosphat (HMP). Embden Meyerhaf-Paruas (EMP), Entner Soudoroff.
A. DASAR-DASAR FERMENTASI
1. Dalam fermentasi terdapat hubungan antara pertumbuhan sel, kecepatan
pertumbuhan, konsentrasi substrat serta produk akhir. Tipe fermentasi
dibedakan atas pertumbuhan mikrobia dan produk :
a. Sinonim : produksi protein sel tunggal
b. Assosiasi (associated) : fermentasi alkohol asam sitrat, dan asam Iaktat.
c. Non assosiasi (non associated) : fermentasi antibiotik.
d. Stepwise : fermentasi antibiotic
2. Mikrobia yang berperanan dalam industri adalah bakteri, fungi, khamir, alge,
dan protozoa.
a. Bakteri contohnya : Zymomonus mobilis, CIostridium acetobutylicum,
Acetobacter aceti.
b. Fungi contohnya : AspergiIIus oryzae, Penicelium notatum, Rhizop us
oligosporus
c. Khamir contohnya : Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis,
Saccharomyces pombe.
d. Virus perlu dipelajari karena penyebab kontaminasi
e. Protozoa penting dalam penanganan limbah
f. Alge untuk produksi bahan makanan yaitu agar, protein sel tunggal.
3. Peranan mikrobia dalam metabolisme yaitu :
a. Katabolisme : fermentasi alkohol, aseton, butanol dan asam organic
b. Anabolisme : fermentasi polisakarida protein, asam nukleat, alkaloid.
4. Peranan ensim dalam fermentasi
a. Katalisator ensim dapat mempercepat reaksi kimia 1012 - 1020 kali
dibandingkan dengan katalisator anorganik.
b. Reaksi dengan menggunakan ensim untuk mendapatkan produk melalui
degradasi tahap demi tahap.
c. Energi yang dihasilkan oleh ensim ditangkap lalu dilepas, tidak seperti
katalisator anorganik.
d. Ensim dapat menurunkan energi aktivasi reaksi.
5. Fermentasi oleh mikrobia dapat menggunakan substrat dasar karhohidrat dan
senyawa nitrogen organik.
Macam-macam fermentasi karbohidrat
No. Macam Glikolisis Hasil akhir utama
1. Fermentasi alkohol
1.1. Oleh khamir HDP etanol, CO2
1.2. Oleh bakteri EDP etanol, CO2
2. Fermentasi asam laktat
2.1. Homofermentasi HDP asam laktat
(Homolaktat)
2.2. Heterofermentasi HMP asam laktat, etanol,
(Heterolaktat) asam asetat dan CO2
3. Fermentasi asam propionat HDP asam propionat,
asam asetat, CO2
4. Fermentasi asam butiran HDP asam butirat,asam asetat,
H2 , CO2 , butanol, etanol,
Aseton, Isopropanol.
5. Fermentasi asam campur HDP etanol, asetat, format, H2 ,
CO2 , Iaktat, suksinat.
6. Fermentasi butanediol HDP butanediol, etanol, laktat,
suksinat, asetat, H2 , CO2
Peruraian glukosa menjadi asam piruvat dibedakan menjadi 3 jalur :
Jalur heksosa difosfat (HDP), yaitu Embden-Meyerhoff-Parnas atau glikolisa.
Jalur heksosa monfosfat (HMP), yaitu jalur Warburg Dicken, jalur
fosfoketolosa, atau jalur pentosa fosfat.
Jalur 2 keto-3 deoksi glukonat-6 fosfat (jalur KDGP), atau jalur Entner Doudoroff
6. Tahapan fermentasi
a. Pemilihan mikrobia
a. Pemilihan mikrobia
c. Peparasi inokulum
d. Kontrol proses fermentasi dan pengunduhan produk akan dihahas pada bab
berikutnya.
B. BIOKIMIA FERMENTASI
1. Pada reaksi-reaksi katabolisme-anabolisme ATP dan nikotin adenin di
nucleotide yang tereduksi (NADH) adalah kunci utama dalam fermentasi.
2. Fermentasi terjadi bila produk fermentasi kandungannya lebih rendah dari
substrat yang difermentasi.
3. Rumus untuk menyatakan perubahan energi bebas dengan perombakan
potensial bila elektron pindah dari sistem ke sistem lain.
Fo = - n F Eo
F° = perubahan energi bebas pada keadaan standard (Cal/mole)
N = jumlah elektron yang dipindahkan
Fo = Faraday, setara dengan 23,063 Cal/volt
Eo = potensial
4. Reaksi-reaksi metabolisme ada dua yaitu :
a. Proses disimilasi (katabolisme) dapat menghasilkan hasil antara dan energi
oleh mikrobia.
b. Proses asimilasi (biosintesa/anabolisme) atau reaksi yang dapat
mensintesa konstituen-konstituen sel dan produk akhir Iainnya sesuai sifat
mikrobia.
5. Reaksi EMP dan Krebs disebut juga reaksi amphibolik. Reaksi amphibolik
berfungsi mengarahkan dan mutlak diperlukan dalam biosintesa. Karena reaksi
amphibolik menghasilkan energi dan senyawa prekursor untuk biosintesa.
6. Pemecahan (metabolisme) karbohidrat oleh mikrobia.
a. Fermentasi alkohol oleh khamir (Saccharomyces)
b. 1. Fermentasi asam laktat yaitu hemolaktat dan heterolaktat
2. Fermentasi asarn laktat oleh Bibidobacterium biffidum
c. Fermentasi asam propionat
d. Fermentasi asam butirat
e. Fermentasi asam campur butanediol
Pada fermentasi butanediol, asam-asam organik yang dihasilkan sedikit,
lebih banyak CO , etanol dan rnenghasilkan senyawa khusus 2,3
2
butanediol. Bakteri yang berperanan: Enterobacter, Seratia dan Erwinia
f. Fermentasi senyawa nitrogen organik, dibagi menjadi 3 macam :
1. Fermentasi asam amino tunggal
2. Fermentasi sepasang amino (reaksi stickland)
3. Fermentasi senyawa nitrogen heterosiklik
Bakteri yang berperanan Clostridium. Contoh fermentasi glisin, treonin,
glutamat, lisin dan sebagainya.
Fermentasi senyawa N-heterosiklik dapat dilakukan oleh jenis bakteri
Clostridium acidi-urici dan Cl. Cylindrosporum.
Kedua bakteri ini memfermentasi guanin, hipoxantin, urat dan xantin.
Latihan soal.
1. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi ! Jelaskan salah
satu faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan mikrobia !
2. Bedakan antara isolasi metoda crowded plate technique, auxonography dan
enrichment culture !
3. Beri contoh lima macam senyawa unsur yang tergolong dalam
makronutrien, mesonutrien dan mikronutrien !
4. Jelaskan fungsi dan sumber nitrogen organik dan anorganik bagi
pertumbuhan mikrobia !
5. Mengapa dalam suatu fermentasi antibiotik perlu ditambah precursor !
Artikel / File ini diambil dari elisa.ugmac.id dimana file ini merupakan karya dari dosen Fakultas Biologi UGM pengampu materi kuliah Mikrobiologi Industri
5. Fermentasi oleh mikrobia dapat menggunakan substrat dasar karhohidrat dan
senyawa nitrogen organik.
Macam-macam fermentasi karbohidrat
No. Macam Glikolisis Hasil akhir utama
1. Fermentasi alkohol
1.1. Oleh khamir HDP etanol, CO2
1.2. Oleh bakteri EDP etanol, CO2
2. Fermentasi asam laktat
2.1. Homofermentasi HDP asam laktat
(Homolaktat)
2.2. Heterofermentasi HMP asam laktat, etanol,
(Heterolaktat) asam asetat dan CO2
3. Fermentasi asam propionat HDP asam propionat,
asam asetat, CO2
4. Fermentasi asam butiran HDP asam butirat,asam asetat,
H2 , CO2 , butanol, etanol,
Aseton, Isopropanol.
5. Fermentasi asam campur HDP etanol, asetat, format, H2 ,
CO2 , Iaktat, suksinat.
6. Fermentasi butanediol HDP butanediol, etanol, laktat,
suksinat, asetat, H2 , CO2
Peruraian glukosa menjadi asam piruvat dibedakan menjadi 3 jalur :
Jalur heksosa difosfat (HDP), yaitu Embden-Meyerhoff-Parnas atau glikolisa.
Jalur heksosa monfosfat (HMP), yaitu jalur Warburg Dicken, jalur
fosfoketolosa, atau jalur pentosa fosfat.
Jalur 2 keto-3 deoksi glukonat-6 fosfat (jalur KDGP), atau jalur Entner Doudoroff
6. Tahapan fermentasi
a. Pemilihan mikrobia
a. Pemilihan mikrobia
c. Peparasi inokulum
d. Kontrol proses fermentasi dan pengunduhan produk akan dihahas pada bab
berikutnya.
B. BIOKIMIA FERMENTASI
1. Pada reaksi-reaksi katabolisme-anabolisme ATP dan nikotin adenin di
nucleotide yang tereduksi (NADH) adalah kunci utama dalam fermentasi.
2. Fermentasi terjadi bila produk fermentasi kandungannya lebih rendah dari
substrat yang difermentasi.
3. Rumus untuk menyatakan perubahan energi bebas dengan perombakan
potensial bila elektron pindah dari sistem ke sistem lain.
Fo = - n F Eo
F° = perubahan energi bebas pada keadaan standard (Cal/mole)
N = jumlah elektron yang dipindahkan
Fo = Faraday, setara dengan 23,063 Cal/volt
Eo = potensial
4. Reaksi-reaksi metabolisme ada dua yaitu :
a. Proses disimilasi (katabolisme) dapat menghasilkan hasil antara dan energi
oleh mikrobia.
b. Proses asimilasi (biosintesa/anabolisme) atau reaksi yang dapat
mensintesa konstituen-konstituen sel dan produk akhir Iainnya sesuai sifat
mikrobia.
5. Reaksi EMP dan Krebs disebut juga reaksi amphibolik. Reaksi amphibolik
berfungsi mengarahkan dan mutlak diperlukan dalam biosintesa. Karena reaksi
amphibolik menghasilkan energi dan senyawa prekursor untuk biosintesa.
6. Pemecahan (metabolisme) karbohidrat oleh mikrobia.
a. Fermentasi alkohol oleh khamir (Saccharomyces)
b. 1. Fermentasi asam laktat yaitu hemolaktat dan heterolaktat
2. Fermentasi asarn laktat oleh Bibidobacterium biffidum
c. Fermentasi asam propionat
d. Fermentasi asam butirat
e. Fermentasi asam campur butanediol
Pada fermentasi butanediol, asam-asam organik yang dihasilkan sedikit,
lebih banyak CO , etanol dan rnenghasilkan senyawa khusus 2,3
2
butanediol. Bakteri yang berperanan: Enterobacter, Seratia dan Erwinia
f. Fermentasi senyawa nitrogen organik, dibagi menjadi 3 macam :
1. Fermentasi asam amino tunggal
2. Fermentasi sepasang amino (reaksi stickland)
3. Fermentasi senyawa nitrogen heterosiklik
Bakteri yang berperanan Clostridium. Contoh fermentasi glisin, treonin,
glutamat, lisin dan sebagainya.
Fermentasi senyawa N-heterosiklik dapat dilakukan oleh jenis bakteri
Clostridium acidi-urici dan Cl. Cylindrosporum.
Kedua bakteri ini memfermentasi guanin, hipoxantin, urat dan xantin.
Latihan soal.
1. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi ! Jelaskan salah
satu faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan mikrobia !
2. Bedakan antara isolasi metoda crowded plate technique, auxonography dan
enrichment culture !
3. Beri contoh lima macam senyawa unsur yang tergolong dalam
makronutrien, mesonutrien dan mikronutrien !
4. Jelaskan fungsi dan sumber nitrogen organik dan anorganik bagi
pertumbuhan mikrobia !
5. Mengapa dalam suatu fermentasi antibiotik perlu ditambah precursor !
Artikel / File ini diambil dari elisa.ugmac.id dimana file ini merupakan karya dari dosen Fakultas Biologi UGM pengampu materi kuliah Mikrobiologi Industri
0 Comments
