BIOINDUSTRI

1
BIOINDUSTRI
Agus suyanto
2

• Aplikasi Bioteknologi dalam bidang industri
• Bioteknologi adalah prinsip-prinsip ilmu
  pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan
  pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis
  yang menghasilkan barang dan jasa.
• Bioindustri adalah salah satu bagian dari
  bioteknologi, yakni penerapan mikroorganisme dan
  enzim dalam skala besar (industri) yang
  memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi
  suatu proses produksi

3
Definisi Bioindustri

• Bioindustri secara umum adalah
• Aplikasi bioteknologi dalam bidang industri
• Keywords bioteknologi industri
• Bioteknologi
• Prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan
  untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan
  bantuan agen biologis untuk menghasilkan barang
  dan jasa.

4
Definisi Bioindustri

• Jadi BIOINDUSTRI adalah salah satu bagian dari
  bioteknologi , yakni penerapan mikroorganisme dan
  enzim dalam skala besar (skala industri) serta
  memperhitungkan kajian ekonomi dan untung rugi
  suatu proses produksi
• Point Penting
• Penerapan agen biologis (mikroorganisme)
• Skala Produksi Besar (Skala Industri)
• Adanya Kajian Ekonomi

5
Ruang Lingkup Bioindustri

• Skala Aplikasi Bioteknologi
• Laboratorium
• Tahap seleksi mikroorganisme (baik tanaman maupun
  hewan)
• Skala Pilot
• Penerapan kondisi operasi optimum
• Skala Industri
• Proses produksi dengan pertimbangan ekonomi
  industri

6
Ruang Lingkup Bioindustri

• Bioteknologi modern untuk penelitian dan
  pengembangan produk fermentasi harus dapat
  diaplikasikan pada
• Bahan Baku
• Memperbaiki bahan baku untuk proses tradisional
• Proses
• Pengembangan bioreaktor
• Kultur Mikroba
• Memperkaya aplikasi mikroba

7
Bahan Baku Fermentasi

• Hasil Pertanian
• Sereal, buah-buahan, sayuran, kacang-kacangan
• Hasil Peternakan
• Susu sapi, daging
• Hasil Perkebunan
• Kopi, coklat, tebu
• Limbah Industri
• Molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat,
  sabut kelapa, ampas tahu, ampas biji yang telah
  diambil minyaknya, air limbah, sampah

8
Syarat Bahan Fermentasi

• Mudah didapat
• Jumlah besar
• Harga murah
• Ada substitusinya

9
SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRI

1. Sumber Alami tanah, air sungai, laut, tanaman,
   hewan, limbah, kotoran, dll.
2. Koleksi kultur lembaga tempat menyimpan dan
   memelihara mikro-organisme

10
NAMA KOLEKSI KULTUR DUNIA
Tempat
ATTC CBS CCM CDDA CIP CMI DSM FAT IAM NCIB America Type Culture Collection Centraal Bureau VoorSchimmelculture Czechoslovak collection of microorganism Canadian Department of Agriculture Collection of The Institute Pasteur Commonwealth Mycological Institute Deutsche Samlung Von Microorganism Faculty of Agriculture Tokyo University Institute of Applied Microbiology National Collection of Industrial Bacterial Rockville, USA Baarn, Netherland Canada, Otawa Paris Kew, UK Gottigen, Jerman Tokyo Univ of Tokyo Aberdeen, Scot London, UK
11
Bahan baku Fermentasi

• Setiap mikroorganisme memerlukan
• Air
• Sumber Energi
• Sumber Karbon
• Sumber Nitrogen
• Mineral
• Oksigen (jika aerobik)

12
Bahan baku Fermentasi

• Air
• Merupakan komponen utama fermentasi
• Yang harus diperhatikan
• pH
• Garam terlarut
• Bahan buangan terlarut
• Penyiapan air
• deionisasi, penambahan garam, dll

13
Bahan Baku Fermentasi

• Sumber energi
• Berasal dari oksidasi media atau cahaya
• Sebagian besar mikroorganisme industri adalah
  chemo-organotrophs
• Sumber energi banyak berasal dari sumber karbon

14
Bahan Baku Fermentasi

• Sumber Karbon
• Faktor yang mempengaruhi pemilihan sumber karbon
• Harga , contoh pembuatan etanol dimana 60-70
  biaya produksi berasal dari bahan baku
• Kemurnian sumber karbon, contoh ion logam harus
  dihilangkan dari karbohidrat pada proses dengan
  asam sitrat
• Metode preparasi media, khususnya pada proses
  sterilisasi pada karbohidrat
• Peraturan pemerintah, contoh penggunaan gula
  sebagai konsumsi

15
Bahan Baku Fermentasi

• Sumber Karbon
• Sumber karbon
• Karbohidrat
• Minyak dan lemak
• Molase
• Whey susu
• Hidrokarbon
• Glukosa
• Laktosa
• dll

16
Bahan Baku Fermentasi

• Sumber Nitrogen
• 3-15 berat mikrobia adalah nitrogen
• Sumber nitrogen secara umum
• Nitrat
• Urea
• Amonia (sebagai kontrol pH dan sumber nitrogen)
• Garam-garam amonium

17
Bahan Baku Fermentasi

• Mineral
• Dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme
• Contoh mineral penting
• Magnesium, fosfor, potasium, sulfur, kalsium,
  klorin
• Mineral lain yang biasanya keberadaannya
  merupakan impuritis dalam bahan
• Kobalt, besi, zinc, mangan, tembaga

18
Bahan Baku, Produk , Mikro
Bahan Baku Produk Mikroorganisme
Susu Sour milk product, curdled milk, sour cream, yoghurt, kefir, koumiss, sour cream butter, cheese LAB, yeasts, acetic acid bacteria, fungi
Meat Fermented sausage HAM Fungi, yeasts, LAB, staphylococci, streptomyces Fungi, yeasts,LAB, staphylococci
Fish Fish sause, fermented fish silage Staphylococci, vibrio costicola, LAB
Olives, cabbage, cucumber, tomato, and other Fermented olive, saurerkraut, pickled cucumber LAB
19
Bahan baku, produk , mikro
Bahan Baku Produk Mikroorganisme
Dough and batters made from cereals Sourdough, yeast dough, kisra LAB, yeast vide infra
Malt, Koji, made from cereals and grains Beer, sake LAB, Yeasts, Fungi
Beer, wine Vinegar Acetic acid bacteria
Grape and other fruits Wine Yeast, LAB, fungi
Soy, locust bean Soy sauce, tempe LAB, Bacilli, fungi, yeast
Grass, maize, potato Silage LAB
20
Kabutuhan Oksigen

• Aerob Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya
  membutuhan oksigen bebas
• Anaerob Mikroorganisme yang untuk
  pertumbuhannya hanya atau tumbuh baik jika tidak
  ada oksigen bebas. Organisme menggunakan oksigen
  hasil pemecahan substrat
• Mikroaerofil Mikroorganisme yang hanya dapat
  tumbuh baik jika konsentrasi oksigen hanya
  tersedia dalam jumlah kecil
• Fakultatif anaerob/aerob Mikroba yang dalam
  pertumbuhannya tergantung pada konsentrasi
  oksigen yang ada dalam medium
• Aerotoleran anaerob Organisme yang selalu dapat
  tumbuh pada keadaan anaerob -- it ignors the
  presence of oxygen.
• Kapneat mikroba Organism yang untuk
  pertumbuhannya memerlukan 3 - 10 CO2

For lecture only
BC Yang
21
Pengaturan lingkungan untuk pertumbuhan bakteri
Obligat anaerob. Tidak dapat tumbuh jika terdapat
oksigen. Oksigen terdapat dalam jumlah kecilpun
toksik Contoh Bacteroides spp.
Contoh organisme yang untuk pertumbuhannya
memerlukan 3 - 10 CO2
BC Yang
22
Aplikasi Bakteri
Bakteri Fermentasi
No. Nama produk atau makanan Bahan baku Bakteri yang berperan
1. Yoghurt susu Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus
2. Mentega susu Streptococcus lactis
3. Terasi ikan Lactobacillus sp.
4. Asinan buah-buahan buah-buahan Lactobacillus sp.
5. Sosis daging Pediococcus cerevisiae
6. Kefin susu Lactobacillus bulgaricus dan Srteptococcus lactis
23
Aplikasi Bakteri
Nama Produk Bakteri yang Berperan
Bir, Roti, wine, keju, Daging termermentasi Latic acid bacteria
Vinegar Spesies Acetobacter
Insektisida Bacillus thuringiensis
Asam amino Klebsiela aerogenes
Aseton Spesies clostridium
Etanol, gliserol Zymomonas mobilis
Xantan Xhantomonas campastris
Selulosa (nata) Acetobacter xylinum
Enzym a-amylase Bacillus substilis
24
Protein Sel Tunggal (PST
25

• Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk
  manusia mulai dikembangkan pada awal tahun 1900.
  Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan
  sebutan Single Cell Protein (SCP) atau Protein
  Sel Tunggal. Menurut Tannembaum (1971), Protein
  Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk
  protein kasar atau murni yang berasal dari
  mikroorganisme, seperti bakteri, khamir, kapang,
  ganggang dan protozoa. Sebenarnya ada dua istilah
  yang digunakan untuk produk mikroba ini, yaitu
  PST (Protein Sel Tunggal) dan Microbial Biomass
  Product (MBP) atau Produk Biomassa Mikrobial
  (PBM). Bila mikroba yang digunakan tetap berada
  dan bercampur dengan masa substratnya maka
  seluruhnya dinamakan PBM. Bila mikrobanya
  dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya
  merupakan PST.

26
Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba
Berfotosintesa
Ganggang dan bakteri tergolong mikroba
berfotosintesa yang digunakan untuk memproduksi
protein sel tunggal. Pertumbuhan berfotosintesa
ganggang yang diingikan, seperti Chlorella,
Scenedesmus, dan Spirulina , adalah menurut
reaksi sebagai berikut Karbon dioksida air
ammonia atau nitrat mineral ? sel ganggang
oksigen
27
Tabel proses pilihan untuk membuat protein sel
tunggal pada ganggang.
Organisme Bahan Mentah Produksi Produsen atau Pengembang
Chlorella sp. CO2 (dengan foto-2 sintesa) sirup tebu, tetes (non-fotosintesa) 2 metrik ton/hari Taiwan Chlorella Manufacture Co. Ltd, Taipei
Scenedesmus acutus CO2, urea (dengan fotosintesa) 20mg/m2/hari Central Food Technological Research Institute, mysore, India
Spirulina maxima CO2, atau NaHCO3 (dengan fotosintesa) 320 metrik ton/tahun Sosa Texcoco, SA, Mexico City
28
PST adalah salah satu aplikasi dari Bioteknologi

• Bioteknologi konvenional
• Pemanfaatkan microorganisme dalam menghasilkan
  alkohol, asam asetat, gula dll.
• Microorganisme dapat mengubah bahan pangan.
• Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya
  dengan fermentasi.
• Adanya penggunaan makhluk hidup

• Bioteknologi modern
• Memanfaatkan prinsip-prinsip ilmiah melalui
  penelitian.
• Menghasilkan produk secara efektif dan efisien.
• Didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA

29
2. ManfaatManfaat PST

• Sejak tahun 1910 di Berlin PST dari Khamir telah
  yang dikenal dengan sebutan food yeast telah
  diproduksi selama perang Dunia I dan II.
• food yeast digunakan di Jerman, Jepang dan
  Rusia dalam bentuk tepung, pasta, sirup atau
  dikeringkan.

30
Mikroorganisme berperan

• Khamir
• Saccharomyces cerevisiae
• Candyda lipolytica
• C. utilis

• Kapang
• Aspergillus fumigatus
• Trichoderma viride
• Fusarium sp

• Bakteri
• Hydrogenomonas sp
• Cellulomonas sp
• Thermomonaspora fusca

• Ganggang
• Scenedesmus acutus
• Spirulina maxima 

31
Kelebihan

• Produksi protein lebih cepat dan efisien
  dibandingkan produksi protein nabati atau hewani
• Nilai gizi PST lebih tinggi dibandingkan protein
  nabati karena komposisi asam amino lebih lengkap
• Produksi PST tidak memerlukan tempat yang luas
  dibandingkan produksi protein nabati atau hewani
• Produksi PST tidak dipengaruhi kondisi luar
  karena kondisi fermentasi dapat diatur
• Proses produksi PST fleksibel karena dapat
  digunakan berbagai substrat dan mikroorganisme

32
Kelemahan

• Kandungan asam nukleat tinggi
• Mikroorganisme mungkin mengadsorbsi komponen
  beracun atau karsinogenik yang terdapat di dalam
  substrat
• Dinding sel mikroorganisme kadang-kadang
  mengandung komponen yang tidak dapat dicerna dan
  bersifat racun atau menyebabkan alergi
• Fluktuasi harga dan persediaan substrat yang
  tidak tetap

33
6. Diagram proses / Tahapan produksi PST