halaman 4
Perubahan suhu dapat mempengaruhi :
1. Pertumbuhan : miskin, banyak, atau mati
2. Perubahan sifat : pembentukan pigmen, contoh Serratia marcescens, pada suhu kamar merah, suhu lebih tinggi atau rendah dari suhu kamar, pigmen merah hilang. Produksi selulosa Acetobacter xylinum
pada suhu lebih tinggi dari suhu kamar akan menurun.
Derajat keasaman (pH), pengaruh pH terhadap pertumbuhan tidak kalah pentingnya dari pengaruh temperatur. Ada pH minimum, pH ideal , dan pH
maksimum. Rentang pH bagi pertumbuhan bakteri antara 4 – 9 dengan pH ideal 6,5 – 7,5. Jamur lebih menyukai pH asam, rentang pH pertumbuhan jamur dari 1 – 9 dan pH ideal nya 4 – 6. Selama pertumbuhan pH dapat berubah, naik atau turun, bergantung kepada komposisi medium yang diuraikan. Bila ingin pH konstan selama pertumbuhan harus diberikan larutan penyangga atau buffer yang sesuai dengan media dan jenis mikroorganisme. Kebutuhan oksigen, oksigen tidak mutlak diperlukan mikroorganisme sebab
ada juga golongan yang tidak perlu oksigen bahkan oksigen yaitu racun bagi pertumbuhan. Mikroorganisme terbagi atas empat golongan
berdasar kebutuhan akan organisme, yaitu mikroorganisme aerob yang perlu oksigen sebagai akseptor elektron dalam proses respirasi.
Mikroorganisme anaerob yaitu mikroorganisme yang tidak perlu O2 sebab oksigen akan membentuk H2O2 yang bersifat racun dan memicu kematian. Mikroorganisme anaerob tidak memiliki enzim katalase yang dapat menguraikan H2O2 menjadi air dan oksigen. Mikroorganisme fakultatif anaerob yaitu mikroorganisme yang tetap tumbuh dalam lingkungan golongan fakultatif anaerob. Mikroorganisme mikroaerofilik yaitu mikroorganisme yang
perlu oksigen dalam jumlah terbatas sebab jumlah oksigen yang berlebih akan menghambat kerja enzim oksidatif dan memicu kematian. Salinitas, berdasar kebutuhan garam (NaCl) mikroorganisme dapat
digolongkan menjadi :
Halofil ekstrim, Non halofil,Halotoleran, Halofil (NaCl 10-15%),
Secara fisik, memakai uap air panas dan tekanan tinggi, diperoleh panas, lembab, efektif dengan memakai autoklaf. Sterilisasi dengan otoklaf perlu suhu 1210C, tekanan 15 psi atau 1,5 kg atau cm2, selama 15 menit. Sterilisasi fisik dapat juga dengan panas kering memakai oven1600C, 2 jam. Sterilisasi dengan oven untuk alat-alat gelas dan bahan yang tidak tembus air
Secara kimia, memakai senyawa kimia untuk mengendalikan pertumbuhan mikroorganisme, contoh:
Senyawa kimia yang dapat mengendalikan pertumbuhan mikroorganisme, dibedakan memjadi antiseptic, desinfektan, dan bahan kemoterapetik atau antibiotic.
Antiseptik : substansi kimia yang dipakai pada jaringan hidup yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisma. Desinfektan: substansi kimia yang
dapat menghambat pertumbuhan sel vegetatif pada materi yang tidak hidup. Bahan kemoterapetik: substansi kimia yang dapat merusak atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme dalam jaringan hidup, dihasilkan oleh mikroorganisme. Secara mekanik, untuk bahan yang mudah rusak sebab pemanasan,
contoh vitamin, enzim, serum, antibiotik. Contoh : filtrasi, memakai filter berupa membran dengan tebal tertentu, terbuat dari asbes, diatom, porselen, kaca
berpori, selulosa. membran selulosa: diameter pori 0,01-10 µm. Bahan atau zat yang tidak dapat dipanaskan pada suhu lebih dari 1000C, dapat
dilakukan pasteurisasi dan tindalisasi. Pasteurisasi perlu pemanasan 63- 730 C, dipakai untuk pengawetan air, susu, bir, anggur. Pasteurisasi dapat
membasmi mikroorganisme pathogen (Mycobacterium, Salmonella, Coxiella) dan beberapa mikroorganisme normal. Pelaksanaan pasteurisasi dapat dilakukan
dengan cara :
LTH = low temperatur holding, memakai suhu 63 0C , selama 30 menit
HTST= high temperatur short time, memakai suhu 72 0C, selama 15 detik
Tindalisasi yaitu pemanasan dengan suhu 80-1000 C, selama 30 menit, 3 hari berturut-turut. Pelaksanaan tindalisasi melalui tahapan ,antaralain :
1. Tindalisasi 1: sel vegetatif mati, lalu diinkubasi, spora berkecambah
menjadi sel vegetatif.
2. Tindalisasi 2: sel vegetatif mati, spora yang tersisa berkecambah menjadi
sel vegetatif.
3. Tindalisasi 3: semua sel mati.
Syarat Ideal Memilih Senyawa Antimikroba Dan faktor Yang Mempengaruhi Kerja Antimikroba
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam memilih bahan kimia sebagai senyawa antimikroba yaitu ,antaralain :
- Senyawa tersedia dalam jumlah besar dengan harga yang pantas.- . Sifat bahan harus serasi.
- Dapat menentukan tipe mikroorganisme yang akan dibasmi. - Aman terhadap lingkungan.
-mampu untuk mematikan mikroorganisme dalam
konsentrasi rendah pada spectrum luas, sehingga dapat membasmi berbagai mikroorganisme.
-Bisa larut dalam air atau pelarut lain sampai taraf yang diperlukan secara efektif. - Memiliki stabilitas tinggi, jika dibiarkan dalam waktu relatif lama tidak kehilangan sifat antimikrobanya. -Bersifat letal bagi mikroorganisme, namun aman bagi kita dan hewan -.Bersifat homogen, sehingga komposisi selalu sama untuk setiap aplikasi dosis takaran.
faktor yang mempengaruhi kerja antimikroba yaitu sebagai berikut:
-Usia mikroorganisme. Tingkat kerentanan mikroorganisme ditentukan oleh umur biakan mikroorganisme.
- Bahan ekstra. Adanya bahan organic seperti serum, darah atau nanah mempengaruhi aktivitas beberapa senyawa antimikroba.
-Konsentrasi bahan, setiap mikroorganisme perlu konsentrasi yang berbeda untuk senyawa antimikroba yang sama dalam menghambat atau membasmi .
-Sifat organisme. Kemampuan suatu bahan tertentu bergantung pada komponen organisme yang diuji dengan bahan itu .
-Waktu, setiap mikroorganisme perlu waktu yang berbeda-beda saat dipaparkan terhadap suatu senyawa antimikroba untuk dapat menghambat atau mematikan.
-. pH. Konsentrasi ion hydrogen mempengaruhi peran bakterisida dengan ncara mempengaruhi organisme dan bahan kimia dalam bakterisida itu .
- Temperatur. Pembunuhan bakteri oleh bahan kimia akan meningkat dengan suatu peningkatan temperature.
Pengertian Pengendalian Mikroba
Pengendalian mikroba yaitu usaha pemanfaatan mikroba dalam mengoptimalkan keuntungan peran mikroba dan memperkecil kerugiannya. Mikroba selain memberi keuntungan juga dapat member kerugian pada kita berupa penyakit atau racun. Pengendalian mikroba bertujuan mencegah penyebaran penyakit dan infeksi, membasmi mikroorganisme pada inang yang terinfeksi dan mencegah pengrusakan dan pembusukan bahan oleh mikroba, menghambat
pertumbuhan bakteri dan mencegah kontaminasi bakteri yang tidak dikehendaki kehadirannya dalam suatu media. Metoda pengendalian Mikroba
Cara pengendalian pertumbuhan mikroba biasanya ada dua metode, yaitu:
-menghambat pertumbuhan mikroba.
- dengan membasmi mikroba,
Pengendalian mikroba, khususnya bakteri dilakukan baik secara kimia dan fisik, yang keduanya bertujuan membasmi mikroba yang tidak dikehendaki.
Cara pengendalian mikroba :
1. pembersihan dan Sanitasimengurangi jumlah populasi bakteri pada suatu ruang atau tempat.
2. Desinfeksi pemakaian bahan kimia terhadap peralatan, lantai, dinding atau lainnya untuk membasmi sel vegetatif mikrobial. Desinfeksi dipakaikan pada benda dan hanya berguna untuk membasmi sel vegetatif saja, tidak mampu membasmi spora.
3. Aniseptis yaitu senyawa kimia yang bersifat antiseptis terhadap tubuh untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisme
4. Sterilisasi pembasmian semua jenis kehidupan sehingga menjadi steril.
Pengendalian secara kimia lebih efektif dipakai pada sel vegetatif bakteri, virus dan fungi, namun kurang efektif untuk pembasmian bakteri dalam bentuk endospora. Oleh sebab tidak ada bahan kimia yang ideal atau dapat dipakai untuk segala macam
keperluan, beberapa hal dalam memilih dan
memakai senyawa kimia untuk tujuan tertentu, yaitu :
Tidak bersifat racun bagi kita dan hewan lain, artinya senyawa ini bersifat letal bagi mikroba dan tidak berbahaya bagi kita dan hewan lain.
Tipe mikroorganisme, artinya tidak semua mikroorganisme rentan terhadap mikrobiostatik atau mikrobiosida, oleh sebab itu harus dipilih tipe mikroorganisme yang akan dibasmi., Aktivitas antimikroba, yaitu dapat membasmi berbagai macam mikroorganisme.,senyawa ini bisa larut dalam air atau pelarut lain, sampai pada taraf yang diperlukan secara efektif., memiliki stabilitas yang tinggi bila dibiarkan dalam waktu yang relatif lama dan tidak boleh kehilangan sifat antimikrobanya.Tidak bersifat racun bagi kita dan hewan lain, artinya senyawa ini bersifat letal bagi mikroba dan tidak berbahaya bagi kita dan hewan lain.
cara kerja agen kimia ini digolongkan menjadi:
-Agen kimia yang mendenaturasi protein, yaitu agen kimiawi yang memicu terjadinya koagulasi dan presipitasi protoplasma, seperti alkohol, gliserol dan bahan-bahan asam dan alkalis.
- Agen kimia yang merusak membran sel mikroba : Golongan Surfaktans yaitu golongan anionik, kationik dan nonionik.
-Agen kimia yang merusak enzim mikroba, yaitu:
Golongan logam berat seperti arsen, perak, merkuri, Golongan oksidator seperti golongan halogen, peroksida hidrogen dan formaldehid.
beberapa faktor yang mempengaruhi efektivitas agen kimia di dalam mengendalikan mikroba, yaitu :
Adanya bahan organik dan ekstra. Adanya bahan-bahan organik dapat menurunkan efektivitas agen kimia.pH atau derajat keasaman. Konsentrasi agen kimia yang dipakai . Semakin tinggi konsentrasinya maka efektivitasnya semakin meningkat.
Waktu kontak. Semakin lama bahan itu kontak dengan bahan yang disterilkan maka hasilnya akan semakin baik.Sifat dan jenis mikroba. Mikroba yang berkapsul dan berspora lebih tahan dibandingkan yang tidak berkapsul dan tidak berspora.
Efektivitas bahan kimia dapat berubah seiring dengan perubahan pH. Hanya ada beberapa zat bahan kimia secara hukum diterima untuk dipakai dalam pengawetan makanan. Diantaranya yang paling efektif yaitu asam benzoat, sorbat, asetat, laktat dan propionat, kesemuanya ini yaitu asam organic. Asam sorbet dan propionat dipakai untuk menghambat pertumbuhan kapang pada roti. Nitrat dan
nitrit dipakai untuk mengawetkan daging untuk mengawetkan warna dan bersifat menghambat pertumbuhan beberapa bakteri anaerobic,
clostridium botulinum.
Pengendalian Mikroba Secara Fisik
Sebagian besar bakteri patogen memiliki keterbatasan toleransi terhadap berbagai kekuatan lingkungan fisiknya.dan memiliki sedikit kemampuan untuk
bertahan hidup di luar tubuh inang. Bakteri lain dapat membentuk spora yang sangat tahan terhadap keadaan fisik lingkungan dan membantu mikroba melalui peningkatan nilai pertahanan hidup. Pada metodenya mikroorganisme dapat dikendalikan, yaitu dengan cara dibasmi, dihambat pertumbuhan dalam
lingkungan, dengan memakai berbagai proses atau sarana fisik. Proses atau sarana yang dipakai bergantung pada banyak faktor dan hanya dapat ditentukan sesudah diadakan evaluasi terhadap keadaan khusus itu . contoh , untuk membasmi mikroorganisme pemicu infeksi pada hewan sakit yang mati, cara yang memungkinkan yaitu membakar hewan itu . namun , bila kita perlu mensterilkan kantung plastik yang akan dipakai untuk menampung darah, maka kita harus memilih suatu proses sterilisasi yang tidak akan merusak kantung plastik itu .
Pengendalian Mikroba dengan Suhu Panas :
-Red heating : Pemanasan langsung di atas api bunsen burner (pembakar spiritus) sampai berpijar merah. Biasanya dipakai untuk mensterilkan
alat yang sederhana seperti jarum ose.
-Flaming : Pembakaran langsung alat-alat laboratorium diatas pembakar bunsen dengan alkohol atau spiritus tanpa terjadinya pemijaran
-Tyndalisasi : Pemanasan yang dilakukan biasanya pada makanan dan minuman kaleng. Tyndalisasi dapat membasmi sel vegetatif sekaligus spora mikroba tanpa merusak zat-zat yang terkandung di dalam makanan dan minuman yang diproses. Suhu pemanasan yaitu 65oC selama 30 menit dalam waktu tiga hari berturut-turut.
-Pasteurisasi : Proses pembunuhan mikroba patogen dengan suhu terkendali berdasar waktu kematian termal bagi tipe patogen yang paling tahan untuk dibasmi. Dalam proses pasteurisasi yang terbunuh
hanyalah bakteri patogen dan bakteri pemicu kebusukan namun tidak pada bakteri lainnya. Pasteurisasi dilakukan untuk susu, rum, anggur dan makanan asam lainnya. Suhu pemanasan yaitu 65oC selama 30 menit.
- Boiling : Pemanasan dengan cara merebus bahan yang akan disterilkan pada suhu 100oC selama 10-15 menit. Boiling dapat membasmi sel vegetatif
bakteri yang patogen dan non patogen. Namun spora dan beberapa virus masih dapat hidup. Biasanya dilakukan pada alat-alat kedokteran gigi, alat
suntik, pipet,
Pengendalian Mikroba dengan Radiasi,
Bakteri bentuk sel vegetatifnya dapat terbunuh dengan penyinaran sinar ultraviolet (UV) dan sinar-sinar ionisasi.
1. Sinar UV : Bakteri yang berada di udara atau yang berada di lapisan permukaan suatu benda yang terpapar sinar UV akan mati.
2. Sinar Ionisasi : yang termasuk sinar ionisasi yaitu sinar X, sinar alfa, sinar beta dan sinar gamma. Sterilisasi dengan sinar ionisasi perlu biaya yang besar dan biasanya hanya dipakai pada industri farmasi dan industri kedokteran.
- Sinar beta : Daya penetrasinya sedikit lebih besar dibandingkan sinar X.
- Sinar gamma : Kekuatan radiasinya besar dan efektif untuk sterilisasi bahan makanan
- Sinar X : Daya penetrasi baik namun perlu energi besar.
- Sinar alfa : Memiliki sifat bakterisidal namun tidak memiliki daya penetrasi.
Pengendalian Mikroba dengan Filtrasi : Ada dua filter, yaitu filter udara dan filter bakteriologis.
- Filter bakteriologis biasanya dipakai untuk mensterilkan bahan-bahan yang tidak tahan terhadap pemanasan, contoh . larutan gula, serum, antibiotika,
antiracun , metode filtrasi metodenya memakai penyaringan, dimana yang tersaring .hanyalah bakteri saja. Diantara jenis filter bakteri yang umum dipakai yaitu : Berkefeld (dari fosil diatomae), Chamberland (dari porselen), Seitz (dari asbes) dan .seluosa.
- Filter udara berefisiensi tinggi untuk menyaring udara berisikan partikel (High Efficiency Particulate Air Filter atau HEPA) memungkinkan .dialirkannya udara bersih ke dalam ruang tertutup dengan sistem aliran
udara laminar (Laminar Air Flow),
Pengendalian Mikroba dengan Bahan Kimia
Agen kimia yang baik yaitu yang memiliki kemam-puan membasmi mikroba secara cepat dengan dosis yang rendah tanpa merusak bahan atau alat yang
didisinfeksi. Pada metodenya, cara kerja agen kimia ini digolongkan menjadi :
-Agen kimia yang mendenaturasi protein.
Agen kimiawi yang memicu terjadinya koagulasi dan presipitasi protoplasma, seperti alkohol, gliserol dan bahan-bahan asam dan alkalis.
-Agen kimia yang merusak membran sel mikroba.
Golongan Surfactants (Surface Active Agents), yaitu golongan anionik, kationik dan nonionik.
Golongan fenol.
-Agen kimia yang merusak enzim mikroba
Golongan perak, merkuri , Golongan oksidator seperti golongan . halogen, hidrogen peroksida dan formaldehid.
beberapa faktor yang mempengaruhi Efektivitas Agen kimia di dalam mengendalikan mikroba, yaitu :
Konsentrasi agen kimia yang dipakai . Semakin tinggi konsentrasinya maka efektivitasnya semakin meningkat., Waktu kontak. Semakin lama bahan itu kontak dengan bahan yang disterilkan maka hasilnya akan semakin baik. Sifat dan jenis mikroba. Mikroba yang berkapsul dan berspora tahan dibandingkan yang tidak berkapsul dan berspora. Adanya bahan organik dan ekstra. Adanya bahan-bahan organik dapat
menurunkan efektivitas agen kimia. pH atau derajat keasaman. Efektivitas bahan kimia dapat berubah seiring dengan perubahan pH.
Genetika yaitu suatu cabang ilmu yang membahas tentang sifat yang diturunkan oleh suatu organisme. Penelaahan genetika secara serius pertama
kali dilakukan oleh Gregor Mendel seorang Austria terhadap sebidang tumbuhan kacang polong. Pada tahun 1860 ia menyilangkan tanaman kacangnya
yang lalu melihat perubahan warna, bentuk, ukuran dan sifat sifat lain dari kacang hasil silangannya. Hasil riset nya ia mengembangkan prinsip dasar kebakaan yang dikenal dengan hukum mendel. Perubahan
warna, bentuk, dan ukuran biji banyak menghasilkan keterangan mengenai ciri gen gen di dalam kromosom. Pengembangan teori Mendel lalu dilakukan oleh
ahli-ahli lain memakai organisme ujicoba yang populer dalam riset genetika, yaitu lalat Drosophilla. Pada tahun 1950-an Drosophilla diganti dengan
bakteri Escherichia coli sebagai organisme ujicoba ,
sebab Escherichia coli ini yang paling dipahami pada taraf molekulernya. Pada era yang sama, Charles Darwin dari Inggris memperkenalkan evolusi. Teori evolusi Darwin didasarkan kepada seleksi alamiah dan kelangsungan hidup dari yang terkuat. Oleh sebab itu hanya organisme yang dapat beradaptasi secara genetis terhadap lingkungan yang berubah-ubah dalam kurun waktu lama (masa) yang akan bertahan
hidup. Ciri khas bentuk kehidupan dari segi genetika yaitu memiliki kesamaan ciri progeni dan orangtuanya . beberapa keluarga memiliki rambut hitam, mata hitam, bentuk hidung tertentu sebab orangtuanya demikian adanya, sedang beberapa keluarga lain memiliki rambut pirang, mata biru, dan bentuk hidung yang lebih menonjol sesuai dengan
tetua mereka. Dengan cara yang sama, mikroorganisme juga.
Sifat Dasar DNA
Kromosom yang kita kenal, sebetulnya yaitu rantai DNA (dioxiribo nucleic acid = asam dioksiribo nukleat) yang pada organisme tingkat tinggi (tumbuhan dan hewan) diselubungi oleh suatu jenis protein yang dinamakan histon. DNA yaitu bahan genetik yang menyimpan informasi genetik (sifat menurun
ke generasi berikutnya) dan dapat dipindahkan. Avery pada tahun 1941 mampu mengubah bakteri Pneumococcus yang tidak beracun menjadi bakteri yang menghasilkan racun (racun) dengan cara menambah ekstrak DNA bakteri beracun. Hal itu membuktikan bahwa DNA bakteri yang beracun itu dapat dipindahkan (ditransformasikan) sifat nya kepada DNA bakteri generasi baru. bahwa bahan yang dapat memicu terjadinya perubahan sifat personal bakteri itu yaitu DNA. DNA mengandung 2 basa yaitu purin dan pirimidin. Basa purin terdiri dari
adenin [A] dan guanin [G], sedang basa pirimidin terdiri dari citosin [C] dan timin [T]. DNA yaitu rangkaian basa-basa purin dan pirimidin yang sangat
panjang. Secara skematis dapat dijelaskan seperti berikut : Dioksiribo nukleat (dR) yang berdampingan diikat oleh fosfoester (P) pada atom C 3-5 (anti paralel) dan basa purin dan pirimidin pada C pertama. DNA
di dalam sel mikroorganisme ada sebagai benang ganda yang terpilin dalam konfigurasi heliks . Sintesis DNA yang akan diteruskan ke sel keturunan menyediakan mekanisme untuk pembuatan salinan yang tepat melalui pemakaian basa komplementer. Dalam heliks ganda, setiap adenin pada benang I
berpasangan dengan timin sebagai komplementernya pada benang II, sedang guanin dengan sitosin. Rumus bangun dari purin, pirimidin, dioksiRibonukleat,
adenin, timin, citosin, dan guanin seperti berikut ini :
Pengaturan urutan dan baanyaknya basa-basa nukleutida inilah yang membawa informasi genetik dalam sel. Setiap jenis mikroorganisme memiliki
urutan dan jumlah basa nukleotida yang dapat sangat berbeda, namun setiap jenis mikroorganisme akan menurunkan generasinya dengan urutan dan banyaknya basa basa nukleotida yang sama.
bila benang I (b1) direplikasi, maka dihasilkan benang tunggal (b2a) yang identik dengan benang II (b2), dan sebaliknya bila benang II (b2) direplikasi maka akan dihasilkan benang tunggal (b1a) yang identik benang I (b1). Hasil akhir yaitu dua benang heliks yang masing-masing mengandung satu benang pencetak asli dan satu benang baru. Arah replikasi DNA hanya pada C5 ke C3 sehingga hanya satu benang yang dapat direplikasi secara utuh dan benang antiparalelnya direplikasi sepotong-sepotong lalu disambung oleh ensim
DNA-ligase. Transkripsi DNA dan Translasi RNA
Struktur RNA (ribonucleic acid) sebetulnya sama dengan DNA, namun RNA memiliki pirimidin urasil (U) di tempat timin (T) dan mengikat gula ribosa .
Dalam sel, RNA berfungsi sebagai alat pengendali DNA dalam sintesis polipeptida (protein), dan tidak membentuk heliks, kecuali RNA pada virus RNA ganda.
Pada sintesis RNA, benang DNA positif dipakai sebagai pencetak bersama polimerase. Jika benang DNA positif memiliki urutan ATGCTAACG, maka akan menghasilkan RNA dengan urutan UACGAUUGC. Proses pencetakan RNA dari benang DNA positif ini dinamakan transkripsi yaitu proses penyalinan pesan
DNA kepada benang RNA melalui basa komplementer nukleotida RNA dengan DNA pencetak. Benang baru RNA ini membawa pesan dari DNA untuk pembuatan
protein sehingga dinamakan RNA pesuruh (m-RNA). Proses sintesis protein yang diarahkan oleh m-RNA dinamakan translasi, yaitu proses pengarahan sintesis protein dari pesan yang dibawa oleh m-RNA. Pesan atau informasi yang dibawa oleh m RNA diterjemahkan dalam urutan asam amino.
Lingkungan, sesuatu yang ada di sekeliling kita dimana semua makhluk hidup berada dari makhluk terkecil (mikroorganisme) sampai makhluk yang sempurna
(kita ). Lingkungan yang terdiri dari udara, air dan tanah dimana dari ketiga komponen itu kita sangat perlu nya dalam kehidupan sehari-hari. peran mikroorganisme dalam pengelolaan pencemaran lingkungan dapat
terjadi dalam dua hal :
-Mikroorganisme yang sudah direkayasa dapat dipakai sebagai organisme pembersih.
-Mikroorganisme yang sudah direkayasa dapat dipakai untuk menggantikan suatu proses produk sehingga hanya menghasilkan polutan sedikit
mungkin.
Mikrobiologi Air
Air yaitu materi penting dalam kehidupan. Semua makhluk hidup perlu air. contoh sel hidup, baik hewan dan tumbuhan, sebagian besar tersusun oleh air, yaitu lebih dari 75% isi sel tumbuhan atau lebih dari 67%
isi sel hewan. Dari beberapa 40 juta milkubik air yang berada di permukaan dan di dalam tanah, ternyata tidak lebih dari 0,5% (0,2 juta mil-kubik) yang secara
langsung dapat dipakai untuk kepentingan kita . sebab dari jumlah 40 juta mil-kubik, 97% terdiri dari air laut dan jenis air lain yang berkadar-garam tinggi,
2,5% berbentuk salju dan es-abadi yang dalam keadaan mencair baru dapat dipakai secara langsung oleh kita .
Kebutuhan air untuk keperluan sehari-hari, berbeda untuk setiap tempat dan setiap tingkatan kehidupan. Biasanya semakin tinggi taraf kehidupan, semakin meningkat pula jumlah kebutuhan air.
Keperluan air per kapita di negara-negara maju, jauh lebih tinggi dari keperluan di Indonesia,
Mikrobiologi Air Tawar
Zonasi ekosistem air tawar dan organisme yang hidup di dalamnya ,Air alami yang berada di sungai, kolam, danau, dan sumber air lainnya, dengan rumus : H2O + X, dimana X yaitu faktor yang bersifat
hidup (biotik) dan tidak hidup (abiotik)
Komponen kehidupan di dalam air, terdiri dari
1. Mikroba : bakteri, jamur, mikroalga, protozoa, virus
2. Hewan dan tumbuhan air
Mikroba dalam air ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan. Mikroba air yang menguntungkan, berperan sebagai :
Makanan ikan : fitoplankton dan zooplankton. Contoh : mikroalga (chlorella,scenedesmus, hydrodiction, pinnularia, dan lain-lain)
Dekomposer : pengolahan limbah secara biologis
Produsen : adanya mikroalga yang dapat berfotosintesis sehingga meningkatkan oksigen terlarut
Konsumen : hasil rombakan organisme dimanfaatkan oleh mikroalga, bakteri, jamur
pemicu penyakit : Salmonella (tipus atau paratipus), Shigella (disentri basiler), Vibrio (kolera), Entamoeba (disentri amoeba)
Penghasil racun : bakteri anaerobik (Clostridium), bakteri aerobik (Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus, dan lain-lain), mikroalgae
(Anabaena, Microcystis)sp Mikroba air yang merugikan dapat memicu :
Blooming memicu perairan berwarna, ada endapan, dan bau amis, dipicu oleh meningkatnya pertumbuhan mikroalga (Anabaena flos aquae dan Microcystis aerugynosa)
Bakteri besi : Fe2+ (oksidasi oleh bakteri Crenothrixsphaerotilus) menjadi Fe3+
Bakteri belerang : SO42- (reduksi oleh bakteri Thiobacillus cromatium) menghasilkan H2S (bau busuk). Kualitas air harus memenuhi 3 persyaratan, yaitu kualitas fisik, kimia, dan biologis. Kualitas fisik berdasar pada kekeruhan, temperatur, warna, bau, dan
rasa. Kualitas kimia adanya senyawa kimia yang beracun, perubahan rupa, warna, dan rasa air, dan reaksi yang tidak diharapkan memicu diadakannya standar kualitas air minum. Standar kualitas air memberi batas konsentrasi maksimum yang dianjurkan dan yang diperkenankan bagi berbagai
parameter kimia, sebab pada konsentrasi yang berlebihan kehadiran unsur-unsur itu dalam air akan memberi pengaruh negatif, baik bagi kesehatan dan
dari segi pemakaian lainnya. Kualitas biologis didasarkan pada kehadiran golongan mikroba tertentu seperti mikroba patogen (penyakit perut), pencemar ( Coli), penghasil racun Indikator kehadiran bakteri coliform yaitu polusi kotoran akibat kondisi
sanitasi yang buruk terhadap air dan makanan. Bakteri coliform ada 2 jenis :
- Nonfekal : berasal dari sumber lain (contoh: : Enterobacter aerogenes, Klebsiella)
-. Fekal : berasal dari tinja kita dan mamalia (contoh: : Escherichia coli),
Untuk melihat kualitas air dengan indicator coliform, maka perlu dilakukan uji kualitatif dan kuantitatif bakteri coliform.melalui 3 tahapan yaitu uji Penduga
(presumptive test), uji Penetap (Confirmed Test), uji Pelengkap (Completed test). Penghitungan bakteri coliform juga dapat memakai metode Millipore
selaput Filter memakai filter membran steril pori yang berdiameter 0,22 – 0,45 m dengan diameter membran : 5 cm. Penentuan coliform fekal atau non fekal dapat dilakukan dengan menumbuhkan isolate pada medium uji IMVIC (Tabel 3 dan 4) atau suhu inkubasi ideal yang berbeda 42°C untuk Coliform fekal dan 37°C untuk Coliform nonfekal.
Kualitas perairan juga dapat ditentukan berdasar nilai IPB. Penentuan Nilai IPB (Indeks Pencemar Biologis) atau Biological Indices of Pollution (BIP)
suatu perairan, biasanya dilakukan kalau air dari suatu sumber perairan akan dipakai sebagai bahan baku untuk kepentingan pabrik atau industri (sebagai air
proses, air pendingin), untuk kepentingan rekreasi (berenang). Makin tinggi nilai IPB maka makin tinggi kemungkinan deteriosasi atau korosi materi di dalam sistem pabrik (logam-logam yang mengandung Fe dan S), atau pun terhadap kemungkinan adanya kontaminasi badan air oleh organisme patogen. Nilai IPB ditentukan dengan
memakai rumus:
Nilai IPB = (B atau (A+B)) x 100
A : Kandungan mikroba berklorofil
B : Kandungan mikroba tanpa klorofil
Hasil itu akan memberi besaran yang mengatakan nilai IPB. Perhitungan nilai dilakukan secara langsung (tanpa pembiakan) yaitu : contoh air sebanyak 500-1000 ml, lalu dipekatkan sampai menjadi 50 ml baik melalui penyarinfan ataupun sentrifugasi (rata-rata 1500 rpm). Endapan yang terbentuk lalu dianalisa untuk kehadiran mikroorganisme dengan memakai kolum hitung untuk mikroalge, dan pewarnaan untuk bakteri dan fungi. Kandungan kedua golongan mikroorganisme itu dapat dijadikan dasar untuk perhitungan nilai IPB , Pengolahan Limbah Sekunder atau Secara Biologik Pengolahan sekunder melibatkan oksidasi senyawa organik berbentuk koloid
dan terlarut dengan adanya mikroorganisme dan organisme dekomposer lain. Keadaan berangin biasanya diperlukan oleh ‘trickling filters’ atau ’activated sludge tanks’(lumpur aktif), sedang dalam iklim yang hangat dapat dipakai ‘oxidation ponds’ (kolam oksidasi). Lumpur sekunder yang dihasilkan dari pengolahan secara biologik dicampurkan dengan lumpur primer dalam tangki ‘sluge digestion’, dimana terjadi penguraian secara anaerobik oleh mikroorganisme.
Trickling (percolating) filters.
Trickling filters yaitu tangki berbentuk lingkaran atau empatpersegi panjang, setinggi 1-3 m dan diisi dengan susunan alas (filter bed) mineral atau plastik. Mineral dapat berupa pecahan batu, genting, arang, dan ‘slag’ (terak, ampas bijih), namun harus berukuran seperti , jadi akan menempati bagian yang sama.
Rentang ukuran biasanya antara 3,5-5,0 cm, dengan bagian permukaan khusus bervolume 80-110 m2 atau m3 dan ukuran jarak 45-55 % dari volume keseluruhan.
Dilengkapi dengan batang pemutar (bagian tengah) atau pipa yang dapat digerakan maju-mundur, pada tangki persegi. Bgian atas ada lubang untuk masukan
limbah, dan bagian bawah arah berhadapan disediakan kran untuk mengeluarkan efuen atau cairan.Bakteri yang ada dalam jumlah paling besar dan bentuk dasar dari jaring makanan. Tercatat banyak bakteri yang terlibat, namun yang dominan yaitu batang gram-negatif aerobik Zooglea, Pseudomonas,
Achromobacter, Alcaligenes, dan Flavobacterium.
Fungi secara normal berjumlah 8:1 dengan bakteri, dan ada pada bagian atas filter dan jumlahnya berlimpah sekitar kedalaman 15 cm. Genera yang sering
mendominasi yaitu Sepedonium, Subbaromyces, Ascoidea, Fusarium, Geotrichium, dan Trichosporon. Bakteri dan fungi heterotrofik itu melakukan oksidasi primer efluen. Bakteri autotrofik cenderung lebih banyak
pada lapisan bawah filter, Nitrosomonas mengoksidasi amonium menjadi nitrit, dan Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Alge sering berada dalam percolating filter (contoh , Chlorella, Oscillatoria, Ulothrix), namun perannya kecil dalam proses pemurnian. Protozoa ada sebanyak fungi dan dapat diidentifikasi sekitar 218 spesies, 116 diantaranya ciliata (ciliata yang banyak berada : Carchesium, Chilodonella, dan Colpoda). Peran utama protozoa yaitu untuk membuang bakteri, sehingga
efluen dapat dibersihkan.
Proses Activated sludge
Dalam tangki activated sludge (lumpur aktif), limbah endapan dicampurkan dengan suspensi mikroorganisme dan diberi udara selama 1-30 jam,
bergantung pada tujuan pengolahan. Medium diperkaya dengan larutan dan suspensi nutrien, ditambah oksigen dan diaduk dengan cepat. Bahan yang tersuspensi dan koloid mengadsorpsi gumpalan mikroba. lalu mikroba memecahkan gumpalan dan melarutkan nutrien, proses ini dikenal sebagai
stabilisasi. Lumpur, yang meningkat sebanyak 7-11% selama proses, dipindah dari cairan dalam tangki pengendapan, dan dikembalikan lagi ke tangki aerasi.
Lumpur aktif dijelaskan sebagai lingkungan akuatik yang sebetulnya . Kondisi turbulen dalam tangki tidak layak untuk makroinvertebrata, sehingga
komunitas tanpa mata-rantai yang lebih besar dalam jaring makanan. beberapa massa mikroba dalam sistem ini dikendalikan oleh pengambilan kelebihan lumpur, sedang lapisan berlebihan pada filter dibuang dengan perantara proses biologik.Dalam tangki lumpur aktif, komunitas mikroba awalnya dihubungkan
dengan limbah yang tidak diolah, lalu , memurnikan efluen, sedang pada filter bed suatu suksesi komunitas muncul pada kedalaman yang berbeda dan
dihubungkan dengan perbedaan derajat pemurnian efluen.
Oxidation ponds atau kolam oksidasi (stabilisasi) dipakai dalam iklim hangat untuk memurnikan limbah dan prosesnya melibatkan interaksi antara
bakteri dan alge. Kolam yaitu danau di pinggir laut yang dangkal, dengan kedalaman 1m. Endapan lumpur dialirkan melalui kolam selama 2-3 minggu, namun lumpur kasar dapat disimpan lebih dari 6 bulan. Bakteri dalam kolam pembasmian bahan organik yang biodegradable untuk meepaskan CO2, amonia, dan nitrat. Produk ini dipakai oleh alge, bersama-sama dengan sinar matahari, dan proses fotosintetik memepaskan oksigen, memungkinkan bakteri
menguraikan limbah lebih banyak. Suatu lapisan endapan lumpur organik pada dasar kolam dan dekomposisi anaerobik memicu pelepasan metan.
Mikrobiologi Industri Bioteknologi yaitu suatu kajian yang berkaitan dengan pemakaian organisme hidup atau produknya dalam proses industri berskala-besar. Bioteknologi mikroorganisme yaitu aspek bioteknologi industri yang berkaitan dengan proses yang melibatkan mikroorganisme. Bioteknologi
mikroorganisme kadang dinamakan mikrobiologi industri, suatu bidang yang lama dan sudah diperbaharui pada beberapa tahun terakhir ini sebab penambahan metode rekayasa genetika. Mikrobiologi industri awalnya dimulai dengan proses fermentasi alkohol, seperti pada pembuatan beer dan wine (minuman dibuat dari buah anggur). Proses mikrobial dikembangkan untuk produksi bahan farmasi
seperti antibiotika, produksi makanan tambahan seperti asam amino, dan produksi enzim, dan produksi industri kimia seperti butanol dan asam sitrat.
Semua proses industri yang dijelaskan sudah membuktikan kemampuan suatu mikroorganisme. namun sekarang, dengan hadirnya teknologi gen kita berada dalam era baru bioteknologi mikroorganisme. Teknologi gen memungkinkan suatu pendekatan baru secara lengkap terhadap bioteknologi mikroorganisme yang memakai mikroorganisme yang direkayasa untuk menghasilkan suatu substansi atau bahan yang secara normal tidak dapat dihasilkan. Sebagai contoh,
proses pembuatan hormon insulin, dikembangkan dengan menyisipkan gen insulin kita ke dalam suatu bakteri. Bioteknologi mikroorganisme dapat dipisahkan menjadi dua tahap yang berbeda:
1. Teknologi mikroorganisme tradisional, yang melibatkan pembuatan produk berskala besar oleh mikroorganisme yang secara normal juga dapat
dihasilkan. Dalam proses bioteknologi ini, ahli mikrobiologi pada awalnya merekayasa organisme atau proses sehingga produk yang diharapkan
dapat diperoleh dalam jumlah yang terbanyak.
2. Teknologi mikroorganisme dengan rekayasa genetika, yang melibatkan pemakaian mikroorganisme yang sudah diberi sisipan gen asing. Dalam
bioteknologi baru ini, ahli mikrobiologi industri bekerja secara teliti dengan rekayasa genetika dalam mengembangkan mikroorganisme yang sesuai yang bukan hanya menghasilkan produk yang menarik namun juga dapat dibiakkan dalam skala besar yang diperlukan secara komersial. peran Mikroba Dalam Industri Tidak semua mikroorganisme yang ada dapat dipakai dalam industri.
Mikroorganisme yang diisolasi dari alam memperlihatkan pertumbuhan sel seperti
komponen fisiologi utamanya, sedang mikroorganisme industri yaitu norganisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat memicu satu atau banyak
produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri yaitu salah satu yang sudah diisolasi dengan metode tradisional, mikroorganisme itu menjadi
organisme yang sangat ‘termodifikasi sebelum memasuki industri berskala-besar. Sebagian besar mikroorganisme industri, yaitu spesialis metabolik, yang mampu menghasilkan metabolit tertentu dan dalam jumlah yang sangat banyak. Untuk mencapai spesialisasi metabolik tinggi itu , strain industri dirubah
secara genetika melalui mutasi atau rekombinasi. Jalur metabolik minor biasanya ditekan atau dihilangkan. Sering ada ketidak-seimbangan metabolik, contoh
kemampuan pertumbuhan yang rendah, kehilangan kemampuan untuk membentuk spora, dan mengalami perubahan pada komponen biokimia dan selnya.
walau strain industri dapat tumbuh dengan sangat memuaskan di bawah kondisi
fermentor industri yang sangat terspesialisasi, strain itu dapat memperlihatkan kemampuan pertumbuhan dalam lingkungan yang kompetitif di alam.
Strain Mikroorgansime Untuk Industri
1. Asal Strain Industri
Sumber utama semua strain mikroorganisme industri yaitu lingkungan alaminya. namun sesudah beberapa tahun, sebagai proses mikrobiologi berskala besar maka strain dapat menjadi sempurna, beberapa strain industri disimpan pada koleksi biakan.
beberapa koleksi biakan yang tersedia pada tempat penyimpanan biakan mikroorganisme , walau 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.
2. Perbaikan Strain Untuk Industri
bahwa sumber asal mikroorganisme industri yaitu
lingkungan alaminya, namun isolat asal itu akan dimodifikasi secara besar besaran di laboratorium. Sebagai akibat modifikasi itu , dapat diharapkan
penambahan perbaikan dalam menghasilkan suatu produk. Peningkatan perbaikan yang paling tinggi, contohnya terjadi pada penisilin, antibiotik yang dihasilkan oleh fungi Penicillium chrysogenum. Pertamakali dihasilkan pada skala besar,
penisilin diperoleh sebanyak 1-10 µg atau ml. Sesudah beberapa tahun, sebagai hasil perbaikan strain dengan merubah kondisi pertumbuhan dan medium, hasilnya
meningkat menjadi 50.000 µg atau ml.
Peningkatan hasil sampai 50.000 kali-lipat diperoleh melalui mutasi dan seleksi; tidak melibatkan manipulasi rekayasa genetika. lalu diperkenalkan
metode genetika baru, walaupun lebih sederhana, hasilnya meningkat.
. Syarat-syarat Mikroorganisme Industri
Suatu mikroorganisme dianggap layak dipakai dalam industri, bukan saja mampu menghasilkan substansi yang menarik, namun 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 itu lebih disukai jika dapat menghasilkan spora dan bentuk sel reproduktif lain sehingga mikroba mudah diinokulasikan ke dalam fermentor besar. sifat penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu
harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang singkat, sebab alasan sebagai berikut:
-Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, akan lebih mudah mengendalikan berbagai faktor lingkungan dalam fermentor.
-Alat-alat yang dipakai pada industri berskala besar termasuk mahal, hal itu tidak menjadi masalah (secara ekonomi) jika produk dapat dihasilkan dengan cepat;- Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, kontaminasi fermentor akan berkurang;
Sifat penting lain yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu :
-Mikroorganisme lebih disukai jika berukuran besar, sebab 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.
- Tidak berbahaya bagi kita , dan secara ekonomik penting bagi hewan dan tumbuhan.
-Harus non-patogen dan bebas racun , atau jika menghasilkan racun , harus cepat di-inaktifkan. sebab , ukuran populasi besar dalam fermentor industri, sebetulnya tidak memungkinkan menghindari kontaminasi dari lingkungan luar fermentor, suatu patogen yang ada akan mampu mendatangkan masalah.
-Mudah dipindahkan dari medium biakan. Di laboratorium, sel mikroorganisme pertamakali dipindahkan dengan sentrifugasi, namun
sentrifugasi bersifat sulit dan mahal untuk industri skala-besar.
, 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, sebab 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 penyatuan genom tunggal sifat genetik dari beberapa organisme.
metode yang sering dipakai untuk menciptakan hibrid, bahkan tanpa siklus seksual yaitu fusi atau penyatuan protoplasma, menyertai regenasi sel vegetatif dan seleksi progeni hibrid. Bagaimanapun, beberapa strain
industri sudah diperbaiki secara genetik tanpa memakai rekombinasi genetika.
Produk Mikroorganisme Dalam Proses Industri
Proses pertumbuhan mikroorganisme dan tahap-tahapnya yang mencakup tahap: lag, log, dan tahap stationer, sudah diketahui sebelumnya. Berbagai metabolit yang dibentuk pada tahap -tahap pertumbuhan itu perlu diketahui, untuk memperoleh metabolit yang diharapkan dalam proses industri. ada dua bentuk dasar metabolit mikroorganisme yang dinamakan metabolit primer dan sekunder.
Metabolit primer yaitu salah satu yang dibentuk selama tahap pertumbuhan primer mikroorganisme, sedang metabolit sekunder yaitu salah satu yang
dibentuk menjelang akhir tahap pertumbuhan primer mikroorganisme, seringkali menjelang atau tahap stationer pertumbuhan. Perbandingan antara metabolit primer dengan sekunder :
-. Metabolit Sekunder
Suatu yang sangat menarik, sekalipun sangat kompleks, tipe proses industri mikroorganisme, salah satu produknya yang diharapkan tidak dihasilkan selama
tahap pertumbuhan primer, namun menjelang atau tepat pada tahap stasioner Metabolit yang dihasilkan pada tahap itu sering dinamakan metabolit sekunder, dan yaitu beberapa metabolit yang penting dan menarik dalam industri. Kinetika tipe proses metabolit sekunder itu , pada proses pembentukan penisilin,
- .Metabolit Primer
Salah satu proses dimana produknya dihasilkan selama tahap pertumbuhan primer mikroorganisme dalah fermentasi alkohol (etanol). Etanol yaitu suatu
produk metabolisme anaerobik dari ragi dan bakteri tertentu, dan dibentuk sebagai bagian dari metabolisme energi. sebab pertumbuhan hanya terjadi jika terjadi produksi energi, pembentukan etanol terjadi secara paralel dengan pertumbuhan. Tipe fermentasi alkohol, memperlihatkan pembentukan sel mikroorganisme, etanol, dan pemakaian gula,
# FOTO Perbandingan metabolisme primer dengan metabolisme sekunder
a). Metabolisme primer : Pembentukan alkohol oleh sel ragi. (b). Metabolisme sekunder: pembentukan penisilin oleh fungi Penicillium chrysogenum, memperlihatkan pemisahan tahap pertumbuhan (trofotahap ) dan tahap produksi (idiotahap ). Catatan
pada (b), sebagian besar produk dihasilkan sesudah pertumbuhan memasuki tahap stasioner.
Metabolisme primer biasanya sama pada semua sel, sedang metabolisme sekunder memperlihatkan perbedaan antara satu organisme dengan yang lainnya.
sifat metabolit sekunder yang dikenal, yaitu :
- Metabolit sekunder sering dihasilkan sebagai golongan struktur yang berkaitan erat. Sebagai contoh, strain tunggal spesies Streptomyces berada dapat menghasilkan 32 antibiotika antrasiklin yang berbeda
namun berkaitan .
- Sering terjadi produksi metabolit sekunder secara berlebihan, sedang metabolit primer terikat pada metabolisme primernya, biasanya tidak
mengalami kelebihan produksi seperti hal itu .
- Setiap metabolit sekunder dihasilkan hanya oleh sebagian kecil organisme atau relatif sedikit.
- Metabolit sekunder kelihatannya tidak penting untuk pertumbuhan dan reproduksi sel.
- Pembentukan metabolit sekunder sangat ekstrim bergantung pada kondisi pertumbuhan, khususnya komposisi medium. Sering terjadi tekanan
pembentukan metabolit sekunder.
Trofotahap dan Idiotahap Dalam metabolisme sekunder ada dua tahap yang berbeda, yang dinamakan trofotahap dan idiotahap . Trofotahap yaitu tahap pertumbuhan, sedang idiotahap
yaitu tahap pembentukan metabolit. walau yaitu suatu kekeliruan ,
untuk menganggap hal itu menjadi dua tahap , tapi istilah itu yaitu penyederhanaan yang sesuai, sebab menolong kita dalam kajian fermentasi industri. Jadi, jika kita berurusan dengan metabolit sekunder, harus menjamin kondisi yang tersedia selama trofotahap untuk pertumbuhan yang baik, lalu kita harus yakin bahwa kondisi itu pantas untuk diubah pada waktu yang hampir bersamaan agar menjamin pembentukan produk yang baik.
Antibiotika yaitu metabolit sekunder yang terkenal dan diteliti . Pada metabolisme sekunder, ada pertanyaan mengapa produk tidak dihasilkan dari substrat pertumbuhan primer, tapi dari produk yang dengan sendirinya dibentuk dari substrat pertumbuhan primer. Jadi metabolit sekunder biasanya dihasilkan dari beberapa produk perantara yang berkumpul dalam medium atau dalam sel, selama metabolisme primer.
Satu sifat metabolit sekunder yaitu enzim yang terlibat pada produksi metabolit sekunder diatur secara terpisah dari enzim metabolisme primer.
Dalam banyak kasus, sudah diidentifikasi inducer khusus metabolit sekunder.
contoh, inducer khusus untuk produksi streptomisin, yaitu suatu senyawa yang dinamakan A-factor.
4. Hubungan Metabolisme Primer Dengan Metabolisme Sekunder Sebagian besar metabolit sekunder yaitu molekul organik kompleks yang diperlukan untuk sintesis banyak reaksi enzimatik khusus . 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 itu terjadi selama metabolisme primer, sebab bahan pemula untuk metabolisme datang dari jalur biosintetik utama.
Proses Dan Produk Industri Mikrobiologi
Sampai saat ini, sudah ribuan produk komersial dihasilkan melalui manipulasi mikroorganisme. Produk komersial itu dapat dipisahkan menjadi
beberapa golongan , yaitu :
-Produk metabolit primer yang dibentuk oleh mikroorganisme untuk pertumbuhan sel, contoh vitamin;
-Produk metabolit sekunder, contoh antibiotika, yang diperlukan untuk pertumbuhan sel mikroorganisme.
- Sel mikroorganisme itu sendiri, yang dipakai sebagai bahan makanan tambahan atau untuk bahan imunisasi untuk mencegah penyakit;
-Molekul besar, contoh enzim, yang disintesis oleh mikroorganisme;
Berbagai proses industri dipakai untuk menghasilkan produk mikrobiologi itu dan dipisahkan menjadi beberapa kategori, berdasar kecenderungan
pemakaian produk akhir, yaitu:
-Produksi mikroorganisme untuk dipakai sebagai insektisida (biosida). Pengendalian hama tumbuhan dengan memakai mikroorganisme yang berperan sebagai insektisida. Khususnya untuk spesies tertentu, contoh Bacillus (B. larvae, B. popilliae dan B. thurungiensis). Spesies itu menghasilkan
protein kristalin yang mematikan larva lepidoptera (ngengat, kupu-kupu, kutu loncat), contoh ulat kubis, ngengat gipsy dan sarang ulat.
- Produksi bahan kimia farmasi.
Produk yang paling terkenal dari golongan ini yaitu antibiotika dan obat obat steroid. Produk farmasi lain yang sering dipakai yaitu insulin dan interferon, yang sekarang dihasilkan melalui bakteri rekayasa genetika, juga beberapa produk baru dari hasil rekayasa genetika.
-. Produksi bahan kimia bernilai komersial.
Produk dalam golongan ini termasuk pelarut dan enzim, juga berbagai senyawa yang dipakai untuk bahan pemula (‘starting’) untuk industri sintesis
senyawa lain.
-Produksi makanan tambahan.
Produksi massa ragi, bakteri dan alga, dari media yang murah mengandung garam nitrogen anorganik dan yang lainnya, cepat saji, dan menyediakan sumber
protein dan senyawa lain yang sering dipakai sebagai makanan tambahan untuk kita dan hewan.
-pemakaian nya dalam industri perminyakan dan pertambangan. beberapa prosedur mikrobiologi dipakai untuk meningkatkan perolehan
kembali logam dari bijih berkadar-rendah dan untuk perbaikan perolehan minyak dari sumur-sumur bor
-Pembuatan beer dan wine , dan produksi minuman alkohol lain yang yaitu proses bioteknologi berskala-besar paling tua.
-Produksi vaksin. Sel mikroorganisme dan bagiannya, atau produknya dihasilkan dalam jumlah besar dan dipakai untuk produksi vaksin.
1. Antibiotika
Antibiotika yaitu senyawa kimia yang dihasilkan oleh
mikroorganisme,dan dapat menghambat atau membasmi mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi pemakaian obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri. Antibiotika yaitu produk metabolisme sekunder. walau hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, namun sebab aktivitas
terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh sebab itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa
antibiotika dapat disintesis secara kimia, namun sebab kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis
secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme. pemakaian antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi
berfilamen dan oleh bakteri golongan actinomycetes. Daftar sebagian besar antibiotika yang dihasilkan melalui fermentasi industri berskala-besar, . Seringkali, beberapa senyawa kimia berkaitan dengan
keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika digolongkan berdasar struktur kimianya Sebagian besar antibiotika dipakai secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, walau
sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial
a. Pencarian Antibiotika Baru
Bahan antibiotik yang sudah diketahui, lebih dari 180 , dan beberapa antibiotika berada dalam beberapa tahun. antibiotika baru dapat berada lagi jika riset dilakukan terhadap golongan mikroorganisme selain Streptomyces, Penicillium, dan Bacillus. Sekali diketahui urutan struktur gen mikroorganisme penghasil-antibiotika, dengan metode rekayasa genetika memungkinkan pembuatan antibiotika baru.
Cara utama dalam menemukan antibiotika baru yaitu melalui ‘screening’. , beberapa isolat yang kemungkinan mikroorganisme penghasil-antibiotika yang diperoleh dari alam dalam kultur murni, lalu
isolat itu diuji untuk produksi antibiotika dengan bahan yang diffusible , yang menghambat pertumbuhan bakteri uji. Bakteri yang dipakai untuk pengujian, dipilih dari berbagai tipe, dan mewakili atau berkaitan dengan bakteri patogen. Prosedur pengujian mikroorganisme untuk produksi antibiotika
yaitu metode goressilang, pertamakali dipakai oleh Fleming. Dengan program pemisahan arus, ahli mikrobiologi dapat dengan cepat mengidentifikasi, apakah antibiotika yang dihasilkan termasuk baru atau tidak. Sekali berada organisme penghasil antibiotika baru, antibiotika dihasilkan dalam banyak ,
dimurnikan, dan diuji toksisitas dan aktivitas terapeutiknya kepada hewan yang terinfeksi. Sebagian besar antibiotika baru gagal menyembuhkan hewan uji, dan beberapa kecil dapat berhasil dengan baik. Akhirnya, beberapa antibiotika baru ini sering dipakai dalam pengobatan dan dihasilkan secara komersial.
b. Tahap-tahap Menuju Produksi Komersial
Suatu antibiotika yang dihasilkan secara komersial, pada awalnya harus berhasil diproduksi pada fermentor industri berskala-besar. Salah satu -tugas
penting yaitu pengembangan efisiensi metode pemurnian. Metode elaborasi (yang terperinci) sangat penting dalam ekstraksi dan pemunian antibiotika, sebab jumlah antibiotika yang ada dalam cairan fermentasi hanya sedikit .
Jika antibiotika larut dalam pelarut organik yang tidak dapat bercampur dengan air, maka pemurniannya relatif lebih mudah, sebab memungkinkan untuk
mengekstraksi antibiotika ke dalam suatu pelarut bervolume kecil, sehingga lebih mudah mengumpulkan antibiotika itu . Jika antibiotika tidak larut dalam
pelarut, lalu harus dipindahkan dari cairan fermentasi melalui adsorpsi, pertukaran ion, atau presipitasi secara kimia. untuk memperoleh produk kristalin yang sangat murni, walau beberapa antibiotika tidak mudah terkristalisasi dan sulit dimurnikan. Masalah yang berkaitan yaitu , kultur sering menghasilkan produk akhir lain, termasuk antibiotika lain, ini mengakhiri proses dengan suatu produk yang hanya terdiri dari antibiotik tunggal. Pemurnian secara kimia
mungkin diperlukan untuk mengembangkan metode dalam rangka menghilangkan produk sampingan yang tidak diharapkan, namun dalam beberapa kasus hal itu
penting untuk ahli mikrobiologi untuk menemukan strain yang tidak menghasilkan senyawa kimia dan tidak diharapkan.
2. Vitamin dan asam amino yaitu faktor pertumbuhan yang sering dipakai dalam farmasi atau ditambahkan kepada makanan. Beberapa vitamin dan asam amino yang penting, dihasilkan secara komersial melalui proses mikrobiologi.
a. Vitamin
Vitamin dipakai sebagai tambahan pada makanan kita dan pakan ternak. Produksi vitamin, berada kedua sesudah antibiotika dalam hal penjualan total produk farmasi , Sebagian besar vitamin dibuat secara komersial melalui sintesis bahan kimia. beberapa vitamin terlalu sulit disintesis dengan biaya murah tapi keuntungannya vitamin dapat dibuat dengan
fermentasi mikrobial. Vitamin B12 dan riboflavin yang terpenting dalam golongan vitamin.Vitamin B12, disintesis di alam oleh mikroorganisme
Kebutuhan vitamin ini pada hewan dipenuhi melalui ambilan makanan atau melalui penyerapan vitamin yang dihasilkan mikroorganisme dalam usus hewan.
namun pada kita vitamin B12 diperoleh melalui makanan atau sebagai tambahan vitamin, sebab seandainya vitamin ini disintesis oleh mikroorganisme
dalam jumlah yang besar di dalam usus besar, namun tidak masuk ke dalam saluran darah. Strain mikroorganisme dipilih dan dipakai untuk menghasilkan banyak vitamin. Anggota bakteri dari genus Propionibacterium menghasilkan vitamin
mulai dari 19-23 mg atau liter pada proses dua-tahap, sedang bakteri lain, Pseudomonas denitrificans menghasilkan 60 mg atau liter pada proses satu-tahap yang memakai molase gula-bit sebagai sumber karbon. Vitamin B12 mngandung kobalt sebagai bagian esensial strukturnya, dan untuk meningkatkan produksi vitamin, dilakukan dengan menambahkan kobalt pada medium biakan. Riboflavin disintesis oleh beberapa mikroorganisme, termasuk bakteri,
fungi, dan ragi. Fungi Ashbya gossypii menghasilkan banyak riboflavin (> 7 gram atau liter) dan oleh sebab itu sering dipakai dalam proses produksi mikrobiologi.
b. Asam amino
Asam amino dipakai dalam industri makanan, tambahan pakan, dalam obat, dan sebagai bahan pemula pada industri kimia . yaitu asam glutamat, yang dipakai untuk meningkatkan rasa, asam
aspartat dan fenilalanin, yang menyusun bahan pemanis buatan, aspartat, yaitu unsur penting dalam minuman ringan diet dan makanan lain yang dijual
sebagai produk bebas-gula. Lisin, yaitu asam amino esensial untuk kita , dihasilkan oleh Brevibacterium flavum, juga dipakai sebagai tambahan makanan.
walau sebagian besar asam amino dapat dibuat secara kimia, sintesis bahan kimia memicu pembentukan bentuk DL inaktif. Jika secara biokimia bentuk L diperlukan , maka diperlukan metode enzimatik atau metode mikrobiologi pada pembuatannya. Produksi asam amino secara mikrobiologi juga dapat melalui
fermentasi langsung, dimana mikroorganisme menghasilkan asam amino dalam suatu proses fermentasi standar, atau melalui proses enzimatik, dimana mikroorganisme sebagai sumber enzim dan enzim itu dipakai dalam proses produksi.
-- Asam sitrat dan Senyawa Organik lain
Beberapa senyawa organik dihasilkan oleh mikroorganisme dalam jumlah bamyak sehingga dapat dibuat melalui fermentasi , Asam sitrat, dipakai dalam makanan dan minuman, asam itakonat, dipakai dalam pembuatan resin akrilik, dan asam glukonat, dipakai dalam bentuk kalsium glukonat untuk mengobati defisiensi kalsium pada kita dan
dalam industri dipakai sebagai pelembut dan pencuci, dihasilkan oleh fungi. Sorbose dihasilkan saat Acetobacter mengoksidasi sorbitol, dipakai dalam
pembuatan asam askorbat, vitamin C. Gibberellin yaitu hormon pertumbuhan tumbuhan dihasilkan oleh fungi, dipakai untuk menstimulasi pertumbuhan tumbuhan , Dihidroksiaseton dihasilkan melalui oksidasi gliserol oleh Acetobacter, dipakai sebagai pemoles tubuh saat berjemur (‘suntanning agents’) , Dextran, suatu getah yang dipakai untuk menyatukan plasma-darah dan
sebagai reagen biokimia, dan asam laktat dipakai dalam industri makanan untuk mengasamkan makanan dan minuman, dihasilkan oleh bakteri asam laktat. Aseton dan butanol dapat dihasilkan melalui fermentasi oleh Clostridium acetobutylicum
namun saat ini diproduksi dari industri perminyakan melalui sintesis senyawa kimia secara ketat.
--Produk Mammalia Dari Hasil rekayasa Genetika Mikroorganisme walau sebagian besar produk mikroorganisme dihasilkan dari bioteknologi mikroorganisme tradisional, saat ini beberapa produk dapat dibuat melalui mikroorganisme yang direkayasa genetiknya. Perhatian terbesar ditujukan pada produksi protein dan peptida mamalia melalui pemakaian mikroorganisme sebab beberapa bahan obat-obatan yang bernilai tinggi, dan mahal, juga sulit dihasilkan dengan metode lain. Jika gen yang mengkode untuk produksi protein mamalia dapat diklon ke dalam suatu mikroorganisme, dan diperoleh ekspresi yang
baik dari gen itu , maka proses bioteknologi untuk memicu protein itu dapat dengan mudah dikembangkan. walau rekayasa genetik dalam
bioteknologi termasuk hal yang sangat menjanjikan, memperoleh suatu produk untuk pemasaran yaitu suatu usaha yang sangat sulit. Selain itu masalah juga
ada pada kloning dan ekspresi gen yang menarik dalam suatu mikroorganisme, biasanya bakteri dan fungi, dan pemurnian produk yang diharapkan, persoalan yang berkaitan contoh ujicoba secara klinik dan persetujuan pemerintah harus dipertimbangkan.
Beberapa produk hasil sintesis mikroorganisme dengan tujuan untuk dipakai oleh kita harus dicobakan dalam klinik. contoh insulin kita diperoleh melalui teknologi DNA rekombinan, harus melalui ujicoba klinik dengan kita sukarelawan, walau pada fakta nya insulin itu identik dengan protein yang dibuat dalam tubuh kita .
ada ratusan produk melalui perkembangan dan ujicoba klinik, beberapa diantaranya yaitu :
---Hormon.
Produksi insulin kita mengarah pada bioteknologi produksi hormon.Hormon penting lain yang dihasilkan melalui mikroorganisme rekombinan yaitu hormon pertumbuhan kita untuk mengobati dwarfisme , faktor
pertumbuhan epidermal untuk menstimulasi penyembuhan luka, faktor pertumbuhan tulang untuk mengobati osteoporosis, dan faktor pertumbuhan hewan untuk menstimulasi pertumbuhan hewan ternak dengan maksud mengurangi biaya pakan dan agar hewan dapat segera dipasarkan.
---Protein Darah.
beberapa protein yang dilibatkan dalam pembekuan darah dan proses darah lainnya, sudah dikembangkan untuk dipakai dalam bidang kesehatan.
aktivator plasminogen jaringan dan faktor pembekuan VII, VIII, dan IX. Aktivator plasminogen jaringan (TPA atau tissue plasminogen activator) yaitu protein yang berada dalam darah yang berperan dalam mencari dan melarutkan darah yang tua dan beku pada tahap akhir proses penyembuhan. Pemakaian TPA untuk pasien jantung atau seseorang yang menderita tekanan darah rendah sebab memiliki kecenderungan pembekuan. TPA dipakai sesudah operasi bypass jantung, transplantasi, atau bedah jantung lainnya untuk mencegah perkembangan embolisme pulmonari yang mengancam kehidupan. Pada beberapa negara berkembang, penyakit jantung yang memicu kematian, adanya produk TPA melalui prosesmikrobiologik menjadi sangat menjanjikan. Kebalikan dari
TPA, faktor pembekuan VII, VIII, dan IX, sangat diperlukan untuk pembentukan pembekuan darah. Penderita hemofilia sebab defisiensi satu atau banyak faktor pembekuan dapat segera diobati dengan produk yang dihasilkan melalui proses mikrobiologik ini.Protein darah lainnya yang sangat menarik dalam bioteknologi yaitu eritopoietin, suatu protein yang menstimulasi pembentukkan sel darah merah, pemakaian nya sangat menjanjikan untuk pengobatan anemia.
--- bahan Antikanker dan Modulator Imun.
Berbagai protein dimasukkan ke dalam golongan ini, beberapa peran menjanjikan dipakai pada perang melawan kanker, interferon. Interferon yaitu protein yang dibuat oleh sel hewan dalam responnya terhadap
infeksi virus. Alfa interferon sering dipakai sebagai bahan antikanker. Perlakuan sel tumor dengan alfa interferon memicu sel tumor mengekspresikan antigen khusus -tumor. Fenomena ini sangat bermanfaat dalam
terapi kanker sebab sesudah emberian alfa interferon, antibodi monoklonal melangsungkan penyerangan terhadap sel tumor, dapat dipakai sebagai sarana
pembawa obat beracun kepada sel tumor. Interleukin-2 yaitu protein yang menstimulasi produksi limfosit T.
Jika bergabung dengan dua protein tambahan lainnya, tumor necrosing factor (TNF) dan granulocyte macrophage colony stimulating factor (GMCFS),
interleukin sangat menjanjikan untuk pengobatan bentuk kanker tertentu melalui stimulasi sistem imun pasien untuk menyerang sel yang memiliki antigen tumor permukaan.
---Antibodi Monoklonal
Antibodi monoklonal yaitu protein yang sangat khusus , dapat mengenali dan berikatan hanya kepada suatu antigen tunggal. walau antibodi monoklonal awalnya dihasilkan pada mencit, saat ini ada kemungkinan.mengklon gen antibodi itu ke dalam E. coli memakai suatu vektor, lamdafaga, sehingga mikroorganisme akan menggantikan hewan dalam menghasilkan reagen berharga itu .Antibodi monoklonal dikembangkan untuk beberapa tujuan, yaitu :
Untuk pengobatan penyakit infeksi tertentu.
ada kemungkinan memakai DNA rekombinan untuk menghasilkan hibrid molekul antibodi yang mengandung bagian penggabung-antigen dari
molekul antibodi seekor mencit, dan bagian sisanya bagian dari molekul antibodi kita .Antibodi hibrid itu diperlukan untuk pengobatan sebab kurang racun jika dibandingkan dengan antibodi konvensional, dan memicu efek samping berupa demam. Antibodi monoklonal juga dipakai dalam diagnosis klinik. Yang dijual secara langsung dipakai untuk uji kehamilan dan untuk diagnosis klinik pada penyakit kita dan hewan.
---Vaksin.
Vaksin yaitu suspensi mikroorganisme yang dimatikan atau dimodifikasi atau bagian khusus yang diisolasi dan mikroorganisme yang saat vdisuntikkan ke dalam hewan makan hewan itu akan menghasilkan imunitas
terhadap penyakit tertentu. Paling sedikit satu vaksin rekombinan sudah dipasrkan dan banyak vaksin yang tersedia menunggu persetujuan FDA. Sebagian
besar yaitu vaksin virus. Kepentingan vaksin rekombinan, pada fakta nya vuntuk menggantikan suspensi virus yang dimatikan atau diinaktifkan. Protein virus terpenting, biasanya komponen yang sangat imunogen pada kapsid virus, dapat
dipakai dalam dosis tinggi untuk mendatangkan imunitas tingkat tinggi dan cepat tanpa kemungkinan penularan infeksi. Saat ini sudah tersedia suatu
rekombinan vaksin hepatitis B, juga sedang dilakukan pengujian pada vaksin untuk herpes kita , cytomegalovirus, virus campak, dan rabies. Vaksin lain yang dikembangkan yaitu beberapa vaksin untuk bakteri patogen, seperti kolera, clamydia, dan gonorrhe.
Beberapa perusahaan bioteknologi melakukan riset untuk vaksin AIDS yang efektis. lalu beberapa protein virus AIDS terpenting diidentifikasi sebagai vaksin AIDS potensial, namun tidak satupun vaksin rekombinan memberi peran pencegahan. beberapa keberhasilan dilaporkan untuk vaksin virus AIDS yang dimatikan, ini dilakukan pada simpansi yang diinfeksi dengan HIV,
hasilnya dapat mencegah infeksi dan menstimulasi respon imun untuk menyerang HIV. namun pemakaian vaksin itu pada kita sehat dianggap terlalu
berbahaya, sehingga hanya vaksin rekombinan yang dianggap aman
---Untuk pengobatan kanker, mengantarkan senyawa kimia racun kepada.Sel tumor;
---Untuk mengobati penyakit jantung, pembasmian darah beku terkatalisistrombosit;
Enzim
Setiap organisme menghasilkan berbagai enzim, sebagian besar dihasilkan dalam jumlah yang kecil dan dilibatkan dalam proses seluler. Bagaimanapun, enzim
tertentu dihasilkan dalam jumlah yang besar oleh beberapa organisme, dan diperlukan dalam sel, dikeluarkan ke dalam medium. Enzim ekstraseluler biasanya dapat menguraikan bahan nutrien yang tak-larut contoh selulosa, protein, pati, dan hasil pencernaan lalu diangkut ke dalam sel, dimana enzim dipakai sebagai nutrien untuk pertumbuhan. Beberapa enzim ekstraseluler dipakai dalam makanan, perusahaan susu, pabrik obat, dan industri tekstil dan dihasilkan dalam jumlah yang besar melalui sintesis mikrobiologi Enzim itu sering dipakai sebab spesifisitas dan efisiensi pada reaksi katalisis yang
diperlukan , pada suhu dan pH yang wajar. Reaksi yang sama dapat dicapai dengan .bahan kimia yang biasanya perlu kondisi suhu dan pH ekstrim, dan
kurang efisien dan kurang khusus . enzim dihasilkan dari fungi dan bakteri. Proses produksi biasanya aerobik, dan medium biakan sama dengan yang dipakai pada
fermentasi antibiotik. Enzim itu sendiri biasanya hanya sedikit dibentuk selama tahap pertumbuhan aktif namun akumulasi dalam jumlah besar terjadi selama tahap stasioner pertumbuhan. Enzim mikroorganisme dihasilkan dalam jumlah yang sangat banyak pada
suatu industri dasar yaitu protease bakteri, dipakai sebagai tambahan dalam deterjen pencuci. Sejak tahun 1969, 80% deterjen pencuci mengandung enzim,
khususnya protease, juga amilase, lipase, reduktase, dan enzim lain. namun mulai Tahun 1971, pemakaian nya menurun sesudah terjadi alergi pada pemakai dan
konsumen, sehingga dikembangkan metode pemrosesan khusus contoh ‘microencapsulation’ untuk menjamin pengolahan bebas-debu.bEnzim penting lain yang dibuat secara komersial yaitu amilase dan
glukoamilase, yang dipakai dalam produksi glukosa dari pati. Sesudah dihasilkan glukosa, lalu dengan bantuan glukosa isomerase akan diubah menjadi
fruktosa (yang lebih manis dari glukosa dan sukrosa) dan menghasilkan produk akhir pemanis fruktosa-tinggi dari pati jagung, gandum, atau kentang. pemakaian proses itu dalam industri makanan mengalami peningkatan, khususnya dalam
produksi minuman ringan. Tiga reaksi yang terjadi dalam perubahan pati jagung menjadi produk yang
dinamakan sirup jagung fruktosa-tinggi, masing-masing reaksi dikatalisis oleh enzim
mikroba secara terpisah :
1. Enzim α-amilase menyerbu polisakarida pati, memecah rantai, dan Mengurangi viskositas polimer. Reaksi ini dinamakan ‘thinning reaction’.
2. Enzim glukoamilase memecah polisakarida rantai pendek menghasilkan monomer glukosa, proses itu dinamakan ‘saccharification’.
3. Enzim glukosa isomerase merubah glukosa menjadi fruktosa, prosesnya dinamakan ‘isomerization’.
4. Alkohol dan Minuman Beralkohol
pemakaian ragi untuk menghasilkan minuman beralkohol yaitu proses yang kuno. Sebagian besar jus buah mengalami fermentasi secara alami oleh ragi
yang ada pada buah-buahan. Dari fermentasi alamiah ini, lalu ragi dipilih untuk mengendalikan produksi, dan saat ini, produksi minuman beralkohol yaitu suatu industri besar. Minuman beralkohol terpenting yaitu anmggur atau wine , dihasilkan melalui fermentasi juice buah; beer, dihasilkan melalui fermentasi biji padi mengandung-ragi, minuman distilasi, dihasilkan melalui pengumpulan alkohol hasil fermentasi dengan distilasi.
--Cuka
Cuka yaitu produk yang dihasilkan dari perubahan etil alhokol menjadi asam asetat oleh bakteri asam asetat, anggota genera Acetobacter dan Gluconobacter. Cuka juga dapat dihasilkan dari beberapa bahan beralkohol,
walau bahan pemula biasanya wine atau jus apel beralkohol ( cider ). Cuka juga dapat dihasilkan dari campuran alkohol murni dalam air, dalam kasus ini
dinamakan cuka didistilasi, istilah didistilasi mengacu pada alkohol yang yaitu produk yang dibuat dari cuka itu sendiri. Cuka dipakai sebagai campuran dalam
salad atau makanan lain, juga dipakai sebagai pengawet makanan sebab keasamannya. Daging dan sayuran yang diawetkan dalam cuka dapat disimpan
selama beberapa tahun tanpa pendinginan.Oksidasi etanol menjadi asam asetat Bakteri asam asetat aerobik yaitu golongan eubakteria; jangan dikelirukan antara bakteri ini dengan eubakteria acetogen anaerob. Bakteri asam asetat aerobik berbeda dari bakteri aerobik lain, sebab tidak mengoksidasi sumber
energinya secara lengkap menjadi CO2 dan air (H2O)
Sehingga saat bakteri ini hanya mengoksidasi etil alkohol yang tersedia, menjadi asam asetat, yang berkumpul dalam medium. Bakteri asam asetat, sangat toleran terhadap asam dan tidak terbunuh oleh asam yang dihasilkannya. Terjadi pemakaian oksigen tinggi selama pertumbuhan , dan masalah utama itu dalam
pembuatan cuka, diselesaikan dengan menjamin aerasi yang cukup dalam medium. ada tiga proses yang berbeda dalam pembuatan cuka :
-----Metode bubble, cara ini berdasar proses fermentasi di bawah permukaan air, seperti yang dilakukan untuk produksi antibiotik. Efisiensi proses sangat tinggi, sekitar 90-98% alkohol dirubah menjadi asam.
Kelemahan metode ini yaitu , produk harus segera disaring untuk membuang bakteri, sedang pada metode yang lainnya produk bebas dari bakteri, sebab sel bakteri diikat dalam lapisan berlendir
ataumenempel pada potongan kayu.
-----Metode Orleans atau tong-terbuka, yaitu proses asal dan dipakai di Perancis, dimana metode itu berkembang. Wine ditempatkan dalam tong yang dangkal dengan pertimbangan dapat terpapar udara, dan bakteri asam asetat tumbuh sebagai lapisan berlendir pada bagian permukaan cairan. Proses ini sangat tidak efisien, sebab sedikit bagian
yang kontak antara bakteri dengan udara, yaitu bagian
permukaan;
----- Metode Trickle, dimana kontak antara bakteri, udara, dan substrat ditingkatkan melalui aliran cairan beralkohol di atas potongan ranting kayu beech atau potongan kayu dalam tong atau kolom, sedang aliran udara masuk dari bagian bawah tong menuju ke bagian atas. Bakteri tumbuh pada permukaan ranting, sehingga dapat terpapar udara dan cairan secara
maksimum. Umur kayu yang dipakai dalam generator cuka, mulai 5-30 tahun, bergantung jenis cairan beralkohol yang dipakai dalam proses itu .
--Wine
Wine yaitu produk fermentasi alkohol oleh ragi pada jus buah atau bahan lain yang mengandung gula tinggi. Sebagian besar wine dibuat dari anggur, kecuali kalau dikhususkan untuk produk lain, wine dunia mengarah pada produk yang dihasilkan dari fermentasi jus anggur. Pembuatan wine terjadi pada belahan
dunia dimana anggur tumbuh dan bernilai ekonomi tinggi. Negara penghasil wine terbesar, menurunkan volume produksinya yaitu Itali, Perancis, Spanyol, Algeria, Argentina, Portugal, Dan Amerika Serikat.Wine pertamakali dibuat di Mesir dan Mesopotamia sebelum tahun 2000 S.M. dan menyebar luas ke area Mediterania, penghasil anggur terbesar. ada banyak perbedaan pada beberapa wine, sebab kualitas dan sifatnya. Wine kering yaitu wine dimana seluruh gula dalam jus difermentasi, sedang wine manis, yaitu beberapa gula ditambahkan sesudah proses fermentasi. Suatu ‘fortified wine’ yaitu salah satu brandy atau minuman beralkohol lain yang ditambah gula sesudah proses fermentasi, sherry dan port yaitu ‘fortified wine’ yang sangat terkenal. Kandungan karbon dioksida yaitu salah satu pertimbangan dalam memilih wine, peningkatan langsung pada fermentasi akhir oleh ragi dalam botol. Buah anggur dihancurkan dengan mesin, dan jus itu dinamakan ‘must’,
diperas ke luar. Bergantung pada anggur yang dipakai dan bagaimana must disiapkan, dapat dihasilkan white wine atau putih dan red wine atau merah. White wine dibuat dari anggur putih atau hijau atau dari juice anggur merah yang dibuang kulitnya. Pada pembuatan red wine, ‘pomace’ (kulit, biji, dan potongan
batang) dibuang selama fermentasi. Sebagai tambahan untuk membedakan warna, red wine berwarna lebih tua dari white wine sebab adanya beberapa bahan kimia
yang dinamakan tanin, yang diekstrak dari kulit anggur dan dimasukkan ke dalam juice selama fermentasi.
ada dua tipe fermentasi wine yang melibatkan ragi :
pertama, yang dinamakan ‘wild yeasts’, ragi yang ada pada buah anggur yang diambil dari alam dan dipindahkan ke dalam juice, dan kedua, ragi wine yang
dibiakkan, Saccharomyces ellipsoides, yang ditambahkan ke dalam juice untuk memulai fermentasi. Salah satu perbedaan terpenting di antara dua ragi ini yaitu toleransinya terhadap alkohol. Sebagian besar ragi hanya toleran terhadap kadar alkohol sekitar 4%, dan saat kadar alkohol melebihi kadar itu maka
fermentasi berhenti. Ragi wine memiliki toleransi lebih dari 12-14% alkohol sebelum menghentikan pertumbuhan . Pada ‘unfortified wine’, kandungan akhir
alkohol ditentukan oleh toleransi ragi terhadap alkohol dan oleh jumlah gula yang ada dalam juice. Pada sebagian besar ‘unfortified wine’, kandungan alkoholnya berkisar 8-14%. Pada ‘fortified wine’, contoh sherry memiliki kandungan alkohol sebanyak 20%, namun ini dapat dicapai melalui penambahan waktu distilasi minuman keras, contoh brandy. Distilasi ‘malt brews’ (minuman hasil fermentasi
ragi dari gandum) menghasilkan whiskey. Pada produksi minuman berkadar alkohol rendah, ‘wild yeasts’ tidak menghasilkan beberapa komponen rasa yang diharapkan pada produk akhir, dan peningkatan pertumbuhan‘wild yeasts’ tidak diperlukan selama fermentasi. Cara membasmi ‘wild yeasts’ dalam ‘must’ dilakukan dengan penambahan sulfur dioksida sebanyak 100 ppm. sedang ragi wine biakkan bersifat tahan terhadap kadar sulfur dioksida itu dan ditambahkan sebagai kutur pemula dari pertumbuhan biakan murni pada sterilisasi dan pasteurisasi jus anggur. Selama tahap awal, ada udara dalam cairan dan terjadi pertumbuhan ragi dengan cepat; lalu udara itu dipakai , berkembang keadaan anaerobik dan mulai
terjadi produksi alkohol. Fermentasi dapat terjadi dalam tong dengan berbagai ukuran, mulai dari 50
galon - 55.000 galon (1 galon = 4 liter), tong dibuat dari kayu oak, semen, batu, dan logam bergaris-kaca. Penting mengendalikan temperatur selama fermentasi,
sebab , metabolisme ragi tetap terjadi pada temperatur di bawah 29oC, dan wine terbaik dihasilkan pada temperatur rendah, sekitar 21 sampai 24oC. Pengendalian suhu dicapai dengan baik dengan pemakaian pembungkus tong yang dialiri air
dingin. Fermentor harus dibuat sehingga karbon dioksida yang dihasilkan selama fermentasi dapat dikeluarkan sedang udara luar tidak dapat masuk, ini dapat dilakukan dengan melengkapi tong dengan kran satu-jalur. Pada red wine, sesudah 3-5 hari fermentasi, tanin dan warna diekstrak dari ‘pomace’, dan wine dialirkan ke dalam tong baru untuk fermentasi ,
biasanya antara satu sampai dua minggu. ‘racking’ ; wine dipisahkan dari endapan (‘lees’), yang mengandung ragi dan endapan organik, dan disimpan pada suhu yang lebih rendah untuk ‘aging’ atau penuaan, peningkatan rasa, dan klarifikasi. Klarifikasi akhir dapat dipercepat dengan penambahan bahan yang dinamakan ‘fining agents’ seperti kasein, tanin, atau tanah lempung, atau wine dapat disaring melalui tanah diatom, asbestos, atau filter membran. lalu wine dimasukkan ke dalam botol dan disimpan untuk
penuaan . Red wine biasanya dituakan selama beberapa tahun atau lebih, namun white wine dijual tanpa proses penuaan. Selama proses itu , terjadi perubahan bahan kimia kompleks, memicu peningkatan rasa dan aroma.
