OPTIMALISASI KULTIVASI MIKROBA MENGGUNAKAN KULTUR KONTINYU/SINAMBUNG (Continued Process)

Optimalisasi Kultivasi Mikroba Menggunakan Kultur Kontinyu/Sinambung (Continued Process)

Teknik Dasar Kultivasi Mikroba

Secara umum mikroba dapat ditumbuhkan dengan menggunakan medium padat atau medium cair. Banyak produk pangan yang dibuat dengan menggunakan mikroba yang ditumbuhkan pada medium padat terbagi media agar miring dan agar sebar biasanya dipergunakan untuk tempe, tape, oncom dan berbagai jamur untuk konsumsi. Sebaliknya, banyak pula produk mikrobia yang hanya dapat dihasilkan dan dipanen dengan cara menumbuhkan pada medium cair, misal antibiotik, etanol, asam-asam amino. Kultivasi mikroba dapat dilakukan dengan dua macam teknik meliputi kultur batch (kultur tertutup) dan kultur kontinyu (sinambung).

Dalam kultivasi mikroba menggunakan teknik kultur kontinyu/sinambung, mikroba ditumbuhkan secara terus menerus pada fase paling optimum untuk fase pertumbuhan yaitu fase eksponensial dimana sel membelah diri dengan laju yang konstan, massa menjadi dua kali lipat mengikuti kurva logaritmik. Hal ini dilakukan dengan memberi nutrisi secara terus menerus sehingga mikroba tidak pernah kekurangan nutrisi. Penambahan nutrisi/media segar ke dalam bioreaktor dilakukan secara kontinyu, dimana dalam waktu yang sama larutan yang berisi sel dan hasil produk hasil metabolisme dikeluarkan dari media dengan volume yang sama dengan substrat yang diberikan. Kondisi tersebut menghasilkan keadaan yang “STEDY STATE” dimana pembentukan sel-sel baru sama dengan sel-sel yang dikeluarkan dari fermentor. Pada kondisi steady state konsentrasi nutrisi, konsentrasi sel, laju pertumbuhan dan konsentrasi produk tidak berubah walaupun waktu fermentasi makin lama. Laju pertumbuhan spesifik dipengaruhi oleh perbandingan antara laju aliran medium dan volume kultur disebut dengan “Laju Dilusi (D)” dimana D = F/V

Keterangan:

F : Laju aliran

V : Volume

D : Laju dilusi

Dapat menggunakan sel mikroba untuk memaksimumkan waktu tinggalnya (retensi), sehingga meningkatkan produktivitasnya. Dengan menggunakan kultur kontinyu, sel mikroba atau produk metabolitnya dapat dipanen secara kontinyu. Teknik kultur kontinyu cocok untuk diterapkan pada sistem produksi metabolit sel mikroba yang tidak berpengaruh pada pertumbuhan selnya itu sendiri. Untuk industri bioteknologi berkapasitas besar, kultur kontinyu menghasilkan efisiensi produksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan kultur batch asalkan produk yang dihasilkan tidak berpengaruh negatif terhadap mikroba penghasilnya.

Gambar Teknik Kultivasi Kontinyu

Kelebihan Kultur Kontinyu

  1. Produktivitas lebih tinggi, disebabkan lebih sedikit waktu persiapan bioreaktor persatuan produk yang dihasilkan, laju pertumbuhan & konsentrasi sel dapat dikontrol, pemasokan oksigen dan pembuangan panas dapat diatur. Dengan demikian hanya butuh pabrik lebih kecil (pengurangan biaya  modal untuk fasilitas baru).
  2. Dapat dijalankan pada waktu yang lama.
  3. Cocok untuk proses yang kontaminasnya rendah dan produk yang berasosiasi dengan pertumbuhan.
  4. Pemantauan dan pengendalian proses lebih sederhana.
  5. Tidak ada akumulasi produk yang menghambat.

Kelemahan Kultur Kontinyu

  1. Aliran umpan yang lama, resiko kontaminasi besar (operasi harus hati-hati & desain peralatan lebih baik).
  2. Peralatan untuk operasi dan pengendalian proses harus biasa tetap bekerja baik untuk waktu yang lama.
  3. Memerlukan mikroba dengan kestabilan genetik tinggi, karena akan digunkan pada waktu yang lama (Irianto, 2007).

Pemberian nutrient secara kontinyu dan untuk mempertahankan keadaan steady state dalam teknik kultivasi ini dapat dilakukan dengan dua macam cara, yaitu: khemostat dan turbidostat.

a. Khemostat

    Teknik kultur kontinyu dengan cara kemostat dilakukan dengan menambahnkan nutrien melalui sebuah tangki sedemikian rupa sehingga komposisi nutrient di dalam fermentor tempat kultivasi mikrobia selalu dalam keadaan tetap. Hal ini dapat dicapai dengan mengatur kecepatan aliran medium baru ke dalam fermentor disesuaikan dengan aliran medium keluar fermentor untuk di panen. Laju pertumbuhan sel diatue dengan cara mengatur konsentrasi salah satu substrat terbatas dalam medium.

    Di dalam sistem ini sel dapat dipertahankan terus menerus pada fase pertumbuhan eksponensial atau fase pertumbuhan logaritma. Continuous culture mempunyai ciri  ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pada nilai konstan  menggunakan khemostat. Untuk mengatur proses di dalam khemostat, diaturkecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas). Sebagai nutrienpembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N atau faktor tumbuh.Pada sistem ini , ada aliran keluar untuk mempertahankan volume biakan dalamkhemostat sehingga tetap konstan (misal V ml). Jika aliran masuk ke dalam tabungbiakan adalah W ml/jam, maka kecepatan pengenceran kultur adalah D = W/V per jam.D disebut sebagai kecepatan pengenceran (dilution rate). Populasi sel dalam tabungbiakan dipengaruhi oleh peningkatan populasi sebagai hasil pertumbuhan danpengenceran kadar sel sebagai akibat penambahan medium baru dan pelimpahanaliran keluar tabung biakan. Kecepatan pertumbuhannya dirumuskan sebagai berikut:

    dX/dt = μ X – DX = (μ – D) X.

    Pada keadaan mantap (steady state), maka μ = D, sehingga dX/dt = 0.

    Dengan sistem ini sel seolah-olah dibuat dalam keadaan setengah kelaparan, dengan nutrien pembatas. Kadar nutrien yang rendah menyebabkan kecepatan pertumbuhan berbanding lurus dengan kadar nutrien atau substrat tersebut, sehingga kecepatan pertumbuhan adalah sebagai fungsi konsentrasi nutrien, dengan persamaan:

    μ = μmax S / (Ks + S)

    μmax: kecepatan pertumbuhan pada keadaan nutrien berlebihan

    S : konstante nutrien

    Ks : konstante pada konsentrasi nutrien saat μ = ½ μmax (Budiyanto, 2005)

    Gambar

    Keterangan:

    1. Reservoir of steril medium (fresh)
    2. Flow rate regulator
    3. Air inlet
    4. Air filter
    5. Passage for inoculation
    6. Siphon and Overflow
    7. Growth camber
    8. Receptacle (wadah)

    b. Turbidostat

    Teknik kultivasi denga system turbidostat dilakukan dengan menambahkan nutrient secara kontinyu sehingga kerapatan sel selalu dalam keadaan tetap. Dalam teknik turbidostat, aliran medium diatur berdasarkan atas kerapatan optic kultur mikrobia. Pertumbuhan konsentrasi sel dipertahankan konstan dengan cara memonitor kekeruhan kultur.

    Sistem ini didasarkan pada kerapatan bakteri tertentu atau kekeruhan tertentu yang dipertahankan konstan. Ada perbedaan mendasar antara biak statik klasik dengan biak sinambung dalam kemostat biak static arus dilihat sebagai sistem tertutup (boleh disamakan dengan organisme sial, tahap stationer dan tahap kematian. Kalau pada biak sinambung merupakan sistem terbuka yang mengupayakan keseimbangan aliran untuk organisme selalu terdapat kondisi lingkungan yang sama.

    Dalam pertumbuhan sinkron akan terjadi sinkronisasi pembelahan sel. Hal ini dimaksudkan agar proses metabolisme siklus pembelahan bakteri dapat dipelajari disperlukan suspensi sel yang mengalami pembelahan sel dalam waktu sama yaitu sinkron. Sinkronisasi populasi sel dapat dicapai dengan berbagai tindakan buatan antara lain dengan merubah suhu rangsangan cahaya, pembatasan nutrien atau menyaring untuk memperoleh sel-sel yang sama ukurannya. Sinkronisasi pertumbuhan ini juga dimaksudkan untuk menyediakan stater dengan usia yang sama (Budiyanto, 2005).

    Gambar

    Keterangan

    1. Reservoir of steril medium
    2. Valve controling flow of medium
    3. Outlet for spent medium
    4. Foto sel
    5. Sumber cahaya
    6. Turbistat

    Penggunaan Kultur Kontinyu Pada Industri

    • Digunakan untuk penelitian fisiologi dan biokimia mikroba, dikarenakan kondisinya mantap, laju pertumbuhan dapat diatur oleh laju air dan laju pertumbuhan dibatasi oleh konsentrasi substrat pembatas, dapat digunakan untuk penelitian pengaruh substrat pembatas terhadap kinerja mikroba.
    • Untuk isolasi dan seleksi mikroba penghasil enzim menggunakan media diperkaya.
    • Untuk produksi biomassa, contoh ICI (Imperial Chemical Industries, kapasitas bioreaktor 3000 m3, substrat metanol).
    • Untuk produksi bir.

    Daftar Pustaka

    Budiyanto, MAK. 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

    Irianto, Koes. 2007. Mikrobiologi. Bandung: Yrama Widya.

    Mangunwidjaja, Djumali. 2006. Rekayasa Bioproses. Bandung: IPB Press.

    Anonymous. 2011. www.studentsguide.in/microbiology/hemostat-and-turbidostat.html. Diakses tanggal 12 Januari 2011, pukul 10.00 WIB.

    Advertisements

    Leave a Reply

    Fill in your details below or click an icon to log in:

    WordPress.com Logo

    You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

    Twitter picture

    You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

    Facebook photo

    You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

    Google+ photo

    You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

    Connecting to %s

    %d bloggers like this: