lap bio baru

25
KINETIKA PERTUMBUHAN Saccharomyces cereviseae Diajukan untuk memenuhi laporan Praktikum Bioproses Pembimbing :Dra. Nancy Siti Djenar Penyusun : Endah Yunita Sari (091411008) Fitri Laila Amatullah (091411009) Ghani Ripandi Utomo (091411010) Giftiani Citra (091411011) Gin Gin (091411012) Iis Eka Ariestania (091411014) Imas Maesaroh (091411015) Kelas : 2A Kelompok : 2

Upload: imas-maesaroh

Post on 26-Jun-2015

568 views

Category:

Documents


10 download

TRANSCRIPT

Page 1: Lap Bio Baru

KINETIKA PERTUMBUHAN

Saccharomyces cereviseae

Diajukan untuk memenuhi laporan Praktikum Bioproses

Pembimbing :Dra. Nancy Siti Djenar

Penyusun : Endah Yunita Sari (091411008)

Fitri Laila Amatullah (091411009)

Ghani Ripandi Utomo (091411010)

Giftiani Citra (091411011)

Gin Gin (091411012)

Iis Eka Ariestania (091411014)

Imas Maesaroh (091411015)

Kelas : 2A

Kelompok : 2

Tanggal praktikum : 11 November 2010

Tanggal penyerahan : 25 November 2010

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

TEKNIK KIMIA

Page 2: Lap Bio Baru

2010

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Tujuan

1. Mampu terampil dalam pembuatan kultur mikroba, indokulum/starter, teknik

aseptik dengan benar.

2. Mampu melakukan sampling pengukuran populasi sel secara periodik dengan

benar.

3. Mampu melakukan evaluasi populasi mikroba dengan berbagai teknik (berat sel

kering, spektrofotometri, kurva baku) dengan benar.

4. Mampu menerapkan hubungan antara jumlah sel (X) dengan waktu (t) dengan

benar.

5. Mampu mengkaji fasa – fasa pertumbuhan mikroba dengan benar.

6. Mendapatkan nilai laju pertumbuhan spesifik (µ) dengan menggunakan grafik ln

X terhadap t dengan benar.

I.2 Dasar Teori

Pertumbuhan ragi/ khamir

Ragi/khamir termasuk fungi dan biasanya membagi diri melalui tunas.

Kekecualian terjadi pada ragi sendiri yang tumbuh dengan fisi atau membentuk hifa dan

membentuk tunas di atas sel inang. Kemudian tunas ini tumbuh sampai besarnya

mendekati sel inang. Pada saat tersebut, tunas memisahkan diri membentuk anak sel.

Berbeda dengan pembelahan bakteri, di sini dapat dibedakan secara fisik antara sel inang

dan sel anak karena pada sel inang masih tertinggal bekas tunas untuk setiap sel anak

yang terbentuk. Pada kondisi optimal, ragi membelah dalam waktu 45 menit, tetapi yang

umum adalah dalam waktu 90 – 120 menit.

Page 3: Lap Bio Baru

Sel

anak

Parut tunas sel induk

Bercabang

Saccharomyces cerevisiae sebagai contoh khamir yang digunakan di industri

Spesies yang paling umum digunakan dalam industri makanan adalah

Saccharomyces cerevisiae, misalnya dalam pembuatan roti dan produksi alkohol, anggur,

brem, gliserol, dan enzim invertase. Dalam industri alkohol dan anggur digunakan khamir

yang disebut khamir permukaan (top yeast), yaitu khamir yang bersifat fermentatif kuat

Pertumbuhan Ragi/ Khamir

Pertumbuhan miselia

Page 4: Lap Bio Baru

dan tumbuh dengan cepat pada suhu 200C sampai 150C. Karena sel – sel tidak

menggerombol serta tumbuh dan memproduksi karbon dioksida secara lambat, sel – sel

akan mengumpul pada dasar tabung. Salah satu contoh khamir dasar adalah khamir yang

digunakan dalam industri bir.

Saccharomyces cerevisiae var ellipsoideus adalah galur yang memproduksi

alkohol dalam jumlah tinggi sehingga sering digunakan dalam produksi alkohol, anggur,

dan minuman keras.

Faktor – faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba

1. Nutrien

Nutrien berfungsi sebagai sumber energi (sumber karbon) dan bahan pembentuk

komponen sel baik protein, asam – asam nukleat/lipid. Nutrien dikelompokkan

menjadi makronutrien yaitu nutrien yang dibutuhkan dengan konsentrasi lebih dari

10-4M, contohnya C, H, N, O, S, P, Mg2+, dan K+; mikronutrien (trace element) yaitu

nutrien yang dibutuhkan dengan konsentrasi kurang dari 10-4M, contohnya Fe, Mn,Ni,

Na, dan Cl. Disamping itu, mikroba juga membutuhkan vitamin sebagai koenzim,

hormone untuk mengatur metabolism, dan asam – asam amino.

2. Air (kelembaban)

Air sangat diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroba. Air tidak

hanya merupakan komponen utama dari plasma sel mikroba, tetapi air pula untuk

pelarut makanan sebelum makanan itu dapat diserap oleh sel. Kekeringan dapat

mematikan mikroba.

3. Suhu

Untuk setiap jenis mikroba terdapat suhu minimum, optimum dan maksimum

bagi pertumbuhannya. Suhu rendah dapat menghentikan pertumbuhan mikroba, tetapi

bila mikroba tersebut kemudian dipindahkan pada suhu yang sesuai untuk

pertumbuhannya, maka pertumbuhannya akan segera dimulai lagi. Suhu tinggi lebih

banyak merusak pertumbuhan mikroba dari pada suhu rendah. Tidak ada satupun

mikroba yang berada dalam bentuk vegetatif yang tahan pendidihan dalam beberapa

jam.

Page 5: Lap Bio Baru

Berdasarkan pada suhu optimum pertumbuhannya, mikroba dikelompokkan

sebagai berikut yaitu mikroba termofilik, mesofilik, dan psikrotrofik. Mikroba

termofilik mempunyai suhu pertumbuhan minimal di atas 45°C, biasanya 55°C,

contohnya adalah bakteri Lactobacillus thermophillus. Mikroba mesofilik mempunyai

suhu pertumbuhan optimal antara 15 – 45 °C, dan mikroba psikrotrofik mempunyai

suhu pertumbuhan optimal di bawah 20°C.

4. pH

Setiap jenis mikroba mempunyai pH tertentu dimana ia dapat tumbuh dengan

cepat. Oleh karena itu, dalam pembuatan makanan untuk mikroba (medium atau

pembenihan), pH harus diatur seteliti mungkin, sehingga pHnya sesuai bagi mikroba

yang ditanamkan. Diantara bakteri ada juga yang tahan terhadap keasaman yang

tinggi, bakteri tersebut digolongkan ke dalam bakteri yang achiduri. Sering digunakan

buffer untuk mengontrol pH medium.

5. Oksigen

Mikroba yang hidupnya harus dalam suasana yang ada oksigen bebas, disebut

aerob. Sedangkan yang tidak dapat hidup apabila dalam oksigen bebas, tetapi oksigen

yang diperlukan didapat dari persenyawaan yang mengandung oksigen dinamankan

anaerob. Disamping kedua golongan tadi ada golongan yang bisa hidup pada dua

keadaan tersebut di atas yaitu disebut mikroba fakultatif. Mikroba – mikroba yang

tidak dapat hidup sama sekali apabila ada oksigen atau tidak dapat hidup tanpa

oksigen, berturut – turut disebut golongan mikroba yang obligat anaerob dan obligat

aerob.

6. Cahaya

Kebanyakan mikroba dapat dirusak oleh cahaya tak langsung dari matahari dan

dalam waktu beberapa jam saja dapat dimatikan oleh cahaya langsung yang

mengenainya. Sinar – sinar violet, ultra violet, dan biru sangat kuat daya mematikan

terhadap mikroba.

7. Osmosa

Sel – sel mikroba dibalut oleh suatu membran yang semipermiabel, karena

membran ini dengan bebas dapat melewatkan air masuk ke dalam sel, demikian pula

sebaliknya. Akan tetapi, terhadap zat – zat yang larut di dalam cairan dimana sel – sel

Page 6: Lap Bio Baru

itu terdapat membran tadi mempunyai kesanggupan untuk menahan, hal ini

menunjukkan bahwa sel – sel itu merupakan suatu unit osmosis yang kecil yang

responsif terhadap perubahan – perubahan pada cairan dalam lingkungannya.

Apabila sel – sel mikroba ditempatkan pada cairan dengan konsentrasi zat – zat

terlarut yang berbeda beda,maka akan terjadi perubahan – perubahan. Dalam cairan

hipertonis, yaitu cairan dengan konsentrasi zat terlarut yang tinggi, maka akan terjadi

kecenderungan bahwa air akan keluar dari dalam sel, sehingga sel itu akan

mengkerut. Bila perbedaan antara konsentrasi di luar dan di dalam sel itu besar sekali

pengkerutan akan terus berlangsung sehingga akhirnya sel tadi mati, keadaan itu

disebut plasmolisis. Akan tetapi, jika perbedaannya tidak begitu besar, maka sel akan

mengadakan penyesuaian terhadap larutan hipertonis untuk mencapai kembali

keadaan turgor dan pertumbuhannya dapat berlangsng lagi. Apabila sel itu

dimasukkan dalam larutan dengan kkonsentrasi zat – zat terlarut yang rendah atau

dalam aquades, maka air akan memasuki sel. Sel akan mengembang dan pecah yang

disebut dengan plasmotysis. Larutan yang tidak menimbulkan pengkerutan pada sel

atau tidak menyebabkan pecahnya sel disebut larutan yang isotonis.

8. Faktor- faktor kimia

Manusia di dalam usahanya untuk membebaskan diri dari kegiatan mikroba,

meramu zat- zat yang dapat meracuni mikroba. Zat- zat yang hanya menghambat

pertumbuhan mikroba dengan tidak membunuhnya disebut zat mikrostatik. Zat yang

dapat membunuh mikroba disebut desinfektan, germisida atau mikrosida.

Di Indonesia sendiri, jamur ini telah melekat dalam kehidupan sehari – hari.

Nenek moyang kita dan hingga saat ini kita sendiri menggunakannya dalam pembuatan

makanan dan minuman, seperti tempe, tape dan tuak.

Saat ini, biomassa tanaman adalah biofuel yang paling banyak dikembangkan

karena harganya yang murah dan persediaannya yang mudah didapat. Sayangnya, salah

satu penghambat justru adalah langkanya low – cost teknologi dalam pengolahan

tanaman menjadi etanol. Tentu saja tidak sembarang jamur ragi dipakai melainkan

beberapa strain Saccharomyces cerevisiae yang telah direkayasa daur metabolismenya

secara genetika dapat menghasilkan etanol secara efektif dan efisien.

Page 7: Lap Bio Baru

Krisis energi dalam bentuk minyak bumi diperkirakan akan terjadi sehubungan

dengan prediksi bahwa produksi minyak dunia akan memuncak dalam waktu 25 tahun

mendatang dan selanjutnya menurun secara drastic. Bagi Negara berkembang seperti

Indonesia, pekerjaan rumah yang utama adalah bagaimana memanfaatkan sumber daya

hayati jamur dan khamir terutama Saccharomyces cerevisiae sehingga dapat

mengembangkan ilmu sekaligus memajukan ekonomi berbasiskan ilmu pengetahuan ini.

Beberapa peneliti Indonesia dengan kredibilitas tinggi di beberapa perguruan tinggi telah

mengembang biakan ratusan jenis jamur terutama Saccharomyces cerevisiae. Langkah

selanjutnya adalah bagaimana kekayaan ini dimanfaatkan seoptimal mungkin, baik di

bidang sains dasar maupun di bidang bioekonomi.

Page 8: Lap Bio Baru

BAB II

BAHAN, ALAT, DAN LANGKAH KERJA

2.1 Bahan dan Alat

2.1.1 Bahan

1. 70 ml inokulum ragi Saccharomyces cereviseae yang telah diaktifkan

selama 24 jam, suhu 340C di dalam shaker incubator

2. 550 ml media cair/ kaldu nutrien streril (gyeb)

2.1.2 Alat

1. Pipet steril 10 ml

2. Erlenmeyer/ reaktor 750 ml

3. Erlenmeyer 250 ml

4. Beaker glass 500 ml

5. Kuvet spektrofotometer

6. Spektrofometer Genesys 20

7. Pembakar spiritus

8. Shaker incubator

2.2 Flowchart Kerja

2.2.2. Pembuatan media pertumbuhan mikroba

Pencampuran scecara aseptik

Inokulum Aktif 70 ml

Substrat GYEB 550ml

Media pertumbuhan mikroba

Page 9: Lap Bio Baru

2.2.3. Pembuatan Kurva Pertumbuhan Mikroba dengan metode

Spektrofotometri

2.2.3.1. Pembuatan kurva baku antara absorbansi (A) terhadap

berat sel kering X (mg/ml)

Membuat kurva baku antara absorbansi terhadap berat sel kering

dengan menggunakan data berikut :

Absorbansi (A) Berat sel kering (X)

0,06 0,4

0,18 1,09

0,28 1,81

0,39 2,50

0,57 3,72

0,83 5,31

0,92 5,89

1,08 6,90

1,21 7,79

1,34 8,48

Page 10: Lap Bio Baru

2.2.3.2. Pembuatan Kurva Pertumbuhan Mikroba dengan

metode Spektrofotometri

Menghidupkan alat spektrofotometer memanaskannya selama 30 menit

Media pertumbuhan mikroba saat t=0 (menit) larutan blanko GYEB

Menset panjang gelombang maksimum pada 600nm

Spektrofotometer

Media pertumbuhan mikroba

Menginkubasikan media pertumbuhan mikroba selama 20 menit

Media pertumbuhan mikroba saat t=20 (menit) larutan blanko GYEB Spektrofotometer

Nilai absorbansi media pertumbuhan mikroba

saat t=0menit

Nilai absorbansi media pertumbuhan mikroba

saat t=20menitMenginkubasikan media pertumbuhan mikroba selama 20 menit

Media pertumbuhan mikroba saat t=n (menit) larutan blanko GYEB Spektrofotometer

Nilai absorbansi media pertumbuhan mikroba

saat t=n menitMenghentikan pengukuran saat fasa diketahuinya yaitu fasa kematian

Data absorbansi media pertumbuhan mikroba

hingga n menit

Page 11: Lap Bio Baru

Data absorbansi media pertumbuhan mikroba

hingga n menit

Memplotkan seluruh data A ke dalam kurva baku sehingga diperoleh nilai berat sel kering X

Memplotkan seluruh data berat sel kering X terhadap waktu sehingga diperoleh fasa-fasa

pertumbuhan mikroba

Mengubah nilai X ke ln X sehingga diperoleh hubungan antara lnX dengan t

Membuat grafik antara ln X terhadap t sehingga diperoleh µ

Laju pertumbuhan

spesifik

Page 12: Lap Bio Baru

BAB III

DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

3.1 Data Pengamatan

3.1.1 Kurva Baku

AX

(mg/ml)

0,06 0,40

0,18 1,09

0,28 1,81

0,39 2,50

0,57 3,72

0,83 5,31

0,92 5,89

1,08 6,90

1,21 7,79

1,34 8,48

Tabel 1

Page 13: Lap Bio Baru

Grafik 1

3.1.2 Pengukuran absorbansi Saccharomyces cerevisiae pada rentang waktu 20

menit

t

(menit)A

t

(menit)A

0 0.18 220 0.285

40 0.183 240 0.316

60 0.183 260 0.339

80 0.183 280 0.343

100 0.183 300 0.343

120 0.186 320 0.34

Page 14: Lap Bio Baru

140 0.221 340 0.347

160 0.242 500 0.341

180 0.264 520 0.271

200 0.267

Tabel 2

Dengan persamaan garis yang didapatkan dari kurva baku, maka dapat dicari nilai berat sel kering (X) untuk setiap

rentang waktu 20 menit.

AX

(mg/ml)

t

(menit)

ln X

(mg/ml)A

X

(mg/ml)t (menit)

ln X

(mg/ml)

0.18 1.137255 0 0.128617 0.285 1.823529 220 0.600774

0.183 1.156863 40 0.145712 0.316 2.026144 240 0.706134

0.183 1.156863 60 0.145712 0.339 2.176471 260 0.777705

0.183 1.156863 80 0.145712 0.343 2.202614 280 0.789645

0.183 1.156863 100 0.145712 0.343 2.202614 300 0.789645

0.186 1.176471 120 0.162519 0.34 2.183007 320 0.780703

0.221 1.405229 140 0.3402 0.347 2.228758 340 0.801445

0.242 1.542484 160 0.433394 0.341 2.189542 500 0.783693

0.264 1.686275 180 0.522522 0.271 1.732026 520 0.549292

0.267 1.705882 200 0.534082

Tabel 3

y=0.153x+0.006

Page 15: Lap Bio Baru

Kurva Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

Grafik Laju Pertumbuhan Spesifik

BAB IV

PEMBAHASAN

µ = slope

µ = 0,003 menit-1

Page 16: Lap Bio Baru

Untuk mengetahui konsentrasi sel Saccharomyces cerevisiae tiap satuan waktu digunakan

metoda perhitungan langsung konsentrasi sel secara spektrofotometri, yaitu dengan menghitung

absorbansi media pertumbuhan mikroba dengan spektrofotometer Genesys. λmaks =600 nm,

karena pada panjang gelombang tesebut dianggap tidak ada pengaruh dari pigmen mikroba.

Selain itu, syarat komponen media tidak boleh menyerap sinar pada panjang gelombang yang

digunakan. Sebagai blanko digunakan media pertumbuhan GYEB murni tanpa Saccharomyces

cerevisiae.

Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroba anaerob sehingga selama proses tidak

diperlukan aerasi.

Volume GYEB yang digunakan adalah sebanyak 550 ml dan volume inokulumnya sebanyak

70 ml atau 13% dari volume GYEB. Idealnya, perbandingan antara volume inokulum dengan

volume medianya adalah 5 – 15%.

Pembuatan kurva pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae dilakukan untuk mengkaji fasa – fasa

pada pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae. Berikut adalah kurva pertumbuhan Saccharomyces

cerevisiae:

Kurva Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

Keterangan:

Page 17: Lap Bio Baru

a : Fasa perlambatan (Lag phase)

b: Fasa percepatan (Acceleration phase)

c : Fasa eksponensial (Log phase)

d : Fasa perlambatan (Deceleration phase)

e : Fasa kematian (Death phase)

Adapun tahap-tahap pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae adalah sebagai berikut :

a. Fasa Adaptasi

Pada fasa ini sebagian besar Saccharomyces cerevisiae terlebih dahulu menyesuaikan diri

(adaptasi) dengan lingkungan barunya dan belum mengadakan perbanyakan sel ( ). Pada

fase ini mikroba merombak substrat menjadi nutrisi untuk pertumbuhannya. Jika ditemukan

senyawa kompleks yang tidak dikenalinya, mikroba akan memproduksi enzim untuk merombak

senyawa tersebut (Casselman, 2005). Saccharomyces cerevisiae termasuk ragi yang mudah

beradaptasi, ditunjukan dengan singkatnya waktu yang dibutuhkan untuk beradaptasi, yaitu

selama 1 jam 40 menit.

b. Fasa Percepatan (Acceleration phase)

Pada fasa ini mulai terjadi sedikit peningkatan jumlah sel dalam waktu singkat (rapid growth).

Waktu percepatan yang dibutuhkan yaitu selama 20 menit.

c. Fasa Eksponensial (Lag Phase)

Pada fasa ini Saccharomyces cerevisiae telah dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya.

Pembelahan sel terjadi sangat cepat secara eksponensial (doubling of cell/ t). Dalam kondisi

kultur yang optimum, sel mengalami reaksi metabolisme yang maksimum. Fasa eksponensial ini

berlangsung selama 2 jam. Hal ini menunjukkan bahwa kultur telah berada dalam kondisi aktif

dan proses aktivasi yang dilakukan sebelumnya berjalan dengan baik.

d. Fasa Perlambatan

Page 18: Lap Bio Baru

Pada fasa ini laju pertumbuhan mengalami perlambatan atau . Fasa ini berlangsung

selama 20 meniit.

e. Fasa Stasioner

Selama fasa ini kecepatan pertumbuhan adalah nol. Meskipun demikian, tidak berarti tidak

terjadi pertumbuhan sel. Konsentrasi biomassa pada fasa ini berada dalam keadaan maksimum,

yaitu berlangsung selama 240 menit. Hasil metabolisme pada fasa ini adalah metabolit

sekunder, yang merupakan inhibitor dan bersifat racun. Pada fasa ini nutrien mulai habis

sehingga asupan nutirisi bagi Saccharomyces cerevisiae berkurang. Berkurangya nutrien ini

menyebabkan adanya persaingan antar mikroba yang mengakibatkan semakin cepatnya

kematian.

f. Fasa Kematian

Pada fasa ini semua aktifitas kehidupan Saccharomyces cerevisiae terhenti, karena sudah tidak

ada lagi energi untuk melakukan metabolisme. Fasa ini berlangsung mulai dari menit ke – 500.

Media pertumbuhan yang tersisa setelah percobaan selesai dilakukan adalah sebanyak 490 ml

atau 79% dari volume media pertumbuhan awal. Sedangkan, volume yang tersisa idealnya

adalah 75% dari volume awalnya.

Faktor – faktor yang mempengaruhi pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

1. Nuntrien

Nutrien yang digunakan sebagai media pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae pada

praktikum ini adalah GYEB (Glukosa, Yeast Extract, Beads). GYEB mengandung 9.5 x 10-3 %

pepton, 4.75 x 10-3% yeast extract, 0.95% aquades, 0.019% glukosa, dan 0.017% agar – agar.

GYEB merupakan nutrien yang cocok bagi pertumbuhan Saccharomyces cerevisia. Hal ini

ditunjukkan dengan baiknya pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae yang dapat dilihat dari

kurva pertumbuhan .

2. Suhu

Suhu yang digunakan selama inkubasi adalah 300C. Pada suhu ini Saccharomyces

cerevisiae tumbuh baik karena menurut literatur, suhu optimum Saccharomyces cerevisiae

adalah 28-32oC.

Page 19: Lap Bio Baru

3. Pengadukan

Proses pengadukan berpengaruh terhadap homogenitas sehingga Saccharomyces

cerevisiae tersebar dengan merata.

Kesimpulan

1. Media yang cocok untuk pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae adalah media GYEB dengan komposisi 9,5x10-3% pepton, 4,75x10-3% yeast extract, 0,95% aquadest, 0,019% glukosa, 0,017% agar-agar

2. Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir yang bersifat anaerob3. Laju Saccharomyces cerevisiae memiliki suhu pertumbuhan optimum 36oC