“Allahumma tawwi umurana fi ta’atika wa ta’ati rasulika waj’alna min ibadikas salihina”

LAJU PERTUMBUHAN SPESIFIK MIKROBA

LAJU PERTUMBUHAN SPESIFIK MIKROBA

 

Metode-Metode Pengukuran Massa Sel

Analisis kuantitatif mikrobiologi pada bahan pangan penting dilakukan untuk mengetahui mutu bahan pangan dan menghitung proses pengawetan yang akan diterapkan pada bahan pangan tersebut. Beberapa dapat digunakan untuk menghitung atau mengukur jumlah jasad renik di dalam suatu suspensi atau bahan (Fardiaz, 1992).

Perhitungan massa sel secara langsung atau tidak langsung sering digunakan untuk mengukur pertumbuhan sel selama proses fermentasi, dimana komposisi substrat atau bahan yang difermentasi dapat diamati dan diukur dengan teliti (Fardiaz, 1992).

Untuk menentukan massa sel mikroba dalam suatu populasi, dilakukan dengan cara menumbuhkannya dalam suspensi homogen pada medium yang sesuai dengan konsentrasi (jumlah sel/ ml) dan densitasnya (mg/ml), dihitung adanya peningkatan seiring dengan waktu. Pada kultur pertumbuhan mikroba dapat ditentukan laju pertumbuhan dan waktu penuh (Mellon, 1990).

Pertimbangan dalam memilih metode penentuan massa sel tergantung pada konteksnya yaitu hubungan antara massa terhitung dan factor lain. Menurut Mellon (1990), metode penentuan massa sel dapat dibedakan menjadi :

  • Metode Langsung
    • Ditentukan berat bersih setelah sentrifugasi, kemudian massa sel dikeringkan dan dihitung sa,pai berat normal
    • Kandungan total nitrogen menggunakan metode makrohjeldahl dengan modifikasi amoniak dan total karbon (berdasarkan Von Flake Falsh)
    • Modifikasi reaksi biuret dan kalorimeter
  • Metode Tak Langsung
    • Metode untuk mengukur tingkat kekeruhan suspensi sel dan merupakan metode efektif untuk mengukur massa sel. Pengukuran densitas optik mengukur kekeruhan sel. Dari hasil linear hasil pengukuran dengan massa sel (konsentrasi) dengan mempertimbangkan ukuran, bentuk, indeks, refraksi sel, komposisi dan tekanan turgor sel.
    • Metode pengukuran metabolismne yang dilakukan mikroorganisme seperti pengambilan O2, pengeluaran CO2, produksi asam juga dapat digunakan untuk menentukan massa sel. Metode pengukuran metabolisme biasa dilakukan dengan titrimetri, monometri, elektrokimia.

Menurut Pelezar and Chan (1986), juga menyatakan bahwa penentuan massa sel berdasar jumlah partikel dengan menggambarkan sinar yang dilewatkan pada suspensi sel. Jumlah sinar yang dihambat proporsional dengan massa sel yang ada, semakin banyak massa sel yang ada dalam susupensi maka sinar yang dihamburkan akan semakin banyak. Sejumlah sinar tersebut akan mencapai suatu alat (sejenis detector), dimana alat tersebut akan dihubungkan dengan skala pembacaan untuk absorbansi. Semakin banyak jumlah sinar yang tertangkap oleh detector maka nilai absorbansi yang terbaca akan semakin besar.

Intensitas cahaya yang ditransmisikan dan diabsorbansi oleh larutan dapat ditentukan dengan hukum Lambert-Beer . Rasio intensitas yang diteruskan (I) dengan intensitas cahaya mula-mula (I0) disebut persen transmitansi (%T). Semakin keruh suatu suspensi maka semakin kecil %T. secara matematis hukum Lambert-Beer yaitu :

A = log (I0/It) = – log(I0/It) = – log T = abc

Dimana :

A : absorbansi

a : tetapan absorbivitas

b : tebal laritan yang dilalui sinar

c : konsentrasi larutan (Anonymous, 2003).

Kharakteristik Khamir

Khamir merupakan kelompok fungi uniseluler yang biasanya digunakan untuk mengembangkan roti dan mnfermentasi minuman beralkohol. Kebanyakan khamir tergolong divisi ascomycotina. Khamir yang paling umum digunakan adalah Saccharomyces cereviceae yang digunakan dalm pembuatan wine, roti, dan bir sejak zaman dahulu. Psikologi khamir dapat digolongkan baik menjadi obligat aerob ataupun fakultatif fermentasi. Tanpa adanya oksigen, khamir memproduksi energi dengan cara mengubah gula menjadi CO2 dan etanol (alcohol) (Sugiono dan Mahendra, 2004).

Khamir merupakan mikroba yang sangat penting dalam pembuatan minuman fermentasi. Pertumbuhan dan perkembangbiakan tidak dapat dipisahkan dari metabolic dan menghasilkan etanol, karbondioksida dan porduk metabolit yang akan membentuk rasa, dan aroma pada produk akhirnya. Pada pembuatan wine khamir yang digunakan harus dari strain murni dan tidak mengandung competitor (Sugiono dan Mahendra, 2004).

Reaksi yang terjadi selama fermentasi :

  • Jika ada oksigen :

    C6 H 12O6 + 6 O2 6 H2O + 6 CO2

  • Jika tanpa oksigen :

    C6 H 12O6 2 CH 3COH + 2 CO2 + 2 NADH2

    2 CH 3COH + 2 CO2 + 2 NADH2 2 CH 3CH2OH + NAD + 2CO2

    (Sugiono dan Mahendra, 2004) .

    Gambar. Khamir:



(Anonymousa, 2006).

Kharakteristik dan Sifat-Sifat Saccharomyces cereviceae

Saccharomyces merupakan yeast yang umumnya diisolasi dari manusia, mamalia, burung, wine, bir dan tanah. Dikenal dengan istilah “bakteri” atau “brever” yeast. Saccharaomyces sering digunakan sebagian model yeast pada penelitian molekuler pada fungi. Secara mikroskopik, Saccharomyces tumbuh baik dan dewasa pada usia 3 hari, halus dan datar, lembab dan tannish cream tidak dapat menggunakan nitrat sebagai substrat dan dapat mengkonversi berbagai macam karbohidrat menjadi gula melalui fermentasi. Sedangkan secara mikroskopik , Saccharomyces merupakan uniseluler, bentuknya ellipsord hingga elongate, multipolar atau multilateral tipe pertunasannya (Presscott et.al, 2002).

Secara morfologi, Saccharomyces cereviceae merupakan jenis khamir yang bersel tunggal dengan ukuran antara 2-5 mikron. Biasanya berukuran sampai 10 kali lebih besar daripada bakteri. Sel-sel khamir ini mempunyai lapisan dinding luar yang terdiri dari polisakarida kompleks dan dibawahnya terletak membran sel sitoplasma mengandung suatu inti yang bebas (discrete nucleus) dan bagian yang berisi sejumlah besar cairan yang disebit vakuola. Vakuola dapat terlihat dibawah mikroskop dengan sinar normal (Ray, 1996).

S. cereviceae tumbuh paling baik pada kondisi dengan persediaan air cukup, dengan batas aktivitas terendah untuk pertumbuhannya berkisar antara 0,88-0,94. Kisaran suhu untuk pertumbuhan S. cereviceae pada umumnya adalah 25-30° C dengan suhu pertumbuhan maksimum 35-47°C. S. cereviceae lebih menyukai tumbuh pada keadaan asam yaitu pada pH 4,4 dan tidak dapat tumbuh dengan baik pada medium alkali, kecuali telah beradaptasi. S. cereviceae tumbuh dengan baik pada kondisi aerobik, tetapi juga dapat tumbuh secara anaerobic meskipun lambat. Pada kondisi anaerobic akan bersifat fermentasi (Fardiaz, 1992).

Gambar Saccharomyces cereviceae:

(Anonymousa, 2006).

Kurva pertumbuhan Saccharomeces cereviceae

Setelah melalui fase pertumbuhan dipercepat, mikroba mengalami fase logaritmik dimana selnya membelah dengan cepat dan pertambahan jumlahnya meliputi kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuihan dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya, misalnya pH, nutrisi, suhu dan kelembaban udara. Fase logaritmik disebut pula sebagai fase eksponensial mikroba. Jadi pada fase ini mikroba membutuhkan lebih banyak energi dibanding fase lainnya (Fardiaz, 1992)

Fase pertumbuhan diperlambat menunjukkkan pertumbuhan mikroba yang menurun atau berkurang. Hal ini terjadi karena zat nutrisi ada medium sudah sangat berkurang akibat dari aktivitas sel. Pada fase ini dihasilkan metabolit yang menghambat jasad renik untuk tumbuh ( termasuk sel itu sendiri). Akan tetapi jumlah sel hidup masih lebih banyak dibanding sel mati (Fardiaz, 1992).

Setelah fase pertumbuhan diperlambat, sel menuju fase stasioner / statis dimaa pada kondisi ini jumlah sel yang hidup kurang lebih sama dengan jumlah sel yang mati. Hal ini terjadi karena nutrisi yang tersedia mulai habis akibat konsumsi sel Saccharomyces atau mikroba lainnya. Pada fase stasioner sel bersifat lebih tahan atau resisten terhadap keadaan yang ekstrim, misal suhu panas, suhu dingin, radiasi dan bahan kimia (Fardiaz, 1992).

Fase akhir yaitu fase menuju kematian. Pada umumnya setiap sel atau mikroorganisme akan mati bila kondisi lingkungannya (termasuk nutrisi) tidak sesuai untuk pertumbuhan sel. Fase menurun atau kematian secara garis lurus yang digambarkan oleh jumlah sel yang hidup tderhadap waktu. Kecepatan kematian berbeda-beda tergantung dari species mikroorganisme dan kondisi lingkungan. Hal ini terjadi akibat cadangan energi sudah habis (Fardiaz, 1992).

Kurva pertumbuhan Saccharomeces cereviceae:

(Anonymousb, 2006).

Hubungan Antara Waktu dengan Kadar Biomassa

Fase pertumbuhan mikroba terbagi dalam beberapa fase, yaitu:

1. Fase stationer adalah fase yang disebut fase adaptasi/ lag phase. Pada saat ini mikroba lebih berusaha menyesuaikan diri dengan lingkungan dan medium baru daripada tumbuh ataupun berkembang biak. Pada saat ini mikroba berusaha merombak materi-materi dalam medium agar dapat digunakan sebagai nutrisi untuk pertumbuhannya. Bila dalam medium ada komponen yang tidak dikenal mikroba, mikroba akan memproduksi enzim ekstraselular untuk merombak komponen tersebut. Fase ini juga berlangsung seleksi. Hanya mikroba yang dapat mencerna nutrisi dalam medium untuk pertumbuhannya lah yang dapat bertahan hidup.

2. Fase pertumbuhan dipercepat adalah fase dimana mikroba sudah dapat menggunakan nutrisi dalam medium fermentasinya. Pada fase ini mikroba banyak tumbuh dan membelah diri sehingga jumlahnya meningkat dengan cepat.

Laju pertumbuhan dt/dX = µ meningkat mencapai nilai maksimumnya.

µ = Laju pertumbuhan mikroba (sel/detik)

X = jumlah mikroba hidup

3.     Fase eksponensial adalah akhir fase pertumbuhan dipercepat. Pada fase ini laju pertumbuhan tetap pada laju pertumbuhan maksimum (µmaks). Nilai µ maks ini ditentukan oleh konstanta jenuh/saturasi substrat. Nilai µ maks untuk setiap mikroba juga tertentu pada masing-masing substrat.

4. Fase pertumbuhan diperlambat mulai pada akhir fase eksponensial.

Jadi berdasarkan literatur tersebut, saat awal inokulasi diharapkan kultur Saccharomycess cereviceae yang digunakan sedang berada pada kondisi optimum untuk pertumbuhan dengan tersedianya nutrisi yang dibutuhkan. Sehingga pada fase tersebut, pengamatan peningkatan kadar biomassa sel dapat dengan mudah dilakukan karena pada fase tersebut Saccharomycess cereviceae tumbuh dengan membelah diri sehingga jumlah selnya meningkat dengan cepat.

Saccharomycess cereviceae bersifat fakultatif anaerobik. Pada kondisi aerobik sebagai akseptor elektron terakhir pada jalur reaksi bioenergetik adalah oksigen. Pemanfaatan pada keadaan ini menghasilkan penambahan biomassa sel dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

C6H12O6→ CO2+ H2O + biomassa sel.

Pada kondisi anaerobik, Saccharomycess cereviceae menggunakan senyawa organik sebagai akseptor elektron terakhir pada jalur reaksi bioenergetik. Dalam hal ini yang digunakan adalah glukosa dari substrat dengan hasil akhir perombakan berupa alkohol (etanol), aldehid, asam organik, dan fussel oil. Reaksi yang berlangsung dalam keadaan anaerobik tersebut adalah sebagai berikut:

C6H12O6→ 2 C2H5OH + 2 CO2+ produk samping.

Terlihat hubungan antar absorbansi vs kadar biomassa sel adalah berbanding lurus. Menurut Salmah (2004), Cahaya yang mengenai gel-gel mikroorganisme di dalam sampel suspensi akan dihamburkan, sedang cahaya yang lolos diteruskan setelah melewati sampel akan mengaktivasi foto tabung yang akan mencatat persen transmitans ( % T ) pada galvanometer. Makin sedikit jumlah gel di dalam suspensi, makin besar intensitas cahaya yang lolos, makin tinggi pula persen transmitans yang tercatat, dan makin rendah absorbansi yang tercatat berdasarkan jumlah sinar yang dapat diserap pada panjang gelombang 660 nm yang menghasilkan serapan maksimum.

Hubungan Antara Waktu dengan Kadar Glukosa

Penggunaan glukosa sebagai substrat utama karena struktur model glukosa yang sederhana sehingga mudah digunakan oleh Saccharomycess cereviceae. Glukosa digunakan sebagai sumber energi dan sumber karbon yang digunakan untuk membentuk material penyusun sel baru. Glukosa disebut juga reducing sugar sehingga pemanfaatannya oleh Saccharomycess cereviceae dilakukan dengan mengoksidasi glukosa yaitu dengan cara pemutusan ikatan rangkap pada gugus karbonil glukosa. Adapun komponen dari media yang digunakan adalah sebagai berikut:

a.     Substrat utama

Sebagai substrat utama digunakan larutan glukosa. Karena glukosa adalah substrat utama, maka pertumbuhan biomassa sel Saccharomycess cereviceae merupakan fungsi dari konsentrasi glukosa. Hasil perombakan glukosa oleh sel adalah berupa CO2 dan H2O.

b. Sumber makronutrien, mikronutrien, dan growth factor. Sebagai sumber makronutrien, mikronutrien, dan growth factor menggunakan zat-zat sebagai berikut:

  • (NH4)2SO4 sebagai sumber nitrogen yang berguna bagi pembentukan asam nukleat dan asam-asam amino.
  • K2SO4 sebagai sumber K+ yang merupakan kofaktor enzim
  • Na2HPO4.2H2O sebagai sumber Na dan P. Na berfungsi sebagai kofaktor dan P berguna untuk sintesis asam nukleat, ATP, fosfolipid, dan senyawa yang mengandung fosfor lainnya.
  • MgSO4 sebagi sumber Mg yang berperan di dalam stabilisasi ribosom, stabilisasi membran dan dinding sel, serta berfungsi sebagai kofaktor enzim.
  • CaCl2 sebagai sumber Ca untuk stabilisasi dinding sel
  • ZnSO4 sebagai sumber Zn yang berfungsi sebagai regulator enzim
  • Fe(NH4)(SO4) sebagai sumber Fe, makronutrien pembentuk sitokrom pembawa elektron dalam jalur transportasi elektron.
  • CuSO4 sebagai sumber Cu yang berperan penting dalam reaksi redoks metabolisme.
  • yeast extract sebagai penyedia asam-asam amino tunggal, growth factor dan berbagai vitamin yang dibutuhkan sel
  • aqua dm, sebagai media pelarut dan pengaduk dalam transportasi senyawa. Setelah medium substrat dan medium nutrisi dicampurkan, diusahakan pH tetap 4-5 yang merupakan pH optimal pertumbuhan sel ragi.

Terlihat hubungan antar absorbansi vs kadar glukosa adalah berbanding lurus. Menurut Sudarmadji dkk (2004), makin rendah konsentrasi suspensi maka makin rendah absorbansi yang tercatat berdasarkan jumlah sinar yang dapat diserap pada panjang gelombang 540 nm yang menghasilkan serapan maksimum (hijau-biru).

Penentuan Laju Pertumbuhan Spesifik

Laju pertumbuhan spesifik (LPS) dari suatu sel mikroba yang diinokulasikan dalam suatu medium dapat diketahui dari konsentrasi substrat yang terkandung dalam medium yang cenderung menurun jumlahnya seiring dengan peningkatan substansi hidup yang sifatnya irreversibel dan terkait dengan peningkatan ukuran sel dan pembelahan sel miroba pada fase pertumbuhan mikroba sampai fase kematian dari mikroba itu sendiri akibat jumlah substrat yang menurun. Hubungan antara pertumbuhan sel mikroba dan konsumsi substrat dinyatakan dengan meningkatnya jumlah biomassa sebagai akibat digunakannya substrat oleh mikroba yang diinokulasikan.

Menurut Brock (1994), laju pertumbuhan adalah perubahan pada jumlah sel atau massa per unit waktu. Selama siklus pembelahan sel, semua struktur komponen sel membelah (double). Interval pembentukan 2 sel dari 1 sel disebut generasi, dan waktu yang dibutuhkan untuk pembelahan sel disebut waktu generasi. Waktu generasi kadang-kadang juga disebut waktu penggandaan (doubling time). Selama “single generation” jumlah sel dan massa sel menggandakan diri. Sebagian besar bakteri mempunyai waktu generasi 1-3 jam tetap. Sebagian kecil organisme tumbuh sangat cepat 10 menit dan yang lainnya mempunyai waktu generasi beberapa jam atau beberapa hari.

Penentuan Growth Yield

Hubungan antara pertumbuhan sel mikroba dan konsumsi substrat dinyatakan dengan
Yx/s atau growth yield yang secara sistematis ditulis sebagai berikut:

∆X Xt – Xo


Yx/s = ____ = ______

∆s st – so

Dimana ∆X adalah kenaikan jumlah biomassa sebagai akibat digunakannya substrat sebanyak ∆s. Pada kebanyakan bakteri dan yeast yang ditumbuhkan pada glukosa secara aerob mempunyai nilai tipikal Yx/s = 0,4-0,6 (Zubaidah, dkk, 2006).

Pengaruh kadar substrat terhadap laju pertumbuhan spesifik pertama kali ditunjukkan oleh Monod pada tahun 1942 dengan persamaan sebagai berikut:

μ maks. S

μ = _________

Ks + S

Dimana μ = laju pertumbuhan spesifik (jam-1)

μ maks = laju pertumbuhan spesifik maksimum (jam-1)

S = kadar substrat (g/L)

Ks = konstanta substrat (g/L)

Yang selanjutnya persamaan tersebut diatas dimodifikasi menjadi persamaan berikut:

1 1 Ks 1

__ = ___ + ____ . ____    


μ
μmaks μ maks S

Grafik hubungan antara 1/S dan 1/μ adalah berupa garis lurus dengan slope Ks/ μ maks dan titik potong dengan sumbu ordinat di 1/μ dan titik potong dengan sumbu absis pada -1/Ks. Hal ini sangat berguna dalam suatu percobaan untuk menentukan besarnya μ maks dan Ks (Zubaidah, dkk, 2006).

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. 2003. Spectroscopy. http://www.microfet.arizona.edu. Tanggal akses 10 Desember 2006

Anonymousa. 2006. Saccharomyces cerviceae. http://en.wikipedia.org Tanggal akses 10 Desember 2006

Anonymousb. 2006. Growth Kinetics in Submerged Culture. http://www.fac.org. Tanggal akses 10 Desember 2006

Brock. 1994. Biology of Microorganism. Seventh edition. Prentice Hall, Inc. New Jersey

Fardiaz, S. 1992. Mikrobiologi Pengolahan I. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta

Mellon, MG. 1990. Analytical Absorption Spectroscopy. Jhon Willey and Sons. New

York

Pelezar, R and Chan. 1986. Microbiology. McGraw Hill Book Company. New York

Presscott, LM, John, PH and Donald, AK. 2002. Microbiology. Fifth edition. McGraw Hill Book Company. New York

Ray, B. 1996. Fundamental Principals of Bacteriology. McGraw Hill Book Company. New York

Sudarmadji, S, Hariyono, B dan Suhardi. 2004. Analisa Bahan Pangan Dalam Pertanian. Penerbit Liberty. Jakarta

Salmah. 2004. Growth of Microorganisms. http://www.usu.library.com . Tanggal akses 10 Desember 2006

Sugiono dan Mahendra,A. 2004. TEKNOLOGI PANGAN HASIL FERMENTASI. THP Brawijaya. Malang

Zubaidah, E, Saparianti,E dan Widya, D. 2006. Petunjuk Praktikum Mikrobiologi Pangan. Jurusan THP. Brawijaya


Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Masukkan alamat surel Anda untuk berlangganan blog ini dan menerima pemberitahuan tulisan-tulisan baru melalui email.

Bergabunglah dengan 139 pengikut lainnya

Pos-pos Terbaru

Mohon maaf jika artikel yang di sajikan berasal dari banyak sumber, sumber yang masih utuh saya tampilkan sumber aslinya, tapi seringkali saya lupa, mohon di maafkan. saya coba perbaiki terus kualitas dan kuantitas blog ini.
%d blogger menyukai ini: