TUGAS MAKALAH
MIKROBIOLOGI
PERTUMBUHAN MIKROBA
Padang,
05 September 2014
Diajukan untuk memenuhi persyaratan mata
kuliah Mikrobiologi
Oleh
:
Kelompok VI
Pendidikan Biologi Reguler
Nosi Qadariah
Wegy Trisna
Melna Adelta Putri
Danial Mursyd
JURUSAN
BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
NEGERI PADANG
2014
PERTUMBUHAN
MIKROBA
Pertumbuhan
secara umum dapat didefisinikan sebagai pertambahan secara teratur semua
komponen didalam sel hidup. Dengan demikian pertambahan ukuran yang
diakibatkanoleh bertambahnya air atau karena penumpukan lemak, bukan merupakan
pertumbuhan. Pertumbuhan makhluk hidup dapat juga ditinjau dari 2 sudut, yakni
pertumbuhan individu (sel) dan pertumbuhan kelompok sebagai satu populasi.
Pertumbuhan
sel diartikan sebagai adanya penambahan volume sel serta bagian-bagian lainnya,
dapat juga diartikan sebagai penambahan kuantitas isi dan kandungan di dalam
sel. Sedangkan pertumbuhan populasi merupakan akibat pertumbuhan individu.
Misalnya, dari satu sel menjadi dua, dari dua sel menjadi empat, dari sempat
sel menjadi delapan sel.
Pada
mikroorganisme, pertumbuhan individu (sel) dapat berubah langsung menjadi
pertumbuhan populasi. Sehingga batas antara pertumbuhan populasi. Sehingga
batas antara pertumbuhan sel dan pertumbuhan populasi, serta sebagai satu
kesatuan populasi yang kemudian terjadi. Pertumbuhan dalam keadaaan
kesetimbangan bila terjadi secara teraturpada kondisi konstan, sehingga jumlah
pertambahan komponen kimia juga konstan.
Peranan mikroorganisme dibagi
menjadi 2, yaitu peranan positif dan peranan negatif. Dalam peranan positif
antara lain : Menguntungkan manusia, hewan,
tumbuhan, pengolahan
pangan, pengendalian penyakit dan membantu kesuburan tanah. Sedaangkan peranan
negatif antara lain : Mencemari bahan pangan dan menyebabkan penyakit
Pertumbuhan
pada bakteri didefinisikan sebagai pertumbuhan berat sel. Karena berat sel
relatif sama pada setiap siklus sel, maka pertumbuhan dapat di definisikan
sebagai pertambahan jumlah sel. Mempelajari pertumbuhan bakteri merupakan
faktor terpenting dalam mengetahui beberapa aspek fisiologi suatu bakteri (Purwoko,
2007).
Pertumbuhan bakteri dapat diukur
dengan dua cara yaitu secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran
pertumbuhan bakteri secara langsung dapat dilakukan dengan metode total count,
turbidikmetrik, berat kering, electronic counter, plating techique, fltrasi
membran. Sedangkan pengukuran pertumbuhan bakteri secara tidak langsung dapat
dilakukan dengan metode viable count, aktivitas metabolik dan berat sel
kering.
Adapun yang melatarbelakangi
praktikum ini adalah agar mahasiswa dapat mengukur pertumbuhan sel dengan
pengukuran kombinasi metode langsung dan tidak langsung. Yang digunakan dalam
praktikum ini adalah metode total count dimana praktikan menghitung
jumlah sel melalui mikroskop. Sampel yang diambil adalah saccharomyces cerevisiae yang sudah tersedia di dalam ragi kemasan.
Mempelajari pertumbuhan bakteri
merupakan faktor terpenting dalam mengetahui beberapa aspek fisiologi.
Hal itu karena karakteristik pertumbuhan mencerminkan kejadian fisiologis suatu
bakteri (Purwoko, 2007).
Istilah pertumbuhan yang di gunakan
pada bakteri adalah perubahan dalam pertambahan total masa sel dan bukan
pertumbuhan dalam suatu individu organisme saja. Karena massa sel relatif sama
pada siklus sel, maka pertumbuhan dapat juga didefinisikan sebagai pertambahan
jumlah sel. Kondisi pertumbuhan seimbang pada suatu pertumbuhan pertambahan
semua komponen selular secara teratur. Akibatnya pertumbuhan dapat ditentukan
tidak hanya dengan cara mengukur jumlah sel tetapi juga dengan mengukur jumlah
berbagai komponen selular ( RNA, DNA dan Protein) dan juga produk-produk
metabolisme tertentu (Pelczar, 2005).
Karakteristik pertumbuhan mikroba
adalah pertumbuhan mikroba merupakan pertambahan jumlah sel mikroba, pertumbuhan
mikroba berlangsung selama nutrisi masih cukup tersedia,p ertumbuhan mikroba
dapat diukur, dengan melihat kenaikan biomassa atau jumlah sel, selama
pertumbuhan, mikroba menghasilkan metabolit primer/sekunder berupa produk
A. Kurva Pertumbuhan
1. Model
Monod
Pertumbuhan sel mikroba
biasanya mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan
sigmoid (model Monod)
2. Microbial
Growth Kinetics
Microbial Growth Kineticsdescribe how
the microbegrows in the fermenter. Thisinformation is important todetermine
optimal batch times.The growth of microbes in afermenter can be broken downinto
four stages:–Lag Phase–Exponential Phase–Stationary Phase–Death Phase
Fase dalam pertumbuhan bakteri telah dikenal
luas oleh ahli mikrobiologi. Terdapat 4 fase pertumbuhan bakteri ketika
ditumbuhkan pada kultur curah (batch
culture), yaitu fase adaptasi (lag
phase), fase perbanyakkan (exponential
phase), fase statis (stationer
phase), dan fase kematian (death
phase) (Purwoko, 2007).
a. Fase
Adapatasi (Lag phase)
Pada fase ini tidak ada pertambahan
populasi. Sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah
ukurannya, substansi interaseluler bertambah (Perlazar, 2005).
Ketika sel dalam fase statis
dipindahkan ke media baru, sel akan melakukan proses adaptasi. Proses adaptasi
meliputi sintesis enzim baru yang sesuai dengan medianya dan pemulihan terhadap
metabolit yang bersifat toksik (misalnya asam,alkohol, dan basa) pada waktu
media lama (Purwoko, 2007).
Pada fase adaptasi tidak di jumpai
pertambahan jumlah sel. Akan tetapi terjadi pertambahn volume sel karena pada
fase statis biasanya sel melakukan pengecilan ukuran sel. Akan tetapi, fase
adaptasi dapat dihindari (langsung ke fase perbanyakan), jika sel di media lama
dalam kondisi fase perbanyakan dan dipindahkan ke media baru yang sama
komposisinya dengan media lama (Purwoko, 2007).
b.
Fase
Perbanyakan (Logaritma atau eksponensial)
Pada fase ini pembiakan bakteri berlangsung
paling cepat. Jika kita ingin mengadakan piaraan yang cepat tumbuh, maka
bakteri dalam fase ini baik sekali untuk dijadikan inokolum (Dwidjuseputro,
1998).
Sel akan membelah dengan laju yang
konstan massa menjadi dua kali lipat dengan laju yang sama, aktivitas metabolit
konstan dan keadaan pertumbuhan yang seimbang (Pelczar, 2005).
Setelah memperoleh kondisi ideal
dalam pertumbuhannya, sel melakukan pembelahan. Karena pembelahan sel merupakan
persamaan ekponensial, maka fase itu disebut juga fase eksponensial. Pada fase
perbanyakan jumlah sel meningkat pada batas tertentu (tidak terdapat
pertumbuhan bersih jumlah sel), sehingga memasuki fase statis. Pada
fase perbanyakan sel melakukan konsumsi nutrien dan proses
fisiologis lainnya. Pada fase itu produk senyawa yang di inginkan oleh manusia
terbentuk, karena senyawa terbentuk merupakan senyawa yang di inginkan pada
fase perbanyakan adalah etanol, asam laktat dan asam organik lainnya (Purwoko,
2007).
c. Fase
Statis/Konstan
Pada
fase ini terjadi penumpukan produk beracun dan atau kehabisan nutrien. Beberapa
sel mati sedangkan yang lain tumbuh dan membelah. Jumlah sel hidup
menjadi tetap (Pelczar, 2005).
Fase ini menunjukan jumlah bakteri yang berbiak sama
dengan jumlah bakteri yang mati, sehingga kurva menunjukan garis yang hampir
horizontal (Dwidjoseputro, 1998).
Alasan bakteri tidak melakukan
pembelahan sel pada fase statis bermacam-macam. Beberapa alasan yang dapat
dikemukan akan adalah :
a)
Nutrien
habis
b)
Akumulasi
metabolit toksik (misalnya alkohol,asam, dan basa)
c)
Penurunan
kadar oksigen
d)
Penurunan
nilai aw (ketersediaan air)
Bentuk kasus kedua dijumpai pada
fase fermentasi alkohol dan asam laktat, untuk kasus ketiga dijumpai pada
bakteri aerob dan untuk kasus keempat dijumpai pada fungi/jamur (Purwoko,
2007).
Pada fase statis biasanya sel
melakukan adaptasi terhadap kondisi yang kurang menguntungkan. Adaptasi ini
dapat menghasilkan senyawa yang di inginkan manusia misalnya antibiotika dan
antioksidan (Purwoko, 2007).
d. Fase
Kematian
Pada fase ini sel menjadi mati lebih
cepat dari pada terbentuknya sel-sel baru, laju kematian mengalami percepatan
menjadi eksponensial bergantung pada spesiesnya, semua sel mati dalam waktu
beberapa hari atau beberapa bulan (Pelczar, 2005).
Penyebab utama kematian adalah
autolisis sel dan penurunan energi seluler. Beberapa bakteri hanya mampu
bertahan beberapa jam selama fase statis dan akhirnya masuk ke dalam fase
kematian, sementara itu beberapa bakteri hanya mampu bertahan sampai harian dan
mingguan pada fase statis dan akhirnya masuk ke fase kematian. Beberapa
bakteri bahkan mampu bertahan sampai puluhan tahun sebelum mati, yaitu dengan
mengubah sel menjadi spora (Purwoko, 2007).
3. Laju
pertumbuhan mikroba dan waktu generasi
Jika
sejumlah sel mikroba (Xo) dibiakkan dalam waktu (t) pada suatu medium, maka sel
akan membelah dan jumlahnya akan bertambah menjadi Xt. Pertambahan jumlah sel
berhubungan dengan laju pertumbuhan serta waktu generasi sel tersebut membelah.
Kurva pertumbuhan tersebut dapat dilu-kiskan dengan persamaan matematika
sebagai berikut:
4.
Laju
pertumbuhan spesifik
Xt = 2ktx Xo atau Xt/Xo = 2kt
Log2 Xt/Xo = log2 2kt
Log2 Xt/Xo = kt
1/0,301 log10 Xt/Xo = kt
1/0,301 (logXt –log Xo) = kt
k = logXt –log Xo atau k = lnXt
–lnXo
0,301 t t -to
Waktu generasi tg = 1/k atau tg= 0,69/k
Koefisien konversi atau rendemen produktivitas
Yx/s = Xt -Xo
So –S
Yp/s = P –Po
So –S
Waktu
generasi dan laju pertumbuhan spesifik berbagai organisme
|
Organisme
|
Tg (jam)
|
k (jam-1)
|
|
Bakteri
|
0,3
|
2,3
|
|
Khamir
|
1,5
|
0,46
|
|
Sel
tanaman
|
24
|
0,0287
|
B. Cara
Menghitung Pertumbuhan Bakteri
Pertumbuhan mikroorganisme dapat
diukur berdasarkan konsentrasi sel (jumlah sel per satuan isi kultur) ataupun
destilasi sel (berat kering dari sel-sel persatuan isi kultur). Dua parameter
ini tidak selalu sama karena berat kering sel rata-rata bervariasi pada tahap
berlainan dalam pertumbuhan kultur, kedua para meter tersebut juga tidak
bermakna sama dalam penelitian mengenai biokimia mikroorganisme atau gizi
mikroorganisme. Densitas sel adalah kuantitas yang lebih bermakna, sedangkan
dalam penelitian mengenai inaktivitas mikroorganisme, kosentrasi sel adalah
kuantitas yang bermakna (Pratiwi, 2008).
Pertumbuhan mikroorganisme dapat
diukur dengan dua cara, yaitu secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran
pertumbuhan mikroorganisme secara langsung dapat dilakukan dengan beberapa
cara,yaitu :
1. Metode Total Count
Pada metode ini sampel ditaruh di
suatu ruang hitung (seperti hemasitometer) dan jumlah sel dapat ditentukan secara
langsung dengan bantuan mikroskop (Hadioetomo, 1993).
Jika setetes kultur dimasukkan
kedalam wadah (misalnya hemasitometer) yang diketahui volumenya, maka jumlah
sel yang dapat dihitung. Akan tetapi cara tersebut memiliki keterbatasan, yaitu
tidak dapat membedakan sel hidup atau mati dan tidak dapat digunakan pada
jumlah sel yang sangat sedikit (kurang dari 102 sel/ml)
(Purwoko, 2007).
Kelemahan lainnya ialah sulitnya
menghitung sel yang berukuran sangat kecil seperti bakteri karena kekebalan
hemositometer tidak memungkinkan digunakannya lensa objektif celup minyak. Hal
ini dibatasi dengan cara mencernai sel sehingga menjadi lebih mudah dilihat.
Kelemahan lain lagi ialah kadang-kadang cenderung bergerombol sehingga sukar
membedakan sel-sel individu. Cara mengatasinya ialah mencerai-beraikan
gerombolan sehinggga tersebut dengan menambahkan bahan anti gumpalan seperti dinatrium etilanadiamina tetra asetat
dan tween-80 sebanyak 0,1%.
Keuntungan metode ini ialah pelaksanaannya cepat dan tidak memerlukan banyak
peralatan (Hadioetomo, 1993).
2. Metode Turbidimetrik
Bila kita harus memeriksa kosentrasi
sel jumlah besar biakan, maka metode cawan bukanlah pilihan yang baik karena
tidak hanya memakan waktu tetapi juga memerlukan media dan pecah-belah dalam jumlah
besar. Untuk kasus demikian tersedia metode yang lebih cepat dan praktis, yaitu
pengukuran kekeruhan biakan dengan fotokilometer (Hadioetomo, 1993).
Secara rutin jumlah sel bakteri
dapat dihitung dengan cara menghitung kekeruhan (turbiditas) kultur. Semakin
keruh suatu kultur, semakin banyak jumlah sel. Prinsip dasar metode
turbidimeter adalah jika cahaya mengenai sel, maka sebagian cahaya
diserap dan sebagian cahaya diteruskan. Jumlah cahaya yang diserap propisional
(sebanding lurus dengan jumlah sel bakteri). Ataupun jumlah cahaya yang
diteruskan berbanding terbalik dengan jumlah sel bakteri. Semakin banyak jumlah
sel, semakin sedikit cahaya yang diteruskan. Metode ini memiliki kelemahan
tidak dapat membedakan antara sel mati dan sel hidup (Purwoko, 2007).
3. Metode Berat
Kering
Cara yang paling cepat mengukur
jumlah sel adalah metode berat kering. Metode tersebut relatif mudah dilakukan,
yaitu kultur disaringan atau disentrifugasi, kemudian bagian yang disaring atau
yang mengendap hasil sentrifugasi dikeringkan. Pada metode ini juga tidak dapat
membedakan sel yang hidup dan mati. Akan tetapi keterbatasan itu tidak
mengurangi manfaat metode tersebut dalam hal mengukur efesiensi fermentasi,
karena pertumbuhan diukur dengan satuan berat, sehingga dapat diperhitungkan
dengan parameter konsumsi substrat dan produksi senyawa yang diinginkan
(Purwoko, 2007).
4.
Metode Elektronic
Counter
Pada pengukuran ini, suspensi
mikroorganisme dialirkan melalui lubang kecil (orifice) dengan bantuan aliran
listrik. Elektroda yang ditempatkan pada dua sisi orifice mengukur tekanan
listrik (ditandi dengan naiknya tekanan) pada saat bakteri melalui orifice.
Pada saat inilah sel terhitung. Keuntungan metode ini adalah hasil bisa
diperoleh dengan lebih cepat dan lebih akurat, serta dapat menghitung sel
dengan ukuran besar. Kerugiannya metode ini tidak bisa digunakan untuk
menghitung bakteri karena adanya gangguan derbit, filamen, dan sebagainya,
serta tidak dapat membedakan antara sel hidup dan sel mati (Pratiwi, 2008).
5. Metode Plating Techique
Metode ini merupakan metode
perhitungan jumlah sel tampak (visible) dan di dasarkan pada asumsi bahwa
bakteri hidup akan tumbuh, membelah dan memproduksi satu koloni tunggal. Satuan
perhitungan yang dipakai adalah CFU (colony
forming unit) dengan cara membuat seri pengenceran sampel dan menumbuhkan
sampel pada media padat. Pengukuran dilakukan pada plat dengan jumlah koloni
berkisar 25-250 atau 30-300. Keuntungan metode ini adalah sederhana, mudah dan
sensitif karena menggunakan colony
counter sebagai alat hitung dapat digunakan untuk menghitung mikroorganisme
pada sampel makanan, air ataupun tanah. Kerugiannya adalah harus digunakan
media yang sesuai dan perhitungannya yang kurang akurat karena satu
koloni tidak selalu berasal dari satu individu sel (Pratiwi, 2008).
6.
Metode
filtrasi membran
Pada metode ini sampel dialirkan
pada suatu sistem filter membran dengan bantuan vaccum. Bakteri yang
terperangkap selanjutnya ditumbuhkan pada media yang sesuai dan jumlah koloni
dihitung. Keuntungan metode ini adalah dapat menghitung sel hidup dan sistem
perhitungannya langsung, sedangkan kerugiannya adalah tidak ekonomis (Pratiwi,
2008).
Metode pengukuran pertumbuhan
mikroorganisme secara tidak langsung dapat dilakukan dengan beberapa metode
sebagai berikut :
1.
Metode
Viable Count
Kultur
diencerkan sampai batas yang di inginkan. Kultur encer ditumbuhkan
kembali pada media, sehingga di harapkan setiap sel tumbuh menjadi 1 koloni
beberapa saat berikutnya, biasanya 4-12 jam. Akan tetapi cara ini
memiliki keterbatasan, yaitu jumlah sel terhitung biasanya lebih dari
sebenarnya (kemungkinan besar 1 koloni dapat berasal dari 2 sel) dan
tidak dapat di aplikasikan pada bakteri yang tumbuh lambat. Pada metode tersebut
yang perlu diperhatikan adalah jumlah sel bakteri harus mendekati kelipatan 10
pada setiap pengencerannya. Jika tidak pengenceran di anggap gagal. Misalnya
cawan yang dapat dihitung jumlah selnya adalah yang mempunyai jumlah sel
sekitar 2-4 untuk sampel pengenceran (10-x ), 20-40 untuk sampel
pengenceran (10(x+1)) dan 200-400 untuk sampel pengenceran (10-(x+2))
(Purwoko, 2007).
2.
Metode
Aktivitas Metabolik
Metode ini
di dasarkan pada asumsi bahwa produk metabolit tertentu, misalnya asam atau CO2,
menunjukkan jumlah mikroorganisme yang terdapat di dalam media. Misalnya
pengukuran produksi asam untuk menentukan jumlah vitamin yang di hasilkan
mikroorganisme (Pratiwi, 2008).
3.
Metode Berat
Sel Kering
Metode ini
umum digunakan untuk mengukur pertumbuhan fungi berfilamen. Miselium fungi dipisahkan dari media dan
dihitung sebagai berat kotor. Miselium
selanjutnya dicuci dan dikeringkan dengan alat pengering (desikator) dan
ditimbang beberapa kali hingga mencapai berat yang konstan yang dihitung sebagai
berat sel kering (Pratiwi, 2008).
C. Pengaruh Keterbatasan Nutrisi
Mikroba sama dengan
makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai sumber energi dan
pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon, nitrogen,
hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya.
Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat
mempengaruhi pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat
menyebabkan kematian.
Kondisi tidak bersih dan
higinis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan sumber nutrisi
bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh berkembang di
lingkungan seperti ini. Oleh karena itu, prinsip daripada menciptakan
lingkungan bersih dan higinis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir
sumber nutrisi bagi mikroba agar pertumbuhannya terkendali.
Setiap unsur nutrisi
mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel. Unsur tersebut diberikan ke
dalam medium sebagai kation garam anorganik yang jumlahnya berbeda-beda
tergantung pada keperluannya. Beberapa golongan mikroba misalnya diatomae dan
alga tertentu memerlukan silika (Si) yang biasanya diberikan dalam bentuk
silikat untuk menyusun dinding sel. Fungsi dan kebutuhan natrium (Na) untuk
beberapa jasad belum diketahui jumlahnya. Natrium dalam kadar yang agak tinggi
diperlukan oleh bakteri tertentu yang hidup di laut, algae hijau biru, dan
bakteri fotosintetik. Natrium tersebut tidak dapat digantikan oleh kation
monovalen yang lain. Jasad hidup dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat
maupun cair (larutan). Jasad yang dapat menggunakan makanan dalam bentuk padat
tergolong tipe holozoik, sedangkan yang menggunakan makanan dalam
bentuk cair tergolong tipe holofitik. Jasad holofitik dapat pula
menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi makanan tersebut harus
dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim ekstraseluler.
Pencernaan di luar sel ini dikenal sebagai extracorporeal digestion.
Bahan makanan yang digunakan oleh jasad hidup dapat berfungsi sebagai sumber
energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron. Dalam
garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu air, sumber
energi, sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber mineral, faktor tumbuh,
dan sumber nitrogen.
1. Air
Air merupakan
komponen utama sel mikroba dan medium. Funsi air adalah sebagai sumber oksigen
untuk bahan organik sel pada respirasi. Selain itu air berfungsi sebagai
pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.
2. Sumber energi
Ada beberapa
sumber energi untuk mikroba yaitu senyawa organik atau anorganik yang dapat
dioksidasi dan cahaya terutama cahaya matahari.
3. Sumber karbon
Sumber karbon
untuk mikroba dapat berbentuk senyawa organik maupun anorganik. Senyawa organik
meliputi karbohidrat, lemak, protein, asam amino, asam organik, garam asam
organik, polialkohol, dan sebagainya. Senyawa anorganik misalnya karbonat dan
gas CO2 yang merupakan sumber karbon utama terutama untuk tumbuhan tingkat
tinggi.
4. Sumber aseptor
elektron
Proses
oksidasi biologi merupakan proses pengambilan dan pemindahan elektron dari
substrat. Karena elektron dalam sel tidak berada dalam bentuk bebas, maka harus
ada suatu zat yang dapat menangkap elektron tersebut. Penangkap elektron ini
disebut aseptor elektron. Aseptor elektron ialah agensia pengoksidasi. Pada
mikrobia yang dapat berfungsi sebagai aseptor elektron ialah O2, senyawa
organik, NO3-, NO2-, N2O, SO4 =, CO2, dan Fe3+.
5. Sumber mineral
Mineral
merupakan bagian dari sel. Unsur penyusun utama sel ialah C, O, N, H, dan P.
unsur mineral lainnya yang diperlukan sel ialah K, Ca, Mg, Na, S, Cl. Unsur
mineral yang digunakan dalam jumlah sangat sedikit ialah Fe, Mn, Co, Cu, Bo,
Zn, Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu, dan sebagainya yang tidak diperlukan jasad.
Unsur yang digunakan dalam jumlah besar disebut unsur makro, dalam jumlah
sedang unsur oligo, dan dalam jumlah sangat sedikit unsur mikro. Unsur mikro
sering terdapat sebagai ikutan (impurities) pada garam unsur makro,
dan dapat masuk ke dalam medium lewat kontaminasi gelas tempatnya atau lewat
partikel debu. Selain berfungsi sebagai penyusun sel, unsur mineral juga
berfungsi untuk mengatur tekanan osmose, kadar ion H+ (kemasaman, pH), dan
potensial oksidasireduksi (redox potential) medium.
6. Faktor tumbuh
Faktor tumbuh
ialah senyawa organik yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan (sebagai prekursor,
atau penyusun bahan sel) dan senyawa ini tidak dapat disintesis dari sumber
karbon yang sederhana. Faktor tumbuh sering juga disebut zat tumbuh dan hanya
diperlukan dalam jumlah sangat sedikit. Berdasarkan struktur dan fungsinya
dalam metabolisme, faktor tumbuh digolongkan menjadi asam amino, sebagai
penyusun protein; base purin dan pirimidin, sebagai penyusun asam nukleat; dan
vitamin sebagai gugus prostetis atau bagian aktif dari enzim.
7. Sumber nitrogen
Mikroba dapat
menggunakan nitrogen dalam bentuk amonium, nitrat, asam amino, protein, dan
sebagainya. Jenis senyawa nitrogen yang digunakan tergantung pada jenis
jasadnya. Beberapa mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk gas N2 (zat
lemas) udara. Mikroba ini disebut mikrobia penambat nitrogen.
Unsur
utama, sumber dan fungsi mereka dalam sel bakteri.
|
Elemen
|
%
dari berat kering
|
Sumber
|
Fungsi
|
|
Karbon
|
50
|
Kompleks organik atau CO 2
|
material Utama dari bahan selular
|
|
Oksigen
|
20
|
H 2 O, Kompleks organik, CO
2, dan O 2
|
Konstituen dari sel dan sel bahan air;
O 2 adalah menerima elektron dalam respirasi aerobik
|
|
Nitrogen
|
+14
|
NH 3, NO 3,
Kompleks organik, N 2
|
Konstituen dari asam amino, asam
nukleik nucleotides, dan coenzymes
|
|
Hidrogen
|
8
|
H 2 O, Kompleks organik, H 2
|
Utama dari organik memanjang dan sel
air
|
|
Fosfor
|
3
|
anorganik Fosfat (PO 4)
|
Konstituen dari asam nukleik,
nucleotides, phospholipids, LPS, teichoic asam
|
|
Belerang
|
1
|
SO 4, H 2
S, S o, belerang organik memanjang
|
Konstituen dari cysteine, methionine,
glutathione, beberapa coenzymes
|
|
Kalium
|
1
|
Kalium GARAM dapur
|
Utama selular anorganik gigih dan
cofactor untuk enzim tertentu
|
|
Magnesium
|
0,5 0,5
|
Magnesium GARAM dapur
|
Anorganik selular dengan gigih,
cofactor tertentu untuk reaksi enzimatis
|
|
Kalsium
|
0,5 0,5
|
Kalsium GARAM dapur
|
Anorganik selular dengan gigih,
cofactor untuk enzim tertentu dan komponen endospores
|
|
Besi
|
0,2 0,2
|
GARAM dapur besi
|
Komponen tertentu cytochromes dan
nonheme-besi dan protein yang cofactor untuk beberapa reaksi enzimatis
|
Penggolongan Mikroba
Berdasarkan Nutrisi Dan Oksigen
1. Berdasarkan sumber
karbon
Berdasarkan
atas kebutuhan karbon jasad dibedakan menjadi jasad ototrof dan heterotrof.
Jasad ototrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk anorganik,
misalnya CO2 dan senyawa karbonat. Jasad heterotrof ialah jasad yang memerlukan
sumber karbon dalam bentuk senyawa organik. Jasad heterotrof dibedakan lagi
menjadi jasad saprofit dan parasit. Jasad saprofit ialah jasad yang dapat
menggunakan bahan organik yang berasal dari sisa jasad hidup atau sisa jasad
yang telah mati. Jasad parasit ialah jasad yang hidup di dalam jasad hidup lain
dan menggunakan bahan dari jasad inang (hospes)-nya. Jasad parasit yang dapat
menyebabkan penyakit pada inangnya disebut jasad patogen.
2. Berdasarkan sumber
energi
Berdasarkan
atas sumber energi jasad dibedakan menjadi jasad fototrof, jika menggunakan
energi cahaya; dan khemotrof, jika menggunakan energi dari reaksi kimia. Jika
didasarkan atas sumber energi dan karbonnya, maka dikenal jasad fotoototrof,
fotoheterotrof, khemoototrof dan khemoheterotrof. Perbedaan dari keempat jasad
tersebut sbb:
|
Jasad
|
Sumber
Karbon
|
Sumber
energi
|
|
Fotoototrof
Fotoheterotrof
Khemotrof
khemoheterotrof
|
Zat anorganik
Zat organik
Zat anorganik
Zat organik
|
Cahaya matahari
Cahaya matahari
Oksidasi zat anorganik
Oksidasi zat organik
|
3. Berdasarkan sumber
donor elektron
Berdasarkan
atas sumber donor elektron jasad digolongkan manjadi jasad litotrof dan
organotrof. Jasad litotrof ialah jasad yang dapat menggunakan donor elektron
dalam bentuk senyawa anorganik seperti H2, NH3, H2S, dan S. jasad organotrof
ialah jasad yang menggunakan donor elektron dalam bentuk senyawa organik.
4. Berdasarkan sumber
energi dan donor elektron
Berdasarkan
atas sumber energi dan sumber donor elektron jasad dapat digolongkan menjadi
jasad fotolitotrof, fotoorganotrof, khemolitotrof, dan khemoorganotrof.
Perbedaan keempat golongan jasad tersebut sbb:
|
Jasad
|
Sumber
energi
|
Sumber
elektron donor
|
Contoh
|
|
Fotolitotrof
Fotoorganotrof
Khemolitotrof
Khemoorganotrof
|
Cahaya
Cahaya
Oksidasi zat
anorganik
Oksidasi zat organik
|
Zat
anorganik
Zat organik
Zat anorganik
Zat organik
|
Tumbuhan
tingkat tinggi, alga
Bakteri belerang fotosintetik
Bakteri besi, bakteri
hidrogen, bakteri nitrifikasi
|
5. Berdasarkan kebutuhan
oksigen
Berdasarkan
akan kebutuhan oksigen, jasad dapat digolongkan dalam jasad aerob, anaerob,
mikroaerob, anaerob fakultatif, dan kapnofil. Pertumbuhan mikroba di dalam
media cair dapat menunjukkan sifat berdasarkan kebutuhan oksigen.
Obligat aerob
Fakultatif anaerob Obligat anaerob Aerotoleran/Anaerob Mikroaerofil Jasad aerob
ialah jasad yang menggunakan oksigen bebas (O2) sebagai satusatunya aseptor
hidrogen yang terakhir dalam proses respirasinya. Jasa anaerob, sering disebut
anaerob obligat atau anaerob 100% ialah jasad yang tidak dapat menggunakan
oksigen bebas sebagai aseptor hidrogen terakhir dalam proses respirasinya.
Jasad mikroaerob ialah jasad yang hanya memerlukan oksigen dalam jumlah yang
sangat sedikit. Jasad aerob fakultatif ialah jasad yang dapat hidup dalam
keadaan anaerob maupun aerob. Jasad ini juga bersifat anaerob toleran. Jasad
kapnofil ialah jasad yang memerlukan kadar oksigen rendah dan kadar CO2
tinggi.
Interaksi Antar Jasad
Dalam Menggunakan Nutrien
Jika dua atau
lebih jasad yang berbeda ditumbuhkan bersama-sama dalam suatu medium, maka
aktivitas metabolismenya secara kualitatif maupun kuantitatif akan berbeda jika
dibandingkan dengan jumlah aktivitas masing-masing jasad yang ditumbuhkan dalam
medium yang sama tetapi terpisah. Fenomena ini merupakan hasil interaksi
metabolisme atau interaksi dalam penggunaan nutrisi yang dikenal sebagai
sintropik atau sintropisme atau sinergitik. Sebagai contoh ialah bakteri
penghasil metan yang anaerob obligat tidak dapat menggunakan glukosa sebagai
substrat, tetapi bakteri tersebut akan segera tumbuh oleh adanya hasil
metabolisme bakteri anaerob lain yang dapat menggunakan glukosa. Contoh lain
ialah biakan campuran yang terdiri atas dua jenis mikroba atau lebih sering
tidak memerlukan faktor tumbuh untuk pertumbuhannya. Mikroba yang dapat
mensintesis bahan selnya dari senyawa organik sederhana dalam medium, akan
mengekskresikan berbagai vitamin atau asam amino yang sangat penting untuk
mikroba lainnya.
Adanya
ekskresi tersebut memungkinkan tumbuhnya mikroba lain. Kenyataan ini dapat
menimbulkan koloni satelit yang dapat dilihat pada medium padat. Koloni satelit
hanya dapat tumbuh kalau ada ekskresi dari mikroba lain yang menghasilkan
faktor tumbuh esensiil bagi mikroba tersebut. Bentuk interaksi lain adalah cross
feeding yang merupakan bentuk sederhana dari simbiose mutualistik. Dalam
interaksi ini pertumbuhan jasad yang satu tergantung pada pertumbuhan jasad
lainnya, karena kedua jasad tersebut saling memerlukanm faktor tumbuh esensiil
yang diekskresikan oleh masing-masing jasad.
D. Kultur Kontinu (Kemostat dan
Tubislostat)
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.
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:
- Reservoir of steril medium (fresh)
- Flow rate regulator
- Air inlet
- Air filter
- Passage for inoculation
- Siphon and Overflow
- Growth camber
- 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).
Keterangan :
- Reservoir of steril medium
- Valve controling flow of medium
- Outlet for spent medium
- Foto sel
- Sumber cahaya
- 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, 2001. Peranan Mikroorganisme dalam Kehidupan Kita.
Malang:
Universitas Muhammadiyah Malang.
Budiyanto MAK, 2002. Mikrobiologi Terapan. Malang: Universitas
Muhammadiyah Malang Press.
Budiyanto MAK, 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas
Muhammadiyah Malang Press.
Budiyanto, MAK. 2005. Mikrobiologi
Umum. Malang: Universitas Muhammadiyah
Malang
Press.
Darneti. 2006. Pengantar
Mikrobiologi. Andalas University Press : Padang.
Dwidjoseputro.1998. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Djambatan : Jakarta.
Hadioetomo, Sri Ratna. 1993. Mikrobiologi Dasar Dalam Praktek. PT.Gramedia :
Jakarta.
Irianto, Koes. 2007. Mikrobiologi. Bandung:
Yrama Widya.
Jawetz. 2001. Mikrobiologi Kedokteran. Salemba
Medika. Jakarta.
Mangunwidjaja, Djumali. 2006. Rekayasa Bioproses. Bandung: IPB Press.
Pelczar, Michael. 2005. Dasar-Dasar Mikrobiologi. UI-Press : Jakarta.
Pratiwi, Slyvia T. 2006. Mikrobiologi Farmasi. Erlagga : Jakarta.
Purwoko,Tjahjadi. 2007. Fisologi Mikroba. Bumi Aksara : Jakarta.
2011 pukul 11.45 WITA di Samarinda
Rachdie. (2006). Faktor
Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba.
Schlegel, Hans. 1994. Mikrobiologi Umum Edisi Keenam.
Gajah Mada University
Press.
Yogyakarta.
Stanier Roger, Edward Alderberg dan John Ingraham. 1982. Dunia
Mikroba 1.
Bharata
Karya Aksara. Jakarta.
Waluyo, Lud. 2005. Mikrobiologi Umum. Universitas
Muhammadiyah Malang
Prees.
Malang.
