BAHAN AJAR REKAYASA PROSES PDF

Preview

Summary

REKAYASA PROSES DISUSUN OLEH: IRMAYANTI, S.TP.,MT Nidn 1301108602` PRODI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH BANDA ACEH 2018 Lembar Kerja Praktikum Teknologi Fermentasi Jurusan Teknologi Industri Pertanian-FTP-Universitas Serambi Mekkah KATA PENGANTAR...

Description

REKAYASA PROSES DISUSUN OLEH: IRMAYANTI, S.TP.,MT Nidn 1301108602`

PRODI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH BANDA ACEH 2018 Lembar Kerja Praktikum Teknologi Fermentasi Jurusan Teknologi Industri Pertanian-FTP-Universitas Serambi Mekkah

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin. Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena hanya berkat rahmat, hidayah dan karunia-Nya penulis berhasil menyelesaikan penyusunan bahan ajar Rekayasa Proses ini. Salawat dan salam tak lupa pula kami haturkan kehadirat Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari alam kebodohan ke dalam yang penuh dengan ilmu pengetahuan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada Dekan Fakultas Pertanian, Ketua Prodi Teknologi Industri Pertanian dan Ketua Prodi Teknologi Pangan yang telah mendukung dalam penulisan bahan ajar ini, serta terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penyusun dalam menyelesaikan bahan ajar ini. Penulis merasa bahwa penyusunan bahan ajar ini sangat penting khususnya untuk mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Serambi Mekkah dan dapat dijadikan sebagai salah satu literatur dibidang pengajaran dan penelitian dalam bidang Rekayasa Proses terhadap produk pertanian. Penyusunan bahan ajar ini merupakan suatu tugas yang mulia dalam membagi dan mengembangkan ilmu pengetahuan serta informasi untuk seluruh pembaca. Bahan ajar ini disusun berdasarkan kondisi mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian yang disusun dengan sederhana dan mudah dipahami. Banda Aceh, 24 Februari 2018 Penyusun

Lembar Kerja Praktikum Teknologi Fermentasi Jurusan Teknologi Industri Pertanian-FTP-Universitas Serambi Mekkah

DAFTAR ISI          

Kata Pengantar Daftar Isi Bioindustri Bioteknologi Bahan Tambahan Makanan Perkembangan Pengolahan Makanan Pengawetan Makanan Menggunakan Radiasi Pengaruh Pengolahan Terhadap Zat Gizi Pemanfaatan Jasad Renik Sebagai Sumber Protein Sel Tunggal Teknologi Pengemasan Modern

Lembar Kerja Praktikum Teknologi Fermentasi Jurusan Teknologi Industri Pertanian-FTP-Universitas Serambi Mekkah

BIOINDUSTRI IRMAYANTI, S.TP., MT

IRMAYANTI, S.TP., MT [email protected] PRODI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN MATA KULIAH REKAYASA PROSES Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Aplikasi Bioteknologi dalam bidang industri Bioteknologi adalah prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis yang menghasilkan barang dan jasa. Bioindustri adalah salah satu bagian dari bioteknologi, yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Definisi Bioindustri • Bioindustri secara umum adalah: • Aplikasi bioteknologi dalam bidang industri

• Keywords: bioteknologi & industri • Bioteknologi: • Prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan barang dan jasa.

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Definisi Bioindustri • Jadi BIOINDUSTRI adalah salah satu bagian dari bioteknologi , yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (skala industri) serta memperhitungkan kajian ekonomi dan untung rugi suatu proses produksi • Point Penting: 1. 2. 3.

Penerapan agen biologis (mikroorganisme) Skala Produksi Besar (Skala Industri) Adanya Kajian Ekonomi

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Ruang Lingkup Bioindustri • Skala Aplikasi Bioteknologi 1. Laboratorium 

2.

Skala Pilot 

3.

Tahap seleksi mikroorganisme (baik tanaman maupun hewan) Penerapan kondisi operasi optimum

Skala Industri 

Proses produksi dengan pertimbangan ekonomi industri

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Ruang Lingkup Bioindustri • Bioteknologi modern untuk penelitian dan pengembangan produk fermentasi harus dapat diaplikasikan pada: 1. Bahan Baku 

2.

Proses 

3.

Memperbaiki bahan baku untuk proses tradisional Pengembangan bioreaktor

Kultur Mikroba 

Memperkaya aplikasi mikroba

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan Baku Fermentasi • Hasil Pertanian • Sereal, buah-buahan, sayuran, kacang-kacangan • Hasil Peternakan • Susu sapi, daging • Hasil Perkebunan • Kopi, coklat, tebu • Limbah Industri • Molase, jerami, dedak, kulit kopi, kulit coklat, sabut kelapa, ampas tahu, ampas biji yang telah diambil minyaknya, air limbah, sampah Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Syarat Bahan Fermentasi • Mudah didapat • Jumlah besar • Harga murah • Ada substitusinya

SUMBER MIKRO-ORGANISME INDUSTRI

1.

Sumber Alami : tanah, air sungai, laut, tanaman, hewan, limbah, kotoran, dll.

2.

Koleksi kultur: lembaga tempat menyimpan dan memelihara mikro-organisme

NAMA KOLEKSI KULTUR DUNIA

Tempat ATTC CBS CCM CDDA CIP CMI DSM FAT IAM NCIB

America Type Culture Collection Centraal Bureau VoorSchimmelculture Czechoslovak collection of microorganism Canadian Department of Agriculture Collection of The Institute Pasteur Commonwealth Mycological Institute Deutsche Samlung Von Microorganism Faculty of Agriculture Tokyo University Institute of Applied Microbiology National Collection of Industrial Bacterial

Rockville, USA Baarn, Netherland Canada, Otawa Paris Kew, UK Gottigen, Jerman Tokyo Univ of Tokyo Aberdeen, Scot London, UK

Bahan baku Fermentasi • Setiap mikroorganisme memerlukan: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Air Sumber Energi Sumber Karbon Sumber Nitrogen Mineral Oksigen (jika aerobik)

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan baku Fermentasi • Air • Merupakan komponen utama fermentasi • Yang harus diperhatikan: • pH • Garam terlarut • Bahan buangan terlarut

• Penyiapan air • deionisasi, penambahan garam, dll

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan Baku Fermentasi • Sumber energi • Berasal dari oksidasi media atau cahaya • Sebagian besar mikroorganisme industri adalah chemoorganotrophs • Sumber energi banyak berasal dari sumber karbon

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan Baku Fermentasi • Sumber Karbon • Faktor yang mempengaruhi pemilihan sumber karbon: • Harga , contoh: pembuatan etanol dimana 60-70% biaya produksi berasal dari bahan baku • Kemurnian sumber karbon, contoh; ion logam harus dihilangkan dari karbohidrat pada proses dengan asam sitrat • Metode preparasi media, khususnya pada proses sterilisasi pada karbohidrat • Peraturan pemerintah, contoh penggunaan gula sebagai konsumsi

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan Baku Fermentasi • Sumber Karbon • Sumber karbon: • • • • • • • •

Karbohidrat Minyak dan lemak Molase Whey susu Hidrokarbon Glukosa Laktosa dll Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Bahan Baku Fermentasi • Sumber Nitrogen • 3-15% berat mikrobia adalah nitrogen • Sumber nitrogen secara umum: • • • •

Nitrat Urea Amonia (sebagai kontrol pH dan sumber nitrogen) Garam-garam amonium

Bahan Baku Fermentasi • Mineral • Dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme • Contoh mineral penting: • Magnesium, fosfor, potasium, sulfur, kalsium, klorin

• Mineral lain yang biasanya keberadaannya merupakan impuritis dalam bahan • Kobalt, besi, zinc, mangan, tembaga

Bahan Baku, Produk , Mikro Bahan Baku

Produk

Mikroorganisme

Susu

Sour milk product, curdled milk, sour cream, yoghurt, kefir, koumiss, sour cream butter, cheese

LAB, yeasts, acetic acid bacteria, fungi

Meat

Fermented sausage

Fungi, yeasts, LAB, staphylococci, streptomyces Fungi, yeasts,LAB, staphylococci

HAM Fish

Fish sause, fermented fish silage

Olives, cabbage, cucumber, Fermented olive, tomato, and other saurerkraut, pickled Company Logo cucumber

Staphylococci, vibrio costicola, LAB LAB www.thmemgallery.com

Bahan baku, produk , mikro Bahan Baku

Produk

Mikroorganisme

Dough and batters made from cereals

Sourdough, yeast dough, kisra

LAB, yeast vide infra

Malt, Koji, made from cereals and grains

Beer, sake

LAB, Yeasts, Fungi

Beer, wine

Vinegar

Acetic acid bacteria

Grape and other fruits

Wine

Yeast, LAB, fungi

Soy, locust bean

Soy sauce, tempe

LAB, Bacilli, fungi, yeast

Grass, maize, potato

Silage

LAB

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Kabutuhan Oksigen Aerob:

Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya membutuhan oksigen bebas Anaerob: Mikroorganisme yang untuk pertumbuhannya hanya atau tumbuh baik jika tidak ada oksigen bebas. Organisme menggunakan oksigen hasil pemecahan substrat Mikroaerofil: Mikroorganisme yang hanya dapat tumbuh baik jika konsentrasi oksigen hanya tersedia dalam jumlah kecil Fakultatif anaerob/aerob: Mikroba yang dalam pertumbuhannya tergantung pada konsentrasi oksigen yang ada dalam medium Aerotoleran anaerob: Organisme yang selalu dapat tumbuh pada keadaan anaerob -- it ignors the presence of oxygen. Kapneat mikroba: Organism yang untuk pertumbuhannya memerlukan 3 - 10% CO2 Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Pengaturan lingkungan untuk pertumbuhan bakteri

Contoh: organisme yang untuk pertumbuhannya memerlukan 3% - 10% CO2

Obligat anaerob. Tidak dapat tumbuh jika terdapat oksigen. Oksigen terdapat dalam jumlah kecilpun toksik Contoh: Bacteroides spp.

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Aplikasi Bakteri Bakteri Fermentasi No.

Nama produk atau makanan

Bahan baku

Bakteri yang berperan

1.

Yoghurt

susu

Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus

2.

Mentega

susu

Streptococcus lactis

3.

Terasi

ikan

Lactobacillus sp.

4.

Asinan buah-buahan

buah-buahan

Lactobacillus sp.

5.

Sosis

daging

Pediococcus cerevisiae

6.

Kefin

susu

Lactobacillus bulgaricus dan Srteptococcus lactis

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Aplikasi Bakteri Nama Produk

Bakteri yang Berperan

Bir, Roti, wine, keju, Daging termermentasi

Latic acid bacteria

Vinegar

Spesies Acetobacter

Insektisida

Bacillus thuringiensis

Asam amino

Klebsiela aerogenes

Aseton

Spesies clostridium

Etanol, gliserol

Zymomonas mobilis

Xantan

Xhantomonas campastris

Selulosa (nata)

Acetobacter xylinum

Enzym α-amylase

Bacillus substilis Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Protein Sel Tunggal (PST Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk manusia mulai dikembangkan pada awal tahun 1900. Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutan Single Cell Protein (SCP) atau Protein Sel Tunggal. Menurut Tannembaum (1971), Protein Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme, seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang dan protozoa. Sebenarnya ada dua istilah yang digunakan untuk produk mikroba ini, yaitu PST (Protein Sel Tunggal) dan Microbial Biomass Product (MBP) atau Produk Biomassa Mikrobial (PBM). Bila mikroba yang digunakan tetap berada dan bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan PBM. Bila mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan PST. Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berfotosintesa

Ganggang dan bakteri tergolong mikroba berfotosintesa yang digunakan untuk memproduksi protein sel tunggal. Pertumbuhan berfotosintesa ganggang yang diingikan, seperti Chlorella, Scenedesmus, dan Spirulina , adalah menurut reaksi sebagai berikut : Karbon dioksida + air + ammonia atau nitrat + mineral → sel ganggang + oksigen

Tabel proses pilihan untuk membuat protein sel tunggal pada ganggang. Organism Bahan Mentah Produksi e Chlorella CO₂ (dengan 2 metrik sp. foto-2 sintesa); ton/hari sirup tebu, tetes (non-fotosintesa)

Scenedes mus acutus

CO₂, urea (dengan fotosintesa)

Produsen atau Pengembang Taiwan Chlorella Manufacture Co. Ltd, Taipei

20mg/m2/ha Central Food ri Technological Research Institute, mysore, India

Spirulina CO₂, atau 320 metrik maxima NaHCO3 (dengan ton/tahun fotosintesa)

Sosa Texcoco, SA, Mexico City

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

PST adalah salah satu aplikasi dari Bioteknologi • Bioteknologi konvenional :  Pemanfaatkan microorganisme dalam menghasilkan alkohol, asam asetat, gula dll.  Microorganisme dapat mengubah bahan pangan.  Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi.  Adanya penggunaan makhluk hidup

• Bioteknologi modern  Memanfaatkan prinsipprinsip ilmiah melalui penelitian.  Menghasilkan produk secara efektif dan efisien.  Didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

•Sejak tahun 1910 di Berlin PST dari Khamir telah yang dikenal dengan sebutan “food yeast” telah diproduksi selama perang Dunia I dan II. •”food yeast” digunakan di Jerman, Jepang dan Rusia dalam bentuk tepung, pasta, sirup atau dikeringkan.

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Mikroorganisme berperan

•

Khamir Saccharomyces cerevisiae Candyda lipolytica C. utilis

•

• Bakteri Hydrogenomonas sp Cellulomonas sp Thermomonaspora fusca

Kapang Aspergillus fumigatus Trichoderma viride Fusarium sp

•

Ganggang Scenedesmus acutus Spirulina maxima

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Kelebihan •Produksi protein lebih cepat dan efisien dibandingkan produksi protein nabati atau hewani •Nilai gizi PST lebih tinggi dibandingkan protein nabati karena komposisi asam amino lebih lengkap •Produksi PST tidak memerlukan tempat yang luas dibandingkan produksi protein nabati atau hewani •Produksi PST tidak dipengaruhi kondisi luar karena kondisi fermentasi dapat diatur •Proses produksi PST fleksibel karena dapat digunakan berbagai substrat dan mikroorganisme

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Kelemahan •Kandungan asam nukleat tinggi •Mikroorganisme mungkin mengadsorbsi komponen beracun atau karsinogenik yang terdapat di dalam substrat •Dinding sel mikroorganisme kadang-kadang mengandung komponen yang tidak dapat dicerna dan bersifat racun atau menyebabkan alergi •Fluktuasi harga dan persediaan substrat yang tidak tetap

Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

6. Diagram proses / Tahapan produksi PST

BIOTEKNOLOGI

IRMAYANTI, S.TP., MT [email protected] PRODI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN MATA KULIAH REKAYASA PROSES Fakultas Teknologi Pertanian Prodi TIN Universitas Serambi Mekkah

Apa itu Bioteknologi? Bioteknologi berasal dari kata: Bios

hidup; Teuchos

alat; Logos

ilmu

Bioteknologi: Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Atau Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia.

2

BIOTEKNOLOGI

Pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan mahluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia MIKROBIOLOG I

ENZIMOLOGI BIOLOGI SEL

BIOKIMIA GENETIKA

TEKNIK KIMIA

Teknik-teknik dalam Bioteknologi Fermentation Analisis Genetik Seleksi dan Pemuliaan Analisis DNA Kultur Sel dan Jaringan Rekayasa Genetik atau DNA Rekombinan

6

Fermentation Menggunakan mikroba untuk mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol Digunakan pada: Bioteknologi klasik Industri farmasi Biopulping Bahan bakar Bioplastik 7

Analisis Genetik Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene diwariskan dari generasi ke generasi danbagaimana gen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat Dapat digunakan untuk: Diagnosis

Pertanian Bahan bakar

8

Seleksi dan Pemuliaan Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan dan pemilihan individu atau populasi yang diinginkan sebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru Dapat digunakan untuk: Bioteknologi klasik (fermentasi) Produksi bahan pangan Bioplastik

9

Analisis DNA PCR (Polymerase chain reaction) copy segmen DNA RFLP Mapping pada DNA

dapat membuat

mendeteksi keberadaan suatu gen

Dapat digunakan untuk:

Diagnosis suatu penyakit Konseling genetik Terapi gen 10

Kultur Sel dan Jaringan

Menumbuhkan tanaman atau jaringan hewan atau sel secara steril di dalam tabung reaksi atau tabung gelas lainnya Dapat digunakan untuk: Perbanyakan tanaman

Kapas

Produksi tanaman transgenik Produksi bahan kimia Penelitian kedokteran Kedelai 11

Rekayasa Genetika Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapat tidak saling berkerabat satu sama lain

Dapat digunakan untuk: Produksi bahan pangan Industri farmasi Konseling genetik Terapi gen 12

Perbedaan antara pemuliaan selektif dan rekayasa genetika ---------------------------------------------------------------------------------------------------Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika ---------------------------------------------------------------------------------------------------Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul Ketepatan

Sekumpulan gen

Kepastian

Perubahan genetik Perubahan bahan sulit atau tidak genetik dikarakterisasi mungkin dikarakterisasi dengan baik

Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai dalam satu spesies atau satu genus

Satu gen tunggal

Tidak ada batasan taksonomi

----------------------------------------------------------------------------------...