Makalah Peran Mikroba Dalam Industri

Peran Mikroba Dalam Industri

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Bioteknologi merupakan suatu kajian yang berhubungan dengan penggunaan organisme hidup atau produknya dalam proses industri berskala besar. Bioteknologi mikroorganisme adalah aspek bioteknologi industri yang berhubungan dengan proses yang melibatkan mikroorganisme. Bioteknologi mikroorganisme kadang-kadang disebut mikrobiologi industri, suatu bidang yang lama dan sudah diperbaharui pada beberapa tahun terakhir ini karena penambahan teknik rekayasa genetika.

Mikrobiologi industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikroba sebagai komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikroba dalam proses, yang bertujuan untuk menghasilkan produk bernilai ekonomi dan bermanfaat. Mikrobiologi industri awalnya dimulai dengan proses fermentasi alkohol, seperti pada pembuatan “beer” dan “wine” (minuman dibuat dari buah anggur). Proses mikrobial dikembangkan untuk produksi bahan farmasi seperti antibiotika, produksi makanan tambahan seperti asam amino, serta produksi enzim, dan produksi industri kimia seperti butanol dan asam sitrat (Dwidjoseputro, 1992).

Tidak semua mikroorganisme yang ada dapat digunakan dalam industri. Mikroorganisme yang diisolasi dari alam memperlihatkan pertumbuhan sel seperti komponen fisiologi utamanya, sedangkan mikroorganisme industri merupakan organisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat membuat satu atau banyak produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri merupakan salah satu yang sudah diisolasi dengan teknik tradisional, mikroorganisme tersebut menjadi organisme yang sangat ‘termodifikasi” sebelum memasuki industri berskala-besar (Suriawiria, 1995).

Penentuan produk industri menggunakan jasa mikroorganisme sangat tergantung dari sifat-sifat mikroorganisme yang dipilih. Mikroorganisme yang dipilih harus memenuhi kriteria-kriteria, antara lain: memiliki sifat-sifat yang stabil, mampu tumbuh pesat, tidak patogenik, memiliki sifat potensial menjamin proses biotransformasi berlangsung sesuai dengan tujuan yang diharapkan. Mikroorganisme yang terpilih ini berupa galur-galur unggul. Sedangkan penentuan media dan bagian pengendali proses lainnya disesuaikan dengan spesifikasi sifat mikroorganisme serta enzim-enzimnya (Haffandi, 2011).

Berdasarkan latar belakang diatas, dalam makalah ini akan dibahas mengenai mikrobiologi industri yang meliputi mikroorganisme yang berperan dalam mikrobiologi industri, faktor-faktor dan syarat-syarat yang harus dipenuhi serta bagaimana peranan mikroba sebagai penghasil produk dalam bidang industri.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dikemukakan beberapa masalah yang akan dikaji dalam makalah ini, yaitu sebagai berikut.

1. Mikroorganisme apa saja yang berperan dalam industri?
2. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi mikroorganisme dalam industri?
3. Apakah syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri?
4. Bagaimana peranan mikroba dalam mikrobiologi industri?

C. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tulisan ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mengetahui mikroorganisme apa saja yang berperan dalam industri.
2. Untuk mengetahui Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi mikroorganisme dalam industri.
3. Untuk mengetahui syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri.
4. Untuk mengetahui bagaimana peranan mikroba dalam mikrobiologi industri.

D. Manfaat Penulisan

I. Bagi Mahasiswa

Dapat menambah pengetahuan mengenai mikroorganisme yang berperan dalam penghasil produk di bidang industri, faktor-faktor yang mempengaruhi proses mikrobiologi industri serta syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri.

II. Bagi Masyarakat

Dapat memberikan pengetahuan kepada masyarakat mengenai proses-proses yang terjadi dalam pembuatan berbagai produk olahan yang dalam pembuatannya menggunakan bantuan mikroorganisme.

Bab II. Pembahasan

A. Mikroorganisme yang Berperan dalam Industri

1)    Bakteri

Ada berbagai macam bakteri yang berperan penting dalam industri khususnya proses fermentasi, antara lain sebagai berikut (Anonim, 2010):

   1.      Acetobacter acetii

            Bakteri ini penting dalam produksi asam asetat yang mengoksidasi alkohol sehingga menjadi asam asetat. Banyak terdapat pada ragi tapai, yang menyebabkan tapai yang melewati 2 hari fermentasi akan menjadi berasa asam.

   2.      Acetobacter xylinum

Bakteri ini digunakan dalam pembuatan nata de coco. Acetobacter xylinum mampu mensintesis selulosa dari gula yang dikonsumsi. Nata yang dihasilkan berupa pelikel yang mengambang di permukaan substrat. Bakteri ini juga terdapat produk kombucha yaitu fermentasi dari teh.

   3.      Bacillus sp.

            Bacillus sp. merupakan genus dengan kemampuan yang paling luas. Pada mulanya hanya digunakan untuk menghasilkan enzim amilase. Namun kini berkembang untuk bioinsektisida yang diwakili Bacillus thuringiensis maupun untuk penanganan limbah Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium. Melalui rekayasa genetika, kini bakteri ini juga digunakan untuk produksi bahan baku plastik ramah lingkungan.

   4.      Bividobacterium sp.

            Bakteri ini bersifat anaerob dan digunakan sebagai mikroba probiotik. Produk probiotik dari bakteri ini biasanya berbentuk padat.

   5.      Lactobacillus sp.

            Bakteri ini cukup populer karena selain dapat digunakan dalam produksi asam lakat juga berperan dalam fermentasi pangan seperti yogurt, saurkeraut dan juga produk probiotik yang saat ini banyak diminati masyarakat. Probiotik merupakan mikrobia yang dikonsumsi untuk mengatur flora usus. Asam laktat dari bakteri ini dapat dibuat poli asam laktat sebagai bahan baku plastik ramah lingkungan.

1)        Khamir

Khamir ada yang yang bermanfaat dan ada pula yang membahayakan manusia. Khamir banyak dimanfaatkan dalam bidang industri yaitu proses fermentasi pada pembuatan roti, bir, wine, vinegar dan sebagainya. Khamir yang tidak diinginkan adalah yang ada pada makanan dan menyebabkan kerusakan pada saurkraut, jus buah, sirup, molase, madu, jelly, daging dan sebagainya.

Khamir yang memiliki peranan yang menguntungkan diantaranya sebagai berikut (Black, 2002):

   1.      Saccharomyces cerevisiae, merupakan khamir yang paling populer dalam pengolahan makanan. Khamir ini telah lama digunakan dalam industri wine dan bir. Dalam industri pangan, khamir digunakan dalam pengembang adonan roti dan dikenal sebagai ragi roti.

   2.      Saccharomyces roxii, adalah khamir yang digunakan dalam pembuatan kecap dan berkontribusi pada pembentukan aroma.

1)        Jamur

Jamur yang memiliki peranan yang menguntungkan diantaranya sebagai berikut (Pelczar, 1988): 

 1.    Aspergillus niger. Jamur ini digunakan dalam pembuatan asam sitrat. Asam sitrat merupakan salah satu asam organik yang banyak digunakan dalam bidang industri pangan  misalnya pada pembuatan permen dan minuman kemasan. Jamur ini sering mengontaminasi makanan misalnya roti tawar.

  2.    Rhizopus oryzae. Jamur ini penting pada pembuatan tempe. Aktivitas jamur Rhizopus oryzae menjadikan nutrisi pada tempe siap dikonsumsi manusia. Aktivitas enzim yang dihasilkan menjadikan protein terlarut meningkat. Produk tempe kini juga telah dikembngkan menjadi isoflavon yang penting bagi kesehatan.

 3.    Neurospora sitophila. Jamur ini merupakan sumber beta karoten pada fermentasi tradisional. Produk oncom yang dikenal di Jawa Barat adalah hasil fermentasi yang dilakukan Neurospora sitophila. Produksi spora untuk sumber beta karoten yang dapat disubstitusikan pada makanan juga telah diteliti. Selain mampu memberikan asupan, beta karoten juga merupakan sumber warna yang cukup menarik.

 4.    Monascus purpureus. Jamur ini dikalangan mikrobiolog jarang dikenal karena produk yang dihasilkan. Mula pertama jamur ini ditemukan di Jawa namun menjadi produk utama Cina dengan nama angkak. Angkak adalah fermentasi pada beras. Jamur ini menghasilkan pewarna alami yang umumnya digunakan pada masakan Cina. Saat ini telah ditemukan adanya zat aktif pada ngkak yang dapat membantu kesehatan dan telah dikemas dalam bentuk kapsul.

 5.    Penicillium sp. Jamur ini paling terkenal karena kemampuannya menghasilkan antibiotika yang disebut pensilin. Sejak pertama kali dikenal terus digunakan sampai sekarang. Jamur pengasil antibiotika saat ini telah banyak diketahui sehingga ragam antibiotik pun semakin banyak. Selain itu pembuatan antibiotika, spesies yang lain juga digunakan dalam pembuatan keju khusus.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mikroorganisme dalam Industri

Kegiatan mikroba dipengaruhi oleh faktor lingkungannya. Perubahan dilingkungan dapat mengakibatkan terjadinya perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroorganisme. Beberapa golongan mikroorganisme resisten terhadap perubahan lingkungan karena dengan cepat melakukan adaptasi dengan lingkungan. Faktor-faktor lingkungan yang sering mempengaruhi pertumbuhan mikroba antara lain (Anonim, 2010):

a)         Suhu

Suhu merupakan salah satu faktor penting dalam kehidupan mikroba. Beberapa mikroba mampu hidup dalam kisaran suhu yang luas. Terkait dengan suhu pertumbuhan maka dikenal suhu minimum, maksimum dan optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik untuk kehidupan mikroba. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan fisisologi yang paling rendah.

Atas dasar suhu perkembangannya mikroba dapat dibedakan menjadi 3 golongan, yaitu psikofil, mesofil dan termofil.

·         Mikroba psikofil/kriofil dapat tumbuh pada suhu antara 0^o C-30^o C, dengan suhu optimum 15^OC. Kebanyakan tumbuh ditempat-tempat dingin, baik di daratan maupun dilautan.

·         Mikroba mesofil mempunyai suhu optimum antara 25-37^oC, dengan suhu minimum 15^oC dan suhu maksimum antara 45-55^oC. Mikroba ini biasa hidup pada tanah dan perairan.

·         Mikroba termofil mempunyai suhu pertumbuhan antara 40-75^oC, dengan suhu optimum 55-60^oC.

b)        Kelembaban

Tiap jenis mikroba mempunyai kelembaban optimum tertentu. Pada umumnya khamir dan bakteri membutuhkan kelembapan yang lebih tinggi dibandingkan jamur. Banyak mikroba yang tahan tahan hidup dalam keadaan kering untuk waktu yang lama. Misalnya mikroba yang membentuk spora dan mentuk-bentuk Krista.

c)          pH

Berdasarkan pH yang ada, mikroba dikenal dengan asidofil, neurofil, dan alkalifil. Asidofil adalah mikroba yang dapat tumbuh pada pH antara 2,0-5,0. Mikroba neutrofil adalah mikroba yang mampu tumbuh pada kisaran pH 5,5-8,0 sedangkan mikroba alkalifil dapat tumbuh pada kisaran pH 8,4-9,5. Bakteri memerlukan pH 6,5-7,5, khamir memerlukan pH 4,0-4,5, sedangkan jamur mempunyai kisaran pH yang luas.

d)        Ion-ion logam

Ion-ion logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au dan Pb pada kadar yang sangat rendah dapat bersifat toksik. Daya bunuh logam berat pada kadar rendah disebut oligodinamik. Ion-ion logam dapat mengganggu sistem enzim sel. Misalnya Hg⁺⁺ akan bergabung dengan gugus sulfidril (-SH) dalam enzim sehingga aktivitas enzim dengan gugus aktif sulfidril akan terhambat aktivitasnya. Ion-ion Li⁺⁺ dan Zn⁺⁺ bersifat toksik bagi Lactobacillus dan Leuconostoc, namun demikian jika Ph diturunkan maka peracunan Li⁺⁺ dan Zn⁺⁺ dapat dikurangi.

e)         Iradiasi

Radiasi pengion dicirikan oleh energi yang sangat tinggi dan kemampuan penetrasi yang besar. Demikian juga sifat letalnya. Penggunaan radiasi pengion terutama pada bidang farmasi, kedokteran,proses industri, serta digunakan dalam bidang mikrobiologi, misalnya menggunakan sinar ultraviolet dan sinar gamma.

·       Sinar UV yang paling efektif dalam membunuh mikroorganisme adalah yang memiliki panjang gelombang yang dekat dengan 260 nm, dengan energi kuantum sekitar 4,9 Ev. Sinar dengan panjang gelombang dibawah 200 nm tidak efektif karena mudah diserap oleh oksigen atmosfir. Sinar dengan panjang gelombang 360-450 nm umumnya disebut UV gelombang panjang dan biasa digunakan untuk menstimulasi flourisensi, misalnya untuk menunjukkan adanya pigmen pseudomonas pada telur.

            Penggunaan lain UV pada bidang industri bahan makanan adalah pada ruang pendingin yang dipergunakan untuk menyimpan daging. Tujuannya dalah untuk menunda pertumbuhan mikroba permukaan. Iradiasi ultraviolet dengan internsitas 2 mW/cm² terhadap pseudomonas pada daging dapat mengurangi kecepatan pertumbuhannnya menjadi 85% bila dibandingkan dengan kontrol, dan akan menjadi 75% bila intensitas pada permukaan 24 mW/cm².

·       Sinar gamma, iradiasi gamma telah digunakan sebagai metode dalam pengawetan pangan di beberapa Negara seperti Belgia, Perancis, Jepang dan Belanda. Di Indonesia sendiri baru dilakukan dalam skala laboratorium. Proses dilakukan dengan penyinaran pangan dengan menggunakan kobalt radioisotope (60^oC). Iradiasi akan mempengaruhi fungsi metabolisme dan fragmentasi DNA yang dapat mengakibatkan kematian sel mikroba sehingga memperbaiki kualitas mikrobiologis pangan dengan mengurangi jumlah jasad perusak dan pathogen.

Selain faktor di atas, mikroba juga melakukan interaksi, sebab di alam jarang dijumpai mikroba yang hidup sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad lain. Interaksi antar mikroba dapat terjadi antara dua mikroba yang sama ukuran selnya (dua sel bakteri, dua sel protozoa) atau antara dua sel yang berbeda ukurannya (sel bakteri dengan sel protozoa). Dua sel yang ukurannya sama memiliki kebutuhan nutrisi yang kurang lebih sama, sebab susunan molekul suatu sel pada umumnya relatif sama. Berbeda halnya jika ukuran sel berbeda, kebutuhan ruang berbeda. Protozoa membutuhkan ruang ribuan kali lebih besar daripada bakteri. Begitu juga dengan kebutuhan nutrisinya. Contohnya interaksi antar Pseudomonas synoyanea dengan Sterptococcus lactis yang menyebabkan terjadinya warna biru pada susu.

2.3 Syarat-syarat yang Harus Dipenuhi dalam Proses Mikrobiologi Industri

Dari segi perindustrian, mikroba merupakan pabrik zat kimia yang mampu melakukan perubahan yang dikehendaki. Mikroba merombak bahan mentah dan mengubah bahan mentah menjadi suatu produk baru. Beberapa prasyarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri, antara lain (Waluyo, 2005):

  a.    Organisme

Organisme yang akan digunakan harus dapat menghasilkan produk dalam jumlah yang cukup banyak. Karakteristik penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang relatif singkat, memiliki sifat-sifat genetik yang stabil, mampu menghasilkan substansi yang menarik, serta dapat dipelihara dalam periode waktu yang sangat panjang di laboratorium. Mikroba yang digunakan dalam industri adalah kapang, khamir, bakteri, dan virus.

  b.    Medium

Substrat yang digunakan oleh organisme untuk membuat produk baru harus murah dan tersedia dalam jumlah yang banyak. Misalnya, limbah yang banyak mengandung nutrisi dari industri persusuan dan industri kertas untuk menghasilkan bahan-bahan yang bernilai tinggi.

  c.    Hasil

Fermentasi industri dilakukan dalam tangki-tangki yang besar kapasitasnya dapat mencapai 200.000 liter. Produk metabolisme mikroba biasanya merupakan campuran heterogen yang terdiri dari sel-sel mikroorganisme dalam jumlah yang sangat banyak, komponen-komponen medium yang tidak terpakai, dan produk-produk metabolisme yang tidak dikehendaki. Karena itu, harus dikembangkan metode-metode yang mudah dilaksanakan dalam skala besar untuk memisahkan dan memurnikan produk akhir yang diinginkan.

  d.   Tidak berbahaya bagi manusia, dan secara ekonomik penting bagi hewan dan tumbuhan.

  e.    Bersifat non-patogen dan bebas toksin, atau jika menghasilkan toksin harus cepat di-inaktifkan.

  f.     Mudah dipindahkan dari medium biakan. Di laboratorium, sel mikroorganisme pertama kali dipindahkan dengan sentrifugasi, tetapi sentrifugasi bersifat sulit dan mahal untuk industri skala-besar.

  g.    Mikroorganisme lebih disukai jika berukuran besar, karena sel lebih mudah dipindahkan dari biakan dengan penyaringan (dengan bahan penyaring yang relatif murah). Sehingga, fungi, ragi, dan bakteri berfilamen lebih disukai. Bakteri unisel, berukuran kecil sehingga sulit dipisahkan dari biakan cair.

  h.    Mikroorganisme industri harus dapat direkayasa secara genetik. Rekayasa genetika pada mikroba bertujuan untuk meningkatkan efektivitas kerja mikroba tersebut (misalnya mikroba untuk fermentasi, pengikat nitrogen udara, meningkatkan kesuburan tanah, mempercepat proses kompos dan pembuatan makanan ternak, mikroba prebiotik untuk makanan olahan), untuk menghasilkan bahan obat-obatan dan kosmetika, serta Pembuatan insulin manusia dari bakteri (Sel pankreas yang mempu mensekresi Insulin digunting, potongan DNA itu disisipkan ke dalam Plasmid bakteri) DNA rekombinan yang terbentuk menyatu dengan Plasmid diinjeksikan lagi ke vektor, jika hidup segera dikembangbiakkan.

2.4 Peranan Mikroba dalam Mikrobiologi Industri

A. Produksi Bahan Kimia Farmasi yang Bernilai Komersil

1. Antibiotika

Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri. Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme.

Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok Actinomycetes. Seringkali, sejumlah senyawa kimia berhubungan dengan keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika dapat dikelompokkan berdasarkan struktur kimianya. Sebagian besar antibiotika digunakan secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, meskipun sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar.

Tabel  1: Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial

a) Pencarian Antibiotika Baru

Bahan antibiotik yang sudah diketahui, lebih dari 8.000, dan beberapa ratus antibiotika ditemukan dalam beberapa tahun. Dan sejumlah peneliti mempercayai bahwa berbagai antibiotika baru dapat ditemukan lagi jika penelitian dilakukan terhadap kelompok mikroorganisme selain Streptomyces, Penicillium, dan Bacillus. Sekali diketahui urutan struktur gen mikroorganisme penghasil-antibiotika, dengan teknik rekayasa genetika memungkinkan pembuatan antibiotika baru.

Cara utama dalam menemukan antibiotika baru yaitu melalui screening. Dengan pendekatan tersebut, sejumlah isolat yang kemungkinan mikroorganisme penghasil-antibiotika yang diperoleh dari alam dalam kultur murni, selanjutnya isolat tersebut diuji untuk produksi antibiotika dengan bahan yang diffusible, yang menghambat pertumbuhan bakteri uji. Bakteri yang digunakan untuk pengujian, dipilih dari berbagai tipe, dan mewakili atau berhubungan dengan bakteri patogen.

Prosedur pengujian mikroorganisme untuk produksi antibiotika adalah metode gores silang, pertamakali digunakan oleh Fleming. Dengan program pemisahan arus, ahli mikrobiologi dapat dengan cepat mengidentifikasi, apakah antibiotika yang dihasilkan termasuk baru atau tidak. Sekali ditemukan organisme penghasil antibiotika baru, antibiotika dihasilkan dalam sejumlah besar, dimurnikan, dan diuji toksisitas dan aktivitas terapeutiknya kepada hewan yang terinfeksi. Sebagian besar antibiotika baru gagal menyembuhkan hewan uji, dan sejumlah kecil dapat berhasil dengan baik. Akhirnya, sejumlah antibiotika baru ini sering digunakan dalam pengobatan dan dihasilkan secara komersial.

Tabel 2. Klasifikasi antibiotika sesuai dengan struktur kimianya