KINETIKA PERTUMBUHAN

KINETIKA PERTUMBUHAN
MIKROBA
Oleh : Nancy Siti Djenar


I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Mikroba tumbuh dalam suatu spektrum lingkungan fisik dan kimiawi yang sangat luas. Sehingga pertumbuhan dan kegiatan fisiologik lainnya merupakan suatu respon terhadap lingkungan fisiko-kimiawinya.
Pertumbuhan mikroba bukan hanya menggambarkan pertumbuhan sel aktif, tetapi juga kegiatan sel-sel istirahat dan sel mati. Pertumbuhan mikrobial biasanya dicirikan dengan waktu yang dibutuhkan untuk menggandakan massa sel atau jumlah sel.
Kinetika pertumbuhan mikroba secara batch terdiri dari beberapa fasa yang menunjukkan bahwa sel mikroba bervariasi terhadap waktu. Pada umumnya pertum-buhan diukur dengan peningkatan massa, sehingga laju pertumbuhan spesifik, µ dapat digunakan. Nilai besaran µX adalah laju pertumbuhan volumetrik (produktivitas volumetrik) dalam berat/ vol.t.

1.2. Tujuan
Secara umum mahasiswa diharapkan :
Berkompeten dalam mengkaji dan memantau fenomena pertumbuhan mikroba
Secara khusus mahasiswa diharapkan :
1. Ketrampilan dalam pembuatan kultur mikroba, inokulum/starter, teknik aseptik dapat dikuasai dengan benar
2. Ketrampilan untuk melakukan sampling pengukuran populasi sel secara periodik dapat dilakukan dengan benar
3. Ketrampilan dalam melakukan evaluasi populasi mikroba dengan berbagai teknik ( berat kering sel, spektrofotometri, kurva baku ) dapat dilakukan dengan benar
4. Ketrampilan dalam menerapkan hubungan antara jumlah sel (X) dengan waktu (t) dapat dilakukan dengan benar
5. Ketrampilan dalam mengkaji fasa-fasa pertumbuhan mikroba dapat dilakukan dengan benar
6. Ketrampilan dalam mendapatkan nilai laju pertumbuhan spesifik (µ) dengan menggunakan grafik ln X terhadap t dapat dilakukan dengan benar

II. LANDASAN TEORI
Pertumbuhan suatu mikroba dapat ditinjau dari dua segi, yaitu pertumbuhan sel secara individu dimana adanya penambahan volume sel dan pertumbuhan kelompok sebagai satu populasi dimana merupakan akibat dari adanya pertumbuhan individu , misal dari satu sel menjadi dua, dari dua menjadi empat dst hingga berjumlah banyak.
Pada pertumbuhan populasi bakteri misalnya, merupakan penggambaran jumlah atau massa sel yang terjadi pada saat tertentu. Untuk mengkaji pertumbuhan mikroba perlu dilakukan evaluasi populasi mikroba dengan teknik yang sesuai.
Beberapa metode yang biasa dipakai adalah sebagai berikut.
1. Penetapan konsentrasi sel melalui perhitungan langsung di bawah mikroskop, perhitungan dengan biakan, counter dan berat kering sel
2. Penetapan melalui metode turbidimetri dan spektrofotometri.

Penambahan dan pertumbuhan jumlah sel mikroba secara batch dapat digambarkan dalam bentuk kurva pertumbuhan sebagai berikut




Kurva pertumbuhan suatu mikroba merupakan gambaran dari fase pertumbuhan secara bertahap sejak awal hingga berhenti mengadakan aktivitas.
Selama fase adaptasi (lag), perubahan bentuk dan pertumbuhan jumlah individu tidak secara terlihat karena sedang terjadi penyesuaian untuk suatu aktivitas di dalam lingkungan yang mungkin baru. Selama periode ini tak terjadi penangkaran sel , oleh karena itu ;


Dengan X0 = konsentrasi sel pada t = 0 dan laju pertumbuhan (g/l x jam) sama dengan nol, maka


Setelah setiap individu menyesuaikan diri dengan lingkungan baru selama fase lag, maka mulai mengadakan perubahan bentuk dan meningkatkan jumlah individu (sel) sehingga kurva meningkat dengan tajam (menanjak). Keadaan ini disebut dengan fase eksponensial atau logaritmik. Fase ini harus diimbangi dengan banyak faktor, antara lain: faktor biologis, yaitu bentuk dan sifat mikroba terhadap lingkungan yang ada serta faktor non-biologis yaitu kandungan nutrien di dalam media, suhu, kadar oksigen, pH dsb. Pada fase logaritmik laju pertumbuhan sel mencapai maksimum. Dengan pertumbuhan sel yang mantap maka laju pertumbuhan spesifik, µ tetap, komposisi sel tetap, sedangkan komposisi kimiawi media biakan berubah akibat terjadinya sintesis produk dan penggunaan substrat. Selama fasa eksponensial, laju pertumbuhan dX/dt mening-kat berbanding dengan X. Penyajian secara logaritmik, log X = f(t) menghasilkan garis lurus. Laju pertumbuhan spesifik tetap dan mencapai nilai maksimal, yaitu


Dengan membuat grafik antara ln X terhadap t, maka diperoleh

tg α = µ




Pada saat substrat atau persenyawaan tertentu yang diperlukan untuk pertumbuhan dalam media biakan mendekati habis dan terjadi penumpukan produk-produk penghambat, maka terjadi penurunan laju pertumbuhan, dX/dt.
Pada fasa stasioner, konsentrasi biomasssa mencapai maksimal. Pertumbuhan berhenti dan menyebabkan terjadinya modifikasi struktur biokimiawi sel. Fasa penurunan ditandai oleh berkurangnya jumlah sel hidup (viable) dalam media akibat terjadinya kematian (mortalitas) yang diikuti otolisis oleh enzim selular. Pada beberapa bakteri pada fasa ini terjadi pembentukan endospora, contoh Bacillus dan Clostridium.
Untuk mikroba penghasil metabolit antara lain antibiotik dua fasa terakhir ini mempunyai arti penting. Dengan demikian aktivitas biokimiawi sel dapat dimodifi-kasi dengan pengendalian mekanisme pengaturan spesifik.

III. PERCOBAAN

3.1. Bahan dan Alat yang digunakan

3.1.1. Bahan yang digunakan
a. 10 ml air garam steril
b. 90 ml media cair/ kaldu nutrien steril
c. 100 ml inokulum mikroba yang telah diaktifkan selama 24 jam, suhu ruang di dalam shaker incubator
d. 400 ml media cair/ kaldu nutrien steril
e. Satu tabung media agar miring berisi mikroba
f. Kertas grafik

3.1.2. Alat yang digunakan
a. Pipet steril 10ml
b. Erlenmeyer/reaktor 500 ml
c. Erlenmeyer 250 ml
d. Kuvet spektrofotometer
e. Spektrofotometer
f. Microcentrifuge
g. Tabung sentrifuga 2 ml
h. Lampu spiritus
i. Neraca analitik
j. Oven
k. Shaker incubator
l.. Tissue, label

3.2. Rancangan Percobaan
3.2.1. Pembuatan Inokulum dan Media Pertumbuhan Mikroba



3.3. Prosedur Kerja
Catatan penting : Seluruh tahapan pekerjaan harus dilakukan secara aseptik

3.3.1 Pembuatan inokulum dan media pertumbuhan mikroba
a. Masukkan 10 ml air garam steril kedalam satu buah tabung agar miring yang berisi kultur mikroba. Kocok perlahan-lahan
b. Masukkan kultur diatas kedalam erlenmeyer yang berisi media cair/kaldu nutrien sebanyak 90 ml.
c. Aktifkan campuran diatas selam 24 jam pada suhu 300C di dalam shaker incubator. Campuran ini untuk selanjutnya dinamakan inokulum.
d. Masukkan inokulum ke dalam erlenmeyer/reaktor yang telah berisi 400 ml media cair nutrien steril.
e. Campuran di dalam reaktor ini untuk selanjutnya disebut media pertumbuhan mikroba. Media ini digunakan untuk membuat kurva pertumbuhan mikroba.

3.3.2. Pembuatan Kurva Pertumbuhan mikroba dengan metode spektrofotometri
a. Cari panjang gelombang maks (λmax) antara 550 – 650 nm dengan menggunakan inokulum sebagai larutan standar. Untuk larutan blanko digunakan media cair nutrien.
b. Buat kurva baku antara absorbansi A terhadap berat sel kering X (mg/ml) (data telah tersedia)
c. Pada to diambil/disampling sejumlah kultur cair dari reaktor (sesuai dengan ukuran kuvet). Kemudian diukur absorbansinya (A) pada λmax
d. Reaktor diatas segera diinkubasi di dalam shaker incubator,suhu 30 ºC
e. Ulangi sampling diatas pada 30 menit ke 2 dan seterusnya hingga diperoleh kurva sampai pada fasa stasioner
catatan : waktu sampling disesuaikan dengan jenis mikroba yang digunakan
f. Plotkan semua data A ke dalam kurva baku sehingga diperoleh nilai berat sel kering (X)
g. Plotkan semua data berat sel kering (X) diatas terhadap waktu sehingga diperoleh fasa-fasa pertumbuhan mikroba
h. Ubah nilai X ke ln X sehingga diperoleh hubungan antara ln X dengan t
i. Buat grafik antara lnX terhadap t sehingga didapat tg α = µ
j. Laju pertumbuhan spesifik,µ (t-1 ) dari mikroba dapat ditentukan

3.3.3. Pembuatan kurva pertumbuhan mikroba dengan metode penentuan berat sel kering (langsung)
a. Siapkan alat microcentrifuge
b. Timbang setiap tabung sentrifuga kosong dengan neraca analitik
c. Untuk to ambil 1,5 ml kultur cair yang berasal dari reaktor (media pertumbuhan mikroba, sub sub bab 3.3.2) dan masukkan ke dalam tabung sentrifuge
d. Keringkan tabung sentrifuga diatas di dalam oven dengan suhu 55 – 60 ºC sampai memperoleh sel kering
e. Kemudian timbang tabung sentrifuga tersebut dengan neraca analitik sampai memperoleh berat yang tetap
f. Hitung berat sel kering (X) yang diperoleh
g. Ulangi sampling diatas pada 30 menit ke 2 dan seterusnya hingga diperoleh kurva sampai fasa stasioner
catatan: waktu sampling disesuaikan dengan jenis mikroba yang digunakan
h. Plotkan semua data berat sel kering (X) diatas terhadap waktu sehingga diperoleh fasa-fasa pertumbuhan mikroba
i. Ubah nilai X ke ln X sehingga diperoleh hubungan antara ln X dengan t
j. Buat grafik antara ln X terhadap t sehingga didapat tg α = µ
k. Laju pertumbuhan spesifik µ (t -1 ) dari mikroba dapat ditentukan

3.4. Data Kurva Baku Berat Sel Kering (X) Mikroba Terhadap Absorbansi (A)




IV. KESELAMATAN KERJA
Mengingat bahaya serta sifat bahan biologis yang digunakan, maka untuk keselamatan kerja perlu diperhatikan hal hal tersebut dibawah ini :
1. Praktikan wajib mengenakan alat keselamatan kerja a.l; lab-jas, masker, penutup kepala, sarung tangan. Hal ini dilakukan agar mikroba yang akan dibiakkan tidak terhirup.
2. Memperlakukan kultur mikroba harus hati-hati. Teknik aseptik harus dilakukan dengan benar sehingga tidak terjadi kontaminasi khususnya bila mikroba yang digunakan bersifat pathogen.
3. Menggunakan alat pembakar spiritus harus hati-hati untuk menghindari terjadinya kebakaran.
4. Sebelum praktikum dimulai praktikan sangat disarankan sarapan dan minum susu.

V. CARA PENGOLAHAN DATA

5.1. Penyajian Data Hasil Percobaan

5.1.1. Metode Spektrofotometri :
catatan : penyajian data-data dalam bentuk tabel
a. Menyajikan data-data absorbansi (A) pd λ max terhadap waktu (t)
b. Menyajikan kurva baku berat sel kering (X) terhadap absorbansi (A)
c. Menyajikan data-data berat sel kering (X) hasil percobaan terhadap waktu (t)
d. Menyajikan data-data ln X hasil percobaan terhadap waktu (t)

5.1.2. Metode Berat Sel Kering (langsung)
a. Menyajikan data-data berat sel kering (X) hasil percobaan terhadap waktu (t)
b. Menyajikan data-data ln X hasil percobaan terhadap waktu (t)


5.2. Hal-Hal Yang Dibahas Dalam Laporan

5.2.1. Metode Spektrofotometri
a. Menyajikan kurva pertumbuhan mikroba ( hubungan antara A atau X terhadap t )
b. Membahas fasa-fasa pertumbuhan mikroba yang diperoleh dari kurva diatas
c. Menyajikan kurva yang menghubungkan antara ln X dengan t
d. Membahas mengenai µ yang diperoleh dari kurva antara ln X terhadap t.
e. Membahas mengenai faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kinetika pertumbuhan mikroba.
f. Membandingkan kedua metode yang digunakan diatas berdasarkan hasil yang diperoleh

5.2.2. Metode Berat Sel Kering
a. Menyajikan kurva pertumbuhan (hubungan antara X terhadap t)
b. Membahas fasa-fasa pertumbuhan yang diperoleh dari kurva diatas
c. Menyajikan kurva yang menghubungkan antara ln X dengan t
d. Membahas mengenai µ yang diperoleh dari kurva antara ln X terhadap t
e. Membahas mengenai faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kinetika pertumbuhan mikroba
f. Membandingkan kedua metode yang digunakan diatas berdasarkan hasil yang diperoleh



PUSTAKA

1. Teknologi Bioproses, Djumali M & Ani Suryani, Penebar Swadaya, 1994
2. Bioindustri Penerapan Teknologi Fermentasi, E.Gumbira Sa’id, PAU Bioteknologi IPB, 1987
3. Buku Petunjuk Praktikum Dasar Bioproses, Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negri Bandung, 2002.
4. Principles of Fermentation Technology, P F. Stanbury & A. Whitaker, Pergamon Press, 1984.