28/06/2018 1 FERMENTASI PRODUK NON TRADISIONAL I. BIOSINTESIS METABOLIT PRIMER • Metabolit primer : persenyawaan-persenyawaan yang merupakan produk akhir atau produk antara yang dihasilkan dari proses metabolisme sel, mempunyai berat molekul rendah, sebagai penyusun molekul yang lebih besar atau dikonversi menjadi koenzim. • Contoh : asam organik, nukleotida dan vitamin • Tidak diproduksi secara berlebih karena pada sebagian mikrobia dapat menghambat pertumbuhan dan kadang-kadang mematikan • Mikrobia yang dapat hidup pada kondisi produksi metabolit primer berlebih, potensial dikembangkan sebagai galur dengan produktivitas tinggi.
34
Embed
FERMENTASI PRODUK NON TRADISIONAL...Gluconobacter, Acetobacter yang toleran asam adalah A. aceti Hasil oksidasi etanol yang tidak sempurna 1 mol ethanol 1 mol asam asetat 12% acetic
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
28/06/2018
1
FERMENTASI PRODUK NON
TRADISIONAL
I. BIOSINTESIS METABOLIT PRIMER
• Metabolit primer : persenyawaan-persenyawaan yang merupakan
produk akhir atau produk antara yang dihasilkan dari proses
metabolisme sel, mempunyai berat molekul rendah, sebagai
penyusun molekul yang lebih besar atau dikonversi menjadi
koenzim.
• Contoh : asam organik, nukleotida dan vitamin
• Tidak diproduksi secara berlebih karena pada sebagian mikrobia
dapat menghambat pertumbuhan dan kadang-kadang mematikan
• Mikrobia yang dapat hidup pada kondisi produksi metabolit primer
berlebih, potensial dikembangkan sebagai galur dengan
produktivitas tinggi.
28/06/2018
2
VITAMIN
Vitamins: tidak dapat disintesis oleh organisme tingkattinggi, tetapi mikrooganisme mampu mensintesisnya
Produsen Riboflavin utama DSM Nutritional Products (Switzerland)and Hubei Guangji (Hubei Province, China), menggunakan B. subtilishasil rekayasa genetika, dan BASF (awalnya di Germany, tapi saat iniada di Korsel), menggunakan A. Gossypii hasil rekayasa genetika
Produksi Vitamin B2
Fase I penggunaan glukosa, akumulasi pyr, pH asam, pertumbuhan terhenti, belum dihasilkan Riboflavin
Fase II penurunan pyr, peningkatan ammonia, pH meningkat, produksi Riboflv dalam bentuk FAD dan FMN
Fase III autolysis, pemecahan sel, pelepasan FAD, FMN dan riboflavin bebas
Sumber Karbon : glucose, acetate, methanol, aliphatic hydrocarbons
Produksi Vitamin C (Asam Askorbat)
28/06/2018
6
D-glucose (200g)
Submerged bioreactor fermentation
D-sorbitol
sorbitol dehydrogenase
L-Sorbosechemical oxidation
2 keto L gulonic acid
Enol form of 2 keto L gulonic acid
acid treatment
L-ASCORBIC ACID (100g)
Acetobacter xylinum, A,suboxydans
Glucuronic acid
Gluconolactone
L-Gluconolactone
L-ASCORBIC ACID
L-Gluconolactonedehydrogenase
Reichstein Grussner synthesis
Erwinia sp.Acetobacter sp.Gluconobacter sp.
2,5-diketogluconic acid
2-keto L-gluconic acid
L-ASCORBIC ACID
Corynebacterium sp.
2,5-diketogluconic acidreductase
2,5-diketogluconic acidReductase of Corynebacterium into Erwinia herbicola
DSM Nutritional Products (Switzerland) dan BASF (Germany)� produsen utama dunia
Trisporic acid: bertindak sebagai hormon sex mikroba, meningkatkan produksiββββ-Ionone: meningkatkan sintesis β-carotene melalui peningkatan aktivitas enzimPurified deodorized kerosene meningkatkan kelarutan substrat yang bersifat hidrofobik
Recovery: Miselia yang kaya akan β− carotene digunakan sebagai feed additiveMiselia dikeringkan dengan metanol, diekstraksi dalam methylene chloride dandikristalisasi sehingga dihasilkan produk dengan kemurnian 70-85%
stimulators
28/06/2018
7
Mikroalga hijau yang bersifat halofilik Dunaliella salina � dapat
mengakumulasikan pigmen dalam globula minyak pada ruang intertilakoid
kloroplast � melindunginya dari photoinhibition dan photodestruction.
Pembentukan pigmen yang berlebihan akan terjadi jika terjadi stress
seperti suhu tinggi, kekurangan nitrogen atau fosfat, kelebihan karbon,
intensitas cahaya yang tinggi dan konsentrasi garam tinggi.
Biomasa D. salina yang dikeringkan yang mengandung 10–16% karotenoid
terutama b-karoten � sudah dijual secara komersial. Bentuk kristal dari
ekstraksi menggunakan minyakedible juga sudah dijual secara komersial
Metabolit Promer : Asam Organik
Asam organik diproduksi melalui metabolisme karbohidrat � terakumulasi
pada cairan di dalam fermenter � kemudian dipisahkan dan dipurifikasi
GlycolysisKrebs cycle
I. Produk Akhir lactic acid
(pyruvate, alcohol)
Propionic acid
II. Oksidasi gula yang tidak sempurna citric acid
(glucose) Itaconic acid
Gluconic acid
III. Dehydrogenasi alkohol dengan O2 acetic acid
Diproduksi dalam skala besar sebagai produk murni atau dalam bentuk garam
VINEGAR: 4% v/v asam asetat dengan alkohol, garam, gula, dan ester ����flauoring agent pada saus dan kecap dan juga sebagai pengawet
Wine, malt, whey (Fermentasi permukaan (surface) atau submerged)
Surface: trickling generator; bahan yang akan difermentasi disemprotkan dipermukaan, dilewatkan melalui wadah berisi asam asetat dan bakteri, suhu proses 30-35 oC � selama 3 hari.
Submerged: stainless steel, diaerasi dengan pompa penghisap, produksi 10 x lebihtinggi
Clostridium thermoaceticum (dari kotoran kuda) � dapat menggunakan
gula dengan C5
2C5H10O5 ---� 5CH3COOH
Substrat lain : fructose, xylose, lactate, formate, dan pyruvate, �
digunakans ebagai sumber karbon dengan harga lebih murah, dan dapat
dikurangi lagi jika sumber karbon yang digunakan merupakan cellulosic
renewable.
Bakteri asidogenik khusu adalah Clostridium aceticum, C.
Enzim-enzim metaloprotein : CODH mengandung nickel, iron, dan sulfur;FDH mengandung iron, selenium, tungsten, dan sejumlah kecilmolybdenum; dan corrinoid enzyme (komponen vitamin B12)mengandung cobalt.C. thermoaceticum tidak memerlukan asam amino khusus
1mol
2moles
2moles
1mol
1molCODH
28/06/2018
12
ASAM LAKTAT
Technical grade
20-50%
Produksi esterIndustri Textil
Food grade>80%
Food additive (Tepung dan adonan asam)
Pharmaceutical grade
>90%
Perlakuan Intestinal(metal ion lactates)
Glucose
G3P NAD+
NADH +H+1,3-biphosphoglycerate
G3P dehy-drogenase
Pyruvate
Lactic acid
LDH(Lactate dehydrogenase)
ASAM LAKTAT
2 bentuk isomer L(+) dan D(-) serta campuan DL- asam laktat
Pertama sekali diisolasi dari susu, saat ini sudah diproduksi oleh mikroba
Heterofermentasi Homofermentasi
produksi asam laktat + lainnya hanya memproduksi asam laktat
1 mol glukosa menghasilkan 2 mol asam laktat ; terutama L-asam laktat
ASAM GLUKONAT
1. Digunakan pada produksi stainless steel, leather2. Food additive untuk breverages3. Digunakan dalam terapi Ca danFe4. Na gluconate digunakan sebagai sequestering agent pada detergents5. Desizing polyester atau polyamide
Konsentrasi glukosa yang tinggi dan pH diatas 4H2O2 � antagonist untuk mikroorganisme lainnya
Proses fermentasi submergedMenggunakan glokosa jagungH 4.5-6.528-30oC selama 24jamPeningkatan suplay O2 akan meningkatkan produksi
ITACNIC ACID
1. Digunakan pada industri plastik dan kertas2. Industri adhesif
Aspergillus itoconicus dan A.terreus
Cis-aconitic acid mengalami decarboxylation
Itaconic acid Itatartaric acid
(-) Ca akan meningkatkan produksi
Itaconic acid Oxidase
28/06/2018
15
1. Metabolit Primer Yang Merupakan Produk Antara
• Pada jalur reaksi metabolik sederhana yang
tidak bercabang, produk akhir pada tingkat
konsentrasi tertentu bertindak sebagai
penghambat pada rangkaian reaksi.
• Dengan membatasi sintesis produk akhir,
maka produk antara akan terakumulasi
(Gambar 1).
Enzim a1 Enzim b Enzim c Enzim d
A B C D E
Enzim a2
Gambar 1. Produksi senyawa antara yang berlebihan pada jalur reaksi sederhana
yang tidak bercabang
• Pada tingkat konsentrasi tertentu, produk akhir E menghambat kerja
enzim a1 dan a2 yang mengkatalis senyawa A menjadi B. Senyawa C
dapat diproduksi lebih banyak jika tidak diubah menjadi D. Pada mutan
auksotrop, enzim c tersedia dalam jumlah yang sedikit sehingga tidak
cukup untuk mengubah C menjadi D. Bila ke dalam media ditambahkan
senyawa E pada tingkat konsentrasi suboptimum (di bawah konsentrasi
yang bisa menimbulkan efek penghambatan umpan balik), maka
mikrobia tersebut dapat tetap hidup dan C diproduksi berlebih. Mutan auksotrop= mutan yang tidak menghasilkan metabolit atau menghasilkan dalam jumlah sedikit
28/06/2018
16
• Contoh : untuk menghasilkan Inosin
Monofosfat (IMP) pada jalur reaksi bercabang
dari biosintesis purin oleh mutan auksotrop
adenin : Corynobacterium glutanicum dan
Brevibacterium ammoniagenes yang
kekurangan enzim S-AMP sintetase 31�
Furuya dkk (1968)
(Gambar 2)
Gambar 2. Senyawa antara IMP pada jalur bercabang yang diproduksi secara
berlebihan.
28/06/2018
17
• Dari Gambar 2 :
Hasil akhir AMP dan GMP secara kumulatif
menghambat aktivitas dan sintesis PPMP
amidotransferase. AMP juga menghambat aktivitas S-
AMP sintetase, sehingga tidak bisa memproduksi AMP.
Tanpa AMP mutan tersebut tidak bisa tumbuh
sehingga perlu penambahan AMP dengan konsentrasi
sub optimumsehingga mutas dapat tumbuh dan IMP
dapat diproduksi secara berlebihan karena hanya
sedikit yang dimetabolisir lebih lanjut.
2. Metabolit Primer Yang Merupakan Produk Akhir Pada Jalur
Reaksi Bercabang
• Pada jalur reaksi bercabang, maka produk akhir dari salah satu cabang
dapat diproduksi secara berlebihan jika produksi akhir dari cabang lainnya
ditekan.
• Contoh : pada produksi asam amino lisin oleh C.glutanicum yang
kekurangan homoserin dihidrogenase (Gambar 3).
28/06/2018
18
Gambar 3. Fermentasi lisin oleh C.glutamicum
• Dari Gambar 3 :
Lisin dan threonin secara bersama-sama menghambat
aspartokinase. Dengan rekayasa genetika, diperoleh mutan
auksotrop yang kekurangan homoserin dehidrogenase
sehingga threonin tidak dihasilkan dalam jumlah cukup untuk
menghambat enzim aspartokinase. Bila threonin
ditambahkan dalam jumlah suboptimal, maka mikrobia tetap
tumbuh dan lisin diproduksi dalam jumlah berlebihan : 50
g/liter.
28/06/2018
19
Tabel 1. Beberapa mutan auksotrop penghasil asam amino