Pertumbuhan Mikroba, Kinetika, Perhitungan, Populasi, Kultur, Rumus, Fase, Metode, Faktor

Artikel dan Makalah tentang Pertumbuhan Mikroba, Kinetika, Perhitungan, Populasi, Kultur, Rumus, Fase, Metode, Faktor - Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau volume serta ukuran sel. pd organisme prokariot seperti bakteri, pertumbuhan merupakan pertambahan volume dan ukuran sel dan jg sebagai pertambahan jumlah sel. pd jasad bersel banyak (multiseluler), pembelahan sel tak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya.
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pertumbuhan mikroba dapat dibedakan antara pertumbuhan masing-masing individu sel dan pertumbuhan kelompok sel atau pertumbuhan populasi. Pertumbuhan tersebut dapat diukur secara langsung maupun tak langsung. Pengukuran langsung kan diperoleh jumlah keseluruhan mikrobia, baik yg hidup maupun yg mati, sedangkan pengukuran tak langsung hanya menghitung mikrobia yg hidup. Pengukuran langsung dilakukan secara mikroskopis yaitu dgn menghitung jumlah bakteri dlm satuan isi yg sangat kecil. Alat yg digunakan adalah Petroff-Hauser Chamber atau Haemocytometer. Pengukuran tak langsung dapat dilakukan dgn metode plate count, MPN maupun dgn pengukuran turbiditas dgn menggunakan spektrofotometer.
Kinetika pertumbuhan populasi mikroba dapat dilihat berdasarkan sistem biakannya yaitu pd biakan sistem tertutup (batch culture) dan biakan sistem terbuka (continous culture). pd biakan sistem tertutup, pengamatan pertumbuhan populasi mikrobia dlm waktu yg cukup lama memberikan gambaran melalui kurva pertumbuhan, terdapat fase-fase pertumbuhan. Pertumbuhan sel bakteri biasanya mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan sigmoid. Fase pertumbuhan dimulai pd fase log, fase eksponensial, fase stasioner, dan fase kematian.
Sistem biakan terbuka digunakan untuk mempertahankan sel pd fase pertumbuhan eksponensial. Sistem biakan terbuka mempunyai ciri berupa ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pd nilai konstan menggunakan khemostat. Khemostat digunakan dgn mengatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas). Nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N atau faktor tumbuh.
Pertumbuhan mikrobia tak lepas dari pengaruh faktor-faktor lingkungan. Perubahan lingkungan dapat mengakibatkan perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikrobia. Beberapa kelompok mikrobia sangat resisten terhadap perubahan faktor lingkungan. Mikrobia tersebut dapat dgn cepat menyesuaikan diri dgn kondisi baru tersebut. Faktor lingkungan meliputi faktor-faktor abiotik (fisika dan kimia), dan faktor biotik. Oleh karena itu bahasan mengenai kinetika pertumbuhan serta faktor-faktor yg berpengaruh terhadap pertumbuhan perlu dikaji lebih lanjut.
1.2. Tujuan
Penulisan yg membahas tentang tema kinetika pertumbuhan mikrobia bertujuan untuk:

1. Menjelaskan dan menggambarkan bentuk kinetika pertumbuhan populasi mikroba pd batch culture dan continuous culture.
2. Menjelaskan cara penghitungan pertumbuhan populasi mikroba.
3. Mengetahui faktor-faktor yg mempengaruhi kinetika pertumbuhan mikroba.

BAB IIISI
2.1. Kinetika Pertumbuhan Mikroba
Kinetika pertumbuhan mikroba digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat pertumbuhan mikroorganisme. Sifat pertumbuhan mikrobia dapat digambarkan dlm bentuk kurva pertumbuhan populasi mikroba yg ditumbuhkan dlm batch culture atau continuous culture.
2.2. Kinetika Pertumbuhan Mikroba dlm Batch Culture
Penumbuhan mikroba dlm sistem batch culture merupakan sistem kultur tertutup (menggunakan tabung reaksi atau flask) tanpa adanya penambahan medium baru ke dlm kultur. Mikrobia dlm sistem tertutup mengalami 4 fase pertumbuhan, secara berurutan meliputi fase lag, fase eksponensial, fase stasioner dan fase kematian. Pertumbuhan mikrobia dlm sistem tertutup menyebabkan fase eksponensial mikrobia sangat terbatas (Brock, 2012). Tipe pertumbuhan mikrobia dlm batch culture dapat dilihat pd Gambar 1.
Gambar 1. Kurva Pertumbuhan Populasi Mikroba dlm Batch Culture. pd Gambar 1 menggambarkan jumlah berat kering sel mikroba (dlm bentuk log) yg ditumbuhkan dlm periode inkubasi (waktu) tertentu. Mikroba kan mengalami fase pertumbuhan populasi berdasarkan laju peningkatan jumlah individu mikroba selama waktu tertentu (Scragg, 1988).
a. Fase Lag
Fase lag merupakan waktu yg dibutuhkan mikrobia untuk tumbuh beradaptasi di dlm medium baru. Adaptasi mikrobia dilakukan untuk mensintesis enzim-enzim yg dibutuhkan untuk pertumbuhan lebih lanjut. pd fase lag terjadi pertambahan massa dan volume sel mikrobia. Panjang atau pendeknya interval fase lag tergantung pd jenis inokulum mikrobia, medium yg sedikit nutrisi dan kondisi pertumbuhan mikrobia saat diinokulasikan.
Ada 3 alasan mikrobia kembali ke fase lag, yaitu:

1. Inokulum hidup yg digunakan berasal dari kultur medium lama (saat mikrobia dlm fase stasioner) dipindahkan ke dlm komposisi medium baru yg sama. Keadaan mikrobia kembali ke fase lag karena mikrobia sudah tak memiliki metabolit penting untuk menunjang kehidupannya. Oleh karena itu, mikrobia membutuhkan rentang waktu untuk melakukan biosintesis kembali. Mikrobia yg diinokulasikan mengalami kerusakan sel (tak mati) akibat perubahan suhu, radiasi atau bahan kimia toxic. Fase lag dibutuhkan mikrobia untuk memperbaiki kerusakan sel nya.
2. Populasi mikrobia yg diinokulasikan berasal dari medium kaya nutrisi dipindahkan ke dlm medium yg sedikit nutrisinya. Mikrobia membutuhkan waktu untuk menghasilkan enzim baru yg digunakan untuk mensintesis metabolit essensial.
3. Populasi mikrobia tak kan mengalami fase lag jika inokulum yg digunakan berasal dari populasi mikrobia yg mengalami pertumbuhan fase eksponensial dan ditumbuhakan pd kondisi medium yg sama (Brock, 2012).

b. Fase Eksponensial
pd fase eksponensial, populasi mikrobia mengalami pembelahan paling tinggi dan konstan dlm waktu generasi yg pendek. Waktu generasi mikrobia merupakan waktu yg dibutuhkan sel mikrobia untuk membelah menjadi 2 sel. Setiap sel mikrobia kan membelah 2x lipat sehingga peningkatan jumlah populasi selalu 2n, n adalah jumlah generasi. Pertambahan jumlah sel dlm populasi disebut sebagai pertumbuhan mikrobia.
pd fase eksponensial, awalnya sel mikrobia membelah secara pelan kemudian penambahannya semakin meningkat cepat. Secara matematis memiliki rumus:
Nt = N₀2ⁿ (1)
Nt : jumlah sel setelah tumbuh selama waktu t
t : waktu pertumbuhan selama fase eksponensial
N₀: jumlah sel mula-mula selama fase eksponensial
2 : bilangan tetap (pembelahan biner)
n : jumlah generasi (pembelahan)
Berikut contoh pertambahan populasi mikrobia yg dapat di lihat pd Gambar 2.
Gambar 2. Pertumbuhan Eksponensial Populasi Mikrobia, A. contoh penggandaan sel mikrobia yg membelah setiap 20 menit, B. grafik penggandaan sel mikrobia, garis merah dlm skala Aritmetik dan garis biru dlm skala Logaritmik. (Dikutip dari Prescott, 1999: 115) Skala logaritmik menunjukkan jumlah sel dan skala aritmetik menunjukkan waktu inkubasi. Titik perpotongan antara skala logaritmik dgn skala aritmetik menunjukkan adanya pertumbuhan eksponensial dan populasi mengalami penggandaan dlm interval waktu konstan. Penghitungan waktu generasi dapat digunakan rumus berikut:
Nt = N₀2ⁿ
log Nt = log N₀ + n log 2
log Nt – log N₀ = n log 2
n = log Nt – log N₀ = log Nt – log N₀ (2) —————— —————— log 2 0.301
menggunakan rumus tersebut maka dapat di cari nilai n. Waktu generasi (g) pd pertumbuhan ekponensial diperoleh dari:
g = t/n (3)
di mana t adalah waktu pertumbuhan (dlm hari/jam/menit).
Rerata pertumbuhan dlm batch culture dapat dinyatakan dlm bentuk konstanta kecepatan pertumbuhan rerata (k).
k = n/t
k = log Nt – log N₀ ——————- 0.301(t)
Jika populasi mengganda maka t = g
= log (2N₀) – log N₀ ———————– 0.301 (g)
= log 2 + log N₀ – log N₀ —————————- 0.301 (g)
k = 1/g (4)
g = 1/k (5)
(waktu generasi berbanding terbalik dgn kecepatan pertumbuhan rerata) (Prescott, 1999).
Rata-rata kecepatan pertumbuhan pd fase eksponensial sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan (seperti nutrisi, kondisi inkubasi), seperti halnya karakteristik genetik suatu mikrobia. pd umumnya, prokariot lebih cepat tumbuh daripada eukariot dan eukariot yg berukuran kecil lebih cepat tumbuh daripada yg ukurannya lebih besar. Hal ini karena sel yg berukuran kecil memiliki kapasitas penyerapan nutrisi dan pembuangan sisa metabolisme lebih besar daripada sel yg berukuran besar. Kondisi tersebut mempercepat proses metabolisme yg kan mempengaruhi kecepatan pertumbuhan mikrobia. Pertumbuhan yg lebih cepat pd prokariot (bakteri) menyebabkan waktu generasinya lebih pendek dibandingkan eukariot (Brock, 2012).
Biomassa sel mikrobia dapat dihitung melalui konstanta kecepatan pertumbuhan spesifik (µ), berikut:
dX / dt = µX (1)
dX : perubahan biomassa selama waktu dt
dt : perubahan waktu
X : biomassa sel (jumlah sel/komponen sel spesifik (protein))
µ : konstanta kecepatan pertumbuhan
dlm bentuk logaritma dgn bilangan dasar e, maka:
Xt / t = µX₀
µ (t) = Xt / X₀
µ = (ln Xt – ln X₀) / t
µ(t) = ln Xt – ln X₀
ln Xt = µ(t) + ln X₀ (2)
Xt = Xo (e µt) (dlm bentuk antilogaritma) (3)
Kerapatan populasi dlm t dapat diperkirakan dgn µ sebagai konstanta pertumbuhan. Parameter untuk konstanta pertumbuhan populasi secara eksponensial adalah waktu generasi (waktu penggandaan). Penggandaan populasi terjadi saat Xt/Xo = 2, sehingga rumus menjadi :
Xt = X₀ (e µt) (dlm bentuk antilogaritma)
Xt / X₀ = e µt
2 = e µt
ln 2 = ln e µt
0,693 = µt (t=g)
0,693 = µg (5)
0,693 = µ (1/k)
µ = 0,693 k (6)
Xt : jumlah sel setelah t
X₀ : jumlah sel awal
t : waktu pertumbuhan diamati
μ dan k, keduanya menggambarkan proses pertumbuhan yg sama dari peningkatan populasi secara eksponensial. Perbedaannya μ merupakan konstanta kecepatan pertumbuhan yg digunakan untuk memperkirakan kecepatan pertumbuhan populasi dari masing-masing aktivitas sel individual dan dapat digunakan untuk mengetahui dinamika pertumbuhan secara teoritis, sedang k adalah nilai rata-rata populasi pd periode waktu terbatas, yg menggambarkan asumsi rata-rata pertumbuhan populasi.
c. Fase Stasioner
Mikrobia mengalami pertumbuhan yg terbatas dan konstan selama fase stasioner. pd fase stasioner, pembelahan sel yg terjadi sangat lambat. Jumlah pembelahan sel dgn sel yg mati seimbang, sehingga jumlah sel relatif konstan (pertumbuhan 0). Pertambahan jumlah sel yg sebanding dgn kematian sel disebut dgn fenomena pertumbuhan kriptik.
pd fase ini, sel mikroba tetap aktif melakukan metabolisme energi dan proses biosintesis lainnya. Metabolit sekunder banyak dihasilkan mikrobia pd fase ini. Fase stasioner terjadi karena beberapa alasan yaitu:

1. Terbatasnya nutrisi essensial dlm kultur yg mulai berkurang,
2. Bagi organisme aerobik, ketersediaan O2 dlm medium mulai berkurang,
3. Banyaknya sisa metabolisme yg tertimbun dlm medium kultur sehingga pertumbuhan mikroba terhambat (Brock, 2012 dan Prescott, 1999).

4. Fase Kematian
Fase kematian terjadi jika terjadi perubahan lingkungan menjadi tak menguntungkan, seperti berkurangnya nutrisi essensial dlm medium dan meningkatnya akumulasi zat toksik dlm medium. Grafik fase kematian seperti grafik fase eksponensial yaitu logaritmik (kematian sel tiap jam adalah konstan). Sel mikrobia yg mati kan mengalami lisis (Prescott, 1999).
2.3. Kinetika Pertumbuhan Mikroba dlm Continuous Culture
dlm kultivasi mikroba menggunakan teknik continuous culture, mikroba ditumbuhkan secara terus menerus pd fase paling optimum untuk fase pertumbuhan yaitu fase eksponensial dimana sel membelah diri dgn laju yg konstan, massa menjadi dua kali lipat mengikuti kurva logaritmik. Hal ini dilakukan dgn memberi nutrisi secara terus menerus sehingga mikroba tak pernah kekurangan nutrisi. Penambahan nutrisi/media segar ke dlm bioreaktor dilakukan secara kontinyu, dimana dlm waktu yg sama larutan yg berisi sel dan hasil produk hasil metabolisme dikeluarkan dari media dgn volume yg sama dgn substrat yg diberikan. Kondisi tersebut menghasilkan keadaan yg stedy state dimana pembentukan sel-sel baru sama dgn sel-sel yg dikeluarkan dari fermentor. pd kondisi steady state konsentrasi nutrisi, konsentrasi sel, laju pertumbuhan dan konsentrasi produk tak berubah walaupun waktu fermentasi makin lama. Laju pertumbuhan spesifik dipengaruhi oleh perbandingan antara laju aliran medium dan volume kultur disebut dgn “Laju Dilusi (D)” dimana

D = F/V
Keterangan:
F : Laju aliran
V : Volume
D : Laju dilusi
dgn menggunakan continuous culture, sel mikroba atau produk metabolitnya dapat dipanen secara kontinyu. Continuous culture cocok untuk diterapkan pd sistem produksi metabolit sel mikroba yg tak berpengaruh pd pertumbuhan selnya itu sendiri. Untuk industri bioteknologi berkapasitas besar, continuous culture menghasilkan efisiensi produksi yg lebih tinggi dibandingkan dgn batch culture asalkan produk yg dihasilkan tak berpengaruh negatif terhadap mikroba penghasilnya. Gambar 3. Teknik continuous culture. Continuous culture memiliki beberapa kelebihan sebagai berikut:

1. Produktivitas lebih tinggi, disebabkan lebih sedikit waktu persiapan bioreaktor persatuan produk yg dihasilkan, laju pertumbuhan & konsentrasi sel dapat dikontrol, pemasokan oksigen dan pembuangan panas dapat diatur, dgn demikian hanya butuh pabrik lebih kecil (pengurangan biaya modal untuk fasilitas baru).
2. Dapat dijalankan pd waktu yg lama.
3. Cocok untuk proses yg kontaminasinya rendah dan produk yg berasosiasi dgn pertumbuhan.
4. Pemantauan dan pengendalian proses lebih sederhana.
5. tak ada akumulasi produk yg menghambat.

Kekurangannnya antara lain: aliran umpan yg lama, resiko kontaminasi besar (operasi harus hati-hati & desain peralatan lebih baik), peralatan untuk operasi dan pengendalian proses harus biasa tetap bekerja baik untuk waktu yg lama, memerlukan mikroba dgn kestabilan genetik tinggi, karena kan digunakan pd waktu yg lama (Irianto, 2007).
Pemberian nutrient secara kontinyu dan untuk mempertahankan keadaan steady state dlm teknik kultivasi ini dapat dilakukan dgn dua macam cara, yaitu: khemostat dan turbidostat.
a. Khemostat
Teknik continuous culture dgn menggunakan kemostat dilakukan dgn menambahkan nutrien melalui sebuah tangki sedemikian rupa sehingga komposisi nutrient di dlm fermentor tempat kultivasi mikrobia selalu dlm keadaan tetap. Hal ini dapat dicapai dgn mengatur kecepatan aliran medium baru ke dlm fermentor disesuaikan dgn aliran medium keluar fermentor untuk di panen.
Di dlm sistem ini sel dapat dipertahankan terus menerus pd fase pertumbuhan eksponensial atau fase pertumbuhan logaritma. Continuous culture mempunyai ciri ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pd nilai konstan menggunakan khemostat. Untuk mengatur proses di dlm khemostat, diatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas). Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N atau faktor tumbuh. pd sistem ini , ada aliran keluar untuk mempertahankan volume biakan dlm kemostat sehingga tetap konstan (Scragg, 1988):
dgn sistem ini, sel seolah-olah dibuat dlm keadaan setengah kelaparan, dgn nutrien pembatas. Kadar nutrien yg rendah menyebabkan kecepatan pertumbuhan berbanding lurus dgn kadar nutrien atau substrat tersebut.
1. Hubungan laju dilusi dgn konsentrasi sel
Sifat-sifat kemostat dan pertumbuhan steady-state dapat ditunjukkan dgn sejumlah rumus yg berhubungan dgn jumlah sel dan konsentrasi nutrien pembatas terhadap laju alir suplai medium sebagai faktor yg beroperasi secara independen. Hal ini dilakukan dgn menjaga keseimbangan materi dan pembatasan substrat dlm bioreaktor (Scragg, 1988).
Akumulasi sel = sel masuk – sel keluar + pertumbuhan – kematian Keterangan :
F = laju alir suplai medium (1.h^-1);
V = konstanta volume reaktor yg bekerja (1);
X₀ = konsentrasi sel dlm medium suplai (g.1-1);
X = konsentrasi sel dlm reaktor
µ = laju petumbuhan spesifik
α = laju kematian spesifik
Gambar 4. Kultur mikroba dlm Kemostat. dgn kemostat single-stage, suplai medium biasanya bersifat steril (dgn asumsi tanpa penggunaan kembali sel sebelumnya) dan µ > α, sehingga persamaannya dapat disederhanakan menjadi: dimana F/V diistalahkan sebagai laju dilusi, D, yg merupakan jumlah volume kultur yg melewati reaktor setiap jam, sehingga persamaannya dapat ditulis ulang sebagai berikut: Selama pertumbuhan steady state, dX / dt = 0, maka μ = D.
2. Hubungan antara konsentrasi substrat dan laju pertumbuhan
Monod adalah orang pertama yg mengkaji pengaruh konsentrasi substrat tehadap laju pertumbuhan. Beliau menemukan bahwa ketika medium segar, yg mengandung glukosa sebagai sumber karbon sekaligus sebagai sumber energi dan dgn semua nutrien yg terkandung di dalamnya, diinokulasikan, siklus pertumbuhan kembali berjalan.
Hubungan antara laju pertumbuhan spesifik (μ) dan konsentrasi substrat (S) dapat digambarkan dgn kurva (Gambar 4) yg mirip demgam yg penggambaran kinetika enzim model Michaelis-Menten. Monod mengajukan suatu aturan yg dikenal sebagai rumus Monod, untuk menggambarkan kurva tersebut. μmax : kecepatan pertumbuhan pd keadaan nutrien berlebihan
S : kadar residu substrat pembatas
Ks : kadar substrat pd saat μ = ½ μmax = konstanta satursi
Gambar 5. Pengaruh konsentrasi substrat terhadap kecepatan pertumbuhan spesifik. Persamaan monod dapat dibuat persamaan garis lurusnya dgn pembalikan sebagai berikut: Perpotongan antara 1/µ dgn 1/S menghasilkan garis lurus dgn slope Ks/µm, menangkap titik absis dari -1/Ks dan ordinat µm (Gambar 5).
3. Hubungan antara kecepatan pertumbuhan dan kecepatan penghasilan produk dgn kecepatan penggunaan substrat
Biomassa (Yx/s)dan hasil produk (Yp/s) merupakan parameter yg penting selama keduanya menunjukkan efesiensi penggunaan substrat dlm biomassa dan produk. Keduanya ditetapkan sebagai berat biomassa dan berat produk yg dibentuk per unit dari substrat yg digunakan.
dan


dimana:
Yx : berat biomassa sel
Yp : berat produk
dX/dt : kecepatan Pertumbuhan
dP/dt : kecepatan penghasilan produk
dS/dt : kecepatan Penggunaan substrat
Jika μ = D → dX/dt = 0 (D< Dc) Dc: D critical
Dc = (μmaks x So)/(Ks + S₀) Gambar 6. Perpotongan Double Reciprocal antara 1/μ dan [1/S]. b. Turbidostat
Teknik kultivasi dgn sistem turbidostat dilakukan dgn menambahkan nutrient secara kontinyu sehingga kerapatan sel selalu dlm keadaan tetap. dlm teknik turbidostat, aliran medium diatur berdasarkan atas kerapatan optik kultur mikrobia. Pertumbuhan konsentrasi sel dipertahankan konstan dgn cara memonitor kekeruhan kultur.
Sistem ini didasarkan pd kerapatan bakteri tertentu atau kekeruhan tertentu yg dipertahankan konstan. Ada perbedaan mendasar antara biak statik klasik dgn biak sinambung dlm kemostat biak static arus dilihat sebagai sistem tertutup (boleh disamakan dgn organisme sial, tahap stationer dan tahap kematian. Kalau pd biak sinambung merupakan sistem terbuka yg mengupayakan keseimbangan aliran untuk organisme selalu terdapat kondisi lingkungan yg sama.
dlm pertumbuhan sinkron kan terjadi sinkronisasi pembelahan sel. Hal ini dimaksudkan agar proses metabolisme siklus pembelahan bakteri dapat dipelajari diperlukan suspensi sel yg mengalami pembelahan sel dlm waktu sama yaitu sinkron. Sinkronisasi populasi sel dapat dicapai dgn berbagai tindakan buatan antara lain dgn merubah suhu rangsangan cahaya, pembatasan nutrien atau menyaring untuk memperoleh sel-sel yg sama ukurannya. Sinkronisasi pertumbuhan ini jg dimaksudkan untuk menyediakan stater dgn usia yg sama (Budiyanto, 2005). Gambar 7. Kultur mikroba dlm Turbidostat. Keterangan :

1. Reservoir of steril medium
2. Valve controling flow of medium
3. Outlet for spent medium
4. Foto sel
5. Sumber cahaya
6. Turbistat

Penggunaan Kultur Kontinyu pd Industri adalah sebagai berikut :

1. 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.
2. Untuk isolasi dan seleksi mikroba penghasil enzim menggunakan media diperkaya.
3. Untuk produksi biomassa, contoh ICI (Imperial Chemical Industries, kapasitas bioreaktor 3000 m3, substrat metanol).
4. Untuk produksi bir.

2.4. Teknik mengukur pertumbuhan populasi mikroba
a. Berdasarkan jumlah sel b. Berdasarkan biomasa sel c. Berdasarkan aktivitas metabolisme
Uraian :
a. Berdasarkan jumlah sel
1. Metode langsung secara mikroskopis (Total count)
Ada beberapa cara perhitungan secara langsung, antara lain adalah dgn membuat preparat dari suatu bahan (preparat sederhana diwarnai atau tak diwarnai) dan penggunaan ruang hitung (counting chamber). Enumerasi mikroba dapat dilakukan secara langsung yaitu dgn menghitung jumlahnya tanpa ditumbuhkan terlebih dahulu dlm suatu medium, dlm teknik ini semua sel mikroba baik yg hidup maupun yg mati kan terhitung. Untuk melakukan renumerasi mikroba dlm suatu bahan seringkali diperlukan pengenceran bertingkat.
a). Breed slide method
pd metode ini tak dibedakan sel yg hidup dan sel mati. Penghitungan dilakukan secara langsung pd setiap bidang pandang mikroskop. Sampel berupa cairan disebar (kira-kira 0,01 mL) pd microscope slide. Setelah dilakukan pewarnaan kemudian dilakukan penghitungan pd setiap bidang pandang mikroskop. Gambar 8. Penghitungan melalui Breed slide method. b). Petroff-Hauser chamber atau Haemositometer
Penghitungan secara langsung dapat dilakukan secara mikroskopis yaitu dgn menghitung jumlah bakteri dlm satuan isi yg sangat kecil. Alat yg digunakan adalah Petroff-Hauser Chamber atau Haemocytometer. Jumlah cairan yg terdapat antara coverglass dan alat ini mempunyai volume tertentu sehingga satuan isi yg terdapat dlm satu bujur sangkar jg tertentu. dgn membuat preparat dari Suatu bahan (preparat sederhana diwarnai atau tak diwarnai) dan penggunaan ruang hitung (counting chamber).
Ruang hitung terdiri dari 9 kotak besar dgn luas 1 mm². Satu kotak besar di tengah, dibagi menjadi 25 kotak sedang dgn panjang 0,2 mm. Satu kotak sedang dibagi lagi menjadi 16 kotak kecil. dgn demikian satu kotak besar tersebut berisi 400 kotak kecil. Tebal dari ruang hitung ini adalah 0,1 mm. Sel nakteri yg tersuspensi kan memenuhi volume ruang hitung tersebut sehingga jumlah bakteri per satuan volume dapat diketahui. Gambar 9. Petroff-Hauser chamber dan Haemositometer. 2. Metode tak langsung (viable count)
Perhitungan cara tak langsung hanya untuk mengetahui jumlah mikroorganisme pd suatu bahan yg masih hidup saja (viable count). Metode perhitungan secara tak langsung yg didasarkan pd anggapan bahwa setiap sel yg dapat hidup kan berkembang menjadi satu koloni yg merupakan suatu indeks bagi jumlah organisme yg dapat hidup yg terdapat pd sampel. Cara ini adalah cara yg paling umum digunakan untuk menentukan jumlah mikroba yg masih hidup, berdasarkan jumlah koloni yg tumbuh. Teknik ini diawali dgn pengenceran sampel secara seri, dgn kelipatan 1 : 10. Masing-masing suspensi pengenceran ditanam dgn metode tuang (pour plate) atau sebar (spread plate). Bakteri kan bereproduksi pd medium agar dan membentuk koloni setelah 18-24 jam inkubasi. Untuk menghitung jumlah koloni dlm cawan petri dapat digunakan alat ’colony counter’ yg biasanya dilengkapi dgn pencatat elektronik.
a). Spread plate method
Metode sebar (spread plate) merupakan metode penghitungan mikrobia pd medium padat. dlm metode spread plate ini, volume kultur yg disebar tak lebih dari 0,1 ml pd agar plate dan diratakan menggunakan alat yg disebut glass spreader. Kemudian plate diinkubasi sampai terlihat koloni sehingga jumlah koloni mikrobia dapat dihitung. Walaupun mikrobia tertanam dlm agar plate, namun hasilnya sama dgn metode pour plate. Gambar 10. Keuntungan menggunakan metode spread plate daripada metode pour plate adalah kultur tak pernah terpapar suhu 450 ^oC (suhu melelehnya agar). b). Pour plate method
Metode pour plate adalah metode agar cair yg digunakan untuk inokulasi dlm petri dish. Volume kultur yg biasa digunakan 0,1-1,0 ml. Kultur mikrobia dimasukkan ke dlm petri dish menggunakan pipet steril, kemudian medium agar yg telah dilelehkan (± 45 ^oC dituangkan ke dlm petri dish yg telah berisi kultur mikrobia. Selanjutnya dilakukan pemutaran petri dish agar kultur mikrobia dan medium agar bercampur dgn rata. Koloni mikrobia kan tumbuh dan tertanam di dlm medium, baik di permukaan atas maupun di bawah. Sehingga metode pour plate ini cocok untuk menumbuhkan mikrobia anaerob. Gambar 11. Pour Plate Method. c). MPN method
MPN adalah suatu metode enumerasi mikroorganisme yg menggunakan data dari hasil pertumbuhan mikroorganisme pd medium cair spesifik dlm seri tabung yg ditanam dari sampel padat atau cair yg ditanam berdasarkan jumlah sampel atau diencerkan menurut tingkat seri tabungnya sehingga dihasilkan kisaran jumlah mikroorganisme yg diuji dlm nilai MPN/satuan volume atau massa sampel.
Prinsip utama metode ini adalah mengencerkan sampel sampai tingkat tertentu sehingga didapatkan konsentrasi mikroorganisme yg pas/sesuai dan jika ditanam dlm tabung menghasilkaan frekuensi pertumbuhan tabung positif “kadang-kadang tetapi tak selalu”. Semakin besar jumlah sampel yg dimasukkan (semakin rendah pengenceran yg dilakukan) maka semakin “sering” tabung positif yg muncul. Semakin kecil jumlah sampel yg dimasukkan (semakin tinggi pengenceran yg dilakukan) maka semakin “jarang” tabung positif yg muncul. Jumlah sampel/pengenceran yg baik adalah yg menghasilkan tabung positif “kadang-kadang tetapi tak selalu”. Semua tabung positif yg dihasilkan sangat tergantung dgn probabilitas sel yg terambil oleh pipet saat memasukkannya ke dlm media. Oleh karena itu homogenisasi sangat mempengaruhi metode ini. Frekuensi positif (ya) atau negatif (tak) ini menggambarkan konsentrasi mikroorganisme pd sampel sebelum diencerkan.
Asumsi yg diterapkan dlm metode MPN adalah :

1. Bakteri terdistribusi sempurna dlm sampel
2. Sel bakteri terpisah-pisah secara individual, tak dlm bentuk rantai atau kumpulan (bakteri coliform termasuk E. coli terpisah sempurna tiap selnya dan tak membentuk rantai).
3. Media yg dipilih telah sesuai untuk pertumbuhan bakteri target dlm suhu dan waktu inkubasi tertentu sehingga minimal satu sel hidup mampu menghasilkan tabung positif selama masa inkubasi tersebut.
4. Jumlah yg didapatkan menggambarkan bakteri yg hidup (viable) saja. Sel yg terluka dan tak mampu menghasilkan tabung positif tak kan terdeteksi.
5. MPN dinilai dari perkiraan unit tumbuh (Growth Unit / GU) seperti CFU (Colony Forming Unit), bukan dari sel individu. Meskipun begitu baik nilai CFU atau MPN dapat menggambarkan seberapa banyak sel individu yg tersebar dlm sampel. Metode MPN dirancang dan lebih cocok untuk diterapkan pd sampel yg memiliki konsentrasi <100/g atau ml. Oleh karena itu nilai MPN dari sampel yg memiliki populasi mikroorganisme yg tinggi umumnya tak begitu menggambarkan jumlah mikroorganisme yg sebenarnya. Jika jumlah kombinasi tabung positif tak sesuai dgn tabel maka sampel harus diuji ulang. Semakin banyak seri tabung maka semakin tinggi akurasinya tetapi jg kan mempertinggi biaya analisa.

E. Faktor-Faktor yg Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan dan aktivitas mikrobia dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan. Faktor-faktor tersebut dapat menjadi pembatas bagi kebutuhan hidup mikrobia. Jika mikrobia berada di lingkungan yg sesuai, maka pertumbuhannya jg optimum. Beberapa golongan mikrobia sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan, sedangkan yg lain resisten terhadap perubahan tersebut. Faktor-faktor yg mempengaruhi aktivitas mikrobia antara lain sebagai berikut:
a. Suhu
1. Suhu pertumbuhan mikroba
Pertumbuhan mikrobia memerlukan kisaran suhu tertentu. Kisaran suhu pertumbuhan dibagi menjadi suhu minimum, suhu optimum, dan suhu maksimum. Suhu minimum adalah suhu terendah tetapi mikrobia masih dapat hidup. Suhu optimum adalah suhu paling baik untuk pertumbuhan mikrobia. Suhu maksimum adalah suhu tertinggi untuk kehidupan mikrobia.
Berdasarkan kisaran suhu pertumbuhannya, mikrobia dapat dikelompokkan menjadi mikrobia psikrofil (kriofil), mesofil, dan termofil. Psikrofil adalah kelompok mikrobia yg dapat tumbuh pd suhu 0-30 ^oC dgn suhu optimum sekitar 15 ^oC Mesofil adalah kelompok mikrobia pd umumnya, mempunyai suhu minimum 15 0C suhu optimum 25-37 ^oC dan suhu maksimum 45-55 ^oC Mikrobia yg tahan hidup pd suhu tinggi dikelompokkan dlm mikrobia termofil. Mikrobia ini mempunyai membran sel yg mengandung lipida jenuh, sehingga titik didihnya tinggi. Selain itu dapat memproduksi protein termasuk enzim yg tak terdenaturasi pd suhu tinggi. Di dlm DNA-nya mengandung guanin dan sitosin dlm jumlah yg relatif besar, sehingga molekul DNA tetap stabil pd suhu tinggi.

Kelompok ini mempunyai suhu minimum 40 ^oC optimum pd suhu 55-60 ^oC dan suhu maksimum untuk pertumbuhannya 75 ^oC Untuk mikrobia yg tak tumbuh dibawah suhu 30 ^oC dan mempunyai suhu pertumbuhan optimum pd 60 ^oC dikelompokkan kedalam mikrobia termofil obligat. Untuk mikrobia termofil yg dapat tumbuh dibawah suhu 30 ^oC dimasukkan kelompok mikrobia termofil fakultatif. Bakteri yg hidup di dlm tanah dan air, umumnya bersifat mesofil, tetapi ada jg yg dapat hidup diatas 50 ^oC (termotoleran). Contoh bakteri termotoleran adalah Methylococcus capsulatus . Contoh bakteri termofil adalah Bacillus, Clostridium, Sulfolobus, dan bakteri pereduksi sulfat/sulfur. Bakteri yg hidup di laut (fototrof) dan bakteri besi (Gallionella) termasuk bakteri psikrofil. Gambar 12. Suhu pertumbuhan berbagai jenis mikroba. Apabila mikroba dihadapkan pd suhu tinggi diatas suhu maksimum, kan memberikan beberapa macam reaksi.

1. Titik kematian thermal, adalah suhu yg dapat memetikan spesies mikrobia dlm waktu 10 menit pd kondisi tertentu.
2. Waktu kematian thermal, adalah waktu yg diperlukan untuk membunuh suatu spesies mikrobia pd suatu suhu yg tetap. Faktor-faktor yg mempengaruhi titik kematian thermal ialah waktu, suhu, kelembaban, spora, umur mikrobia, pH dan komposisi medium.

2. Suhu rendah
Apabila mikrobia dihadapkan pd suhu rendah dapat menyebabkan gangguan metabolisme. Skibat-akibatnya adalah :

1. Cold shock, adalah penurunan suhu yg tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pd bakteri muda atau pd fase logaritmik,
2. Pembekuan (freezing), adalah rusaknya sel dgn adanya kristal es di dlm air intraseluler,
3. Lyofilisasi, adalah proses pendinginan dibawah titik beku dlm keadaan vakum secara bertingkat. Proses ini dapat digunakan untuk mengawetkan mikrobia karena air protoplasma langsung diuapkan tanpa melalui fase cair (sublimasi).

b. Kandungan air (pengeringan)
Setiap mikrobia memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya, biasanya diukur dgn parameter aw (water activity) atau kelembaban relatif. Mikrobia umumnya dapat tumbuh pd aw 0,998-0,6. bakteri umumnya memerlukan aw 0,90-0,999. Mikrobia yg osmotoleran dapat hidup pd aw terendah (0,6) misalnya khamir Saccharomyces rouxii . Aspergillus glaucus dan jamur benang lain dapat tumbuh pd aw 0,8. Bakteri umumnya memerlukan aw atau kelembaban tinggi lebih dari 0,98, tetapi bakteri halofil hanya memerlukan aw 0,75. Mikrobia yg tahan kekeringan adalah yg dapat membentuk spora, konidia atau dapat membentuk kista.
c. Tekanan Osmosis
Tekanan osmosis sangat erat hubungannya dgn kandungan air. Apabila mikrobia diletakkan pd larutan hipertonis, maka selnya kan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma. Apabila diletakkan pd larutan hipotonis, maka sel mikrobia kan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dlm sel, sel membengkak dan akhirnya pecah. Berdasarkan tekanan osmosis yg diperlukan mikrobia dapat dikelompokkan menjadi:

1. Mikrobia Osmofil : tumbuh pd kadar gula tinggi, contoh beberapa jenis khamir, mampu tumbuh pd larutan gula dgn konsentrasi lebih dari 65 % wt/wt (aw = 0,94).
2. Mikrobia Halodurik : tahan (tak mati) tetapi tak dapat tumbuh pd kadar garam tinggi (30 %).
3. Mikrobia Halofil : dapat tumbuh pd kadar garam yg tinggi, contoh: bakteri yg termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium.

d. Buffer
Buffer merupakan campuran garam monobasik dan dibasik, contoh adalah buffer fosfat anorganik dapat mempertahankan pH diatas 7,2. Cara kerja buffer adalah garam dibasik kan mengabsorbsi ion H⁺ dan garam monobasik kan bereaksi dgn ion OH^-.
Untuk menumbuhkan mikrobia pd media, memerlukan pH yg konstan, terutama pd mikrobia yg dapat menghasilkan asam oleh karena itu buffer diperlukan untuk mempertahankan pH pd kisaran tertentu yg diperlukan untuk pertumbuhan mikroba.
e. Ion-ion lain
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pd kadar rendah dapat bersifat meracuni (toksis) karena mempunyai daya oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pd kadar rendah. Ion-ion lain seperti ion sulfat, tartrat, klorida, nitrat, dan benzoat dapat mengurangi pertumbuhan mikrobia tertentu dan sering digunakan dlm pengawetan makanan, senyawa lain misalnya asam benzoat, asam asetat, dan asam sorbat.
f. Listrik
Bila aliran listrik diberikan pd medium tumbuh mikroba kan menyebabkan:

1. Terjadinya elektrolisis pd medium pertumbuhan.
2. Menghasilkan panas yg dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba, sel mikroba dlm suspensi kan mengalami elektroforesis.
3. Menyebabkan terjadinya shock karena tekanan hidrolik listrik, kematian mikroba akibat shock terutama disebabkan oleh oksidasi.
4. Adanya radikal ion dari ionisasi radiasi dan terbentuknya ion logam dari elektroda jg menyebabkan kematian mikroba.

g. Radiasi
Bila mikrobia menerima paparan radiasi tertentu:

1. Menyebabkan ionisasi molekul-molekul di dlm protoplasma.
2. Merusak mikrobia yg tak mempunyai pigmen fotosintesis.
3. Cahaya mempunyai pengaruh germisida.
4. Sinar X (0,005-1,0 Å , sinar ultra violet (4000-2950 Å , dan sinar radiasi lainnya dapat membunuh mikroba.
5. Apabila tingkat iradiasi yg diterima sel mikrobia rendah, maka dapat menyebabkan terjadinya mutasi pd mikroba.

h. Tegangan Muka

1. Tegangan muka mempengaruhi cairan sehingga permukaan cairan tersebut menyerupai membran yg elastis.
2. Perubahan tegangan muka dinding sel kan mempengaruhi pula permukaan protoplasma, akibatnya mempengaruhi pertumbuhan dan morfologi mikroba.
3. Zat-zat seperti sabun, deterjen, dan zat-zat pembasah (surfaktan) dapat mengurangi tegangan muka cairan/larutan.
4. Umumnya mikroba cocok pd tegangan muka yg relatif tinggi

i. Tekanan Hidrostatik

1. Umumnya tekanan 1 – 400 atm tak mempengaruhi atau hanya sedikit mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba, tekanan hidrostatik yg lebih tinggi kan menghambat atau menghentikan pertumbuhan, karena dapat menghambat sintesis RNA, DNA, dan protein, serta mengganggu fungsi transport membran sel maupun mengurangi aktivitas berbagai macam enzim.
2. Tekanan diatas 100.000 pound/inchi² menyebabkan denaturasi protein, tetapi ada mikrobia yg tahan hidup pd tekanan tinggi (mikrobia barotoleran), dan yg tumbuh optimal pd tekanan tinggi sampai 16.000 pound/inchi² (mikroba barofilik), umumnya mikroba laut adalah barofilik atau barotoleran, contoh: bakteri Spirillum.

j. Getaran
Getaran mekanik dapat merusak dinding sel dan membran sel mikroba, dipakai untuk memperoleh ekstrak sel mikroba dgn cara menggerus sel-sel dgn menggunakan abrasif atau dgn cara pembekuan kemudian dicairkan berulang kali atau dgn getaran suara 100-10.000 kali/detik jg dapat digunakan untuk memecah sel mikroba.
Daftar Pustaka :
Adams, M.R. 2000. Food Microbiology. University of Surrey. Guildford. New York
Buckle,K.A., J.A. Davey, M.J. Eyles, A.D. Hocking, K.G. Newton, and E.J. Stuttard. 1989. Foodborne Microorganisms of Public Health Significance. 4ed.. AIFST (NSW Branch).Australia.
Budiyanto, MAK. 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.
Irianto, Koes. 2007. Mikrobiologi. Bandung: Yrama Widya.
Lim,D. 1998. Microbiology, 2nd Edition. McGrow-hill book, New york.
Madigan, M. T., Martinko, J. M., Stahl, D. A., and Clark, D. P., 2013, Brock Biology of Microorganisms Thirteenth Edition,
Mangunwidjaja, Djumali. 2006. Rekayasa Bioproses. Bandung: IPB Press.
Pelczar, M. J. dan E. C. S. Chan1986. Dasar-dasar Mikrobiologi. UI Press, Jakarta.
Suriawiria, U. 2005. Mikrobiologi Dasar. Papas Sinar Sinanti, Jakarta.
Zubaidah, Elok. 2006. mikrobiologi umum. Universitas Brawijaya. Malang.

other source: http://www.nafiun.com | http://google.com "Kirimkan artikel kamu melalui email, artikel bebas sopan. Back Link Welcome."

Posted by Budi KW