LAPORAN kinetika
-
Upload
annisa-aprilia -
Category
Documents
-
view
648 -
download
82
Transcript of LAPORAN kinetika
LAPORAN
KINETIKA PERTUMBUHAN MIKROBA (BAKTERI Escherichia coli)
DISUSUN OLEH :
Kelompok 1
ANNISA NUR AULIANI : 101431003
ANNISSA APRILLIA :101431004
ANALIS KIMIA 2A
TANGGAL LAPORAN : Kamis, 14 Maret 2012
DOSEN PEMBIMBING : Bintang IM
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pertumbuhan merupakan proses bertambahnya ukuran atau subtansi atau masa zat suatu
organisme, misalnya kita makhluk makro ini dikatakan tumbuh ketika bertambah tinggi,
bertambah besar atau bertambah berat. Pada organisme bersel satu pertumbuhan lebih
diartikan sebagai pertumbuhan koloni, yaitu pertambahan jumlah koloni, ukuran koloni
yang semakin besar atau subtansi atau masssa mikroba dalam koloni tersebut semakin
banyak, pertumbuhan pada mikroba diartikan sebagai pertambahan jumlah sel mikroba
itu sendiri. Pertumbuhan merupakan suatu proses kehidupan yang irreversible artinya
tidak dapat dibalik kejadiannya. Pertumbuhan didefinisikan sebagai pertambahan
kuantitas konstituen seluler dan struktur organisme yang dapat dinyatakan dengan
ukuran, diikuti pertambahan jumlah, pertambahan ukuran sel, pertambahan berat atau
massa dan parameter lain. Sebagai hasil pertambahan ukuran dan pembelahan sel atau
pertambahan jumlah sel maka terjadi pertumbuhan populasi mikroba.
Pada mikroba jika ditambahkan larutan esensial (nutrient) pada kondisi (suhu dan
pH) yang sesuai maka akan terjadi pertumbuhan. Pertumbuhan adalah hasil dari
keduanya (replikasi dan perubahan ukuran sel). Mikroorganisme dapat tumbuh pada
berbagai kondisi fisik, kimia dan nutrisi. Dalam medium dengan nutrient yang sesuai,
mikroorganisme mengekstrak nutrient dari medium dan merubahnya menjadi produk
biologi. Sebagian nutrient digunakan produksi energy dan sebahagian untuk biosintesis
dan pembentukan produk. Hasil dari pemakaian nutrient adalah bertambah nya biomassa
sel terhadap waktu.
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 pertumbuhan diukur dengan peningkatan massa, sehingga laju
pertumbuhan spesifik, µ dapat digunakan. Nilai besaran µX adalah laju pertumbuhan
volumetrik (produktivitas volumetrik) dalam berat/ vol.t.
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. Salah satu caranya yaitu
dengan metode yang dilakukan pada praktikum kali ini yaitu penetapan melalui metode
spektrofotometri.
1.2. Tujuan
Secara umum mahasiswa diharapkan :
Berkompeten dalam mengkaji dan memantau fenomena pertumbuhan mikroba.
Secara khusus mahasiswa diharapkan :
Ketrampilan dalam pembuatan kultur mikroba, inokulum/starter, teknik aseptik
dapat dikuasai dengan benar
Ketrampilan untuk melakukan sampling pengukuran populasi sel secara periodik
dapat dilakukan dengan benar
Ketrampilan dalam melakukan evaluasi populasi mikroba dengan berbagai teknik
( berat kering sel, spektrofotometri, kurva baku ) dapat dilakukan dengan benar
Ketrampilan dalam menerapkan hubungan antara jumlah sel (X) dengan waktu (t)
dapat dilakukan dengan benar
Ketrampilan dalam mengkaji fasa-fasa pertumbuhan mikroba dapat dilakukan
dengan benar
Ketrampilan dalam mendapatkan nilai laju pertumbuhan spesifik (µ) dengan
menggunakan grafik ln X terhadap t dapat dilakukan dengan benar
BAB II
DASAR TEORI
Secara umum kinetika pertumbuhan mikroba secara curah (batch) disajikan pada gambar
1, tipe kurva pertumbuhan meliputi lima fase;
1. fase lag
2. fase log (eksponensial)
3. fase perlambatan
4. fase stationer dan
5. fase kematian
Gambar 3.1 Kurva pertumbuhan untuk populasi mikroorganisme secarabatch
Tipe kurva pertumbuhan untuk populasi bakteri
1. Fase lag
Berlangsung lambat setelah mokulasi dan secara periodic sel-sel menyesuaikan dengan
lingkungan yang baru. Pada fase ini terjadi sentesis enzim sel bertambah sangat sedikit tanpa
penambahan densitas jumlah sel, oleh karena itu
x = xo = tetap
Dimana xo = konsentrasi seluler pada t = 0
Laju pertumbuhan (g/l) sama dengan nol
N = dx/dt = 0
Laju pertumbuhan spesifik (Nnet) = nol
Umur dari kultur inokulum berpengaruh kuat terhadap lamanya fase lag. Biasanya
periode fase lag bertambah dengan umur inokulum. Umur meminimal kan durasi fase lag. Sel-
sel diadaptasikan dengan kondisi media pertumbuhan selama mokulasi sehingga sel-sel menjadi
muda (sel-sel fase eksponensial) dan aktif, jumlah inokulum 5% - 10% volum. Beberapa industri
fermentasi skala komersial, biasanya waktu fase lag diperpendek untuk memperoleh
produktivitas yang tinggi.
2. Fase eksponensial (exponential phase).
Setelah fase awal selesai, mulai terjadi reproduksi selular, perlahan-lahan makin lama
konsentrasi biomassa meningkat (jumlah sel dan densitas jumlah sel).
Dengan demikian laju reproduksi atau pertumbuhan dx/dt dan laju pertumbuhan spesifik
meningkat. Pada saat itu laju pertumbuhan atau reproduksi selular mencapai titik maksimum,
maka terjadi pertumbuhan secara legaritrik atau eksponensial. Pada fase ini keadaan
pertumbuhan adalah mantap. Dengan laju pertumbuhan spesifik (N tetap), komposisi selular
tetap, sedangkan komposisi kimiawi media biakan berubah akibat terjadinya sintetis produk dan
penggunaan substrat. Selama fase eksponensial. Laju pertumbuhan dx/dt meningkat berbanding
dengan x
dx/dt = N net x dx/dt = i/x = N net
x = xo pada t =0
ln x/xo = N net t atau x =xo l-N net1
dimana ; x dan xo adalah konsentrasi sel pada waktu t dan t = 0
Pertumbuhan eksponensial dapat disajikan secara grafik semilogaritmik Ln x terhadap waktu.
Zd ln2/N net = 0,693/ N net , Zd = waktu penggandaan
Tabel : Waktu penggandaan dan laju pertumbuhan spesifik berbagai mikroorganisme
Organisme Zd (jam) N net (jam -1)
Bakteri 0.3 2.3
Kahmir 1.5 0,46
Jamur 3 0,23
Sel tanaman 24 0,0287
3. Fase Stationer (stationary phase)
Permulaan fase stationer adalah pada akhir dari permulaan fase perlambatan (deceleration
phase), dimana laju pertumbuhan spesifik adalah nol (tidak ada devision sel). Selama fase ini
sel-sel masih aktif secara metabolic dan menghasilkan metabolit sekunder. Metabolit primer
adalah produk yang terkait dengan pertumbuhan (growth related product), sedangkan metabolit
sekunder tidak terkait dengan pertumbuhan (non – growth – related). Tapi beberapa produk
metabolit tertentu meningkat selama fase stasioner (c.q antibiotic, beberapa hormone), hal ini
disebabkan oleh deregulasi metabolit. Selama fase stasioner, satu atau lebih fenomena mungkin
terjadi:
1. Total konsentrasi massa sel konstan, tetapi jumlah sel-sel yang hidup berkurang.
2. Lisis sel terjadi, dan massa sel yang hidup turun drastis. Suatu pertumbuhan fase kedua
meningkatkan.
3. Sel-sel tidak dapat tumbuh tetapi metabolism tetap aktip untuk memproduksi metabolit
sekunder, metabolit sekunder diproduksi hasil dari deregulasi metabolit.
4. Fase mati (Death phase)
Pada akhir fase stasioner, nutrient sudah berkurang drastic atau terbentuk dan terjadi
akumulasi produk toksik. Pada keadaan tersebut permulaan terjadinya fase mati (death phase),
kecepatan fase kematian mengikuti kinetika orde kesatu.
dN/dt = k ld N atau N = Ns l-k lt
Dimana Ns = konsentrasi sel pada akhir fase stasioner.. Berdasarkan kajian pertumbuhan
mikroba tersebut dapat ditentukan beberapa parameter pertumbuhan antara lain kofisien
perolehan (randamen). Contoh fermentasi adalah
Yx /x = x – xo /so – s atau \ x/ \s
Dimana So = konsentrasi awal substrat
S = konsentrasi substrat tersisa (mendekat nol)
yx/s = dinyatakan dalam gram bobot kering sel (pergram substrat
Yang dikonsumsi)
Selain itu kofisien perolehan (yx / x ) didasarkan pula pada substrat lain atau pembentukan
produk dengan defenisi
Yx / o2 = \x / \o2 yp / x = \p/ \s
Dalam fermentasi curah (batch) fase akuatik yang mengandung mikroba, substrat dan lain-lain
hanya sekali yang dimasukkan ke dalam fermentor, kemudian hasilnya dikeluarkan sekaligus
pada akhir proses, oksigen tertimbun dalam fermentasi dalam berbagai bentuk (biomassa, produk
fermentasi).
BAB III
PERCOBAAN
3.1. Bahan dan Alat yang digunakan
3.1.1. Bahan yang digunakan
10 ml air garam steril
50 ml media cair/ kaldu nutrien steril
50 ml inokulum mikroba yang telah diaktifkan selama 24 jam, suhu ruang di
dalam shaker incubator
400 ml media cair/ kaldu nutrien steril
Satu tabung media agar miring berisi mikroba
Kertas grafik
3.1.2. Alat yang digunakan
Pipet steril 10ml
Erlenmeyer/reaktor 500 ml
Erlenmeyer 250 ml
Kuvet spektrofotometer
Spektrofotometer (spektronik)
Spiritus
Neraca analitik
Shaker incubator
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
1. Masukkan 10 ml air garam steril kedalam satu buah tabung agar miring yang
berisi kultur mikroba. Kocok perlahan-lahan
2. Masukkan kultur diatas kedalam erlenmeyer yang berisi media cair/kaldu
nutrien sebanyak 90 ml.
3. Aktifkan campuran diatas selam 24 jam pada suhu 300C di dalam shaker
incubator. Campuran ini untuk selanjutnya dinamakan inokulum.
4. Masukkan inokulum ke dalam erlenmeyer/reaktor yang telah berisi 400 ml
media cair nutrien steril.
5. 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
1. Cari panjang gelombang maks (λmax) antara 550 – 650 nm dengan
menggunakan inokulum sebagai larutan standar. Untuk larutan blanko
digunakan media cair nutrien.
2. Buat kurva baku antara absorbansi A terhadap berat sel kering X (mg/ml)
(data telah tersedia)
3. Pada to diambil/disampling sejumlah kultur cair dari reaktor (sesuai dengan
ukuran kuvet). Kemudian diukur absorbansinya (A) pada λmax
4. Reaktor diatas segera diinkubasi di dalam shaker incubator,suhu 30 ºC
5. 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
6. Plotkan semua data A ke dalam kurva baku sehingga diperoleh nilai berat sel
kering (X)
7. Plotkan semua data berat sel kering (X) diatas terhadap waktu sehingga
diperoleh fasa-fasa pertumbuhan mikroba
8. Ubah nilai X ke ln X sehingga diperoleh hubungan antara ln X dengan t
9. Buat grafik antara lnX terhadap t sehingga didapat tg α = µ
10. Laju pertumbuhan spesifik,µ (t-1 ) dari mikroba dapat ditentukan
3.4. Keselamatan Kerja
Mengingat bahaya serta sifat bahan biologis yang digunakan, maka untuk keselamatan
kerja perlu diperhatikan hal hal tersebut dibawah ini :
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.
Memperlakukan kultur mikroba harus hati-hati. Teknik aseptik harus dilakukan dengan
benar sehingga tidak terjadi kontaminasi khususnya bila mikroba yang digunakan bersifat
pathogen.
Menggunakan alat pembakar spiritus harus hati-hati untuk menghindari terjadinya
kebakaran.
Sebelum praktikum dimulai praktikan sangat disarankan sarapan dan minum susu.
BAB IV
PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengamatan
Penentuan panjang gelombang maksimum
λ (nm) % T ABSORBANSI (A)
550 18,6 0,730
560 19,4 0,712
570 19,5 0,709
580 19,9 0,701
590 21,3 0,671
600 20,5 0,688
610 20,8 0,681
620 21,3 0,671
630 21,4 0,669
640 21,4 0,669
650 22,7 0,643
540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 6600.58
0.6
0.62
0.64
0.66
0.68
0.7
0.72
0.74
λ (nm)
ABSO
RBAN
SI (A
)
PANJANG GELOMBANG MAKSIMUM = 550 nm
Data Absorbansi kultur cair (Escherichia coli)
WAKTU (JAM) ABSORBANSI (A)
0 0,105
0,5 0,117
1,0 0,116
1,5 0,120
2,0 0,127
2,5 0,147
3,0 0,171
3,5 0,253
4,0 0,300
4,5 0,209
5,0 0,150
Pembuatan kurva baku antara absorbansi A terhadap berat sel kering X (mg/ml)
berdasarkan data dibawah ini :
ABSORBANSI (A) BERAT SEL KERING (X)
0,06 0,40
0,18 1,09
0,28 1,81
0,39 2,50
0,57 3,72
0,83 5,31
0,92 5,89
1,08 6,90
1,21 7,79
1,34 8,84
Kurva baku ABSORBANSI VS BERAT SEL KERING (data yang tersedia)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.11.21.31.41.5
ABSORBANSI (A)
BERA
T SE
L KER
ING
(X)
Dan didapatkan persamaan regresi : y = 6,379 x + 0,0129
Lalu, Absorbansi dari kultur cair yang didapat (sebagai x) diplotkan ke dalam persamaan regresi
diatas sehingga didapat data berat sel kering (sebagai y) sebagai berikut :
WAKTU ( JAM )BERAT SEL KERING
(Escherichia coli) (X)Ln X
0 0,628 -0,382
0,5 0,759 -0,275
1,0 0,752 -0,285
1,5 0,778 -0,251
2,0 0,823 -0,194
2,5 0,950 -0,051
3,0 1,10 0,095
3,5 1,626 0,486
4,0 1,926 0,655
4,5 1,346 0,297
5,0 0,969 -0,031
Kurva BERAT SEL KERING (X) terhadap WAKTU (dilampirkan)
Kurva Ln X terhadap WAKTU (dilampirkan)
4.2. Pembahasan
Pertumbuhan adalah penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad. Pada
jasad bersel tunggal (uniseluler), pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan
jumlah individu. Misalnya pembelahan sel pada bakteri akan menghasilkan pertambahan jumlah
sel bakteri itu sendiri. Bakteri memiliki kemampuan untuk menggandakan diri secara
eksponensial dikarenakan sistem reproduksinya adalah pembelahan biner melintang, dimana tiap
sel membelah diri menjadi dua sel. Selang waktu yang dibutuhkan sel untuk membelah diri
disebut dengan waktu generasi. Pada praktikum kali ini, dilakukan pengamatan kinetika
pertumbuhan mikroba yaitu bakteri (Escherichia coli) yang dilakukan dengan metode
spektrofotometri, yaitu dengan mengukur absorbansi dari kultur cair atau inokulum yang dibuat,
lalu membuat grafik pertumbuhan bakteri, untuk melihat fase hidup dari bakteri tersebut.
Hal yang pertama dilakukan adalah dengan membuat inokulum dan media pertumbuhan.
Pengambilan kultur mikroba dari agar miring, dilakukan dengan cara memasukkan air garam
steril kedalam kultur tersebut dan mengocoknya agar mikroba bercampur dengan air garam steril
tersebut. Lalu setelah itu, campuran tersebut dimasukkan ke dalam media Nutrient Broth, karena
kulturnya sudah berbentuk cair. Kemudian diinkubasi selama 24 jam suhu 30°C dan campuran
ini dinamakan inokulum atau kultur cair. Inokulum tersebut, kemudian dimasukkan ke dalam
media pertumbuhan Nutrient Broth. Media ini yang akan digunakan untuk membuat kurva
pertumbuhan mikroba. Apabila suatu medium nutrient cair diinokulasi dengan suatu kultur,
maka organisme secara selektif menangkap/menggunakan nutrient terlarut dari medium dan
kemudian menjadi biomassa.
Yang kedua adalah membuat kurva pertumbuhan dengan metoda spektrofotometri.
Sebelum mengukur absorbansi dari inokulum, dilakukan penentuan panjang gelombang
maksimum ( λmaks ) terlebih dahulu pada penjang gelombang antara 500 nm-600 nm. Kerapatan
optic, dalam hal ini kekeruhan suatu suspense sel pada umumnya diukur melalui intensitas
cahaya pada rentang panjang gelombang tersebut. Berdasarkan percobaan, didapat panjang
gelombang maksimum pada 550 nm. Kisaran pandang ini dipandang tepat karena dalam daerah
tersebut tidak ada pengaruh dari pigmen mikroba yang digunakan.
Kemudian dilakukan pengukuran absorbansi inokulum per 30 menit. Setelah inokulum
diukur absorbansinya, inokulum tersebut harus dimasukkan de dalam shaker incubator dahulu
sebelum dilakukan pengukuran selanjutnya. Hal ini dilakukan agar inokulum tersebut tetap
homogen (antara media dengan mikroba) sehingga pada saat pembacaan, hasil absorbansi yang
didapat merupakan absorbansi inokulum, bukan absorbansi media atau mikroba saja.
Berdasarkan data yang didapat, absorbansi meningkat pada pengukuran 4 jam pertama.
Lalu menurun pada 1 jam terakhir ( pengukuran yang dilakukan keesokan harinya ). Kemudian,
membuat kurva baku absorbansi terhadap berat sel kering berdasarkan data yang sudah terdapat
dalam modul, sehingga didapat persamaan regresi : y = 6,379 x + 0,0129. Maka absorbansi dari
inokulum yang sudah diketahui (sebagai x) dapat diplotkan ke dalam persamaan regresi diatas
dan didapat data berat sel kering atau X (sebagai y).
Untuk selanjutnya, dibuat kurva berat sel kering (X) terhadap waktu dan kurva Ln X
terhadap waktu.
Lalu dihitung nilai laju pertumbuhan spesifik dengan besar sudut pada kurva Ln X
terhadap waktu yaitu Tan 72° = 3,07 t -1 (µ). Berdasarkan literature, laju pertumbuhan spesifik
bakteri Escherichia coli adalah (belum dapet)
Berdasarkan kurva pertumbuhan mikroba, dapat dilihat bahwa waktu tumbuh hingga
waktu mati bakteri sangat cepat. Dapat terlihat bahwa bakteri bakteri E. coli mengalami fase
adaptasi, fase pertumbuhan dipercepat, fase eksponensial, lalu ke fase kematian tanpa mengalami
fase stationer.
Fase adaptasi : pada fase ini sel bakteri Escherichia coli belum mengalami perbanyakan,
tetapi air dan nutrient mulai masuk ke dalam sel dan mengalami adaptasi sel. Dapat
terlihat fase adaptasi pada waktu 0-60 menit (1 jam).
Fase eksponensial : pada fase ini, ketika sel telah menyesuaikan diri dengan lingkungan
yang baru, maka sel mulai membelah hingga mencapai populasi yang maksimum. Dapat
terlihat fase eksponensial terjadi pada menit ke 60 sampai menit ke 240 (3 jam).
Fase kematian : pada fase ini, ditandai dengan peningkatan laju kematian yang
melampaui laju pertumbuhan, sehingga secara keseluruhan terjadi penurunan populasi.
Pertumbuhannya akan berhenti dikarenakan nutrisi pada lingkungan sudah tidak
memadai lagi, sehingga akhirnya terjadi penurunan jumlah sel akibat banyak sel yang
sudah tidak mendapatkan nutrisi lagi. Hingga akhirnya pada titik ekstrim yaitu pada
menit ke 240 (1 jam), mengalami fase kematian dan menyebabkan terjadinya kematian
total bakteri Escherichia coli.
Berdasarkan literatur yang didapat, tiap spesies bakteri memiliki waktu generasi yang
berbeda-beda, seperti Escherichia coli, bakteri umum yang dijumpai di saluran pencernaan dan
di tempat lain, memiliki waktu generasi 15-20 menit. Hal ini artinya bakteri E. coli dalam waktu
15-20 menit mampu menggandakan selnya menjadi dua kali lipat. Hal ini menunjukkan
hubungan antara pertambahan sel dengan waktu adalah berbentuk geometrik eksponensial
dengan rumus 2n. Jadi, bakteri E. coli dalam waktu 10 jam berkembang dari satu sel menjadi
1,09×1012 sel atau lebih dari 1 triliun sel. Pengetahuan akan kurva pertumbuhan bakteri sangat
penting untuk menggambarkan karakteristik pertumbuhan bakteri, sehingga akan mempermudah
di dalam menumbuhkan bakteri ke dalam suatu media, penyimpanan dan penggantian media.
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
http://matekim.blogspot.com/2010/04/kinetika-pertumbuhan.html
http://www.dyah-dyahrahayu.co.cc/2011/10/dasar-bioproses-iii-kinetika.html
http://teenagers-moslem.blogspot.com/2011/05/kurva-pertumbuhan-mikroba.html