Kinetika Kematian Mikroba dan Teknik Sterilisasi Media Secara
Batch dan Kontinyu
LAPORAN PRAKTIKUM DASAR BIOPROSES
Disusun Oleh:
Kelompok I
Abdul Hafid Ismail 111411031
Agi Iqbal Velayas 111411032
Anik Munawaroh 111411034
Asyfa Nurul Hidayat 111411035
Tanggal Penyerahan Laporan : 11 Oktober 2012
Dosen Pembimbing :Ir. Rintis Manfaati, S.T, M.T
D3 TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sterilisasi dapat didefinisikan sebagai suatu usaha mengeliminasi semua kehidupan
mikroba yang ada pada bahan/produk yang dikehendaki. Proses sterilisasi yang kurang
steril hanya akan menghasilkan steril sebagian (partial sterility) yang berarti masih
terdapat mikroba yang dapat tumbuh dan berkembang setelah proses sterilisasi dilakukan.
Proses sterilisasi dapat dilakukan dengan menggunakab proses fisik atau dengan
menggunakan bahan kimia (Suriawiria, 1986). Bahan kimia yang dapat digunakan untuk
mematikan mikroba antara lain larutan NaCL 9%, KNO3 10%, HgCl2 0,1%, HCl 1,1%.
Proses fisik untuk sterilisasi dilakukan dengan metode pemanasan dan tanpa
pemanasan. Metode dengan menggunakan pemanasan meliputi pemanasan kering (dry
heat) dan pemanasan basah dengan menggunakan uap air (moist heat). Metode sterilisasi
tanpa menggunakan panas meliputi radiasi (UV, X-Ray), Sonicasi, dan Filtrasi.
1.2 Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan mampu:
a. Menguasai teknik sterilisasi media dengan menggunakan panas pada proses batch
dan continous.
b. Memahami pengaruh temperature terhadap kematian mikroba.
c. Menentukan nilai konstanta laju kematian mikroba (Kd), Decimal reduction time
atau destruction value (D), dan konstanta Arhenius (Ed) pada proses sterilisasi
batch.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sterilisasi
Sterilisasi merupakan salah satu faktor utama dalam fermentasi. Kita tentu
mengharapkan tidak terjadi kontaminasi di mana mikroorganisme yang tidak diinginkan
tumbuh dan mengganggu proses fermentasi. Teknik sterilisasi berbeda-beda tergantung pada
jenis material. Bagian pertama akan menjelaskan secara singkat dan sederhana bagaiman
sterilisasi cairan dan padatan.
a.Sterilisasi cairan
Cairan yang disterilisasi umumnya adalah media fermentasi yang mengandung gula,
garam fosfat, ammonium, trace metals, vitamin, dan lain-lain. Secara umum ada dua cara
sterilisasi cairan yaitu dengan panas dan disaring (filtrasi). Sterilasi dengan panas dilakukan
di dalam autoclave, di mana steam tekanan tinggi diinjeksikan ke dalam chamber untuk
mencapai temperatur 121 oC dan tekanan tinggi (sekitar 15 psig). Durasinya bervariasi, namun
umumnya diinginkan cairan dipertahankan pada 121 oC selama minimal 15 menit. Jika
termasuk waktu untuk heating dan cooling steps, total waktu berkisar 1-2 jam tergantung
volume cairan yang disterilisasi. Terkadang temperatur bisa diset pada 134 oC (untuk medis).
Untuk skala industri, cairan disterilisasi dengan panas menggunakan beberapa pilihan
teknik. Gambar di bawah menjelaskan salah satu bagan proses sterilisasi cairan media di
industri. Banyak jenis proses baik secara batch atau continuous yang diterapkan di industri,
misalnya direct steam, indirect heating, indirect steam, dan lainnya.
Sterilisasi medium di industri bioproses. Sumber: Doran, M.P (1995), Bioprocess
Engineering Principles, chapter 13, Academic Press
Cairan dapat disterilisasi juga dengan disaring menggunakan membrane filter berpori
0.22 atau 0.45 micro meter. Metode ini cocok untuk volume cairan yang kecil (1-2 liter) dan
bahan kimia yang bisa rusak karena panas misalnya gula dan protein.
b.Sterilisasi padatan
Padatan yang umum disterilkan adalah glassware, biosafety cabinet, dan beberapa
jenis tabung dan kontainer. Pada glassware dan plastik tahan panas umumnya dilakukan
dengan autoclave mirip seperti sterilisasi cairan namun ditambah proses
pengeringan. Biosafety cabinet disterilkan dengan bantuan radiasi UV dan disemprot ethanol
70 %. Udara dalam cabinet disaring dengan filter (detilnya akan dibahas di bagian ke-2
tentang sterilisasi gas).
2.1.1 Jenis-Jenis Sterilisasi
Meski saat ini mikroba telah banyak dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan
manusia, namun seringkali keberadaan mikroba masih dianggap mengganggu, terutama
mikroba pathogen. Oleh karenanya, diperlukan upaya untuk mengurangi jumlah mikroba
hingga menghilangkannya sama sekali. Untuk tujuan tersebut, dapat dilakukan dengan
beberapa cara, antara lain:
Desinfeksi
Desinfeksi merupakan tindakan pengurangan sebagian besar mikroorganisme dari
benda mati. Pada proses desinfeksi ini, tidak semua mikroba dapat dihilangkan.
Pasteurisasi
Pasteurisasi merupakan upaya untuk menghindari gangguan mikroba tanpa
mematikan sporanya. Pasteurisasi dapat dilakukan dengan cara: Pemanasan pada suhu
62oC selama 30 menit, pemanasan 71–74oC selama 20 detik, atau pemanasan 85–87oC
selama 5 detik.
Sterilisasi
Sterilisasi merupakan upaya untuk meminimalisasi gangguan mikroorganisme dengan
cara menghilangkan “seluruhnya” (bakteri, jamur, parasit, virus, termasuk bakteri
endospora). Sterilisasi menjadi hal yang sangat penting dalam berbagai proses
bioteknologi, salah stunya dalam proses fermentasi. Meskipun proses fermentasi
melibatkan mikroorganisme, namun seringkali kehadiran mikroorganisme lain
(kontaminan) tetap mengganggu. Hal ini karena:
1. Medium akan menumbuhkan semua mikroba yang ada (mikroba target dan
kontaminan) sehingga produk yang dihasilkan menjadi sangat beragam. Tentu saja hal
ini sangat merugikan karena selain mengurangi produktivitas juga menyulitkan dalam
proses isolasi.
2. Jika proses fermentasi dilanjutkan dalam keadaan banyak kontaminan, maka
kemungkinan produk yang dihasilkan oleh kontaminan menjadi lebih dominan dan
mendesak produk mikroba target hingga dapat menghilangkannya.
3. Kontaminasi pada produk akhir dapat menurunkan kualitas produk, bahkan
mungkin dapat membahayakan manusia.
4. Kontaminan dapat merusak produk yang diinginkan.
5. Kontaminasi dari suatu fermentasi bakteri dengan “phage” dapat me-lisis
kultur.
Untuk menghindari hal–hal tersebut di atas, langkah antisipasi yang dapat dilakukan
antara lain dengan:
a. Penggunaan inokulum murni dalam fermentasi.
b. Sterilisasi medium: merupakan proses yang bertujuan untuk menghilangkan
semua jenis makhluq hidup yang ada dalam media, dilakukan sebelum inokulasi
kultur.
c. Sterilisasi ruang fermenter: Penghilangan semua bentuk makhluq hidup dari
ruang fermentor, termasuk udara secara kontinyu.
d. Sterilisasi semua bahan yang digunakan dalam keseluruhan proses fermentasi
e. Penjagaan kondisi aseptis selama fermentasi
Fermentasi dapat dilakukan baik secara fisika, kimia, maupun radiasi. Sterilisasi secara
fisika dapat dilakukan dengan membunuh mikroba atau sekadar mencegah mikroba masuk
kesistem kita. Sterilisasi fisik dengan membunuh mikroba dapat dilakukan dengan
penggunaan panas, freezing (pembekuan), penggunaan garam berkonsentrasi tinggi, dll.
Sementara sterilisasi fisik tanpa membunuh mikroba dapat dilakukan dengan filtrasi. Filtrasi
merupakan upaya untuk meminimalisasi kontaminasi mikroorganisme dengan cara
menyaring sesuatu dengan filter berukuran tertentu sehingga sebagian mikroba tidak dapat
melewatinya. Cara ini tidak membunuh mikroba yang ada, hanya meminimalisasi agar
mikroba tidak terbawa.
Namun, dalam proses fermentasi, cara sterilisasi fisik yang paling mungkin dilakukan
adalah dengan filtrasi dan penggunaan panas, baik panas basah maupun panas kering.
Sterilisasi panas basah seringkali digunakan untuk sterilisasi media dan bahan–bahan lainnya
sementara panas kering untuk sterilisasi alat–alat. Faktor–faktor yang mempengaruhi
sterilisasi panas antara lain:
Jenis dan jumlah kontaminan yang hendak dihilangkan
Morfologi mikroorganisme
Komposisi media fermentasi
pH
Ukuran partikel tersuspensi
Temperatur yang digunakan
Durasi proses sterilisasi
Keberadaan air
Sterilisasi panas dapat dilakukan secara batch maupun continue.
a. Sterilisasi Batch
Sterilisasi sistem batch dapat dilakukan dengan cara menginjeksikan uap panas ke
dalam mantel fermentor ayau coil yang terdapat pada bagian dalam fermentor. Cara
ini disebut metode tidak langsung. Atau dengan cara menghilangkan uap panas
langsung ke dalam larutan medium (metode langsung). Metode langsung
membutuhkan uap panas murni, yaitu bebas dari bahan kimia tambahan seperti
senyawa antikarat yang panyak digunakan dalam proses produksi uap. Di samping itu,
metode langsung akan mengakibatkan bertambahnya volume cairan media dalam
fermentor karena adanya kondensasi uap yang digunakan.
b. Sterilisasi Continue
Site mini memberikan keuntungan berupa minimalnya kemungkinan kerusakan
medium tetapi mengkinsumsi banyak energi. Temperature yang dibutuhkan untuk
sterilisasi sistem ini adalah 140oC dengan waktu hanya 30 hingga 120 detik. Alat yang
digunakan dapat berupa Continues plate heat exchange dan Continues injection flash
cooler. Kelebihan Continues injection flash cooler antara lain:
Dapat digunakan untuk media yang mengandung bahan padat tersuspensi
Biaya lebih murah
Mudah dibersihkan
Pemanasan dan pendinginan lebih cepat
Penggunaan uap lebih efisien
Adapun Kekurangannya antara lain:
Dapat terbentuk buih saat pemanasan dan pendinginan
Adanya kontak langsung antara media dan uap panas yang murni, yaitu bebas
dari bahan anti karat.
2.2 Kinetika Kematian Mikroba
Proses panas secara komersial umumnya didesain untuk menginaktifkan
mikroorganisme yang ada pada makanan yang dapat mengancam kesehatan manusia dan
mengurangi jumlah mikroorganisme pembusuk ke tingkat yang rendah, sehingga peluang
terjadinya kebusukan sangat rendah. Dalam desain proses termal, ada dua hal yang harus
diketahui, yaitu karakteristirk ketahanan panas mikroba dan profil pindah panas dari medium
pemanas ke dalam bahan pada titik terdinginnya. Karakteristik ketahanan panas dinyatakan
dengan nilai D dan nilai Z. Untuk mencapai level pengurangan jumlah mikroba yang
diinginkan, amaka ditentukan siklus logaritma pengurangan mikroba. Kemudian dihitung
nilai sterilitasnya pada suhu tertentu (Fo). Nilai Fo ini ditentukan sebelum proses termal
berlangsung. Nilai Fo dapat dihitung pada suhu standar atau pada suhu tertentu, dimana untuk
menghitungnya perlu diketahui nilai D dan nilai Z (Kusnandar, 2008).
Nilai D menyatakan ketahahanan panas mikroba atau sensitifitas mikroba oleh suhu
pemanasan. Nilai D didefinisikan sebagai waktu dalam menit pada suhu tertentu yang
diperlukan untuk menurunkan jumlah spora atau sel vegetatif tertentu sebesar 90% atau satu
logaritmik. Setiap mikroba memiliki nilai D pada suhu tertentu. Semakin besar nilai D suatu
mikroba pada suatu suhu tertentu, maka semakin tinggi ketahahan panas mikroba tersebut
pada suhu yang tertentu. Nilai D umumnya dinyatakan pada suhu standar. Untuk bakteri
mesofilik atau termofilik umumnya menggunakan suhu standar 121oC, sedangkan untuk sel
vegetatif, khamir, atau kapang umumnya menggunakan suhu yang lebih rendah (80-100°C).
Nilai D pada suhu standar ini sering dituliskan dengan nilai Do (Anonim, 2009).
Faktor-faktor yang mempengaruhi efektifitas proses thermal pencapaian kecukupan
proses panas sangat dipengaruhi oleh banyak faktor. Oleh karena itu, faktor-faktor yang
mempengaruhi proses termal harus dikontrol dengan baik dan dikendalikan. Berdasarkan
persyaratan pendaftaran ke FDA, terdapat faktor-faktor kritis yang dapat mempengaruhi
proses pemanasan dan sterilisasi, yang dapat berbeda antara satu produk dengan produk
lainnya. Di antara faktor-faktor kritis yang perlu diidentifikasi pengaruhnya adalah: (a)
karakteristik bahan yang dikalengkan (pH keseimbangan, metode pengasaman,
konsistensi/viskositas dari bahan, bentu/ukuran bahan, aktivitas air, persen padatan, rasio
padatan/ cairan, perubahan formula, ukuran partikel, jenis pengental, jenis pengawet yang
ditambahkan, dan sebagainya), kemasan (jenis dan dimensi, metode pengisian bahan ke
dalam kemasan), (b) proses dalam retort (jenis retort, jenis media pemanas, posisi wadah
dalam retort, tumpukan wadah, pengaturan kaleng, kemungkinan terjadinya nesting (Anonim
c, 2008).
Bacillus cereus merupakan bakteri gram-positif, aerobik, batang pembentuk spora,
kadang-kadang memperlihatkan reaksi gram-negatif. Bacillus cereus merupakan bakteri
fakultatif anaerob dengan ukuran sel-sel vegetatif dalam bentuk rantai. Beberapa galur
bersifat psikotropik, dan galur lainnya bersifat mesofilik dan termofilik. Beberapa tidak dapat
tumbuh pada makanan dingin yang disimpan panas pada suhu di atas 60ºC (Anonim, 2009).
Escherichia coli atau biasa disingkat E. coli adalah salah satu jenis spesies utama
bakteri gram negatif. Bakteri ini umumnya hidup pada rentang 20-40°C, optimum pada 37°C.
Pada umumnya, bakteri ini hidup pada tinja, dan dapat menyebabkan masalah kesehatan pada
manusia, seperti diare, muntaber dan masalah pencernaan lainnya. E. coli banyak digunakan
dalam teknologi rekayasa genetika. Biasa digunakan sebagai vektor untuk menyisipkan gen-
gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan. E. coli dipilih karena pertumbuhannya
sangat cepat dan mudah dalam penanganannya (Anonim, 2009).
Pseudomonas aeruginosa merupakan patogen utama bagi manusia. Bakteri ini
terogolong baketri mesofilik. Bakteri ini kadang-kadang mengkoloni pada manusia dan
menimbulkan infeksi apabila fungsi pertahanan inang abnormal. Oleh karena itu,
Pseudomonas aeruginosa disebut patogen oportunistik, yaitu memanfaatkan kerusakan pada
mekanisme pertahanan inang untuk memulai suatu infeksi. Bakteri ini dapat juga tinggal pada
manusia yang normal dan berlaku sebagai saprofit pada usus normal dan pada pasien rumah
sakit yang menderita kanker, fibrosis kistik dan luka bakar. Bakteri ini adalah jenis bakteri
gram negatif aerob obligat, berkapsul, mempunya flagella polar sehingga bakteri ini bersifat
motil, berukuran sekitar 0,5-1,0 µm. Bakteri ini tidak menghasilkan spora dan tidak dapat
memfermentasikan karbohidrat (Anonim, 2010).
Jenis dan spesies mikroba berpengaruh terhadap perlakuan panas pada proses
sterilisasi. Tabel 2.1 menunjukan ketahanan relative beberapa jenis mikroba terhadap panas
yang tinggi. Mikroba yang membentuk spora lebih tahan terhadap pemanasan basah yang
paling tinggi jika dibandingkan dengan beberapa jenis mikroba yang lain. Siklus sterilisasi
dapat dirancang berdasarkan pemusnahan spora bakteri, sehingga mikroba jenis lain aka mati
secar bersamaan. Suhu yang semakin tinggi pada proses sterilisasi maka waktu yang
dibutuhkan untuk mematikan spora akan semakin berkurang.
Table 2.1 Ketahanan Relative Berbagai Mikroba Terhadap Panas Batch
Jenis Mikroba Ketahanan Relatif Terhadap Panas
Bakteri vegetative dan khamir 1
Virus dan bakteriofage 1-5
Spora kapang 2-10
Spora bakteri 3 x 106
Sumber : J.H (ed), 1988, Chemical Engineers’ Hand Book
Table 2.2 Pengaruh Suhu Dan Waktu Sterilisasi Terhadap Kematian Spora
Suhu Sterilisasi (oC)Waktu yang Diperlukan untuk Mematikan
Spora (menit)
116 30
118 18
121 12
125 8
132 2
138 0,8
Sumber : J.H (ed), 1988, Chemical Engineers’ Hand Book
Pengaruh waktu sterilisasi terhadap jumlah spora yang bertahan menunjukan
karakteristik yang berbeda-beda. Karakteristik mikroba atau termofilik pada awal proses
sterilisasi mengalami peningkatan populasi spora kemudian dengan bertambahnya waktu
sterilisasi spora yang hidup semakin berkurang. Panas yang diberikan pada awal proses justru
akan meningkatkan populasi mikroba termofil dan setelah temperature pemanasan mencapai
temperature yang mengakibbatkan kematian mikroba (lethal temperature), maka secara
perlahan jumlah mikroba yang hidup berkurang.
Bailey & Ollis, (1986) menyatakan bahwa kematian jumlah mikroba oleh pemanasan
dapat mengikuti persamaan linear orde -1.
Persamaannya : −dN
dt=kd N …….(2.1)
N = jumlah mikroba
T = waktu pemanasan
Kd = konstanta laju kematian mikroba
Integrasi persamaan 2.1 menjadi :NtN 0
=e−kt…….(2.2)
N0 = jumlah mikroba sebelum pemanasan pada t = 0
Nt = jumlah mikroba setelah pemanasan periode t
Logaritma normal persamaan 2.2 memberikan korelasi linear terhadap waktu,
lnNtN0
=−k d t …….(2.3)
N0 sering disebut level kontaminasi (jumlah mikroba sebelum pemanasan kontaminasi
mikroba sebelum disterilisasi ) dan Nt adalah level sterilisasi.
Dalam proses sterilisasi dikenal istilah decimal reduction time atau destruction value
(D) yang didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan dalam meit pada suhu tertentu untuk
mengurangi jumlah sel vegetative atau spora sehingga mikroba yang bertahan berkurang
menjadi 1/10, sehingga persamaan 2.2 dapat dituliskan :
NtN 0
=e−kD…….(2.4)
D= ln10k
…….(2.5)
Nilai konstanta laju kematian mikroba (kd) bergantung pada temperatur, mengikuti
persamaan Arhenius:
kd=kd 0e−Ed
RT …….(2.6)
ln k d=ln kd 0−EdRT
1T
…….(2.7)
Apabila nilai ln kd dialurkan terhadap 1/T maka akan diperoleh sebuah garis lurus
gradient – Ed/R.
BAB III
PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
ALAT
Beker glass 1000 mL 2 buah
Water bath
Hot plate
Tabung reaksi steril 20 buah
Thermometer
Mikroskup
Counting chamber
Kaca preparat + cover glass 5 buah
Coil tembaga
Pembakar spiritus
Pompa peristaltic
Pipet tetes 5 buah
Pipet ukur 10 mL steril 5 buah
Pipet ukur 1 mL steril 10 buah.
BAHAN
Biakan Saccharomyces cerevisiae
dalam media cair sebanyak 300 mL
untuk sterilisasi batch, dan 1000 mL
untuk sterilisasi continous
Fermipan
Methyl Blue
Alkohol
Es untuk pendingin
Masing-masing di isi dengan sampel 10 mL kemudian diberi tanda untuk T0, t1, t2, t3, dan
t4
Panaskan air sebanyak 500 mL
Panaskan tabung dalam penangas air dengan waktu yang telah ditentukan dan pengaturan suhu pada temperature 0C
Masukan dalam gela kimia berisi es
Di preparasi di kaca preparat
Amati dengan menggunakan mikroskup dengan perbesaran 10x40. Hitung jumlah mikroba yg ada yang (hidup & mati) amati secara duplo dengan 2 ruang pandang berbeda.
Catat hasil pengamatan dalam tabel untuk To,t1,t2,t3,t4( ulangi pengamatan terhadap sampel yang lainnya)
3.2 Diagram Kerja
A. Sterilisasi Batch
susun rangkaian alat untuk sterilisasi continuos
Kalibrasi skala pompa peristaltik terhadap nilai laju alir media
Atur skala pompa
Nyalakan pompa peristaltik
Tampung cairan dalam gelas ukur dan amati waktu serta volume
Gunakan jangka sorong untuk menentukan diameter
Ukur panjang coil yang terendam
Hitung volume coil
Panaskan waterbath pada temperatur T1
Atur laju alir pada q1 dan tampung kedalam tabung
Amati jumlah sel hidup dan sel mati yang keluar
Ulangi untuk proses sterilisasi pada temperatur T2 dan T3
B. Sterilisasi Continuous
kalibrasi laju alir
Penentuan panjang pipa coil
Prosedur sterilisasi kontinu
BAB IV
DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Data Pengamatan
A. Sterilisasi Batch
Tabel Jumlah Sel Hidup dan Sel Mati Pada Sterilisasi Batch
Temperatur : 40°C
No t-detik jumlah sel hidup (Nt) jumlah sel mati jumlah sel total (No)1 24 175 52 2272 48 125 107 2323 72 1 28 294 96 59 110 1695 120 27 67 94
Temperatur : 50°C
No t-detik jumlah sel hidup (Nt) jumlah sel mati jumlah sel total (No)1 24 56 103 1592 48 12 59 713 72 44 114 1584 96 1 55 565 120 5 121 126
Temperatur : 60°C
No t-detik jumlah sel hidup (Nt) jumlah sel mati jumlah sel total (No)1 24 147 69 2162 48 182 57 2373 72 41 146 1874 96 130 152 2825 120 75 92 167
4.2 Pengolahan Data
A. Sterilisasi Batch
Perhitungan ln NtNo
untuk variasi suhu berbeda
T3 = 40 oC
t1 = 24 detik --- > Ln NtNo
= Ln 175227
= - 0,2602
t2 = 48 detik --- > Ln NtNo
= Ln 125232
= - 0,6184
t3 = 72 detik --- > Ln NtNo
= Ln 1
29= - 3,3673
t4 = 96 detik --- > Ln NtNo
= Ln 59
169= - 1,0523
t5 = 120 detik --- > Ln NtNo
= Ln 2794
= - 1,2474
T3 = 50 oC
t1 = 24 detik --- > Ln NtNo
= Ln 56159
= - 1,0435
t2 = 48 detik --- > Ln NtNo
= Ln 1271
= - 1,7777
t3 = 72 detik --- > Ln NtNo
= Ln 44
158 = - 1,2784
t4 = 96 detik --- > Ln NtNo
= Ln 1
56 = -4,0253
t5 = 120 detik --- > Ln NtNo
= Ln 5
126 = -3,2268
T3 = 60 oC
t1 = 24 detik --- > Ln NtNo
= Ln 147216
= - 0,3848
t2 = 48 detik --- > Ln NtNo
= Ln 182239
= - 0,2724
t3 = 72 detik --- > Ln NtNo
= Ln 41
187 = - 1,5175
t4 = 96 detik --- > Ln NtNo
= Ln 130282
= - 0,7744
t5 = 120 detik --- > Ln NtNo
= Ln 75
167 = -3,2268
Keterangan : Nt = rata-rata hidup
No= rata-rata hidup + rata-rata mati
Grafik Ln NtNo
terhadap t (waktu) untuk variasi suhu berbeda
T1 = 40 oC
0 20 40 60 80 100 120 140
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
f(x) = − 0.0100345833333333 x − 0.58663R² = 0.0985842873716417
Grafik Ln/Lo terhadap waktu
Series2Linear (Series2)
waktu
Ln/L
o
Perhitungan Kd:
Y = ax + b
Y = -0,01x – 0,586
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t , maka:
Kd = -(-0,01) = 0,01
T2 = 50 oC
0 20 40 60 80 100 120 140
-4.5-4
-3.5-3
-2.5-2
-1.5-1
-0.50
f(x) = − 0.0275591666666667 x − 0.28608R² = 0.650379821507757
Grafik Ln/Lo terhadap waktu
Series2Linear (Series2)
waktu
Ln/L
o
Perhitungan Kd:
Y = ax + b
Y = -0,027x – 0,286
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t , maka:
Kd = -(-0,027) = 0.027
T3 = 60 oC
0 20 40 60 80 100 120 140
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
f(x) = − 0.00555583333333333 x − 0.3499R² = 0.186432092015349
Grafik Ln/Lo terhadap waktu
Series2Linear (Series2)
waktu
Ln/L
o
Perhitungan Kd:
Y = ax + b
Y = -0,005x-0,349
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t , maka:
Kd = -(-0,005) = 0,005
Tabel Kd, ln Kd, dan 1/T untuk Sterilisasi Batch
T (temperature
)
1/T Kd Ln Kd
40 0,025 0,010 -4,60550 0,020 0,027 -3,61260 0,017 0,005 -5,298
Grafik ln Kd terhadap 1/T untuk Sterilisasi Batch
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-6,000
-5,000
-4,000
-3,000
-2,000
-1,000
0
f(x) = − 346.5 x − 3812R² = 0.167182924434901
Grafik 1/T terhadap Ln Kd
Series2Linear (Series2)
Ln Kd
1/T
Perhitungan Ed:
Y = -346,5x - 3812
Berdasarkan persamaan :
ln k d=ln kd 0−EdRT
1T
Maka, −Ed
R = 346,5
Ed = - 346,5 x 0,082
Ed = - 28,413
B.Sterilisasi Continue
Penentuan volume coil
Diameter coil: 0,3 cm
Panjang coil: 5,5 cm
Kalibrasi Laju alir
No % Skala pompa Voulme (mL) Waktu (s)
1 40 34 60
2 50 40 60
3 60 48 60
4 70 58 60
Sterilisasi Continuos
Temperature penangas (T1): 40ᴼC
No % Skala pompa Jumlah sel
hidup (∑XH)
Jumlah sel
mati (∑XM)
Jumlah sel
total (∑Xtot)
1 40 60 40 100
2 50 61 28 89
3 60 9 4 13
4 70 8 12 20
Temperature penangas (T1): 50ᴼC
No % Skala pompa Jumlah sel
hidup (∑XH)
Jumlah sel
mati (∑XM)
Jumlah sel
total (∑Xtot)
1 40 19 26 45
2 50 8 13 21
3 60 39 14 53
4 70 54 14 68
Temperature penangas (T1): 60ᴼC
No % Skala pompa Jumlah sel
hidup (∑XH)
Jumlah sel
mati (∑XM)
Jumlah sel
total (∑Xtot)
1 40 31 35 66
2 50 37 21 58
3 60 12 26 38
4 70 48 22 70
PENGOLAHAN DATA
Perhitungan Q (saat kalibrasi)
40 % V = 17mL
t = 30 detik
Q = Vt
= 1730
= 0,567 mL/detik
50 % V = 20 mL
t = 30 detik
Q = Vt
= 2030
= 0,667 mL/detik
60 % V = 24 mL
t = 30detik
Q = Vt
= 2430
= 0,800 mL/detik
70 % V = 29 mL
t = 30detik
Q = Vt
= 2930
= 0,967 mL/detik
Perhitungan volume pipa coil
Tinggi = 5,5 cm
Diameter = 0,3 cm
Jumlah lilitan = 22
Panjang lilitan = π x tinggi x diameter
= 3,14 x 5,5 x 22 = 379,94 cm2
Volume coil = luas alas x panjang lilitan
= (0,152 x 3,14) x 379,94
= 26,84 cm3
Perhitungan waktu tinggal
t = volume pipaQ( laju alir)
t1= VQ
= 27
0,567 = 46,62 detik
t2= VQ
= 27
0,667 = 40,48 detik
t3= VQ
= 27
0,80 = 33,75 detik
t4= VQ
= 27
0,967 = 27,92 detik
# Menghitung nilai kd
- Temperatur penangas (T) : 40oC
Waktu tinggal Nt No Ln NtNo
46,62 60 100 -0,511
40,48 61 89 -0,378
33,75 9 13 -0,368
27,92 8 20 -0,916
Ket : N0 = jumlah mikroba hidup
Nt = jumlah mikroba total setelah pemanasan (periode t )
- Temperatur penangas (T) : 50oC
Waktu tinggal Nt No Ln NtNo
46,62 19 45 -0,862
40,48 8 21 -0,965
33,75 39 53 -0,307
27,92 54 68 -0,231
Ket : N0 = jumlah mikroba hidup
Nt = jumlah mikroba total setelah pemanasan (periode t )
- Temperatur penangas (T) : 60oC
Waktu tinggal Nt No Ln NtNo
46,62 31 66 -0,756
40,48 37 58 -0,449
33,75 12 38 -1,153
27,92 48 70 -0,377
Ket : N0 = jumlah mikroba hidup
Nt = jumlah mikroba total setelah pemanasan (periode t )
Grafik Ln NtNo
terhadap (waktu) untuk T = 40oC
25 30 35 40 45 50
-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1
0
f(x) = 0.01873434220787 x − 1.24002702256621R² = 0.350111844378329
grafik ln Nt/No terhadap t
Series2Linear (Series2)
waktu tinggal (t)
ln N
t/N
o
Perhitungan Kd:
Y = 0,018x + 1,24
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t, maka:
Kd = -(0,018) = -0,018
Grafik Ln NtNo
terhadap (waktu) untuk T = 50oC
25 30 35 40 45 50
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
f(x) = − 0.0410101917330781 x + 0.934021556032509R² = 0.784253949389363
Series2Linear (Series2)
waktu tinggal (t)
ln N
t/N
o
Perhitungan Kd:
Y = -0,041x + 0,934
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t, maka:
Kd = -(-0,041) = 0,041
Grafik Ln NtNo
terhadap (waktu) untuk T = 50oC
25 30 35 40 45 50
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
f(x) = − 0.00576330791296227 x − 0.469398170447151R² = 0.0175127869011126
grafik ln Nt/No terhadap t
Series2Linear (Series2)
waktu tinggal (t)
ln N
t/N
o
Perhitungan Kd:
Y = -0,005x – 0,469
Berdasarkan persamaan Ln NtNo
= - Kd . t, maka:
Kd = -(-0,005) = 0,005
Tabel Kd, Ln Kd, dan 1/T untuk Sterilisasi Continue
Kd Ln Kd 1/T
-0,018 4,012 0,025
0,041 -3,194 0,02
0,005 -5,29 0,0167
Grafik ln Kd terhadap 1/T untuk Sterilisasi Continuos
0.016 0.018 0.02 0.022 0.024 0.026
-6
-4
-2
0
2
4
6
f(x) = 1146.7207482344 x − 25.0748900553541R² = 0.964546232301442
grafik ln Kd terhadap 1/T
Series2Linear (Series2)
1/T
ln K
d
Perhitungan Ed:
Y = 1146x - 25,07
Berdasarkan persamaan :
ln k d= ln kd 0−EdRT
1T
Maka, −Ed
R = 1146
Ed = 1146 x 0,082
Ed = 93,972 liter atm / mol K
Perhitungan Desimal Reduction Time/Destruction Value (D)
D = ln 10Kd
DT1 = ln10
−0,018 = -127,92
DT2 = ln 100,041
= 56,161
DT3 = ln100,005
= 460,52
D (Destruction Value)
D1 -127,92
D2 56,161
D3 460,52
BAB V
PEMBAHASAN
Percobaan yang kami lakukan adalah kinetika kematian mikroba dan teknik sterilisasi
media secara batch dan continue. Sterilisasi merupakan suatu cara untuk mengeliminasi
semua kehidupan mikroba yang ada pada suatu bahan atau produk yang dikehendaki. Pada
teknik sterilisasi batch, prosesnya relatif sederhana, dan proses pemanasan serta pendinginan
dapat dilakukan dalam satu waktu perioda. Namun, proses pemanasan serta pendinginan pada
sterilisasi batch, berlangsung lambat, hingga mengakibatkan kematian mikroba (lethal
temperature).
Pada proses sterilisasi batch, kami menghitung jumlah sel yang mati dan jumlah sel
yang hidup setelah melalui proses pemanasan dan pendinginan. Sampel berisi biakan
dipanaskan pada temperature berbeda-beda yakni 40 oC, 50 oC, dan 60 oC dan pada rentang
waktu berbeda pula. Setelah proses pemanasan dan pendinginan, jumlah sel dihitung dengan
menggunakan mikroskop. Pada saat menetekan sampel ke dalam kaca preparat, semua hal
yang dilakukan harus dilakukan secara aseptis agar sampel tidak terkontaminasi.
Berdasarkan tabel data pengamatan, jumlah sel yang mati semakin bertambah seiring
dengan bertambahnya suhu pemanasan. Namun, berdasarkan data percobaan, data yang
diperoleh kurang akurat. Hal ini disebabkan karena beberapa faktor, diantaranya adanya
pengotor yang ditemui pada mikroskop, penanganan yang kurang aseptis, serta faktor
ketelitian saat menghitung jumlah sel. Kematian jumlah mikroba oleh pemanasan dapat
dihitung dengan membuat grafik ln NtNo
terhadap waktu pemanasan (t) sehingga akan
diperoleh nilai k sebagai slope-nya.
Berdasarkan grafik, diperoleh nilai Kd, yakni:
Temperatur (T) Kd
40oC 0,01
50oC 0,027
60oC 0,005
Setelah diperoleh nilai Kd, dapat dihitung nilai Ed dengan membuat grafik ln Kd
terhadap 1/T sehingga berdasarkan hasil perhitungan dari grafik dapat diperoleh nilai Ed,
yakni = -28,413
Teknik sterilisasi yang kedua adalah teknik sterilisasi secara continue. Sebelum
menggunakan alat sterlisisasi ini, alat yang digunakan harus dikalibrasi terlebih dahulu.
Kemudian disterilkan menggunakan alcohol. Saat dikalibrasi, diperoleh laju alir sebagai
berikut:
%Q kalibrasi Q(laju alir) ml/s
40 0,567
50 0,667
50 0,800
70 0,967
Untuk menghitung laju alir sampel, terlebih dahulu dihitung volume pipa. Volume
pipa yang diperoleh adalah 27 cm3. Berdasarkan data pengamatan, semakin besar laju alir
pada alat yang diberikan semakin sedikit waktu tinggal sampel biakan dalam pipa. Kemudian
waktu tinggal biakan di dalam pipa dihitung dengan menggunakan persamaan Q = Vt
.
Berdasarkan perhitungan, diperoleh waktu tinggal sampel, yakni:
Waktu Tinggal (t) (detik)
t1 46,62
t2 40,48
t3 33,75
t4 27,92
Kemudian setelah memperoleh waktu tinggal, dibuat grafik ln Nt/No terhadap waktu
tinggal sehingga diperoleh nilai Kd sebagai slopenya. Nilai kd untuk variasi suhu pada
sterilisasi continue adalah sebagi berikut:
Suhu (T) Kd
40 oC -0,018
50 oC 0,041
60 oC 0,005
Setelah diperoleh nilai Kd, dapat dihitung nilai Ed dengan membuat grafik ln Kd
terhadap 1/T sehingga berdasarkan hasil perhitungan dari grafik diperoleh nilai Ed, yakni
93,972 L atm/mol K.
Konstanta laju kematian mikroba antara proses sterilisasi batch dan kontinu yang
kami dapatkan hasilnya berbeda tetapi mendekati. Seperti data dibawah ini:
Kd proses batch Kd proses kontinu
0,01 -0,018
0,02 0,041
0,005 0,005
Hal ini dapat disebabkan oleh jenis dan jumlah kontaminan yang masih ada dalam
media, komposisi media fermentasi karena perlakuan dilakukan pada waktu yang berbeda,
temperatur yang digunakan, durasi proses sterilisasi.
BAB VI
KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal, diantaranya
sebagai berikut:
Sterilisasi dapat dilakukan dengan dua cara yakni sterilisasi batch dan sterilisasi
continue. Pada sterilisasi bacth waktu heating section, holding section, dan cooling
section berlangsung dalam satu perioda. Sedangkan pada sterilisasi continue, proses
langsung mencapai holding section tanpa melalui heating section terlebih dahulu.
Berdasarkan jumlah mikroba yang hidup pada sterilisasi batch, diperoleh nilai Kd
untuk berbagai variasi suhu dengan mengalurkan nilai ln NtN 0
, dan membuat grafik ln
NtN 0
terhadap waktu. Nilai kd yang diperoleh untuk
berbagai variasi suhu diantaranya sebagai berikut:
Temperatur (T) Kd
40oC0,01
50oC0.027
60oC0,005
Kemudian dibuat grafik ln Kd terhadap 1/T untuk memperoleh nilai Ed. Berdasarkan
perhitungan grafik diperoleh nilai Ed sebesar – 28,413
Pada sterilisasi continue, diperoleh waktu tinggal sampel dalam pipa () dengan
perhitungan menggunakan rumus Q = Vt
. Waktu tinggal sampel yang diperoleh
adalah:
Waktu tinggal (t) (detik)
t1 46,62t2 40,48t3 33,75t4 27,92
Setelah memperoeh waktu tinggal, kemudian dibuat grafik ln Nt/No terhadap waktu
tinggal seperti pada sterilisasi batch. Berdasarkan grafik yang telah dibuat, diperoleh
nilai kd untuk dua variasi suhu, yakni:
T (temperature)
Kd
40 -0,01850 0.04160 0,005
Kemudian nilai Ed dapat diperoleh dengan membuat grafik ln Kd terhadap 1/T, nilai
Ed yang diperoleh adalah sebesar 93,972
DAFTAR PUSTAKA
Stanbury, Peter F dan A Whitaker. 1984. Principles of Fermentation Technologi. Great,.
Exeter
Kamaludi, D.dkk .2007. Pengaruh Proses Pengawetan Baso Tahu terhadap Cemaran
Mikroba. Teknik Kimia. Politeknik Negegri Bandung
Jobsheet praktikum Bioproses. Teknik kimia. Politeknik Negeri Bandung