Apa Berbagai Jenis Kultur Mikroba?

Perbedaan terletak pada mikroorganisme sehubungan dengan pertumbuhan dan produksi produk mereka. Oleh karena itu, mikroorganisme dibiakkan dalam berbagai jenis bejana dengan berbagai cara. Oleh karena itu, untuk mendapatkan produk yang diinginkan, mikroorganisme ditumbuhkan sebagai kultur batch, fed-batch atau continuous.

  1. Budaya Batch :

Kultur batch adalah metode paling sederhana. Mikroba yang diinginkan ditanam dalam sistem kultur tertutup pada media kultur mikroba dalam jumlah terbatas. Mikroorganisme yang ditumbuhkan di laboratorium dalam labu biasa pada dasarnya adalah kultur batch.

Setelah inkubasi media, mikroba (ragi, bakteri atau inokulum jamur) melewati sejumlah tahap pertumbuhan seperti fase lag, fase log (atau pertumbuhan eksponensial), fase perlambatan, fase stasioner dan fase kematian.

Karena konsumsi media secara bertahap dan produksi metabolit, lingkungan tumbuh terus berubah. Ini mempengaruhi pertumbuhan sel. Oleh karena itu, media segar digunakan dalam setiap batch.

Setelah inokulasi, mikroba beradaptasi dengan lingkungan baru dan tidak menunjukkan pertumbuhan aktif. Periode ini disebut fase lag. Kemudian sel menggunakan nutrisi media pertumbuhan dan tumbuh secara eksponensial sampai nutrisi media tidak habis. Periode sel yang membelah secara eksponensial disebut fase log atau fase pertumbuhan eksponensial.

Selama fase log terjadi peningkatan massa sel dan jumlah sel dengan penurunan nutrisi secara bertahap. Pada fase deselerasi, tidak ada pertumbuhan mikroba sama sekali.

Karena lingkungan pertumbuhan berubah karena konsumsi nutrisi secara bertahap dan akumulasi metabolit dalam fermentor.

Pada fase stasioner pertumbuhan mikroba menurun hingga nol. Akumulasi metabolit melebihi dan tidak ada cukup nutrisi yang tersisa di fermentor. Sel-sel secara bertahap mulai mati. Tahap ini disebut fase kematian.

Kinetika Pertumbuhan Mikroba dan Laju Pertumbuhan Spesifik:

Selama fase log ketika sel memanfaatkan nutrisi dan tumbuh untuk meningkatkan biomassa, pertumbuhan berperilaku mirip dengan reaksi autokatalitik. Pada fase ini laju pertumbuhan sebanding dengan massa sel pada periode tersebut. Selama ini laju ‘peningkatan massa sel’ (dx/dt) sama dengan laju pertumbuhan spesifik (µ) dan konsentrasi sel.

Laju pertumbuhan spesifik (µ) bertindak sebagai indeks laju pertumbuhan sel di lingkungan itu sendiri. Jika Anda memplot grafik antara dx/dt dan x, dan menentukan kemiringan garis lurus, Anda dapat menghitung laju pertumbuhan spesifik.

Nilai laju pertumbuhan spesifik dapat dikonversi menjadi waktu penggandaan (yaitu waktu yang dibutuhkan oleh sel untuk membelah dan menggandakan jumlahnya). Hal itu memberikan apresiasi yang lebih baik terhadap makna nilai-nilai tersebut.

µ mewakili kapasitas kultur mikroba untuk tumbuh di lingkungan tertentu. H dari kultur mikroba diukur selama fase log pertumbuhan selama pertumbuhan sel yang seimbang terjadi. Dalam budaya batch, nilai bervariasi memiliki nilai maksimum pada fase pertumbuhan eksponensial (log).

Faktor lingkungan (misalnya pH, suhu, komposisi medium, aerasi, dll.) yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba juga mempengaruhi laju pertumbuhan spesifik dari biakan. Nilai representatif µ maks dari beberapa mikroorganisme diberikan dalam.

  1. Budaya Fed-batch

Kultur fed-batch pada dasarnya adalah kultur batch yang terus-menerus diberi makan dengan media nutrisi dalam fermentor tanpa menghilangkan kultur pertumbuhan atau produk pertumbuhan. Akibatnya volume media meningkat. Nutrisi harus ditambahkan pada tingkat yang sama seperti yang dikonsumsi oleh sel yang tumbuh. Oleh karena itu, penambahan nutrisi yang berlebihan harus dihindari.

Dalam kultur batch ketika konsentrasi substrat yang tinggi menghambat pertumbuhan mikroba, kultur fed-batch lebih disukai daripada yang pertama. Oleh karena itu, dalam kultur feed-batch, substrat diumpankan pada konsentrasi yang tetap di bawah tingkat toksik. Kegiatan ini mempercepat pertumbuhan sel. Kepadatan sel yang tinggi dicapai dalam kultur fed-batch dibandingkan dengan kultur fed-batch.

Kultur fed-batch adalah proses yang ideal untuk produksi metabolit intraseluler dalam jumlah maksimum. Misalnya, protease alkali yang digunakan dalam deterjen biologis diproduksi oleh spesies Bacillus. Pemberian sumber nitrogen secara berkelompok (misalnya amonia, ion amonium, dan asam amino) menjaga substrat ini pada konsentrasi rendah dan menginduksi sintesis protease.

  1. Budaya Berkelanjutan :

Kultur kontinyu adalah proses terbuka di mana kultur mikroba juga tumbuh secara kontinyu dalam fase log. Salah satu nutrisi media kultur dijaga tetap terbatas. Oleh karena itu, pada fase log pertumbuhan sel berhenti karena nutrisi dalam jumlah terbatas habis. Dalam kultur berkelanjutan, media yang difermentasi secara terus menerus dikeluarkan dari fermentor.

Oleh karena itu, untuk menjaga kultur selalu dalam fase log, media segar ditambahkan terus menerus ke dalam fermentor (sebelum nutrisinya berkurang) pada saat media dipindahkan. Di sini laju suplai nutrisi dalam bentuk bahan mentah dan penghilangan produk/sel harus sama secara volumetrik yaitu volume yang ditambahkan sama dengan volume yang dihilangkan.

Artinya volume medium selalu konstan. Ini harus dioptimalkan dengan kultur mikroba yang berbeda dan media pertumbuhan yang berbeda. Jika volume kerja fermentor adalah V m 3 , dan laju aliran masuk dan keluar adalah F m 3 h _1 , maka laju pengenceran (D) akan menjadi

D = F/V

Atau F = DV …(8)

Satuan D adalah per jam (h” 1 ).

Keluaran biomassa dari sistem kultur kontinyu ditentukan oleh laju keluarnya media dari aliran keluar (yaitu laju aliran, F) dikalikan dengan konsentrasi biomassa dalam aliran keluar tersebut (yaitu X).

Jadi, keluaran = FX …(9)

Masukkan nilai F dari persamaan (8) ke dalam persamaan (9), kita dapatkan

Keluaran = DVX …(10)

Produktivitas sistem ini (keluaran per satuan volume) adalah sebagai berikut:

DVX =DX… (11)

Produktivitas = DVX/V = DX

Dalam sel kultur terus menerus tumbuh pada tingkat pertumbuhan tertentu. Kemudian dipertahankan untuk waktu yang lama. Paling sering kultur kontinyu digunakan untuk produksi biomassa metabolit. Selain itu, limbah cair diolah dengan menggunakan kultur kontinyu. Mikroorganisme memanfaatkan bahan organik dari limbah cair.

Dengan demikian biomassa mikroba diproduksi dalam jumlah yang tinggi. Ketika sistem tersebut berada dalam kesetimbangan, jumlah sel dan status gizi tetap konstan. Pada tahap ini sistem dikatakan dalam keadaan tunak.

(a) Chemostat:

Chemostat adalah jenis perangkat kultur berkelanjutan yang paling umum. Ini mengontrol kepadatan populasi (yaitu kepadatan sel) serta tingkat pertumbuhan budaya. Chemostat dikendalikan oleh dua elemen, laju pengenceran dan konsentrasi nutrisi pembatas misalnya sumber karbon atau nitrogen. Tingkat pertumbuhan berkurang pada konsentrasi yang sangat rendah dari nutrisi yang diberikan.

Dalam kepadatan sel chemostat (jumlah sel/ml) dikendalikan dengan mengatur konsentrasi nutrisi pembatas. Jika konsentrasi nutrisi dalam medium dinaikkan (dengan laju pengenceran konstan), kepadatan sel akan meningkat dan laju pertumbuhan akan tetap sama. Konsekuensinya, konsentrasi nutrisi yang stabil dalam bejana kultur akan menjadi nol.

Berbagai kepadatan sel yang tumbuh pada berbagai laju pertumbuhan dapat dipertahankan dengan menyesuaikan laju pengenceran dan konsentrasi nutrisi. Jika medium diumpankan ke kultur semacam itu pada laju yang sesuai, akhirnya diperoleh kondisi tunak.

Ketika kondisi mapan dipertahankan, pertumbuhan sel dan konsumsi substrat berlangsung pada laju tetap. Oleh karena itu, selama kondisi mapan, laju pertumbuhan sel tetap konstan yaitu kepadatan sel, metabolit dan nutrisi di dalam pembuluh juga konstan. Artinya hilangnya kultur dari bejana mengimbangi pembentukan biomassa baru oleh kultur mikroba.

(b) Turbidostat:

Ini adalah jenis lain dari sistem budaya berkelanjutan. Ini terdiri dari fotosel yang mengukur kekeruhan kultur. Laju aliran medium melalui bejana diatur secara otomatis untuk menjaga kekeruhan.

Turbidostat berbeda dari chemostat dalam beberapa hal. Dalam turbidostat, tingkat pengenceran bervariasi daripada tetap konstan. Media kulturnya kekurangan nutrisi pembatas. Turbidostat bekerja paling baik pada tingkat pengenceran yang tinggi, sedangkan chemostat efektif dan stabil pada tingkat pengenceran yang rendah.

Related Posts