Dalam industri fermentasi diperlukan substrat yang murah, mudah tersedia dan efisien penggunaannya.
Usaha selalu dilakukan untuk menemukan substrat baru yang lebih murah dan lebih baik, tetapi kadang-kadang timbul masalah baru dalam hal cara penyimpanannya, kemudahannya untuk disterilisasi atau komposisi yang berbeda.
Dalam industri fermentasi dimana produk-produknya juga dapat dihasilkan secara sintetis atau dengan cara lainnya, pemilihan substrat merupakan hal yang kritis. Sebagai contoh misalnya produksi asam-asam amino (glutamat, lisin, metiamin, dan sebagainya) serta PST (Protein Sel Tunggal).Pemilihan substrat untuk fermentasi produk-produk tersebut harus sedemikian rupa sehingga harga produknya dapat bersaing dengan harga produk yang diproduksi dengan cara lain.
Persyaratan Umum Substrat Fermentasi
Beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan substrat untuk fermentasi adalah :
- Tersedia dan mudah didapat.
- Sifat fermentasi.
- Harga dan faktor harga.
Substrat yang berasal dari limbah tanaman musiman tidak mudah didapat, terutama bila periode pemanenannya pendek dan bahan tersebut mudah terkontaminasi dan menjadi buruk, yang baik untuk industri adalah yang relatif stabil dan dapat disimpan selama beberapa bulan. Jika digunakan bahan buangan atau limbah suatu industri, mutu dan komposisinya sering bervariasi tergantung dari proses yang digunakan sebelumnya.
Substrat Sumber Karbon
- Molase
Karbohidrat merupakan sumber energi tradisional dalam industri fermentasi. Glukosa dan Sukrosa jarang digunakan sebagai satu-satunya sumber karbon karena harganya mahal, sedangkan limbah industri gula yaitu molase merupakan sumber karbohidrat termurah. Disamping mengandung sejumlah gula, molase juga mengandung senyawa bernitrogen, vitamin dan elemen terbatas. Komposisi molase bervariasi tergantung bahan mentah yang digunakan untuk produksi gula, misalnya molase gula bit dan gula tebu.
- Ekstak Malt
Ekstak kecambah barlei merupakan substratyang baik untuk fungi, khamir dan actinomycetes. Ekstrak malt kering mengandung 90 – 92% karbohidrat, terdiri dari hektosa (glukosa, fruktosa) disakarida (maltosa, sukrosa), trisakharida (maltotriosa) dan dekstrin.
- Pati dan Dekstrin
Sebagai sumber karbon, pati dan dekstrin dapat digunakan langsung oleh mikroorganisme yang memproduksi amilase. Dalam industri etanol, selain digunakan sirup glukosa sebagai substrat, sering juga digunakan pati
- Limbah Sulfit
dari industri kertas yang merupakan limbah yang mengandung gula dengan berat kering 9 – 13 %, terutama digunakan untuk memperbanyak khamir. Limbah sulfit dari pohon canifera mengandung 2 – 3% total gula, dimana 80% dari gula tersebut adalah hektosa (glukosa, mamosa, galaktosa) dan lainnya adalah pentosa (xitosa, arabinosa)
- Selulosa.
mulai banyak digunakan sebagai substrat fermentasi karena mudah didapat dan murah harganya.
Sumber selulosa pada umumnya dalam bentuk limbah, misalnya jerami, bongkol jagung, limbah kayu, bagase dan limbah kertas. Biasanya penggunaan selulose sebagai sumber karbon tidak dapat langsung, tetapi harus mengalami hidrolisa terlebih dahulu secara kimia atau enzimatik.
- Minyak nabati
seperti minyak kedelai, minyak biji kapas dan minyak palem digunakan sebagai substrat tambahan, yaitu ditambahkan kedalam medium dimana karbohidrat merupakan sumber energi
- Metanol
Jika dilihat dari kandungan karbonnya, metanol merupakan substrat fermentasi yang termurah, tetapi hanya dapat dipecah oleh beberapa bakteri dan khamir. Metanol sering digunakan sebagai substrat untuk produksi protein sel tunggal.
Produk-produk yang diproduksi dari fermentasi metanol misalnya asam sitrat dan fumarat, valin, lysin dan threonin. Produksi asam sitrat oleh Aspergillus niger dapat dirangsang dengan penambahan metanol. Metanol dapat diperoleh dari oksidasi matana atau gas alam.
Sumber-sumber Nitrogen
- Corn Steep Liquor
Beberapa proses fermentasi dalam skala besar menggunakan garam amonium, urea atau gas amonia sebagai sumber nitrogen. Tetapi sumber nitrogen yang dapat dimetabolisme secara paling efisien adalah “corn steep liquor”, yang terbentuk dalam proses produksi pati dari jagung. Ekstrat pekat dari “corn steep liquor” (sekitar 4% nitrogen) mengandung berbagai asam amino seperti alamin, arginin, asam glutamat, isoleusin, threonin, valin, fenilalanin, methionin dan cystin.
- Ekstrak Khamir.
Ekstrak khamir merupakan ekstrak yang baik untuk berbagai mikroba. Ekstrak ini diproduksi dari ragi roti melalui otolisis pada suhu 50 – 550C,atau melalui plasmolisis dengan penambahan NaCl pada konsentrasi tinggi.
Ekstrak khamir mengandung asam-asam amino dan peptida, vitamin larut air dan karbohidrat.
- Pepton
Pepton atau hidrolisat protein dapat digunakan oleh berbagai mikroba, tetapi harganya relatif mahal untuk keperluan industri. Sumber-sumber pepton adalah daging, kasenin, gelatin, keratin, biji kacang tanah, tepung kedelai, biji kapas dan biji bunga matahari.
Komposisi pepton bervariasi tergantung dari sumbernya dan cara hidrolisisnya, yaitu hidrolisis asam atau enzimatis.
