POLA
PERTUMBUHAN DAN KINETIKA PERTUMBUHAN MIKROBA
Mikroba merupakan
mahluk hidup yang dapat tumbuh pada lingkungan yang sesuai untuk
pertumbuhannya. Dengan demikian adanya mikroba dapat menyebabkan banyak bahaya
karena kemampuannya dalam menginfeksi tanaman, hewan serta manusia yang
berakibat dapat timbul penyakit ringan atau bahkan menyebabkan kematian.
Mikroba juga dapat menyebabkan kerusakan pada bahan pangan dan produk olahannya
ataupun kerusakan lainnya, misalnya kerusakan kayu, kulit, tekstil dan
sebagainya. Bahan pangan atau produk olahan pangan dapat tercemar oleh mikroba
sehingga menimbulkan perubahan-perubahan kimiawi di dalamnya, akibatnya bahan
pangan atau produk olahan pangan menjadi tidak layak dimakan karena telah rusak
atau bahkan mungkin beracun. Namun demikian, terdapat cukup banyak mikroba yang
berperan positif pada pangan yaitu peran mikrob pada proses fermentasi pangan.
Oleh karena itu perlu diketahui pola pertumbuhan mikroba sehingga dapat
dilakukan pengendalian terhadap pertumbuhan mikroba patogen dan mikroba
penyebab kerusakan pangan ataupun mikroba yang berperan pada fermentasi pangan.
A. FASE-FASE
PERTUMBUHAN MIKROBA
Dalam mencermati
fase-fase pertumbuhan mikroba, maka perlu diketahui beberapa istilah penting.
Pertumbuhan
: berkaitan dengan suatu mikroba, pertumbuhan diartikan sebagai suatu
peningkatan massa atau jumlah sel total (misalnya di dalam suatu biakan) dan
bukan dalam hal ukuran atau kerumitan organisme masing-masing.
Laju
Pertumbuhan : pertambahan jumlah sel per satuan
waktu.
Generasi
: interval untuk pembentukan dua sel yang berasal dari satu sel.
Waktu
Generasi : selang waktu yang diperlukan bagi sebuah sel
untuk membelah diri. Setiap mikroba mempunyai waktu generasi yang berbeda.
Pertumbuhan
eksponensial : pertambahan jumlah sel secara sangat
cepat dengan konstanta tertentu dalam statu periode waktu, sehingga pertambahan
jumlah sel tersebut berdasarkan deret ukur.
Populasi mikroba dalam kurun waktu tertentu
jumlahnya sangat banyak hingga dalam hitungan juta atau miliar sel. Namun
demikian, dengan mengukur pertumbuhan mikroba dalam selang waktu tertentu pada
beberapa titik waktu pengukuran maka dapat diketahui pola pertumbuhan
mikrobanya. Pertumbuhan mikroba meliputi beberapa fase yaitu :
1) fase lag atau fase adaptasi
2) fase log atau fase pertumbuhan eksponensial
3) fase statis, dan
4) fase kematian.
Data pertumbuhan mikroba selanjutnya diplotkan dalam
skala aritmatik (dalam satuan log atau dalam grafik semilog).
Sedangkan yang dimaksud dengan pertumbuhan dalam
keadaan kesetimbangan yaitu jika pertumbuhan mikroba tersebut terjadi secara
teratur pada kondisi konstan, sehingga jumlah pertambahan komponen kimia (hasil
metabolisme) juga konstan.
Fase
Lag
Jika suatu populasi mikroba diinokulasikan ke dalam
medium, maka umumnya tidak segera terjadi pertumbuhan mikroba, tetapi
diperlukan beberapa waktu bagi mikroba untuk beradaptasi dalam medium tersebut.
Fase lag tidak terlihat jika suatu kultur yang dalam pertumbuhan eksponensial
diinokulasikan pada medium yang sama dan dalam kondisi
yang sama. Pengamatan fase lag dapat dilakukan jika
populasi mikroba tersebut dipindahkan dari medium yang kaya nutrisi ke dalam
medium yang minim/miskin nutrisi.
Fase
Log
Merupakan pertumbuhan mikroba secara teratur dalam
interval waktu tertentu, artinya populasi mikroba bertambah secara teratur
menjadi dua kali lipat pada interval waktu tertentu (waktu generasi) selama
inkubasi. Tidak semua spesies mikroba mempunyai waktu generasi yang sama, ada
yang mempunyai waktu generasi beberapa belas menit, sedangkan spesies lainnya
selama beberapa jam. Sebagai contoh, di dalam médium kultur maka waktu generasi
Escherichia coli adalah 15 hingga 20 menit, Salmonella typhi 20 hingga 30 menit
sedangkan Mycobacterium tuberculosis selama 12 hingga 24 jam. Laju pertumbuhan
tersebut dipengaruhi oleh kondisi lingkungan (suhu dan komposisi medium
pertumbuhannya) sera karakteristik mikrobanya. Bakteri tumbuh lebih cepat
dibandingkan mikroba eukaryotik lainnya.
Fase
Statis
Pertumbuhan mikroba relatif statis pada fase ini,
artinya populasi sel-sel hidup relatif constan atau pertambahan sel yang hidup
sebanding dengan pertambahan sel yang mati.
Fase
Kematian
Jika mikroba telah melewati fase statis, akhirnya
terjadi penurunan populasi sel-sel hidup yang berarti mikroba memasuki fase
kematian.
Perlu dicermati bahwa fase lag, fase log, fase
statis maupun fase kematian tidak dapat diterapkan untuk tiap sel individu
tetapi hanya untuk populasi sel mikroba. Waktu generasi mikroba (misalnya
bakteri) dapat
ditentukan dengan pengamatan langsung secara
mikroskopis. Namun metode yang lebih praktis dan umum adalah dengan cara
menginokulasi suatu medium dengan bakteri dalam jumlah yang diketahui,
membiarkan bakteri tersebut tumbuh pada kondisi optimum kemudian menentukan
populasinya pada interval waktu tertentu secara berkala. Dengan demikian data
yang diperlukan untuk menghitung waktu generasi bakteri adalah (a) jumlah
bakteri pada awalnya di dalam inokulum, (b) jumlah bakteri pada setiap titik
pengamatan pada akhir waktu tertentu, dan (c) interval waktu.
Jika misalnya satu spesies bakteri mempunyai waktu
generasi 30 menit. Jika pada awalnya terdapat satu sel bakteri, maka 30 menit
kemudian terdapat 2 sel bakteri, setelah 1 jam terdapat 4 sel, setelah 2 jam
terdapat 16 sel, dan secara teoritis setelah 10 jam akan terdapat 1.048.576 sel
bakteri. Jika populasi awalnya sebanyak 100 sel, maka secara teoritis terdapat
100x1048576 sel, artinya sebanyak 104.857.600 sel atau sebanyak 108 sel. Dapat
dibayangkan jika populasi awalnya sebanyak lebih dari 10.000 sel. Perla
diketahui bahwa pada susu segar/susu mentah terdapat 105 sel/ml.
B.
KINETIKA PERTUMBUHAN
Pertumbuhan mikroba (pada fase eksponensial atau
fase log), mengikuti formula :
dX/dt = kX
ln X = ln Xo + k(t)
dimana :
X = jumlah sel pada waktu t
Xo= jumlah sel pada waktu 0
k = konstanta laju pertumbuhan
t = waktu yang diperlukan
Maka antilogaritma : X = Xo ekt
Jika populasi meningkat dua kalinya, maka
X/Xo = 2
X = Xo ekt
X/Xo = ekt
2 = ek(t-gen) t-gen = waktu generasi
k = ln 2/t-gen
k = 0,693/tgen ; Jika 1/tgen = μ
maka : k = 0,693 μ atau μ = k/0,693
Ln X - ln Xo = kt
log X - log Xo = kt/2,303
karena k = 0,693 μ; maka
log X - log Xo = 0,693 μt/2,303
log X - log Xo = 0,301 μt
μ= (log Xt - log Xo)/0,301 t ;
dimana μ = laju pertumbuhan
Sebagai contoh :
Jika pada awalnya terdapat bakteri sebanyak 103 sel/ml,
setelah 5 jam inkubasi ternyata terdapat bakteri sebanyak 107 sel/ml. Tentukan
laju pertumbuhan bakteri dan waktu generasinya.
μ = (log Xt - log Xo)/0.301 t
μ= (log 107 - log 103)/0.301 t
Laju pertumbuhan :
μ = 4/(0.301x5) = 2.6578 generasi/jam
Karena μ = 1/g; maka g = 1/μ
Waktu generasi :
g = 1/2.6578 = 0.37625 jam/generasi
C.
PENGUKURAN LAJU PERTUMBUHAN
Telah diketahui bahwa istilah pertumbuhan mikroba
mengacu pada perubahan dalam populasi total dan bukannya perubahan dalam suatu
individu organisme saja. Selain itu pada kondisi pertumbuhan seimbang ada suatu
pertambahan semua komponen seluler secara teratur. Oleh sebab itu pertumbuhan
dapat ditentukan tidak hanya dengan cara mengukur jumlah sel tetapi juga dengan
mengukur jumlah berbagai komponen selular (DNA, RNA, protein) serta produk-produk
metabolisme tertentu.
Terdapat beberapa
teknik laboratorium untuk mengukur pertumbuhan mikroba dengan bantuan peralatan
sederhana misalnya sebuah gelas obyek dengan olesan yang diwarnai serta telah
diketahui volumenya (dikenal sebagai hitungan mikroskopis), cawan Petri berisi
media/agar padat (dikenal sebagai hitungan cawan), secara gravimetri untuk
penentuan massa sel hingga peralatan elektronik modern yang mengukur
fotoluminesens senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh beberapa spesies mikroba.
Pertumbuhan mikroba tentunya dipengaruhi oleh faktor intrinsik maupun faktor
ekstrinsik.
Faktor-faktor intrinsik
yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba antara lain :
1.
Nutrien
2.
pH
3.
aktivitas air (water activity)
4.
komponen antimikroba
Faktor-faktor ekstrinsik
yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba antara lain :
1.
Suhu
2.
Potensial redox
Info: http://www.imdb.com/title/tt1300854/
