Bab lima mendiskusikan pertumbuhan mikroorganisme melalui pembelahan sel biner, laju pertumbuhan populasi, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya seperti suhu, pH, oksigen, dan karbon dioksida. Kurva pertumbuhan mikroba terdiri dari fase adaptasi, eksponensial, penurunan, stasioner, dan kematian."

1. TK2562 – Mikrobiologi Industri dan Lingkungan
Mujtahid Kaavessina, Ph.D. || Aida Nur Ramadhani,M.T.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2020
Bab V.
Pertumbuhan Mikroorganisme

2. PENDAHULUAN
2
 Biomassa (sel): massa zat hidup di dalam populasi mikroorganisme tertentu pada
area tertentu
 Medium pertumbuhan: medium/ lingkungan yang berisi zat-zat (nutrisi) yang
diperlukan untuk pertumbuhan
 Sejumlah sel ditambahkan ke dalam medium pada kondisi tertentu  sel akan
tumbuh  respon terhadap lingkungan (fisik dan kimiawi)
 Pertumbuhan sel  penambahan jumlah sel + perubahan ukuran sel

3. 3
Pertumbuhan mikroorganisme meliputi:
Perbesaran dan pertambahan masa dan volume sel
Perbanyakan jumlah sel dalam populasi

4. PERTUMBUHAN POPULASI : BINARY FISSION
4
 Pembelahan sel yang menghasilkan 2 sel yang persis sama dengan sel awal.
 Proses ini berulang dalam suatu interval oleh setiap sel anak, dan setiap putaran
pembelahan yang berturut-turut terjadi, maka populasi meningkat.

5. LAJU PERTUMBUHAN POPULASI
5
 Waktu yang diperlukan untuk siklus pembelahan lengkap — dari sel induk
hingga dua daughter cell — disebut sebagai generasi atau doubling time.
 Pada bakteri, setiap siklus meningkatkan populasi dengan menggandakannya.
Jadi, tahap induk awal terdiri dari 1 sel, generasi pertama terdiri dari 2 sel, 4
kedua, 8 ketiga, lalu 16, 32, 64, dan seterusnya.
 Selama lingkungan tetap menguntungkan, efek penggandaan ini dapat berlanjut
pada laju yang konstan.
 Laju pertumbuhan bakteri tergolong sangat cepat, jika dibandingkan dengan
sebagian besar makhluk hidup lainnya.

6. 6
Jumlah mikroba = (2)n
dengan,
n adalah tahapan masing-
masing pembelahan sel

7. 7
FACT!
 Doubling time rata-rata sekitar 30 hingga 60 menit dalam kondisi optimal.
 Doubling time terpendek rata-rata sekitar 5 hingga 10 menit, dan yang
terpanjang dalam hitungan hari.
 Sebagian besar patogen memiliki waktu penggandaan yang relatif singkat.
 Salmonella enteritidis dan Staphylococcus aureus, bakteri yang menyebabkan
food-borne illness, berlipat ganda dalam 20 hingga 30 menit. Dalam beberapa
jam, populasi bakteri ini dapat dengan mudah tumbuh dari sejumlah kecil sel
menjadi sekian juta sel.

8. LAJU PERTUMBUHAN MIKROBA
8
 Pada kenyataannya, populasi bakteri tidak mampu mempertahankan laju
pertumbuhan optimumnya (tidak berlipat ganda secara terus menerus), karena
terdapat banyak faktor yang mencegah sel untuk terus membelah diri pada laju
maksimum.
 Kurva pertumbuhan adalah representasi grafik dari populasi dari waktu ke waktu.
 Pembuatan kurva tsb membutuhkan data jumlah sel hidup, yang disebut viable
cell count.

9. 9
Growth curve

10. 10
Lag Phase /Fase Adaptasi
 Periode adaptasi sel terhadap
lingkungan yang baru
 Peningkatan massa dan volume
sel, tidak terjadi peningkatan
jumlah sel

11. 11
Apabila medium mengandung
lebih dari satu sumber karbon  diauxic
growth
 E. coli tumbuh dalam media yang
mengandung glukosa dan laktosa.
 Memetabolisme glukosa terlebih
dahulu.
 Memiliki mekanisme pengaturan
yang menekan sintesis enzim
metabolisme laktosa sampai
semua glukosa habis.

12. 12
Exponential Phase
 Sel memperbanyak diri secara
cepat
 Semua komponen sel tumbuh
dalam laju yang sama
 Dalam kondisi optimal, populasi sel
akan berlipat ganda dalam waktu
yang konstan dan dapat diprediksi,
yang dikenal sebagai doubling
time
 Net specific growth rate (𝜇𝑛𝑒𝑡)
dapat ditentukan dari jumlah sel

13. 13
Doubling time
Keterangan
N0 = Jumlah sel sebelum masuk fase
eksponensial
NT = Jumlah sel setelah waktu T
n = Jumlah kali penggandaan
T = Lama waktu reaksi
L = Lama waktu fase lag
𝜏𝑑 = Waktu penggandaan
= doubling time
𝜇𝑛𝑒𝑡 = Laju pertumbuhan sel
𝑛 =
𝑇
𝜏𝑑
𝑁𝑇 = 𝑁0 × 2𝑛
1
𝜏𝑑
=
𝑙𝑜𝑔2 𝑁𝑡 − 𝑙𝑜𝑔2 𝑁0
𝑇 − 𝐿
𝜇𝑛𝑒𝑡 =
ln 2
𝜏𝑑
=
0,693
𝜏𝑑
𝑁𝑇 = 𝑁0 × 2𝑇 𝜏𝑑
𝑙𝑜𝑔2 𝑁𝑡 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑁0 +
𝑇 − 𝐿
𝜏𝑑

14. 14
Doubling time
Logaritmik biner (log2 n) atau (2log n) = logaritmik basis 2. Logaritma biner n adalah
kepangkatan bilangan dua untuk mendapatkan nilai n.
𝑙𝑜𝑔2 𝑛 = 3,32 𝑙𝑜𝑔10 𝑛
𝑙𝑜𝑔2 𝑛 =
𝑙𝑜𝑔10 𝑛
𝑙𝑜𝑔10 2
𝑙𝑜𝑔2 𝑛 =
𝑙𝑜𝑔10 𝑛
0,301
= 3,32 𝑙𝑜𝑔10 𝑛
𝑙𝑜𝑔𝑏 𝑥 =
𝑙𝑜𝑔𝑘 𝑥
𝑙𝑜𝑔𝑘 𝑏
Perubahan basis logaritma
Persamaan logaritma dari
basis b dibawa ke basis k
Persamaan logaritma
dari basis 2 dibawa ke
basis 10

15. 15
Deceleration Phase
 Akhir dari fase eksponensial akibat
habisnya nutrisi dalam medium
 Bisa juga disebabkan oleh
terbentuknya produk metabolit
yang bersifat meracuni
pertumbuhan

16. 16
Stationary Phase
 Growth rate = Death rate
 Secara netto tidak terjadi
pertumbuhan/ penambahan sel
hidup
 Lisis (kerusakan) sel dapat terjadi
dan sel hidup menurun.
 Fasa pertumbuhan kedua dapat
terjadi dengan memanfaatkan
produk dari proses lisis.

17. 17
Death Phase
 Jumlah sel hidup menurun
sepanjang waktu
 Kematian sel dapat terjadi saat
fasa stasioner  perbedaan antara
fase stasioner dan fase kematian
kadang tidak jelas

18. MENGHITUNG PERTUMBUHAN SEL
18
 Menghitung konsentrasi sel dalam medium pembiakan untuk menentukan
kinetika dan stoikiometri pertumbuhan.
 Ada penentuan jumlah sel dan massa sel.
 Pertumbuhan sel dapat ditentukan dengan metode turbidometry dan total cell
count.
 Jumlah sel dapat ditentukan secara langsung dengan penghitungan
menggunakan mikroskop, penghitungan dengan counting chamber, flow
cytometer.

19. 19
Turbidometry
 Tabung berisi larutan mediua bening akan
menjadi menjadi berkabut, atau keruh, saat
mikroba tumbuh di dalamnya.
 Secara umum, semakin tinggi kekeruhannya,
semakin tinggi jumlah sel dalam populasi.
transparent, indicating
little or no growth
cloudy and opaque,
indicating heavy
growth

20. 20
measurements with a
spectrophotometer
1) Sebuah tabung tanpa pertumbuhan sel
mentransmisikan lebih banyak cahaya dan
memberikan pembacaan yang lebih tinggi.
2) Dalam tabung dengan pertumbuhan sel, sel-
sel menyebarkan cahaya sehingga transmitansi
berkurang dan bacaan lebih rendah.
Teknik ini hanya memberikan ukuran pertumbuhan relatif; tidak dapat menentukan
angka aktual atau membedakan antara sel mati dan sel hidup.

21. 21
• Hubungan linear antara jumlah sel dan
kepadatan optik.
• Dengan menentukan nomor sel atau massa
sel untuk sampel dengan kepadatan optik
yang diketahui, grafik kalibrasi dapat
diproduksi

22. 22
measurements with a
haemacytometer
 Teknik ini menggunakan slide mikroskop khusus (cytometer) yang dikalibrasi untuk
menerima sampel kecil yang tersebar di kisi yang khusus.
 Hasil hitungan dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah total sel dalam
sampel yang lebih besar (misalnya, susu atau air).
 Tidak ada perbedaan yang dapat dibuat antara sel mati dan sel hidup, yang
keduanya termasuk dalam hitungan.

23. 23

24. 24
measurements with
a total plate count
(Colony forming unit)
Pengenceran suspensi
mikroba dengan aquades
atau kaldu cair
Plate
Count

25. 25
 Metode ini dilakukan dengan mengencerkan
sampel dengan larutan media atau aquadest
steril.
 Dilakukan secara bertingkat.
 Homogenisasi dilakukan agar sampel tercampur
sempurna.
 Perhitungan sel dilakukan dengan menuangkan /
menggoreskan sampel ke dalam media agar lalu
diinkubasi.
 Akan terlihat titik-titik sel hidup seperti 

26. 26

27. 27
measurements with
Membrane filter
 Metode ini dilakukan dengan melewatkan larutan sampel pada membrane filter 0,45
μm.
 Membran yang membawa mikroba tsb diletakkan dalam cawan yang berisi medium.
 Proses perhitungan dapat dilakukan setelah masa inkubasi.

28. 28
measurements with Centrifugation
(dry weight cell)
 Sampel suspensi mikroba di sentrifugasi dengan kecepatan dan waktu tertentu.
 Menghasilkan lapisan endapan mikroba
 Kemudian dapat dikeringkan di dalam oven (50 – 60°C)
 Dilakukan perhitungan berat sel:
berat kering sel g = berat wadah dengan sel − (berat wadah kosong)

29. Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba
29
Temperature
pH
Kadar Oksigen
Kadar CO2
Cahaya
Tekanan osmotik

30. 30
Temperatur
 Kelangsungan hidup sel-sel mikroba tergantung pada kemampuan beradaptasi
dengan variasi suhu lingkungan habitat alaminya.
 Kemampuan beradaptasi = apakah suatu organisme tumbuh secara optimal dalam
kisaran suhu; dingin, sedang, atau panas.
organisme tumbuh secara optimal dalam
kisaran suhu dingin,
psychrophilic photosynthetic organisms like
Chlamydomonas nivalis.

31. 31
Kenaikan suhu meningkatkan laju pertumbuhan, selama masih rentang optimal.
Pada T diatas titik optimal  laju kematian > laju pertumbuhan, maka sel hidup akan
berkurang.
Kisaran suhu untuk pertumbuhan
mikroba dapat dinyatakan sebagai tiga
suhu cardinal:
 Suhu minimum
 Suhu maksimum
 Suhu optimal

32. 32
 Kemampuan beradaptasi suatu sel dapat menggambarkan apakah suatu organisme
tumbuh secara optimal dalam kisaran suhu dingin, sedang, atau panas.

33. 33
pH
 Pertumbuhan mikroba dan kelangsungan hidupnya juga dipengaruhi oleh pH
lingkungan / habitat.
 pH didefinisikan sebagai tingkat keasaman atau alkalinitas (kebasaan) suatu
larutan.
 Mayoritas organisme dapat hidup atau tumbuh di habitat antara pH 6 dan 8,
karena asam dan basa kuat dapat merusak enzim dan zat seluler lainnya.
 Namun, ada beberapa mikroorganisme hidup pada pH ekstrem.

34. 34
 Pengaruh pH  mempengaruhi aktivitas enzim dan laju pertumbuhan sel
 Setiap jenis organisme memiliki pH optimum berbeda: bakteri (3-8), yeast (3-6),
molds (3-7), sel tumbuhan (5-6), sel hewan (6.5-7.5)

35. 35
Kadar oksigen
 Oksigen dapat bersifat racun bagi mikroorganisme, dapat terkonversi menjadi
produk turunan yg sangat reaktif yaitu superoxide free radical (𝑂2
−
).
 Mikroorganisme aerob dan kebanyakan anaerob fakultatif mengkonversinya
menjadi hidrogen peroksida. Selanjutnya akan dipecah oleh enzim katalase.
 Sedangkan anaerob obligat tidak memiliki enzim tersebut, maka tidak tolerir
terhadap oksigen.

36. 36
Klasifikasi mikroorganisme dari kebutuhan oksigennya:
Obligate aerobes : hanya dapat tumbuh dengan adanya oksigen
Facultative anaerobes : dapat menyesuaikan metabolisme dengan kondisi oksigen
yang ada.
Obligate anaerobes : tidak toleran dengan keberadaan oksigen sama sekali.
Aerotolerant anaerobes : tidak menggunakan oksigen, tetapi juga tidak dihambat
olehnya.
Microaerophiles : membutuhkan oksigen, namun hanya dapat tumbuh
lingkungan dengan konsentrasi oksigen rendah

37. 37
Penggunaan thioglycollate broth untuk menunjukkan kebutuhan oksigen.
Thioglycollate adalah bahan kimia yang menyerap gas O2 dari udara.

38. 38
Kadar CO2
 Organisme autotrof membutuhkan CO2 sebagai sumber karbon.
 Diambil dalam bentuk senyawa bikarbonat untuk dalam medium pertumbuhan
atau CO2 dalam udara.
 Organisme heterotrof membutuhkan sedikit CO2 untuk senyawa antara
metabolisme.

39. 39
Cahaya
 Organisme fototrof memanfaatkan cahaya matahari untuk proses fotosintesis.
 Di laboratorium, dibutuhkan cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai.
 Sumber cahaya ≠ sumber panas.
 Cahaya fluorescence memberikan panas minimal, dan memberikan panjang
gelombang 750 nm yang dibutuhkan oleh bakteri fotosintesis.

40. 40
Tekanan Osmotik
 Osmosis  difusi air melewati membrane semipermeable dari larutan berkonsentrasi
rendah ke tinggi, hingga terjadi kesetimbangan konsentrasi.
 Tekanan untuk memungkinkan peristiwa osmosis  Tekanan osmotic

41. 41
 Kekuatan dinding sel masing-masing sel  tipe mikroorganisme tahan terhadap
tekanan osmotik tinggi.
 Mikroorganisme Haloduric
 Mampu mentolerir lingkungan dengan konsentrasi 10x lebih besar dari sel.
 Mikroorganisme Halophilic (‘salt-loving’)
 Mampu beradaptasi untuk tumbuh dengan baik di lingkungan dengan kadar
garam tinggi.
 Untuk dapat hidup tanpa terjadi plasmolysis  mikroorganisme
mengkondisikan cairan internal selnya agar konsentrasinya lebih tinggi 
dengan pemekatan ion potassium
 Contoh di laut Mati

42. SOAL 01.
42
 An inoculum of 107 bacterial cells was introduced into a flask of culture medium
and growth monitored. No change was seen for 18 minutes (the lag phase), then
growth occurred rapidly. After a further 76 minutes, the population had increased
to 4,32 × 108 cells.
 What is the doubling time (τd) of the culture?

43. SOAL 02.
43
 Look at the following diagrams and predict in which direction osmosis will take
place. Use arrows to show the net direction of osmosis. Is one of these microbes
a halophile? Which one?

44. SOAL 03.
44
 How can osmotic pressure and pH be used in preserving foods.
 How do they affect microbes?