Upload
ade-ismail
View
81
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
rangkuman mengenai fermentasi
Citation preview
TEKNOLOGI FERMENTASI MAKANAN DAN MINUMAN
Rangkuman Mengenai Fermantasi
Disusun oleh:
Ade Ismail 240210130016
UNIVERSITAS PADJADJARANFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIANDEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN
JATINANGOR2016
I. PENGERTIAN
Fermentasi adalah Fermentasi bahan pangan adalah sebagai hasil kegiatan
beberapa jenis mikroorganisme baik bakteri, khamir, dan kapang. Mikroorganisme
yang memfermentasi bahan pangan dapat menghasilkan perubahan yang
menguntungkan (produk-produk fermentasi yang diinginkan) dan perubahan yang
merugikan (kerusakan bahan pangan).
Teknologi fermentasi adalah upaya manusia untuk mencapai kondisi
optimal agar proses fermentasi dapat memperoleh hasil yang maksimal serta
sesuai dengan target yang direncanakan secara kualitatif ataupun kuantitatif.
Bahan yang terlibat dalam fermentasi:
Mikroorganisme : Mikroorganisme mampu membentuk produk melalui
metabolisme yang dilakukannya. Produk yang dihasilkan dapat merupakan
hasil aktivitas tunggal atau merupakan bentuk suksesi atau tumbuh dan
melakukan aktivitas bersama.
Enzim : pemercepat reaksi (katalisator) dan pemecah ikatan kompleks
menjadi ikatan yang lebih sederhana
Medium/subtract: Tempat tumbuhnya mikroorganisme dan sebagai
pemenuh nutrisi untuk mikroorganisme.
Fermentor/bioreaktor: sistem yang menyediakan sebuah lingkungan biologis
yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia/ reaksi fermentasi dari
bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki yang melibatkan
mikroorganisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari
mikroorganisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik.
II. ISTILAH-ISTILAH DALAM FERMENTASI
Asimilasi adalah aktivitas transformasi sebagai komponen dari subtrat
kedalam sel yang berfungsi memberikan bahan-bahan yang diperlukan bagi
pertumbuhan dan aktivitas hidup.
Desimilasi proses yang terjadi di dalam sel dan hasilnya dilepaskan ke
media lingkungan. Contoh : karbohidrat, asam amino.
Biosintesa berarti pembentukan senyawa alami oleh organisme hidup.
Biosintesis juga diartikan sebagai pembentukan molekul alami dari molekul lain
yang kurang rumit strukturnya, atau suatu proses anabolisme.
Hidrolisis adalah jenis reaksi kimia yang terjadi antara air dan senyawa
lain. Selama reaksi, ikatan kimia akan rusak di kedua molekul, menyebabkan
mereka menjadi pecah. Molekul air terpecah untuk membentuk ion hydrogen
bermuatan positif (H +) dan hidroksida bermuatan negatif (OH-), dan molekul
lainnya terbagi menjadi dua bagian sederhana, juga dengan muatan positif dan
negatif. Ion H + dan OH- melekat pada masing-masing bagian ini. Reaksi ini terjadi
ketika beberapa senyawa ionik, misalnya, asam tertentu, basa, dan garam, larut
dalam air.
Reaksi Fermentasi :
C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 22,5 kkal (as. laktat)
Energi yg dibebaskan digunakan untuk :
• Asimilasi Energi hanya sebagian
• Biosintesa
• Mempetahankan aktivitas hidup
• Keluar dalam bentuk panas
III. KATABOLISME AEROBIK DAN ANAEROBIK
Katabolisme adalah proses penguraian atau pemecahan senyawa organik
kompleks menjadi senyawa sederhana. Dalam proses katabolisme, terjadi
pelepasan energi sebagai hasil pemecahan senyawa-senyawa organik kompleks
tersebut. Adapun anabolisme adalah proses pembentukan atau penyusunan
senyawa organik sederhana menjadi senyawa kompleks. Contoh dari proses
katabolisme adalah respirasi selular. Berbeda dengan pengertian respirasi pada
umumnya (proses pengikatan O2 ), respirasi selular diartikan sebagai reaksi
oksidasi molekul berenergi tinggi untuk melepaskan energinya. Respirasi selular
terjadi pada semua sel tubuh hewan maupun tumbuhan terutama di mitokondria.
Pada respirasi selular, molekul glukosa (karbohidrat) dan bahan makanan lain
diuraikan atau dipecah menjadi karbon dioksida (CO2 ), air (H2 O), dan energi
dalam bentuk ATP. Berdasarkan keterlibatan oksigen dalam prosesnya, respirasi
selular terbagi menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob.
Ilustrasi reaksi katabolisme dan anabolisme
1. Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah proses respirasi yang menggunakan oksigen. Secara
sederhana, proses respirasi aerob pada glukosa dituliskan sebagai berikut.
Proses respirasi aerob melewati tahapan berikut:
Glikolisis
Glikolisis merupakan serangkaian reaksi yang terjadi di sitosol pada hampir
semua sel hidup. Pada tahap ini, terjadi pengubahan senyawa glukosa dengan 6
atom C, menjadi dua senyawa asam piruvat dengan 3 atom C, serta NADH dan
ATP. Tahap glikolisis belum membutuhkan oksigen. Glikolisis yang terdiri atas
sepuluh reaksi, dapat disimpulkan dalam dua tahap:
1. Reaksi penambahan gugus fosfat. Pada tahap ini digunakan duamolekul ATP.
2. Gliseraldehid-3-fosfat diubah menjadi asam piruvat. Selain itu, dihasilkan 4
molekul ATP dan 2 molekul NADH.
Pada tahap glikolisis dihasilkan energi dalam bentuk ATP sebanyak 4 ATP.
Namun karena 2 ATP digunakan pada awal glikolisis maka hasil akhir energi yang
didapat adalah 2 ATP
Bagan proses glikolisis. Pada proses ini dihasilkan 4 molekul ATP dan digunakan 2 molekul ATP.
Siklus Krebs
Dua molekul asam piruvat hasil dari glikolisis ditransportasikan dari
sitoplasma ke dalam mitokondria, tempat terjadinya siklus Krebs. Akan tetapi,
asam piruvat sendiri tidak akan memasuki reaksi siklus Krebs tersebut. Asam
piruvat tersebut akan diubah menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Tahap
pengubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A ini terkadang disebut tahap
transisi atau reaksi dekarboksilasi oksidatif. Berikut ini gambar proses pengubahan
satu asam piruvat menjadi asetil koenzim A.
Bagan dekarboksilasi oksidatif asam piruvat
Kompleks senyawa asetil koenzim A inilah yang akan memasuki siklus
Krebs atau yang dikenal juga sebagai siklus asam sitrat. Koenzim A pada
pembentukan asetil KoA merupakan turunan dari vitamin B. Dalam siklus Krebs,
satu molekul asetil KoA akan menghasilkan 4 NADH, 1 GTP, dan 1 FADH. GTP
(guanin trifosfat) merupakan salah satu bentuk molekul berenergi tinggi. Energi
yang dihasilkan satu molekul GTP setara dengan energi yang dihasilkan satu
molekul ATP. Molekul CO2 juga dihasilkan dari siklus Krebs ini. Karena satu
molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asetil KoA dan masuk ke siklus
Krebs.
Bagan siklus Krebs
Selain dihasilkan energi pada siklus Krebs, juga dihasilkan hidrogen yang
direaksikan dengan oksigen membentuk air. Molekul-molekul sumber elektron
seperti NADH dan FADH2 dari glikolisis dan siklus Krebs, selanjutnya memasuki
tahap transpor elektron untuk menghasilkan molekul berenergi siap pakai.
Sistem Transfer Elektron
Tahap terakhir dari respirasi seluler aerob adalah sistem transfer elektron.
Tahap ini terjadi pada ruang intermembran dari mitokondria. Pada tahap inilah ATP
paling banyak dihasilkan. Terdapat 4 molekul ATP dari satu molekul glukosa, yaitu
2 molekul dari glikolisis dan 2 molekul dari sikluk Krebs. Akan tetapi, dari
glikolisis dan siklus Krebs dihasilkan 10 NADH (2 dari glikolisis, 2 dari tahap
transisi siklus Krebs, dan 6 dari siklus Krebs) dan 2 FADH2 . Molekul-molekul
inilah yang akan berperan dalam menghasilkan ATP. Meskipun glikolisis dan
siklus Krebs termasuk tahap respirasi aerob, namun sejauh ini belum ada molekul
oksigen yang terlibat langsung dalam reaksi. Pada tahap transfer elektron inilah
oksigen terlibat secara langsung dalam reaksi. Pada reaksi pertama, NADH
mentransfer sepasang elekron kepada molekul flavoprotein (FP). Transfer elektron
mereduksi flavoprotein, sedangkan NADH teroksidasi kembali menjadi ion NAD+.
Elektron bergerak dari flavoprotein menuju sedikitnya enam akseptor elektron yang
berbeda. Akhirnya, elektron mencapai akseptor protein terakhir berupa sitokrom a
dan a3. Akseptor terakhir dari rantai reaksi merupakan oksigen. Elektron berenergi
tinggi dari NADH dan FADH2 memasuki sistem reaksi. Dalam perjalanannya,
energi elektron tersebut mengalami penurunan energi yang digunakan untuk proses
fosforilasi ADP menjadi ATP sehingga satu molekul NADH setara dengan 3 ATP
dan satu molekul FADH2 setara dengan 2 ATP.
Ilustrasi reaksi yang terjadi dalam respirasi sel dan jumlah ATP yang didapatkan
2. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen.
Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat
terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat. Pada
mikroorganisme seperti bakteri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena
keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan dan belum memiliki sistem
metabolisme yang kompleks.Mengapa respirasi anaerob dapat terjadi dan berapa
banyak energi yang dihasilkannya? Masih ingatkah Anda tahap glikolisis pada
respirasi aerob? Pada tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan
total 2 ATP dan tidak memerlukan oksigen. Meskipun energi yang dihasilkannya
jauh lebih kecil daripada respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme
dan energi awal bagi hewan. Selain menghasilkan ATP, glikolisis juga
menghasilkan NADH dan NAD+. Tanpa suplai NAD+ yang memadai, proses
glikolisis pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang
melakukan respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi NADH menjadi NAD+
kembali. Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang
dilakukan organisme.
IV. MEDIUM FERMENTASI
Medium fermentasi adalah medium tumbuh mikroba yang
menyediakan nutrien yang dibutuhkan oleh mikroba untuk memperoleh energi,
untuk pertumbuhan, membentuk sel dan biosintesa produk-produk metabolit. Media
yang tidak sesuai akan menyebabkan perubahan jenis produk dan perubahan rasio
diantara berbagai produk metabolisme (Fardiaz, 2003). Medium yang digunakan
sebagai tempat terjadinya proses fermentasi harus mengandung komponen nutrien
yang lengkap sesuai dengan kebutuhan mikroba.
Komponen yang harus ada pada medium
Air
Air merupakan bagian terbesar dari sel, mencapai lebih kurang 70 – 80%.
Air sangat penting bagi kehidupan jasad renik atau kehidupan pada umumnya,
sebab air ikut ambil bagian dalam semua proses kimia dari sel. Air menjadi sumber
oksigen bagi bahan organik sel dan merupakan pelarut nutrien sehingga dapat
diserapoleh sel serta dapat menyerap panas yang dihasilkan selama proses
metabolisme berlangsung (Timotius, 1982).
Karbon
Gula merupakan bahan yang dapat digunakan sebagai sumber karbon untuk
pertumbuhan mikroba. Penggunaan gula tersebut disebabkan karena gula
mempunyai daya larut yang tinggi dalam air, kemampuan mengurangi kelembaban
relatif dan kemampuan mengikat air. Menurut Rahman (1989), gula yang dapat
digunakan dalam pembuatan medium adalah fruktosa, glukosa, sukrosa dan
sorbitol. Masing-masing jenis gula tersebut mempunyai sifat fisik dan kimia yang
berbeda misalnya dalam tingkat kemanisan,kelarutan dalam air, energi yang
dihasilkan dan mudah tidaknya difermentasikan oleh mikroba tertentu.
Nitrogen
Nitrogen dapat diserap dalam bentuk organik atau anorganik. Nitrogen
diperlukan dalam jumlah yang besar, kira-kira 10-15% dari berat kering sel bakteri.
Senyawa anorganik yang paling banyak dan mudah diserap adalah amoniak dan
nitrat. Senyawa nitrogen organik yang biasanya digunakan adalah asam amino dan
protein (Timotius, 1982). Menurut Williems and Wimpeny (1977) konsentrasi
nitrogen dalam medium fermentasi dapat meningkatkan jumlah polisakarida yang
terbentuk.
Menurut Saono et al. (1986), sumber nitrogen yang dapat digunakan dalam
fermentasi adalah amonium sulfat, ekstrak khamir dan pepton. Sedangkan
Prescott and Dunn (1959) berpendapat bahwa amonium sulfat dan diamonium
hidrogen phosphat adalah yang paling cocok digunakan sebagai sumber nitrogen
karena mudah didapat dan harganya murah.
Corbridge (1980) menyatakan bahwa amonium phosphat mempunyai
kandungan nutrien yang tinggi yaitu fosfor (P) dan nitrogen (N), mempunyai
kelarutan yang tinggi dan mempunyai sifat yang stabil dalam penanganan
penyimpanan. Amonium phosphat yang terdapat di pasaran ada dua jenis yaitu
monobasis dan dibasis. Amonium phosphat monobasis disebut juga sebagai
amonium dihidrogen phosphat yang mempunyai rumus kimia NH4H2PO4.
Sedangkan amonium phosphat dibasis atau disebut juga diamonium hidrogen
phosphat mempunyai rumus kimia (NH4)2HPO4.
Sifat Fisik Medium Fermentasi
Komposisi media dan kondisi lingkungan merupakan faktor yang sangat
penting bagi keberhasilan proses fermentasi. Faktor tersebut akan bervariasi
tergantung dari organisme yang digunakan dan tujuan fermentasi. Media harus
mengandung nutrien untuk pertumbuhan, sumber energi, penyusun substansi sel
dan biosintesis produk fermentasi. Komponen media yang paling penting yaitu
sumber karbon dan nitrogen, karena sel mikroha dan produk fermentasi sebagian
besar tersusun dari komponen ini. Komposisi media dapat sangat sederhana dan
kompleks tergantung pada jenis mikroba yang digunakan dan tujuan fermentasi.
Mikroorganisme autotrofik misalnya hanya memerlukan media organik yang sangat
sederhana untuk mensintesis semua senyawa organik kompleks yang diperlukan
menopang kehidupan, pertumbuhan dan perkembangan sel-sel serta kebutuhan
energinya. Sebaliknya mikroorganisme tertentu memerlukan media yang tersusun
dari komponen sangat sederhana sampai komplek.
Sifat fisik fermentasi secara umum di bagi menjadi dua model utama yaitu
fermentasi media cair (liquid state fermentation, LSF) dan fermentasi media padat
(solid state fermentation, SSF). Fermentasi media cair diartikan sebagai fermentasi
yang melibatkan air sebagai fase kontinu dari sistem pertumbuhan sel
bersangkutan. Fermentasi media padat merupakan proses fermentasi yang
berlangsung dalam substrat tidak terlarut, namun mengandung air yang cukup
sekalipun tidak mengalir bebas. Fermentasi cair meliputi fermentasi minuman
anggur dan alkohol, fermentasi asam cuka, yogurt dan kefir. Fermentasi media
padat seperti bekatul, jagung giling, tepung biji kapas, kedlai dan sebagainya.
Kelebihan medium cair dibandingkan medium padat adalah pada medium cair lebih
mudah mengatur komposisi dan konsentrasi medium serta pemakaian medium
dapat efisien.
Proses fermentasi dapat dilakukan melalui kultur permukaan dan kultur
terendam. Kultur permukaan menggunakan medium padat atau semi padat,
sedangkan kultur terendam menggunakan medium cair. Dalam skala beasr lebih
banyak digunakan fermentasi terendam karena tidak mudah terkontaminasi dan
tidak perlu permukaan yang luas. Fermentasi terendam umumnya dilakukan dengan
menggunakan fermentor/ bioreaktor.
Beberapa Contoh Medium Fermentasi Skala Industri
Kebanyakan medium untuk fermentasi dalam skala industri berasal dari
tumbuhan dan sedikit dari produk hewani. Sebagai contoh, biji-bijian (grain), susu
(milk), natural raw material yang berasal dari hasil pertanian dan hutan, karbohidrat
seperti gula, pati (tepung), selulosa, hemiselulosa, dan lignin.
Gula, bahan makanan yang mengandung gula mudah dan relatif mudah
didapatkan untuk proses biotik.
Pati, jagung, padi, gamdum, kentang, dan pohong (kassava) didegradasi
menjadi gula sederhana (monosakarida) dengan hidrolisis sebelum
fermentasi. Pati juga dapat digunakan sebagai bahan bakar non minyak
(etanol).
Selulosa
Substrat dari limbah industri. Molase (tetes tebu), mengandung 50 % gula
sebagai substrat untuk produksi antibiotik, asam organik. Whey (air dadih),
danen dan ampas tahu, bahkan urine hewan ternak.
V. PERSIAPAN PROSES FERMENTASI
Berdasarkan media yg digunakan, fermentasi secara umum dibagi menjadi
dua model utama yaitu fermentasi media cair (Submerged Fermentation) dan
fermentasi media padat (Solid state fermentation). Dalam fermentasi tradisional,
baik fermentasi medium cair maupun medium padat telah lama dikenal. Fermentasi
cair meliputi fermentasi minuman anggur, fermentasi asam cuka, yogurt, dan kefir.
Fermentasi media padat seperti fermentasi tempe, oncom,kecap,tape dan silase.
Fermentasi media padat (Solid State Fermentation)
a. Definisi
Fermentasi media padat merupakan proses fermentasi yang berlangsung dalam
substrat tidak larut, namun mengandung air yang cukup sekalipun tidak mengalir
bebas. Solid State Fermentation mempunyai kandungan nutrisi per volume jauh
lebih pekat sehingga hasil per volum dapat lebih besar.
b. Keuntungan
Medium yang digunakan relatif sederhana
Ruang yang diperlukan untuk peralatan fermentasi relatif kecil,karena air
yang digunakan sedikit.
Inokulum dapat disiapkan secara sederhana
Kondisi mediumtempat pertumbuhan mikroba mendekati kondisi habitat
alaminya
Aerasi dihasilkan dengan mudah karena ada ruang diatara tiap partikel
substratnya
Produk yang dihasilkan dapat dipanen dengan mudah
c. Faktor-faktor yang mempengaruhi
Kadar air: Kadar optimum tergantung pada substrat, organisme dan tipe
produk akhir. Kisaran kadar air yang optimal adalah 50-75%. Kadar air
yang tinggi akan mengakibatkan penurunan porositas, pertukaran gas, difusi
oksigen, volum gas, tetapi meningkatkan resiko kontaminasi dengan bakteri
Temperatur : Temperatur berpengaruh terhadap laju reaksi biokimia selama
proses fermentasi
Pertukaran gas: Pertukaran gas antara fase gas dengan substrat padat
mempengaruhi proses fermentasi
d. Contoh (Fermentasi menggunkan A.niger untuk memproduksi enzim
hidrolisis pada bahan makanan)
Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa kapang A.niger mampu
memecahkan ikatan kompleks mineral asam fitat pada dedak padi, menghasilkan
enzim hidrolisis, meningkatkan kandungan protein kasar dan menurunkan
kandungan serat kasar pada bungkil kelapa,
Prosedur
1. Bahan yang sudah digiling halus dicampur dengan air (800 ml air untuk 1 kg
bahan) dan campuran mineral sebanyak 66,75 gam dengan komposisi sebagai
berikut : 3,6% (NH4)2SO4; 2% urea;0,75% NaH2PO4; 0,25% MgSO4 dan 0,75%
KCl
2. Semua bahan dicampur sampaihomogen kemudia dikukus selama 30 menit dan
didinginkan
3. Diinkubasi dengan spora A.niger sesuai dengan perlakuan
4. Diinkubasi secara anaerobic dengan ketealan 2 cm pada baki plastic yang
ditutupi dengan plastic dan disimpan pada suhu ruang (26°C) selama 3 hari
5. Produk fermentasi diremas, diaduk,dimampatkan,divakum dalam kantong
plastik dengan ukuran 2 kg.
6. Inkubasi secara enzimatis selama 3 hari
7. Dikeringkan lalu digiling
Fermentasi Media Cair (Submerged Fermentation)
a. Definisi
Submerged Fermentation adalah fermentasi yang melibatkan air sebagai
fase kontinyu dari sistem pertumbuhan sel bersangkutan atau substrat, baik sumber
karbon maupun mineral terlarut atau tersuspensi sebagai partikel-partikel dalam
fase cair. Fermentasi cair dengan teknik tradisional tidak dilakukan pengadukan,
berbeda dengan teknik fermentasi cair modern melibatkan fermentor yang
dilengkapi dengan : pengaduk agar medium tetap homogen, aerasi, pengatur suhu
(pendinginan dan pemanasan) dan pengaturan pH. Proses fermentasi cair modern
dapat dikontrol lebih baik dan hasil lebih seragam dan dapat diprediksi. Juga tidak
dilakukan sterilisasi, namun pemanasan,perebusan dan pengukusan mematikan
banyak mikroba competitor.
b. Jenis-jenis media cair
Fermentasi yang diagitasi dimana substratnya larut dalam air
Jenis fermentasi ini dikerjakan dalam suatu labu atau gelas yang cocok atau
lebih modern dengan menggunakan fermentor dimana substratnya larut sempurna
dalam air. Pengambilan subtrat oleh mikroba melalui fase larutan dalam air. Pada
kultur labu yang dikocok, agitasi dilakukan dengan bantuan alat pengocok
(Shacker). Pada fermentor agitasi dkerjakan oelh motor dan dapat dibantu oleh
aerasi (Gelembung udara).
Fermetasi yang diagitasi dimana zat yang tidak larut dalam air tersuspensi
salam fase cair
Pada fermentasi ini substrat zat padat tidak larut dalam air tetapi dalam
bentuk bubuk-bubuk halus yang tersuspensi dalam sejumlah air yang banyak.
Garam dan zat-zat hara lain mungkin terlarut dalam air. Konsentrasi substrat dalam
media dapat bervariasi mulai dari satu persen sampai pada suatu keadaan yang
menyerupai bubur. Pengambilan substrat oleh mikroba biasanya disertai dengan
produksi suatu faktor yang dapat melarutkan yang mungkin sifatnya ekstraseluler
atau terletak didalam dinding dalam air sehingga partikel substrat tersuspensi secara
merata dalam medium yang mengandung air agar terjadi kontak dengan mikroba
secara maksimum.
Fermentasi yang diagitasi dimana zat cair yang tidak larut dalam air
tersuspensi dalam fase cair
Jenis fermentasi ini dan mekanisme pengambilan substrat sama dengan
yang kedua, kecuali sifat bersifat cair.
Fermentasi yang tidak diagitasi dimana substratnya larut dalam fase cair
Pada fermentasi ini substrat larut dalam air tetapi medianya tidak diagitasi
atau dikocok. Pengambilan substrat melalui fase cair. Medium didistribusikan
berupa larutan yang dangkal dalam bentuk baki atau dalam suatu wadah yang
mempunyai permukaan yang luas dan dalamya media biasanya 2,5 – 5,0 cm untuk
produksi yang tinggi.
Untuk produksi kompoen-komponen pakan yang paling banyak digunakan
adalah fermentasi cair jenis pertama, kemudian jenis keempat untuk memproduksi
asam-asam organik seperti asam sitrat, asam glutamat dan jenis ketiga untuk
produksi protein sel tunggal (PST).
Fermentasi media cair untuk memproduksi pangan secara langsung
memungkinkan dilakukan jika dalam proses fermentasi telah terbentuk komponen
yang diinginkan disamping sejumlah biomassa yang dapat digunakan. Proses ini
biasanya masih membutuhkan proses tambahan setelah akhir fermentasi.
c. Keuntungan
Hampir disemua bagian tangki terjadi fermentasi
Kontak antar reaktan dan bakteri semakin besar
d. Kelemahan
Biaya operasi relatif mahal
e. Contoh (Pembuatan asam asetat dengan metode fermentasi)
Industri fermentasi di negara-negara maju sudah berkembang sedemikian
pesatnya, termasuk dalam produksi hasil-hasil pemecahan atau metabolit primer
oleh mikroba (asam, asam amino, alkohol), hasil metabolit sekunder (antibiotik,
toksin), produksi masa sel (protein sel tunggal), enzim, dan sebagainya. Mikroba
yang umum digunakan dalam industri fermentasi termasuk dalam bakteri dan fungi
tingkat rendah yaitu kapang dan khamir. Asam asetat memiliki beberapa nama
antara lain asam etanoat, vinegar (mengandung minimal 4 gram asam asetat per 100
larutan), atau asam cuka. Asam asetat merupakan senyawa organik yang
mengandung gugus asam karboksilat. Rumus molekul dari asam asetat adalah
C2H4O2
Prosedur
1) Umpan yang mengandung 8-12 % etanol diinokulasi dengan Acetobacter
acetigenum
2) Temperatur proses dipertahankan pada rentang suhu 24-29 oC
3) Bakteri tumbuh di dalam suspensi antara gelembung udara dan cairan yang
difermentasi
4) Umpan di masukan melewati bagian atas tangki
5) Udara didistribusikan dalam cairan yang difermentasi sehingga membentuk
gelembung- gelembung gas. Udara keluar tangki melewati pipa pengeluaran di
bagian atas tangki
6) Temperatur proses dipertahankan dengan menggunakan koil
pendingin stainless steel yang terpasang di dalam tangki
7) Defoamer yang terpasang di bagian atas tangki membersihkan busa yang
terbentuk dengan sistem mekanik.
Secara umum untuk tahapan dari proses fermentasi adalah:
1. Media fermentasi
2. Penyiapan starter/kultur :
a. Regenerasi starter/kultur dari agar miring :
Kultur segar Inokulasi tercapai pertumbuhan optimum
b. Kultur/starter pada media cair :
- Tujuan untuk mengadakan adaptasi kultur/starter dengan medium
yang digunakan.
- Jumlah inokulum 10% dari volume fermentasi
3. Sterilisasi
- Tujuan mematikan mikroorganisme pencemar atau yang tidak
dikehendaki sehingga proses fermentasi berjalan sempurna.
4. Pemanenan/pemurnian hasil
- Produk fermentasi dapat berupa :
Larutan encer (konsentrasi) yg mengandung mikroorganisme
Bagian sel
Komponen medium larut dan tidak larut
Metabolik lainnya
- Tahapan pengumpulan akhir (produk) adalah :
1. Sentrifusi/filtrasi
2. Fraksinasi/ekstraksi
3. Pemurnian produk dengan pengendapan fraksinasi menggunakan
teknik kromatografi
VI. MIKROBA YANG BERPERAN DALAM PROSES FERMENTASI
Kriteria Mikroorganisme
- Ciri-Ciri Strain Mikroorganisme Unggul:
1. Strain unggul
2. Secara genetik, strain stabil
3. Strain dapat memproduksi sel vegetatif, spora atau unit-unit reproduksi
lainnya.
4. Strain mampu tumbuh dg cepat dan kuat saat diinokulasi.
5. Strain dapat menghasilkan produk yg diinginkan dalam jangka waktu yang
pendek dan tidak menghasilkan produk lain yg beracun.
6. Strain mampu melindungi diri dari kontaminasi.
7. Strain mampu disimpan dalam jangka waktu lama.
8. Strain dapat menerima perubahan oleh bahan-bahan mutagenik lainnya.
- Sumber Mikroorganisme
1. Diisolasi dari alam (tanah, air, tanaman)
2. Koleksi kultur Kultur siap dipakai, dikelola oleh badan penelitian
fermentasi/swasta, hasilnya merupakan hasil isolasi secara terus-menerus
- Cara-cara isolasi :
1. Isolasi pada agara cawan :
Metode Gores dan Metode agar tuang
2. Isolasi dalam medium cair
3. Isolasi sel tunggal
4. Isolasi pada media seleksi-kultur diperkaya (Pribylova L. Farkas V.
Slaninova I. de Mntigny, J. Sychova. H, 2007).
Bakteri Asam Laktat
Dari kelompok ini termasuk bakteri yang menghasilkan sejumlah besar
asam laktat sebagai hasil akhir dari metabolisme gula (karbohidrat). Asam laktat
yang dihasilkan dengan cara tersebut akan menurunkan nilai pH dari lingkungan
pertumbuhannya dan menimbulkan rasa asam. Ini juga menghambat pertumbuhan
dari beberapa jenis mikroorganisme lainnya. Dua kelompok kecil mikroorganisme
dikenal dari kelompok ini yaitu organisme-organisme yang bersifat
homofermentative dan heterofermentative. Jenis-jenis homofermentatif yang
terpenting hanya menghasilkan asam laktat dari metabolisme gula, sedangkan jenis-
jenis heterofermentatif menghasilkan karbondioksida dan sedikit asam-asam volatil
lainnya, alkohol, dan ester disamping asam laktat. Beberapa jenis yang penting
dalam kelompok ini:
1. Streptococcus thermophilus, Streptococcus lactis dan Streptococcus
cremoris. Semuanya ini adalah bakteri gram positif, berbentuk bulat
(coccus) yang terdapat sebagai rantai dan semuanya mempunyai nilai
ekonomis penting dalam industri susu.
2. Pediococcus cerevisae. Bakteri ini adalah gram positif berbentuk bulat,
khususnya terdapat berpasangan atau berempat (tetrads). Walaupun jenis ini
tercatat sebagai perusak bir dan anggur, bakteri ini berperan penting dalam
fermentasi daging dan sayuran.
3. Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicum. Bakteri ini adalah
gram positif berbentuk bulat yang terdapat secara berpasangan atau rantai
pendek. Bakteri-bakteri ini berperanan dalam perusakan larutan gula dengan
produksi pertumbuhan dekstran berlendir. Walaupun demikian, bakteri-
bakteri ini merupakan jenis yang penting dalam permulaan fermentasi
sayuran dan juga ditemukan dalam sari buah, anggur, dan bahan pangan
lainnya.
4. Lactobacillus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus,
Lactobacillus plantarum, Lactobacillus delbrueckii. Organisme-organisme
ini adalah bakteri berbentuk batang, gram positif dan sering berbentuk
pasangan dan rantai dari sel-selnya. Jenis ini umumnya lebih tahan terhadap
keadaan asam dari pada jenis-jenis Pediococcus atau Streptococcus dan oleh
karenanya menjadi lebih banyak terdapat pada tahapan terakhir dari
fermentasi tipe asam laktat. Bakteribakteri ini penting sekali dalam
fermentasi susu dan sayuran.
Bakteri Asam Propionat
Jenis-jenis yang termasuk kelompok ini ditemukan dalam golongan
Propionibacterium, berbentuk batang dan merupakan gram positif. Bakteri ini
penting dalam fermentasi bahan pangan karena kamampuannya memfermentasi
karbohidrat dan juga asam laktat dan menghasilkan asam-asam propionat, asetat,
dan karbondioksida. Jenis-jenis ini penting dalam fermentasi keju Swiss.
Bakteri Asam asetat
Bakteri ini berbentuk batang, gram negatif dan ditemukan dalam golongan
Acetobacter sebagai contoh Acetobacter aceti. Metabolismenya lebih bersifat
aerobik (tidak seperti spesies tersebut di atas), tetapi peranannya yang utama dalam
fermentasi bahan pangan adalah kemampuannya dalam mengoksidasi alkohol dan
karbohidrat lainnya menjadi asam asetat dan dipergunakan dalam pabrik cuka.
Khamir
Khamir sejak dulu berperan dalam fermentasi yang bersifat alkohol dimana
produk utama dari metabolismenya adalah etanol. Saccharomyces cerevisiae adalah
jenis yang utama yang berperan dalam produksi minuman beralkohol seperti bir
dan anggur dan juga digunakan untuk fermentasi adonan dalam perusahaan roti.
Kapang
Kapang jenis-jenis tertentu digunakan dalam persiapan pembuatan beberapa
macam keju dan beberapa fermentasi bahan pangan Asia seperti kecap dan tempe.
Jenis-jenis yang termasuk golongan Aspergillus, Rhizopus, dan Penicillium sangat
penting dalam kegiatan tersebut.
Dalam proses fermentasi, mikroorganisme harus mempunyai 3 (tiga)
karakteristik penting yaitu:
1. Mikroorganisme harus mampu tumbuh dengan cepat dalam suatu substrat
dan lingkungan yang cocok untuk memperbanyak diri.
2. Mikroorganisme harus memiliki kemampuan untuk mengatur ketahanan
fisiologi dan memilki enzim-enzim esensial yang mudah dan banyak supaya
perubahanperubahan kimia yang dikehendaki dapat terjadi.
3. Kondisi lingkungan yang diperlukan bagi pertumbuhan harus sesuai supaya
produksi maksimum.
Berdasarkan sumber mikroorganisme, proses fermentasi dibagi 2 (dua)
yaitu:
1. Fermentasi spontan, adalah fermentasi bahan pangan dimana dalam
pembuatannya tidak ditambahkan mikroorganisme dalam bentuk starter atau
ragi, tetapi mikroorganisme yang berperan aktif dalam proses fermentasi
berkembang baik secara spontan karena lingkungan hidupnya dibuat sesuai
untuk pertumbuhannya, dimana aktivitas dan pertumbuhan bakteri asam
laktat dirangsang karena adanya garam, contohnya pada pembuatan sayur
asin.
2. Fermentasi tidak spontan adalah fermentasi yang terjadi dalam bahan
pangan yang dalam pembuatannya ditambahkan mikrorganisme dalam
bentuk starter atau ragi, dimana mikroorganisme tersebut akan tumbuh dan
berkembangbiak secara aktif merubah bahan yang difermentasi menjadi
produk yang diinginkan, contohnya pada pembuatan tempe dan oncom
(Sukarminah, Een, dkk. 2010).
VII. FERMENTOR
- Pengertian Fermentor Suatu reaktor yang digunakan untuk reaksi
biologis dari suatu proses bioteknologi, baik menggunakan enzim larut, sel
bebas dari mikroorganisme, tanaman maupun hewan ataupun enzim/sel
imobilisasi.
- Fungsi fermentor Memberikan lingkungan tetap bagi optomasi
pertumbuhan mikroorganisme dan aktivitas metabolisme dalam
menghasilkan suatu produk yang diinginkan dan mencegah kontaminasi
produksi dari lingkungan pada kultur sambil mencegah pelepasan kultur ke
kultur lingkungan.
- Syarat Bahan Fermentor - Bersifat tidak beracun (baja tahan karat)
- Mampu menahan tekanan uap
- Tahan terhadap korosi kimia dan elektrolit
- Kapasitas Fermentor - Skala laboratorium (1-2 liter)
- Skala pilot plan (100-1000 liter)
- Skala industri ( > 1000 liter)
- Skema Sederhana Fermentor
- Fungsi komponen fermentor
1. Pengaduk/Impeler
a. Untuk mengurangi ukuran gelembung udara, memberikan ruang
penyebaran oksigen yang lebih besar dan untuk menurunkan difusi.
b. Untuk memelihara lingkungan yang seragam diseluruh bagian fermentor
- Bentuk-bentuk pengaduk
2. Bafel
Fermentor 4 Bafel
Fungsi Bafel untuk mencegah pusaran dan memperbaiki efisiensi aerasi
3. Sistem Aerasi
Tujuan Untuk menyediakan oksigen dalam jumlah yang cukup kepada
mikroorganisme yang bearada pada kultur, agar kebutuhan metaboliknya terpenuhi
dengan baik.
- Dasar-Dasar Rancangan Fermentor
a. Tujuan : untuk menjaga agar proses fermentasi dapat berlangsung tanpa
kontaminasi
b. Aturan-aturan :
- Tidak boleh ada hubungan antara bagian sistem yang steril dengan non
steril.
- Kurangi hubungan berbentuk gelangan oleh gerakan atau fibrasi alat dan
kenaikan suhu
- Pergunakan las untuk seluruh konstruksi
- Hindari ruang-ruang benbentuk leher
- Senua bagian sistem harus steril (uap)
- Gunakan katup-katup yang mudah dibersihkan/disterilkan
- Tekanan dalam fermentor harus tetap pos
- Tipe-tipe Fermentor
VIII. PENGGANDAAN SKALA
a. Pengertian Penggandaan Skala Suatu proses perallihan dari suatu
kegiatan produksi skala laboratorium ke skala industri.
b. Tahapan Pelaksanaan : Skala Laboratorium, Pilot Plan, Industri
c. Fungsi Penggandaan Skala: untuk menerapkan penemuan proses-proses
baru kedalam skala industri dan memperbaiki kultur mikroorganisme yang
tersedia dengan mengembangkan strain-strain yang lebih baik,
medium yang lebih efisien dan peralatan yang lebih sempurna.
d. Kondisi Lingkungan Optimal dalam Penggandaan Skala
- Faktor kimia : konsentrasi subtract
- Faktor fisik : Kemampuan pindah panas dan pencampuran
e. Dasar-Dasar Metode Penggandaan Skala
- Konstanta gaya gunting
- Konstanta waktu pencampuran
- Bilangan Reynolds
- Faktor momentum
- Efek Pengadukan (RNDr.Bohumil Sikyta DrSc. 2005)
DAFTAR PUSTAKA
Pelczar, M.J dan E.C.S Chan, 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Terjemahan R.S. Hadioetomo dkk. UI Press. Jakarta, hal. 68.
Pribylova L. Farkas V. Slaninova I. de Mntigny, J. Sychova. H, 2007. Diffrences in Osmotolerant and Cell-Wall Properties of Two Zygosaccharomyces rouxii Strains, Folia Microbiol. 52 (3), 241-245
RNDr.Bohumil Sikyta DrSc. 2005.Methods In Industrial Microbiology. Ellis Horwood Limited,Marked Cross House, Cooper Street, Chichester, Sussex, England
Sukarminah, Een, dkk. 2010. Mikrobiologi Pangan. Jurusan Teknologi Pangan. FTIP. Unpad.
Sutandio, Arsenius. 2010. Katabolisme. Available at: http://www.news-medical.net /health/Metabolites-What-are-Metabolites-(Indonesian).aspx. (Diakses pada tanggal 20 Maret 2016).