Bab 1 Fermentasi.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Pernyataan Masalah Fermentasi adalah suatu proses pengubahan bahan organik menjadi bentuk

lain yang lebih berguna dengan bantuan mikroorganisme secara terkontrol untuk menghasilkan metabolit primer dan metabolit sekunder. Fermentasi berlangsung dengan mencampurkan Nutrisi, Substrat dan inokulom kedalam fermentor. Faktorfaktor yang mempengaruhi proses fermentasi, yaitu jumlah mikroba, waktu proses, pH, substrat, suhu, oksigen dan kontaminan. Sampai sekarang definisi fermentasi semakin berkembang bahkan terkadang sudah berbeda sama sekali, baik ditinjau dari segi biokimia maupun dari segi mikrobiologi industri. Akan tetapi, pengertian dasar dari pengertian fermentasi yang dapat diterima, baik dari segi biokimia maupun dari segi mikrobiologi yaitu sebagai proses penguraian/perubahan dari karbohidrat, protein, dan lemak oleh enzim-enzim yang diikuti oleh pembentukan gas. Wadah tempat melakukan proses fermentasi disebut sebagai fermentor. 1.2

Tujuan Percobaan

1.

Untuk memahami proses persiapan fermentasi.

2.

Untuk memahami proses pengoperasian fermentor.

3.

Untuk menghasilkan produk berbasis rekayasa bioproses.

1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fermentasi Secara sederhana, fermentasi adalah proses penguraian zat kompleks menjadi bentuk yang lebih sederhana. Ilmu yang mempelajari fermentasi dikenal sebagai zymology. Louis Pasteur adalah zymologist pertama yang dikenal melakukan penelitian tentang ragi dan proses fermentasi. Sejarah fermentasi sangat tua. Proses fermentasi yang digunakan dalam pembuatan minuman seperti bir dan anggur diperkirakan telah dimulai pada tahun 7000 SM. Seiring berjalannya waktu fermentasi kemudian juga digunakan untuk membuat berbagai produk susu seperti dadih dan keju. Fermentasi adalah jenis respirasi anaerob yaitu proses pelepasan energi yang terjadi tanpa memerlukan oksigen dalam pemecahan karbohidrat dan zat organik kompleks menjadi suatu zat lain yang lebih sederhana. Fermentasi merupakan proses pengubahan bahan organik menjadi bentuk lain yang lebih berguna dengan bantuan mikroorganisme secara terkontrol. Mikroorganisme yang terlibat diantaranya adalah bakteri, protozoa, jamur (fungi), dan ragi (yeast). Bahan baku energi yang paling banyak digunakan oleh mikroorganisme adalah glukosa. Dengan adanya oksigen beberapa mikroorganisme mencerna glukosa dan menghasilkan air, karbondioksida, dan sejumlah besar energi (ATP) yang digunakan untuk tumbuh, ini merupakan metabolisme tipe aerobik (Buckle, 1987). Bukan air, karbondioksida, dan sejumlah besar energi yang dihasilkan, tetapi hanya sejumlah kecil energi, karbondioksida, air, dan produk akhir metabolik organik lain yang dihasilkan. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, dibandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa

mampu

menghasilkan

38

molekul

ATP.

Akan

tetapi

beberapa

mikroorganisme dapat mencerna bahan baku energinya tanpa adanya oksigen dan sebagai hasilnya bahan baku energi ini hanya sebagian yang dipecah. Pertumbuhan

2

yang terjadi tanpa adanya oksigen sering dikenal sebagai fermentasi (Suptihatin, 2010). Fermentasi dibedakan dalam dua tipe, yaitu tipe fermentasi sekali unduh (batch fermentation) dan fermentasi kontinyu (continous fermentation). Fermentasi sekali unduh terjadi secara diskontinyu dan sehabis penggunaan fermentor dibersihkan, lalu preparasi lagi mulai dari awal memproduksi produk. Fermentasi kontinyu dilakukan secara terus-menerus, media ditambahkan sesuai kebutuhan nutrien oleh mikrobia pada kecepatan tertentu. Fase pertumbuhan mikrobia selalu dalam fase logaritma. Produk diunduh secara kontinyu, sehingga kemungkinan terjadi kontaminasi, tapi sangat populer dalam proses industri (Suharni, 2008). Beberapa faktor utama yang mempengaruhi proses fermentasi adalah sebagai berikut. a. Suhu Suhu sebagai salah satu faktor lingkungan terpenting yang mempengaruhi dan menentukan macam organisme yang dominan selama fermentasi. b. Oksigen Udara atau oksigen selama proses fermentasi harus diatur sebaik mungkin untuk memperbanyak atau menghambat pertumbuhan mikroba tertentu. Setiap mikroba membutuhkan oksigen yang berbeda jumlahnya untuk pertumbuhan atau membentuk sel-sel baru dan untuk fermentasi. c. Substrat Seperti halnya makhluk lain, mikroorganisme juga membutuhkan suplai makanan yang akan menjadi sumber energi dan menyediakan unsur-unsur kimia dasar untuk pertumbuhan sel. Substrat (makanan) yang dibutuhkan oleh mikroba untuk kelangsungan hidupnya berhubungan erat dengan komposisi kimianya. d. Air Mikroorganisme tidak dapat tumbuh tanpa adanya air. Air dalam substrat yang digunakan untuk pertumbuhan mikroorganisme dinyatakan dalam istilah water

3

activity atau aktivitas air (aw), yaitu perbandingan antara tekanan uap dari larutan (P) dengan tekanan uap air murni (Po) pada suhu yang sama. 2.1.1

Fermipan (Saccharomyces Ceriviseae) Fermipan merupakan ragi instant yang biasa dipergunakan dalam pembuatan

roti dan kue. Fermipan atau ragi digunakan agar bahan kue atau roti menjadi mengembang ketika dipanggang. Pada percobaan tadi, kita mengetahui bahwa ragi yang dicampur dengan gula maupun yang tidak bercampur dengan gula menjadi mengembang terutama yang komposisinya banyak. Maka setelah kita tahu bahwa balonnya mengembang, berarti ada reaksi dari fermipan atau ragi dengan gula dan air. Reaksi fermipan sebagai berikut : C6H12O6  2C2H5OCOOH + Energi Ragi atau fermipan itu sendiri merupakan zat yang menyebabkan fermentasi. Ragi mengandung mikroorganisme yang melakukan fermentasi dan media biakan ini dapat berbentuk butiran-butiran kecil atau cairan nutrient. Mikroorganisme yang digunakan di dalam ragi umumnya terdiri atas berbagai bakteri dan fungi, yaitu Rhizopus aspergillus,

Mucor,

Amylomyces,

Endomycopsis,

Saccharomyces,

Hansenula anomala, Lactobacillus, Acetobacter, dan sebagainya. Saccharomyces/ fermipan dapat menyebabkan fermentasi yang cepat, yang dapat berkembang biak dalam gula sederhana seperti glukosa, maupun gula kompleks disakarida yaitu sukrosa. Ini merupakan mikroba yang umum digunakan dalam fermentasi yang banyak terdapat dalam ragi pasar (Dwidjoseputro dalam Surnanti E, 2004). 2.1.2 Bioetanol Bioetanol adalah sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia. Bioetanol merupakan etanol hasil fermentasi gula, patipatian atau biomassa lignoselulosa. Bahan dasar yang dapat digunakan antara lain; ubi kayu, ubi jalar, jagung dan sagu. Pembuatan bioetanol dapat dilakukan melalui proses fermentasi. Bahan baku pembuatan bioetanol terdiri dari bahan-bahan yang mengandung karbohidrat, glukosa dan selulosa (Nurdyastuti, 2006).

4

Diantara mikroorganisme, bioetanol merupakan produk peragian gula yang paling tersebar luas. Bahkan pada tumbuh-tumbuhan dan banyak fungi pada kondisi anaerob terjadi penimbunan alkohol (etanol). Produsen utama alkohol ialah ragi terutama dari stam Saccharomyces cerevisiae. Ragi-ragi, seperti juga kebanyakan fungi merupakan organisme bernafas aerob dalam lingkungan terisolasi dari udara, organisme ini meragikan karbohidrat menjadi etanol dan karbon dioksida. Juga pada beberapa bakteri anaerob dan anaerob fakultatif, pada peragian heksosa dan pentosa terjadi alkohol sebagai produk utama atau produk samping. Peragian glukosa menjadi etanol dan karbon dioksida oleh ragi (Saccharomyces cerevisiae) terjadi melalui alur fruktosa difosfat (Schlegel, 1994). 2.1.3 Pertumbuhan Mikroba Pertumbuhan mikroba ditandai dengan peningkatan jumlah dan massa sel serta kecepatan pertumbuhan tergantung pada lingkungan fisik dan kimia. Pertumbuhan kultur mikroba dapat digambarkan dalam suatu kurva pertumbuhan.

Gambar 1.1 Kurva Pertumbuhan Mikroba dalam Suatu Kultur

Beberapa fase pertumbuhan mikroba diantaranya: a. Fase adaptasi 5

Pemindahan mikroba dari suatu medium ke medium lain, menyebabkan mikroba akan mengalami fase adaptasi untuk melakukan penyesuaian dengan substrat dan kondisi lingkungan sekitar. Pada fase ini belum terjadi pembelahan sel karena beberapa enzim mungkin belum disintesis. Jumlah sel pada fase ini mungkin tetap tetapi kadang‐kadang menurun. Lama fase ini bervariasi, dapat cepat atau lambat tergantung dari kecepatan penyesuaian dengan lingkungan sekitar. Medium, lingkungan pertumbuhan dan jumlah inoculum mempengaruhi lama adaptasi. b. Fasa pertumbuhan dipercepat Fasa dimana mikroba sudah dapat menggunakan nutrisi dalam medium fermentasinya. Pada fasa ini mikroba banyak tumbuh dan membelah diri sehingga jumlahnya meningkat dengan cepat. c. Fasa eksponensial Adalah akhir fasa pertumbuhan dipercepat. Pada fasa ini laju pertumbuhan tetap pada laju pertumbuhan maksimum (μmaks). Nilai μmaks ini ditentukan oleh konstanta jenuh/saturasi substrat. Nilai μmaks untuk setiap mikroba juga tertentu pada masingmasing substrat. Fasa pertumbuhan diperlambat mulai pada akhir fasa eksponensial. Pertumbuhan mikroba yang begitu cepat tidak diimbangi tersedianya nutrisi yang cukup Pada fase ini pertumbuhan populasi mikroba diperlambat karena beberapa sebab : 1. Zat-zat nutrisi didalam medium sudah sangat berkurang. 2. Adanya hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan mikroba. Pada fase ini jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak dari pada jumlah sel yang mati. Jika fermentasi dilakukan secara batch, dimana umpan nutrisi dimasukkan hanya pada awal proses fermentasi, pada waktu tertentu saat jumlah mikroba yang mengkonsumsi nutrisi tersebut melebihi daya dukung nutrisi akan terjadi kekurangan nutrisi. Hal lain yang memperlambat pertumbuhan mikroba adalah terjadinya inhibisi ataupun represi yang terjadi karena terakumulasinya produk metabolit sekunder hasil aktifitas fermentasi mikroorganisme.

6

d. Fasa kematian Terjadi apabila nutrisi sudah benar-benar tidak dapat lagi mencukupi kebutuhan mikroorganisme. Keadaan ini diperparah oleh akumulasi produk metabolit primer dan sekunder yang tidak dipanen sehingga terus menginhibisi ataupun merepresi pertumbuhan sel mikroorganisme. Selain itu umur sel juga sudah tua, sehingga pertahanan sel terhadap lingkungan yang berbeda dari kondisi biasanya juga berkurang. Pada fase ini sebagian mikroba mulai mengalami kematian karena beberapa sebab yaitu : 1. Nutrien didalam medium sudah habis. 2. Energi cadangan didalam sel habis. 2.1.4 Peranan Mikroorganisme dalam Proses Fermentasi 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). Dari mikroorganisme yang memfermentasi bahan pangan, yang paling penting adalah bakteri pembentuk asam laktat, asam asetat, dan beberapa jenis khamir penghasil alkohol. Jenis-jenis mikroorganisme yang berperan dalam teknologi fermentasi adalah : 

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. Beberapa jenis bakteri yang penting dalam kelompok ini: 1. Streptococcus

thermophilus,

Streptococcus

lactis,

dan

Streptococcus

cremoris. (Biasa digunakan pada industri susu). 2. Pediococcus cerevisae (berperan penting dalam fermentasi daging dan sayuran).

7

3. Leuconostoc mesen teroides, Leuconostoc dextranicum (pada fermentasi buah dan sayuran). 4. Lactobacillus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus delbrueckii (berperan penting pada 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 5 dan menghasilkan asam-asam propionat, asetat, dan karbondioksida. Jenis-jenis ini penting dalam fermentasi keju Swiss. 

Baktri Asam Asetat Bakteri ini berbentuk batang, yang berperan penting terhadap fermentasi bahan

pangan dengan kemampuannya yang mampu mengoksidasi alkohol dan karbohidrat, sehingga bakteri asam asetat banyak digunakan dalam industri 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 adalah organisme eukariotik yang tumbuh dengan cara perpanjangan

hifa. Hifa yang terbentuk kadang-kadang bersifat multinukleat dengan diameter 2–10 μm, merupakan mikroorganisme yang biasa digunakan dalam pembuatan berbagai macam keju, kecap dan tempe.

8

Berdasarkan sumber mikroorganisme, proses fermentasi dibagi 2 (dua) yaitu: a. 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. b. 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.

9

DAFTAR PUSTAKA

Buckle, K.A. 1987. Ilmu Pangan. Universitas Indonesia. Jakarta. Dwidjoseputro, D. 2004. Dasar-dasar Mikrobiologi. Djambatan. Jakarta. Nurdyastuti. 2006. Pemanfaatan Pisang Klutuk (Musa Brachycarpa) sebagai Minuman Anggur. Jurnal Universitas Brawijaya. Malang. Schlegel, Hans G. 1994. Mikrobiologi Umum. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Suprihatin. 2010. Teknologi Fermentasi. UNESA University Press. Surabaya. Suharni, Theresia Tri dkk. 2008. Mikrobiologi Umum. Universitas Atma Jaya. Yogyakarta.

10

11