Biotek Kegagalan Fermentasi

Bab I Pendahuluan Dewasa ini sel mikrobe telah menjadi model yang bermanfaat untuk mengkaji proses-proses kehidupan karena sifat keragamannya yang luas, serba guna dan mudahnya dimanipulasi. Mikrobiologi merupakan organisme yang dapat dilihat hanya dengan bantuan pembesaran mikroskop berdaya tinggi. Pada tahun 1870-an peran mikrobiologi sebagai penyakit menjadi dimengerti dan diterima. Pada waktu yang kurang lebih bersamaan terbukti bahwa mikroorganisme melakukan banyak fungsi vital di lingkungan kita. Mikrobiologi boleh dikatakan ilmu yang masih muda. Dunia jasad renik barulah ditemukan sekitar 300 tahun yang lalu, dan makna yang sesungguhnya mengenai mikroorganisme itu barulah dipahami dan dihargai baru pada 200 tahun kemudian. Mikrobiologi muncul sebagai bidang biologi yang sangat berarti baru sekitar 40 tahun terakhir. Kini mikrooganisme digunakan oleh para peneliti dalam penelaahan hampir semua gejala biologis yang utama. Kegunaan mikroorganisme dalam dunia pertanian salah satunya adalah pembuatan fermentasi makanan dan minuman. Sebelum dikenalnya dunia mikroorganisme sesungguhnya sejaka zaman purpakala telah banyak dilakukan proses fermentasi makanan dan minuman.

Bab II

Pembahasan 2. 1. Teori Fermentasi Proses fermentasii telah dikenal bangsa Mesopotamia dan Akadia sejak 500 tahun sebelum Masehi. Mereka menggunakan proses fermentasi untuk menyimpan bir . begitu pula di Cina menggunakan fermentasi untuk membuat minuman dari beras yang dikenal dengan kiu, sejak 2.300 tahun sebelum Masehi. Pada zaman dahulu, orang memperbaiki mutu produk-produk fermentasinya hanya dengan cara mencoba-coba, tanpa menyadari bahwa mutu sesungguhnya bergantung kepada penyediaan atau perbaikan kondisi bagi pertumbuhan mikroorganisme pelaku pelak fermentasi tersebut. Barulah setelah Pasteur menelaah peranan mikroorganisme dalam proses fermentasi pada pembuatan anggur maka orang menjadi mengerti bahwa mikroorganisme itulah yang menyebabkan fermentasi. Pengertian dari fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi. 2. 2. Kegagalan dalam Fermentasi Proses fermentasi tidak lepas dengan keberadaan mikroba. Mikroba sebagai peran utama dalam proses fermentasi harus memenuhi syarat-syarat tertentu, 1. murni; 2. unggul; 3. stabil; 4. bukan pathogen. 1. Murni Dalam proses-proses tertentu harus menggunakan biakan murni (dari satu strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya. Untuk menjaga agar biakan tetap murni dalam proses maka kondisi lingkungan harus dijaga tetap steril. Penggunaan kultur tunggal mempunyai resiko yang tinggi karena kondisi harus optimum. Untuk mengurangi kegagalan dapat digunakan biakan campuran. Keuntungan penggunaan

biakan campuran adalah mengurangi resiko apabila mikrobia yang lain tidak aktif melakukan fermentasi. 2. Unggul Pada kondisi fermentasi yang diberikan, mikrobia harus mampu menghasilkan perubahan-perubahan yang dikehendaki secara cepat dan hasil yang besar. Sifat unggul yang ada harus dapat dipertahankan. Hal ini berkaitan dengan kondisi proses yang diharapkan. Proses rekayasa genetik dapat dilakukan untuk memperbaiki sifat jasad dengan maksud mempertinggi produk yang diharapkan dan mengurangi produk-produk ikutan. 3. Stabil Pada kondisi yang diberikan, mikrobia harus mempunyai sifat-sifat yang tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau lingkungan. 4. Bukan Patogen Mikrobia yang digunakan adalah bukan patogen bagi manusia maupun hewan, kecuali untuk produksi bahan kimia tertentu. Jika digunakan mikrobia patogen harus dijaga, agar tidak menimbulkan akibat samping pada lingkungan 2. 2. 1. Kegagalan Fermentasi Karena Faktor Ekologi Selain mikroba, fermentasi dapat mengalami kegagalan bila kondisi ekologi (lingkungan) tidak mendukung terjadinya fermentasi. Mikroba memerlukan kondisi lingkungan yang mendukkung guna pertumbuhan dan perkembangan. Berkaitan dengan hal tersebut maka faktor lingkungan dapat dibagi kedalam dua kelompok besar, yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik. Faktor Intrinsik Faktor intrinsik artinya adalah segala sesuatu yang terdapat atau melekat pada lingkungan (media) tempat tumbuh mikroba tersebut. Apabila diasumsikan media berada pada kondisi stabil dan steril, faktor intrinsik ini tidak akan berubah-ubah kondisinya. Berikut adalah faktor intrinsik terjadinya fermentasi (1) nutrien (2) faktor penghambat dan stimulan (3) aktivitas air (AW) (4) pH (5) potensial redoks Nutrien Perkembangan atau pertumbuhan dapat berlangsung apabila mikroba dapat melakukan sintesis komponen-komponen selular dan energi dengan mengambil nutrisi dari lingkungannya. Komponen nutritif ini adalah:

(1) (2) (3) (4) (5)

karbohidrat, atau sumber C protein, asam amino, atau sumber N lipid, terutama asam lemak esensial mineral, vitamin.

Kebutuhan nutrisi dari setiap mikroba pun tidak sama. Bakteri pada umumnya membutuhkan nutrisi yang lebih kompleks dibandingkan kamir dan kapang. Ada spesies yang mampu memecah komponen nutrisi yang kompleks dengan cara melakukan hidrolisis komponen tersebut di luar sel (menggunakan ekso-enzim) Namun, ada pula yang hanya mampu menggunakan komponen nutrisi dalam bentuk yang lebih sederhana. Ada pula spesies yang tumbuh sebagai akibat dari matinya spesies yang lain.

Faktor Penghambat Beberapa bahan pangan juga memiliki komponan kimiawi, secara alamiah ataupun ditambahkan, yang menghambat pertumbuhan mikroba tertentu. Sebagai contoh: (1) sekalipun telur memiliki kandungan nutrisi yang lengkap, tetapi telur juga memiliki lisozim, sebuah enzim yang mampu menghambat pertumbuhan bakteri. (2) pada susu, mekanisme pertahanannya terhadap mikroba tertentu bergantung dari komponen protein aglutinin. (3) rempah-rempah memiliki banyak komponen penghambat pertumbuhan mikroba, misalnya eugenol pada cengkeh. Komponen penghambat ini memiliki tiga modus kerja terhadap mikroba tertentu: mencegah pertumbuhan, menghambat pertumbuhan, dan membunuh. Aktivitas Air Aktivitas air didefinisikan sebagai sebuah besaran ketersediaan air untuk berlangsungnya fungsi-fungsi biologis. Air digunakan oleh mikroba sebagai medium: (1) (2) (3) (4)

transportasi nutrien ke dalam sel, membuang metabolit ke luar sel, tempat berlangsungnya reaksi enzimatis, sintesis komponen selular

(5) dan berperan membantu proses biokimia seperti hidrolisis polimer menjadi monomer Setiap mikroba memiliki ketersediaan air optimum, maksimum, minimum untuk pertumbuhannya. Ketersedia air minimum merupakan batasan paling minimum agar bakteri dapat bersporulasi, spora dapat bergerminasi, dan toksin dapat diproduksi. Dibawah ketersediaan air minimum, mikroba mungkin dapat tumbuh (secara non ideal), namun populasinya akan terus tereduksi dan kehilangan viabilitasnya. pH pH merupakan indikator konsentrasi ion hidrogen dalam bahan pangan. Setiap mikroorganisme memiliki pH minimum, maksimum, dan optimum. Pada kondisi pH di bawah minimum, mikroba akan berhenti tumbuh dan mati. Kondisi pH lingkungan juga mempengaruhi ekspresi gen dalam mikroba. Ekspresi gen yang dipengaruhi pH ini kemudian akan berdampak pada perpindahan proton, degradasi asam amino, adaptasi terhadap kondisi asam-basa, dan faktor virulensi (keganasan) dari mikroba tersebut. pH juga berpengaruh terhadap kemampuan reproduksi dan metabolisme intraseluler. Pada pH yang tidak ideal, dibutuhkan banyak energi untuk menyerap nutrisi dari luar, membuang nutrisi dari dalam, sehingga kemampuan berkembang biak menurun.

Potensial Redoks Potensial Redoks (Reduksi-oksidasi) mengukur perbedaan potensial (positifnegatif ion) di dalam sebuah sistem yang ditimbulkan akibat reaksi timbal balik pada sebuah kesetimbangan reaksi, yaitu sebuah senyawa akan teroksidasi (oksidan) dan senyawa yang lain akan tereduksi (reduktan). Senyawa yang mendonasikan elektronnya disebut reduktor, sementara senyawa yang mendapat tambahan elektron disebut oksidator.

Faktor Ekstrinsik Faktor ekstrinsik berarti keadaan lingkungan yang dapat berubah dikarenakan entitasnya tidak melekat pada lingkungan (media) tempat tumbuh mikroba, melainkan dikarenakan kondisi di sekitar media tersebut. Berikut adalah faktor ektrinsik terjadinya fermentasi:

(1) kelembaban relatif, RH (2) temperatur (3) komposisi gas

Kesimpulan Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Kegagalan dalam fermentasi dapat terjadi karena pengaruh ekologi, ekologi dibagi menjadi dua yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik. Ketidak seimbangan ekologi dapat mengakibatkan penghambatan kerja mikroba pada proses fermentasi. Hal ini disebabkan mikroba yang tidak dapat tumbuh dengan maksimal.