Top Banner
TEKNOLOGI FERMENTASI MAKANAN DAN MINUMAN Rangkuman Mengenai Fermantasi Disusun oleh: Ade Ismail 240210130016
36

Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

Jul 13, 2016

Download

Documents

Ade Ismail

rangkuman mengenai fermentasi
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

TEKNOLOGI FERMENTASI MAKANAN DAN MINUMAN

Rangkuman Mengenai Fermantasi

Disusun oleh:

Ade Ismail 240210130016

UNIVERSITAS PADJADJARANFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIANDEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN

JATINANGOR2016

Page 2: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 3: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 4: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 5: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 6: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 7: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 8: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 9: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 10: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 11: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 12: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 13: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 14: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 15: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 16: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 17: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

- 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.

Page 18: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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.

Page 19: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 20: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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

Page 21: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

- 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

Page 22: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

- 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

Page 23: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

- Konstanta gaya gunting

- Konstanta waktu pencampuran

- Bilangan Reynolds

- Faktor momentum

- Efek Pengadukan (RNDr.Bohumil Sikyta DrSc. 2005)

Page 24: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman

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).

Page 25: Teknologi Fermentasi Makanan Dan Minuman