PRINSIP
FERMENTASI PANGAN
Sejak berabad yang lalu
produk fermentasi berbasis hewani maupun nabati telah lama dikenal masyarakat
luas. Pada awalnya pangan terfermentasi terjadi secara spontan. Namun kini
cukup banyak beredar di pasaran pangan terfermentasi secara terkontrol sehingga
dihasilkan produk yang lebih bermutu. Pada prinsipnya terdapat tiga kelompok
mikroba yang berperan dalam proses fermentasi pangan yaitu bakteri, kapang atau
khamir. Mikroba tersebut memerlukan zat-zat nutrisi dalam pertumbuhannya untuk
sintesa komponen sel dan menghasilkan energi. Sebagai sumber energi diperlukan
karbohidrat dan/atau protein kemudian dipecah oleh mikroba sehingga dihasilkan
ATP (adenosin trifosfat) serta produk hasil metabolisme lainnya. Selain itu
mikroba juga memerlukan beberapa faktor pertumbuhan yaitu :
1. asam amino, sebagai
bagian dari protein.
2. vitamin, sebagai
grup prostetik dari enzim.
3. purin dan pirimidin,
sebagai bagian dari asam nukleat.
Keperluan mikroba akan
nutrisi umumnya bervariasi, namun komposisi kimia sel mikroba menunjukkan
keperluan mikroba akan nutrisi tersebut. Unsur C, O, N, H, P dan S menyusun
sekitar 96% dari berat kering sel dimana unsur utamanya adalah unsur C sebanyak
50%, unsur O sebanyak 20 % dan unsur N sebanyak 14%. Selain itu diperlukan pula
unsur mikro seperti K, Ca, Mg, Cl, Fe, Mn, Co, Cu, Zn dan Mo untuk pertumbuhan
hamper semua mikroba.
Telah diketahui bahwa
membran sitoplasma yang merupakan komponen sel memegang peranan dalam transpor
zat nutrisi ke dalam sel. Fungsi membran sitoplasma dalam pengaturan transpor
zat nutrisi yaitu :
1. Mempertahankan
metabolit dan makromolekul di dalam sel.
2. Memompa zat nutrisi
ke dalam sel melawan gradien konsentrasi.
3. Mengatur zat nutrisi
tertentu agar dapat menembus membran sitoplasma dengan bebas.
4. Menghambat masuknya
komponen lain yang tidak diperlukan ke dalam sel.
Kelompok mikroba yang
mampu memfermentasi nutrisi yang terdapat dalam bahan pangan akan mengubah
sebagian atau seluruh komponen pangan tersebut menjadi produk hasil fermentasi
misalnya asam laktat, etanol, CO2 ataupun asam-asam organik lain. Selanjutnya
adanya interaksi antara produk hasil fermentasi tersebut dengan komponen lain
dalam pangan akan menghasilkan suatu produk dengan karakteristik yang spesifik
yang memang diinginkan oleh konsumen.
Mikroba yang berperan
dalam proses fermentasi dapat berasal dari satu jenis mikroba (sebagai kultur
tunggal) atau lebih dari satu jenis mikroba (sebagai kultur campuran). Jika
proses fermentasi pangan terjadi secara spontan maka jenis dan jumlah mikroba
yang berperan dalam fermentasi tersebut tentunya tidak terkontrol, namun
tergantung dari jenis bahan baku serta kondisi-kondisi lingkungan selama proses
fermentasi berlangsung. Sedangkan jika dilakukan fermentasi secara terkontrol
maka diperlukan inokulum (starter) dimana jenis dan jumlah mikroba yang
berperan dalam proses fermentasi lebih selektif sehingga mutu produk fermentasi
yang dihasilkan relatif lebih terjamin.
Dalam proses fermentasi
terkontrol, maka diperlukan inokulum dalam kondisi fase pertumbuhan
eksponensial yang akan diinokulasikan ke dalam bahan pangan. Tergantung dari
produk fermentasi yang diinginkan maka inokulum yang digunakan tersebut dapat
sebagai kultur tunggal (hanya satu jenis mikroba) atau kultur campuran. Dengan
demikian diperlukan pemilihan jenis dan/atau galur mikroba secara tepat
sehingga akan diperoleh jenis (atau bahkan galur) mikroba yang potensial untuk
menghasilkan produk-produk metabolisme yang diinginkan. Selanjutnya mikroba
terpilih tersebut dikembangkan dalam skala produksi komersial sebagai inokulum.
Jika inokulum diproduksi dalam skala besar oleh suatu industri, biasanya
inokulum tersebut diproduksi dalam wujud bubuk kering-beku (freeze-dried
powder) sehingga memudahkan dalam penanganan dan distribusinya.
Beberapa karakteristik
yang diperlukan dalam pemilihan galur tertentu yang digunakan sebagai inokulum
adalah :
1. pertumbuhannya cepat
yaitu cepat memperbanyak diri sehingga tercapai jumlah optimum sel vegetatif
atau bahkan untuk kapang diperlukan pula sporanya.
2. tidak terkontaminasi
oleh mikroba lain
3. dalam waktu relatif
singkat (beberapa hari) mampu menghasilkan produk metabolit yang diinginkan
4. jika perlu maka
dapat dilakukan mutasi namun gennya relatif stabil
5. penanganannya
relatif mudah
6. dapat diawetkan.
Medium yang digunakan
dalam proses fermentasi dapat berupa medium padat (misalnya kedelai yang
digunakan untuk pembuatan tempe) ataupun medium cair (misalnya susu untuk
pembuatan yoghurt). Beberapa persyaratan dalam pemilihan medium sebagai bahan
baku dalam proses fermentasi adalah :
1. penanganannya mudah
2. kondisi relatif
stabil selama penyimpanan
3. harga terjangkau.
A. PRINSIP DASAR PROSES
FERMENTASI
Proses metabolisme
meliputi semua reaksi kimia dan biologi yang terjadi di dalam sel mikroba.
Terdapat dua proses metabolisme mikroba yaitu :
1. Proses katabolisme
dimana terjadi pembentukan energi.
2. Proses anabolisme
dimana diperlukan energi.
Oleh sebab itu terjadi
dua proses utama di dalam sel mikroba yaitu :
1. Produksi energi dari
berbagai substrat yang tersedia.
2. Pembentukan komponen
intermediat yang diperlukan untuk produksi biokimia dan komponen sel lainnya.
Karbohidrat merupakan
komponen utama yang dipecah dalam proses fermentasi. Sebelum proses fermentasi
maka polisakarida atau karbohidrat tersebut terlebih dahulu akan dipecah
menjadi gula sederhana, misalnya hidrolisis pati menjadi unit-unit glukosa. Selanjutnya
glukosa akan dipecah menjadi senyawa-senyawa lain tergantung dari jenis
fermentasinya.
Pada prinsipnya
fermentasi glukosa terdiri dari dua tahap yaitu :
1. Pemecahan rantai
karbon dari glukosa dan pelapasan minimal dua pasang atom hidrogen, menghasilkan
senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi daripada glokosa.
2. Senyawa yang
teroksidasi tesebut direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan pada
tahap pertama, membentuk senyawa-senyawa lain sebagai hasil fermentasi.
Reaksi oksidasi tidak
dapat berlangsung tanpa reaksi reduksi yang seimbang. Oleh sebab itu jumlah
atom hidrogen yang dilepaskan pada tahap pertama fermentasi selalu seimbang
dengan jumlah atom hidrogen yang digunakan dalam tahap kedua.
Pada tahap pertama
fermentasi glukosa selalu terbentuk asam piruvat. Terdapat empat jalur
pemecahan glukosa menjadi asam piruvat yaitu :
1. Jalur
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) atau dikenal sebagai glikolisis; ditemukan fungi
dan kebanyakan bakteri, serta pada hewan dan manusia.
2. Jalur Entner-Doudoroff
(ED), ditemukan pada beberapa bakteri.
3. Jalur
hexamonophosphate (HMP) yang ditemukan pada berbagai organisme.
4. Jalur fosfoketolase
yang hanya ditemukan pada beberapa bakteri yang tergolong laktobasili
heterofermentatif.
Jalur
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) terdiri dari beberapa tahap yang masing-masing
dikatalis oleh enzim tertentu. Jalur tersebut ditandai dengan pembentukan
fruktosa difosfat, dilanjutkan dengan pemecahan fruktosa difosfat menjadi dua
molekul gliseraldehida fosfat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim aldolase.
Selanjutnya terjadi reaksi dehidrogenasi gliseraldehida fosfat
(fosfogliseraldehida) yang merupakan reaksi oksidasi yang menghasilkan energi
dalam bentuk ATP. Reaksi tersebut dikatalis oleh enzim gliseraldehida fosfat
dehidrogenase. Atom hidrogen yang terlepas akan ditangkap oleh
nikotinamida-adenin-dinukleotida (NAD) membentuk NADH2. Proses fermentasi dapat
berlangsung terus bila NADH2 dapat dioksidasi kembali pada tahap kedua
fermentasi sehingga melepaskan atom hidrogen kembali. Dengan demikian NAD
berfungsi sebagai pembawa hidrogen dalam proses fermentasi.
Energi yang dilepas
selama oksidasi gliseraldehida fosfat cukup untuk membentuk dua molekul ATP.
Diketahui bahwa satu melekul glukoda menghasilkan dua molekul gliseraldehida
fosfat maka secara keseluruhannya akan terbentuk empat molekul ATP. Namun
karena dua molekul ATP diperlukan untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa
difosfat maka untuk setiap molekul glukosa yang dipecah hanya tinggal dua
molekul ATP yang digunakan untuk pertumbuhan.
Pada jalur Entner
Doudoroff (ED) terbentuk suatu komponen intermediat yaitu
2-keto-3-deoksi-6-fosfoglukonat. Komponen tersebut akan dipecah menjadi dua
triosa (dikatalis oleh aldolase) yaitu piruvat dan gliseraldehida-3-fosfat.
Kmponen yang terakhir ini kemudian dapat masuk ke dalam jalur EMP membentuk
molekul piruvat yang kedua dengan melepaskan dua molekul ATP dan/atau molekul
NADH+H+.
Jalur heksamonofosfat
penting dalam metabolisme mikroba untuk menghasilkan pentosa yang diperlukan
untuk sintesis asam nukleat, beberapa asam amino aromatik dan vitamin, serta
sebagai sumber NADPH+H+ yang diperlukan untuk reaksi biosintesis.
Jalur fosfoketolase
hanya terjadi pada bakteri golongan laktobasili heterofermentatif. Jalur ini
merupakan percabangan dari jalur heksamonofosfat karena bakteri golongan
laktobasili heterofermentatif tidak mempunyai enzim aldolase yang dapat memecah
fruktosa 1,6-difosfat menjadi dua triosa fosfat, serta tidak mempunyai enzim
transaldolase dan transketolase yang penting dalam jalur heksamonofosfat. Pada
tahap kedua fermentasi maka piruvat akan diubah menjadi produk-produk akhir
yang spesifik untuk berbagai proses fermentasi dengan memakai atom hidrogen
yang diproduksi pada tahap pertama fermentasi. Produk-produk tersebut terbentuk
oleh reksi-reksi yang dikatalis oleh enzim-enzim terentu. Sebagai salah satu
contoh adalah khamir memfermentasi glukosa melalui jalur EMP menghasilkan
alkohol. Jenis bakteri asam laktat secara rinci tercantum dalam Tabel 3.1.
Pada grup bakteri asam
laktat maka asam piruvat yang terbentuk dari jalur glikolisis (jalur EMP)
bertindak sebagai penerima hidrogen, dimana reduksi asam piruvat oleh NADH2
akan menghasilkan asam laktat. Fermentasi tersebut tergolong fermentasi
homolaktat karena satu-satunya produk fermentasi adalah asam laktat; dan
bakteri yang melakukan fermentasi demikian disebut bakteri asam laktat
homofermentatif. Bakteri tersebut sering dimanfaatkan dalam pengawetan pangan
karena kemampuannya memproduksi asam laktat dalam jumlah tinggi sehingga dapat
menghambat pertumbuhan mikroba lainnya yang menyebabkan kerusakan atau
kebusukan pangan.
Golongan bakteri asam
laktat lainnya disebut bakteri asam laktat heterofermentatif karena selain
kemampuannya menghasilkan asam laktat juga mampu memproduksi senyawa-senyawa
lain misalnya asetat atau CO2.
B.
JENIS MIKROBA DAN PRODUK HASIL FERMENTASINYA
Fermentasi
Susu
Bakteri asam laktat
(BAL), baik yang tergolong BAL homofermentatif maupun heterofermentatif banyak
dimanfaatkan untuk proses fermentasi susu. Golongan bakteri ini memecah laktosa
yang terdapat pada susu sehingga terbentuk asam laktat. Adanya akumulasi asam
laktat pada susu menyebabkan nilai pH susu menurun. Jika nilai pH mencapai 4,6
(merupakan titik isoelektrik) maka terjadi koagulasi protein susu sehingga
terbentuk curd.
Pada proses pembuatan
keju diperlukan enzim chymosin/rennet yang berperan menghasilkan kalsium fosfat
parakaseinat dari kasein. Proses tersebut dilakukan pada suhu 30oC selama
sekitar 30 menit. Jika diperlukan mka dilakukan proses fermentasi lanjutan
yaitu pemeraman keju pada suhu rendah (4,4-7oC) selama 12 bulan agar dihasilkan
keju dengan aroma dan rasa yang spesifik.
Fermentasi
Daging
Mikroba yang berperan
dalam fermentasi daging umumnya mikroba yang tahan pada kondisi kadar garam
agak tinggi yaitu mikroba yang masih mampu tumbuh pada kadar garam 2-4%. Salami
merupakan salah satu contoh produk fermentasi daging. Beberapa jenis mikroba
yang berperan dalam fermentasi daging yaitu Pediococcus cerevisiae, P
Acidilactisi, P. pentosaceus, ataupun Lactobacillus plantarum.
Fermentasi
Sayuran dan Buah
Fermentasi sayuran
umumnya dilakukan dalam larutan garam (sekitar 2,5% garam) dan fermentasi
berlangsung secara spontan yaitu dengan memanfaatkan mikroba-mikroba yang telah
ada pada sayuran sebagai bahan baku produk. Dan pikel. Hasil fermentasi sayuran
yang cukup terkenal antara lain sauerkrautBeberapa jenis bakteri yang berperan
dalam fermentasi sayuran antara lain Lactobacillus mesenteroides, L. brevis dan
Pediococcus cerevisiae.
Produk fermentasi
berbasis buah-buahan antara lain cider, wine, vinegar ataupun nata. Jenis
mikroba yang berperan dalam fermentasi buah-buahan tentunya berbeda tergantung
dari tipe produk akhir yang diinginkan. Khamir berperan dalam proses pembuatan
wine, namun produk cider dan vinegar dihasilkan oleh peranan khamir maupun
bakteri asetat, sedangkan nata merupakan produk fermentasi oleh bakteri
Acetobacter xylinum.
Fermentasi
Serealia
Bir merupakan minuman
hasil fermentasi yang mengandung etanol sekitar 4%. Bahan baku untuk pembuatan
bir adalah malt barley dan hops. Adanya enzim amilolitik pada malt akan
mengkatalisis pemecahan karbohidrat pada malt sehingga dihasilkan gula
sederhana.
Selanjutnya gula
sederhana tersebut difermentasi oleh khamir S. cerevisiae sehingga dihasilkan
etanol.
Produk lain yang
memanfaatkan khamir dalam proses fermentasinya adalah roti. Khamir S.
cerevisiae dan/atau Candida krusei menghasilkan gas CO2 yang mengakibatkan
pengembangan roti. Sedangkan tape dan brem yang berbahan baku beras ketan atau
singkong merupakan produk hasil fermentasi oleh kapang amilolitik dan khamir.
Beberapa jenis pangan
terfermentasi berbahan baku kedelai yang memanfaatkan kultur tunggal adalah
tempe yaitu hanya kapang (Rhizopus oligosporus dan/atau R. oryzae) yang
diharapkan berperan dalam proses fermentasi. Jenis pangan terfermentasi lainnya
adalah oncom hitam dan oncom merah. Oncom hitam berbahan baku bungkil kacang
tanah yang difermentasi oleh Rhizopus oligosporus dan/atau R. oryzae, sedangkan
oncom merah umumnya menggunakan ampas tahu sebagai bahan bakunya yang
selanjutnya difermentasi oleh Neurospora sitophila.
Sebaliknya pada kecap
atau tauco terdiri dari dua tahapan fermentasi yaitu fermentasi kapang dan
fermentasi dalam larutan garam sehingga tentunya terdapat lebih dari satu jenis
mikroba yang berperan selama proses fermentasinya. R. oligosporus, A. oryzae
dan R. oryzae berperan pada awal fermentasi (dikenal sebagai fermentasi
kapang), selanjutnya jika kedelai yang telah berkapang kemudian direndam dalam
larutan garam, maka yang dominan tumbuh adalah bakteri asam laktat dan khamir
halofilik. Beberapa jenis mikroba yang tumbuh selama fermentasi garam dalam
pembuatan kecap/tauco adalah L. delbrueckii, Hansenula sp, dan
Zygosaccharomyces.
Fermentasi
Ikan
Peda, terasi/bekasam
dan kecap ikan merupakan contoh produk fermentasi dengan bahan baku ikan atau
hasil perikanan lainnya.
Umumnya yang berperan
dalam fermentasi ikan tersebut adalah golongan bakteri asam laktat.
Thank's to Visit ^_^
Tolong berikan komentar yang baik dan sopan serta jangan SPAM!