FERMENTASI DAN MIKROORGANISME YANG TERLIBAT

Ragam produk fermentasi sangatlah banyak dan beragam baik yang berasal dari Indonesia ataupun dari berbagai negara. Tiap prduk melibatkan satu atau lebih mikroorganisme.  Apabila lebih dari satu mikrobia maka akan terjadi suatu kondisi yang saling mendukung untuk menghasilkan produk yang sesuai dengan kebutuhan manusia. Produk fermentasi ada yang telah diketahui macam dan fungsi mikrobianya adapulan yang belum diketahui secara pasti. Beriktu beberapa produk fermentasi dan mikroorganisme yang terlibat di dalamnya dengan beberapa peran yang tela diketahui.

  • Fermentasi Tempe

Tempe merupakan hasil fermentasi dari kedelai menggunakan jamur Rhizopus oryzae. Tempe selain dibuat dari kedelai dapat juga dibuat dari berbagai bahan nabati berprotein . Pada substrat kedelai jamur selain berfungsi mengikat/menyatukan biji kedelai sehingga menjadi satu kesatuan produk yang kompak juga menghasilkan berbagai enzim yang dapat meningkatkan nilai cerna tempe saat dikonsumsi.

  • Fermentasi Tape

Tape dibuat dari ubi kayu ataupun beras ketan dan merupakan makanan yang populer di Indonesia dan Malaysia. Dalam pembuatan tape setidaknya terlibat tiga kelompok mikroorganisme yaitu mikrobia perombak pati menjadi gula yang menjadikan tape pada awal fermentasi berasa manis. Mikrobia yang banyak dianggap penting dalam proses ini adalah Endomycopsis fibuliger sertaeberapa jamur dalam jumlah kecil. Adanya gula menyebabkan mikrobia yang mengunakan sumber karbon gula mampu tumbuh dan menghasilkan alkohol. Yang masuk dalam kelompok ini adalah Saccharomyces dan Cabdida yang menybabkan tape berubah menjadi alkoholik. Adanay alkohol juga memacu tumbuhnya bakteri pengoksidasi alkohol yaitu Acetobacter aceti yang mengubah alkohol menjadi asam asetat dan menyebakan rasa masam pada tape yang dihasilkan.

  • Fermentasi Alkohol

Produk beralkohol sangatlah beragam mulai dari pangan hingga energi. Produk pangan yang paling lama dikenal adalah wine dan bir. Mikroorganisme yang terlibat terutama adalah khamir dari genus Saccharomyces sp. Saccharomyces yang paling banyak digunakan adalah S. cerevisiae dan S. carlbergensis. Khamir ini akan mengubah gula pada substrat menjadi alkohol pada kondisi aerob. Jika khamir ini ditumbuhkan pada suasan aerob maka akan dihasilkan sel lebih banyak daripada metabolitnya dan ini dimanfaatkan untuk produksi ragi roti.

  • Fermentasi Asam Asetat

Bakteri Acetobacter aceti merupakan baktei yang mula pertama diketahui sebagai penghasil asam asetat dan merupakan jasad kontaminan pada pembuatan wine. Saat ini bakeri Acetobacter aceti digunakan pada produksi asam asetat karena kemampuanya mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat.

  • Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat banyak terjadi pada susu. Jasada yang paling berperan dalam fermentasi ini adalah Lacobacillus sp. Laktosa diubah menjadi asam laktat. Kini asam laktat juga digunakan untuk produksi plastik dalam bentuk PLA

  • Fermentasi Asam Sitrat

Asam sitrat dihasilkan melalui fermentasi menggunakan jamur Aspergillus niger. Meskipun beberapa bakteri mampu melakukan, namun yang paling umum digunakan adalah jamur ini. Pada kondisi aerob jamur ini mengubah gula atau pati menjadi asm sitrat melalui pengubahan pada TCA

  • Fermentasi Asam Glutamat

Asam glutamat digunakan untuk penyedap makanan sebagai penegas rasa. Mula pertama dikembangkan di Jepang. Organisme yang kini banyak digunakan adalah mutan dari Corynebacterium glutamicum.

  • Fermentasi Vitamin

Vitamin selain dapat diperoleh dari berbagai tumbuhan juga dapat dihasilkan secara fermentasi. Teruatam vitamin B. Mikroorganisme yang teribat dalam produksi vitamin ini adalah kapang askomisetes Eremothecium ashbyii dan  Ashbya gossypii. Kapang (Candida flaeri,C. famata, dsb) dan bakteri dapat juga digunakan untuk produksi. Hasil yang dicapai dapat lebih dari 20 g riboflavin per liter kultur cair yang dilakukan secara steril dan kondisi aerob dengan medium yang mengandung molase atau minyak tumbuhan sebagai sumber karbon utama.

  • Fermentasi Yogurt

Produksi yogurt dimulai dengan kondisioning susu. Kandungan air pada susu mula pertama diturunkan hingga 25% dengan evaporasi vacuum dan ditambahkan 5% susu bubuk. Sebagai tahap akhir kondisioning, susu dipanaskan pada suhu 86 – 930C selama 30 – 60 menit. Hal ini akan menyebabkan beberapa protein mengalami pemecahan dan mikrobia kontaminan akan terbunuh. Setelah itu didinginkan pada suhu 450C dan ditambahkan campuran Streptococcus thermophilus dan Lactobacillus bulgaricus dalam perbandingan 1:1.

  • Fermentasi Kefir

Kultur starter kefir disebut butiran kefir, mengandung mikrobia yang terdiri dari bakteri dan khamir yang masing-masing berperan dalam pembentukan cita rasa dan struktur kefir. Bakteri menyebabkan terjadinya asam sedangkan khamir menyebabkan terjadinya pembentukan alkohol dan CO2 pada proses fermentasi. Hal inilah yang membedakan rasa yoghurt dan kefir. Komposisi mikrobia dalam butiran kefir dapat bervariasi sehingga hasil akhir kefir kadang mempunyai aroma yang bervariasi. Spesies mikrobia dalam bibit kefir diantaranya Lactocococcus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus kefir, Lactobacillus kefirgranum, Lactobacillus parakefir. Semua mikrobia yang tersebut tadi mempunyai fungsi dalam pembentukan asam laktat dari laktosa. Lactobacillus kefiranofaciens sebagai pembentuk lender (matriks butiran kefir), Leuconostoc sp. Membentuk diasetil dari sitrat dan Candida kefir pembentuk etanol dan karbondioksida dari laktosa. Selain itu juga ditemukan Lactobacillus brevis dan khamir (Torulopsis holmii dan Saccharomyces delbrueckii).

  • Fermentasi Keju

Keju juga hasil fermentasi susu, tetapi dalam proses produksi yang lebih kompleks. Perbedaan bakteri  yang berperan menyebabkan waktu fermentasi yang lebih lama dari yogurt. Keju sangta beragam, tedapat lebih dari 20 klas dan ratusan vaietas, namun awal prosesnya adalah sama.

  • Fermentasi Nata deCoco

Nata de coco sebenarnya adalah selulosa murni produk kegiatan mikrobia Acetobacter xylinum. Mikrobia ini dapat merubah gula menjadi selulosa. Jalinan selulosa inilah yang membuat nata terlihat putih. Sebagai makanan berserat, nata de coco memiliki kandungan selulosa ± 2,5 % dan lebih dari lebih dari 95 % kandungan air. Nata de coco memiliki kandungan serat kasar 2,75 %, protein 1,5 – 2,8 %, lemak 0,35 % dan sisanya air

  • Fermentasi Kombucha

Kombucha tea (teh kombucha) merupakan produk minuman tradisional hasil fermentasi larutan teh dan gula dengan menggunakan starter mikrobia kombucha  (Acetobacter xylinum dan beberapa jenis khamir) dan difermentasi selama 8 – 12 hari.

Proses fermentasi kombucha dimulai ketika kultur mengubah glukosa menjadi alkohol dan CO2, kemudian bereaksi dengan air membentuk asam karbonat. Glukosa berasal dari inversi sukrosa oleh khamir menghasilkan glukosa dan fruktosa. Acetobacter sebagai bakteri utama dalam kultur kombucha mengoksidasi etanol menjadi asetaldehid lalu kemudia menjadi asam asetat. Aktifitas biokimia yang kedua dari bakteri Acetobacter adalah pembentukan asam glukonat yang berasal dari oksidasi glukosa. Sukrosa dipecah menjadi glukosa dan fruktosa oleh khamir. Pada pembuatan etanol oleh khamir dan selulosa oleh Acetobacter xylinum, glukosa dikonversi menjadi asam glukonat melalui jalur fosfat pentosa oleh bakteri asam asetat, sebagian besar fruktosa dimetabolisme menjadi asam asetat dan sejumlah kecil asam glukonat. Bakteri asam laktat juga menggunakan glukosa untuk mensintesis selulosa mikrobia. Fruktosa masih tertinggal sebagian dalam media fermentasi dan diubah menjadi bentuk yang lebih sederhana oleh mikroorganisme sehingga dapat digunakan sebagai substrat fermentasi. Kultur dalam waktu bersamaan juga menghasilkan asam-asam organik lainnya. Bakteri Acetobacter xylinum mengubah gula menjadi selulosa yang disebut nata/partikel dan melayang di permukaan medium. Jika nutrisi dalam medium telah habis dikonsumsi, kultur akan berhenti tumbuh tetapi tidak mati. Kultur akan aktif lagi jika memperoleh nutrisi kembali. Bakteri asam asetat memanfaatkan etanol untuk tumbuh dan memproduksi asam asetat. Adanya asam asetat akan menstimulasi khamir untuk memproduksi etanol kembali. Interaksi simbiosis ini ditemukan pada Glukonobacter dan Saccharomyces cerevisiae. Konsentrasi asam asetat dalam kombucha hanya meningkat sampai batas tertentu lalu mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena pemanfaatan asam asetat lebih lanjut oleh Acetobacter xylinum ketika jumlah gula dalam media teh mulai habis. Penurunan kadar asam ini juga dikarenakan fermentasi etanol oleh khamir juga mengalami penurunan dikarenakan pH yang sangat rendah serta mulai habisnya gula dalam larutan.

  • Fermentasi Sauerkraut

Sauerkraut adalah fermentasi kobis menggunakan bakteri asam laktat sehingga beras masam. Kobis dibersihkan dari bagian yang hijau, rusak dan kotor, dicuci kemudian diiris kecil-kecil selebar + 1 mm. Irisan kobis ini kemudian  dimasukkan ke dalam tangki atau wadah kemudian ditambahkan larutan garam 2,25% dan diaduk serata mungkin. Bakteri yang memulai fermentasi adalah Leuconostoc mesenteroides dan dilanjutkan oleh Lacotabacillus brevis, Lb. plantarum dan Pediococcus cerevisiae. Suhu optimal untuk fermentasi ini adalah 25 – 300C dengan waktu 2 – 3 minggu. Suhu di atas 300C mengakibatkan produksi asam berlebihan sedang jika suhu kurang dari 250C sering muncul flavor dan warna yang tidak diharapkan serta waktu fermentasi menjadi sangat lama.

  • Fermentasi Kecap

Kecap dibuat melalui proses fermentasi kedelai.

Tahap pertama, kedelai dan gandum dicampur kemudian diinokulasi dengan kapang Aspergillus dan diinkubasi selama 3 hari, hasilnya disebut koji pada tahap ini akan terjadi perubahan-perubahan biokimiawi dimana enzim protease yang dihasilkan oleh mikrobia akan menghidrolisis protein kedelai. Protein akan diubah menjadi bentuk protein terlarut, peptida, pepton dan asam-asam amino sedangkan karbohidrat diubah oleh aktivitas enzim amilolitik menjadi gula reduksi.

Tahap kedua, koji dipindah ke tangki fermentasi dicampur dengan larutan garam dan disebut moromi. Fermentasi ini berlangsung selama lebih dari 6 bulan. Pada tahap ini konsentrasi garam berpengaruh terhadap hidrolisis protein dan kecepatan pembentukan asam laktat serta alkohol. Pada tahap ini tumbuh khamir yang halotoleran. Asam-asam amino, terutama asam glutamat merupakan komponen pendukung flavor. Komponen flavor lainnya adalah asam lemak (seperti palmitat), alkohol (seperti amil alkohol) dan senyawa-senyawa organik lainnya (seperti pirazin, aldehid, keton, ester). Nilai pH yang rendah pada fermentasi moromi menstimulasi pertumbuhan khamir halotoleran seperti S. rouxii, Z. major, Z. sulsus dan Z. japonicus. Khamir dapat menghasilkan etanol dan komponen-komponen aroma dan flavor yang spesifik. Pada kondisi aerob, S. rouxii dapat mengubah glukosa menjadi gliserol yang merupakan komponen flavor yang penting. Beberapa jenis khamir dapat menghasilkan komponen furfural yang merupakan flavor kecap yang spesifik.

  • Fermentasi Roti

Mikroorganisme yang digunakan dalam fermentasi roti adalah Saccharomyces cerevisiae yang oleh masyarakat umum disebut ragi roti atau fermipan.

Fungsi ragi roti adalah untuk membentuk roti sehingga mengembang dan muncul rongga udara.

setelah adonan diuleni dan dicampur dengan ragi roti maka adonan yang sudah kalis ini didiamkan beberapa saat untuk memberi kesempatan khamir Sc ini tumbuh. selama tumbuh akan menghasilkan gas karbon dioksida. karena adonan kalis maka gas ini akan terjerap dalam adonan dan adonan akan mekar. jika adanan ini diolah lebih lanjut maka akan ada ruang dalam roti yang terbentuk misal pada roti tawar dan donat. jika tumbuhnya khamir ini kurang baik atau gas kurang maka jika dibuat roti akan tidak jadi atau disebut bantat.

masyarakat kadang mnyaasati proses inidengan menggunakan soda kue karena karbonat juga akan dilepas seperti CO2 namun hasilnya akan lain karena menggunakan soda kue akan menghasilkan roti yang rapuh.

Khamir

Interaksi Saccharomyces dengan factor lingkungan

Pada kondisi di alam, pengaruh factor-faktor lingkungan tidak dapat dipisahkan satu dengan lainnya, tetapi berpengaruh secara simultan saling mempengaruhi. Interaksi ini berlangsung secara dinamis dan berubah berdasar tempat dan waktu. Interaksi antara suhu, aktivitas air, pH, garam, gula, dan adanya bahan pengawet sering dipelajari dalam upaya menghambat pertumbuhan khamir pada makanan atau digunakan untuk mengoptimalkan pemanfaatan khamir dalam produksi alcohol. Kombinasi dua factor sering digunakan dalam penelitian-penelitian. Namun demikian, jika beberapa factor penghambat terlibat di dalamnya maka evalusi dua factor ini menjadi sulit.

Contoh data penelitian tentang pengaruh pH dan aw terhadap laju pertumbuhan spesifik Zygosaccharomyces rouxii.

pH

Laju pertumbuhan spesifik (mh-1)

0,957

0,923

0,904

0,880

0,843

2,5

0,21

0,15

0,12

0,08

0,05

3,5

0,33

0,23

0,18

0,14

0,08

4,5

0,34

0,24

0,19

0,14

0,09

5,5

0,30

0,21

0,17

0,12

0,07

Catatan: nilai aw diatur dengan membuat konsentrasi akhir gula 300, 500, 600, 700, dan 800 gL-1 yang diperoleh dengan mencampur glukosa 30% dan fruktosa 70% pada suhu 250C.

Source: Adapted from Membré, J.-M., Kubaczka, M., and Chéné, C. (1999) Appl. Environ. Microbiol. 65:4921–4925.

Contoh data penelitian tentang kombinasi etanol, fruktosa, pH, dan aw terhadap waktu penggandaan Saccharomyces cerevisiae

Etanol (% v/v)

Fruktosa (% b/v)

pH

aw

Waktu penggandaan (jam)

0

2,5

3,5

0,991

1,69

0

2,5

5,5

0,985

2,19

8

2,5

5,5

0,973

2,34

12

2,0

3,2

0,962

8,49

0

4,0

2,5

0,996

2,49

0

16,0

2,5

0,984

2,68

0

32,0

2,5

0,969

2,93

0

50,0

2,5

0,952

6,73

0

50,0

2,5

0,952

5,72

0

50,0

8,0

0,952

5,71

3

8,0

4,0

0,983

1,88

3

8,0

7,0

0,983

2,64

3

40,0

4,0

0,953

4,29

3

40,0

7,0

0,953

6,60

Source: Adapted from Kalathenos, P., Baranyi, J., Sutherland, J. P., and Roberts, T. A. (1995) Int.J. Food Microbiol. 25:63–74.

Faktor Biologi

Pada ekosistem pangan, khamir dapat tumbuh bersama-sama dengan mikroorganisme lain dan dapat tumbuh bersama berinteraksi saling menguntungkan atau merugikan. Khamir juga berasosiasi dengan mikroorganisme, tanaman, binatang dan manusia. Interaksi dapat mutalisme, netralisme, sinergisme atau antagonism.

a. Asosiasi Khamir dengan Bakteri

Produksi antibiotika adalah salah satu fenomena paling baik yang diketahu sebagai hubungan antagonism antara bakteri dan organimse lainnya. Beberapa antibiotika dihasilkan oleh Streptomyces (missal nystatin dan amphotericin B) memiliki pengaruh antijamur spesifik yang digunakan untuk terapi penyakit pada manusia yang disebabkan oleh khamir (missal candidiasis). Prokariot lain, bakteri asam laktat diketahui menghasilkan berbagai bacteriocin dan pengaruhnya bagi khamir belum banyak dikaji. Hidrogen peroksida, sering dibebaskan oleh bakteri asam laktat katalase negative yang bersifat letal bagi khamir. Etanol yang dibebaskan oleh khamir bukan merupakan senyawa antagonis spesifik bagi bakteri.

Dalam asosiasi khamir dan bakteri asam laktatterjadia sejumlah mutualistik dan sinergistik, terutama dalam fermentasi pangan. Dalam kefir grain, terdapat interaksi sinergistik; vitamin dihasilkan oleh khamir dan laktat dihailkan oleh bakteri. Asosiasi juga terjadi pada sour dough antara laktobasili pemfermentasi lakotsa dan khamir pemfermentasi glukosa. Dalam fermentasi sauerkraut dan pickle, khamir fermentative dan oksidatif hidup bersama-sama dengan bakteri asam laktat. Khamir sering membentuk lapisan film pada permukaan larutan garam. Dalam red wine, fermentasi malolaktat oleh Oenococcus (leuconostoc) oenos difasilitasi oleh vitamin dan aam amino yang dihasilkan oleh khamir.

b. Khamir dengan Khamir

Pengaruh antagonistic (penghambatan) etanol yang dihasilkan Saccharomyces terhdap khamir yang kurang toleran terhadap alcohol dalam fermentasi wine adalah contoh umum. Kajian secara intensif juga dipelajari adanya produk spesifik yang dihasilkan khamir an bersifat letal bagi khamir lain yaitu mycocins. Polipeptida ini secara genetic dideterminasi ada pada plasmid atau kromosom. Strain-strain penghasil umumnya resisten sedang yang lain dapat rentan atau netral. Di alam 9 – 27 % spesies menghasilkan toksin; dalam beberapa kasus, misalnya fermentasi jus anggur, strain toksigenik mencapai 50 – 75%, strain yang sensitive 10 – 40%.

c. Khamir dengan Jamur

Beberapa spesies khamir teutama P. guilliermondii, P. anomala, dan Db. Hansenii menghambat pertumbuhan jamur tertentu yang menyerang buah dan biji-bijian. Kemungkinan penggunaan sifat antagoinis khamir ini perlu diteliti untuk pengendalian penyakit pascapanen. Kebalikannya, sejumlah besar miselia jamur dapat menyerang khamir. Parasitisme lebih umum pada basidiomycetes dibandingkan kelompok jamur yang lain. Jamur mikoparasit menggunakan khamir sebagai sumber nutrient dengan melisiskan sel khamir atau dengan penetrasi ke dinding sel serupa dengan cara menyerang ke tanaman dan nematode.

Pustaka:

Tibor, D. 2008. Handbook of Food Spoilage Yeast. CRC Press. Boca Raton.

Dadih

Dadih adalah produk olahan dari susu kerbau yang dibuat dengan cara fermentasi alami pada suhu kamar selama 2 hari (Sughita, 1995). Saat ini dadih dikonsumsi sebagai makanan adat, disuguhkan pada acara pernikahan dan pemberian gelar datuk di daerah Sumatra Barat. Selain di daerah Sumatra Barat dadih juga terdapat di daerah Riau. Umumnya dadih dikonsumsi langsung bersama nasi setelah diberi irisan bawang merah dan cabe merah, atau dadih dicampurkan ke dalam minuman es bersama emping ketan, santan dan gula merah (Sisriyenni dan Zurriyati, 2004). Dadih yang disenangi oleh konsumen adalah yang berwarna putih, bertekstur lembut dengan aroma spesifik (Sughita, 1994). Bagi penderita “laktosa intolerance”, mengkonsumsi dadih merupakan salah satu alternatif untuk memperoleh manfaat dari susu (Pato et al, 2004). Namun dewasa ini yang menjadi masalah besar adalah konsumsi dadih yang terus menurun, sehingga menyebabkan masa depan dari produksi susu kerbau dan dadih menjadi suram (Ibrahim, 2006).

Pada saat proses fermentasi telah selesai susu kerbau akan mengental (curd), rasanya menjadi asam (0,99%), memiliki kandungan protein (6,81%), lemak (8,66%), vitamin A (80 SI) dan total bakteri asam laktat (16,0 x 105 CFU/ml) (Sisriyenni dan Zurriyati, 2004). Di dalam dadih terdapat bakteri asam laktat (salah satu jenis bakteri probiotik) yang berperan dalam pembentukan tekstur dan cita rasa. Adanya kandungan BAL seperti Lactobacillus,Streptococcus, Leuconostoc dan Lactococcus membuat dadih memiliki khasiat kesehatan antara lain menyeimbangkan mikroba dalam saluran usus, menghambat pertumbuhan bakteri patogen yang menyebabkan diare, menurunkan terjadinya mutasi sel, menurunkan kadar kolesterol darah dan meningkatkan sistim kekebalan tubuh. Kandungan gizi dan manfaat kesehatan yang dimiliki dadih menjadikannya sebagai produk pangan yang potensial untuk dikembangkan sebagai industri. Dadih dapat diproduksi sebagai 1) makanan jajanan seperti jelly dengan berbagai cita rasa yang disesuaikan untuk kalangan berbagai usia, 2) minuman segar seperti yakult atau campuran es krim, 3) produk makanan siap saji dengan tekstur padat seperti keju, mentega dan dapat digunakan untuk berbagai jenis makanan seperti lauk, isi roti lapis, pengisi makanan jajanan dan campuran berbagai jenis roti, 4) suplemen makanan dalam bentuk tablet, pil, powder, granula atau pasta yang berisi BAL asal dadih, baik dikonsumsi langsung ataupun

untuk memperkaya berbagai jenis makanan dan minuman dan 5) sebagai sumber flavoring Murwani, 2006).

Pembuatan dadih masih dilakukan secara tradisional dan belum ada standar cara pembuatannya. Oleh sebab itu kualitas dadih yang dihasilkan dari tiap daerah bervariasi, walaupun relatif tidak jauh berbeda. Kualitas dadih yang dihasilkan juga dipengaruhi oleh kualitas susu yang digunakan (Purnomo, 1996).

Dadih yang diproduksi di Sumatera Barat dibuat dengan bahan dasar susu kerbau dengan mengandalakan jasad renik yang ada di alam sebagai inokulan atau tanpa menggunakan starter tambahan. Mikroba diperkirakan dapat berasal dari daun pisang sebagai penutup bambu dan dari susu itu sendiri (Yudoamijoyo dkk., 1983) serta dapat juga dari tabung bambu yang digunakan (Zakaria dkk., 1998).

· Susu kerbau dimasukkan dalam tabung bamboo

· Ditutup dengan daun pisang yang sudah dilayukan di atas api dan diikat

· Disimpan dalam suhu ruangselama 24 jam

· dadih