5

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bakteri

Bakteri adalah sel prokariotik yang khas, uniseluler, dan tidak mengandung

struktur yang dibatasi membran di dalam sitoplasmanya. Dinding sel bakteri

merupakan struktur yang unik secara biokimia. Dinding sel pada beberapa bakteri

mengandung murein, yang juga dikenal sebagai peptidoglikan atau mucopeptida.

Lapisan peptidoglikan ini tidak ditemukan pada organisme eukariotik (Atlas,

1984).

Berdasarkan bentuknya, bakteri dibagi menjadi tiga kelompok utama, yaitu

bentuk kokus (bulat), bentuk basil (silinder atau batang), dan bentuk spiral (batang

melengkung atau melingkar-lingkar). Berdasarkan struktur dan dinding sel,

bakteri dibedakan menjadi bakteri Gram-positif dan bakteri Gram-negatif.

Perbedaan sifat bakteri Gram-positif dan bakteri Gram-negatif disajikan pada

Tabel 1 (Tortora et al., 1989).

Tabel 1 Perbedaan sifat bakteri Gram-positif dan bakteri Gram-negatif

Ciri-ciri Gram-positif Gram-negatif

Struktur dinding sel :

Tebal (15 – 80 nm) Berlapis tunggal (mono)

Tipis (10 – 15 nm) Berlapis 3 (multi)

Komponen dinding sel : - Kandungan lipid dan

lipoprotein - Peptidoglikan

- Kandungan lipopolisakarida (LPS) - Asam tekoat - Toksin yang dihasilkan

Rendah Komponen utama (90% dari dinding sel) Tebal (multilayer)

Tidak ada Kebanyakan ada, terutama eksotoksin

Tinggi Jumlah sedikit (10% dari dinding sel) Tipis (single layer)

Tinggi Tidak ada, terutama indotoksin

Ketahanan terhadap pengeringan

Tinggi Rendah

Ketahanan terhadap gangguan fisik

Tinggi Rendah

Sumber : Tortora et al., 1989

6

2.2 Bakteri laut penghasil pigmen

Austin (1988) mengatakan bahwa sebagian besar bakteri yang terdapat pada

perairan laut terdiri dari bakteri Gram-negatif, sedangkan bakteri Gram-positif

sebagian besar terdapat pada sedimen. Pada umumnya, kebanyakan dari bakteri-

bakteri ini merupakan penghasil pigmen terutama pigmen kuning, oranye, atau

merah pada media padat.

2.2.1 Bakteri fototrof yang mengandung bakteriokhlorofil

Dikatakan pula kalau bakteri gram-negatif fototrof umumnya terdapat pada

permukaan perairan. Bakteri yang mengandung bakteriokhlorofil yang ditemukan

pada perairan laut, diwakili oleh lima famili, yaitu Chlorobiaceae (green sulphur

bacteria), Chromatiaceae (purple sulphur bacteria), Ectothiorhodospiraceae

(purple sulphur bacteria), Rhodospirillaceae (purple non-sulphur bacteria), dan

Thiocapsaceae (purple sulphur bacteria).

Selanjutnya Austin menyebutkan bahwa Famili Chlorobiaceae, yang

terdapat pada perairan laut adalah Chlorobium dan Prosthecochloris. Chlorobium

adalah bakteri an-aerob yang tidak dapat bergerak, berbentuk batang lurus atau

melengkung dengan vakuola yang tidak mengandung gas, mengandung pigmen

bakteriokhlorofil c, d, atau e, dan karotenoid, chlorobactene dan isorenieratene.

Pigmen-pigmen ini menyebabkan massa sel berwarna dari kuning – hijau – coklat,

yang terkandung pada vesikel yang terdapat di bawah dan melekat pada membran

sitoplasma (Gambar 1). Chlorobium yang terisolasi dari perairan laut adalah C.

limicola dan C. vibrioforme. Genus kedua adalah Prosthecochloris, yang

berbentuk bulat dan mengandung pigmen bakteriokhlorofil c atau e bersama-sama

dengan karotenoid, chlorobactene dan isorenieratene yang terdapat pada vesikel.

Prosthecochloris yang terisolasi dari lumpur pantai dan estuari adalah P. aestuarii

dan P. phaeoasteroidea.

Sedangkan Famili Chromatiaceae yang terdapat pada perairan laut adalah

Chromatium, Thiocystis dan Thiospirillum. Chromatium merupakan bakteri an-

aerob, tidak mempunyai vakuola, berbentuk batang dan menghasilkan lendir,

dapat bergerak dengan flagella polar. Memerlukan hidrogen sulfida untuk

fotosintesis, sedangkan sulfur yang dihasilkan disimpan pada sel intraseluler.

Massa sel berwarna purple atau coklat. Thiocystis merupakan bakteri yang

7

berbentuk bulat dengan diameter kira-kira 3,0 µm, mengandung okenone dan atau

rhodopinal sebagai karotenoid yang memberikan warna purple – violet – merah

pada massa sel. Thiocystis yang ditemukan pada perairan dan lumpur pantai yang

mengandung hidrogen sulfida adalah T. gelatinosa dan T. violacea. Thiospirillum

jenense berbentuk spiral, mengandung likopene dan rhodopin sebagai karotenoid,

dan menyebabkan massa sel berwarna oranye – coklat.

Genus Ectothiorhodospira merupakan bakteri an-aerob yang berbentuk

spiral, sel tidak mempunyai vakuola, yang jika dapat bergerak karena memiliki

flagella polar. Bakteriokhlorofil a atau b terdapat pada stacked membrane

(Gambar 1), dan massa sel berwarna hijau atau merah. Hidrogen sulfida dioksidasi

selama fotosintesis dan melepaskan sulfur yang kemudian disimpan pada bagian

luar sel. Yang ditemukan pada perairan pantai adalah E. halochloris, E. halophila

dan E. mobilis (Truper dan Imhoff, 1981 in Austin, 1988).

Famili Rhodospirillaceae meliputi Rhodocyclus, Rhodomicrobium,

Rhodopseudomonas dan Rhodospirillum. Dari genus Rhodocyclus, contohnya

adalah R. purpureus, merupakan bakteri mikro-aerofilik, tidak bergerak,

merupakan sel dengan pigmen purple – violet. Karotenoid meliputi rhodopin dan

rhodopinal. Pigmen fotosintesis terdapat pada membran intrasitoplasma, tersusun

seperti tabung (Gambar 1) (Truper dan Pfennig, 1981 in Austin, 1988).

Rhodomicrobium, meliputi R. vannielii, merupakan bakteri Gram-negatif yang an-

aerob, mampu melakukan metabolisme oksidasi pada kondisi mikro-aerofilik dan

aerobik. Organisme ini memiliki sebuah sistem membran lamellar (Gambar 1),

mengandung bakteriokhlorofil a, karotenoid grup I dan β-karoten (Moore, 1981 in

Austin, 1988). Rhodopseudomonas mempunyai dua spesies yang telah diisolasi

dari air laut, yaitu R. marina (Imhoff, 1983 in Austin, 1988) dan R. sulfidophila

(Hansen dan Veldkamp, 1973 in Austin, 1988). Bakteri ini dikenal sebagai purple

non-sulphur bacteria, toleran terhadap konsentrasi sulfida yang rendah yang tidak

dioksidasi menjadi sulfat, tetapi dioksidasi menjadi thiosulfat dan sulfur. Bakteri

berbentuk batang pendek, bergerak dengan flagella polar. Pigmen fotosintesis,

yaitu bakteriokhlorofil a dan karotenoid dari spirilloxanthine, yang terdapat pada

membran intrasitoplasma, tersusun seperti stacks (Gambar 1) dan terletak sejajar

dengan membran sitoplasma. Rhodospirillum, merupakan obligat halofilik,

8

contohnya adalah spesies R. salexigens, bakteri Gram-negatif, berbentuk spiral

atau melengkung yang bergerak dengan flagella bipolar. Pigmen utama adalah

bakteriokhlorofil a dan spirilloxanthine yang terdapat pada membran

intrasitoplasma, tersusun sejajar dengan membran sitoplasma (Drews, 1981 in

Austin, 1988).

Dari genus Thiocapsa, yang ditemukan pada lumpur estuarin dan lumpur

pantai adalah T. pfennigii dan T. roseopersicina. Sel bakteri berbentuk bulat

dengan diameter 1,2 – 3,0 µm, tidak mempunyai vakuola, tidak bergerak, pigmen

sel terdiri dari orange – coklat – pink – merah. Karotenoid merupakan

spirilloxanthine dan tetrahydrospirilloxanthine. Bersama dengan bakteriokhlorofil

a dan b, pigmen terdapat pada membran intrasitoplasma yang berbentuk vesicular

atau tube (Gambar 1) (Austin, 1988).

Keterangan :

1 = tubes, ditemukan pada Rhodocyclus, Rhodopseudomonas dan Rhodospirillum; 2 = bundled tubes seperti yang ditemukan pada Thiocapsa; 3 = stacks, ditemukan pada Ectothiorhodospira dan Rhodospirillum; 4 = membran seperti pada Rhodomicrobium dan Rhodopseudomonas; 5 = vesicle, yang umum pada Chromatium, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Thiocapsa dan Thiospirillum. Gambar 1 Susunan membran intrasitoplasma yang ditemukan pada bakteri

fotosintesis (Austin, 1988).

Dua genera yang lain, yaitu Chloroherpeton dan Erythrobacter.

Chloroherpeton, yang hanya satu spesies, yaitu C. thalassium, merupakan bakteri

9

Gram-negatif, berbentuk batang panjang, merupakan organisme green sulphur,

gliding dan obligat fototrof, mempunyai pigmen bakteriokhlorofil c dan sedikit

bakteriokhlorofil a bersama γ - karoten, memerlukan CO2

dan sulfida untuk

tumbuh. Sulfur disimpan di luar sel (Gibson et al., 1984 in Austin, 1988).

Erythrobacter, dengan spesies E. longus, tidak tumbuh secara fototrofik. Tetapi

selnya mengandung bakteriokhlorofil a, berbentuk batang oval, bergerak dengan

flagella sub-polar, aerobik, memerlukan biotin, memproduksi katalase, oksidase

dan fosfatase, menguraikan gelatin, menggunakan atau memanfaatkan glukosa,

asetat, butirat, glutamat dan piruvat sebagai sumber karbon (Shiba dan Simidu,

1982 in Austin, 1988).

2.2.2 Bakteri Gram-negatif, aerobik, berbentuk batang dan kokus

Organisme halofilik, yang memerlukan 15% NaCl, merupakan famili

Halobacteriaceae, dan terdapat pada lingkungan lautan adalah Halobacterium dan

Halococcus. Halobacterium yang terisolasi dari laut adalah H. denitrificans, H.

mediterranei, H. pharmaconis, H. saccharovorum, H. salinarium, H. sodomense

dan H. volcanii. Halobacterium merupakan bakteri Gram-negatif berbentuk

batang, dapat bergerak atau tidak, memiliki metabolisme respiratory, dan

memproduksi katalase dan oksidase. Bakteri ini menghasilkan koloni berwarna

pink, merah, atau oranye. Pertumbuhan terbaik pada NaCl 20 - 26 %. Ciri-ciri

yang sama juga dilaporkan pada Halococcus, yang terisolasi dari laut dan

diklasifikasikan sebagai H. morrhuae merupakan bakteri yang menghasilkan

pigmen pink, merah atau oranye, Gram-negatif tidak bergerak, berbentuk kokus

dan memproduksi katalase dan oksidase. Pembelahan sel dengan septasi.

Metabolisme dengan respiratory (Larsen, 1984 in Austin, 1988).

Alteromonas, merupakan bakteri Gram-negatif berbentuk batang yang

bergerak dengan flagellum tunggal yang polar. Bakteri ini melakukan

metabolisme secara respiratif, serta ditemukan pada perairan pantai dan lautan

terbuka. A. rubra membentuk pigmen warna merah, A. aurantia menghasilkan

pigmen warna oranye, A. citrea menghasilkan pigmen warna kuning lemon dan A.

luteoviolacea berwarna violet (Baumann et al., 1984a in Austin, 1988).

10

Genera Chromobacterium dan Janthinobacterium merupakan bakteri

aerobik berpigmen purple, berbentuk batang, Gram-negatif, dan bergerak dengan

flagellum tunggal yang polar. Janthinobacterium lividum terdapat dalam jumlah

yang rendah pada perairan pantai (Austin, 1988).

2.2.3 Bakteri Gram-negatif, fakultatif an-aerobik, berbentuk batang

Serratia rubidea berpigmen merah, Gram-negatif, berbentuk batang, yang

menghasilkan katalase tetapi tidak oksidase, bergerak dengan flagella peritrichous

(Grimont dan Grimont, 1984).

Vibrio merupakan genus bakteri yang banyak ditemukan pada perairan

pantai dan estuarin. Berbentuk batang, menghasilkan katalase dan oksidase,

fermentatif, bergerak dengan flagella polar. V. fischeri merupakan bakteri yang

memancarkan cahaya, berpigmen oranye kekuningan. V. gazogenes menghasilkan

koloni dengan warna merah, Vibrio nigripulchritudo menghasilkan koloni dengan

pigmen biru kehitaman (Austin, 1988).

2.2.4 Bakteri Gram-negatif, an-aerobik, berbentuk batang dan kokus

Menurut Austin, 1988 dari famili Desulfurococcaceae, yang ditemukan di

laut dan menghasilkan pigmen adalah Desulfuromonas. Contoh bakteri ini adalah

D. acetoxidans, dengan ciri-ciri antara lain berbentuk batang, bergerak dengan

flagellum tunggal yang polar, membentuk koloni yang mengandung pigmen

peach – pink.

2.3 Pertumbuhan bakteri

Pada umumnya pertumbuhan didefinisikan sebagai peningkatan secara

teratur pada semua komponen-komponen kimiawi sel dan struktur sel. Kecepatan

pertumbuhan untuk sistem uniseluler didefinisikan sebagai peningkatan jumlah sel

atau massa sel per satuan waktu. Setiap terjadi pembelahan sel disebut dengan

satu generasi, waktu yang diperlukan untuk pembelahan disebut waktu generasi.

Waktu generasi bervariasi antara mikroorganisme : biasanya bakteri memerlukan

satu sampai tiga jam untuk membelah diri tetapi ada juga yang hanya memerlukan

10 – 20 menit sedangkan mikroba yang lain memerlukan waktu 24 jam atau

lebih (Middelbeek et al., 1992 a).

11

Bakteri dapat tumbuh pada sistem tertutup, yang dikenal sebagai batch

culture atau pada sistem terbuka, dimana proses berlangsung secara kontinu. Pada

sistem terbuka, pertumbuhan dikontrol dengan menambahkan nutrien segar dan

membuang medium sisa dan sel-sel dari wadah pertumbuhan.

2.3.1 Siklus pertumbuhan

Pertumbuhan suatu populasi bakteri pada sistem tertutup hanya terwakili

pada tahap atau fase eksponensial (Gambar 2). Pertumbuhan bakteri dapat

dinyatakan secara grafik dengan menggunakan data hasil pengukuran populasi

bakteri yang hidup dalam kultur media cair pada selang waktu yang tetap.

Pertumbuhan bakteri terdiri dari beberapa fase (tahap) yaitu : (1) tahap ancang-

ancang (lag phase), (2) tahap eksponensial (logaritmic phase), (3) tahap

stasioner (stationair phase) dan (4) tahap kematian (death phase) (Middelbeek et

al., 1992 a

Pada lag phase, tidak ada peningkatan jumlah sel atau turbiditas karena

bakteri sedang beradaptasi dengan lingkungan yang baru. Hal ini dapat

disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah adanya kemungkinan

medium tidak optimal untuk organisme sehingga organisme perlu mensintesa

enzym agar mampu menggunakan substrat sebagai sumber energi atau untuk

sintesis material sel. Selama fase ini massa sel dapat berubah tanpa adanya suatu

perubahan jumlah sel (Sa’id, 1987).

).

Schlegel dan Schmidt (1994) menjelaskan bahwa, tahap ancang-ancang

mencakup interval waktu antara saat penanaman dan saat tercapainya kecepatan

pembelahan maksimum. Lamanya tahap ancang-ancang tergantung dari

konsentrasi awal, umur, bahan yang ditanam dan sifat medium pertumbuhan.

Dikatakannya pula bahwa tahap pertumbuhan eksponensial atau logaritmik

ditandai oleh kecepatan pembelahan maksimum yang konstan. Kecepatan

pembelahan pada fase logaritmik bersifat spesifik untuk tiap jenis bakteri dan

tergantung pada kondisi lingkungan, misalnya suhu dan komposisi medium kultur

(Middelbeek et al., 1992a). Karena kecepatan pembelahan diri relatif konstan pada

tahap logaritmik, maka dapat digunakan untuk mempelajari pengaruh faktor-

faktor lingkungan (pH, potensial redoks, suhu, aerasi, dan sebagainya) terhadap

12

pertumbuhan dan untuk mengetahui kemampuan mikroorganisme menggunakan

berbagai substrat.

Y

(3)

(2) (4)

(1)

X

Keterangan : X Waktu inkubasi Y Jumlah sel bakteri (1) Tahap ancang-ancang (2) Tahap eksponensial (3) Tahap stasioner

(4) Tahap menuju kematian

Gambar 2 Kurva pertumbuhan bakteri (Schlegel dan Schmidt, 1994).

Secara matematis, pertumbuhan eksponensial dapat didekati dengan dua

cara. Pendekatan pertama dengan menentukan jumlah awal sel. Perubahan jumlah

sel karena pembelahan atau pertumbuhan, diekspresikan dengan persamaan

(Middelbeek et al., 1992a

Nt = No . 2

) :

Log Nt = log No + n log 2

n

n/t = (log Nt – log No) / t log 2

dimana : Nt = jumlah sel setelah waktu tertentu No = jumlah awal sel N = banyaknya pembelahan

n/t = banyaknya pembelahan per satuan waktu yang disebut juga dengan konstanta kecepatan pertumbuhan (k)

Pendekatan lain adalah dengan menggambarkan kecepatan pertumbuhan

populasi sebagai suatu reaksi autokatalitik. Kecepatan reaksi katalis tergantung

pada banyaknya katalis. Pada kasus ini, biomassa merupakan katalis yang

sebenarnya, dan kecepatan produksi biomassa tergantung pada banyaknya

13

biomassa pada waktu tertentu. Pertumbuhan eksponensial dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (Middelbeek et al., 1992 a

Banyaknya biomassa pada satuan waktu tertentu : Xt = Xo . e

) : dx/dt = µ.X

Kecepatan pertumbuhan spesifik adalah : µ = (ln Xt – ln Xo) / t

µt

dimana : dx/dt = kecepatan pertumbuhan µ = kecepatan pertumbuhan spesifik X = banyaknya biomassa

Tahap stasioner dimulai ketika sel-sel sudah tidak tumbuh lagi. Kecepatan

pertumbuhan tergantung dari kadar substrat. Menurunnya kecepatan pertumbuhan

sudah terjadi ketika kadar substrat berkurang sebelum substrat habis terpakai.

Penurunan kecepatan pertumbuhan juga disebabkan oleh kepadatan populasi yang

tinggi, tekanan parsial oksigen yang rendah dan timbunan produk metabolisme

yang bersifat toksik (mengintroduksi tahap stasioner). Pada tahap stasioner bahan-

bahan simpanan masih dapat digunakan, sebagian ribosom dapat diuraikan dan

masih ada pembentukan enzim. Selama energi yang dibutuhkan untuk

mempertahankan sel-sel masih dapat diperoleh dengan respirasi bahan simpanan

dan protein, bakteri masih mampu mempertahankan hidupnya untuk masa yang

cukup panjang. Masa bakteri yang dicapai pada tahap stasioner dinamakan hasil

atau keuntungan.

Tahap kematian dan sebab-sebab kematian sel bakteri dalam larutan biak

normal belum banyak diteliti. Pada tahap ini terjadi penimbunan asam misalnya

pada bakteri Escherichia coli dan Lactobacillus sp. Jumlah sel hidup dapat

berkurang secara eksponensial. Ada kemungkinan sel-sel diuraikan kembali oleh

enzim yang dihasilkan sendiri oleh sel (autolisis).

2.3.2 Pengaruh faktor lingkungan pada pertumbuhan

Ada beberapa faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri

yaitu faktor-faktor fisika dan faktor-faktor kimia. Faktor-faktor fisika yang

mempengaruhi pertumbuhan bakteri antara lain yaitu suhu, ketersediaan air, pH,

tekanan hidrostatik dan cahaya (Middelbeek dan Drijver – de Haas, 1992). Faktor-

faktor kimia sebagai sumber nutrisi yang juga mempengaruhi pertumbuhan yaitu

makro nutrien (C, O, N, H, P dan S), mikro nutrien atau trace element (Mn, Zn,

14

Co, Mo, Ni, Cu, dan Cl) dan faktor-faktor pertumbuhan (Middelbeek et al.,

1992b

Faktor Fisiko Kimiawi

).

(1) Suhu

Pengaruh suhu pada kecepatan pertumbuhan bakteri sebagian

menggambarkan pengaruh suhu pada kecepatan reaksi-reaksi (bio)kimia.

Berdasarkan toleransi suhu pertumbuhan, bakteri dapat diklasifikasikan menjadi

tiga kelompok : Psikrofil, yaitu bakteri yang dapat tumbuh pada suhu yang

rendah, pada perairan Arctic dan Antarctic (di bawah 0oC), perairan laut dengan

suhu 1oC sampai 5oC. Suhu optimum bagi pertumbuhan bakteri psikrofil adalah

15oC atau lebih rendah dan suhu minimum 0oC. Bakteri fakultatif psikrofil atau

psikrotrop yaitu bakteri yang mempunyai suhu optimum pertumbuhan pada 25oC

sampai 30oC dan suhu maksimum pertumbuhan pada 35oC. Mesofil, yaitu bakteri

yang hidup pada manusia dan hewan berdarah panas, pada daratan dan perairan di

daerah beriklim sedang dan tropis. Kisaran suhu bagi bakteri mesofil adalah 20oC

dan 40oC, dengan suhu optimum untuk pertumbuhan adalah 37oC. Thermofil,

yaitu bakteri yang pertumbuhannya optimum pada suhu 50oC sampai 70o

(2) pH

C

(Middelbeek dan Drijver-de Haas, 1992).

Semua mikroorganisme mempunyai kisaran pH tertentu dimana mereka

dapat tumbuh dan biasanya pada kisaran itu merupakan pH optimum dimana

mereka tumbuh dengan sangat baik. Pada umumnya bakteri tumbuh baik pada

kisaran pH 6,5 - 7,5.

Nilai pH air laut berkisar antara 7,5 dan 8,5 (Austin, 1988). Pada bakteri

yang dibiakkan di laboratorium, pH medium merupakan salah satu faktor penting

yang mempengaruhi pertumbuhan dan pembentukan produk. Selain itu, pH

medium juga sangat dipengaruhi oleh hasil metabolisme dari bakteri, oleh sebab

itu pH medium mempunyai kecenderungan berubah.

Pada proses fermentasi, bakteri menghasilkan asam organik (asam laktat,

asam asetat dan lain-lain) dan amonia yang dilepaskan ke medium saat asam

amino terfermentasi, sehingga pH medium mempunyai kecenderungan berubah.

Bila amonia adalah sumber nitrogen, maka pH cenderung menurun. Amonia pada

15

larutan (di bawah pH 9) berbentuk NH4+; mikroorganisme kemudian

menggabungkannya dengan sel sebagai R-NH3+, dimana R adalah suatu gugus

karbon. Pada saat proses fermentasi berlangsung, sebuah ion H+ tertinggal di

dalam medium. Bila nitrat adalah sumber nitrogen, maka ion-ion nitrogen diambil

dari medium untuk mereduksi NO3 menjadi R-NH3+

(3) Cahaya

, dan pH cenderung naik.

Untuk mempertahankan pH medium, dapat ditambahkan asam chlorida atau

natrium hidroksida.

Persyaratan cahaya hanya penting untuk pertumbuhan mikroorganisme

fotosintetik. Untuk mendapatkan pertumbuhan mikroorganisme fototropik dari

jenis yang berbeda, harus menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang

tepat. Eukariot dan alga biru hijau mengabsorbsi cahaya pada spektrum merah

terakhir sedangkan bakteri fotosintetik pada spektrum infra merah (Middelbeek et

al., 1992b

Cahaya dapat menyebabkan kerusakan pada sel bakteri dan dapat juga

menyebabkan kematian. Banyak dari mikroorganisme mempunyai komponen-

komponen sel yang sensitif terhadap cahaya. Komponen-komponen sel yang

menyerap cahaya yaitu sitokhrom, flavin dan khlorofil menjadi aktif ketika

menyerap cahaya dan menghasilkan energi yang lebih tinggi. Mereka kemudian

dapat mengembalikan energi tersebut seperti semula melalui pemancaran cahaya

(fluorescens) atau mentransfer energi ke komponen sel yang lain. Transfer energi

dapat menguntungkan organisme (fotosintesis) tetapi dapat juga merusak

organisme. Pada kasus yang terakhir, ada dua mekanisme yang menimbulkan

pengaruh berbahaya, salah satunya adalah molekuler oksigen. Kerusakan karena

oksigen bebas disebabkan oleh pembentukan radikal bebas (O

).

2-

(4) Unsur-unsur nutrisi

) yang sangat

reaktif dan destruktif (Middelbeek dan Drijver – de Haas, 1992).

Bakteri seperti organisme lain agar dapat tumbuh memerlukan nutrisi

esensial tertentu dari medium tempat hidup. Nutrisi esensial dibagi dalam dua

kelompok, yaitu nutrien yang diperlukan sebagai suplai energi untuk tumbuh dan

nutrien yang diperlukan sebagai suplai elemen-elemen kimia yang diperlukan

untuk biosintesis. Dari berbagai bentuk energi yang tersedia, bakteri dapat

16

menggunakan energi kimia dan cahaya untuk tumbuh (Sokatch, 1973). Nutrien

yang diperlukan dalam jumlah yang cukup besar dan yang merupakan bagian

terbesar dari berat kering dalam sel, disebut dengan makro nutrien. Yang termasuk

dalam makro nutrien adalah C (50 %), O (20 %), N (14 %), H (8 %), P (3 %), dan

S (1 %) serta K, Na, Ca, Mg dan Fe (Middelbeek et al., 1992b

Elemen-elemen yang disebut sebagai mikronutrien atau disebut juga trace

element adalah Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu dan Cl. Biasanya trace element

diperlukan sebagai kofaktor enzim atau sebagai aktivator.

).

Kelompok nutrien yang merupakan bahan-bahan organik yang tidak dapat

disintesis oleh sel bakteri disebut faktor-faktor pertumbuhan, oleh sebab itu

medium pertumbuhan harus mengandung kelompok nutrien ini. Berdasarkan

struktur kimiawi dan fungsi metaboliknya, faktor pertumbuhan dibagi dalam tiga

kelompok (Middelbeek et al., 1992b

Berdasarkan kebutuhan nutrisinya baik sebagai sumber energi maupun

sebagai sumber karbon, organisme diklasifikasikan oleh Middelbeek et al. (1992

), yaitu : asam amino, sebagai unsur pokok

protein; purin dan pirimidin, sebagai unsur pokok asam nukleat; dan vitamin,

merupakan senyawa organik yang diperlukan sebagai kofaktor oleh enzim. Asam

amino, purin dan pirimidin diperlukan dalam jumlah yang cukup besar, karena

merupakan unsur pembentuk untuk sintesis biopolimer. Vitamin diperlukan dalam

jumlah yang kecil karena merupakan kofaktor bagi enzim.

b

- Fototrof, bila cahaya merupakan sumber utama energi.

)

sebagai berikut :

- Kemotrof, bila bahan kimiawi merupakan sumber utama energi.

- Autotrof, bila bahan anorganik merupakan sumber utama karbon.

- Heterotrof, bila bahan organik merupakan sumber utama karbon.

Dengan mengkombinasikan kelompok organisme tersebut di atas, dapat

dibentuk empat kelompok organisme yang lain, yaitu :

- Fotoautotrof, yaitu organisme yang menggunakan cahaya sebagai

sumber energi dan CO2

- Fotoheterotrof, yaitu organisme yang menggunakan cahaya sebagai

sumber energi dan senyawa organik sebagai sumber karbon.

sebagai sumber karbon.

17

- Kemoautotrof, yaitu organisme yang menggunakan bahan kimiawi

sebagai sumber energi dan CO2

- Kemoheterotrof, yaitu organisme yang menggunakan bahan kimiawi

sebagai sumber energi dan bahan organik sebagai sumber karbon.

sebagai sumber karbon.

Berdasarkan kebutuhan oksigen, bakteri dapat dibedakan atas bakteri aerob,

yaitu bakteri yang membutuhkan oksigen untuk hidup dan bakteri an-aerob, yaitu

bakteri yang tidak mampu menggunakan oksigen. Bakteri aerob dapat dibagi

dalam tiga kelompok yaitu bakteri aerob obligat, fakultatif, dan mikroaerofilik.

Bakteri aerob obligat memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya, tetapi tidak

dapat tumbuh bila konsentrasi oksigen melebihi konsentrasi oksigen atmosfir (>

20%). Bakteri aerob fakultatif tidak memerlukan oksigen tetapi dapat tumbuh

dengan baik bila oksigen tersedia. Bakteri aerob mikroaerofilik memerlukan

oksigen tetapi dengan konsentrasi yang lebih rendah dari konsentrasi oksigen

atmosfir (2 – 10 % v/v). Bakteri an-aerob dapat dibagi dalam dua kelompok yaitu

bakteri an-aerob obligat dan bakteri an-aerob aerotoleran. Pada bakteri an-aerob

obligat, adanya oksigen dalam media pertumbuhannya merupakan racun dan

berbahaya bagi bakteri tersebut. Bakteri an-aerob aerotoleran yaitu bakteri yang

tidak dapat menggunakan oksigen untuk pertumbuhannya tetapi dapat

mentoleransi adanya oksigen (Tortora et al., 1989; Middelbeek et al., 1992).

2.3.3 Pengukuran kuantitatif pertumbuhan bakteri

Pengukuran kuantitatif pertumbuhan bertujuan untuk mengetahui berbagai

respon pertumbuhan mikroorganisme dalam berbagai media atau pada kondisi

yang berbeda-beda sehingga dapat digunakan dalam menilai daya dukung suatu

medium tertentu untuk menunjang pertumbuhan (Pelczar dan Chan, 1986).

Beberapa teknik untuk mengukur pertumbuhan mikroorganisme disajikan pada

Tabel 2.

Pertumbuhan populasi sel disertai juga dengan peningkatan total massa sel.

Pengukuran massa sel dapat dilakukan secara langsung atau tidak langsung

(Jenkins, 1992). Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengukur massa sel

secara langsung adalah dengan menentukan berat kering sel. Pengukuran berat

kering massa sel meliputi tiga tahap, yaitu : pemisahan organisme dari medium,

pencucian sel dan pengeringan biomassa. Organisme dapat dipisahkan dari

18

medium dengan filtrasi atau dengan sentrifugasi. Pencucian biomassa harus

dilakukan sedemikian rupa agar tidak terjadi lisis pada organisme karena pecah

akibat osmosis. Pengeringan biomassa biasanya dilakukan pada suhu 80oC selama

24 jam atau 110o

BK (g/l) = -

x 10

C selama 8 jam (Jenkins, 1992). Berat Kering (BK) sel diperoleh

dengan cara sebagai berikut :

3

Pengukuran massa sel secara tidak langsung didasarkan pada kenyataan

bahwa sel bakteri memencarkan kembali cahaya yang membentur sel. Teknik

pengukuran ini merupakan teknik yang lebih cepat dan sensitif. Jumlah cahaya

yang tersebar adalah sebanding dengan konsentrasi sel yang ada. Banyaknya

cahaya yang menyebar dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometer.

Dalam hal ini cahaya yang terukur sebanding dengan konsentrasi sel bakteri pada

tingkat absorbans yang rendah. Absorbans (A) didefinisikan sebagai logaritma

dari perbandingan antara intensitas cahaya yang melewati suspensi (Io) dengan

cahaya yang dipencarkan oleh suspensi (I), atau A = log(Io/I) (Jenkins, 1992).

l

Tabel 2 Metode untuk mengukur pertumbuhan bakteri

Metode Beberapa penetapan

Hitungan mikroskopik Perhitungan bakteri dalam susu dan vaksin

Hitungan cawan Perhitungan bakteri dalam susu, air, makanan, tanah, biakan dan sebagainya

Membran atau filter molekuler Sama seperti hitungan cawan

Pengukuran kekeruhan Uji mikrobiologis, pendugaan hasil panen sel, biakan, atau suspensi berair

Penentuan nitrogen Pengukuran panen sel dari suspensi biakan kental untuk digunakan pada penelitian mengenai metabolisme

Penentuan berat kering Sama seperti penentuan nitrogen

Pengukuran aktivitas biokimia Uji mikrobiologis

Sumber : Pelczar dan Chan, 1986

2.4 Pewarna alami

Pewarna alami dalam sistem biologi didefinisikan sebagai pewarna yang

terbentuk dan terakumulasi dalam atau dikeluarkan dari sel hidup (Hendry, 1992).

Pewarna yang terdapat pada sistem biologi dapat diklasifikasikan berdasarkan

19

jenis dari organisme (hewan, tumbuhan atau bakteri) penghasil pewarna tersebut.

Sehubungan dengan pewarna makanan, bakteri, fungi sel tunggal dan fungi

sederhana bersama-sama dengan alga sel tunggal dan juga zooplankton sederhana

dapat menjadi sumber pewarna baru karena potensinya untuk dieksploitasi dengan

teknik kultur. Pigmen dari organisme yang lebih tinggi seperti hewan, tumbuhan

dan fungi, lebih kecil kemungkinan untuk dieksploitasi karena struktur pigmennya

yang kompleks dengan jaringan sel yang kuat atau karena pigmen dari organisme

yang lebih tinggi hanya terbentuk pada saat-saat kritis dari perkembangan

organisme dalam suatu siklus hidup yang kompleks. Sebagai contoh, pigmen yang

berfungsi sebagai bahan perangsang dalam reproduksi seksual yang terbentuk

hanya setelah aspek-aspek lain dari siklus hidup selesai.

Klasifikasi pigmen pada sistem biologi menurut Hendry (1992) adalah

sebagai berikut :

(1) Tumbuh-tumbuhan termasuk alga

Pigmen dari tumbuhan merupakan penyumbang terbesar pewarna alami,

namun kisaran atau variasi pigmen yang terdapat pada tumbuhan adalah kecil.

Pewarna dominan yang berasal dari tumbuhan darat adalah khlorofil (2 jenis),

karotenoid (4 – 5 jenis) dari flavonoid (3 jenis). Dari lautan, terdapat 4 jenis

khlorofil yang umum, 6 atau 7 karotenoid dan 2 bentuk phycobilin. Kontribusi

pigmen lainnya dari tumbuhan, termasuk betalain, melanin, anthraquinon,

naphthaquinon, karoten yang tidak umum, xanthofil dan beberapa flavonoid yang

relatif tidak signifikan bila dilihat secara global. Pigmen-pigmen yang terdapat

pada tumbuhan termasuk alga disajikan pada Tabel 3.

(2) Hewan vertebrata

Pada hewan vertebrata, kelas-kelas yang menghasilkan pewarna adalah

burung, amphibi, ikan bertulang dan beberapa reptil. Pigmen tersebut disajikan

pada Tabel 4.

(3) Hewan invertebrata

Distribusi pigmen pada hewan lebih rendah lebih besar daripada vertebrata

dan merupakan saingan tumbuhan lebih tinggi dalam variasi.

20

Tabel 3 Pigmen pada tumbuhan dan alga

Pigmen Contoh Terdapat pada

Khlorofil a b c, d

Semua organisme eukariot yang berfotosintesis Semua tumbuhan darat, beberapa alga Alga coklat dan lainnya

Phycobilin Phycocyanin Phycoerythrin

Alga biru –hijau dan lainnya Alga merah dan lainnya

Karotenoid Lutein β-caroten Violaxanthin Neoxanthin Fucoxanthin

Xanthofil lebih melimpah, umumnya pada organisme fotosintetik Karoten lebih melimpah, umumnya pada organisme fotosintetik Umum pada tumbuhan lebih tinggi Umum pada tumbuhan lebih tinggi Alga coklat dan lainnya

Anthocyanidin Cyanidin Pelargonidin Delphinidin

Yang paling umum anthicyanidin, tersebar luas pada tumbuhan lebih tinggi Umum pada tumbuhan lebih tinggi Umum pada tumbuhan lebih tinggi

Betalain Betacyanin Tersebar luas tetapi terbatas pada satu ordo timbuhan

Sumber : Hendry, 1992

Tabel 4 Pigmen pada vertebrata

Kelas Pigmen

Mamalia Terutama melanin Burung (termasuk telurnya) Melamin

Karotenoid Tetrapyrrole

Reptil dan Amfibi dan ikan bertulang

Melanin Karotenoid Pterin Riboflavin

Ikan bertulang rawan Melanin Sumber : Hendry, 1992

(4) Fungi

Fungi, terutama fungi sel tunggal yang lebih sederhana dapat diambil untuk

kultur skala besar, mempunyai potensi yang sangat besar sebagai sumber pigmen

alami.

(5) Bakteri

Pada umumnya bakteri mengandung banyak pigmen yang sama atau identik

dengan pigmen dari organisme yang lebih kompleks terutama tumbuhan. Klorofil

dari bakteri berbeda dengan klorofil tumbuhan dalam reduksi satu ikatan rangkap.

21

Karotenoid dari bakteri mempunyai ciri tersendiri yang berbeda tetapi secara

struktural dan biosintetik berhubungan erat dengan karotenoid dari tumbuhan dan

hewan. Kebanyakan bakteri baik fotosintetik maupun non-fotosintetik juga

mengandung β- dan γ-karoten.

2.4.1 Pewarna makanan

Pada umumnya pewarna makanan dapat dibagi dalam tiga kategori utama

(Bauernfeind, 1981), yaitu :

(a) Pewarna organik alami yang berasal dari tumbuhan atau hewan, diekstrak dari

alam atau senyawa-senyawa identik yang dihasilkan melalui sintesis kimiawi.

(b) Pewarna inorganik yang diambil dari alam atau dihasilkan secara sintetis.

(c) Pewarna buatan, yaitu senyawa-senyawa sintetis yang tidak berasal dari alam

atau tidak terdapat pada makanan yang dikonsumsi.

Secara kimiawi menurut Bauernfeind (1981) pewarna makanan alami dapat

dibagi menjadi beberapa grup, yaitu :

(a) Derivat isoprenoid (warna-warna karotenoid)

(b) Derivat tetrapyrrol (warna-warna klorofil dan heme)

(c) Derivat benzopiran (anthosianin dan flavonoid)

(d) Senyawa betalain (warna betanin dan yang berhubungan)

(e) Flavin (seperti riboflavin)

(f) Pigmen inorganik

Alasan ditambahkannya pewarna pada makanan menurut Henry (1992)

antara lain adalah untuk memperkuat warna pada makanan, memastikan

keseragaman warna makanan, memulihkan warna awal makanan yang berubah

karena pengaruh pengolahan, dan untuk memberi warna pada makanan tertentu

yang sebenarnya tidak berwarna.

Pewarna alami untuk makanan merupakan kelompok pewarna yang berbeda-

beda karakteristik solubilitas dan stabilitasnya. Oleh sebab itu setiap pewarna

tersedia dalam beberapa bentuk aplikasi yang berbeda, yang diformulasikan agar

pewarna sesuai dengan sistem makanan tertentu. Suatu bentuk aplikasi produk

pewarna adalah suatu formula yang memungkinkan bahan tambahan pangan

dengan mudah dan efisien tercampur dalam produk-produk makanan. Beberapa

faktor yang berhubungan dengan bentuk aplikasi yang harus dipertimbangkan

22

oleh ahli teknologi pangan adalah solubilitas, bentuk fisik, pH, kualitas

mikrobiologis dan bahan-bahan lain (Henry, 1992).

Karakteristik pewarna makanan yang baik menurut Bauernfeind (1981)

adalah sebagai berikut :

(1) Tidak toksik dan tidak bersifat karsinogenik pada berbagai level; tidak

mengandung bahan-bahan yang toksik.

(2) Kemampuan larut (solubilitas) dan kemampuan menyebar yang baik agar

dapat menyatu dengan produk-produk makanan dengan dasar air dan lemak.

(3) Tidak memberikan rasa atau bau yang berbeda terhadap produk-produk

makanan.

(4) Harus stabil terhadap cahaya, terhadap kisaran pH yang luas terutama pH 2 -

8, pada suhu panas, dan selama penyimpanan dan perlakuan sebelum

dikonsumsi.

(5) Tidak bereaksi dengan trace element atau dengan oxidizing atau bahan-

bahan pereduksi.

(6) Harus seragam pada tiap bagian dan dapat dimonitor baik dalam bentuk

konsentrat maupun dalam makanan dengan teknik analitis.

(7) Tersedia luas dan relatif ekonomis untuk digunakan pada makanan.

(8) Disetujui dan sesuai dengan spesifikasi pemerintah dan lebih baik bila

mempunyai status yang disetujui secara internasional.