mo aw dan pengeringan

Mikrobiologi Pangan

Aldhena RizkaFityatul Jannah

D3 – Tingkat 2B

Tahapan Pertumbuhan Mikroorganisme

Pertumbuhan adalah pertambahan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup.

• Pada organisme multiseluler, yang disebut pertumbuhan adalah peningkatan jumlah sel per organisme, dimana ukuran sel juga menjadi lebih besar.

• Pada organisme uniseluler (bersel tunggal) pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel, yang berarti juga pertambahan jumlah organisme, misalnya pertumbuhan yang terjadi pada suatu kultur jasad renik.

• Pada organisme soenositik (aselular), selama pertumbuhan ukuran sel menjadi bertambah besar tetapi tidak terjadi pembelahan sel.

Mikroorganisme merupakan jasad hidup yang mempunyai ukuran sangat kecil. Mikroorganisme memiliki fleksibilitas metabolisme yang tinggi karena mikroorganisme ini harus mempunyai kemampuan menyesuaikan diri yang besar. Akan tetapi karena ukurannya yang kecil, maka tidak ada tempat untuk menyimpan enzim-enzim yang telah dihasilkan.

Kelembaban (Aktifitas Air)

Mikroorganisme memerlukan air untuk hidup dan berkembang biak, oleh karena itu pertumbuhan sel mikroorganisme di dalam suatu makanan sangat dipengaruhi oleh jumlah air. Air merupakan bagian terbesar dari komponen sel (70 -80 %), air juga dibutuhkan sebagai reaktan dalam berbagai reaksi biokimia. Tidak semua air yang terdapat dalam bahan pangan dapat digunakan oleh mikroorganisme. Beberapa keadaan dimana air tidak digunakan oleh mikroorganisme, yaitu:

• Adanya solut dan ion yang dapat mengikat air di dalam larutan

• Koloid hidrofilik (gel) dapat mengikat air, dimana sebanyak 3-4 % agar di dalam medium dapat menghambat pertumbuhan bakteri.

• Air dalam bentuk kristal es tidak dapat digunakan oleh mikroorganisme.

Nilai air suatu bahan pangan akan mencapai keseimbangan dengan kelembaban udara relatif (RH) dari ruangan disekitar bahan pangan tersebut. Oleh karena itu jika RH disekitar bahan pangan lebih rendah daripada awnya bahan pangan akan mengalami penguapan air, sebaliknya jika RH lebih tinggi daripada aw bahan pangan, maka akan terjadi penyerapan air oleh bahan pangan sampai tercapai keadaan seimbang.

Mikroorganisme yang berbeda membutuhkan jumlah air yang berbeda untuk pertumbuhannya. Bakteri pada umumnya membutuhkan aw mendekati 1,00 yang merupakan batas minimal untuk pertumbuhan mikroorganisme penyebab kebusukan makanan.

Kelompok

Mikroorganismeaw Minimal

Bakteri 0,91

Khamir 0,88

Kapang 0,80

Bakteri halofilik 0,75

Khamir osmofilik 0,60

Larutan gula dan garam yang pekat mengakibatkan tekanan osmotik pada sel mikroorganisme , yaitu dengan mengeluarkan air (penguapan) dari dalam sel dan menyebabkan sel kekurangan air dan mati. Beberapa jenis mikroorgansime dapat menyesuaikan diri dengan keadaan tersebut, yaitu dengan tekanan osmotik eksternal yang tinggi

Beberapa jenis bakteri khamir dan kapang dapat tahan dan tumbuh pada larutan gula yang sangat pekat dan umumnya dikenal sebagai organisme osmofilik. Keadaan yang sama pada beberapa jenis mikroorganisme yang tahan dalam lingkungan berkadar garam cukup tinggi disebut halofil atau organisme halofilik.

Salah satu cara untuk menghambat pertumbuhan sel vegetatif mikroorganisme adalah dengan menurunkan aktivitas air, yaitu dengan cara pengeringan, penambahan garam, gula, atau bahan-bahan lainnya meskipun sebagian mikroorganisme mungkin akan mati selama proses pengeringan, proses ini sebenarnya tidak bersifat letal terhadap mikroorganisme, sehingga beberapa jenis mikroorganisme yang tahan dalam keadaan kering dapat hidup dan tumbuh kembali jika keadaan memungkinkan.

Khamir pada umumnya tidak dapat tumbuh pada aW di bawah 0,88 kecuali beberapa khamir yang bersifat osmofilik, misalnya Saccharomyces cerevisiae yang dapat tumbuh pada aW sekitar 0,65. Pada aW 0,80 – 0,085 mikroorganisme dapat tumbuh, terutama kapang. Kebusukan makanan dapat dicegah dengan pengaturan aW di bawah 0,70 – 0,75.

Tanda-Tanda Kerusakan Mikrobiologi Pada Pangan

• Tingkat pencemaran mikroba pada pangan, yaitu semakin tinggi tingkat pencemaran mikroba maka pangan akan semakin mudah rusak.

• Kecepatan pertumbuhan mikroba yang dipengaruhi oleh faktor-faktor yang telah dijelaskan diatas, yaitu aw, pH, kandungan gizi, senyawa antimikroba, suhu, oksigen, dan kelembaban.

• Proses pengolahan yang telah diterapkan pada pangan, misalnya pencucian, pemanasan, pendinginan, dan pengeringan.

Berdasarkan faktor-faktor tersebut di atas, maka pangan secara umum dapat dibedakan atas tiga kelompok berdasarkan mudah tidaknya mengalami kerusakan, yaitu:

• Pangan yang mudah rusak, terutama pangan yang berasal dari hewan seperti daging sapi, daging ayam, ikan, susu, dan telur.

• Pangan yang agak mudah rusak seperti sayuran dan buah-buahan, roti, dan kue-kue.

• Pangan yang awet, terutama pangan yang telah dikeringkan seperti biji-bijian dan kacang-kacangan kering, gula, dan lain-lain.

Pengaruh NaCl terhadap Pertumbuhan Mikroorganisme

A. Penggaraman

Penggaraman dapat memperpanjang umur simpan produk, karena garam mempunyai sifat bakteriosid (daya membunuh) dan bakteriostatik (daya menghambat). Aksi osmotik larutan garam terhadap bahan pangan disebabkan karena bahan pangan bertindak sebagai suatu membran semipermiabel untuk menurunkan kadar air sehingga garam berperan untuk menghambat kegiatan bakteriologis dan enzimatis.

Garam dapat berfungsi sebagai penghambat pertumbuhan mikroorganisme pembusuk patogen karena mempunyai sifat – sifat antimikroba sebagai berikut:

• Garam akan meningkatkan tekanan osmotik substrat.

• Garam menyebabkan terjadinya penarikan air dari dalam bahan pangan, sehingga aw bahan pangan akan menurun dan mikroorganisme tidak akan tumbuh.

• Garam mengakibatkan terjadinya penarikan air dari dalam mikroorganisme, sehingga sel akan kehilangan air dan mengalami pengerutan.

• Ionisasi garam akan menghasilkan ion chlor yang beracun terhadap mikroorganisme.

• Garam dapat mengganggu kerja enzim proteolitik karena dapat mengakibatkan terjadinya denaturasi protein.

Keadaan yang dapat mempengaruhi aktivitas pertumbuhan mikroorganisme, yaitu:

• Lingkungan yang sangat menguntungkan bagi tersedianya zat-zat makanan untuk mikroorganisme, konsentrasi yang ideal itu yang dinamakan isotonik

• Keadaan hypotonik yaitu keadaan dimana medium mempunyai kerapatan molekul yang lebih rendah daripada sel-sel jasad renik. Keadaan hypertonik (plasmolisa) dimana medium atau bahan makanan mempunyai kerapatan molekul yang lebih besar daripada sel-sel jasad renik.

Kadar garam tinggi didalam produk fermentasi garam dapat menghambat pertumbuhan bakteri patogen, kecuali Staphylococcus aureus yang masih mungkin tumbuh pada beberapa produk dengan kadar garam agak tinggi yaitu sampai 7 – 10%. Staphylococcus aureus akan dihambat pertumbuhannya pada konsentrasi garam 15 – 20% dan pH dibawah 4,5 – 5

NaCl mempunyai daya pengawet tinggi karena beberapa hal, antara lain:

• NaCl dapat menyebabkan berkurangnya jumlah air dalam daging sehingga kadar air dan aktivitas airnya akan rendah

• NaCl dapat menyebabkan protein daging dan protein mikrobia terdenaturasi

• NaCl dapat menyebabkan sel-sel mikrobia menjadi lisis karena perubahan tekanan osmosa

• Ion klorida yang ada pada garam dapur (NaCl) mempunyai daya toksisitas yang tinggi pada mikrobia, dapat memblokir system respirasinya

B.Pengasinan

Pengasinan menggunakan bahan NaCl atau garam dapur untuk mengawetkan makanan. Teknik ini disebut juga dengan sebutan penggaraman. Garam dapur memiliki sifat yang menghambat perkembangan dan pertumbuhan mikroorganisme perusak atau pembusuk makanan. Contohnya seperti ikan asin yang merupakan paduan antara pengasinan dengan pengeringan

Proses penggaraman biasanya diikuti oleh proses pengeringan untuk menurunkan lebih lanjut kadar air yang ada dalam bahan pangan, proses penggaraman dipengaruhi oleh ukuran butiran garam (ukuran yang baik 1 – 5 mm), ukuran bahan pangan (semakin besar bahan pangan, maka semakin banyak garam yang dibutuhkan), dan kemurnian.

C. Pengeringan

Pengeringan merupakan cara yang paling umum digunakan untuk meningkatkan stabilitas bahan dengan mengurangi kandungan air bahan sehingga aktivitas airnya menurun. Pengeringan juga mengurangi aktivitas mikroba serta meminimalkan perubahan fisik dan kimiawi selama bahan kering disimpan

Secara umum, jangka waktu hidup mikroorganisme setelah pengeringan bervariasi tergantung pada faktor-faktor berikut:

• Jenis mikroorganisme• Bahan yang dipakai untuk mengeringkan

mikroorganisme• Kesempurnaan proses pengeringan• Kondisi fisik (cahaya, temperatur, kelembaban)

yang dikenakan pada mikroorganisme yang dikeringkan

Bakteri kokus gram negatif seperti Neisseria gonorrhoeae dan Neisseria meningitidis sangat peka terhadap kekeringan, sehingga akan mati dalam waktu beberapa jam. Streptococcus jauh lebih resisten dan ada yang dapat bertahan berminggu-minggu setelah dikeringkan. Basillus tuberkulosis yang dikeringkan bersama dahak dapat tetap hidup selama jangka waktu lebih lama lagi. Spora kering mikroorganisme telah diketahui dapat tetap hidup sampai waktu tak terbatas.

Mikroorganisme menyukai tempat yang lembab atau basah mengandung air. Jadi teknik pengeringan membuat makanan menjadi kering dengan kadar air serendah mungkin dengan cara dijemur, dioven, dan dipanaskan. Semakin banyak kadar air pada makanan, maka akan menjadi mudah proses pembusukan makanan. Proses pengeringan akan mengeluarkan air dan menyebabkan peningkatan konsentrasi padatan terlarut didalam bahan makanan. Kondisi ini akan meningkatkan tekanan osmotik di dalam bahan, sehingga menghambat pertumbuhan mikroorganisme dan memperlambat laju reaksi kimia maupun enzimatis.

Keuntungan dari pengeringan bahan makanan:

• Bahan menjadi lebih awet dengan volume bahan menjadi lebih kecil sehingga mempermudah dan menghemat ruang pengangkutran dan pengepakan

• Berat bahan menjadi berkurang sehingga memudahkan transport

• Biaya produksi menjadi lebih murah

Kerugian dari pengeringan bahan makanan:

• Sifat asal dari bahan yang dikeringkan dapat berubah, misalnya bentuknya, sifat-sifat, fisik dan kimianya, dan penurunan mutu

• Beberapa bahan kering perlu pekerjaan tambahan sebelum dipakai misalnya harus dibasahkan kembali (rehidratasi) sebelum digunakan

Mikroorganisme Pada Makanan Kering

1. Sayuran dan Buahan KeringJenis mikroorganisme yang sering tumbuh pada makanan kering adalah kelompok Clostridium dan Bacillus. Spora kedua bakteri ini dapat bertahan pada proses pengeringan. Penggunaan suhu pengeringan yang tidak bakterisidal, memungkinkan bakteri seperti Salmonella dan E. coli tetap ada setelah pengeringan. Pada pemeriksaan mikroorganime pada sayur dan buah-buahan kering, sampel yang digunakan adalah sayuran kering dan kismis. Kismis adalah buah anggur yang telah dikenai proses pengeringan.

Masing-masing sampel diencerkan hingga 10-3. Pengenceran 10-2 dan 10-3 diinokulasikan ke dalam 2 jenis medium yang berbeda yaitu medium PDA dan medium SMA (Skim Milk Agar). Medium SMA merupakan medium PCA yang dicampur dengan susu skim. Inokulasi dilakukan dengan metode tuang sebanyak 1 ml ke dalam cawan petri. Lalu dilakukan perhitungan SPC dan pengamatan dengan pewarnaan gram.

Sayuran KeringPada sampel sayuran kering yang diinokulasikan ke dalam medium PDA, tidak ditemukan adanya pertumbuhan mikroorganisme sehingga tidak dilakukan perhitungan SPC maupun pewarnaan gram. Sedangkan sampel yang diinokulasikan ke dalam medium SMA ditemukan adanya pertumbuhan koloni yaitu pada pengenceran 10-2 sebanyak 54 koloni dan 10-3 sebanyak 14 koloni.

Penurunan pH diduga karena adanya sejumlah besar asam laktat yang dihasilkan oleh bakteri asam laktat dalam metabolismenya sehingga pH media menjadi asam dan tidak sesuai untuk mikroorganisme lainnya. Bakteri asam laktat secara umum dapat tumbuh pada pH 4-4,5; akan tetapi galur-galur tertentu toleran dan dapat tumbuh pada pH 9 atau rendah seperti 3,2. Bakteri asam laktat merupakan mikroorganisme yang dominan dalam beberapa produk fermentasi ikan.

Penurunan pH juga diduga karena adanya penurunan kadar garam, dimana senyawa NaCl akan terurai menjadi molekul-molekul penyusunnya yaitu ion Na+ dan Cl-. Ion Na+ sangat dibutuhkan oleh bakteri asam laktat sebagai salah satu faktor pendukung pertumbuhannya. Ion-ion Cl berikatan dengan air bebas pada bahan yang menyebabkan ketersediaan air dalam bahan berkurang sehingga air bebas yang dapat dimanfaatkan oleh mikroba untuk pertumbuhannya menjadi berkurang dan menyebabkan suasana lingkungan menjadi asam karena terbentuknya senyawa HCl.

Perendaman dalam Larutan Gula

Pada produk manisan buah, jumlah gula yang digunakan tergantung pada jenis dan varietas buah ataupun selera individu sendiri. Gula yang ditambahkan dapat berupa bentuk kering ataupun sirup dengan konsentrasi tertentu. Apabila gula ditambahkaan ke dalam bahan pangan dalam konsentrasi yang tinggi (paling sedikit 40% padatan terlarut), sebagian dari air yang ada menjadi tidak tersedia untuk pertumbuhan mikroorganisme dan aktivitas air (Aw) dari bahan pangan berkurang. Produk-produk pangan berkadar gula tinggi cenderung rusak oleh khamir dan kapang, yaitu kelompok mikroorganisme yang relative mudah rusak oleh panas (seperti dalam pasteurisasi).

Proses perendaman dalam larutan gula ada 2 cara, yaitu cara lambat dan cepat. Pada cara lambat, perlakuan perendaman dalam larutan gula memerlukan waktu lama. Konsentrasi gula awalnya 30% dan buah direndam selama 24 jam, konsentrasi gula ditingkatkan menjadi 40% dan buah direndam lagi selama 24 jam. Demikian seterusnya hingga konsentrasi gula mencapai 70%. Pada konsentrasi gula tinggi buah direndam selama 3 minggu dan kemudian buah di keringkan. Pada perendaman dalam larutan gula dengan cara cepat, pelaksanaanya dapat disingkat menjadi beberapa jam saja dengan mempertahankan larutan gula pada suhu 140-1500F (60-650C).

Telur Kering

Proses pengeringan telur akan menghasilkan produk berupa tepung telur atau telur bubuk. Pada pengeringan telur, air dikeluarkan dari cairan telur dengan cara penguapan sampai tinggal bagian padatan dengan sedikit air. Kadar air bahan dikurangi sampai batas dimana mikroorganisme tidak dapat tumbuh di dalamnya. Disamping mencegah aktivitas mikroorganisme cara ini juga dapat memperpanjang daya simpan telur. Pengeringan telur juga bertujuan untuk mengurangi ruang penyimpanan, serta mempermudah penanganan dan transportasi.

Kecepatan pengeringan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti suhu cairan, luas permukaan cairan, suhu udara pengering, dan tekanan uap diudara. Perambatan panas dapat berlangsung secara konduksi, konveksi, atau radiasi. Kecepatan perambatan panas dipengaruhi oleh sifat-sifat tertentu dari cairan telur yang dikeringkan, seperti panas spesifik, kekentalan, densitas (berat jenis) dan tegangan permukaan.

Metode pengeringan yang dapat digunakan untuk membuat tepung telur ada 4 macam, yaitu:

a. Pengeringan semprot (spray drying)b. Pengeringan secara lapis tipis (pan drying)c. Pengeringan beku (freeze drying)d. Pengeringan busa (foaming drying).

Susu dan Produk SusuSusu merupakan salah satu bahan pangan yang sangat mudah rusak, karena merupakan media yang baik untuk pertumbuhan bakteri. Tanda-tanda kerusakan mikrobiologi pada susu adalah sebagai berikut:

• Perubahan rasa menjadi asam, disebabkan oleh pertumbuhan bakteri pembentuk asam, terutama bakteri asam laktat dan bakteri E. coli

• Penggumpalan susu, disebabkan oleh pemecahan protein susu oleh bakteri pemecah protein. Pemecahan protein mungkin disertai oleh terbentuknya asam atau tanpa asam

• Pembentukan lendir, disebabkan oleh pertumbuhan bakteri pembentuk lendir.

• Pembentukan gas, disebabkan oleh pertumbuhan dua kelompok mikroba, yaitu bakteri yang membentuk gas H2 (Hidrogen) dan CO2 (karbon dioksida) seperti bakteri koli dan bakteri pembentuk spora, dan bakteri yang hanya membentuk CO2 seperti bakteri asam laktat tertentu dan khamir

• Ketengikan, disebabkan pemecahan lemak oleh bakteri tertentu

• Bau busuk, disebabkan oleh pertumbuhan bakteri pemecah protein menjadi senyawa-senyawa berbau busuk.

Mikroorganisme Menurut Kebutuhan Oksigen

Tidak seperti bentuk kehidupan lainnya, mikroorganisme berbeda nyata dalam kebutuhan oksigen guna metabolismenya. Beberapa kelompok dapat dibedakan sebagai:

• Organisme aerobic, tersedianya oksigen dan penggunaannya dibutuhkan untuk pertumbuhan. Misal: Nitrosococcus, Nitrosomonas, dan Nitrobacter.

• Organisme anaerobic, tidak dapat tumbuh dengan adanya oksegen dan bahkan oksigen ini dapat merupakan racun bagi organisme tersebut. Misal: Streptococcus lactis

• Organisme anaerob fakultatif, oksigen akan dipergunakan apabila tersedia, kalau tidak tersedia, organisme tetap dapat tumbuh dalam keadaan anaerobik. Misal: Escherichia coli, Salmonella thypose, dan Shigella.