Dr. Widodo Hadisaputro, M.Sc

Proses perubahan bahan dasar menjadi produk yang diinginkan dengan menggunakan mikrobia atau enzim

Bahan dasar + Mikrobia Produk

(proses)

Prosesnya: Fermentasi,

Tempatnya: Fermentor

Fermentasi alkohol oleh khamir

Fermentasi asam oleh bakteri dan

Fermentasi menggunakan kapang

Syarat Fermetasi: 1. Substrat (bahan

dasar) 2. Starter fermentasi

(inokulum) 3. Kondisi fermentasi 4. Tempat inkubasi

(fermentor)

Bakteri asam laktat (BAL) adalah istilah umum untuk menyebut bakteri yang memfermentasi laktosa dan menghasilkan asam laktat sebagai produk utamanya

Bakteri ini sudah lama dikonsumsi dan diketahui

membawa efek menguntungkan bagi tubuh manusia

BAL berperan penting dalam industri fermentasi susu seperti pada proses fermentasi yoghurt, keju, mentega, yakult, susu asam dan sekarang ini digiatkan sebagai bakteri probiotik.

Yoghurt

Keju

Kefir

Susu asam (yakult)

Kiskh

Dalam bidang kesehatan telah diteliti pemanfaatan Lactobacillus casei strain Shirota (bakteri yakult) sebagai bakteri starter dalam fermentasi susu menjadi minuman kesehatan

Peranan BAL adalah kemampuannya memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa (mencegah lactose intolerance), memecah protein menjadi monopeptida dan asam amino tersedia bagi tubuh serta menghasilkan bakteriosin yang mampu menghambat bakteri

Sebagai probiotik, beberapa spesies BAL tumbuh

dan berkembang dalam sistem pencernaan manusia, mampu hidup pada kondisi pH rendah, menekan bakteri patogen, membantu mengeluarkan faeces atau kotoran, menyerap bahan penyebab kanker dan tumor serta memacu sistem kekebalan tubuh (Anonim, 1989; Shah, 1999; Butt, 1999).

BAKTERI ASAM LAKTAT (Salminen et al., 2004)

Aerococcus Carnobacterium Enterococcus Lactobacillus Lactococcus

Leuconostoc Oenococcus Pediococcus Streptococcus Tetragenococcus

Vagococcus Weissella Karakteristik BAL

(1) Gram positif dan non spora

(2) Katalase negatif

(3) Fakultatif anaerobik

(4) Fermentasi laktosa menjadi asam laktat

(5) BAL termasuk dalam kategori bakteri yang

aman dikonsumsi dan karenanya sering

disebut Generally Recognized as Safe (GRAS)

(6) Menurunkan pH (agen preservatif)

(Widodo, 2003).

http://www.google.co.id/search?q=Lact

ic acidbacteria.

Terkait dengan pemecahan bahan organik secara enzimatis oleh bakteri starter (BAL) dengan tujuan untuk mendapatkan energi (ATP)

Energi yang dihasilkan ini kemudian akan

digunakan untuk biosintesis protein sel dan makromolekul lainnya

Secara umum, semua anggota BAL kecuali

bifidobacteria bersifat aerotoleran tetapi dalam alur metabolismenya tidak mempunyai siklus Krebs atau siklus TCA (Tricarboxylic Acid) sehingga tidak mampu menghasilkan energi pada kondisi aerob

Metabolism

Metabolism

B Process

Engineering

B Process

Engineering

Glucose Catabolism Glucose

Aerobic metabolism

Anaerobic metabolism

Tricarboxylic acid (TCA) or (Krebs) or (Citric acid cycle)

Oxidative phosphorylation

Glycolysis or Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)

Fermentation: ethanol, acetic acid, lactate.

B Process

Engineering

B Process

Engineering

Dua (2) mekanisme yang umum diketahui untuk transport laktosa ke dalam sel BAL adalah phosporilasi dan mekanisme enzimatis menggunakan enzim permease pada sitoplasma (Thompson, 1987)

Homolactic Fermentation

(Monnet et al., 1996)

Heterolactic Fermentation

(Monnet et al., 1996)

Pengasaman

Merusak ikatan phospho-calcic sehingga mengubah kelarutan kasein

Netralisir muatan pada

permukaan kasein Peningkatan H+

mengubah keseimbangan asam/basa dari H3PO4 memacu kelarutan Ca

Pada pH 4,6 kasein tidak

lagi bermuatan (titik isoelektrik) dan hidropobik sehingga menyebabkan koagulasi

Renneting

Renet memotong k-

kasein pada ikatan antara hidropobik dan hidrophilik sehingga kasein destabil

Bagian akhir gugus

hidropilik (106-169) terlarut dalam whey, sedang bagian hydropobik (1-105) tetap bergabung dalam curd

Yoghurt

Keju

Kefir

Susu asam (yakult)

Kiskh

Microorganisms

Quality Control:

– Microscopy

– Purity check

– Right mutant?

– Right gene still there? B Process

Engineering

B Process

Engineering

B Process

Engineering

B Process

Engineering

Products – Cells

– Enzymes (proteins)

– Pigment

– Polymer

– Organic acid

– Solvent

– Antigen

– rDNA

– etc.

Substrates

Fermenter (Bioreactor)

Microorganisms: – Wild type

– Mutant

– Recombinant

Gaseous products

Fermentasi Yoghurt

• Yoghurt adalah produk pangan hasil fermentasi susu yang mempunyai cita rasa khas

• Bakteri starter adalah Streptococcus thermophillus dan Lactobacillus bulgaricus

• Streptococcus thermophillus tumbuh karena distimulir adanya lisin dan histidin hasil degradasi protein oleh Lactobacillus bulgaricus. Sedangkan Lactobacillus bulgaricus tumbuh dengan cepat setelah Streptococcus thermophillus mencapai fase stasioner

Protein, karbohidrat, lemak dan kalsium dalam yoghurt lebih mudah tercerna dan diserap daripada dalam susu segar, karena:

a) pada proses fermentasi susu oleh BAL, protein

susu terdekomposisi sebagian menjadi berbagai monopeptida dan asam-asam amino tersedia sesdangkan laktosa dipecah menjadi glukosa dan galaktosa dan

b) asam laktat yang dihasilkan oleh fermentasi

mampu menggumpalkan protein sehingga memungkikan untuk lebih mudah dipecah oleh enzim-enzim dalam saluran pencernaan

Berbagai Jenis Yoghurt

Set Yogurt

Susu Fermentasi Probiotik

Probiotik adalah mikroorganisme hidup (MOH) yang sengaja di konsumsi karena membawa efek menguntungkan bagi kesehatan tubuh manusia /hewan ternak . Misalnya : Lactobacillus, Bifidobacterium

PROBIOTIK

Enterococci

Lactobacillus

Bifidobacterium

http://www.zentrum-der-gesundheit.de/bifidusbakterien.enterococci.lactobacillus.html

Syarat probiotik:

(1) mempunyai viabilitas yang tinggi

tumbuh dan aktif dalam sistem

pencernaan

(2) berasal dari genus bakteri yang aman

dikonsumsi

(3) tahan terhadap asam, garam empedu

(bile salt) dan kondisi anaerobik

(4) mampu tumbuh dengan cepat dan

menempel (melakukan kolonisasi) pada

dinding saluran pencernaan

(5) mampu menghambat atau membunuh

bakteri patogen

(6) mampu mendegradasi laktosa dan

menurunkan kadar serum kolesterol,

(7) secara spesifik mampu memfermentasi

prebiotik

(8) mempunyai karakter pemacu kesehatan

tubuh

(9) secara genetik stabil

(Widodo, 2003)

Lactobaillus casei strain AP (Dr. Widodo Fapet) Lactobaillus casei strain AP (Dr. Widodo Fapet) Lactobacillus casei strain shirota Lactobacillus acidophillus Lactobacillus reuteri Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium longum Bifidobacterium adolescentis Bifidobacterium infantis

Menekan MO patogen

Mencegah laktose intolerance

Meningkatkan ketersediaan kalsium bagi tubuh

Membantu produksi asam amino esensial

Menghambat komponen penyebab kanker atau tumor

Meningkatkan sistem imun dalam tubuh

Untuk mampu tumbuh pada medium buatan, Lactococcus lactis memerlukan 4 – 15 asam amino berbeda baik dalam bentuk bebas atau peptida yang dapat dicerna

Kandungan berbagai asam amino dan peptida pada susu diketahui hanya mampu dimanfaatkan untuk pertumbuhan 25% dari total biomasa sel (Haandrikman et al., 1994)

BAL tidak mampu mensintesis berbagai asam amino maupun vitamin di dalam sel. Hal ini dikarenakan BAL tidak mempunyai sistem atau mekanisme yang mengatur biosintesis asam – asam amino tersebut

Sebagai konsekuensinya, agar pertumbuhan dan

produksi asam laktat optimal, BAL harus mampu mendegradasi kasein susu sebagai sumber utama asam amino dan peptida

Degradasi kasein susu oleh BAL dan penggunaan

peptida hasil degradasi dalam sel sangat terkait dengan sistem proteolitik yang komplek yang melibatkan enzim proteinase, peptidase, amino acid-carriers dan peptide-carriers.

Proses degradasi kasein untuk menghasilkan asam – asam amino bagi sel BAL melibatkan 3 tahapan

Tahapan tersebut adalah degradasi kasein esktraseluler, sistem transport peptida dan degradasi peptida intraseluler

Proses pemecahan kasein ektraseluler utamanya melibatkan proteinase PrtP dan PrtM

Proses transport peptida ke dalam sel melibatkan protein Opp (oligopeptide transport system), DtpT (di-tri-peptide transport system) dan AA (amino acids transport system)

Sedangkan degradasi peptida dalam sel diduga melibatkan protein peptidase X-Pro (X-Pro Dipeptidyl Aminopeptidases), Aminopeptidase N (PepN), Aminopeptidase C (PepC) dan Aminopeptidase A (PepA). (Mulholland, 1994).

Asam – asam amino yang dihasilkan ini akan mengalami katabolisme menghasilkan berbagai komponen aromatik yang berperan dalam menentukan flavor dan citarasa berbagai produk susu

Asam amino merupakan substrat bagi berbagai

aktivitas deaminase, dekarboksilase dan transaminase (Monnet et al., 1996)

Pada Lactobacillus casei, deaminasi dari serin, cistein

dan asparagin menghasilkan ammonium Deaminasi dan dekarboksilasi dari asam amino bebas

diketahui juga mampu menghasilkan asetat, propionat, isobutirat, valerat dan isovalerat (Nakae and Elliot, 1965 cit Monnet et al., 1996)