Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

1.1 FermentasiMikrobiologi industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikrobiasebagai komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikrobia dalamproses. Mikrobia dalam industri menghasilkan bermacam produk diantaranya:1. zat kimia seperti asam organik, gliserol, alkohol2. antibiotik3. zat tumbuh4. enzim5. makanan dan minuman6. pengawetan dan sebagainya.Mikrobia sebagai hasil industri, misalnya protein sel tunggal, ragi dansebagainya. Dalam bidang pertanian, misalnya Bacillus turingiensis, Rhizobiumdan sebagainya.Dalam mikrobiologi industri pokok bahasan utama adalah fermentasi.Fermentasi dapat didefinisikan sebagai perubahan gradual oleh enzimbeberapa bakteri, khamir, dan kapang. Beberapa contoh perubahan kimia darifermentasi meliputi pengasaman susu, dekomposisi pati dan gula menjadialkohol dan karbon dioksida, dan oksidasi senyawa nitrogen organik.Industri fermentasi dalam pelaksanaan proses dipengaruhi olehbeberapa faktor:1. mikrobia2. bahan dasar3. sifat-sifat proses4. pilot-plant5. faktor sosial ekonomiMikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini21.1.1 MikrobiaMikrobia dalam industri fermentasi merupakan faktor utama, sehinggaharus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu:

1. murni2. unggul3. stabil4. bukan patogenMurniDalam proses-proses tertentu harus menggunakan biakan murni (darisatu strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya. Untuk menjaga agarbiakan tetap murni dalam proses maka kondisi lingkungan harus dijaga tetapsteril. Penggunaan kultur tunggal mempunyai resiko yang tinggi karena kondisiharus optimum. Untuk mengurangi kegagalan dapat digunakan biakancampuran. Keuntungan penggunaan biakan campuran adalah mengurangiresiko apabila mikrobia yang lain tidak aktif melakukan fermentasi. Dalambidang pangan penggunaan biakan campuran dapat menghasilkan aroma yangspesifik.Pengembangan inokulum yang terdiri campuran biakan murni belumberkembang di Indonesia. Sebagai contoh, inokulum tempe yang dibuat LIPImasih merupakan inokulum kultur tunggal sehingga produsen tempe seringmencampur inokulum murni dengan inokulum tradisional dengan maksudmemperoleh hasil yang baik.Inokulum tape (ragi tape) juga belum berkembang. Di Malaysia, telahdikembangkan campuran kultur murni untuk membuat tape rendah alkohol. Inimerupakan upaya untuk memenuhi tuntutan masyarakat yang sebagian besarmuslim. Isolatnya sendiri diperoleh dari ragi yang telah ada di pasaran.Penggunaan inokulum campuran harus memperhatikan kebutuhannutrisi mikroorganismenya. Kultur campuran yang baik adalah model suksesisehingga antar organisme tidak bersaing namun saling mendukung untukpembentukan produk.UnggulPada kondisi fermentasi yang diberikan, mikrobia harus mampumenghasilkan perubahan-perubahan yang dikehendaki secara cepat dan hasilyang besar. Sifat unggul yang ada harus dapat dipertahankan. Hal ini berkaitandengan kondisi proses yang diharapkan. Proses rekayasa genetik dapatdilakukan untuk memperbaiki sifat jasad dengan maksud mempertinggi produkyang diharapkan dan mengurangi produk-produk ikutan.StabilPada kondisi yang diberikan, mikrobia harus mempunyai sifat-sifat yangtetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau lingkungan.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini3Bukan PatogenMikrobia yang digunakan adalah bukan patogen bagi manusia maupunhewan, kecuali untuk produksi bahan kimia tertentu. Jika digunakan mikrobiapatogen harus dijaga, agar tidak menimbulkan akibat samping padalingkungan.1.1.2 Bahan DasarBahan dasar untuk kepentingan fermentasi dapat berasal dari hasil-hasilpertanian, perkebunan maupun limbah industri. Bahan dasar yang umumdigunakan di negara berkembang adalah:1. molase, karena banyak tebu

2. jerami3. dedak4. kulit kopi, kulit coklat, sabut kelapa5. ampas tebu, ampas biji-bijian yang telah diambil minyaknya6. kotoran binatang7. air limbah8. sampah sebagai komponen pupuk9. sisa pabrik kertas, pabrik susu dan sebagainya.Bahan dasar harus mempunyai syarat-syarat:1. mudah didapat2. jumlah besar3. murah harganya4. bila diperlukan ada penggantinya.1.1.3 Sifat-sifat ProsesSifat-sifat proses harus disesuaikan dengan kondisi yang dibutuhkanoleh mikrobia dalam melakukan metabolisme. Kondisi yang dibutuhkan dapataerob ataupun anaerob, sedang bentuk medium dapat cair ataupun padat.Dalam proses produksi dapat digunakan proses tertutup ataupun kontinyu.Perbedaan kondisi yang dibutuhkan oleh mikrobia dalam proses industrijuga akan menentukan :1. tipe fermentor2. optimasi lingkungan: pH, aerasi, suhu. kadar nutrien3. Macam alat bantu: sumber air, listrik, kompresor dan sebagainya4. cara pengunduhan hasil, sterilisasi.1.1.4 Pilot-plantPilot plant adalah semacam laboratorium tetapi di atas skalalaboratorium dan di bawah skala perusahaan. Jika dalam pilot plant sudahmenunjukkan hasil baik, dapat dibawa ke skala industri, karena dalam skalaindustri sudah terkait modal sehingga diperhitungkan kegagalan. Dengan pilotplant kegagalan dikurangi 75% daripada langsung dari laboratorium.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini41.1.5 Faktor Sosial EkonomiSuatu perusahaan (industri) bertugas untuk mengolah sumber-sumberekonomi agar dapat mencapai tujuan perusahaan. Faktor-faktor ekonomi yangharus diperhatikan sering kali disebut dengan 6 M (Men, Money, Materials,Machines, Method and Market).1. Men (Manusia)Manusia disini diartikan sebagai tenaga kerja. Tenaga kerja manusia tetapberperan penting dalam perusahaan (dengan teknologi canggih atautradisional) karena tenaga kerja manusia bekerja sebagai pengendali.Perusahaan perlu memperhatikan bagaimana mengelola tenaga kerja dengansebaik-baiknya dalam upaya mencapai tujuan perusahaan.2. Money (Modal Usaha)Uang atau modal usaha adalah sejumlah uang atau barang yang dibelidengan uang tersebut untuk membuat produk yang lain, misalnya mesin,peralatan pabrik, alat-alat transportasi dan lain-lain. Penggunaan modal usahaini harus dikelola dengan cermat oleh perusahaan agar tidak terjadi kerugianbagi perusahaan.

3. Materials (Material)Material sangat berpengaruh sekali bagi kelancaran proses produksikarena merupakan faktor pendukung utama dalam proses produksi. Materialdisini antara lain : bahan baku, bahan pembantu dan bahan lainnya yangmenunjang proses produksi.4. Method (Metode)Metode yaitu pelaksanaan manajemen dalam perusahaan ataupengelolaan perusahaan. Disini diatur, bagaimana agar sumber-sumberekonomi yang terbatas itu dapat diwujudkan menjadi barang/jasa yang dapatmemuaskan konsumen serta dapat memberikan keuntungan bagi perusahaan.Misalnya : pengambilan keputusan, pemberian ide/inisiatif dan pemikiran yangsemuanya ditujukan agar pengelolaan sumber-sumber ekonomi dapat berjalandengan lancar.5. Machines (Mesin)Hal ini berkaitan dengan teknologi yang akan diterapkan oleh perusahaandalam melakukan proses produksinya. Semakin canggih teknologi (mesin)yang digunakan maka investasi (modal usaha) yang dibutuhkan akan semakinbesar.6. Market (Pasar)Pasar berhubungan dengan konsumen yang tersedia dan dapat diraih olehperusahaan. Konsumen sangat penting bagi kelangsungan hidup perusahaan.Tanpa konsumen maka perusahaan tidak dapat didirikan karena tidak adanyapasar yang tersedia untuk produk. Untuk itu perusahaan harus senantiasamemperhatikan keinginan konsumen dan berusaha untuk memuaskanMikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini5konsumennya agar pasar dapat diraih dan dipertahankan bahkandikembangkan lebih luas lagi.Selain faktor-faktor di atas, ada beberapa faktor lain yang harusdiperhatikan oleh perusahaan (industri) atau biasa dikenal dengan lingkunganumum perusahaan, antara lain :1. Faktor politikDalam hal ini menyangkut tingkat pemusatan kekuatan politik, sifat organisasipolitik, sistem partai, kesadaran dalam bermasyarakat. Perusahaan merupakanlembaga sosial yang selalu berhubungan dengan masyarakat maka kehidupanoperasi perusahaan sangat terpengaruh oleh politik negara dimanaperusahaan itu berada.2. Faktor hukumLingkungan ini meliputi sifat dari sistem hukum, sistem hukum yang berlakukhususnya yang berpengaruh terhadap perkembangan perusahaan, misalnyaperaturan perundangan.3. Faktor sosialDisini meliputi struktur golongan yang ada dalam masyarakat yang dapatmempengaruhi perkembangan perusahaan termasuk di dalamnya sifat danperkembangan dari lembaga-lembaga sosial.4. PerekonomianSistem perekonomian yang mempengaruhi perkembangan perusahaan terdiridari berbagai aspek ekonomi dan unit-unit ekonomi dalam masyarakat yangmeliputi jenis organisasi ekonomi, sistem kepemilikan perusahaan, sistem

perpajakan dan perbankan, angkatan kerja, tingkat produktivitas, tingkatinvestasi, perubahan pola konsumsi dan lain-lain.5. KebudayaanHal ini menyangkut latar belakang dari suatu masyarakat di mana perusahaanberada yaitu yang berhubungan dengan hasil produksi perusahaan. Jugatercakup didalamnya norma-norma masyarakat setempat, adat-istiadat dankebiasaan mereka.6. PendidikanLingkungan ini adalah keseluruhan dari tingkat pendidikan paling rendahsampai dengan pendidikan tertinggi secara formal serta tingkat pendidikannonformal yang akan mempengaruhi tingkat keahlian khusus dari masyarakattersebut.7. TeknologiIPTEK senantiasa berkembang, oleh karena itu apabila perusahaan inginmengembangkan tingkat proses produksi dan kegiatan operasionalnya harusberpacu dengan kemajuan teknologi.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini68. DemografiLingkungan ini meliputi sumber tenaga kerja yang tersedia dalam masyarakat,angkatan kerja, tingkat kelahiran, tingkat kematian, penyebaran penduduk,umur, jenis kelamin dan lain-lain. Khusus untuk perusahaan yang sangattergantung pada tenaga kerja maka urbanisasi sering menjadi masalah dalammasyarakat industri.1.2 Proses Proses FermentasiProses fermentasi yang penting dalam industri komersial adalah:1. Produksi sel mikrobia,2. Produksi enzim mikrobia,3. Produksi hasil metabolisme mikrobia,4. Proses transformasi1.2.1 Produksi Sel MikrobiaProduksi sel mikrobia dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu produksiragi dan produksi protein sel tunggal sebagai pangan maupun pakan.Produksi ragi roti dalam skala besar diusahakan mulai awal tahun 1900dan khamir sebagai makanan manusia mulai perang dunia I di Jerman.Mulai tahun 1960 produksi protein sel tunggal semakin digiatkan dandigunakan berbagai sumber karbon.Produksi sel mikrobia yang telah berkembang di Indonesia adalahinokulum tempe dan ragi tape. Inokulum tempe telah tersedia mulai dari bentuktradisional (pada daun waru) sampai taraf industri (bentuk tepung kemas) yangterbuat dari inokulum murni baik tunggal maupun campuran. Ragi tape masihdikerjakan secara tradisional sehingga komposisi mikroorganismenya jugaberagam.Saat ini sel mikrobia non-inokulum juga mulai dikembangkan. Mikrobiaini utamanya adalah bakteri probiotik. Bakteri probiotik dikemas dalam bentukkapsul ataupun kaplet. Selain itu juga dicampurkan pada substrat seperti susuinstan, ataupun ditumbuhkan pada media susu sehingga dapat dikonsumsiseperti meminum produk fermentasi.1.2.2 Produksi Enzim Mikrobia

Enzim dapat dihasilkan dari tanaman, hewan dan mikrobia, tetapienzim dari mikrobia menunjukkan hasil yang lebih besar melalui teknikfermentasi dan lebih mudah untuk memperbaiki produktivitasnya daripadatanaman dan hewan. Enzim yang dihasilkan mikrobia dapat dikontrol,misalnya pemberian bahan pemacu dalam medium, penghambatan umpanbalik dapat diubah melalui teknik seleksi dan mutasi.Enzim-enzim mikrobia yang mulai dikembangkan di Indonesia misalnyalipase untuk deterjen serta untuk produksi gliserol dan penyediaan asam lemakbebas bagi pembuatan Fatty Acid Methyl Ester (FAME) yang penting dalamMikrobiologi Industri – Nur Hidayat dan Sri Suhartini7industri biofarmasi. Enzim amilase dan glukosa isomerase juga mulaidigunakan untuk produksi fruktosa dari serealia untuk digunakan sebagai guladiet. Beberapa contoh aplikasi enzim secara komersial dapat dilihat pada Tabel1.1.Tabel 1.1. Aplikasi enzim secara komersialIndustrti Aplikasi Enzim SumberRoti Mempercepat prosesfermentasi, meningkatkanvolume adonan, memperbaikikelunakan dan tekstur.Amilase,proteaseKapang,bakteriBir Mempermudah filtrasi -glukanase Kapang,bakteriSerealia Pembuatan makanan bayi amilase kapangCoklat Pembuatan sirup amilase Kapang,bakteriKopi Fermentasi biji kopi Pektinase kapangSirupjagungMembuat sirup tinggi maltosa;produksi sirup rendah D.E.;produksi glukosa dari sirupjagung mengubah sirup jagungmenjadi produk friuktosa yanglebih manisAmilase,amiloglukosidaseglukosaisomeraseKapang,bakteriSusu Menghilangkan residu H2O2

dari susu (rangkaian daristerilisasi susu dengan H2O2);pembuatan protein hidrolisat;

stabilisasi susu evaporasi,produksi konsentrat sususegar; konsentrat whey; danice creamKatalase,protease, laktaseKapang,bakteri,khamirJus buah Penjernihan; pencegahanpembentukan gel; danperbaikan teknik ekstraksipektinase kapangLaundry deterjen protease bakteri1.2.3 Produksi Hasil Metabolisme MikrobiaPertumbuhan mikrobia dapat dibagi dalam beberapa tahap. Setelahinokulasi kultur dalam medium nutrisi tidak nampak adanya pertumbuhan,periode ini disebut fase adaptasi. Sel akan terus bertambah secara cepat,dengan kecepatan maksimum, periode ini disebut fase eksponensial. Setelahsel mencapai kecepatan tumbuh maksimum maka jumlah sel akan tetapdan disebut fase stasioner, yang akan diikuti dengan penurunan jumlah selatau disebut fase kematian. Kinetika pertumbuhan ini diikuti dengan produkyang dihasilkan terutama adalah sel dan termasuk juga asam amino,nukleotida, protein, asam nukleat, lipida, karbohidrat dan sebagainya.Produk-produk ini disebut produk metabolit utama dan fase produksi disebuttropofase.Banyak produk metabolisme utama yang penting secara ekonomis,yang dihasilkan melalui proses fermentasi (Tabel 1.2.). Sintesis utama olehtipe liar merupakan produksi yang bermanfaat bagi mikrobia tersebut, tetapidalam bidang industri perlu diperbaiki sehingga menguntungkan industri.Selama fase stasioner beberapa strain mikrobia mensintesissenyawa yang tidak dihasilkan selama tropofase dan fungsinya dalam seltidak jelas. Senyawa ini disebut produk metabolit sekunder, dan fase inidisebut idiofase. produk yang penting dapat diusahakan secara kultur kontinyudengan kecepatan pertumbuhan yang lambat.Tabel 1.2. Beberapa produk metabolit utama dan fungsi dalam industri(Stanbury and Whitaker, 1984)Metabolit utama Fungsi dalam industriEtanolAsam sitratAcetonbutanolAsam glutamatLisin, vitaminbahan bakar, minuman dan obat-obatanindustri panganpelarutpenyedap rasabahan tambahan

Produk-produk metabolit selain diambil produk metabolitnya, secaratradisonal telah dikonsumsi atau dimanfaatkan oleh manusia bersama-samadengan substratnya yang disebut biomassa mikrobia misalnya gari, growol,kecap, miso, semayi, tape, tauco, tempe, terasi, dan sebagainya.Beberapa produk metabolit yang berfungsi sebagai penambah citarasamakanan juga dikembangkan misalnya aroma buah dari kapang maupun warnadari beberapa bakteri, khamir, dan kapang. Di Jepang produk warna darimikroorganisme juga mulai digunakan untuk tekstil. Produk-produk metabolitsaat ini juga diarahkan untuk menggantikan sumber-sumber daya alammisalnya menggantikan minyak bumi dengan biodisel secara fermentasi.1.2.4 Proses TransformasiSel mikrobia dapat digunakan untuk mengubah senyawaan menjadisenyawa lain yang secara struktur berkaitan, yang mana senyawa yangdihasilkan mempunyai nilai ekonomi yang tinggi. Reaksi yang dapatmengkatalisis misalnya dehidrogenasi, oksidasi, hidroksilasi, dehidrasi dankondensasi, dekarboksilasi, aminasi, deaminasi dan isomerasi. Contoh prosestransformasi adalah mengubah alkohol menjadi asam asetat. Prosestransformasi dapat juga digunakan untuk produksi antibiotik. Sel yang amobiljuga merupakan usaha proses transformasi yang dapat digunakan berulang.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat91.3 Sejarah Perkembangan Industri FermentasiTahap pertama industri fermentasi dimulai sebelum tahun 1900, yaitumulai pembuatan alkohol dan vinegar. Di Arab produksi dalam skala besardimulai tahun 1700. Pengembangan proses dengan menggunakantermometer dimulai tahun 1757 dan pemindahan panas pada tahun 1801.Pada pertengahan abad 19, fungsi khamir dalam fermentasi alkohol mulaidikembangkan. Pada akhir abad 19 mulai digunakan kultur murni khamir padapembuatan starter.Vinegar pada mulanya dihasilkan dari oksidasi wine karenaperkembangan mikrobia liar. Perkembangan kemudian dengan menggunakangenerator yang diikuti dengan medium penyangga. Pada akhir abad 19 danawal abad 20 mulai digunakan medium yang dipasteurisasi dan ditambah10% vinegar yang baik untuk menjadikan asam dan mencegah kontaminasi.Jadi konsep proses mulai dikembangkan pada awal abad 20.Tahap ke dua yaitu dari tahun 1900 - 1940 dengan mulai dikembangkanproduk baru seperti massa sel khamir, gliserol, asam sitrat, asam laktat danaseton-butanol. Pembuatan ragi roti merupakan proses aerob sehingga seltumbuh cepat. Jika oksigen tidak ada maka yang dihasilkan alkohol danbukan sel khamir. Masalah pembatas adalah konsentrasi wort awal, karenapertumbuhan sel dibatasi oleh kemampuan penggunaan sumber karbondaripada oksigen. Pertumbuhan sel juga dipengaruhi oleh penambahan wortdalam jumlah kecil selama proses. Teknik ini sekarang disebut kultur Fedbatchdan secara luas digunakan dalam fermentasi industri denganoksigen sebagai pembatas. Perkembangan fermentasi aseton butanol secaraaseptis selama perang dunia II dipelopori oleh Weizmann.Pada tahap ke tiga mulai dihasilkan penisilin pada kultur submergedsecara aseptis. Produksi penisilin secara aerob sangat mudah mengalamikontaminasi, terutama pemasukkan udara dalam skala besar. Program

pengembangan strain dilakukan dalam pilot-plant. Pada tahap ini (1940sampai sekarang) banyak ditemukan proses-proses baru diantaranyaantibiotik yang lain, vitamin, gibrelin, asam amino, enzim dan transformasisteroid.Tahap ke empat (1960 sampai sekarang), sejumlah perusahaanbesar meneliti tentang produksi protein sel tunggal untuk ternak. Tahap inimerupakan pengembangan tahap ke tiga dengan skala lebih besar, dengankemungkinan harga jual yang lebih rendah. Mulai tahap ini semakindiperhatikan kontrol peralatan dan proses menggunakan kontrol komputerdan mulai dilakukan penelitian strain yang digunakan melalui rekayasagenetik.Tahap ke lima (1979 sampai sekarang) mulai diteliti dan diproduksisenyawaan yang tidak umum dihasilkan mikrobia seperti interferon, insulindengan manipulasi genetik. Produksi konvensional juga dapat ditingkatkanmelalui rekayasa genetik. Perkembangan tahap ini semakin canggih sesuaiperkembangan bioteknologi.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat101.4 Komponen Proses FermentasiProses fermentasi mempunyai enam komponen dasar yaitu:,1. Susunan medium yang digunakan selama pengembangan inokulum dandi dalam fermentor.2. Sterilisasi medium, fermentor dan peralatan yang lain.3. Aktivitas produksi, pemanfaatan kultur murni, jumlah inokulum untukproduksi.4. Pertumbuhan mikrobia dalam fermentor produksi pada kondisi optimumuntuk pembentukan hasil.5. Ekstraksi produk dan pemurnian.6. Penanganan limbah yang dihasilkan selama proses.Hubungan antar komponen dapat dilihat pada Gambar 1.1.Kultur starter inokulum proses Cairaninduk Fermentasi KulturBahan formulasi Sterilisasi Separasi BiomasBaku medium medium SelmediumEkstraksi produk Supernatan bebas selEfluen Pemurnian Pengemasan produkProdukGambar 1.1. Skema umum proses fermentasi.Namun demikian, salah satu hal yang perlu diperhatikan di bidangpenelitian adalah perancangan perbaikan efisiensi fermentasi secara terusmenerus. Sebelum proses fermentasi dapat dilakukan, organisme yang dipakaiharus diisolasi, dimodifikasi sehingga dapat menghasilkan produk yangdiharapkan dalam skala komersial, hal ini tentunya membutuhkan perancanganperalatan. Proses ekstraksi produk juga harus diperhatikan karena inimenyangkut biaya produksi yang tidak sedikit.Mikrobiologi Industri – Nur Hidayat11Beberapa faktor – medium, garam, keasaman, kultur, dan waktu –

berperan penting dalam fermentasi. Proses fermentasi bersifat sederhananamun harus teliti sehingga flavor, tekstur, aroma, dan karakteristik lainnyayang diharapkan, dapat muncul.Berbagai makanan dan minuman seperti roti, tape, tempe, wine danyogurt dibuat melalui proses fermentasi. Sebagai bahan pangan tambahanbeberapa produk fermentasi telah umum digunakan. Sebagai contoh, gumxanthan merupakan polisakarida dengan berat molekul tinggi yang dihasilkanmelalui proses fermentasi menggunakan bakteri Xanthomonas campestrisdengan gula sebagai substrat. Gum gellan adalah polisakarida yang larutdalam air dan dihasilkan dari fermentasi dengan kultur murni Sphingomonaselodea. Kedua hidrokoloid ini umum digunakan dalam industri pangan sebagaipengental, penstabil, dan pembentuk tekstur.Akhir-akhir ini dikembangkan pula isoflavon kedelai untuk digunakandalam makanan, minuman, dan farmasi. Isoflavon kedelai seperti genistein,daidzein, dan glycitein memiliki manfaat penting bagi kesehatan dan proses0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

fermentasi dapat mengh dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yakni reaksi oksidasi. Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri autotrop.

Ada beberapa jenis bakteri yang tidak memiliki pigmen fotosintetik, tetapi mampu

melakukan sintesis zat makanannya sendiri. Untuk menyintesis makanannya, bakteri tersebut menggunakan energi hasil oksidasi senyawa anorganik yang ada pada medianya. Bakteri belerang, dikenal ada dua ma-cam, yakni bakteri belerang yang mempunyai pigmen fotosintetik dan yang tidak memiliki pigmen fotosintetik. Bakteri belerang yang memiliki pigmen fotosintetik melakukan fotosintesis, sedangkan yang tidak memiliki pigmen melakukan kemosintesis.

Bakteri besi, melakukan kemosintesis dengan menggunakan energi basil oksidasi ferro (Fe++) menjadi ferri.

Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah bereaksi dengan CO2. NH3 dan CO2 akan membentuk amonium karbonat (NH4)2 CO3.

asilkan komponen-komponen tersebut. E. RESPIRASI ANAEROB/ FERMENTASI

Dalam keadaan normal, organisme melakukan pembongkaran zat dengan cara oksidasi biologi atau respirasi aerob, yakni respirasi yang memerlukan oksigen babas. Namun demikian dapat terjadi bahwa pada suatu ketika oksidasi biologi tersebut tidak dapat berlangsung, misalnya pada tumbuhan darat yang tanahnya tergenang air, sehingga kadar oksigen dalam rongga tanah sangat rendah. Dalam kondisi yang demikian akar tidak dapat mengisap oksigen untuk keperluan respirasi. Dengan memanfaatkan gas hasil dari fermentasi anaerob kotoran sapi

maka kita dapat menggantikan minyak tanah, gas elpiji, atau kayu bakar dengan kotoran sapi. Karena selama ini kotoran sapi kurang dimanfaatkan dan dianggap sebagai sampah.

 

Pada manusia kekurangan oksigen sering terjadi pada para atlet yang berlari jarak jauh dengan kencang. Pada atlet yang demikian kebutuhan oksigen lebih besar daripada yang tersedia, yang diambil dari pemapasan. Dengan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka baik tumbuhan maupun manusia melakukan pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob, disebut fermentasi. Fermentasi tidak hams selalu dalam keadaan anaerob. Pada beberapa jenis mikroorganisme mampu melakukan fermentasi dalam keadaan aerob, misalnya fermentasi asam cuka.

Jika dibanding respirasi, sebenarnya fermentasi itu sangat merugikan sel, karena

dua alasan:

a. sering dihasilkan senyawa yang merusak sel, misalnya alkohol;

b. dari jumlah mol zat yang sama akan dihasilkan energi lebih rendah.

Fermentasi diberi nama sesuai dengan jenis senyawa akhir yang dihasilkan. Berdasarkan senyawa atau jenis

zat yang dihasilkan, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, fermentasi asam

cuka, dan lain-lain.

1. Fermentasi Asam Laktat

Pada hewan tingkat tinggi dan manusia, jika bekerja terlalu berat dan kebutuhan oksigennya untuk respirasi

sel tidak tercukupi maka senyawa asam piruvat di dalam sel• ototnya akan direduksi oleh NADH menjadi asam

laktat.

Asam laktat adalah suatu senyawa yang dapat menurunkan pH sampai pada suatu titik yang mengakibatkan

gangguan serius pada fungsi sel. Salah satu gangguan yang ditimbulkannya adalah menyebabkan kelelahan,

sehingga asam laktat sering disebut asam kelelahan.

Proses fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut. Pada proses glikolisis dihasilkan asam piruvat. Jika

cukup oksigen maka glikolisis akan dilanjutkan daur krebs, tetapi karena kondisinya kekurangan oksigen, asam

piruvat diubah menjadi asam laktat. Akibatnya rantai transpor elektron tidak terjadi, karena tidak lagi menerima

elektron dari NADH dan FAD yang dalam keadaan aerob dihasilkan oleh daur krebs. Karena tidak terjadi

penyaluran elektron maka NAD+ dan FAD yang mutlak diperlukan dalam reaksi kimia dalam daur krebs juga tidak

terbentuk, sehingga siklus krebs terhenti.

Secara sederhana proses respirasi aerob yang diikuti terjadinya fermentasi asam

laktat dibagankan seperti pada Bagan 3.2. 2. Fermentasi Alkohol

Beberapa organisme seperti Saccharomyces dapat hidup baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen

maupun kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif.

Dalam keadaan cukup oksigen (aerob). Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Tetapi jika dalam

keadaan lingkungan kurang oksigen maka akan melakukan fermentasi.

Proses fermentasi alkohol berlangsung sebagai berikut. Asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis

akan diubah menjadi asam asetat + CO2. Selarjutnya asam asetat diubah menjadi alkohol. Pada proses perubahan

asam asetat menjadi alkohol ini, terjadi pula pengubahan NAD.H2 menjadi NAD.H+. Terbentuknya NAD.H+

mengakibatkan peristiwa glikolisis dapat terjadi. Dengan demikian, asam piruvat akan selalu tersedia untuk

selanjutnya diubah menjadi energi.

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 mol ATP. Sedangkan dalam

respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP. Mengapa demikian? Untuk

membandingkan proses fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol.

3. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan satu conto fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini biasa dilakukan oleh bakteri asam cuka dengan substrat etanol. Dari proses fermentasi asam cuka ini dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol yang berlangsung secara anaerob.

Secara sederhana persamaan reaksi kimia fermentasi asam cuka adalah: Manfaat Energi Hasil Respirasi

Hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun di dalam ATP. Selanjutnya oleh sel, ATP digunakan sebagai sumber energi seluruh aktivitas hidup yang memerlukan energi.

Aktivitas hidup yang memerlukan energi dibedakan menjadi empat golongan, yakni: a. Kerja mekanis. Salah satu bentuk kerja mekanis adalah lokomosi, kerja mekanis selalu terjadi jika sel otot berkontraksi. b. Transpor aktif. Dalam transpor aktif selsel harus mengeluarkan energi untuk mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat.

c. Produksi panas. Energi panas penting bagi tubuh burung dan hewan menyusui. Energi panas ini umumnya timbul sebagai hasil sampingan transformasi energi lain dalam sel. Misalnya pada proses kontraksi otot, terjadi pemecahan ATP. Di samping timbul energi mekanik timbul juga energi panas yang penting bagi tubuh.

d. Anabolisme, yakni sintesis senyawa kompleks dari senyawa yang sederhana. Cahaya matahari terdiri atas beberapa merah, jingga, kuning, biru, nila, ungu, dan ultra ungu. Ultra ungu juga tidak kelihatan.

1.Oksidasi Biologi sedang berlangsung

Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.

Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi aerobik.

"Glikolisis aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah. Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata) menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia, fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit.

Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerobik.