FERMENTASI

Lulu Atul Fitriyah (G84110033)1, Fariza2, Syaefudin3Mahasiswa Praktikum1, Asisten Praktikum2, Dosen PraktikumMetabolisme Departemen BiokimiaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Pertanian Bogor2013

ABSTRAKFermentasi merupakan proses penguraian gula menjadi alkohol dan CO2 yang disebabkan adanya aktivitas sel khamir dalam cairan fermentasi tanpa suplai udara. Proses fermentasi sukrosa menjadi etanol dapat dilakukan oleh mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae yang termasuk dalam golongan khamir yang paling umum digunakan dalam proses pengolahan makanan. Fermentasi gula oleh Saccharomyces cerevisiae dapat menghasilkan etanol dan karbondioksida melalui reaksi: C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2. Tujuan percobaan yaitu untuk mengetahui pemakaian sukrosa dalam proses fermentasi dengan metode spektrofotometer. Percoban ini juga untuk menghitung jumlah alkohol sebagai produk fermentasi sukrosa oleh ragi. Bobot jenis hari ke-0 bernilai 1.037 mg/L dan turun pada hari ke-7 hingga mencapai nilai 1.006 mg/L. Hasil persamaan garis kurva standar pada percobaan yaitu y = 0.8858x 0.0159 dan nilai r2 sebesar 99.92%. Konsentrasi glukosa hari ke-0 sebesar 3.9001 %b/v dan etanol sebanyak -0.1625 %b/v, sedangkan hari ke-3 menghasilkan etanol sebanyak -0.0072 %b/v dengan konsentrasi glukosa sebesar 2.6879 %b/v, dan konsentrasi etanol hari ke-7 sebesar 0.4357 %b/v yang memiliki konsentrasi glukosa -0.7688 %b/v. Pertumbuhan mikroorganisme selama fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi garam, oksigen, pH, dan suhu.

PendahuluanMetabolisme merupakan seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel-sel tubuh makhluk hidup. Reaksi-reaksi tersebut berupa anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah reaksi penyusunan reaksi kompleks dari reaksi sederhana dengan menggunakan energi. Katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian suatu senyawa dapat menghasilkan energi. Energi berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan kimia yang menyusun suatu persenyawaan. Semakin kompleks persenyawaan kimia itu, semakin banyak ikatan kimia yang menyusunnya dan akan semakin besar energi yang dilepaskan, tetapi energi itu tidak dapat digunakan secara langsung oleh sel. Energi tersebut diubah terlebih dahulu menjadi persenyawaan ATP yang dapat digunakan oleh sel sebagai sumber energi terpakai. Contoh katabolisme adalah proses pernapasan sel atau respirasi (Clegg et al. 2000). Respirasi merupakan proses pelepasan energi yang menyediakan energi bagi keperluan sel. Respirasi dibagi menjadi dua macam yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob (fermentasi). Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Respirasi aerob mempunyai tahap-tahap reaksinya berturut-turut ialah glikolisis, pembentukan asetil coenzim A (Asetil CoA), siklus krebs, dan sistem transport elektron. Respirasi anaerob yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Bahan baku respirasi adalah karbohidrat, asam lemak atau protein. Hasil respirasi anaerob berupa CO2, air, dan energi dalam bentuk ATP. Salah satu contoh respirasi anaerob yaitu fermentasi (Soedirokoesoemo 1993). Fermentasi merupakan proses penguraian gula menjadi alkohol dan CO2 yang disebabkan adanya aktivitas sel khamir dalam cairan fermentasi tanpa suplai udara (Campbell et al. 2002). Fermentasi adalah proses penghasil energi utama dari berbagai mikroorganisme. Fermentasi ini dilakukan oleh-oleh sel-sel ragi terhadap glukosa yang kemudian menghasilkan CO2 dan energi. Berdasarkan sudut pandang biokimia, fermentasi berkaitan dengan pembangkitan energi oleh katabolisme senyawa organik, sedangkan pada bidang mikrobiologi industri, fermentasi menggambarkan banyak proses untuk menghasilkan produk dari pembiakan mikroorganisme jamur atau bakteri tersebut. Beberapa contoh produk hasil fermentasi yaitu tauco dan kecap yang terbuat dari kedelai, terasi, yoghurt, anggur, dan lainnya (Winarno 2004).Perobaan mengenai fermentasi ini mempunyai tujuan untuk mengetahui pemakaian sukroosa dalam proses fermentasi dengan metode spektrofotometer. Percoban ini juga untuk menghitung jumlah alkohol sebagai produk fermentasi sukrosa oleh ragi.

Metode PraktikumPrakikum metabolisme mengenai fermentasi ini dilakukan di Laboratorium Biokimia-Departemen Biokimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Waktu pelaksanaan praktikum yaitu pada hari Jumat, tanggal 18 dan 25 Oktober 2013 pukul 13.00-16.00 WIB. Beberapa alat dan bahan digunakan dalam praktikum ini. Adapun alat yang digunakan dalam praktikum adalah neraca analitik, gelas pengaduk, pipet Mohr, hidrometer, freezer, inkubator, botol kecil, air lock, tabung reaksi, rak tabung reaksi, penangas air, gegep kayu, stopwatch, gelas piala, kuvet, dan spektrofotometer. Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum meliputi larutan sukrosa 10%, larutan natrium disulfida 5%, larutan standar glukosa 0,5%, ragi komersial (Saccharomyces cerevisiae), akuades, dan reagen glukosa.Percobaan pada minggu pertama. Sebanyak 0.5 gram ragi ditimbang untuk dimasukan ke dalam larutan sukrosa 10% yang sudah dicampurkan natrium disulfida 5%. Larutan tersebut di kocok dan kemudian diukur bobot jenis alat yang digunakan yaitu hidrometer 250 mL. Kemudian 5 mL sample dimasukan ke dalam sebuah tabung kecil denan bertuliskan hari ke-0 dan kemudian dimasukan ke dalam lemari pendingin. Tabung besar sisanya di sumbat dengan air lock Pembuatan kurva standar. Pembagian menjadi beberapa konsentrasi 1/2, 1/4, 1/8, dan 1/16 dari larutan standar (1% b/v). Setiap hasil pengenceran tersebut diambil sebanyak 25 L dan dimasukkan pada tabung reaksi bersih lalu ditambahkan 2.5 mL reagen glukosa. Larutan dikocok, kemudian didihkan ke dalam penangas selama 10 menit. Setelah 10 menit dinginkan selama 2-3 menit kemudian diukur dengan spektrofotometri pada panjang gelombang 630 nm. Lalu dibuat kurva standarnya.Hari ke-3 setelah percobaan awal. Sebanyak 5 mL diambil dari larutan dalam botol besar kemudian dimasukkan ke dalam botol kecil dan diberi label hari ke-3. Botol kecil tersebut disimpan di dalam lemari pendingin. Hari ke-7 setelah percobaan awal. Larutan yang berada di dalam botol kaca besar kembali diambil sebanyak 5 mL dimasukkan ke dalam tabung reaksi untuk dilakukan pengenceran. Larutan yang masih berada di dalam botol kaca besar kemudian diukur bobot jenisnya dengan menggunakan hidrometer.Sampel yang berada dalam botol kecil berlabel hari ke-0, hari ke-3, dan hari ke-7 diencerkan dengan pengenceran 1, 10, 20, dan 40 kali. Pengenceran 10 kali dilakukan dengan cara mengambil 0.5 mL sampel dari botol kemudian ditambahkan 4.5 mL akuades. Pengenceran 20 kali dilakukan dengan cara mengambil 0.5 mL sampel dari tabung reaksi yang mengalami pengenceran 10 kali kemudian ditambahkan 9.5 mL akuades. Pengenceran 40 kali dilakukan dengan cara mengambil 0.5 mL sampel dari tabung reaksi yang mengalami pengenceran 20 kali kemudian ditambahkan 19.5 mL akuades. Setelah ketiga sampel diencerkan, sebanyak 25 L dari masing-masing sampel tersebut diambil dan dimasukkan ke dalam tabung reaksi kemudian ditambahkan 2.5 mL reagen glukosa. Selanjutnya dididihkan selama 10 menit pada penangas air 100C, lalu didinginkan selama 2-3 menit. Larutan tersebut kemudian diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 630 nm.

PembahasanFermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Jenis-jenis fermentasi ada dua yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi laktat. Fermentasi laktat merupakan proses pengubahan asam piruvat menjadi asam laktat karena kekurangan oksigen dengan bantuan enzim laktat dehidrogenase. Fermentasi ini terjadi di otot dan hati manusia yang menghasilkan rasa lelah. Fermentasi alkohol merupakan proses pengubahan asam piruvat menjadi etanol dan CO2 karena kekurangan oksigen (Lehninger 2004). Beberapa tahapan reaksinya antara lain: reaksi pertama, piruvat yang dihasilkan dari pemecahan glukosa kehilangan gugus karboksilnya oleh kinerja enzim piruvat dehidrogenase. Reaksi fermentasi ini merupakan dekarboksilasi sederhana dan tidak melibatkan oksidasi total piruvat, dan bersifat tidak balik di dalam sel. Piruvat dehidrogrnase memerlukan Mg2+ dan memiliki koenzim yang terkait erat, tiamin pirofosfat yang berfungsi sebagai pembawa gugus asetal dehida sementara. Pada tahap reaksi terakhir fermentasi alkohol, asetaldehida direduksi menjadi etanol dengan NADH yang diberikan dari dehidrogenase gliserida 3-fosfat, yang menghasilkan tenaga pereduksi melalui kinerja alkohol dehidrogenase (Murray et al. 2009). Etanol dan CO2 merupakan produk akhir fermentasi alkohol sebagai pengganti laktat. Persamaan reaksi:Glukosa + 2 Pi + 2 ADP 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2OSumber karbon, nitrogen, dan mineral esensial lainnya sangat dibuthkan untuk pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae, tetapi yang paling utama adalah karbon (Pelczar dan Chan 1977). Percobaan ini menggunakan konsentrasi sukrosa 10% karena konsentrasi maksimum sukrosa adalah 50 g/L. Selain itu, dilakukan penambahan natrium disulfida pada larutan yang berfungsi sebagai anti jamur karena adanya sulfur yang menghambat pertumbuhan organisme lain. Pendinginan dalam fermentasi dilakukan untuk mencegah adanya pertumbuhan mikroorganisme pada senyawa tersebut (Hidayat 2006). Percobaan ini menggunakan sifat fermentasi oleh ragi dari Saccharomyces cerevisiae yang sudah di kemas dalam ragi ynag berbentuk serbuk. Jamur ini sangat cepat berkembang apabila tidak adanya kontak dengan udara sehingga percobaan ini menggunakan air lock yang berfungsi untuk menahan udara agar tidak masuk ke dalam gelas kaca tersebut. Air lock ini berisikan air akuades yang dapat menahan udara untuk masuk sehingga menghambat proses fermentasi (Pramudiyati 2004). Percoban ini berfungsi untuk menghitung jumlah alkohol sebagai produk fermentasi sukrosa oleh ragi. Hasil percobaan dari fermentasi dapat dilihat pada tabel 1.Tabel 1 Pengukuran bobot jenisSampelSuhu sampel (0C)Suhu hidrometer (0C)Bobot jenis terukur (mg/L)Faktor koreksiBobot jenis terkoreksi (mg/L)

Hari ke-03127.51.0360.0011.037

Hari ke-73027.51.0050.0011.006

Contoh perhitungan:FK= x 10-3 = x 10-3 = 0.001 BJ terkoreksi = BJ terukur + FK = (1.036 + 0.001) mg/L = 1.037 mg/L Tabel 1 menunjukkan hasil penurunan bobot jenis dari hari ke-0 hingga hari ke 7. Hari ke 0 bobot jenis bernilai 1.037 mg/L dan turun pada hari ke-7 hingga mencapai nilai 1.006 mg/L. Penurunan tersebut menunjukkan adanya pengurangan pada kandungan sukrosa karena telah diubah menjadi etanol akibat berlangsungnya proses fermentasi. Kandungan sukrosa tersebut akan menjadi sangat sedikit jika dibiarkan dalam waktu yang lama sehingga dapat menimbulkan efek memabukkan pada manusia.Selanjutnya, dilakukan pengukuran dengan spektrofotometri diukur absorbansi dari masing-masing standar untuk dibuat suatu kurva standar. Pada percobaan kali ini menggunakan larutan tambahan yang berupa reagen glukosa. Reagen glukosa digunakan agar larutan berwarna sehingga dapat terbaca pada spektrofotometri pada panjang gelombang 630 nm. Panjang gelombang 630 nm digunakan dalam percobaan ini karena merupakan panjang gelombang maksimum yang terbaca oleh spektrofotometri UV-Vis. Kurva standar dibuat untuk mengetahui besarnya standar glukosa yang akan terpakai pada proses fermentasi (Pramudiyati 2004). Hasil pengukuran absorbansi standar masing-masing dapat dilihat pada tabel 2, sedangkan grafik hubungan antara konsentarsi glukosa (%) dan absorbansi pada larutan standar dapat dilihat pada grafik 1. Tabel 2 Pengukuran standar glukosa dengan spektrofotometriLarutan [glukosa] (% b/v)Absorbansi (A)Absorbansi terkoreksi (A)

Blanko000

Sampel 10.06250.0440.044

Sampel 2 0.12500.0940.094

Sampel 30.25000.1990.199

Sampel 40.50000.4300.430

Grafik 1 Hubungan [glukosa] (%b/v) dan absorbansi pada larutan standarKonsentrasi larutan sampel yang digunakan sebesar 1/16, 1/8, , dan . Dari pengukuran absorbansi menggunakan spektrofotometri, besarnya absorbansi berturut-turut adalah 0.044, 0.094, 0.199, dan 0.430 A dengan absorbansi terkoreksi sebesar 0.044, 0.094, 0.199, dan 0.430 sehingga diperoleh kurva standar dengan persamaan garis y = 0.8858x 0.0159 dan nilai r2 sebesar 99.92%.Tabel 3 Pengukuran [glukosa] hasil fermentasi dengan spektrofotometerSampel FPAbsorban [glukosa] (% b/v)[glukosa]terkoresi (%b/v)[glukosa]rata-rata (% b/v)[etanol]rata-rata (%b/v)

Blanko000000

Hari ke-013 3.4047 3.4047-0.1625

100.459 0.53615.36133.9001

200.1190.15233.0458

400.0680.09473.7887

Hari ke-312.2552.5637 2.5637-0.0072

100.2140.25952.59542.6879

200.0940.12412.4814

400.0530.07783.1113

Hari ke-710.9071.04191.0419 0.4357

10-0.016-0.0001-0.0011 -0.7688

20-0.066-0.0566-1.1312

40-0.082-0.0746-2.9849

Contoh Perhitungan:Pengukuran [glukosa] hasil fermentasi dengan spektrofotometer*Persamaan kurva standar = y = a + bx y = 0.8858x - 0.0159 [glukosa] = 0.6676 [glukosa] terkoreksi= [glukosa] x faktor pengenceran= 0.6676 x 10= 6.6760 = 0.0668%*Perhitungan mol sukrosa Sukrosa 10% dalam 500 mL [sukrosa]= x 100% 10%= x 100%Bobot sukrosa= 0.05 gram*Penentuan jumlah mol [glukosa]sukrosa fruktosa + glukosaasumsi= [glukosa]= [sukrosa]sehingga: sukrosa glukosa + glukosa sukrosa 2 glukosamol glukosa= mol sukrosamol sukrosa= = = 1.4620 x 10-4 molmol glukosa = x mol sukrosa = x 1.4620 x 10-4 mol = 7.3100 x 10-5 mol* [glukosa] %b/v teoritismol glukosa= x 100%= x 100% = 2.6316% molmol etanol= x mol glukosa= x 7.3100 x 10-5 mol = 3.6650 x 10-5 mol*[etanol] %b/v teoritis[etanol]= x 100%= x 100% = 0.3372% mol*Perhitungan etanol hasil fermentasiJumlah etanol hari ke-0 = x [etanol] [% b/v] teori = x 0.3372 % = - 0.1625Jumlah etanol hari ke-3 = x [etanol] [% b/v] teori= x 0.3372 % = - 7.2140 x 10-3Jumlah etanol hari ke-7 = x [etanol] [% b/v] teori= x 0.3372 % = 0.4357*Penentuan BJ etanolBJ etanol = = 5,3533 x 10-3Berdasarkan Tabel 3 menunjukkan bahwa konsentrasi glukosa bersifat linier. Pada percobaan terjadi penurunan konsentrasi glukosa dan peningkatan konsentrasi etanol dari hari ke-0 menuju hari ke-7. Besarnya konsentrasi glukosa berturut-turut adalah 3.9001, 2.6879, dan -0.7688 %b/v, sedangkan konsentrasi etanolnya adalah -0.1625, -0.0072, 0.4357 %b/v. Semakin lama fermentasi maka etanol yang terbentuk akan semakin banyak dan glukosanya semakin sedikit. Kesesuaian hasil percobaan dengan teori dipengaruhi oleh kinerja Saccharomyces cerevisiae untuk merombak glukosa menjadi etanol. Oksigen akan menghambat aktivitas mikroorganisme tersebut (Koolman 2002).Selain dipengaruhi oksigen, pertumbuhan mikroorganisme selama proses fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi garam, suhu, dan pH. Garam berfungsi untuk menghambat pertumbuhan jenis-jenis mikroorganisme pembusuk yang tidak diinginkan selama proses fermentasi berlangsung. Prinsip kerja garam dalam proses fermentasi adalah untuk mengatur Aw (ketersediaan air untuk kebutuhan mikroorganisme). Suhu selama proses fermentasi sangat menentukan jenis mikroorganisme dominan yang akan tumbuh. Suhu optimal yang digunakan adalah suhu antara 20-30C. Sebagian besar bakteri asam laktat bekerja paling baik pada temperatur 18-22C. Spesies Lactobacillus memiliki suhu optimum di atas 22C. Variasi dari hanya beberapa derajat dari suhu ini akan mengubah aktivitas mikroba dan mempengaruhi kualitas produk akhir. Pertumbuhan optimal mikroorganisme adalah pH 7.0. Bakteri tertentu yang toleran asam akan bertahan pada tingkat pH yang berkurang. Perbandingan etanol secara nyata dan teoritis menunjukkan tidak adanya perbedaan yang signifikan. Etanol yang dihasilkan secara nyata pada hari ke-7 sebesar 0.4357 (%b/v), sedangkan secara teoritis sebesar 0.3372 (%b/v) (Koolman 2002).Fermentasi ini sangat merugikan sel karena dua alasan yaitu sering dihasilkan senyawa yang merusak sel, misalnya alkohol dan dari jumlah mol zat yang sama akan dihasilkan jumlah energi yang lebih rendah/lebih sedikit. Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti dengan perubahan NADH menjadi NAD+. Adanya NAD+ menunjukkan peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi. Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Fermentasi alcohol secara sederhana berlangsung sebagai berikut.

Fermentasi asam laktat merupakan suatu reaksi pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Fermentasi asam laktat juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi etanol mencapai 13% (hal ini menjelaskan kadar maksimum alkohol pada minuman hasil fermentasi seperti anggur).

SimpulanBerdasarkan hasil percobaan diperoleh bobot jenis hari ke-0 bernilai 1.037 mg/L dan turun pada hari ke-7 hingga mencapai nilai 1.006 mg/L. Penurunan tersebut menunjukkan adanya pengurangan pada kandungan sukrosa karena telah diubah menjadi etanol akibat berlangsungnya proses fermentasi. Hasil persamaan garis kurva standar pada percobaan yaitu y = 0.8858x 0.0159 dan nilai r2 sebesar 99.92%. Konsentrasi glukosa hari ke-0 sebesar 3.9001 %b/v dan etanol sebanyak -0.1625 %b/v, sedangkan hari ke-3 menghasilkan etanol sebanyak -0.0072 %b/v dengan konsentrasi glukosa sebesar 2.6879 %b/v, dan konsentrasi etanol hari ke-7 sebesar 0.4357 %b/v yang memiliki konsentrasi glukosa -0.7688 %b/v. Semakin lama fermentasi maka etanol yang terbentuk akan semakin banyak dan glukosanya semakin sedikit. Pertumbuhan mikroorganisme selama fermentasi diprngaruhi oleh konsentrasi garam, oksigen, pH, dan suhu.

Daftar PustakaCampbell NA. 2002. Biologi Jilid 2. Jakarta: Erlangga.Clegg CJ, Macken DC. 2000. Advanced Biology: Principle and Applications Second Edition. London: John Murray.Hidayat N, Padaga MC, dan Suhartini S. 2006. Mikrobiologi Industri. Yogakarta: ANDI.Koolman J. 2002. Atlas Berwarna dan Teks Biokimia. Septelia, terjemahan. Jakarta: Hipokrates. Terjemahan dari: Color Atlas of Biochemistry.Lehninger AL. 2004. Dasar-dasar Biokimia Edisi ke-3. Jakarta: Erlangga.Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. 2009. Biokimia Harper Edisi ke-24. Jakarta: EGC.Pelczar MJ dan ECS Chan. 1977. Laboratory Exercises in Microbiology. New York: Mc Graw Hill.Pramudyanti IR, Tjahjadi P, Artini P. 2004. The influence of pH controlling using CaCO3 agains production of lactic acid from glucose by Rhizopus oryzae. Jurnal Bioteknologi. 1(1): 19-24.Soedirokoesoemo, Wibisono. 1993. Materi Pokok Anatomi dan Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.Winarno FG. 2004. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: Gramedia.