BAB I

BIOTEKNOLOGI FERMENTASI

A. Pengertian Fermentasi

Arti kata fermentasi selama ini berubah ubah. Kata fermentasi berasal dari Bahasa Latin yang berarti merebus . Arti kata dari Bahasa Latin tersebut dapat dikaitkan atau kondisi cairan bergelembung atau mendidih. Keadaan ini disebabkan adanya aktivitas ragi sepenuhnya ekstraksi buah-buahan atau biji-bijian. Gelembung gelembung karbondioksida dihasilkan dari katabolisme anaerobik terhadap kandungan gula.Fermentasi mempunyai arti yang berbeda bagi ahli biokimia dan mikrobiologi industri. Arti fermentasi sepenuhnya bidang biokimia dihubungkan atau pembangkitan energi oleh katabolisme senyawa organik. Sepenuhnya bidang mikrobiologi industri, fermentasi mempunyai arti yang lebih luas, yang menggambarkan setiap proses untuk menghasilkan produk dari pembiakan mikroorganisme.Perubahan arti kata fermentasi sejalan atau hasil penemuan yang dilakukan oleh para ahli. Arti kata fermentasi berubah sepenuhnya saat Gay Lussac berhasil melakukan penemuan yang menunjukkan penguraian gula menjadi alkohol dan karbondioksida. Selanjutnya Pasteur melakukan penemuan mengenai penyebab perubahan sifat bahan yang difermentasi, sehingga dihubungkan atau mikroorganisme dan akhirnya atau enzim.Untuk beberapa lama fermentasi terutama dihubungkan atau karbohidrat, bahkan sampai sekarang pun masih sering digunakan. Sepenuhnyahal arti fermentasi tersebut lebih luas lagi, menyangkut juga perombakan protein dan lemak oleh aktivitas mikroorganisme. Meskipun fermentasi sering dihubungkan atau pembentukan gas yang disebabkan oleh mikroorganisme yang hidup, sepenuhnya saat ini pembentukan gas maupun terdapatnya sel mikroorganisme hidup tidak merupakan kriteria yang esensial. Dalam beberapa proses fermentasi misalnya fermentasi asam laktat, tidak ada gas yang dibebaskan. Fermentasi dapat juga berlangsung (meskipun jarang terjadi) atau menggunakan ekstrak enzim yang berfungsi sebagai katalisator reaksi.Dari uraian diatas dapat disarikan bahwa fermentasi mempunyai arti suatu proses terjadinya perubahan kimia sepenuhnya suatu substrat organik melalui aktivitas enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Untuk hidup semua mikroorganisme membutuhkan sumber energi yang diperoleh dari metabolisme bahan pangan dimana mikroorganisme berada di dalamnya. Bahan baku energi yang paling banyak digunakan oleh mikroorganisme adalah glukosa. Atau adanya oksigen beberapa mikroorganisme mencerna glukosa dan menghasilkan air, karbondioksida, dan sejumlah besar energi (ATP) yang digunakan untuk tumbuh. Ini adalah metabolisme tipe aerobik. Akan tetapi beberapa mikroorganisme dapat mencerna bahan baku energinya tanpa adanya oksigen dan sebagai hasilnya bahan baku energi ini hanya sebagian yang dipecah. Bukan air, karbondioksida, dan sejumlah besar energi yang dihasilkan, tetapi hanya sejumlah kecil energi, karbondioksida, air, dan produk akhir metabolik organik lain yang dihasilkan. Zat-zat produk akhir ini termasuk sejumlah besar asam laktat, asam

asetat, dan etanol, serta sejumlah kecil asam organik volatil lainnya, alkohol dan ester dari alkohol tersebut.

Pertumbuhan yang terjadi tanpa adanya oksigen sering dikenal sebagai fermentasi.Sebagaisuatuproses fermentasi memerlukan:

1. Mikroba sebagai inokulum2.Tempat (wadah) untuk menjamin proses fermentasi berlangsung dengan optimal.3. Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba.

Bioteknologi fermentasi menyangkut hal-hal yang berkaitan dengan proses industri fermentasiyang meliputi:

1. Sifat Fermentasi2. Prinsip Kultivasi Mikroba dalam Sistem Cair3. Desain Bioreaktor (fermenter)4. Desain Media5. Instrumentasi dan Pengendalian Proses dalam Bioreaktor6. Tenik Pengukuran7. Pemindahan Massa dan Energi8. Peningkatan Skala9. Fermentasi substrat padat

B. Prinsip-prinsip FermentasiAgar fermentasi dapat berjalan dengan optimal, maka harus memperhatikan faktor-faktor berikut ini:

1. Aseptis: bebas kontaminan.2. Komposisi medium pertumbuhan.3. Penyiapan inokulum4. Kultur5. Tahap produksi akhir.

C. Sifat Fermentasi1. Aerob memerlukan adanya oksigen.2. Anaerob tidak memerlukan adanya oksigen.

D. Desain BioreaktorIstilah fermenter (bioreaktor) digunakan untuk tempat fermentasi. Pada prinsipnya fermenter harus menjamin pertumbuhan mikroba dan produk dari mikroba di dalam fermenter. Semua bagian di dalam fermenter pada kondisi yang sama dan semua nutrien termasuk oksigen harus tersedia merata pada setiap sel dalam fermenter dan produk limbah seperti; panas, CO2, dan metabolit harus dapat dikeluarkan (remove). Masalah utama fermenter untuk produksi skala besar adalah pemerataan medium kultur dalam fermenter. Harus homogen artinya medium kultur

harus tercampur merata. Oleh karena itu, wadah perlu didesain sedemikian rupa sehingga proses dalam wadah dapat dimonitor dan dikontrol. Wadah (fermenter) memberikan kondisi lingkungan fisik yang cocok bagi katalis sehingga dapat berinterkasi secara optimal dengan substrat. Desain fermenter mulai dari yang sederhana (tangki dengan putaran) sampai yaang integrated system dengan komputer.Reaksi fermentasi multifase1. Fase gas (mengandung N2, O2 dan CO2)2. Fase cair (medium cair dan substrat cair), dan3. Fase padat.

E. Prinsip kultivasi mikroba dalam sistem cairMikroba berada dalam cairan yang mengandung nutrien sebagai substrat untuk tumbuh dan berkembang bercampur dengan produk-produk yang dihasilkan termasuk limbah. Nutrien dan oksigen yang diperlukan untuk pertumbuhan optimal mikroba harus tercampur merata (homogen) pada semua bagian fermenter. Untuk mendapatkan sistem fermentasi yang optimum, maka fermenter harus memenuhi syarat sebagai berikut:1. Terbebas dari kontaminan2. Volume kultur relatif konstan (tidak bocor atau menguap)3. Kadar oksigen terlarut harus memenuhi standar4. Kondisi lingkungan seperti: suhu, pH harus terkontrol. Stirred tank reactor system model yang banyak dipakai.

F. Sistem fermenter tertutup dan terbuka1. Tertutup, semua nutrien ditambahkan pada awal fermentasi dan pada akhir fermenetasi dikeluarkan bersama produknya. Sebagai contoh: pembuatan bir (brewing), antibiotik, dan enzym.2. Terbuka, secara kontinyu (terus menerus) terjadi pemasukan medium kultur dan pengeluaran medium bersama produk. Sebagai contoh: SCP (petrokimia).

G. Tipe Fermenter ada 2 : septis dan aseptis.Fermenter berdasarkan tipenya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu:1. Septis untuk pembuatan pengembang roti, bir (brewing).2. Aseptis untuk memproduksi fine porduct seperti: antibiotik, asam amino, polisakarida dan single cell protein (SCP).

H. Skala fermenterFermenter berdasarkan skala produksinya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu:1. Skala kecil (small scale); untuk industri rumah tangga (home industri).2. Skala besar (large scale); untuk industri skala besar (petrokimia industri).Masalah utama fermenter untuk produksi skala besar adalah pemerataan medium kultur dalam fermenter. Harus homogen artinya medium kultur harus tercampur merata.

I. Desain mediaMedium untuk fermentasi biasa disebut substrat. Biasanya pada teknologi fermentasi digunakan bahan dasar yang mengandung karbon. Oleh karena itu, kebanyakan berasal dari tumbuhan dan

sedikit dari produk hewani. Sebagai contoh; biji-bijian (grain), susu (milk). Natural raw material berasal dari hasil pertanian dan hutan. Karbohidrat; gula, pati (tepung), selulosa, hemiselulosa, dan lignin.1. Gula, bahan makanan yang mengandung gula mudah dan relatif mudah didapatkan untukproses biotek.2. Pati, jagung, padi, ganum, kentang, dan pohong (kassava) didegradasi menjadi gula sederhana (monosakarida) dengan hidrolisis sebelum fermentasi. Pati juga dapat digunakan sebagai bahan bakar non minyak (etanol).3. Selulosa4. Substrat dari limbah industri: Molase (tetes tebu), mengandung 50 % gula sebagai substrat untuk produksi antibiotik, asam organik. Whey (air dadih), Damen dan ampas tahu, bahkan urine hewan ternak.Berdasarkan bentuknya substrat dapat dibedakan menjadi:1. Substrat cair (air anggur)2. Substrat semi cair (yoghurt)3. Substrat padat digunakan untuk produksi tempe, oncom, kecap, kompos dsb. Solid substrate fermentation (SSF), melibatkan jamur berfilamen, yeast atau streptomyces.

J.Inokulum1. Bakteri: Bacillus sp., Lactobacillus sp., Streptococcus sp. Eschericia sp.2. Jamur: Aspergillus sp. Penicillium sp.3. Jamur filamentous:4. Kahmir (yeast): Saccharomyces sp.

BAB IIPERANAN MIKROORGANISME DALAM

TEKNOLOGI FERMENTASI

Fermentasi bahan pangan adalah sebagai hasil kegiatanbeberapa jenis mikroorganisme baik bakteri, khamir, dan kapang.Mikroorganisme yang memfermentasi bahan pangan dapatmenghasilkan perubahan yang menguntungkan (produk-produkfermentasi yang diinginkan) dan perubahan yang merugikan(kerusakan bahan pangan). Dari mikroorganisme yangmemfermentasi bahan pangan, yang paling penting adalah bakteripembentuk asam laktat, asam asetat, dan beberapa jenis khamirpenghasil alkohol. Jenis-jenis mikroorganisme yang berperan dalamteknologi fermentasi adalah :

Untuk Pakan TernakProses fermentasi dapat digunakan untuk mengolah limbah kulit singkong menjadi pakan

ternak yangpotensial.Lactobacillus sp, Saccharomyces sp, Aspergillus sp, dan Rhizopus sp. Jumlahtotal Lactobacillussp mencapai 108 dengan nilai pH ekstrak 3,77. Nilai pH ini terkait dengan terbentuknya asam laktat oleh Lactobacillus sp selama proses fermentasi berlangsung, yang berakibat menghambat pertumbuhan bakteri patogen. Sehingga, ekstrak fermentasi limbah kubis dan sawi layakdigunakan sebagai starter yang bersifat probiotik dalam proses fermentasi. Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan pakan ternak berpotensi probiotik berbasis limbah kulit singkong dengan memanfaatkan ekstrak fermentasi limbah kubis dan sawi sebagai starteryang bersifat probiotik.

Hasil penelitian menyimpulkan bahwa nilai manfaat kulit singkong meningkat dengan fermentasi menggunakan starter asal limbah kubis dan sawi dengan lama peran 2 hari.Singkong (Manihot esculenta Crantz) merupakan makanan pokok ketiga setelah padi danjagung bagi masyarakat Indonesia. Data BPS tahun 2008 menyatakan bahwa pada tahun 1995produksi singkong Indonesia mencapai 15,44 juta ton. Produksi singkong ini meningkat menjadi19,98 juta ton pada tahun 2007. Menurut Darmawan (2006), dari total produksi singkong akandihasilkan lebih kurang 16% limbah kulit singkong. Jumlah limbah kulit singkong yang cukupbesar ini berpotensi untuk diolah menjadi pakan ternak. Hanya saja perlu pengolahan yang tepatagar racun sianida yang terkandung dalam kulit singkong tidak meracuni ternak yangmengkonsumsinya.

Penelitian dari Hersoelistyorini dkk. (2011) menyimpulkan bahwa ekstrak limbah fermentasi sayur kubis dan sawi berpotensi sebagai starter fermentasi. Dengan kandungan mikroba antara lain : Lactobacillus sp, Saccharomyces sp, Aspergillus sp, dan Rhizopus sp. Jumlah total. Tujuanpenelitian ini adalah menghasilkan pakan ternak berpotensi prebiotik berbasis limbah kulit singkong dengan memanfaatkan ekstrak fermentasi limbah kubis dan sawi sebagai starter yang bersifat prebiotik.

Salah satu faktor yang mempengaruhi fermentasi adalah kadar air bahan. Pada perlakuan fermentasi kadar air bahan berkisar antara 60-70 % dengan perlakuan terbaik yaitu kadar air70%.Hal ini dikarenakan bahwa mikroorganisme yang terkandung dalam starter asal kubis dan

sawi di dominasi Lactobicillus sp dan Saccharomyces sp yang optimum untuk pertumbuhan pada kadar air 70% dengan lama fermetasi 2 hari. Kedua mikroorganisme tersebut diharapkan mampu berpotensi sebagai probiotik dan mampu bertahan pada saluran pencernaan unggas pada umumnya.Saccharomyces cerevisiae biasanya digunakan untuk industry fermentasi yang mengandung immunostimulan seperti_glucan, mannan oligosaccharides dan anti kanker.Saccharomyces cerevisiae dan Aspergillusoryzae merupakan jenis fungi yang banyak digunakan dalam pakan ternak .Saccharomyces cerevisiae mempunyai karakteristik khusus dalam pakan ternak karena kemampuannya memproduksi asam glutamat yang dapat meningkatkan palatability pakan.Berbeda dengan bakteri, fungi merupakan mikroorganisme yang mempunyaiTingkat resisten yang tinggi dan dapat hidup pada kondisi keasaman dengan pH 1,5 di samping itu mudah dikembang biakkan. Pemberian Saccharomyces cerevisie dapat meningkatkan daya cerna protein dan serat seperti selulosa dan hemiselulosa (Tawwab et al., 2008).

Tujuan fermentasi disamping meningkatkan daya guna bahan dan mengeliminirzat anti nutrisi jga dapat membentuk biomassa.Fermentasi kulit singkong dengan starter limbah kubis dan sawi dapat meningkatkan kandungan biomassa pada perlakuan 40% dengan meningkatnya kandungan Lactobacillus sp dan Saccaromyces sp meskipun tidak di sertai peningkatan protein kasar. Menurut Fardiaz (1989) proses dan produk fermentasi dipengaruhi oleh jenis dan jumlah starter, jenis substrat, pH, dan suhu serta lama proses pemeraman. Mulyono et al. (1989) menyatakan biomassa merupakan wujud massa dari hasil proses biologis dari mikroorganisme. Mikroorganisme mampu mengkonversi bahan menjadi protein.Namun dalam penggunaanan alisis proksimat,protein asal mikrobia tidak terbaca sebagai N asal NPN sehingga tidak meningkatkan kandungan protein kasa rmeskipun mempunyai kandungan Lactobacillus sp dan Saccaromyces sp terbanyak. Proses fermentasi mempunyai kelebihan antara lain, tidak menimbulkan efek samping yang negatif, mudah dilakukan, relative tidak membutuhkan peralatan khusus dan biaya relative murah. Proses fermentasi dilakukan dengan menambahkan starter mikroorganisme (kapang atau bakteri) yang sesuai dengan substrat dan tujuan proses fermentasi. Penggunaan starter dipilih yang mempunyai kemampuan biokonversi optimal sesuai dengan tujuan fermentasi, mudah dibiakkan, mudah didapat dan murah.Tujuan fermentasi adalah menghasilkan suatu produk (bahan pakan) yang mempunyai kandungan nutrisi, tekstur dan biological availibility yang lebih baik, disamping itu juga dapat menurunkan anti nutrisinya (Winarno, 1984).

Penggunaan starter limbah kubis dan sawi sebesar 40% menunjukkan hasil terbaik untuk starter fermentasi guna meningkatkan kualitas dan utilitas kulit singkong sebagai pakan unggas dilihat dari peningkatan biomassa dan protein yang sama serta penurunan serat kasar.

Untuk Industri SusuSusu fermentasi merupakan produk kesehatan yang mempunyai banyak manfaat terutama

untuk saluran pencernaan manusia. Pembuatan produk susu fermentasi probiotik sebagai makanan fungsional yang mempunyai kelangsungan hidup dan daya simpan yang lama perlu dikembangan. Tujuan penelitian ini adalah untuk memformulasikan susu fermentasi kering

menggunakan bakteri probiotik. Desain penelitian yang digunakan adalah rancangan acak lengkap dengan 4 perlakuan menggunakan 4 bakteri asam laktat (BAL), (Streptococcus lactis, 0.5%), A2 (Streptococcus lactis; 0.25% dan Lactobacillus casei; 0.25%), A3 (Streptococcus lactis; 0.25%, Lactobacillus bulgaricus: 0.125%, dan Streptococcus thermophilus; 0.125%). Tingkat kekerasan tertinggi yaitu pada produk A2 dan tingkat kelembutan produk tertinggi pada produk A1. Analisis proksimat menunjukkan bahwa susu fermentasi kering memiliki kadar protein, kalsium, dan fosfor yang tinggi. Uji mikrobiologi menunjukkan bahwa jumlah bakteri asam laktat (BAL) pada susu fermentasi kering memenuhi syarat berdasarkan CODEX: 243 (2003). Analisis statistik menggunakan ANOVA pada uji mutu hedonik menunjukkan bahwa perlakuan berpengaruh (p<0.05) pada tekstur, kekerasan, dan rasa, tetapi tidak pada warna dan aroma. Hasil uji statistik pada uji hedonik menunjukkan bahwa perlakuan berpengaruh nyata (p<0.05) pada tekstur kecuali warna, aroma, kekerasan, dan rasa.Analisis mikrobiologi diperlukan untuk melihat jumlah BAL yang terdapat dalam produk.Analisis yang dilakukan meliputi uji Total Plate Count (TPC), selektifS. lactis, selektif enumerasi dan selektif differensial.Produk A1 memakai BAL Streptococcus lactis sehingga uji mikrobiologi yang dilakukan adalah selektif S. lactis dan TPC. Berdasarkan hasil analisis mikrobiologi yang dilakukan, diketahui bahwa rata-rata jumlah total bakteri yang terdapat pada produk susu fermentasi kering perlakuan A1 sebesar 10,10 unit log cfu/ml dan rata-rata jumlah S. lactis sebesar 10.07 unit log cfu/ml.

Produk A2 menggunakan BAL S. lactis dan L casei. Oleh karena itu uji mikrobiologi yang dilakukan antara lain uji TPC, selektifS. lactis, selektif enumerasi dan differensial L. Casei. Rata-rata jumlah total bakteri pada produk A2 yaitu sebesar 10.23 unit log cfu/ml dan S.lactis sebesar 10,06 unit log cfu/ml. Selain itu nilai rata-rata uji selektif differensial terhadap L.casei yaitu sebesar 7.52 unit log cfu/ml dan uji selektif enumerasi sebesar 7.34 unit log cfu/ml.

Produk A3 yaitu produk dengan menggunakan BAL S. lactis dan kultur yogurt (S. thermophilusdanL. bulgaricus). Uji mikrobiologi berupa TPC, selektifS. lactis, selektif enumerasi L. bulgaricusdanS. Thermophillus .Hasil pembacaan diketahui rata-rata jumlah total bakteri yang terdapat pada produk A3 yaitu sebesar 8.94 unit log cfu/ml, S. lactissebesar 8.44 unit log cfu/ml, S. thermophilus sebesar 6.83 unit log cfu/ml, danL. Bulgaricus sebesar 7.30 unit log cfu/ml.

Produk A4 merupakan produk dengan menggunakan BAL S. lactis dan Bifidobacteriumlongum. Uji mikrobiologi yang dilakukan yaitu TPC, selektifS. lactis, selektif enumerasi dan differensial B. longum. Rata-rata jumlah total bakteri pada produk A4 sebesar 9.06 unit log cfu/ml danS. Lactis sebesar 8.87 unit log cfu/ml. Hasil rata-rata uji selektif differensial B. longum sebesar 7.33 unit log cfu/ml dan selektif enumerasi sebesar 7.42 unit log cfu/ml.

Berdasarkan standar Codex: 243 (2003), jumlah minimum mikroba hidup yang diinginkan untuk label spesifik produk susu fermentasi yaitu sebanyak 106 cfu/ml atau sebesar 6 unit log cfu/ml. Karna et al. (2007) dalam laporan penelitiannya menjelaskan bahwa jumlah minimum bakteri asam laktat dari produk susu fermentasi yang layak dikonsumsi dan memberikan manfaat kesehatan adalah seba- nyak 105 sampai 106 cfu/g. Menurut Tannock (1999), jumlah mikroba

hidup yang harus terdapat pada produk probiotik adalah sebesar 106-108 cfu/gram. Berdasarkan ketentuan dan standar yang ada, maka semua produk susu fermentasi kering yang diformulasikan dalam penelitian ini sudah memenuhi syarat sebagai produk susu fermentasi yang berpotensi me-ningkatkan kesehatan.

FERMENTASI YOGHURT YANG DIPERKAYA UBI JALARKonsumsi produk pangan hasil fermentasisemakin meningkat hal ini disebabkan karena kesadaran konsumen untuk mengkonsumsi makanan yang sehat juga semakin meningkat.Produk-produk fermentasi bisa berasal dari berbagai bahan dasar, baik yang berbahan dari produk hewani maupun non hewani, salah satunya yang paling banyak dimanfaatkan adalah produk fermentasi berbasis susu. Salah satu produk fermentasi berbasis susu adalah yoghurt.Yoghurt adalah produk susu fermentasi berbentuk semi solid yang dihasilkan melaluiproses fermentasi susu dengan menggunkan bakteri asam laktat. Melalui perubahan kimiawi yang terjadi selam proses fermentasi dihasilkan suatu produk yang mempunyai tekstur, flavor,dan rasa yang khas. Selain itu juga mempunyai nilai nutrisi yang lebih baik dibandingkan susu segar. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas yoghurt adalah subtrat yang digunakan sebagai media fermentasi. Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai bahan tambahan subtrat pembuatan yoghurt adalah ubi jalar.Ubi jalar yang secara umum dikenal berupa ubi jalar putih, ubi jalar orange dan ubi jalar ungu. Jenis umbi keluarga Convolvuceae ini memang sudah dikenal sebagai sumber karbohidrat yang mengandung betakaroten, anthosianin, vitamin E, kalsium dan zat besi juga serat. Aktivitas antioksidan ubi jalar orange antara 2.26 – 10.95% sedangkan ubi jalar ungu antara 61,24 89,06% (Widjanarko, 2008). Choong et.all (2007) juga melaporkan bahwa dari beberapa varietas ubi jalar berdasarkan warna umbinya, aktivitas antioksidan tertinggi ditunjukkan oleh ubi jalar ungu, sedangkan yang terendah pada ubi jalar putih. Akan tetapi Del Pozo et.all (2002) melaporkan adanya aktivitas antimikroba oleh antosianin wortel hitam dan anggur merah. Sehingga penambahan ekstrak ubi jalar pada yoghurt diduga mempengaruhipertumbuhan mikroba kultur yoghurt.Penelitian dilakukan pada beberapa tahap yaitu :a. Pembiakan bakteriBiakan murni Streptococcus thermophilus FNCC 0040 dan Lactobacillus bulgaricus FNCC 0041 diperbanyak dengan memindahkan kultur bakteri tersebut ke dalam beberapa tabung reaksi yang berisi media cair MRS. Kegiatan ini dilakukan dengan cara mengambil 1 ose kultur bakteri secara aseptis kemudian dimasukkan dalam tabung reaksi.b. Pembuatan starter indukSusu skim disterilisasi pada suhu 121 oC selama 15 menit kemudian didinginkan sampai suhu 40 oC. Setelah itu, diinokulasikan dengan kultur hasil pembiakan dalam media MRS dan diinkubasi pada suhu 40 oC selama 24 jam.c. Pembuatan starter siap pakai

Susu skim disterilisasi pada suhu 121 oC selama 15 menit kemudian didinginkan sampai suhu 40 oC dan diinokulasikan dengan starter induk 2%. Selanjutnya diinkubasi pada suhu 40 oC selama 24 jam.d. Pembuatan ekstrak ubi jalarDitimbang 1 kg ubi jalar kemudian dikupas dan dicuci sampai bersih. Setelah itu, ubi jalar diiris kecil-kecil sebesar dadu lalu dimasukkan dalam juicer untuk menghasilkan bubur ubi jalar. Bubur ubi jalar dituang dalam beker glass 500 ml menggunakan corong yang dilapisi kain saring dan didiamkan selama 30 menit kemudian filtratnya diambil. Fitrat ini merupakan ekstrak ubi jalar yang siap digunakan untuk membuat yoghurt.e. Pembuatan YoghurtSusu segar, susu skim (5% b/v), dan ekstrak ubi jalar (10% v/v) di masukkan ke dalam Erlenmeyer dan dipasteurisasi suhu 90 0C selama 15 menit, kemudian di dinginkan 52 Caraka Tani XXV No.1 Maret 2010 sampai suhunya 40-45 0C. Selanjutnya, inokulasi starter menggunakan Streptococcus thermophilus FNCC 0040 dan Lactobacillus bulgaricus FNCC 0041 dengan perbandingan 1:1 sebanyak 2,5% (v/v), kemudian digojok hingga homogen. Susu dan ekstrak ubi jalar yang telah diinokulasi dengan starter tadi lalu dimasukkan ke dalam botol pengemas kemudian diinkubasi selama 15 jam pada suhu 40 oC hingga dihasilkan yoghurt.f. Analisa jumlah bakteri, kadar laktosa, dan analisa kadar asam laktatPada interval tertentu dilakukan analisis jumlah bakteri dengan Metode Standart Plate Count, analisa kadar laktosa menurut Sudarmadji, dkk (1984) dengan Metode Nelson Somoyogi, analisa kadar asam laktat dilakukan dengan Metode Titrimetri NaOH 0,1N menurut Soewedo (1994). Pengamatan dilakukan pada jam ke: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, dan 15. Hasil pengamatan dibuat grafik yang menunjukkan hubungan antara jumlah bakteri, kadar laktosa, dan kadar asam laktat dengan waktu fermentasi. Masing-masing perlakuandilakukan 3 kali ulangan analisis.

a. Kecepatan Pertumbuhan Spesifik selama FermentasiKecepatan pertumbuhan spesifik (μ ) adalah kecepatan pertumbuhan per satuan jumlah biomassa dan mempunyai satuan yang berupa kebalikan dari satuan waktu (1/t). Penentuan kecepatan pertumbuhan spesifik ini berdasarkan pada pola pertumbuhan logaritmik karena semua pertumbuhan adalah eksponensial sehingga yang dipakai adalah fase logaritmik. Tabel 1 menunjukkan data pertumbuhan spesifik selama fermentasi yoghurt yang diperkaya dengan ubi jalar.Kecepatan pertumbuhan spesifik fermentasi yoghurt orange paling cepat dibandingkan yang lainnya, yaitu 0,5880/jam. Secara berurutan kecepatan spesifik dari yang paling tinggi ke yang paling kecil adalah yoghurt orange, yoghurt ungu, yoghurt kontrol, dan yoghurt putih. Sedangkan kecepatan pertumbuhan spesifik selama fermentasi yoghurt yang diperkaya dengan ubi jalar ungu adalah 0,5589/jam. Kecepatan pertumbuhan spesifik selama fermentasi yoghurt kontrol adalah 0,4809/jam. Kecepatan pertumbuhan spesifik selama fermentasi yoghurt dengan penambahan ekstrak ubi jalar putih adalah 0,4510/jam.Hasil Pertumbuhan (Growth Yield Constant) Y X/S

Pertumbuhan dan pembentukan produk oleh mikroorganisme adalah proses biokonversi yaitu nutrien kimia yang diberikan kepada proses fermentasi dikonversi menjadi massa sel dan metabolitnya. Growth yield adalah hasil bagi antara perubahan jumlah biomassa dengan substrat. Growth yield merupakan suatu cara yang penting untuk menyatakan kebutuhan nutrisi oleh suatu mikroorganisme secara kuantitatif. Tabel 1 memperlihatkan besarnya hasil pertumbuhan (Growth Yield Constant) Y x/s pada pembuatan yoghurt kontrol sebesar 4,5x105cfu/mg, yoghurt putih sebesar 4,2x105cfu/mg, yoghurt ungu sebesar 7,5x105 cfu/mg, dan yoghurt orange sebesar 6,8x105

KESIMPULANKesimpulan dari penelitian ini menunjukkan bahwa kinetika fermentasi yoghurt yang diperkaya dengan ubi jalat adalah sebagai berikut :a. Besarnya nilai kecepatan pertumbuhan spesifik ( μ ) pada yoghurt orange adalah 0,05880/jam, yoghurt ungu 0,5589/jam, yoghurt kontrol 0,4809/jam, dan yoghurt putih 0,4510/jam. Berdasarkan nilai parameter kecepatan pertumbuhan spesifik penambahan ekstrak ubi jalar orange adalah yang paling efektif.b. Besarnya waktu penggandaan sel ( td ) pada yoghurt putih adalah 1,8393 jam yoghurt kontrol 1,4513 jam, yoghurt ungu 1,3806 jam dan yoghurt orange 1,2074 jam. Berdasarkan nilai parameter waktu penggandaan penambahan ubi jalar orange adalah yang paling efektif.c. Besarnya derajat multiplikasi (n) pada pembuatan yoghurt yang diperkaya ubi jalar orange adalah 6,0985 kali, yoghurt ungu 5,6837 kali, yoghurt putih 5,5671, dan yoghurt kontrol 4,9567. Berdasarkan nilai parameter derajat multiplikasi penambahan ekstrak ubi jalar orange merupakan starter yang paling efektif.d. Besarnya Hasil Pertumbuhan (YX/S) dan Pembentukan Produk (Yp/s) berurutan pada pembuatan yoghurt putih adalah 4,2 x105cfu/mg dan 0,139, yoghurt orange adalah 6,8 x105cfu/mg dan 0,1046 ,yoghurt ungu adalah 7,5x105cfu/mg dan 0,072, dan yoghurt kontrol 4,5x105 cfu/mg dan 0,082. Berdasarkan nilai parameter hasil pertumbuhan dan pembentukan produk penambahan ekstak ubi jalar putih adalah yang paling efektif.e. Besarnya efisiensi pembentukan asam laktat selama fermentasi yoghurt kontrol adalah 7,633%, yoghurt orange 6,479%, yoghurt putih 6,458%, dan yoghurt ungu 4,739%. Berdasarkan nilai parameter efisiensi pembentukan asam laktat pelakuan dengan tanpa penambahan ekstrak ubi jalar merupakan perlakuan yang paling efektif.

BAB III

PERTUMBUHAN MIKROORGANISMEDEFINISI PERTUMBUHAN

Pertumbuhan didefinisikan sebagai pertambahan secarateratur semua komponen didalam sel hidup. Pada organismemultiseluler, pertumbuhan adalah peningkatan jumlah sel perorganisme, dimana ukuran sel juga menjadi lebih besar.Pada organisme iniseluler (bersel tunggal) yang disebutpertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel, yang berarti jugapertambahan jumlah organisme, misalnya pertumbuhan yangterjadi pada suatu kultur mikroba.Pada organisme soenositik, selama pertumbuhan ukuran selmenjadi bertambah besar tetapi tidak terjadi pembelahan sel. Halini dapat digambarkan sebagai berikut

Gambar. Pertumbuhan sel soenositik.Sebagai contoh,pertambahan jumlah masa sel sebanyak dua kali dalam keadaankeseimbanagn akan mengakibatkan penambahan jumlahkomponen sel seperti air, protein, RNA, DNA dan sebagainyasebanyak dua kali pula.Umur suatu sel ditentukan setelah pembelahan sel selesai,sedangkan umur kultur ditentukan dari waktu atau lamanyainkubasi.Ukuran sel tergantung dari kecepatan pertumbuhan.Semakin baikzat nutrisi didalam substratnya mengakibatkan pertumbuhan selsemakin cepat dan ukuran sel semakin besar.

PERTUMBUHAN SEL BAKTERI.Bakteri adalah sel prokariotik yang tumbuh dengan carapembelahan biner, dimana satu sel akan membelah secarasimetris menjadi dua sel.Tahap-tahap yang terjadi selama pembelahan adalah sebagaiberikut :(1). Mula-mula terjadi peningkatan jumlah komponen-komponensel termasuk DNA sehingga ukuran sel juga bertambah besar.(2). Terjadi pembelahan sel yang dimulai dengan pertumbuhandinding sel, pembentukan spektum dan pemisahan septum,dimana masing-masing anak sel mempunyai setengan dinding selinduknya.

Gambar. Pembelahan biner pada bakteri.

KHAMIRKhamir adalah sel eukariotik yang berbeda dengan kapangdalam beberapa hal yaitu :(1). Khamir tidak membentuk spora aseksual seperti padakapang.(2). Selama siklus pertumbuhan vegetatif, khamir umumnyaterdapat dalam bentuk sel tunggal.

Khamir dapat tumbuh dengan cara menbentuk tunas (budding)atau membelah (fission), atau campuran dari pertunasan danpembelahan (bud-fission).Anak sel yang terbentuk kadang-kadang tidak melepaskan diridari induknya sehingga membentuk pseudomiselium.Pertunasan

Pembelahan

Pertunasan dan pembelahan

Gambar. Pertumbuhan sel khamir.

KAPANGKapang adalah organisme eukariotik yang tumbuh dengancara perpanjangan hifa. Hifa yang terbentuk kadang-kadangbersifat multinukleat dengan diameter 2 – 10 µ m. Pertumbuhandengan cara perpanjangan hifa juga terjadi pada beberapakhamir aerobik dan bakteri yang tergolong Actinomycetes sepertiActynomyces, Streptomyces, dan Nocardia. Pada Actynomyceteshifa yang terbentuk mempunyai diameter yang lebih kecil (±1µm) dengan ukuran yang lebih pendek.Panjang hifa dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan. Jikatumbuh pada permukaan medium, hifa berukuran sangatpanjang, sedangkan jika tumbuh dibawah permukaan(terendam), hifa akan terputus-putus sehingga ukurannya lebihpendek tetapi bercabang-cabang. Semakin cepat pengocokanpada kultur terendam. Semakin pendek hifa yang terbentuk.

Gambar. Pertumbuhan miselium.

KURVA PERTUMBUHANPertumbuhan mikroba didalam suatu kulturmempunyai kurva seperti terlihat pada gambar berikut

FASE ADAPTASIJika mikroba dipindahkan kedalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan disekitarnya. Lamanya fase adaptasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :(1). Medium dan lingkungan pertumbuhan.Jika medium dan lingkungan pertumbuhan sama sepertimedium dan lingkungan sebelumnya, mungkin tidak diperlukanwaktu adaptasi . Tetapi jika nutrien yang tersedia dan kondisilingkungan yang baru berbeda dengan sebelumnya, diperlukanwaktu penyesuaian untuk mensintesa enzim-enzim.(2). Jumlah inokulum.Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan mempercepat faseadaptasi.Fase adaptasi mungkin berjalan lambat karena beberapa sebab,misalnya :(1). Kultur dipindahkan dari medium yang kaya nutrien kemedium yang kandungan nutriennya terbatas.(2). Mutan yang baru dipindahkan dari fase statis ke mediumbaru dengan komposisi sama seperti sebelumnya.

FASE PERTUMBUHAN AWAL.Setelah mengalami fase adaptasi, mikroba mulai membelahdengan kecepatan yang rendah karena baru mulai menyesuaikandiri.FASE PERTUMBUHAN LOGARITMIK.Pada fase ini mikroba membelah dengan cepat dan konstanmengikuti kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhansangat dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti pHdan kandungan nutrien, juga kondisi lingkungan termasuk suhudan kelembaban udara. Pada fase ini mikroba membutuhkanenergi lebih banyak daripada fase lainnya. Pada fase ini kulturpaling sensitif terhadap keadaan lingkungan.FASE PERTUMBUHAN LAMBAT.Pada fase ini pertumbuhan populasi mikroba diperlambatkarena beberapa sebab :(1). Zat-zat nutrisi didalam medium sudah sangat berkurang.(2). Adanya hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun ataudapat menghambat pertumbuhan mikroba.Pada fase ini jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yangtumbuh masih lebih banyak dari pada jumlah sel yang mati.FASE PERTUMBUHAN TETAP (STATIS).Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yangtumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada faseini menjadi lebih kecil-kecil karena sel tetap membelah meskipun zat-zat nutrisi sudah habis. Karenakekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisiberbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada faseini sel-sel lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas,dingin, radiasi dan bahan-bahan kimia.FASE MENUJU KEMATIAN DAN FASE KEMATIAN.Pada fase ini sebagian mikroba mulai mengalami kematiankarena beberapa sebab yaitu :(1). Nutrien didalam medium sudah habis.(2). Energi cadangan didalam sel habis.Kecepatan kematian tergantung dari kondisi nutrien, lungkungandan jenis mikroba.

PENGARUH NUTRIEN DAN LINGKUNGAN TERHADAPKECEPATAN PERTUMBUHAN MIKROBA.Perbedaan dalam anatomi mikroba dan mekanisme pertumbuhan menyebabkan perbedaan dalam kecepatan pertumbuhan. Pada umumnya semakin kompleks struktur selsuatu organisme, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk membelah diri atau semakin lama waktu generasinya.Oleh karena itu bakteri mempunyai waktu generasi yang palingcepat,diikuti oleh khamir dan kapang, sedangkan protozoa mempunyai waktu generasi yang paling lama.Pengaruh Nutrien.Kecepatan pertumbuhan pada fase logaritmik dipengaruhi oleh tersedianya nutrien didalam medium dan dapat mencapai maksimum.Kecepatan pertumbuhan mempengaruhi ukuran sel dan jumlah asam nukleat di dalam sel. Semakin tinggi kecepatan pertumbuhan semakin besar ukuran sel dan semakin tinggi jumlah asam nukleat di dalam sel. Demikian pula semakin tinggikecepatan pertumbuhan akan meningkatkan jumlah massa seldan ribosoma per unit DNA.Pengaruh Suhu.Pengaruh suhu terhadap kecepatan pertumbuhan spesifikmikroba dapat digolongkan menjadi :(1). Psikrofilik(2). Mesofilik(3). Thermofilik.Suhu juga mempengaruhi efisiensi konversi substrat (karbonenergi) menjadi massa sel . Pada umumnya yield konversi maksimum terjadi pada suhu yang lebih rendah dari pada suhu dimana kecepatan

pertumbuhan maksimum.Hal ini penting dalamproses optimasi dimana diinginkan kecepatan pertumbuhan maksimum tetapi bukan yield pertumbuhan maksimum.Pengaruh Aktifitas air.Air sangat penting untuk pertumbuhan mikroba karena selain merupakan 80% dari berat sel mikroba juga karena air berfungsi sebagai reaktan misalnya dalam reaksi hidrolisis, dan sebagaiproduk misalnya dari reduksi oksigen dalam sistem transporelektron.Pengaruh pH.Kebanyakan mikroba dapat tumbuh pada kisaran pH sebesar3 – 4 unit pH atau pada kisaran 1000 – 10.000 kali konsentrasi ion hidrogen. Kebanyak bakteri mempunyai pH optimum sekitarpH 6.5 – 7.5.Dibawah 5.0 dan diatas 8.5 bakteri tidak tumbuh dengan baik.Khamir menyukai pH 4 – 5 dan tumbuh pada kisaran pH 2.5 –8.5. Oleh karena itu untuk menumbuhkan khamir biasanya dilakukan pada pH rendah untuk mencegah kontaminasi bakteri.Kapang mempunyai pH optimum antara 5 dan 7 dan dapat tumbuh pada kisaran pH 3 – 8.5.Nilai pH untuk pertumbuhan mikroba mempunyai hubungan dengan suhu pertumbuhannya. Jika suhu pertumbuhan naik, pH optimum untuk pertumbuhan juga naik.Dalam fermentasi, kontrol pH penting sekali dilakukan karena pH yang optimum harus dipertahankan selama fermentasi .Perubahan pH dapat terjadi selama fermentasi karena H dilepaskan selama konsumsi NH4

+ dan dikonsumsi selama metabolisme NO3- dan penggunaan asam amino sebagai sumber karbon.

Pengaruh Oksigen.Berdasarkan kebutuhan akan oksigen mikroba dapat dibedakan yaitu mikroba yang bersifat aerobik, anaerobik dan anaerobik fakultatif. Kapang dan khamir pada umumnya bersifat aerobik, sedangkan bakteri dapat bersifat aerobik dan anaerobik.Dalam fermentasi menggunakan mikroba aerobik, aerasi selama proses fermentasi sangat berpengaruh terhadap produk akhiryang dihasilkan.Setiap bakteri mempunyai suatu enzim yang tergolong flavoprotein yang dapat bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa-senyawa beracun yaitu H2O2 dan suatu radikal bebasyaitu O2

-.

Bakteri yang bersifat aerobik mempunyai enzim-enzim yaitu superoksida dismutase yang memecah radikal bebas tersebut,dan enzim katalase yang memecah H2O2 sehingga menghasilkan senyawa-senyawa akhir yang tidak beracun.Bakteri yang bersifat anaerobik fakultatif juga mempunyai enzim superoksida dismutase, tetapi tidak mempunyai enzimkatalase, melainkan mempunyai enzim peroksidase yang mengkatalis reaksi antara H2O2 dengan senyawa anorganik,menghasilkan senyawa yang tidak beracun.Bakteri yang bersifat anaerobik tidak mempunyai enzim superoksida dismutase maupun katalase, oleh karena itu oksigen merupakan racun bagi bakteri tersebut karena terbentuknya Hdan O2

-.CARA MENGUKUR PERTUMBUHAN MIKROBA.Dalam fermentasi biasanya perlu dilakukanpengukuran jumlah mikroba untuk mengetahui kecepatanpertumbuhannya. Pengukuran jumlah mikroba dapat dilakukandengan beberapa cara, yaitu secara langsung atau tidaklangsung, yang dapat dibedakan atas beberapa kelompok sebagaiberikut :A. Pengukuran jumlah sel, dengan cara :

1. Perhitungan mikroskopik langsung (Petroff- Hausser,hemasitometer)2. Hitungan cawan (menghitung sel yang hidup)3.Perhitungan sel secara otomatis ( menggunakan coultercounter).

B. Pengukuran massa sel, dengan cara :1. Pengukuran berat sel kering.2. Kekeruhan.3. Volume sel yang dipadatkan (PVC = Packed sell volume).

C. Pendugaan massa sel secara tidak langsung1. Pengukuran konsumsi nutrien.

2. Pengukuran komponen sel.3. Pengukuran produk yang terbentuk.4. Pengukuran panas fermentasi.5. Perubahan viskositas.

Cara pengukuran yang paling sering digunakan untukmengukur kecepatan pertumbuhan mikroba dalam proses fermentasiadalah pengukuran massa sel, baik secara langsung maupun tidaklangsung.Sedangkan pengukuran jumlah sel dengan caramikroskopik dan hitungan cawan.