Fermentasi Bakteri Asam Laktat

16 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik

C. Fermentasi Bakteri Asam Laktat

Fermentasi merupakan proses metabolisme dimana karbohidrat dan komponen yang terlibat didalamnya dioksidasi dengan melepaskan energi dalam ketiafaan akseptor eksternal. Penerima elektron akhir merupakan komponen organik yang diproduksi secara langsung dari pemecahan karbohidrat dan sebagai akibatnya hanya sebagian dari komponen utama yang terjadi dan hanya sejumalah kecil energi yang terlepas selama proses berlangsung Jay, 1992. Istilah fermentasi dapat digunakan untuk menyatakan pemecahan gula manjadi alkohol dan karbondioksida baik dengan menggunakan enzim maupun mikroorganisme dan dalam kondisi anaerobik maupun aerobik. Meskipun demikian fermentasi mempunyai kelebihan, yaitu dapat meningkatakan nilai nutrisinya Potter and Hotchkiss, 1995. Dalam fermentasi, bakteri asam laktat akan menfermentasikan bahan pangan untuk menghasilkan perubahan yang diinginkan dan yang terutama adalah terbentuknya asam laktat dimana asam laktat tersebut akan menurunkan nilai pH dari lingkungan pertumbuhannya dan menimbulkan rasa asam. Hal ini juga berakibat menghambat pertumbuhan dari beberapa jenis mikroorganisme lainnya. Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa produk yang dihasilkan dari fermentasi bakteri asam laktat akan berbeda tergantung pada jenis bakteri asam laktatnya apakah homofermentatif atau heterofermentatif Buckle et el, 1987. Dalam proses fermentasi produk pangan ada beberapa faktor yang berpengaruh yang harus diperhatikan, yaitu : Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 17 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik 1. Sumber Karbon Gula Gula merupakan sumber energi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk mempertahankan hidup. Sukrosa gula pasir meupakan salah satu jenis gula yang paling bagus karen sukrosa termasuk gula sederhana yang mudah dicerna oleh bakteri Ailen and Frank, 1999. Menurut Buckle 1987, gula yang ditambahkan dalam proses pembuatan Yoghurt adalah 4 -11 . Selama fermantasi gula akan diubah menjadi glukosa dan fruktosa. Gula akan menyediakan nutrisi untuk metabolisme serta digunakan oleh mikroorganisme untuk proses respirasi dan fermentasi Alick and Bartholomew, 1998. 2. Nutrien Substrat yang baik untuk pertumbuhan mikrobia adalah substrat yang mengandung nutrient seperti vitamin, mineral dalam jumlah yang cukup. Menurut Rahman 1989, senyawa – senyawa karbon dan nitrogen merupakan komponen pentinga dalam medium fermentasi yang menyediakan semua nutrient yang dibutuhkan mikrobia untuk memperoleh energi, bahan pembentuk sel dan pertumbuhan serta biosintesa produk – produk metabolisme. Hampir semua mikroorganisme tergantung pada kebutuhan nutrient untuk energi dan pertumbuhan. Energi uyang diperoleh berasal dari karbon sederhana, termasuk juga selulosa komplek yang hanya bisa dipecah oleh beberapa mikroorganisme saja. Sumber ernergi yang lain adalah protein dan Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 18 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik asam amino, sednagkan mineral dapat membantu pertumbuhannya Weiser, dkk. 1978. 3. Jumlah Starter Kuantitas starter yang ditambahkan dalam media bergantung pada temperatur inkubasi , kurang lebih 5-10 vv. Pada umumnya jumlah starter yang ditambahkan tergantung pada keasaman starter, suhu dan lama fermentasi yang diinginkan. Jumlah starter yang ditambahkan pada media umumnya bervariasi 1-5 vv. 4. Lama Fermentasi Lama fermentasi adalah wakru yang dibutuhkan oleh suatu mikroorganisme untuk meromabak bahan menjadi lebih sederhana. Media bisa berupa karbohidrat atau protein. Lama fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi gula, kultur yang digunakan dan suhu fermentasi Judoamidojo, 1992. Dalam hal ini fermentasi belum dapat dipastikan, selain juga tergantung mikroorganisme Alick and Bartholomew, 1998. 5. Suhu Suhu untuk fermentasi umumnya disesuaikan dengan suhu optimum pertumbuhan mikrobia, bila suhu menurun maka akan terjadi fermentasi yang lambat Alick and Bartholomew, 1998. Mekanisme fermentasi pada yoghurt ditandai dengan terjadinya fermentasi laktosa yang merupakan karbohidrat utama dalam susu yang dapat digunakana oleh bakteri sebagai sumber energi untuk pertumbuhannya Surajudin dkk., 2005. Bakteri Asam Laktat BAL adalah bakteri yang memfermentasi gula Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 19 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik heksosa untuk menghasilkan sejumlah besar asam laktat. Keberadaan asam laktat memungkinkan terjadinya penghambatan pertumbuhan berbagai mikrobia patogen dan pembusuk Widodo,2003. Pemecahan asam piruvat menjadi asam laktat sering disebut sebagai fermentasi asam laktat Winarno dan fardiaz, 1994. Secara fisiologis, BAL ada yang bersifat homofermentatif dan ada pula yang heterofermentatif. Bakteri yang bersifat homofermentatif mayoritas menghasilkan asam laktat, sedangkan yang bersifat heterofermentatif selain menghasilkan asam laktat juga menghasilkan asam asetat, etanol dan karbondioksida Widodo,2003. Menurut Widodo 2003 pada fermentasi asam laktat, laktosa dihidrolisis oleh enzim β-galaktosidase menjadi glukosa dan galaktosa. Galaktosa akan diubah menjadi glukosa-6-fosfat melalui Leloir pathways dan kemudian bersama dengan glukosa difermentasi melalui alur Embden Meyerhof Parnas membentuk asam laktat. Mekanisme metabolisme laktosa homofermentatif dapat dilihat pada Gambar II.3. Asam laktat yang dihasilkan menyebabkan penurunan pH susu dan meningkatkan keasaman susu Koswara, 1992. Proses glikolisis menurut skema Embden Meyerhof Parnas pada gambar II.3 terdiri dari beberapa tahap : Tahap 1. Hidrolisis laktosa menjadi glukosa dan galaktosa yang dikatalisa oleh enzim laktase atau β-D-galaktosidase. Tahap 2. Phosforilase D-glukosa menjadi D-glukosa-6-phospat. Tahap ini dikatalisa oleh enzim heksokinase dan memerlukan 1 atom molekul ATP serta ion magnesium. Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 20 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik Tahap 3. Isomerisasi glukosa-6-phospat menjadi fruktosa-6-phospat yang dikatalisa oleh enzim phosphoglukoisomerase. Tahap 4. Phosporilasi fruktosa-6-phosphat menjadi fruktosa-1,6-diphospat. Tahap ini dikatalisa oleh enzim phosphofruktokinase dan memerlukan 1 molekul ATP serta ion magnesium. Tahap 5. Pemecahan fruktosa-1,6-diphospat menjadi senyawa triphospat yaitu gliserida 3 phospat dan dihidroksi aseton phospat, yang dikatalisa oleh enzim aldolase dan bersifat bolak-balik. Tahap 6. Oksidasi dan phosporilasi gliseraldehida 3 phospat menjadi asam 1,3- diphospogliserat, yang dikatalisa oleh enzim gliseraldehida-3-phospat dehidrogenase dan coenzim diphospo piridin dinukleotida DPN Tahap 7. Pembentukan molekul ATP yaitu dengan cara memecah ikatan phospat berenergi tinggi dari molekul DPGA ke molekul ADP. Proses ini dikatalisa oleh enzim phosphogliserat kinase dan menghasilkan asam 3-phospogliserat 3-PGA dan 1 molekul ATP. Tahap 8. Isomerisasi 3-PGA oleh enzim phosphogliseromutase menjadi asam 2-phosphogliserat 2-PGA. Tahap 9. Dehidrase yaitu pelepasan 1 molekul air dari asam 2-phosphogliserat dengan bantuan enzim enolase dikalikan 2-phosphoenol piruvat yang mempunyai ikatan phosphat berenergi tinggi dalam molekulnya. Tahap 10. Pemindahan ikatan phosphat berenergi tinggi dari molekul PEP ke molekul ADP sehingga terbentuk asam piruvat dan 1 molekul ATP yang dikatalisa oleh enzim piruvat kinase. Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 21 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik Tahap 11. Asam piruvat menerima kembali pasangan elektron yang berasal dari oksidasi asam gliseraldehida-3-phosphat dalam proses glikolisis sehingga tereduksi menjadi asam laktat yang dikatalisa oleh enzim laktat dehidrogenase. Proses fermentasi pada susu akan menghasilkan asam-asam organik yang akan menyebabkan pH susu turun hingga mencapai titik isoelektris protein susu sekitar 4-4,5. Menurut Winarno 1992, jika pH turun menjadi 4,6 atau lebih rendah, maka protein akan terdenaturasi yaitu perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier dan kuartener molekul tempat terjadinya pemecahan ikatan-ikatan kovalen. Pengembangan molekul protein yang terdenaturasi akan membuka gugus reaktif pada rantai polipeptida dan terjadi pengikatan antara gugus reaktif yang sama atau berdekatan. Bagian dalam protein yang bersifat hidrofobik berbalik keluar, sedangkan bagian luar yang bersifat hidrofilik akan melipat ke dalam dan akhirnya protein akan menggumpal terkoagulasi membentuk gel yoghurt. Kasein merupakan protein utama dalam susu. Pada proses fermentasi, pH susu turun menjadi sekitar 4,5 atau lebih rendah lagi tergantung lama pemeraman, yang mengakibatkan kasein menjadi tidak stabil dan terkoagulasi menggumpal dan membentuk gel yoghurt. Gel yoghurt ini semi solid setengah padat dan menentukan tekstur dari yoghurt. Selain berperan dalam pembetukan tekstur, asam laktat juga berperan memberikan ketajaman rasa dan aroma yang khas asam pada yoghurt Koswara, 1992. Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 22 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik Gambar II.3 Jalur Metabolisme Bakteri Asam Laktat Homofermentatif Widodo, 2003. Pyruvate kinase phosphoglicerokinase 3 3 - - P P h h p p s s p p h h o o g g l l i i s s e e r r a a t t 1 1 , , 3 3 - - D D i i p p h h o o s s p p h h o o g g l l i i s s e e r r a a t t N N A A D D H H D D i i h h y y d d r r o o x x y y a a c c e e t t o o n n e e - - P P G G l l i i c c e e r r a a l l d d e e h h i i d d - - 3 3 - - P P Fruktose-1,6- biphosphate aldolase F F r r u u k k t t o o s s a a - - 1 1 , , 6 6 - - d d i i f f o o s s f f a a t t Phosphofruktokinase Phosphoglukose isomerase F F r r u u k k t t o o s s a a - - 6 6 - - P P phosphogluko mutase heksokinase G G l l u u k k o o s s a a - - 6 6 - - P P Glucose galaktose-1-phosphate uridyl transferase uridine diphosphate-glukose epimerase Β-galaktosidase G G l l u u k k o o s s a a L L a a k k t t o o s s a a G G l l u u k k o o s s a a - - 1 1 - - P P G G a a l l a a k k t t o o s s a a - - 1 1 - - P P G G a a l l a a k k t t o o s s a a A A D D P P A A T T P P A A D D P P A A T T P P A A D D P P A A T T P P triose phosphate dehidrogenase N N A A D D + + A A T T P P A A D D P P phosphogliceromutase 2 2 - - D D i i p p h h p p s s p p h h o o g g l l i i s s e e r r a a t t enolasee P P h h o o s s p p h h o o e e n n o o l l p p i i r r u u v v a a t t P P y y r r u u v v a a t t A A T T P P A A D D P P A A s s a a m m L L a a k k t t a a t t N N A A D D - - N N A A D D H H + + H H + + Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. 23 Tinjauan Pust aka Pemanfaatan Umbi Bengkuang Pachyrrhizus erosus Untuk Minuman Sinbiotik

D. Prebiotik