BIOTEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN

IX. BIOTEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN

9.1. Fisiologi Sel Mikroba

enzim. Dalam pertumbuhan mikroba juga terjadi proses metabolik yaitu mulai dari

Pertumbuhan dapat didefi nisikan sebagai transport nutrien dari medium ke dalam pertambahan secara teratur semua sel, konversi bahan nutrien menjadi komponen di dalam sel hidup. Pada energi dan konstituen sel, replikasi organisme multi-seluler, pertumbuhan kromosom, peningkatan ukuran dan adalah peningkatan jumlah sel organisme masa sel serta pembelahan sel secara dan perbesaran ukuran sel. Pada biner yang terjadi pula pewarisan genetik organisme uniseluler (bersel tunggal), (genom turunan) ke sel anakan. pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel yang berarti terjadi juga pertambahan jumlah organisme, misalnya pertumbuhan yang terjadi pada suatu kultur jasad renik dari sedikit menjadi banyak. Umur sel ditentukan segera setelah proses pembelahan sel selesai, sedangkan umur kultur ditentukan dari waktu atau lama-nya inkubasi. Ukuran sel tergan- tung dari kecepatan pertumbuhannya. Semakin baik zat nutrisi di dalam sel semakin cepat pertum-buhan jumlah dan

Gambar 9.1 Kurva Pertumbuhan Mikroba

ukuran sel.

(Fardiaz, 1997)

Kurva di atas disebut sebagai kurva Pertumbuhan mikroba dalam bioreaktor pertumbuhan mikroba. Ada empat fase terjadi secara pertumbuhan individu pada pertumbuhan bakteri sebagaimana sel dan pertumbuh-an populasi. tampak pada kurva yaitu fase lambat Pertumbuhan individu sel meliputi (lag phase), fase eksponensial/logaritma peningkatan substansi dan komponen (expo-nential phase), fase stationer/ sel, peningkatan ukuran sel serta tetap (stationary phase), dan fase pembelahan sel. Pertumbuhan populasi kematian (death phase). Adapun ciri-ciri meliputi peningkatan jumlah akibat dari keempat fase seperti yang dijelaskan pembelahan sel dan peningkatan

pada Tabel 9.1.

aktivitas sel yang melibatkan sintesis

Tabel 9.1 Fase Pertumbuhan Mikroba

Fase Pertumbuhan

Ciri-ciri

Fase lambat (lag phase) Tidak ada pertumbuhan populasi karena semengalami perubahan komposisi kimiawi danukuran serta bertambahnya substansi intraseluler sehingga siap untuk membelah diri.

Fase eksponensial/Logaritma Sel membela diri dengan laju yang konstan, massa (exponential phase)

menjadi dua kali lipat,

Fase stasioner/tetap keadaan pertumbuhan seimbang. terjadinyapenumpukan (stationary phase)

racun akibat metabolisme sedan kandungan nutrien mulai habis, akibatnyaterjadi kompetisi nutrisi sehingga beberapa semati dan lainnya tetap tumbuh. Jumlah semenjadi konstan.

Fase kematian (death phase) Sel menjadi mati akibat penumpukan racundan habisnya nutrisi, menyebabkan jumlah seyang mati lebih banyak sehingga mengalampenurunan jumlah sel secara eksponensial.

Pertumbuhan Mikroba

pertumbuhan. Hal ini disebabkan di bawah suhu minimum dan di atas

Pengetahuan akan kurva pertumbuhan suhu maksimum, aktivitas enzim akan mikroba (seperti bakteri) sangat penting berhenti, bahkan pada suhu yang terlalu untuk menggambarkan karakteristik tinggi akan terjadi denaturasi enzim pertumbuhannya, sehingga akan sehingga metabolisme dan pertumbuhan mempermudah dalam kultivasi sel terganggu bahkan dapat menye- (menumbuhkan) mikroba pada suatu babkan kematian sel mikroba. media, atau penyimpanan kultivasi dan penggantian media.

Jasad renik dapat dibedakan atas beberapa grup berdasarkan atas

Pertumbuhan mikroba dipengaruhi oleh kemampuannya untuk dapat memulai berbagai faktor lingkungan, di antaranya pertumbuhan pada kisaran suhu tertentu. yaitu suhu, pH, aktivitas air, adanya Penggolongan tersebut yaitu meliputi: oksigen, dan tersedianya zat ma-kanan. Mikroba mempunyai suhu maksimum

1. Psikrofi lik adalah mikroba yang dan suhu minimum se-bagai batas suhu

dapat tumbuh pada suhu 0 o C, pertumbuhannya. Suhu yang terbaik

C, dan untuk pertum-buhan mikroba disebut

dengan suhu optimum 5-15 o

suhu maksimum sekitar 20 o C. suhu opti-mum. Masing-masing jasad

renik mempunyai suhu optimum, minimum, dan maksimum untuk

2. Mesofi lik adalah mikroba yang tumbuh baik pada suhu 20-45 o C. Pada suhu tersebut jika suatu makanan disimpan memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap jenis jasad renik yang dapat tumbuh serta kecepatan pertumbuhannya. Kapang dan Khamir pada umumnya tergolong dalam mikroba mesofi lik.

3. Termofi lik adalah mikroba yang dapat tumbuh pada suhu yang relatif tinggi dengan suhu minimum

25 o

C, suhu optimum 45-55 o

C, dan

suhu maksimum 55-65 o

C. Beberapa

bakteri termofi lik bahkan masih dapat hidup dan tumbuh sampai suhu 75 o

C, misalnya Bacillus

thermosaccharolyticum. Bakteri yang masih tahan dan tidak mati pada suhu pasteurisasi tersebut, disebut bakteri termodurik.

Mikroba menggunakan komponen- komponen kimia di dalam substrat sebagai sumber energi untuk berkembang biak dan membentuk sel- sel baru. Aktivitas sel tersebut dilakukan oleh berbagai enzim yang diproduksi sel mikroba. Berlangsungnya reaksi enzimatis dapat dilihat dari produk akhir reaksi atau berkurangnya komponen yang dipecah. Berda- sarkan sifat pemecahan terhadap komponen kimia substrat, mikroba dapat dikelompokkan menjadi mikroba amilolitik, lipolitik, pektinolitik dan sebagainya.

Mikroba amilolitik dapat memecah pati menjadi komponen yang lebih sederhana terutama glukosa, komponen gula

sederhana dapat dipecah lebih lanjut oleh mikroba menjadi asam, alkohol atau gas. Mikroba lipolitik dapat memecah lemak sehingga dihasilkan gliserol dan asam-asam lemak, sedangkan mikroba proteolitik dapat memecah protein men- jadi peptida dan asam amino. Mikroba yang tersifat aerob (membutuhkan oksigen dalam kelangsungan hidup

pertumbuhannya) dapat memecah H 2 O 2 yang bersifat racun bagi sel mikroba itu sendiri dengan mengubahnya menjadi

H 2 O dan O 2 menggunakan enzim katalase yang diproduksinya.

Bakteri tumbuh dengan cara pembelahan biner, yang berarti dari satu sel membelah menjadi dua sel. Waktu yang dibutuhkan oleh sel untuk membelah disebut waktu generasi. Waktu ini bervariasi tergantung pada spesies dan kondisi pertumbuhan. Semua bakteri yang tumbuh pada makanan bersifat heterotropik, yaitu membutuhkan zat organik untuk pertumbuhannya. Dalam metabolismenya bakteri heterotropik menggunakan protein, karbohidrat, lemak dan komponen makanan lainnya sebagai sumber karbon dan energi untuk pertumbuhannya.

Beberapa bakteri dapat mengoksidasi karbohidrat secara lengkap menjadi CO 2

dan H 2 O, atau memecahnya menjadi asam, alkohol, aldehida atau keton. Bakteri juga dapat memecah protein yang terdapat di dalam makanan menjadi polipeptida, asam amino, amonia, dan amin.

Beberapa jenis spesies tertentu dapat sering terdapat di dalam feses. memecah lemak menjadi gliserol

Bakteri ini sering digunakan sebagai dan asam lemak. Meskipun bakteri

indikator kontaminasi oleh kotoran membutuhkan vitamin untuk proses

feses.

metabolismenya, beberapa dapat men- sintesis vitamin-vitamin tersebut dari

2. Endomycopsis komponen lainnya di dalam medium. Endomycopsis adalah jenis khamir Beberapa bakteri lainnya tidak dapat

yang memiliki morfologi spora tumbuh jika tidak ada vitamin di dalam

bervariasi di antara spesies. mediumnya. (Pelczar et al, 1977).

Endomycopsis memproduksi spora berbentuk bulan sabit.

Jika bakteri tumbuh pada bahan pangan dapat menyebabkan berbagai perubahan

3. Pseudomonas baik penampakkan maupun komposisi Pseudomonas merupakan salah satu kimia dan cita rasa bahan pangan

jenis dalam kelompok yang sering tersebut. Perubahan yang dapat terlihat

menimbulkan kebusukan makanan. dari luar misalnya perubahan warna,

Bakteri ini bersifat motil dengan pembentukan fi lm atau lapisan pada

fl agela polar.

permukaan seperti pada minuman atau makanan cair/padat, pembentukan lendir,

4. Candida

pembentukan endapan atau kekeruhan Sel Candida tumbuh membentuk pada minuman, pembentukan gas, bau

pseudomiselium atau hifa yang me- asam, bau alkohol, bau busuk, dan

ngandung banyak sel-sel tunas atau berbagai perubahan lainnya (Fardiaz,

disebut blastospora, dan mungkin 1992).

membentuk khlamidospora. Keba- nyakan spesies pertumbuhannya

Beberapa contoh mikroba (bakteri, membentuk fi lm pada permukaan, khamir dan kapang) yang sering dibahas

dan sering merusak makanan- atau terdapat dalam bahan makanan

makanan yang mengandung garam antara lain:

dan asam dalam jumlah tinggi. Selain menyebabkan kerusakan makanan,

1. E. coli beberapa spesies Candida juga di- Awalnya Eschericia disebut gunakan dalam industri. Aerobacter yang merupakan bakteri koliform yaitu bakteri yang sering

5. Bacillus subtilis digunakan dalam uji sanitasi air Bakteri ini bersifat aerobik sampai dan susu. Jenis Escheciria hanya

anaerobik fakultatif, katalase positif, mempunyai satu spesies yaitu

dan kebanyakan bersifat gram positif,

E. coli, dan disebut koliform fekal hanya beberapa saja yang bersifat karena ditemukan di dalam saluran

gram negatif. Bentuk spora yang usus hewan dan manusia, sehingga

diproduksi oleh Bacillus bermacam- diproduksi oleh Bacillus bermacam-

pada sayur dan buah-buahan. Selain yang langsing, dengan diameter

merusak makanan, beberapa spe- tidak melebihi 0,9 µM. B. subtilis

sies Rhizopus juga digunakan dalam merupakan bakteri mesofi lik.

pembuatan beberapa makanan fermentasi tradisional, misalnya R.

6. Staphylococcus oligosporus dan R. oryzae yang di- Staphylococcus merupakan bakteri

gunakan dalam fermentasi ber bagai berbentuk bulat yang terdapat dalam

macam tempe dan oncom hitam bentuk tunggal, berpasangan, tetrad,

(Frazier dan Westhoff, 1978). atau berkelompok seperti buah anggur. Nama bakteri ini berasal dari

10. Aspergillus niger

bahasa Latin “staphele” yang berarti Grup Aspergillus niger mempunyai anggur. Bakteri ini membutuhkan

kepala pembawa konidia yang besar nitrogen organik (asam amino)

yang dipak secara padat, bulat dan untuk pertumbuhannya, dan bersifat

berwarna hitam, cokelat-hitam atau anaerobik fakultatif.

ungu-cokelat. Konidianya kasar dan mengandung pigmen. Kebanyakan

7. Streptococcus faecalis galur dalam grup ini mempunyai Streptococcus faecalis merupakan

sklerotia yang berwarna abu-abu bakteri dalam grup Enterococcus

sampai hitam. Beberapa galur yang dapat hidup atau lebih tahan

digunakan dalam produksi asam panas dan berasal dari kotoran

sitrat, asam glukonat dan enzim. manusia. Streptococcus faecalis merupakan varietas yang bersifat Untuk mengetahui morfologi mikroba proteolitik-asam.

(bentuk dan ciri-ciri tertentu) dapat di- lakukan pengamatan menggunakan

8. Saccharomyces ellipsoideus mikroskop. Pengamatan bakteri dilaku- Saccharomyces ellipsoideus meru- kan dengan pengecatan gram untuk pakan variasi khamir dari S. cerevi- membedakan antara bakteri gram posi- ciae yang mempunyai galur mem- tif dengan bakteri gram negatif. Pada produksi alkohol dalam jumlah tinggi bakteri gram positif akan menghasilkan sehingga sering digunakan dalam penampakan koloni sel berwarna ungu produksi olkohol, anggur dan minu- sedangkan bakteri gram negatif akan man keras (Netser et al, 1973).

menghasilkan penampakan koloni sel berwarna merah muda (Gambar 9.2).

9. Rhizopus Rhizopus sering disebut juga kapang roti karena sering tumbuh dan me- nyebabkan kerusakan pada roti. Se-

Perbedaan tersebut disebabkan oleh fumarat, aseton butanol asam asetat dan adanya perbedaan lapisan pembentuk enzim termasuk metabolit primer. dinding sel (Gambar 9.3).

Metabolit primer lainnya adalah yang ter- masuk senyawa antara pada jalur reaksi Embden Meyerhof, jalur pentosafosfat, dan siklus asam trikarboksilat (Siklus Krebs). Dalam memproduksi senyawa metabolit primer harus dipilih mikroba yang potensial untuk fermentasi.

Beberapa contoh fermentasi metabo-

Gambar 9.2 A. Pewarnaan Gram Positif (Bacillus

sp), B. Pewarnaan Gram Negatif Staphylococcus

lit primer antara lain aseton butanol,

aureus. Pengamatan di Bawah Mikroskop dengan

alkohol/etanol, asam cuka, asam sitrat,

Perbesaran 1000x. (Nurhayati, 2005)

enzim dan vitamin.