Makalah Bioproses

http://3.bp.blogspot.com/-SW3JrvKUC_g/VP74aOVZjeI/AAAAAAAAAJc/5ISvrLQF-fA/s1600/Copy-of-300x250-sitebuilder_128.gif

PERTUMBUHAN

   Pertumbuhan merupakan proses bertambahnya ukuran atau subtansi atau massa zat suatu organisme, misalnya kita makhluk makro ini dikatakan tumbuh ketika bertambah tinggi, bertambah besar atau bertambah berat. Pada organisme bersel satu pertumbuhan lebih diartikan sebagai pertumbuhan koloni, yaitu pertambahan jumlah koloni, ukuran koloni yang semakin besar atau subtansi atau massa mikroba dalam koloni tersebut semakin banyak, pertumbuhan pada mikroba diartikan sebagai pertambahan jumlah sel mikroba itu sendiri. Pertumbuhan merupakan suatu proses kehidupan yang irreversible artinya tidak dapat dibalik kejadiannya.

   Pertumbuhan didefinisikan sebagai pertambahan kuantitas konstituen seluler dan struktur organisme yang dapat dinyatakan dengan ukuran, di ikuti pertambahan jumlah, pertambahan ukuran sel, pertambahan berat atau massa dan parameter lain. Sebagai hasil pertambahan ukuran dan pembelahan sel atau pertambahan jumlah sel maka terjadi pertumbuhan populasi mikroba (Zaldi, 2009). 

    Hidup ini pada dasarnya berhubungan dengan pertumbuhan. Fenomena pertumbuhan dapat dipelajari ilmiah dari dua sudut pandang yang berbeda:

a. Pada tingkat sel atau organisme: Di sini, tersetel seluler (metabolik dan peraturan) proses-proses yang mendasari peningkatan panjang dan volume, divisi dan replikasi yang menarik. Proses-proses ini dapat dipelajari tanpa melihat pada populasi secara keseluruhan.

b. Pada tingkat populasi: Berikut peningkatan jumlah individu atau ukuran populasi dan deskripsi matematika dan pemodelan yang menarik. Strictly berbicara, ini adalah studi tentang propagasi (Jerman: Vermehrung), namun demikian pertumbuhan jangka umumnya digunakan. Hal ini dapat dipelajari dan dimodelkan tanpa pengetahuan mekanisme seluler (Widdel, 2010).

Mikroorganisme tumbuh di berbagai lingkungan. Beberapa seperti itu panas sementara yang lain seperti itu dingin. Beberapa asam yang penuh kasih. Beberapa membutuhkan kelembaban yang tinggi. Lainnya tidak. Beberapa dapat mentolerir tinggi garam (saline) lingkungan. Banyak memerlukan kehadiran oksigen, tapi beberapa tidak (Janke, 2002). 

          Berikut faktor yang mempengaruhi proses pertumbuhan:

1. Faktor instrinsik

a. Aktivitas air (a_w)

     Pertumbuhan dan metabolisme mikroba memerlukan air dalam bentuk yang tersedia. Air yang dimaksudkan adalah air bebas atau air yang tidak terikat dalam bentuk ikatan dengan komponen – komponen penyusun bahan pangan lain. Oleh karena itu, besarnya kadar air suatu bahan pangan bukan merupakan parameter yang tepat untuk menggambarkan aktivitas mikroba pada bahan pangan. Aktivitas kimia air atau sering diistilahkan aktivitas air (water activity = a_w) merupakan parameter yang lebih tepat untuk mengukur aktivitas mikroba pada bahan pangan. Sebagian besar mikroba (terutama bakteri) tumbuh baik pada bahan pangan yang mempunyai a_w 0,9 – 0,97.

b. Nilai pH

     Hampir semua mikroba tumbuh pada tingkat pH yang berbeda. Sebagian besar bakteri tumbuh pada pH mendekati netral (pH 6,5 – 7,5). Pada pH di bawah 5,0 dan di atas 8,0 bakteri tidak dapat tumbuh dengan baik, kecuali bakteri asam asetat yang mampu tumbuh pada pH rendah dan bakteri Vibrio sp. yang dapat tumbuh pada pH tinggi.

c. Kandungan Nutrisi

      Fungsi utama nutrisi adalah sebagai sumber energi, bahan pembentuk sel dan aseptor elektron di dalam aksi yang menghasilkan energi. Nutrisi yang diperlukan mikroba meliputi air, sumber karbon, sumber mitrogen, sumber septor elektron, sumber mineral dan faktor tumbuh.

d. Senyawa antimikroba

    Beberapa bahan pangan mempunyai senyawa antimikroba alamiah yang dapat menghambat pertumbuhan mikroba, misalnya laktinin, anticoliform dan laktoperoksidase yang terdapat dalam susu.

2. Faktor Ekstrinsik

a. Suhu

    Suhu merupakan faktor fisika yang sangat penting pengaruhnya terhadap pertumbuhan dan kegiatan mikroba. Suhu dapat mempengaruhi lamanya fase lag, kecepatan pertumbuhan, konsentrasi sel, kebutuhan nutrisi, kegiatan enzimatis dan komposisi sel. Berdasarkan pada kisaran suhu pertumbuhannya, mikroba dapat dikelompokkan menjadi 4 (empat), yaitu thermofil, mesofil, psikhrofil dan psikhrotrof.

b. Kelembaban udara relatif

       Kelembaban udara relatif berhubungan dengan aktivitas air (a_w). Pangan yang mempunyai nilai a_w rendah apabila ditempatkan pada lingkungan yang mempunyai kelembaban udara yang relatif tinggi akan mudah menyerap air. Semakin banyak air yang terserap akan meningkatkan nilai a _w sehingga pangan tersebut mudah dirusak oleh bakteri. Sebaliknya, pangan yang mempunyai nilai a_w tinggi apabila ditempatkan pada lingkungan yang mempunyai kelembaban udara relatif rendah akan mengalami kehilangan air sehingga nilai a_w–nya akan menurun. Akan tetapi, hal ini berakibat menurunkan mutu pangan tersebut karena terjadi pengerutan.

c. Susunan gas di atmosfir

       Berdasarkan kebutuhan oksigen sebagai aseptor elektron, mikroba dapat dibedakan menjadi 2 (dua) golongan, yaitu aerob dan anaerob. Mikroba aerob adalah mikroba yang menggunakan oksigen sebagai sumber aseptor elektron terakhir dalam proses bioenerginya. Sebaliknya, mikroba anaerob adalah mikroba yang tidak dapat menggunakan oksigen sebagai sumber aseptor elektron dalam proses bioenerginya.

3. Faktor Implisit.

a. Sinergisme

         Sinergisme adalah kemampuan dua atau lebih organisme untuk melakukan perubahan (biasanya perubahan kimia), dimana tanpa adanya kerjasama diantaranya, masing-masing organisme tersebut tidak dapat melakukannya sendiri. Faktor-faktor yang berkaitan dengan sinergisme adalah nutrisi, perubahan nilai pH, perubahan potensial redoks, perubahan aktivitas air (a_w), penghilangan zat anti mikroba dan kerusakan struktur biologis.

b. Antagonisme

       Antagonisme adalah kematian atau terhambatnya pertumbuhan suatu organisme yang disebabkan oleh organisme lain yang mempengaruhi lingkungan pertumbuhan organisme pertama. Faktor-faktor yang mempengaruhi antagonisme antara lain: penggunaan nutrisi, perubahan nilai pH, perubahan potensial redoks, pembentukan zat-zat antimikroba dan bakteriofag.

4. Faktor Pengolahan

       Mikroba spesifik yang terdapat di dalam bahan pangan dapat dikurangi jumlahnya oleh berbagai jenis metode pengolahan atau pengawetan pangan. Jenis-jenis pengolahan/pengawetan pangan yang berpengaruh terhadap kehidupan mikroba, antara lain suhu tinggi, suhu rendah, penambahan bahan pengawet dan irradiasi.

(Zulaikhah, 2005)

KINETIKA PERTUMBUHAN

         Ketika sejumlah kecil sel hidup diinokulasi ke dalam medium yang mengandung nutrisi penting pada kondisi yang cocok untuk pertumbuhan, misalnya temperatur, pH, dll, sel tersebut akan tumbuh. Untuk organism uniselular yang melakukan pembelahan diri saat tumbuh, pertumbuhan biomassa diiringi dengan pertumbuhan jumlah sel yang ada.

Syarat agar biomassa dapat tumbuh :

a. Inokulum hidup dan aktif

b. Adanya sumber energy

c. Nutrisi

d. Tidak ada Inhibitor

e. Kondisi fisik dan kimia yang cocok

(Alim, 2012)

Hubungan antara laju pertumbuhan spesifik (m) dari populasi mikrooerganisme dan konsentrasi substrat (S) adalah hal yang penting untuk ilmu dari bioteknologi. Hubungan ini digambarkan dalam susunan hasil data percobaan. Data empiris untuk pertumbuhan mikroba telah dikemukakan oleh Monod (1942).

dimana miu      = laju pertumbuhan spesifik

miumax = laju pertumbuhan spesifik maksimum,

S = konsentrasi substrat,

K_s = konstanta substrat jenuh (konsentrasi substrat pad setengah mmax )

Pada model monod, laju pertumbuhan itu berhubungan dengan konsentrasi dari substrat tunggal yang dibatasi melalu parameter dari mmax dan Ks. Monod juga menghubungkan koefidien hasil (Yx/s) dengan pertumbuhan spesifik biomassa (m) dan laju spesifik penggunaan substrat (q).

KONSTANTA PERTUMBUHAN

Monod (1942) membagi konstanta pertumbuhan menjadi tiga bagian utama:

• Pertumbhan total (total growth)

Yakni perbedaan densitas bakteri awal dengan maksimumnya atau dituliskan

Dimana x_maks = densitas maksimal

X₀ = densitas awal

• Laju pertumbuhan eksponensial (exponential growth rate )

Yakni laju pertumbuhan selama periode fase eksponensial. Dapat dituliskan :

• Pertumbuhan lag dan waktu lag

Ini sering disebut sebagai fase perlambatan tetapi ini tidak memuaskan sehingga monod mendefenisikannya sebagai perbedaan antara waktu pengamatan (t _r ) ketika kultur mencapai densitas tertentu (x_r ) yang dipilih sampai fase eksponensial saja dan waktu ideal dimana densitas yang sama akan tercapai (t_i ) hingga laju pertumbuhan ekponensial.

FASE PERTUMBUHAN

Gambar 1.1 Grafik Fase Pertumbuhan Terhadap Waktu

1. Fase Lag/ Fase Adaptasi

Jika mikroba dipindahkan ke dalam suatu medium, mula mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan di sekitarnya. Lamanya fase adaptasi ini dipengaruhi oleh beberapa factor,diantaranya:

• Medium dan lingkungan pertumbuhan

Jika medium dan lingkungan pertumbuhan sama seperti medium danlingkungansebelumnya, mungkin tidak diperlukan waktu adaptasi. Tetapi jika nutrientyangtersedia dan kondisi lingkungan yang baru berbeda dengan sebelumnya,diperlukan waktu penyesuaian untuk mensintesa enzim-enzim.

• Jumlah inokulum

Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan mempercepat fase adaptasi.

2. Fase eksponensial atau logaritmik

merupakan fase peningkatan aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah mencapai kecepatan maksimum sehingga kurve nya dalam bentuk eksponensial. Peningkatanaktivitas ini harus diimbangi oleh banyak faktor, antara lain :faktor biologis,misalnya bentuk dan sifat mikroorganisme terhadap lingkungan yang ada, asosiasi kehidupan diantara organisme yang bersangkutan dan faktor nonbiologis, misalnya kandungan hara di dalam medium kultur, suhu, kadar oksigen, cahaya, bahan kimia dan lain-lain. Jika faktor-faktor di atas optimal, maka peningkatan kurve akan tampak tajam atau semakin membentuk sudut tumpul terhadap garis horizontal (waktu).

3. Fase retardasi atau pengurangan

Fase retardasi merupakan fase dimana penambahan aktivitas sudah mulai berkurang atau menurun yang diakibatkan karena beberapa faktor, misalnya : berkurangnya sumber hara, terbentuknya senyawa penghambat dan lain sebagainya.

4. Fase Stationer

Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini menjadi lebihkecil karena sel tetap membelah meskipun zat-zat nutrisi sudah habis.Karena kekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi yang berbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada fase ini sel-sel lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan-bahan kimia.

5. Fase Kematian

Pada fase ini sebagian populasi mikroba mulai mengalamikematian karena beberapa sebab yaitu:

• Nutrien di dalam medium sudah habis.
• Energi cadangan di dalam sel habis.

Kecepatan kematian bergantung pada kondisi nutrien, lingkungan, dan jenis mikroba.

(Hamdiyanti, 2010 dan Winarsih, dkk.,2011)

        Pada kenyataannya bahwa gambaran kurve pertumbuhan mikroorganisme tidak linear seperti yang dijelaskan di atas jika faktor-faktor lingkungan yang menyertainya tidak memenuhi persyaratan. Beberapa penyimpangan yang sering terjadi, misalnya : fase lag yang terlalu lama karena faktor lingkungan kurang mendukung.

METODE PENGUKURAN PERTUMBUHAN

MIKROORGANISME

    Jumlah sel dapat dihitung dari jumlah sel total yang tidak membedakan jumlah sel hidup atau mati, dan jumlah sel hidup (viable count). Jumlah total sel mikroba dapat ditetapkan secara langsung dengan pengamatan mikroskopis, dalam bentuk sampel kering yang diletakkan di permukaan gelas benda (slide) dan dalam sampel cairan yang diamati menggunakan metode counting chamber, misalnya dengan alat Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC) untuk menghitung bakteri atau dengan alat haemocytomete runtuk menghitung khamir, spora, atau sel-sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri. Jumlah sel hidup dapat ditetapkan dengan metode plate count atau colony count,dengan cara ditaburkan pada medium agar sehingga satu sel hidup akan tumbuh membentuk satu koloni, jadi jumlah koloni dianggap setara dengan jumlah sel. Cara iniada dua macam, yaitu metode taburan permukaan ( spread plate method) dan metode taburan (pour plate method) (Jaelani, 2012).

Dengan keterangan diatas kita dapat mengetahui bahwa metode pengukuran bakteri ada 2 macam yakni secara langsung dan tidak langsung.

1. Contoh metode langsung hitungan mikroskopik

Yakni menggunakan hemositometer yang Digunakan untuk mengukur pertumbuhan bakteri pada susu

Keuntungan dari metode ini yakni cepat dalam pengerjaannya dan kekurangannya, yaitu tingkat kesalahan tinggi dan untuk sel ukuran kecil sulit teramati.

Metode ini tidak sesuai untuk sel yang densitasnya rendah

2. Contoh metode tidak langsung adalah

· berdasarkan kekeruhan, bila suspensi biakan cair dan homogen

· Berdasarkan berat kering sel, bila suspensi biakan kental dan tidak homogen

· Berdasarkan kadar nitrogen, bila suspensi biakan kental dan tidak homogen

· Berdasarkan aktivitas biokimia, menggunakan uji mikrobiologis

Proses ini menggunakan alat spektrofotometri, dengan alat ini dapat ditentukan nilai absorbansi (a) atau kerapatan optik (OD).

FAKTOR-FAKTOR LINGKUNGAN YANG MEMPENGARUHI PERTUMBUHAN BAKTERI

Pertumbuhan sel bakteri sangat dipengaruhi oleh factor yang ada di sekitarnya. Factor ini juga akan menetukan fase yang terjadi pada pertumbungan sel bakteri. Factor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri diantaranya

1. Suhu

Tinggi dan rendah suhu akan mempengaruhi laju pertumbuhan bakteri, sebab bakteri dibagi menjadi tiga bagian berdasarkan suhu berkembangnya yakni

• Psikrofil

Yakni bakteri yang dapat tumbuh pada suhu 0 ⁰C sampai 20 ⁰C. Suhu optimumnya sekitar 15 ⁰C. Karakteristik istimewa dari semua bakteri psikrofil adalah akan tumbuh pada suhu 0 – 5 ⁰C.

• Mesofil adalah

Yakni bakteri yang dapat tumbuh pada suhu 20 ⁰C sampai 45 ⁰C. karakteristik istimewa bakteri mesofil adalah kemampuannya untuk tumbuh pada suhu tubuh 37 ⁰C dan tidak dapat tumbuh pada suhu di atas 45 ⁰C.

• Termofil

yakni bakteri yang dapat hidup pada suhu tinggi diatas 60 ⁰C

2. pH

pH dapat mempengaruhi pertumbuhan sel mikroba. Hamdiyati (2010) menyatakan pH dibagi menjadi pH optimum, pH minimum dan pH maksimum. Rentang pH bagi pertumbuhan bakteri antara 4 – 9 dengan pH optimum 6,5 – 7,5.

3. Kebutuhan oksigen,

Oksigen digunakan sebagai akseptor elektron dalam proses respirasi. Namun yang menggunakan oksigen ini hanya jenis bakteri aerob saja sedangkan bakteri anaerob tidak memerlukan oksigen.

4. Salinitas ,

Berdasarkan kebutuhan akan garam (NaCl), maka mikroorganisme dapat dikelompokkan menjadi :

• Non halofil

Yakni tidak perlu garam

• Halotoleran

Perlu garam tetapi hanya sedikit

• Halofil (NaCl 10-15%)
• Halofil ekstrim

KOMUNIKASI ANTAR SEL

      Pada tumbuhan dan hewan dikenal komunikasi antar sel menggunakan molekul signal ekstraseluler (ligan). Ini merupakan cara organisme untuk mengontrol metabolisme sel, pertumbuhan, diferensiasi jaringan, sintesis dan sekresi protein serta mengatur komposisi cairan ekstraseluler. Molekul sinyal ini disintesis dan di sekresikan oleh adanya sel sinyal dan hanya menghasilkan respon spesifik pada sel target yang memiliki reseptor untuk molekul sinyal yang spesifik. Pada organisme multiseluler, molekul sinyal dapat berupa molekul hidrofilik atau hidrofobik. Kedua kelompok molekul ini memiliki mekanisme yang berbeda dalam aktivasi proses-proses dalam sel.

Beberapa molekul signal hidrofibik, misalnya steroid, retinoid dan tiroksin dapat berfungsi ke dalam sel dan berikatan dengan reseptor intraseluler. Reseptor intraseluler (RC) ada 2 macam, yaitu reseptor yang terdapat di sitoplasma (Cytoplasmic Receptor) dan di dalam inti sel (Nuclear Receptor). Berbagai molekul kecil hidrofilik seperti (asam amino, lipid, dan asetilkolin), peptide dan protein digunakan untuk komunikasi antar sel.

      Molekul signal berupa hormon steroid (estradiol, progesteron, testosteron), vitamin D3 dan asam retinoic dapat menembus membran sel dan berikatan dengan reseptor spesific intraseluler dan membentuk kompleks hormon-reseptor, kemudian translokasi ke dalam inti sel dan berikatan dengan elemen DNA yang responsif terhadap kompleks hormon-reseptor. Ini menyebabkan diaktifkannya gen target untuk mensintesis protein tertentu.

Khairulanam (2012) mengatakan, Cara komunikasi antar sel lainnya adalah melalui reseptor yang terdapat dipermukaan membran sel (reseptor membran). Dalam hal ini molekul ligan bekerja sebagai ligan yang berikatan dengan molekul komplemen pada permukaan luar membran sel. Ikatan ini menyebabkan perubahan komponen reseptor di dalam sel atau menginduksi respons seluler yang spesifik.proses-proses tersebut dikenal dengan signal transduksi. Salah satu kelompok reseptor pada permukaan membran mengaktivasi protein G yang dikenal dengan G protein-coupled receptors (GPCRs),yang di temukan pada semua sel eukariotik,mulai dari yeast hingga manusia.Genum manusia misalnya mengkode beberapa ribu GCPR.Termasuk di sini reseptor pada mata,peraba,perasa,beberapa reseptor neurotrasmiter dan reseptor hormon yang mengontrol metabolisme karbohidrat dan asam amino.

DAFTAR PUSTAKA

Alim, Tantri. 2012. Biologi Sel dan Molekuler. Diakses pada tanggal 20 Oktober 2014

Khairulanam. 2012. Komunikasi Sel. Diakses pada tanggal 20 Oktober 2014

Hamdiyanti, Yanti. 2010. Pertumbuhan Dan Pengendalian Mikroorganisme II. Diakses pada tanggal 18 Oktober 2014

Jaelani, Yusuf. 2012. Pertumbuhan Mikroba. Diakses tanggal 20 Oktober 2014

Monod, Jaques. 1942. The Growth of Bacterial Cultures. Pasteur Institute : Paris

Okpolwasilli dan Nweke. 2005.Microbial Growth and Substrate Utilization Kinetic. Jurnal Bioteknologi. Vol. 5 no.4. Deparment of Microbiology. University of Port Harcourt.

Widdel, Friedrich. 2010. Theory and Measurement of Bacterial Growth. Grundpraktikum Mikrobiologie, 4. Sem. (B.Sc.). Universität Bremen. Bremen

Winarsih, Sri, Timoteus Nusan dan Yetti Wira Citerawati SY. 2011. Reproduksi dan Pertumbuhan Mikroorganisme. Program Studi Pendidikan Biologi Pascasarjana: Universitas Palangkaraya.

Zaldi. 2009. Faktor Lingkungan Abiotik dan Biotik yang Mempengaruhi Mikroba. Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Universitas Muhammadiyah Pontianak. Pontianak

Zulaikhah, Siti Thomas. 2005. Analisis Faktor-Faktor yang Berhubungan dengan Pencemaran Mikroba Pada Jamu Gendong Di Kota Semarang. Program Pasca Sarjana. Universitas Diponegoro. Semarang

Read More

Laporan Fermentasi Alkohol

http://3.bp.blogspot.com/-SW3JrvKUC_g/VP74aOVZjeI/AAAAAAAAAJc/5ISvrLQF-fA/s1600/Copy-of-300x250-sitebuilder_128.gif

I.             JUDUL PERCOBAAN     :.. FERMENTASI ALKOHOL

II.      TUJUAN PERCOBAAN   :   Percobaan fermentasi alkohol         ..................

III.     TEORI

3.1     Fermentasi

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 (Naid, 2011).

Fermentasi merupakan kegiatan mikrobia pada bahan pangan sehingga dihasilkan produk yang dikehendaki. Mikrobia yang umumnya terlibat dalam fermentasi adalah bakteri, khamir dan kapang. Contoh bakteri yang digunakan dalam fermentasi adalah Acetobacter xylinum pada pembuatan nata decoco, Acetobacter aceti pada pembuatan asam asetat. Contoh khamir dalam fermentasi adalah Saccharomyces cerevisiae dalam pembuatan alkohol sedang contoh kapang adalah Rhizopus sp pada pembuatan tempe, Monascus purpureus pada pembuatan angkak dan sebagainya. Fermentasi dapat dilakukan menggunakan kultur murni ataupun alami serta dengan kultur tunggal ataupun kultur campuran (Hidayat, 2007).

3.2     Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol pada dasarnya adalah suatu cara produksi alcohol (etanol) menggunakan bantuan aktivitas mikroorganisme. Alkohol yang dihasilkan sering disebut bioetanol. Mikroorganisme yang berperanan dalam fermentasi alkohol pada umumnya merupakan kelompok mikroba khamir seperti Saccharomyces cerevisiae dan Saccharomyses uvarium. Cerevisiae telah diperdagangkan dalam bentuk bubuk yang dikenal dengan nama ragi roti, yaitu ragi yang digunakan dalam pembuatan roti. Substrat atau bahan baku fermentasi alcohol dapat berasal dari gula seperti gula putih, nira aren, nira kelapa, nira lontar dan molase. Substrat ini dimetabolisme menjadi alkohol. Selain gula, dapat juga digunakan bahan berpati (misalnya ubi jalar, ubi kayu dan sagu) dan bahan berselulosa sebagai bahan baku misalnya jerami padi. Agar bahan dapat bertindak sebagai substrat, pati dan selulosa perlu dihidrolisis terlebih dulu menjadi gula sederhana, baik dalam bentuk monosakarida maupun dalam bentuk disakarida. Hidrolisis tersebut dapat berlangsung secara kimia dan secara enzimatik. Reaksi fermentasi alkohol:

1.      Gula(C₆H₁₂O₆)                   =>         Asam piruvat (Glikolisis)

2.      Dekarboksila asam piruvat

Asam piruvat                  =>           Asetaldehid + CO₂

3.      Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).

2 CH₃CHO + 2 NADH₂     => 2 C₂H₅OH + 2 NAD

Ringkasan reaksi:

 C6H₁₂O₆                =>     2 C2H₅OH + 2 CO₂ + 2 NADH₂ + Energi

3.3    Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kehidupan Ragi

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kehidupan ragi, yaitu sebagai berikut

1.      Nutrisi (zat gizi)

Dalam kegiatannya khamir memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan dan perkembangbiakannya, yaitu :

·         Unsur C, ada faktor karbohidrat.

·         Unsur N, dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen. Misalnya ZA, urea, amonia, dsb.

·         Unsur P, dengan penambahan pupuk fosfat, misalnya NPK, TSP, DSP, dsb.

·         Mineral-mineral.

·         Vitamin-vitamin.

2.      Keasaman (pH)

Untuk fermentasi alkohol, khamir memerlukan media dengan suasana asam, yaitu antara pH 4,8-5,0. Pengaturan pH dapat dilakukan dengan penambahan asam sulfat jika substratnya alkalis atau dengan natrium bikarbonat jika substratnya asam.

3.      Suhu

Suhu optimum untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan adalah 28-300 ⁰C. Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena reaksinya eksoterm. Untuk mencegah agar suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan agar dipertahankan tetap 28-300 ⁰C.

4.      Udara

Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Namun demikian udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi untuk perkembangbiakan khamir tersebut (Sutriani, 2008).

Contoh Produk pangan Berdasarkan Klasifikasi Fermentasi

Jenis Fermentasi	Produk Pangan
Alkohol	Roti, bir, wine, whiskey
Asam	Keju, yoghurt, vinegar
Campuran asam atau alkohol	Sosis, saurkreut, soda, crackers
Fungi	Bluecheese, sake, kecap

(Ossiris, 2009)

3.4    Klasifikasi Proses Fermentasi

Aplikasi proses fermentasi pada skala industri atau komersial dikelompokkan menjadi empat macam yaitu :

a. Proses fermentasi untuk memproduksi sel mikrobia. Termasuk dalam tipe ini       adalah produk Baker yeast dan produksi sel tunggal.

b. Proses fermentasi untuk memproduksi enzim. Termasuk dalam tipe ini adalah produksi protease, amylase, pektinase dan lain-lain.

c. Proses fermentasi untuk memproduksi metabolit baik primer maupun sekunder. Termasuk metabolit primer adalah alkohol, asam sitrat, aseton, butanol, asam glutamate, lisin, nukleotida, vitamin. Yang termasuk produk sekunder adalah steroid, antibiotic dan lain sebagainya.

d. Proses fermentasi untuk memodifikasi senyawa kimia tertentu menjadi produk yang lebih mempunyai nilai ekonomi. Termasuk dalam tipe ini adalah anhidrotetrasiklin menjadi tetrasiklin, naftalen menjadi asam salsilat (Ossiris, 2009).

3.5     Salak (Salacca Edulis Reinw)

Salak berakar serabut, tumbuh berumpun dan sangat berduri. Batangnya pendek dan hampir tidak kelihatan karena ruas-ruasnya padat dan tertutup oleh pelepah daun yang tertutup rapat. Daun menyirip dengan anak daun seperti pita panjang. Perbungaan terdapat pada ketiak yang pertama kali ditutupi oleh spatha.

Buah Salak menyerupai buah batu dengan bentuk segitiga dengan pangkal meruncing dan ujung bulat, buah bergerombol dalam bentuk tandan, berwarna coklat tua, mengkilap dan bersirip teratur. Bijinya terdiri atas 1 - 3 buah.

Klasifikasi Buah Salak  

Kerajaan : Plantae

Ordo       : Arecales

Familly   : Arecaceae

Genus     : Salacca

Species   : S. Zalacca

(Yamin, 2012)

Gambar 3.2 Buah Salak (Artocarpus heterophyllus)

(Anarsis, 2011)

IV.    BAHAN DAN PERALATAN

       4.1 Bahan

  Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1.      Buah salak (Salacca Endulis Reinw)

Fungsi: Sebagai sampel yang akan difermentasi menghasilkan alkohol dan sebagai sumber glukosa.

2.      Aquadest (H₂O)

Fungsi: Sebagai pelarut sampel.

3.      Amonium Sulfat ((NH₄)₂SO₄)

Fungsi: Berperan dalam proses perkembangbiakan mikroba dan    menghambat pertumbuhan mikroba yang lain.

4.      Kalium Klorida (KCl)

                  Fungsi: Sebagai sumber mineral yang essensial.

5.      Ragi Instant (fermipan)

Fungsi : Untuk memecahkan gula menjadi alkohol.

       4.2 Alat

  Adapun peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Termometer

Fungsi : Untuk mengukur suhu pada proses destilasi.

2.      Gelas Ukur

Fungsi : Untuk mengukur volume alkohol yang dihasilkan.

3.      Erlenmeyer

Fungsi : Sebagai wadah untuk larutan salak yang akan diinkubasi.

4.      Beaker Glass

Fungsi : Sebagai wadah larutan salak yang ditimbang.

5.      Heating Mantle

Fungsi : Sebagai sumber panas.

6.      Rotary Shaker

Fungsi : Untuk mengaduk rata larutan salak di dalam erlenmeyer sebelum diinkubasi.

7.      Neraca Elektronik

Fungsi : Untuk menimbang bahan yang akan digunakan.

8.      Batang Pengaduk

Fungsi : Untuk mengaduk zat yang berada di dalam erlenmeyer.

9.      Spatula

Fungsi : Untuk mengambil garam amonium sulfat, kalium klorida serta ragi instan yang akan digunakan.

10.  Blender

Fungsi : Untuk menghaluskan sampel.

11.  Plastik

Fungsi : Untuk menutup labu erlenmeyer.

12.  Karet Gelang

Fungsi : Untuk mengikat plastik pada labu erlenmeyer.

13.  Gabus

Fungsi : Untuk menutup labu leher tiga dan pendingin leibig pada saat destilasi.

14.    Lem dlukol

Fungsi : Untuk merekatkan gabus dan labu leher tiga.

15.  Labu Leher Tiga

Fungsi : Sebagai tempat larutan salak didestilasi.

16.  Selotip

Fungsi : Untuk merekat sambungan gabus dan labu leher tiga.

17.  Pendingin Leibig

Fungsi : Untuk mendinginkan destilat alkohol yang menguap agar mengembun.

18.  Selang

                 Fungsi : Sebagai jalur lewat destilat alkohol.

19.  pH indikator

       Fungsi: Untuk mengukur pH larutan salak sebelum dan sesudah inkubasi.  

V.       PROSEDUR PERCOBAAN

5.1  Prosedur Perlakuan I

1.      Dimasukkan sampel buah salak yang telah dihaluskan sebanyak 300 ml ke dalam erlenmeyer.

2.      Ditambahkan 50 ml aquadest (H₂O), 3 loop KCl, 3 loop (NH₄)₂SO₄ dan 2 loop ragi instan dan diaduk hingga merata.

3.      Ditutup erlenmeyer dengan plastik dan diikat dengat karet gelang.

4.      Diaduk dengan rotary shaker selama 10 menit dengan kecepatan 150 putaran per menit dan diukur pH-nya.

5.      Disimpan dalam steril kabinet selama 1 dan 2 hari. Setelah itu diukur pH-nya.

6.      Sampel hasil fermentasi didestilasi untuk diperoleh jumlah alkohol yang dihasilkan.

7.      Dihitung jumlah alkohol yang diperoleh.

5.2  Prosedur Perlakuan II

1.      Dimasukkan sampel buah nangka yang telah dihaluskan sebanyak 300 ml ke dalam erlenmeyer.

2.      Ditambahkan 50 mL aquadest (H₂O), 3 loop KCl, 3 loop (NH₄)₂SO₄ dan 2 loop ragi instan dan diaduk hingga merata.

3.      Ditutup erlenmeyer dengan plastik dan diikat dengat karet gelang.

4.      Diaduk dengan rotary shaker selama 10 menit dengan kecepatan 150 putaran per menit dan diukur pH-nya.

5.      Disimpan dalam steril kabinet selama 1 dan 2 hari. Setelah itu diukur pH-nya.

6.      Sampel hasil fermentasi didestilasi untuk diperoleh jumlah alkohol yang dihasilkan.

7.      Dihitung jumlah alkohol yang diperoleh.

 VI.       HASIL DAN PEMBAHASAN

                   6.1     Hasil Percobaan

  Berikut adalah hasil percobaan yang didapat dan disajikan dalam bentuk tabel :

No.	Perlakuan	Waktu Fermentasi (jam)	pH		Volume Alkohol (ml)
			Sebelum inkubasi	Sesudah inkubasi
1	I	24	4	3	2
		26	4	3	2,1
		28	4	3	2,3
2	II	24	4	3	1,7
		26	4	3	1,9
		28	4	3	2

Tabel 6.1 Hasil Percobaan Fermentasi Alkohol dengan Sampel Buah Salak (Salacca Endulis Reinw) 300 ml

                   6.2     Pembahasan

                      6.2.1     Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Jumlah Alkohol

Gambar 6.1 Pengaruh Waktu Fermentasi dan Garam Terhadap Volume Alkohol

Gambar 6.1 menunjukkan hasil percobaan fermentasi alkohol dengan sampel buah salak (Salacca Endulis Reinw). Perlakuan I merupakan perlakuan dimana larutan salak (Salacca Endulis Reinw) ditambah dengan 3 loop (NH₄)₂SO₄, 3 loop KCl dan 2 loop ragi instant (fermipan), sedangkan perlakuan II merupakan perlakuan dimana larutan nangka ditambah dengan 2 loop ragi instant (fermipan) saja.

Menurut grafik di atas, baik pada perlakuan I maupun perlakuan II, jumlah alkohol yang dihasilkan mengalami peningkatan. Pada perlakuan I dengan waktu fermentasi 24 jam, jumlah alkohol yang dihasilkan adalah 2 ml, 26 jam adalah 2,1 ml dan untuk waktu fermentasi 28 jam jumlah alkohol yang dihasilkan adalah 2,3 ml. Pada perlakuan II dengan waktu fermentasi 24 jam jumlah alkohol yang dihasilkan adalah 1,7 ml, 26 jam adalah 1,9 ml dan untuk waktu fermentasi 28 jam jumlah alkohol yang dihasilkan adalah 2 ml. Hal ini menunjukkan jumlah alkohol yang dihasilkan bertambah seiring dengan lamanya waktu fermentasi. Jadi, kita dapat menyimpulkan bahwa semakin lama waktu fermentasi, jumlah alkohol yang dihasilkan akan lebih banyak. Akan tetapi terdapat batasan waktu, dimana mikroba tidak dapat menghasilkan alkohol lagi karena mengalami fase kematian.

Apabila dibandingkan perlakuan I dan perlakuan II, didapatkan bahwa perlakuan I lebih banyak alkohol yang dihasilkan daripada perlakuan II. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan I (larutan ditambah dengan garam (NH₄)₂SO₄ dan KCl) menghasilkan lebih banyak alkohol dari pada perlakuan II (larutan tanpa garam (NH₄)₂SO₄ dan KCl). Jadi, dapat kita simpulkan bahwa penambahan garam (NH₄)₂SO₄ dan KCl dapat meningkatkan jumlah alkohol yang dihasilkan.

Menurut teori,  lama fermentasi berpengaruh terhadap aktivitas bakteri, karena semakin lama fermentasi, bakteri semakin aktif, semakin banyak jumlahnya, sehingga mempunyai kemampuan untuk memecah substrat semakin besar (Kunaepah, 2008). Selanjutnya setelah subtrat atau persenyawaan tertentu yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme dalam media biakan mendekati habis dan terjadi penumpukan produk-produk penghambat, maka terjadi penurunan laju pertumbuhan mikroorganisme tersebut. Fase penurunan ditandai oleh berkurangnya jumlah sel hidup (viable) dalam media akibat terjadinya kematian (mortalitas) (Rahmat, 2011).

Mengenai pengaruh nutrien terhadap jumlah alkohol yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa penambahan nutrien dalam proses fermentasi berbanding lurus dengan banyaknya volume alkohol yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat dalam proses fermentasi perlakuan I dan perlakuan II pada waktu yang sama, alkohol yang dihasilkan dalam proses fermentasi dengan penambahan nutrien (perlakuan I) akan selalu lebih banyak dari pada proses fermentasi tanpa penambahan nutrien (perlakuan II) (Sutriani, 2008).

Menurut hasil percobaan yang ada, telah diperoleh hasil yang sesuai dengan teori yang ada.

VII.    KESIMPULAN DAN SARAN

7.1     Kesimpulan

  Setelah melakukan percobaaan fermentasi alkohol, maka praktikan dapat menyimpulkan bahwa:

1.      Volume alkohol pada perlakuan I adalah 2, 2,1 dan 2,3 ml pada waktu inkubasi 24, 26 dan 28 jam.

2.      Volume alkohol pada perlakuan II adalah 1,7, 1,9 dan 2 ml pada waktu inkubasi 24, 26 dan 28 jam.

3.      Semakin banyak nutrient yang ditambahkan dalam media fermentasi, maka etanol yang dihasilkan semakin besar.

4.      Sampel yang telah difermentasi akan mengalami penurunan pH.

5.      Ammonium sulfat berperan dalam proses perkembangbiakan mikroba dan menghambat pertumbuhan mikroba yang lain sedangkan kalium klorida berfungsi sebagai sumber mineral yang essensial.

7.2     Saran

  Setelah melakukan percobaan fermentasi alkohol, praktikan dapat memberikan saran-saran sebagai berikut:

1.      Disarankan dalam melakukan penghalusan sampel, jangan terlalu banyak menambahkan air, agar alkohol yang diperoleh lebih murni.

2.      Dalam melakukan destilasi alkohol, temperatur tidak melebihi titik didih alkohol, agar alkohol yang diperoleh murni.

3.      Untuk percobaan selanjutnya, dapat digunakan sampel lain yang mungkin dapat lebih banyak menghasilkan alkohol, seperti buah anggur.

4.      Disarankan sebelum melakukan fermentasi, dilakukan sterilisasi terlebih dahulu untuk mengurangi adanya mikroba lain yang tidak diinginkan.

5.      Disarankan untuk menambah variabel percobaan, agar didaptkan hasil yang lebih maksimal.

Referensi : 

Hidayat, Nur. 2007. Fermentasi.  http://ptp2007.wordpress.com. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013.

Istiqomah dan Anggun. 2011. Produksi Bioetanol dari Pati Mangga dengan Hidrolisis Enzimatik. http://repository.usu.ac.id. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013.

Kunaepah, Uun. 2008. Pengaruh lama fermentasi dan konsentrasi glukosa terhadap Aktifitas anti bakter, polifenol total dan mutu kimia kefir susu kacang merah. http://eprints.undip.ac.id. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013.

Naid, Zakir. 2011. Pengertian Fermentasi. http://id.shvoong.com. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013.

Ossiris. 2009. Dasar-dasar fermentasi . http://lordbroken.wordpress.com. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013.

                        

Read More