5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Nanas

Nanas memiliki nama latin Ananas Cosmosus dan termasuk dalam devisi

Spermatophyla, sub devisi Angiospermae, kelas Monocotyledonae. Tanaman

nanas memiliki ciri – ciri sebagai tanaman tahunan dengan tinggi antara 50cm –

150cm dengan bunga majemuk dan memiliki beberapa kandungan kimia,

diantaranya mengandung , tlavonoida dan polifenol. Masyarakat mengenal nanas

sebagai buah yang memiliki khasiat sebagai obat cacing, obat demam, pelancar air

seni dan memperbaiki sitem pencernaan. Kandungan nutrient buah nanas

diantaranya adalah karbohidrat dan gula yang cukup tinggi (Kusmanto, 2013).

Menurut Wijana, dkk (1991) kulit nanas mengandung 81.72% air, 20.87% serat

kasar, 17.53% karbohidrat, 4.41% protein dan 13.65% gula reduksi. Sedangkan

komposisi limbah kulit nanas dapat dilihat pada table berikut ini.

Tabel 2.1. Hasil Analisis Proksimat Limbah Kulit Nanas

Berdasarkan Berat Basah (Wijana, 1991).

No. Komposisi Rata – Rata Berat Basah (%)

1 Air 6.7

2 Protein 0.69

3 Lemak 0.02

4 Abu 0.48

5 Serat Basah 1.66

6 Karbohidrat 10.54

Tanaman nanas telah ada dan berkembang biak sejak lama di Indonesia.

Menurut Morton (1987), tanaman nanas berasal dari Amerika Selatan. Nanas

merupakan tanaman buah yang selalu tersedia sepanjang tahun. Bulan – bulan

panen besar adalah Desember, Januari, dan Juli. Komponen utama yang

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

6

mendukung peran nanas sebagai bahan dasar media bagi pembentukan nata adalah

gula. Kandungan gula yang terlalu tinggi justru bisa menghambat proses

fermentasi. Kandungan gula yang terbaik untuk proses fermentasi adalah 12 –

18% (Muljohardjo, 1984).

Pemanfaatan nanas hanya sebatas pada daging buahnya saja, kulit dan

batang atau bonggolnya belum dimanfaatkan hanya dibuang begitu saja sebagai

sampah. Hasil analisa yang telah dilakukan pada kulit atau limbah nanas, disajikan

dalam Tabel 2.2. Hasil analisa menunjukan adanya karbohidrat (glukosa, fruktosa,

dan sukrosa). Sehingga merupakan potensi yang baik sebagai bahan baku untuk

proses fermentasi. Dengan demikian perlu dipikirkan bagaimana dapat

memanfaatkan kulit nanas menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis dan

tidak menimbulkan pencemaran pada lingkungan. Limbah padat ini masih juga

mengandung mineral – mineral seperti Fe, Ca, Mn, Mg, Cu, Cd, Na, K sehingga

juga dapat mengurangi unsur mikro maupun makro pada proses fermentasi

(Widayat, dkk, 2005).

Tabel 2.2. Karakteristik Filtrat Limbah Kulit dan Bonggol Nanas

Parameter Abdullah,

1998

Sasaki,

1992

Aprilitasari,

2003

Buah Nanas,

Krueger,dkk, 1992

Philipina Thailand

COD (gr/lt) 57 100.8 62.61 - -

pH 4 4 4 - -

Gula Reduksi (gr/lt) 23.7 39.2 - - -

Sukrosa (gr/lt) 6.54 40.1 46.85 28.1 65.3

Glukosa (gr/lt) 9 23.6 17.92 41.8 37.1

Fruktosa (gr/lt) 9.88 14.0 10.7 41.4 33.6

Protein yang terlarut 1.05 0.9 0.927 - -

Jml Nitrogen (gr/lt) 0.86 0.2 - - -

Derajat Keasaman

(gr/lt)

0.48 - - 6.8 4.6

Asam Sitrat (gr/lt) 0.32 - 13.170 4.39 5.57

Asam Malic (gr/lt) 0.096 - - 1.82 1.43

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

7

Parameter Abdullah,

1998

Sasaki,

1992

Aprilitasari,

2003

Buah Nanas,

Krueger,dkk, 1992

Philipina Thailand

Asam asetat (gr/lt) - - 3.325 - -

Fe 18.9 5.43 - - -

Ca 89 3.31 - - -

Mn 1.7 13.97 - - -

Mg 53 62.50 - - -

Cu 1 2.02 - - -

Cd 0 0.03 - - -

Na 382 8.61 - - -

K 425 - 340.71 1340 1150

SO4-2

5.643 169.7 - - -

PO4-3

0 223.8 - - -

NO33 12.4 - - - -

Cl-1

105 - - - -

P 12 - - - -

(Sasaki, 1992; Abdullah,1998; Aprilitasari, 2003)

2.2. Fermentasi

Fermentasi adalah salah satu reaksi oksidasi reduksi di dalam sistem

biologi yang menghasilkan energi, dimana sebagai donor dan akseptor elektron

adalah senyawa organik. Makanan yang dibuat dengan fermentasi mampu

memperpanjang daya simpan suatu produk. Fermentasi berasal dari bahasa latin

ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas

– gas dari suatu cairan kimia, gas yang terbentuk adalah karbondioksida. Secara

umum fermentasi adalah reaksi oksidasi-reduksi, dimana zat yang dioksidasi

(pemberi elektron) maupun zat yang direduksi (penerima elektron) adalah zat

organik dengan melibatkan mikroorganisme seperti bakteri, kapang dan ragi. Zat

organik yang digunakan umumnya glukosa yang dipecah menjadi aldehid, alkohol

atau asam (Effendi, 2009)

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

8

Menurut Rahman (1989), ada tujuh hal pokok yang harus diperhatikan

dalam proses fermentasi yaitu:

a) Mikroba

Jenis serta jumlah mikroba yang digunakan selama proses fermentasi akan

mempengaruhi hasil fermentasi. Jika jumlah mikroba yang digunakan terlalu

sedikit, maka hasil fermentasi tidak akan menjadi sempurna. Mikroba yang

digunakan dalam proses fermentasi juga harus memenuhi beberapa kriteria yaitu:

Sehat dan berada dalam keadaan aktif sehingga dapat mempersingkat fase

adaptasi, tersedia cukup sehingga dapat menghasilkan inokulum dalam takaran

yang optimum, berada dalam bentuk morfologi yang sesuai, bebas kontaminasi,

dapat mempertahankan kemampuannya membentuk produk.

b) Lama Fermentasi

Waktu antara masing-masing pembelahan sel berbeda-beda tergantung

dari spesies dan kondisi lingkungannya, tetapi untuk kebanyakan bakteri waktu ini

berkisar antara 10-60 menit. Tipe pertumbuhan yang cepat ini disebut

pertumbuhan logaritmis atau eksponensial karena bila log jumlah sel digambarkan

terhadap waktu dalam grafik akan menunjukan garis lurus. Tetapi pada

kenyataannya tipe pertumbuhan eksponensial ini tidak langsung terjadi pada saat

sel dipindahkan ke medium pertumbuhan dan tidak terjadi secara terus menerus.

c) Medium Fermentasi

Yaitu merupakan bahan yang terdiri dari campuran nutrisi yang dapat

digunakan untuk isolasi, memperbanyak, pengujian sifat fisiologi, dan

perhitungan jumlah bakteri. Medium merupakan faktor penentu yang utama

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

9

berhasil tidaknya suatu proses fermentasi. Jadi dijaga agar tidak kontaminan

dengan bakteri lain.

d) Fermentor

Fermentor sangan berpengaruh, karena jika kurang bersih akan

berpengaruh pada hasil. Jika digunakan baki plastik selain jenis polipropena (PP)

akan mempengaruhi produk. Karena plastic jenis selain PP itu akan bereaksi

apabila terkena panas.

e) Oksigen

Tersedianya oksigen dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme.

Bakteri diklasifikasikan menjadi empat kelompok yaitu aerob obligat (tumbuh

jika persediaan oksigen banyak), aerob fakultatif (tumbuh jika oksigen cukup,

juga dapat tumbuh secara anaerob), anaerob obligat (tumbuh jika tidak ada

oksigen) dan anaerob fakultatif (tumbuh jika tidak ada oksigen juga dapat tumbuh

secara aerob).

f) Suhu

Suhu sangat berpengaruh terhadap proses fermentasi. Setiap makanan

yang melalui proses pemasakan, harus benar-benar didiamkan hingga dingin

sebelum diberikan mikroba. Selain itu setiap mikroba memiliki suhu minimal,

suhu maksimal serta suhu optimal pertumbuhan. Pada suhu optimal ini, mikroba

dapat berkembang dengan sangat baik dan mempercepat proses fermentasi yang

berlangsung.

g) pH

Tingkat keasaman suatu makanan yang difermentasi juga akan

mempengaruhi proses fermentasi. Kondisi keasaman atau pH yang paling baik

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

10

untuk proses pertumbuhan bakteri yaitu 3,5 hingga 5,5. Setiap mikroba memiliki

sifat yang berbeda dan kebutuhan yang berbeda pula untuk dapat tumbuh dengan

baik. Memahami sifat dan kondisi yang dibutuhkan mikroba yang digunakan

untuk proses fermentasi, akan membantu kita mendapatkan hasil fermentasi yang

terbaik.

Proses fermentasi menurut Judoamidjojo, dkk (1992) dipengaruhi oleh

beberapa faktor yaitu kadar gula, oksigen, pH, medium, CO2, nitrogen, mineral,

faktor tumbuh, suhu, tekanan medium dan tekanan udara. Pada saat awal, selulosa

dibentuk hanya dipermukaan yang langsung bersentuhan dengan udara karena

sifat dari bakteri ini aerob. Selama proses fermentasi dijaga agar tidak ada

goncangan, maka gel akan terus tumbuh kedalam permukaan dimana oksigen

masuk melalui gel sampai tidak dapat menembus permukaan gel. Faktor nutrisi

dan kondisi fermentasi mempengaruhi ketebalan nata yang dihasilkan (Budhiono,

Rosidi et al, 1999; Iguchi, Yamanaka et al, 2000).

Mekanisme pembentukan gel dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada saat

awal pertumbuhan bakteri akan meningkat dengan konsumsi oksigen sebelum

terbentuk lapisan yang ditandai dengan berkeruhnya larutan. Ketika pertumbuhan

tersebut, hanya bakteri yang berada dalam permukaan yang bisa kontak dengan

udara akan menghasilkan selulosa dengan bentuk lembaran gel. Setelah terbentuk

lapisan selulosa yang menutupi konsumsi oksigen, bakteri tidak mengalami

pertumbuhan secara eksponensial akan tetapi berada pada fase stationary. Pada

saat ini bakteri dapat dikatakan tidur sampai digunakan untuk kultur baru (Iguchi,

Yamanaka et al, 2000; Skinner & Cannon, 2000).

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

11

2.3.Bakteri Acetobacter xylinum

Mayukazumi (2012), meyebutkan bahwa bakteri Acetobacter xylinum

dapat diklasifikasikan dalam golongan:

Kingdom : Bacteria

Phylum : Proteobacteria

Class : Alphaproteobacteria

Order : Rhodospirillales

Family : Acetobacteraceae

Genus : Acetobacter

Specific descriptor : Aceti

Subspecies : xylinum

Scientific name : Acetobacter aceti xylinum

Gambar 2.1 Scanning electronmicrograph of freeze-dried surface of

bacterial cellulose gel (Iguchi, Yamanaka et al, 2000)

Starter nata merupakan mikroorganisme yang diinokulasi kedalam

medium fermentasi pada saat fase pertumbuhan eksponensial. Starter yang baik

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

12

memenuhi kriteria sebagai berikut: sehat dan aktif, dapat digunakan dalam jumlah

medium fermentasi, bebas kontaminasi, serta dapat membatasi kemampuannya

untuk memproduksi produk akhir. Starter yang digunakan pada pembuatan nata

de pina biasanya berasal dari kultur cair yang disimpan selama 10 hari sejak

inokulum (Collado, 1986; Nurmiati, 2010). Dalam gambar 2.1 berikut

memperlihatkan bentuk bakteri Acetobacter xylinum yang dilihat menggunkan

mikroskop elektron. Dapat dilihat bahwa warna dari Acetobacter xylinum

berwarna putih dan berbentuk basil.

Starter dibuat dengan tujuan memperbanyak jumlah bakteri Acetobacter

xylinum sehingga enzim yang dihasilkan lebih banyak dan reaksi pembentukan

nata dapat berjalan lebih lancar. Tujuan lainnya adalah agar bakteri asing dapat

terhambat pertumbuhannya karena jumlah Acetobacter xylinum dari media padat

ke media cair (Suryani, dkk, 2005).

Acetobacter xylinum mempunyai tiga enzim yang aktif, yaitu enzim

kinase, enzim ekstraseluler selulosa polymerase, dan enzim protein sintesase.

Enzim ekstraseluler selulosa polymerase aktif pada pH 4 yang berfungsi untuk

membentuk benang-benang selulosa (nata). Enzim protein sintetase aktif pada pH

3-6 yang berfungsi untuk mengubah makanan yang mengandung C, H, O, dan N

menjadi protein (Jay, Loessner et al, 2005). Dalam medium cair, Acetobacter

xylinum mampu membentuk suatu lapisan yang dapat mencapai ketebalan

beberapa centimeter. Bakteri terperangkap dalam benang-benang yang dibuatnya.

Untuk menghasilkan massa yang kokoh, kenyal, tebal, putih, dan tembus pandang

perlu diperhatikan suhu fermentasi (inkubasi), komposisi medium dan pH medium

(Iguchi, Yamanaka et al, 2000).

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

13

Adapun tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum dalam

kondisi normal dapat dilihat pada gambar 2.2 (Rao, 2005):

Gambar 2.2 Tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum

dalam kondisi normal

a. Fase Adaptasi

Bakteri Acetobacter xylinum tidak akan langsung tumbuh dan

berkembang saat dipindahkan ke media baru. Bakteri akan menyesuaikan diri

dengan substrat dan kondisi lingkungan barunya atau disebut dengan fase

adaptasi. Meskipun tidak mengalami perbanyakan sel, pada fase ini terjadi

aktivitas metabolisme dan pembesaran sel. Lama fase ini ditentukan oleh

medium dan lingkungan pertumbuhan serta jumlah inokulum. Fase adaptasi

bagi Acetobacter xylinum dicapai antara 0-24 jam atau 1 hari sejak inokulasi.

Makin cepat fase ini dilalui, makin efisien proses pembentukan nata yang

terjadi.

b. Fase Pertumbuhan Awal

Pada fase ini, sel mulai membelah dengan kecepatan rendah. Fase ini

menandai diawalinya fase pertumbuhan eksponensial. Fase ini dilalui dalam

beberapa jam.

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

14

c. Fase Pertumbuhan Eksponensial

Fase ini disebut juga sebagai fase pertumbuhan logaritmik, yang

ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat. Untuk bakteri Acetobacter

xylinum fase ini dicapai dalam waktu antara 1-5 hari tergantung pada kondisi

lingkungan. Bakteri Acetobacter xylinum mengeluarkan enzim ekstraseluler

polimerase sebanyak-banyaknya untuk menyusun polimer glukosa menjadi

selulosa. Fase ini sangat menentukan tingkat kecepatan suatu strain

Acetobacter xylinum dalam membentuk nata.

d. Fase Pertumbuhan Lambat

Pada fase ini, terjadi pertumbuhan yang diperlambat karena

ketersediaan nutrisi telah berkurang, terdapatnya metabolik yang bersifat

toksit yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan umur sel telah tua.

Pada fase ini, pertumbuhan tidak lagi stabil tetapi jumlah sel yang tumbuh

masih lebih banyak diproduksi pada fase ini.

e. Fase Pertumbuhan

Pada fase ini, jumlah sel yang tumbuh relatif sama dengan jumlah sel

yang mati. Penyebabnya adalah di dalam media terjadi kekurangan nutrisi,

pengaruh metabolit toksit lebih besar dan umur sel semakin tua. Namun,

pada fase ini, sel akan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim

jika dibandingkan dengan ketahanannya pada fase yang lain. Matrik nata

lebih banyak diproduksi pada fase ini.

f. Fase Menuju Kematian

Pada fase ini, bakteri mulai mengalami kematian karena nutrisi telah

habis dan sel kehilangan banyak energi cadangannya.

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

15

g. Fase Kematian

Pada fase ini, sel dengan cepat mengalami kematian, dan hampir

merupakan kebalikan dari fase logaritmik. Sel mengalami lisis dan

melepaskan komponen yang terdapat didalamnya. Kecepatan kematian

dipengaruhi oleh nutrisi, lingkungan dan jenis bakteri. Untuk Acetobacter

xylinum, fase ini dicapai setelah hari kedelapan hingga kelima belas. Pada

fase ini, Acetobacter xylinum tidak baik apabila digunakan sebagai bibit nata.

2.4. Nata

Nata adalah bahan menyerupai gel (agar-agar) yang terapung pada

medium yang mengandung gula dan asam hasil bentukan mikroorganisme

Acetobacter xylinum (Argo & Wahyu, 2015). Nata adalah substansi yang

terbentuk di permukaan cairan nutrient, yang sebenarnya merupakan polikel atau

polisakarida ekstraseluler yang dihasilkan oleh bakteri Acetobacter xylinum yang

terakumulasi dan terapung-apung di permukaan cairan nutrient. Adanya gas-gas

CO2 yang dikeluarkan oleh bakteri Acetobacter xylinum saat-saat metabolisme

yang menempel pada fibril-fibril polisakarida ekstraseluler yang menyebabkan

terapung. Nata akan tampak sebagai suatu massa fibril tidak beraturan yang

menyerupai benang atau kapas apabila dilihat di bawah mikroskop. Nata adalah

salah satu jenis makanan berbentuk gel (agar-agar) dengan tekstur agak kenyal,

padat, putih, dan sedikit transparan (Sutarminingsih, 2004).

Nata berasal dari bahasa Spanyol yang apabila diterjemahkan ke dalam

bahasa latin menjadi “natare” yang berarti terapung-apung. Nata dihasilkan dari

proses fermentasi pada substrat yang mengandung gula dan nitrogen pada pH

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017

16

yang sesuai dengan perkembangan bakteri Acetobacter xylinum. Dalam

pembuatan massa nata diperlukan gula, asam organik dan mineral. Mineral dan

asam organik ini dibutuhkan sebagai komponen metabolisme dalam pembentukan

kofaktor enzim ekstraseluler yang dihasilkan oleh bakteri Acetobacter xylinum

(Susanti, 2006).

Bakteri pembentuk nata yaitu Acetobacter xylinum yang dapat tumbuh

dan berkembang membentuk nata karena adanya kandungan air, protein, lemak,

karbohidrat, dan beberapa mineral pada substrat sebagai nutrisinya. Tidak semua

nutrisi yang ada pada substrat dapat terpenuhi maka perlu adanya tambahan nutrisi

yang diberikan berupa sukrosa (karbon), urea (nitrogen), dan (vitamin) vitamin B

kompleks (Argo & Wahyu, 2015).

Pembentukan nata memerlukan starter sebanyak 10-20% dari volume

media sebagai starter mikroba (Saragih, 2004). Dengan adanya jumlah stater yang

sesuai, maka bakteri dapat mencapai pertumbuhan secara optimum. Umur kultur

Acetobacter xylinum yang digunakan dalam fermentasi berpengaruh terhadap

pembentukan nata (Saragih, 2004).

Bahan yang berbasis kearifan lokal yang bisa dijadikan nata adalah bahan

yang mengandung karbohidrat seperti jagung, beras, singkong, aloe vera, tomat,

ubi-ubian, air kelapa, limbah nanas, limbah cair tahu dapat difermentasi menjadi

produk nata. Air kelapa sebagai bahan baku disebut nata de coco, limbah buah

nanas sebagai nata de pina, limbah cair tahu sebagai nata de soya dan lidah buaya

sebagai nata de aloe vera dan limbah air cucian beras sebagai nata de leri.

(Warisno, 2009).

Optimasi Parameter Pembuatan …, Tri Nurchasanah, Fakultas Teknik UMP, 2017