II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sirsak - UMM
Transcript of II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sirsak - UMM
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sirsak
Sirsak (Annona muricata L.) merupakan salah jenis tanaman dari familia
Annonaceae yang mempunyai manfaat besar bagi kehidupan manusia, yaitu
sebagai tanaman buah yang syarat dengan gizi dan merupakan bahan obat
tradisional yang memiliki multikhasiat (Jannah, 2010). Tanaman ini dapat tumbuh
pada ketinggian sampai 1200 m dari permukaan laut. Tanaman sirsak akan
tumbuh sangat baik pada keadaan iklim bersuhu 22-28oC, dengan kelembaban dan
curah hujan berkisar antara 1500-2500 mm per tahun (Herliana dan Rifai, 2011).
Tanaman sirsak merupakan tumbuhan berbentuk pohon dengan tinggi ± 7
meter, memiliki dasar bunga berbentuk cekung dan benang sarinya banyak.
Tangkai putik dengan bentuk silindris. Sirsak memiliki tekstur daun yang kasar,
daun memiliki panjang 6-18 cm dan lebar 3-7 cm, daun berbentuk bulat telur,
bentuk daun ujungnya lancip pendek, daun bagian atas mengkilap hijau dan pucat
kusam di bagian bawah daun, serta bentuk daun lateral. Daun sisak mmiliki bau
tajam menyengat dengan tangkai daun pendek sekitar 3-10 mm (Radi,2001). Buah
majemuk tidak beraturan dengan bentuk seperti telur miring atau bengkok dengan
panjang buah 15-35 cm dan lebar buah 10-15 cm. Bijinya berwana hitam dan
daging buah berwana putih. Kandungan kimia dalam tanaman sirsak (Annona
muricata L.) yang memiliki famili Annonaceae ini adalah alkaloid, glikosida
antra kuinon, polifenol, saponin, flavonoid, dan tanin (Amelia dkk., 2012).
5
Menurut Herliana dan Rifai N (2011), meyatakan bahwa tanaman sirsak
(Annona muricata L.) memiliki taksonomi sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta
Subdivisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyl
Famili : Annonaceae
Genus : Annona
Spesies : Annona muricata L.
Gambar 1. (a) Buah Sirsak, (b) Bunga Sirsak, (c) Daun Sirsak (Botanical
Garden, 2007)
6
2.1.1 Buah Sirsak
Buah sirsak memiliki biji yang banyak. Bijinya berwarna hitam licin
dan mengkilap. Buah sirsak yang masih muda memiliki duri yang rapat dan
runcing. Buah sirsak yang telah tua berwarna hijau keputih-putihan dengan
sekat duri jarang dan tumpul. Bila telah cukup tua, buah sirsak dapat dipetik.
Buah sirsak akan cepat matang apabila diperam pada tempat yang lembab. Buah
sirsak yang masak dipohon, rasanya lebih manis daripada buah sirsak yang
diperam (Aryani, 2012).
Bentuk buah sirsak tidak beraturan, tetapi pada umumnya berbentuk
jorong yang mengecil pada bagian ujungnya. Kulit buah sirsak mempunyai
duriduri pendek dan lunak. Daging buahnya lembek, berwarna putih berserat,
berbiji hitam pipih dan banyak. Rasa buah sirsak asam manis dan segar serta
aromanya harum (Nuswamarhaeni, dkk., 1999). Buah sirsak dapat dipanen setelah
tua penuh, yaitu setelah durinya tampak jarang dan beraroma, serta warnanya
kekuning-kuningan. Buah sirsak dipanen dengan memotong tangkainya. Hasil
buah sirsak rata-rata 10 buah/pohon/tahun dengan bobot berkisar 5-30 kg. Di
Hawai, produksi buah sirsak dapat mencapai 7-18 ton/ha/tahun. Sirsak ditanam
pada jarak 4-5 m. Biasanya setelah tanaman berumur 8 tahun lebih, produksi buah
sirsak akan menurun (Sarjono, 2000).
Dalam bentuk segar, daging buah sirsak mengandung vitamin C yang
cukup tinggi, selain itu daun dan bijinya dapat digunakan sebagai obat pengusir
nyamuk. Selain dikonsumsi dalam bentuk segar, buah ini dapat diolah dalam
bentuk lain (Widyastuti dan Paimin, 1993). Daging buah mempunyai aroma dan
flavour khas yang banyak digunakan sebagai bahan tambahan untuk pembentuk
flavour dalam industri pangan. Komposisi buah sirsak yaitu 67,5 % daging buah
7
yang dapat dimakan, kulit buahnya sekitar 20%, bijinya sekitar 8,5%, dan hati
atau empelar sekitar 4% (Radi, 2001).
Setiap 100 g daging buah sirsak mengandung 65 kalori, 1 g protein, 0,3 g
lemak dan 16,3 karbohidrat, selain itu mengandung kalsium (14 mg/100 g), fosfor
(27 mg/100g), besi, vitamin A, vitamin B, vitamin C( 20 mg/100 g) dan buah
sirsak juga mengandung senyawa caffeine hydrocyanic acid, myricyl alcohol dan
sterol (Paimin, 2001). Selain mengandung vitamin C, buah sirsak juga
mengandung sukrosa 2,54 %, dekstrosa 5,05 % dan levulosa 0,04 % (Radi, 2007).
Kandungan atau komposisi gizi pada buah sirsak secara umum dapat dilihat pada
Tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Kandungan Gizi dan Vitamin Buah
Komponen Jumlah (tiap 100 g)
Kadar Air (%) 81,7
Protein (g)
1,0
Lemak (g) 0,3
Karbohidrat (g) 16,3
Serat pangan (g) 0,6
Abu (g) 0,5
Kalsium (mg) 14,0
Fosfor (mg) 27,0
Besi (mg) 0,6
Natrium (mg) 0,8
Kalium (mg) 293,0
Vit. B1 (mg) 0,07
B2 (mg) 0,1
C (mg) 20,0
A (SI) 10,0
Kalori (cal) 65,0
BRD (%) 86,0
Sumber: Depkes RI (2012)
2.2 Kefir
Kefir merupakan salah satu jenis susu fermentasi yang berasal dari
Kaukasian Utara, Rusia dan dibuat dengan menginokulasikan starter granula kefir
8
(kefir grain) ke dalam substrat susu (Otzoa dkk.,2006; Safitri dan Swarastuti,
2013). Kefir yang menggunakan bahan baku susu disebut kefir susu (milk kefir)
keamanan produk kefir. (Safitri dan Swarastuti, 2013). Ciri-ciri kefir susu yaitu
memiliki kesan berkarbonatasi, alkoholik, rasa asam, dan tekstur seperti cream
(Gulitz dkk., 2011). Perbedaan kefir dengan produk susu fermentasi lainnya
adalah kefir memilliki kesan berkarbonasi dan menggunakan kefir grain sebagai
kultur starter (Otzoa dkk., 2006 ; Gulitz dkk,2011). Pada pembuatan kefir
digunakan biji kefir (kefir grain/tibicos) yang berwarna putih kekuningan, tidak
dapat larut dalam air maupun beberapa pelarut lainnya. Biji kefir mengandung
24% polisakarida jenis amilopektin yang bersifat lengket, terdapat simbiotik
mikroflora yaitu khamir (Saccharomyces kefir, Torula kefir), lactobacilli
(Lactobacilluscaucasicus), Leuconostocs serta Sterptokoki laktat (Rahman, dkk.
1992 dalam Sampurno, 2012).
Kefir dan yoghurt adalah susu fermentasi, tetapi keduanya memiliki
perbedaan pada jenis kultur bakteri yang digunakan untuk fermentasi. Yoghurt
mengandung bakteri transisi mempertahankan kebersihan sistem pencernaan dan
menyediakan makanan untuk bakteri baik, sedangkan kefir dapat benar – benar
membersihkan saluran usus, sesuatu yang tidak dapat di lakukan yoghurt.
Beberapa strain bakteri tidak dapat ditemukan pada yoghurt, namun dapat
ditemukan pada kegir seperti Lactobacillus Caucasus, Leuconostoc, spesies
Acetobacter dan spesies Streptococcus. Saccharomyces kefir dan Toruka kefir
yang berada dalam kefir bertugas untuk mengontrol dan menghilangkan ragi
patogen yang destruktif dalam tubuh manusia (Buckle, 2010).
9
Kultur starter untuk pembuatan kefir berupa biji kefir yang mengandung
campuran mikroba antara lain bakteri asam laktat, bakteri asam asetat dan khamir
yang terkandung di dalam matrik polisakarida dan protein (Leite dkk., 2013).
Jumlah mikroba dalam biji kefir secara umum yaitu bakteri asam laktat sebesar
108 (CFU/ml), khamir sebesar 10
6-10
7 (CFU/ml) dan bakteri asam asetat sebesar
105 (CFU/ml). Bakteri Asam Laktat (BAL), Bakteri Asam Asetat dan khamir
yang masing- masing berperan dalam pembentukan cita rasa dan struktur kefir.
Bakteri asam laktat menyebabkan terjadinya asam sedangkan khamir
menghasilkan alkohol dan CO pada proses fermentasi.
Kefir difermentasikan dengan menggunakan bakteri asam laktat seperti
Lactobacillus lactis, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus bersama ragi dan
menghasilkan asam dan alkohol (Murti, 2003). Kandungan laktosa kefir lebih
rendah dibandingkan dengan susu murni. Laktosa dalam kefir telah dicerna
menjadi glukosa oleh enzim laktase dari mikrobia dalam biji kefir, sehingga
bermanfaat bagi penderita lactose intolerant. Kelebihan lain dari kefir yaitu asam
yang terbentuk dapat memperpanjang masa simpan. Hal tersebut dapat mencegah
pertumbuhan mikroorganisme pembusuk dan patogen sehingga meningkatkan
Tabel 2. Standart Mutu Kefir
Komposisi Kefir
Protein (% m/m) Min 2,7%
Lemak (% m/m) Kurang dari 10%
Total Asam (% m/m) Min 0,6%
Ethanol (% vol/w) Min 0,5%
Jumlah mikroorganisme (CFU/ml) Min 107
Jumlah yeast (CFU/ml) Min 104
Sumber : Codex Standar For Fermented Milk 243-2003
10
2.2.1 Water Kefir
Water kefir atau d’acqua adalah minuman hasil fermentasi yang memiliki
rasa masam dan sedikit beralkohol, jika diinkubasi semalam, berasa seperti air
kelapa muda (degan), sedangkan jika diinkubasi >24 jam, rasanya seperti air buah
siwalan atau legen ataupun tuak. Perkembangan terbaru adalah menggunakan
kultur kefir untuk fermentasi substrat lain seperti jus buah. Ada 2 macam jenis
fermentasi kefir, yaitu kefir susu (Rahman dkk., 1992) dan kefir air/water kefir
(Gulitz dkk., 2011). Kefir susu dibuat dari bahan baku berupa susu sapi, susu
kambing atau domba yang ditambahkan dengan starter kefir berupa granula/biji
kefir (Farnworth, 2008), sedangkan untuk kefir air menggunakan bahan baku dari
campuran biji kefir dengan air, buah-buahan kering seperti kismis, potongan kecil
dari lemon, dan gula pasir (Gulitz dkk., 2011). Menurut Alsayadi dkk. (2013),
kefir air adalah minuman fermentasi buatan pada medium berupa larutan sukrosa
dengan tambahan berbagai buah-buahan kering dan segar.
Dalam memproduksi kefir sebagai minuman fermentasi, diperlukan
syarat mutu sebagai acuan hasil akhir produk yang baik. Syarat mutu di Indonesia
mengacu pada dokumen Standarisasi Nasional Indonesia yang dipublikasikan oleh
Badan Standarisasi Nasional. Saat ini, kefir sebagai minuman fermentasi secara
khusus belum ada, sehingga kefir sebagai minuman fermentasi akan mengacu
pada syarat mutu produk sejenis yaitu minuman fermentasi berperisa yang dapat
dilihat pada Tabel 3.
11
Tabel 3. Standar Nasional Indonesia Syarat Mutu Minuman Fermentasi
Berperisa
No
Kriteria
Uji
Satuan
Persyaratan
Tanpa perlakuan panas
setelah fermentasi
Dengan perlakuan
panas setelah
fermentasi Normal Tanpa lemak Normal Tanpa lemak
1 Keadaan:
1.1
1.2
1.3
Penampakan Bau
Rasa
-
-
-
Cair
Normal/khas
homogeny
Cair
Normal/khas
Homogen
1.4 Homogenitas - Homogen Homogen
2 Lemak (b/b) %
Min 0,6 Maks 0,5
Min 0,6 Maks 0,5
3 Padatan susu tanpa
lemak (b/b) % Min. 3,0 Min. 3,0
4 Protein (Nx6,38) (b/b) % Min. 1,0 Min. 1,0
5 Abu (b/b) % Maks. 1,0 Maks. 1,0
6
Keasaman tertitrasi
(dihitung sebagai
asam laktat
%
0,2 s.d 0,9
0,2 s.d 0,9
7 Cemaran logam:
7.1 Timbal (Pb) mg/kg maks. 0,02 maks. 0,02
7.2 Merkuri (Hg) mg/kg maks. 0,03 maks. 0,03
8 Cemaran arsen (As) mg/kg maks. 0,1 maks. 0,1
9 Cemaran mikroba:
9.1 Bakteri coliform APM/m l maks. 10 maks. 10
9.2 Salmonella sp /25ml - Negative Negative
9.3 Listeria
monocytogenes/ 25 ml
-
Negative Negative
10 Kultur starter Koloni/
ml min. 1 x 106 -
Sumber: SNI 7552:2009
2.2.2 Biji Kefir (Kefir Grain)
Kefir dibuat melalui proses fermentasi dengan menggunakan starter yang
sering disebut granula kefir atau biji kefir (kefir grain) yang mengandung antara
lain L. lactis, L. bulgaricus, Streptococcus lactis, S. cremoris dan khamir/ragi
yang dapat memfermentasi laktosa seperti Kluyveromyces sp., Torula sp. dan
Saccharomyces cereviceae dan Sc. calsbergensis (Kwak dkk, 1996). Proses
12
fermentasi dilakukan pada suhu 20 – 25 °C selama 24 jam atau sampai pH 4
tercapai. Tahap pematangan (15 – 20 jam pada suhu 8-10°C) kadang – kadang
dilakukan dalam tahapan produksinya.
Pemeliharaan biji kefir membutuhkan tenaga kerja intensif dan mikroba
pada biji kefir sering menunjukkan komposisi yang bervariasi sehingga beberapa
perusahaan saat ini menjual campuran kultur bakteri dan khamir hasil liophilisasi
sebagai kultur starter kefir. Biji kefir adalah massa protein, polisakarida, bakteri
asam laktat cocci mesophilik, homofermentatif dan heterofermentatif, bakteri
lactobacillus termophilik dan mesophilik, bakteri asam asetat dan khamir
(Tamime 2007). Jumlah mikroba dalam biji kefir secara umum yaitu bakteri asam
laktat sebesar 108cfu/g, khamir sebesar 10
6-10
7cfu/g dan bakteri asam asetat
sebesar 105cfu/g. Kultur starter dalam pembuatan kefir disebut kefir grain yang
mengandung Bakteri Asam Laktat (BAL),
Khamir pada biji kefir berperan dalam pertumbuhan beberapa nutrient
seperti asam amino dan vitamin, serta memproduksi etanol serta karbondioksida.
Lactobacillus kefir, Lactobacillus kefirgranum, Lactobacillus lactis subsp. lactis,
Lactobacillus lactis subsp. cremoris dan Leuconostoc mesenteroides subsp.
cremoris telah teridentifikasi menggunakan teknik biologi molekuler tumbuh
dalam kefir (Mainville dkk, 2006). Produksi asam dikontrol oleh bakteri,
sedangkan khamir memproduksi alkohol. Konsentrasi akhir dari asam laktat dan
alkohol diperkirakan maksimum 1 % (Jay dkk, 2005).
2.3 Sukrosa
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan tanaman penghasil gula yang
telah lama dibudidayakan di Indonesia khususnya Pulau Jawa. Gula diproses dari
sukrosa yang terbentuk dalam batang tebu. Kadar sukrosa yang ada dalam batang
13
tebu bervariasi mulai 8-13 % pada tebu segar yang mencapai kemasakan optimal.
Sukrosa merupakan disakarida yang memiliki rumus molekul C12H22O11. Sukrosa
terbentuk melalui proses fotosintesis, dalam proses tersebut terjadi interaksi antara
karbon dioksida dengan air yang berada dalam sel yang mengandung klorofil
(Kuswurj, 2011).
Gula tebu adalah disakarida hasil dari gabungan dua gula yang sederhana
yaitu glukosa dan fruktosa (monosakarida). Sukrosa adalah disakarida yang
mempunyai peranan penting dalam pengolahan makanan dan banyak terdapat
pada tebu, bit, siwalan, dan kelapa kopyor. Proses pembuatan sirup dimulai
dengan melarutkan gula pasir (sukrosa) dalam air dan dipanaskan, sebagian dari
sukrosa akan terurai menjadi glukosa dan fruktosa, yang disebut gula invert.
Inversi sukrosa terjadi dalam suasana asam. Gula invert ini tidak dapat berbentuk
kristal karena kelarutan sukrosa sangat tinggi (Winarno, 2010).
Sukrosa dalam pembuatan produk makanan berfungsi untuk memberi cita
rasa manis dan berperan sebagai pengawet yaitu dalam konsentrasi yang tinggi
dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme, dapat menurunkan aktifitas air
dari bahan pangan (Buckel dkk, 1987). Kristal sukrosa mempunyai sistem
monoklin dan bentuknya sangat bervariasi. Kemurnian sukrosa mempengaruhi
bentuk dan keadaan badan kristal, sukrosa murni tidak berwarna dan transparan.
Sukrosa mudah larut dalam air dan dipengaruhi oleh zat lain yang terlarut dalam
air serta sifat zat tersebut. Semakin tinggi suhu dan jumlah garam terlarut dalam
air maka semakin tinggi pula jumlah sukrosa yang dapat terlarut, terutama garam
yang mengandung nitrogen, seperti protein dan asam amino (Mas’udah, 2013).
Gula ditambahkan sebagai pemanis untuk meningkatkan cita rasa. Muchtadi
14
(2010) menyebutkan bahwa tujuan penambahan gula adalah untuk memperbaiki
flavour bahan makanan dan minuman sehingga rasa manis yang timbul dapat
meningkatkan kelezatan.
Tabel 4. Syarat Mutu Gula ( Sukrosa )
Sumber : Standar Nasional Indonesia, 2010
2.3.1 Penggunaan Sukrosa dalam Produk Fermentasi
Sukrosa ialah salah satu bahan pemanis yang banyak digunkaan dalam
keseharian. Sukrosa adalah disakarida yang apabila dihidrolisis berubah menjadi
dua molekul monosakarida yaitu glukosa dan fruktosa (De Man, 1997;
Sastrohamidjojo, 2005).
Penggunaan sukrosa dalam industri pangan sangat berpotensi sebagai
penambah cita rasa dan bahan pengawet. Sukrosa dimanfaatkan dalam pembuatan
water kefir sirsak sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan bakteri asam laktat
selama fermentasi. Hal tersebut dikarenakan perlakuan penambahan sukrosa
No Parameter Uji Satuan Persyaratan
GKP 1 GKP 2
1.
1.1.
1.2.
Warna
Warna Kristal
Warna Larutan
(ICUMSA)
CT
IU
4,0-7,5
81-200
7,6-10,0
201-300
2. Besar Jenis Butir Mm 0,8-1,2 Maks 0,1
3. Susut Pengeringan
(b/b)
% Maks 0,1 Maks 0,1
4. Polaritas (oZ, 20
oC) “Z” Min 99,6 Min 99,6
5. Abu Konduktivitas
(b/b)
% Maks 0,10 Maks 0,15
6.
6.1.
Bahan Tambahan
Pangan
Belerang dioksida
(SO2)
Mg/kg
Maks 30
Maks 30
7.
7.1.
7.2.
7.3.
Cemaran Logam
Timbal (Pb)
Tembaga (Cu)
Arsen (As)
Mg/kg
Mg/kg
Mg/kg
Maks 2
Maks 2
Maks 1
Maks 2
Maks 2
Maks 1
15
diduga dapat memberikan nutrisi tambahan bagi bakteri asam laktat untuk
metabolisme dan pertumbuhan sel, dengan tersedianya nutrisi yang optimal, maka
aktivitas bakteri asam laktat akan meningkat sehingga menyebabkan jumlah asam
hasil metabolisme juga meningkat. Menurut Spreer (1998), asam laktat dan
asetaldehid yang dihasilkan menyebabkan penurunan pH media fermentasi atau
meningkatkan keasaman dan menimbulkan aroma khas.
Bakteri asam laktat memanfaatkan gula sebagai sumber energi,
pertumbuhan dan menghasilkan metabolit berupa asam laktat selama proses
fermentasi. Sumber karbon (sukrosa/gula) akan dirombak oleh mikroba menjadi
energi untuk pertumbuhan dan asam laktat sebagai metabolitnya. Mikroba
membutuhkan gula untuk aktivitas metabolisme dan perkembangbiakan sel. Hal
tersebut berkaitan dengan peningkatan jumlah sel bakteri, dimana semakin banyak
sel bakteri yang ada, maka sukrosa akan semakin banyak digunakan untuk
metabolisme sel. Oberman and Libudzisz (1998) dalam Rahmawati (2006),
menyatakan peningkatan jumlah bakteri menyebabkan terjadinya peningkatan
perombakan gula yang ada pada medium menjadi asam–asam organik.
2.4 Susu Skim
Susu skim merupakan bagian susu yang tertinggal setelah krim diambil
sebagian atau seluruhnya dan berbentuk seperti granula kecil dengan warna putih
kekuningan. Oleh karena itu, susu skim mempunyai berat jenis yang tinggi karena
banyak mengandung protein dan semua komponen gizi dari susu, kecuali lemak
dan vitamin yang larut dalam lemak. Susu memiliki dua jenis protein yaitu kasein
dan whey. Kasein ialah fraksi protein yang akan menggumpal ketika susu
diasamkan pada pH 4,6 dan suhu sekitar 30oC. Sedangkan fraksi yang tertinggal
setelah pengendapan kasein disebut whey. Komposisi susu skim terdiri dari abu
16
8,2% sampai 8,6%; protein 34,0% sampai 37,0%; lemak 0,6% sampai 1,25%; dan
laktosa 49,5% sampai 52,0% (Herdiana, 2007).
Susu skim mengandung protein dan laktosa dalam jumlah tinggi yang akan
diubah oleh bakteri asam laktat menjadi asam laktat. Protein merupakan sumber
nitrogen, sedangkan laktosa merupakan sumber energi dan karbon bagi bakteri
asam laktat. Semakin banyak susu skim yang ditambahkan maka jumlah bakteri
juga akan semakin meningkat. Bakteri tersebut akan merombak laktosa menjadi
glukosa dan galaktosa untuk menghasilkan asam laktat, sehingga pH pada produk
dapat mengalami penurunan. Penurunan pH merupakan salah satu akibat dari
proses fermentasi yang terjadi karena adanya akumulasi asam yang berasal dari
aktivitas bakteri asam laktat. Asam laktat yang dihasilkan sebagai produk utama
akan terdisosiasi menghasilkan H+ dan CH3CHOHCOO
-, sehingga semakin
tingginya asam laktat memungkinkan ion H+ yang terbebaskan dalam medium
semakin banyak (Sintasari, dkk., 2014).
2.5 Fermentasi
Fermentasi merupakan suatu proses perubahan kimia pada suatu substrat
organik melalui aktivitas enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme
(Suprihatin, 2010). Proses fermentasi dibutuhkan starter sebagai mikroba yang
akanditumbuhkan dalam substrat. Starter merupakan populasi mikroba dalam
jumlah dan kondisi fisiologis yang siap diinokulasikan pada media fermentasi
(Prabowo, 2011).
Fermentasi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu spontan dan tidak
spontan. Fermentasi spontan adalah yang tidak ditambahkan mikroorganisme
dalam bentuk starter atau ragi dalam proses pembuatannya, sedangkan fermentasi
17
tidak spontan adalah yang ditambahkan starter atau ragi dalam proses
pembuatannya seperti kefir dan yoghurt. Mikroorganisme tumbuh dan
berkembang secara aktif merubah bahan yang difermentasi menjadi produk yang
diinginkan pada proses fermentasi (Suprihatin, 2010). Proses optimum fermentasi
tergantung pada jenis organismenya (Sulistyaningrum, 2008). Menurut Kunaepah
(2008), fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya sebagai berikut:
1. Substrat (Medium)
Substrat atau medium fermentasi menyediakan zat gizi yang diperlukan
oleh mikroba untuk memperoleh energi, pertumbuhan, bahan pembentuk sel dan
biosintesa produk-produk metabolisme. Bermacam-macam substrat dapat dipakai
untuk melangsungkan fermentasi yaitu serealia, pati, laktosa, glukosa dan sukrosa
sebagai sumber karbon, sedangkan asam amino, protein, nitrat, garam amonium,
tepung kedelai dan sisa fermentasi sebagai sumber nitrogen. Selain untuk
memenuhi pertumbuhan sel dan pembentukan produk fermentasi, medium yang
digunakan akan berpengaruh terhadap pH.
2. Suhu
Suhu fermentasi akan menentukan jenis mikroba yang dominan selama
proses fermentasi. Suhu optimum pertumbuahan bakteri asam laktat yaitu 30°C,
tetapi beberapa kultur dapat membentuk asam dengan kecepatan sama pada suhu
37°C maupun 30°C. Suhu yang lebih tinggi dari 40°C dapat menurunkan
kecepatan laju pertumbuhan dan pembentukan asam oleh bakteri asam laktat.
Sedangkan khamir mempunyai suhu pertumbuhan optimum pada 20° - 30°C
mempunyai pertumbuhan optimum fermentasi pada pembuatan sayur asin sangat
18
sensitif terhadap perubahan suhu. Jika konsentrasi asam yang diinginkan telah
tercapai, maka suhu dapat dinaikkan untuk menghentikan fermentasi.
3. Oksigen
Tersedianya oksigen dapat memepengaruhi pertumbuhan mikroorganisme.
Jamur bersifat aerobik (memerlukan oksigen) sedangkan khamir dapat bersifat
aerobik atau anaerobik tergantung pada kondisinya. Bakteri diklasifikasi menjadi
empat kelompok yaitu aerob obligat (jika persediaan oksigen banyak maka dapat
tumbuh), aerob fakultatif (tumbuh apabila persedian oksigen cukup, tetapi juga
dapat tumbuh secara anaerob), anaerob obligat (dapat tumbuh jika ada oksigen)
dan anaerob fakultatif (dapat tumbuh jika tidak ada oksigen, serta dapat tumbuh
secara aerob).
4. Mikroba
Fermentasi umumnya dilakukan menggunakan kultur murni. Kultur murni
dapat disimpan dalam keadaan kering atau dibekukan. Kultur campuran mampu
menghasilkan asam yang lebih cepat dibandingkan pada kultur tunggal.
Banyaknya mikroba yang ditambahkan berkisar 3-10% dari volume medium
fermentasi.
Gambar 2. Kurva Pertumbuhan Mikroba (Fardiaz, 1992)
19
Dalam suatu proses fermentasi terdapat adanya proses kultivasi
mikroorganisme yang menjadi agent fermentasi. Pada proses kultivasi, yang
menjadi titik kritis kultivasi adalah pada fase eksponensial dan fase stasioner.
Pada fase tersebut mikroorganisme akan menghasilkan metabolit. Setelah fase
adaptasi selesai, mikroorganisme memasuki fase eksponensial dimana laju
pertumbuhan maksimum dan konstan, sehingga jumlah biomassa maksimum
terdapat fase late exponensial. Pertumbuhan dan perkembangan mikroba memiliki
batas hingga waktu tertentu. Pada saat tertentu, setelah melewati tahap minimum,
mikroba akan mengalami fase kematian. (Atlas dkk, 1998 dalam Muninngar,
2012).
Mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi kefir antara lain bakteri
Lactobacillus bulgaricus yang termasuk ke dalam golongan Bakteri Asam Laktat
(BAL) dan khamir Candida kefir.
a. Bakteri Asam Laktat (BAL)
Bakteri Asam Laktat (BAL) dikelompokkan sebagai bakteri gram positif,
bentuk kokus atau batang yang tidak berspora dengan asam laktat sebagai produk
utama fermentasi karbohidrat. BAL terdiri dari empat genus yaitu Lactobacillus,
Leuconostoc, Streptococcus dan Pediococcus. BAL merupakan bakteri yang
sering digunakan sebagai starter kultur untuk susu fermentasi dan berpotensi
sebagai antikolesterol. Hal tersebut diduga karena adanya Ekspolisakarida/EPS
(Malaka, 2005). Bakteri asam laktat memiliki kemampuan ketahanan terhadap pH
yang tinggi sampai rendah, sehingga mampu bersaing dengan nakteri lain selama
proses fermentasi. Bakteri ini juga dinyatakan sebagai bakteri asidurik atau
asidofilik, karena memerlukan pH yang relatif rendah (sekitar 5,4 – 3,5) supaya
20
tumbuh dengan baik. Lactobacillus bulgaricus berperan dalam pembentukan
asetaldegida yang akan membentuj aroma pada yoghurt.
BAL dibagi menjadi dua kelompok yaitu bakteri homofermentatif dan
bakteri bakteri heterofermentatif. Bakteri homofermentatif dengan produk utama
adalah asam laktat yang diperoleh melalui proses glikolisis dan bakteri
heterofermentatif yang memproduksi asam laktat dan sejumlah etanol, asam
asetat, melalui jalur 6 phosphoglukanat/phosphoketolase (Wijaningsih, 2008).
Lactobacillus bulgaricus merupakan kelompok bakteri asam laktat (BAL)
homofermentatif dengan asam laktat sebagai produk utama fermentasi karbohidrat
melalui fermentasi 1 mol glukosa yang akan menjadi 2 mol asam laktat dengan
reaksi: Lactobacillus bulgaricus merupakan bakteri gram positif, bentuk kokus
atau batang yang tidak berspora. Suhu optimum pertumbuhan Lactobacillus
bulgaricus adalah 40 - 45 (Malaka, 2005).
b. Khamir
Khamir merupakan suatu organisme uniseluler yang dapat bereproduksi
secara aseksual dengan spora. Khamir berperan memproduksi enzim yang
membantu dalam pembentukan alkohol sebagai metabolit primer dan senyawa
antibakteri sebagai metabolit sekunder. Proses fermentasi produk susu, organisme
khamir mempunyai peran dalam menyediakan nutrisi untuk pertumbuhan mikroba
lain seperti asam amino, vitamin dan mengkondisikan pH. Menurut Wijaningsih
C6H12O6 2CH3CHOHCOOH
Glukosa Asam Laktat
21
(2008) pada proses fermentasi anaerob, khamir memecah glukosa menjadi alkohol
dan karbondioksida melalui reaksi :
Sebagian besar khamir memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya.
Subtrat yang utama diperlukan selain oksigen adalah gula. Khamir akan
menghasilkan etil alkohol dan karbondioksida dari perombakan gula sederhana
seperti glukosa dan fruktosa. Khamir memiliki ketahanan terhadap asam dan dapat
tumbuh pada pH 3,5 – 4,5. Khamir memiliki rentang suhu pertumbuhan yaitu dari
00C – 50
0C, dengan suhu optimum 20
0C – 30
0C. Jenis khamir yang terdapat pada
kefir antara lain Candida kefir. Candida kefir dalam bentuk aseksual adalah
kluyveromyces marxianus yang berperan dalam memproduksi enzim laktase,
termasuk jenis khamir yang dapat memfermentasi laktosa (Farnworth, 2005).
2.5.1 Proses Glikolisis
Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam
piruvat. Bila ada oksigen, asam piruvat akan dioksidasi lebih lanjut di dalam
mitokondria sehingga pada akhirnya menghasilkan CO2 dan air. Bila Oksigen
tidak ada, maka asam piruvat tadi diubah menjadi asam laktat pada manusia atau
menjadi etanol pada ragi. Glikolisis terjadi di sitosol dalam sel yang menghasilkan
senyawa luruhan dan energi konversi dalam bentuk senyawa kimia yang lain
(ATP).
C6H12O6 C2H5OH + 2CO2
Glukosa Alkohol Karbondioksida
22
Tahap-Tahap Glikolisis
Gambar 2. Proses Glikolisis (Mayes, 2003)
Glikolisis terbagi menjadi dua tahapan besar, tahapan tersebut yakni:
1. Tahap 1: tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP, merupakan tahap
reaksi dari glukosa hingga pembentukan fruktosa 6-fosfat (dari tahap 1 –
tahap 5)
2. Tahap 2 : tahap reaksi yang menghasilkan energi (ATP dan NADH) yakni
dari gliseraldehide 3-fosfat hingga piruvat (dari tahap 6 – tahap 10)
Tahap 1
1. Glikolisis diawali dengan reaksi pembentukan senyawa glukosa 6-fosfat dari
glukosa. Reaksi tersebut ialah reaksi yang menggunakan energi dari
pemutusan ikatan fosfat dari ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim
heksokinase atau glukokinase.
23
2. Isomerisasi glukosa 6-fosfat. Reaksi yang kedua adalah pembentukan isomer
fruktosa 6-fosfat dari glukosa 6-fosfat. Reaksi ini adalah reaksi reversibel
yang mengkatalisis perubahan suatu aldopiranosa (glukosa) menjadi suatu
ketofuranosa (fruktosa). Reaksi ini dikatalisis oleh fosfoglukoisomerase.
3. Fosforilasi kedua. Reaksi fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-
bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase. Memerlukan ATP sebagai sumber
fosfat.
4. Fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua triosa fosfat yaitu gliseraldehid-3-
fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini
adalah suatu enzim dari kelas liase yakni aldolase. Reaksi yang dikatalisisnya
reversible. Kedua triosa fosfat dapat diubah sesamanya oleh enzim triosa
fosfat isomerase.
5. Keseimbangan reaksi isomerisasi ini condong ke arah dihidroksi aseton fosfat.
Akan tetapi gliseraldehid-3-fosfat terus menerus diubah , maka reaksi berjalan
ke arah yang ditunjukkan.
Tahap II
6. Terjadi oksidasi dan fosforilasi gliseraldehid-3-fosfat oleh NAD sehingga
menghasilkan 1,3-difosfogliserat. Reaksi ini dikalisis oleh enzim
gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase, yang menggunakan fosfat anorganik,
bukan ATP sebagai sumber fosfat. Produk yang terbentuk adalah suatu
anhidrida campuran dari asam 3-fosfogliserat dengan asam fosfat.
7. Fosfogliserat kinase memindahkan ikatan fosfat dari 1,3-difosfogliserat ke
ADP sehinggga akan terbentuk 3-fosfogliserat dan ATP.
24
8. Enzim Fosfogliseromutase memindahkan fosfat yang ada dikedudukan 2
sehingga terbentuk 2-fosfogliserat.
9. Enolase mengkatalisis dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat,
yang juga suatu senyawa yaang kaya energi. Senyawa ini memindahkan
fosfatnya ke ADP dan menghasilkan piruvat dan ATP.
10. Reaksi yang terakhir di katalisis oleh enzim piruvat kinase ( enzim ini dinamai
menurut reaksi yang arahnya berlawanan).
2.6 Syarat Nutrisi Pertumbuhan Mikrobia
Menurut Snydman (2008) Mikrobia membutuhkan nutrisi untuk tumbuh, baik
dalam bentuk anorganik ataupun organik. Unsur utama dalam pertumbuhan
mikrobia yaitu :
1. Unsur karbon
Karbon merupakan salah satu unsur penting yang dibutuhkan oleh mikroba.
Mikroba memerlukan karbon dalam beberapa bentuk yaitu an-organik atau
organik. Adapun komponen anorganik antara lain CO2, sedangkan karbon
yang berbentuk organik dapat berasal dari tiga kelas utama sebagai sumber
karbon, diantaranya karbohidrat. Metabolisme akan menghasilkan energi
yang dapat digunakan untuk sistem kerja sel, sintesis organel sel dan untuk
membentuk generasi baru. Senyawa karbon organik lainnya yaitu disakarida
dan oligosakarida. Pemberian penambahan sukrosa pada produk fermentasi
biasanya berkisar antara 5% - 15% (Hartoto, 2008).
2. Unsur Nitrogen
Semua organisme membutuhkan nitrogen dalam beberapa bentuk. Nitrogen
berbentuk asam amino sebagai penyusun protein merupakan nitrogen dalam
25
bentuk organik. Bakteri juga dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk an-
organik yang terdapat di atmosfer kemudian difiksasi untuk sintesis sel.
Nitrogen anorganik biasanya menggunakan (NH4)3PO4, NH4Cl, KNO3,
NaNO3. Sumber nitrogen organik dapat berupa pepton, typthone yang berasal
dari tepung kedelai yang memiliki vitamin yang tinggi.