Pewarna Pangan yang Dihasilkan Melalui Proses FermentasiNyoman Semadi Antara, Ph.D.Professor on Food and Agroindustrial TechnologyFaculty of Agricultural Technology, Udayana UniversityKampus Bukit Jimbaran, BALI.Everyone is sensitive to the colour of foods, which plays a special role with the food we eat. Appetite is stimulated or dampened in almost direct relation to the consumer's reaction to colour. The colour we see clearly indicates the flavour we will taste. For example, when confronted with an unattractive colour, the consumer assumes that the food is poor or spoiled. The food colour agent can be divided into three groups, namely synthetic food colour, natural food colour, and nature identical food colour. The controversial topic of synthetic colourant in food has been discussed for many years. The scrutiny and negative assessment of synthetic food colourant by the modern consumer have given rise to a strong interest in natural colouring alternatives. On the other hand, producing natural food colour is expensive. Efforts have been made in order to reduce the production costs through fermentation process by utilizing pigment-producing microorganisms. Improving the economics of pigment production can be led by isolating new or creating better microorganisms and by improving the processes. The success of any pigment produced by fermentation process depends upon its acceptability in the market, regulatory approval, and the size of the capital investment required bringing the product to market.Pewarna pangan sudah berkembang sejak abad ke-16 dengan menggunakan pewarna alami untuk penampilan pangan yang lebih menarik. Sampai pertengahan abad ke-19 penggunaan pewarna alami dari tanaman dan rempah-rempah masih digunakan. Bersamaan dengan revolusi industri, perkembangan industri pangan juga berkembang sangat pesat. Sejak itu industri pangan mulai menggunakan pewarna sintetis, yaitu dengan menggunakan senyawa berbasis mineral dan logam, seperti (sebagai contoh) red lead (Pb3O4) dan vermillion (HgS) yang rutin digunakan sebagai pewarna keju dan produk gula-gula. Pewarna digunakan untuk menutupi mutu pangan yang rendah ataupun pangan yang sudah mengalami penurunan mutu. Senyawa berbasis metal yang digunakan merupakan senyawa yang sangat berbahaya bahkan dapat menyebabkan kematian. Pada tahun 1856 pewarna sintetik yang aman mulai digunakan, dan mulai abad ke-20 penggunaan bahan pewarna sintetik menyebar di seluruh Negara Amerika Serikat dan Eropah untuk jenis pangan popular seperti kecap, mustard, jelly/jam, dan wine. Walaupun pada awalnya pewarna pangan yang digunakan adalah pewarna alami dari tanaman, hewan dan mineral, namun pewarna sintetik yang diproduksi secara kimiawi masih dominan digunakan sampai abad ini. Produksi pewarna sintetik dapat dilakukan dengan lebih mudah, murah, dan memberikan warna pada pangan yang lebih baik, serta hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sangat kecil.Pewarna pangan dapat dibedakan menjadi tiga kelompok pewarna, yaitu pewarna sintetik (synthetic colour), pewarna alami (natural colour), dan pewarna yang identik alami (nature identical colour). Pewarna sintetik diproduksi melalui proses kimia, sedangkan pewarna alami diekstrak dari tanaman, hewan, mikroalga, dan microbe (yeast, kapang, dan bakteri), sedangkan pewarna identik alami adalah pewarna yang disintesis persis sama seperti pewarna yang diekstrak dari tanaman (pigmen). Dewasa ini penggunaan pewarna pangan meningkat secara signifikan baik yang sintetik maupun yang alami. Peningkatan penggunaan bahan pewarna alami lebih signifikan dibandingkan dengan pewarna sintetik. Selain stabilitas pewarna alami yang baik, peningkatan ini juga disebabkan oleh persepsi konsumen yang meningkat terhadap bahan-bahan yang alami. Pertumbuhan penggunaan pewarna alami lebih besar dengan peningkatan per tahun berkisar 5 10%. Pewarna sintetik masih diprediksi meningkat dengan peningkatan yang lebih rendah yaitu antara 3% dan 5% (Downham dan Collin, 2000).Pewarna Pangan AlamiWarna makanan dan minuman berperan sangat spesifik terhadap penerimaan konsumen terhadap suatu produk pangan. Apabila produk pangan memperlihatkan warna yang tidak menarik, maka konsumen akan berasumsi bahwa produk pangan tersebut sudah mengalami kerusakan. Dengan demikian warna dapat beperan sebagai identitas utama suatu produk pangan dan merupakan harapan psikologis konsumen.Perkembangan industri pewarna pangan meningkat pesat sangat ditentukan perkembangan industri pangan yang membutuhkan berbagai jenis pewarna. Selain itu, permintaan dan tekanan konsumen, perubahan sosiologis, dan perkembangan teknologi juga berperan terhadap peningkatan industri pangan menggunakan berbagai bahan pewarna. Kepedulian masyarakat terhadap produk pangan yang sehat dan kesan serta penilaian negatip terhadap pewarna sistetik, maka masyarakat cendrung untuk meninggalkan pewarna sintetik dan beralih menggunakan pewarna alami dan pewarna identik alami.Pewarna alami banyak diperoleh dari pigmen tanaman yang dipercaya aman untuk dikonsumsi. Warna alami tersebar pada berbagai jenis buah, sayuran, biji-bijian, akar dan umbi. Pada makanan yang kita konsumsi sehari-hari juga mengandung berbagai pigmen dalam jumlah yang banyak, seperti karoten, antosianin, dan klorofil. Eksplorasi pewarna alami banyak dilakukan dan beberapa produk sudah diproduksi secara komersial (Tabel 1). Pigmen alami mempunyai karakter fisik dan kimiawi yang beragam, seperti sensitivitas terhadap oksidasi, perubahan pH, sinar, dan sifat kelarutannya.Tabel 1. Pewarna pangan alami (natural food colour)PigmentSourcesColour shadeCommentsCurcuminTurmeric RhizomeBright lemonA non soluble pigment that is light(roots) Indiayellowsensitive once solubilized and in thepresence of water. Used widely indesserts and confectioneryLuteinTagetas ErectaGolden yellowOil soluble carotenoid pigment naturally(marigold)present in many foods. Thedevelopment of easy to use waterand Alfalfasoluble forms with increased oxidativestability has extended its use toapplications such as desserts, softdrinks and bakery products. Onlypermitted in the USA in chicken feedNatural mixedPalm oil,Golden yellowAnother oil soluble mixture ofcarotenesD.salina (algae)to orangecarotenoids - carotene),(princwhich is naturally sensitive to oxidation.The USA permits only the algal source.Has pro vitamin A activityBixin/norbixinBixa OrellanaOrangeBixin is oil soluble and norbixin waterbush seeds Southdispersible. Initially widely used in theEU as a natural colour. Use is nowAmericarestricted. Widely used in ice cream,cheese, yellow fats and smoked fish.No restriction in the USALycopeneTomatoesOrangy red.Naturally oil soluble carotenoidpigment. Has found littlecommercialization as a colour owing tohigh cost, poor stability and orangerather than red shade. Also not listed inthe USA as a colour additiveCarminic acidCochineal insectOrange to redWater dispersible pigment with colour(female) Perushade becoming more red withincreased pH. Price sensitive owing tocultivation method (hand picked).Approximately 70,000 insects areneeded to produce 500 g of 50%strength pigmentCarmineCochineal insectPink to redCarmine is the aluminium lake of(female)carminic acid. Produces very stablepink/red shades. In acidic products] Perudelaking can occur resulting in colourchange and precipitation. Widely usedin confectionery and savoury products.As with carminic acid limited to nonvegetarian foodsBetaninRed table beet rootPink to redWater soluble pigments that aredegraded by prolonged heating. Widelyused in ice cream and dessertsAnthocyaninBlack grapeskin,Pink/red toNatural pigments of many red fruits,elderberries, blackmauve/blueflowers and vegetables. Largestcarrots, red cabbage.commercial source is grapeskin (v.depending on pHvinifera) as a byproduct of the wineindustry. Widely used in soft drinks todepict blackcurrant flavoured products.Chlorophyll (in)Grass, Lucerne andOlive greenChlorophylls are oil dispersible andnettlechlorophyllins water soluble. Limiteduse owing to poor stability and dullcolour shade. USA permitted source isas a vegetable (e.g. spinach) extractCopperGrass, Lucerne andBluish greenExchange of Mg2+ at the porphorinchlorophyll(in)nettlecentre for Cu2+ leads to bright stableshade. Not listed in the USACarbon blackVegetable MaterialGrey to blackInsoluble black pigment with excellentstability. Widely used in confectionery.Not listed in the USACrocinSaffron/Gardenia fruitYellowWater soluble carotenoid pigment. Nolonger listed in EU. Further safetytesting is required. Saffron is listed inUSA but is limited by its high costTitaniumAnataseWhiteInsoluble white colour derived fromDioxidenature by various processes. Used toadd whiteness to confectionery andbakery decorations. Also used for low fat products to add creaminessSumber: Downham dan Collin, 2000Pada awalnya pewarna alami merupakan pewarna yang tidak stabil, sulit digunakan, dan lebih mahal serta memberikan kesan warna yang kurang cerah/terang dibandingkan dengan pewarna sintetik. Selain itu, penilaian keamanan pewarna alami juga merupakan kendala untuk mengembangkan dan komersialisasi produk pewarna alami. Untuk mengatasi kendala tersebut, maka pengembangan pewarna alami difokuskan pada teknologi formulasi, teknologi pengolahan, dan eksplorasi sumber-sumber pigmen alami. Pendekatan tersebut cukup berhasil dan telah berkontribusi meningkatkan penggunaan pewarna alami untuk makanan dan minuman. Sekarang industri pangan lebih percaya diri menggunakan pewarna alami karena sudah dapat diperoleh pewarna alami yang stabil, cerah, dan karakteristik sesuai yang diinginkan.Biaya produksi yang tinggi untuk menghasilkan pewarna alami menyebabkan pewarna sintetik masih digunakan sampai saat ini. Di Indonesia, pemakaian pewarna alami masih sangat terbatas dan pemakaian pewarna sintetik masih menjadi pilihan utama industri pangan. Untuk menurunkan biaya produksi, usaha untuk memproduksi pewarna alami dengan biaya yang lebihrendah terus dilakukan. Beberapa pigmen sudah dapat disintesis secara kimia yang diproduksi secara komersial (Tabel 2). Usaha lain yang dilakukan adalah mengeksplorasi sumber pigmen dari sel mikroorganisme (mirkoalga, kapang, yeast, dan bakteri). Pemanfaatan mikroorganisme sebagai sumber pigmen melalui proses fermentasi merupakan teknologi proses yang bisa diharapkan untuk memproduksi pewarna alami. Proses produksi dengan menggunakan bioreactor akan dapat menurunkan biaya produksi pada skala komersial.Tabel 2. Produk identik pewarna pangan alami (identical food nature colours)ColourShadeComments-Carotene (E160a)Yellow to OrangeSparingly oil soluble, consisting of principally of thedepending on colourall trans isomers. b-carotene has pro vitamin AformulationactivityBeta-apo-8-carotenalReddy OrangeSparingly oil soluble, consisting of principally all(E160e)trans isomers. Used in application in combinationwith b-carotene. Has vitamin A activity, but at alower level than b-caroteneEthyl ester of beta-apo-Yellow / OrangeOil soluble. Used as a marker for intervention butter8-carotenic acid& chicken feed applications (LFRA, 1997) Has(E160f)vitamin A activity, but at a lower level than -caroteneCanthaxanthin (E161g)Orangy PinkOnly permitted in Saucisses de Strasbourg. Occursnaturally in salmon, shrimp and flamingosSumber: Downham dan Collin, 2000Proses FermentasiKontribusi proses fermentasi untuk memproduksi bahan tambahan pangan terus berkembang dari tahun ke tahun. Beberapa produk bahan tambahan pangan yang sudah diproduksi secara komersial melalui proses fermentasi adalah bahan pengental (xantan), peningkat citarasa (monosodium glutamate), senyawa citarasa (gamma-decalactone, diacetyl, methyl ketone), bahan pengasam (lactic acid, citric acid), dan yang lainnya. Beberapa pigmen yang dihasilkan melalui proses fermentasi,-carotenedarikapangBlakesleasepertitrispora di Eropah atau dari kapang Monascus di Asia sudah diproduksi dan digunakan pada industri pangan. Usaha terus dilakukan untuk mengembangkan teknologi produksi pigmen melalui proses fermentasi untuk menurunkan biaya produksi dibandingkan dengan produksi pewarna sintetik dan ekstraksi dari sumber alami lainnya. Produksi dengan biaya lebih rendah dapat dilakukan melalui eksplorasidan isolasi mikroorganisme baru dan meningkatkan produktivitas dengan mengembangkan teknologi proses fermentasi produksi pigmen.Penelitian dan pengembangan produk pewarna pangan melalui proses fermentasi sudah banyak dilakukan bahkan sudah sampai pada komersialisasi produk (Tabel 3). Tiga kelompok mikroorganisme dapat dimanfaatkan dalam proses produksi, yaitu: Food grade pigments from fungi:oB. trispora untuk produksi-carotene,oMonascus pigment (angka) dari Monascus purpureus,o Penicillium oxalicum untuk produksi warna merah,oRiboflavin, pewarna kuning makanan yang diproduksi oleh Eremothecium ashbyii dan Ashbya gossypi,o Mucor circinelloides untuk produksi-carotene, Fusarium sporotrichioides untuk produksi lecopene. Food grade pigments from yeast: Xanthophyllomyces dendrorhous untuk produksi astaxanthin, Rhodotorula glutinis untuk produksi carotenoid, Food grade pigments from bacteria: Flavobacterium sp. untuk produksi Zeaxanthin, oBradyrhizobium sp., bakteri fotosintetik, atau Halobacterium sp., bakteri halofilik, untuk produksi Canthaxanthin,o Agrobacterium aurantiacum untuk produksi astaxanthin.Secara alami, alam telah menyediakan berbagai macam warna. Salah satu sumber warna dalam bentuk pigmen adalah mikroorganisme (kapang, yeast, bakteri). Mikroorganisme penghasil pigmen dapat dimanfaatkan untuk produksi pigmen (pewarna pangan) melalui proses fermentasi. Keberhasilan proses produksi pewarna pangan melalui proses fermentasi tergantung pada penerimaan pasar, peraturan perundang-undangan yang ada, dan investasi yang dibutuhkan sampai pada komersialisasi produk. Investasi yang tinggi dibutuhkan untk komersialisasi produk, fasilitas fermentasi, dan studi yang panjang mengenai toksisitas dan keamanannya agar sesuai dengan peraturan yang ada. Persepsi masyarakat terhadap produk-produk hasil proses bioteknologi juga perlu mendapat perhatian.Table 3. Pigmen yang diproduksi melalui proses fermentasiMoleculeColourMicroorganismStatus*AnkaflavinYellowMonascus sp. (fungus)IPAnthraquinoneRedPenicillium oxalicum (fungus)IPAstaxanthinpink-redXanthophyllomyces dendrorhousDS(yeast), formerly PhaffiarhodozymaAstaxanthinpink-redAgrobacterium aurantiacumRP(bacteria)Astaxanthinpink-redParacoccus carotinifaciensRP(bacteria)Canthaxanthindark redBradyrhizobium sp. (bacteria)RPLycopeneRedBlakeslea trispora (fungus)DSLycopeneRedFusarium sporotrichioidesRP(fungus)MelaninBlackSaccharomyces neoformans var.RPnigricans (yeast)MonascorubraminRedMonascus sp. (fungus)IPNaphtoquinonedeep blood-Cordyceps unilateralis (fungus)RPredRiboflavinYellowAshbya gossypi (fungus)IPRubroloneRedStreptomyces echinoruberDS(bacteria)RubropunctatinOrangeMonascus sp. (fungus)IPTorularhodinorange-redRhodotorula sp. (yeast)DSZeaxanthinYellowFlavobacterium sp. (bacteria)DSZeaxanthinYellowParacoccus zeaxanthinifaciensRP(bacteria)-caroteneyellow-orangeBlakeslea trispora (fungus)IP-caroteneyellow-orangeFusarium sporotrichioidesRP(fungus)-caroteneyellow-orangeMucor circinelloides (fungus)DS-caroteneyellow-orangeNeurospora crassa (fungus)RP-caroteneyellow-orangePhycomyces blakesleeanusRP(fungus)UnknownRedPenicillium purpurogenumDS(fungus)UnknownRedPaecilomyces sinclairii (fungus)RP*Industrial production (IP), development stage (DS), research project (RP).Sumber: Dufuss, 2006.Referensi:Downham, A and Collins, P. 2000. Colouring our foods in the last and next millennium. Int. J. Food Sci. Technol. 35: 5-22.Dufoss, L. 2006. Microbial production of food grade pigments. Food Technol. Biotechnol. 44(3) 313321.Nells, H.J. and De Leenheer, A.P. 1991. Microbial sources of carotenoid pigments used in foods and feeds. Journal of Applied Bacteriology. 70: 181-191.