m.K. Dasar Teknologi Mikrobial

Departemen Teknologi Industri PertanianFATETA IPB

2011

TIN 232 2(2-0)TIN 232 2(2-0)

M.O DIDALAM BAHAN PANGAN/INDUSTRI PANGAN/BAHAN PENOLONG

INDUSTRI PANGAN

Kuliah ke-XII

OUTLINE

• Mikroorganisme (m.o) dalam bahan pangan

• Pencemaran dari sumber alam• Tipe Fermentasi • Contoh pemanfaatan m.o dalam industri

pangan/BTP (bahan tambahan pangan)

M.O DI DALAM BAHAN PANGAN

Merusak / merugikan (kebusukan, kerusakan produk) Menguntungkan (menghasilkan produk)

Bahan pangan mengandung :- Karbohidrat- Protein Substrat untuk kehidupan m.o- Lemak - Air

Sumber Pencemaran :- Pemilihan bahan- Proses pengolahan- Penyimpanan / pengemasan

Pencemaran dari sumber alam :

1) Sayur dan buah-buahan

Lingkungan tempat tumbuh- Tanah : Bacillus, Clostridium, dll- Kotoran hewan : Coliform, Micrococcus, dll- Air (pencuci, pelarut, pendingin) :

Pseudomonas, Bacillus- Udara (debu, droplet-droplet air) : Cocci, Spora-

spora, kapang

Cara penanganan

Kondisi penyimpananBacillus sp. Clostridium

Pseudomonas

2) Biji-bijian & produk olahannya Yang baru dipanen : Micrococcus, Bacillus dll Produk olahan :

Misalnya : roti A.niger, B.subtilis

3) Gula & Madu Yang belum diproses (tebu sukrosa)

Leuconostoc, Candida, dll Madu : Zygosaccharomyces, Torula

A.niger

Candida

4) Daging (sumber pencemaran : penyembelihan,

pengulitan, penanganan, pengolahan, dll) M.O pencemar : Pseudomonas, Mucor

5) Ikan & Kerang Pseudomonas, Eschericia, dll Ikan olahan (ikan asap, ikan asin) kapang

Pseudomonas

6) Telur(sumber pencemaran : kotoran kandang, air pencuci, wadah, dll) Pseudomonas, Salmonella, dll

7) Ternak Unggas Pseudomonas, Candida

TIPE FERMENTASI

Tipe fermentasi glukosa yang umum adalah :

1. Fermentasi Homolaktat (lintasan yang paling sederhana; piruvat dikonversi langsung menjadi asam laktat ; tidak ada produksi gas; mikroorganisme : Lactobacillus, Streptococcus, Bacillus)

2. Fermentasi Alkohol (produk : etanol dan CO2 khamir Saccharomyces sp.),

3. Fermentasi Heterolaktat (ethanol, CO2, asam laktat; Leuconostoc and Lactobacillus),

4. Mixed acids fermentation (the characteristic tested for in the methyl red test; E. coli).

5. Butanediol fermentation (Acetoin, a precursor for butanediol, is produced; Enterobacter aerogenes),

6. Anaerobic butyric-butyric fermentation (organic solvents produced including butanol and butyric acid; Clostridium sp.),

7. Propionic acid fermentation (makes holes in Swiss cheese; Propionibacterium sp.).

                                                                                                          

Produk beralkohol (minuman): anggur, arak, brem bali → Saccharomyces cerevisiae

Asam organik, mis :- Asam laktat : Lactobacillus- Asam asetat : Acetobacter- Asam sitrat : Aspergillus niger

Pewarna angkak : Monascus purpureus Produk-produk Susu

- Susu fermentasi (yoghurt, kefir), mentega, keju Makanan/produk tradisional : Tempe, Oncom, Kecap, tauco , tapai, natto, dll Jamur merang, jamur kayu

M.O DI DALAM INDUSTRI PANGAN/BAHAN PENOLONG INDUSTRI PANGAN

Beberapa produk telah ada sejak jaman dahulu (indigenous knowledge)

Beberapa contoh adalah :

BAHAN BAKU :

1. barley

2. Hop (Humulus japonicus) : untuk stabilitas proses mikrobiologis, flavor unik

MIKROORGANISME :

Saccharomyces cereviseae, S. carlbergensis (S. uvarum)

REAKSI :

C12H22O11 + H2O amylase 2 C6 H12 O6

C6 H12 O6 2C2H5OH + 2CO2zymase

PRODUK BERALKOHOL

OPERATIONS IN A WINERY

                                                                                                                                       

Saccharomyces sp.

ASAM ORGANIK

Beberapa jenis asam organik diakumulasikan oleh beberapa mikroorganisme

Dibentuk sejalan dengan pertumbuhan (metabolit primer)

Beberapa yang bermanfaat dalam industri pangan :

1. Asam sitrat

2. Asam asetat

3. Asam laktat

ASAM SITRAT

Disebut juga 2-hydroxy propane-1,2,3- tricarboxylic acid

H2C-COOH

HOC-COOH

H2C-COOH

Pertama kali ditemukan sebagai komponen dari lemon, kini diketahui sebagai senyawa antara dalam Siklus Krebs (TCA cycle) yang terjadi pada hampir seluruh organisme.

Ditemukan pada tahun 1920 an sbg hasil mikroba Aspergillus niger (kemudian dinamakan Citromyces) merajai produksi dunia

Mikroorganisme lain :

Khamir Candida catenula, C. guilliermondii, Yarowia lipolytica, C. tropicalis.

A. niger

BIOSINTESAGlukosa

Glukosa

Piruvat + Piruvat

Media

Sitoplasma

Piruvat

Asetil CoACO2

Oksaloasetat

malat

malat

sitrat

Sitrat

Sitrat

mitokondria

OksaloasetatSiklus TCA

CO2

KONDISI OPTIMAL UNTUK PRODUKSI ASAM SITRAT

Konsentrasi gula 120-250 g/lIon logam Mn< 10-8 M

Zn < 10-6 – 10-7 MFe < 10-4 M

Tekanan oksigen terlarut >10mbarpH 1.6-2.2Konsentrasi Phosphat 0.2-1.0 g/lGaram amonium >2.0 g/lWaktu 160-240 jam

Konsentrasi sukrosa (%)

5 10 15

Yield Asam sitrat

Pengaruh konsentrasi sukrosa terhadap Yield Asam Sitrat

DIAGRAM PRODUKSI ASAM SITRATPersiapan bahan baku

Fermentasi

Persiapan inokulum kapang

Pemisahan miselia kapang

Penambahan Kapur (Ca)

Dekomposisi Kalsium SitratH2SO4

Pemurnian(decolorising, ion exchange

Kristalisasi

Asam sitrat

BEBERAPA JENIS SUMBER KARBON UNTUK PRODUKSI ASAM SITRAT

• Molases• Bagasse• Pati• Sirup korma• Cairan apel• Gula• Limbah kapas• Cairan whey• Limbah brewery• Pulp ubi jalar• Limbah cair nanas• Ekstrak pisang• Onggok• dll

APLIKASI ASAM SITRAT :1. Makanan (pengawet, pengasam) dan

permen (21 % dari total produksi)2. Minuman (45 % dari total produksi)3. Farmasi (27 % dari total produksi)

Fermentasi Asam Laktat- Dilakukan oleh beberapa fungi dan bakteri. - Lactic acid producing bacteria yang utama adalah

Lactobacillus. - Bakteri lain: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus

cerevisiae , Streptococcus lactis, Bifidobacterium bifidus.

Beberapa produk khusus lainnya hasil Lactic acid fermentation :1. Western world: yoghurt, sourdough breads, sauerkraut, cucumber

pickles and olives 2. Middle East: pickled vegetables 3. Korea: kimchi (fermented mixture of Chinese cabbage, radishes, red

pepper, garlic and ginger) 4. Russia: kefir 5. Egypt: laban rayab and laban zeer (fermented milks), kishk (fermented

cereal and milk mixture) 6. Nigeria: gari (fermented cassava) 7. South Africa : magou (fermented maize porridge) 8. Thailand : nham (fermented fresh pork) 9. Philippines : balao balao (fermented rice and shrimp mixture)

ASAM CUKA = VINEGAR = ACETIC ACID

1. Dapat dibuat dari berbagai bahan yang mengandung gula, pati atau alkohol

2. Merupakan proses biokimia alami dimana alkohol dirubah menjadi asam cuka

3. Mikroorganisme : Acetobacter aceti

4. Metode produksi : fermentasi kultur terrendam (cair) (selama 1-10 minggu alkohol dari substrat akan diubah menjadi asam asetat oleh bakteri yang diberikan ke dalam drum/tangki fermentasi )

SUSU FERMENTASIProduk susu yang dibuat dari susu utuh (whole

milk), skim milk, butter milk, cream dengan kultur bakteri asam laktat atau khamir atau kombinasi keduanya.

Contoh susu fermentasi :(1) Kefir (bahan : susu domba atau susu sapi)

- m.o. : Sterptococci & khamir (“kefir grain”) - mengandung asam laktat 0.8%, etanol

1%, CO2

(2) Koumiss (bahan : susu kuda) - m.o. : L.bulgaricus & khamir Torula - mengandung asam laktat, alkohol, CO2

(3) Yoghurt (fluid dan semi padat) - m.o. : L.bulgaricus & S.thermophilus (1.5 – 3%) (1 : 1) - Inkubasi 41 - 45ºC, selama 2-3 jam

(4) Susu Acidophilus - m.o. : L.acidophilus (inokulum 5%) - mengandung asam laktat 1 % - suhu fermentasi 37.8ºC (18-24 jam)

Yoghurt

• Turki; yogurtmak yang berarti "mencampur”

• ditemukan oleh Metchnikoff (eternal youth theory) Nobel Prize

• Susu yang difermentasi oleh Lactobacillus bulgaricus (untuk produksi asam laktat) dan Streptococcus thermophillus (untuk menambah cita rasa dan aroma).

Yoghurt (lanjutan)

• Lactobacillus bulgaricus mengubah laktosa dalam susu menjadi asam laktat sedangkan Streptococcus thermophillus mengubah protein susu (kasein) menjadi protein yang mempunyai rantai lebih pendek.

• ditambahkan pada susu dengan jumlah seimbang, lalu disimpan dalam suhu 40-45oC selama waktu tertentu

Yoghurt (lanjutan)

• Rasa dan aroma asam disebabkan oleh terjadinya peristiwa turunnya pH menjadi + 4,0 akibat aktivitas bakteri asam laktat

• Reaksi kimia yang terjadi pada pembuatan yoghurt:

C12H22O11 + H2O 4CH3CHOHCOOHLaktosa air asam laktat

Diagram proses produksi yoghurt

TANGKI FERMENTASI YOGHURT

Susu menjadi lebih kental dalam proses yoghurt

Pembuatan kefir sama dg yoghurt hanya digunakan starter berupa kefir grain

Mentega (Butter)Definisi : produk susu (cream) yang mengandung

lemak susu tidak kurang dari 80%.

Starter yang memproduksi aroma : L.citrovorum, L.dextranicum, S.diacetilactis (kadang-kadang

tumbuh bersama S.lactis atau S.cremoris).

Keju Produk susu hasil penggumpalan kasein (protein susu) oleh enzim

rennin ( atau pengganti rennin) atau oleh asam

* Kultur bakteri asam laktat berbagai jenis keju

PRODUKSI KEJU

Figure 2 shows a schematic diagram of the cheese manufacturing process.

                                                                                                                

PRODUKSI KEJU

Bakteri Kegunaan Produk- Propionibacterium

shermaniiFlavor / aroma,

pembentukan “eyes”Keju Emmenthal

- Lactobacillus bulgaricus Flavor / aroma, keasaman Yoghurt, kefir

- Lactobacillus acidophilus Keasaman Acidophilus

- Streptococcus thermophilus

Keasaman Yoghurt, Keju Cheddar, keju Emmenthal

- Streptococcus diacetilactis

Flavor / aroma, keasaman Keju, Cream Asam, Buttermilk asam

-Leuconostoc citrovorum,-Lactobacillus

dextranicum

Flavor / aroma Mentega, Cream Asam, Buttermilk asam

- Streptococcus durans & - Streptococcus faecalis

Flavor / aroma, Keasaman

Keju Cheddar, K. Lunak Italia

Beberapa kultur bakteri yang digunakan pada Unit Pengolahan Susu

Sumber pustaka : Dairy Techn. (Dulay)

Makanan tradisional (Indonesia)

Oncom :- oncom hitam : Rhizopus oligosporus- oncom merah : Neurospora sitophila Kontaminasi : Aspergilus flavus racun

aflatoksin

Tempe (kedelai )- Rhizopus oryzae, R.arrhizus,

R.oligosporus, banyak mengandung vit B12

Tempe bongkrek (ampas kelapa ) Rhizopus oligosporus, R.nodosusKontaminasi ;- Pseudomonas cocovenans

(racun : toksoflavin)- Asam bongkrek

DIAGRAM PROSES PRODUKSI TEMPE

Kedelai

Dicuci dan direndam lalu dikukus

Didinginkan

Pencampuran dengan ragi

Pembungkusan dan inkubasi 1-2 hari

Tempe

Kecap : Aspergillus sp, Rhizopus sp

Tauco : Rhizopus sp, Aspergillus sp

Tapai (tape) : Singkong dan ketan Rhizopus sp, Hansenula sp,

Saccharomyces cerevisiae

Kenali makanan tradisional hasil fermentasi dari negara-negara lain (TUGAS)

DIAGRAM PROSES PRODUKSI KECAP

BIOINDUSTRI JUGA DAPAT MENERAPKAN PRODUKSI

BERSIH

Lihat slide berikut dan analisis !

Tugas : buat contoh bioindustri lain yang juga terapkan produksi bersih !

DIAGRAM PROSES PRODUKSI TAPAI KETAN

Reaksi yang terjadi ? lihat slide penjelasan produksi alkohol

PEWARNA ANGKAK (red yeast rice)- Pewarna alami

- Mikroorganisme : Monascus sp (M. purpureus (ungu), M. koaling (merah), M. barkari (kuning)

Tiga warna angkak yang utama :

1. Jingga : monascorubin dan rubropunktatin

2. Merah : monascorubarin dan rubropunktamin

3. Kuning : monaskin dan angkaflavin

Sifat pigmen angkak :

1. Kelarutan tinggi

2. Warna stabil

3. Mudah dicerna

4. Tidak bersifat karsinogenik

PRODUKSI ANGKAK :

Pada umumnya menggunakan kultivasi substrat padat

Media yang digunakan : beras, kentang, singkong tepung ketela, gaplek, sagu, campuran onggok dan ampas tahu. Secara komersil umumnya menggunakan beras

Beras

Perendaman

Pengukusan

InokulasiM.purpureus

Inkubasi 3-6 hari

Pengemasan

Angkak (red yeast rice)

Untuk inokulasi dapat digunakan produk angkak yang telah digiling sebagai starter

DIAGRAM PROSES MISO

PRODUKSI MUSHROOM (Pleurotus ostreatus = jamur tiram putih; champignon, jamur merang, dll)

Substrat yang digunakan :

- Jerami padi

- Serbuk gergaji

- Vermi compost dari kayu, limbah kertas, sisa media jamur, limbah pangan