Reaksi Pembentukan Asam Laktat Dari Hetero Dan Homo
Click here to load reader
-
Upload
denmaskoko-heru -
Category
Documents
-
view
178 -
download
115
Transcript of Reaksi Pembentukan Asam Laktat Dari Hetero Dan Homo
-
1
1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengawetan bahan makanan bermula dari penggunaan garam, asap, asam dan proses
fermentasi, untuk mengawetkan makanan. Seiring dengan berkembangnya teknologi di
bidang pangan, dikembangkan substansi antimikroba yang bertujuan menghambat
pertumbuhan mikroorganisme patogen pada bahan makanan.Penggunaan substansi
antimikroba yang tepat dapat memperpanjang umur simpan dan menjamin keamanan
makanan (Indriyati, 2010).
Salah satu substansi antimikroba yang dapat digunakan adalah bakteri asam laktat (BAL)
yang telah digunakan di banyak negara, sebagai pengawet makanan dan senyawa
antimikroba alami (Suardana et al., 2007), karena dapat mengambat bakteri pembusuk dan
bakteri patogen (Djafaar, 1996 dalam Sarkono et al., 2006).Bakteri asam laktat dapat
menghasilkan asam-asam organik, diasetil dan hidrogen peroksida sehingga mempunyai
aktivitas antimikroba.
Antimikroba primer yang dihasilkan oleh bakteri asam laktat ialah asam laktat dan efek
penurunan pH, sedangkan senyawa lainnya yaitu hidrogen, karbon dioksida, diasetil dan
bakteriosin.Semua senyawa ini bersifat antagonis terhadap beberapa bakteri perusak dan
patogen dalam makanan (Erdogrul & Erbilir, 2006).Antimikroba yang dihasilkan oleh
bakteri asam laktat dapat menghambat dan menginaktivasi mikroorganisme pembusuk dan
mikroorganisme patogen (Tadesse et al., 2005).
Bakteri asam laktat sering ditemukan secara alami pada bahan makanan, contohnya pada
susu, daging, buah-buahan, sayur-sayuran dan pada makanan hasil fermentasi. Pada proses
fermentasi secara spontan BAL sering kali ditemukan sebagai bakteri dominan yang
ditemukan sebagai mikrobia dominan yang dapat menghambat bakteri pembusuk dan
patogen (Djafaar, 1996 dalam Sarkono et al., 2006).
-
2
Salah satu substrat bakteri asam laktat adalah sayur asin, yang merupakan salah satu bentuk
awetan sayur sawi, yang dibuat dari tanaman sawi pahit/sawi asin/sawi hijau yang
direndam dalam larutan air kelapa.Pada penelitian ini digunakan sayur asin dari sawi pahit.
Proses fermentasi berlangsung secara spontan/tanpa ada penambahan inokulum BAL.
Fermentasi sayuran memiliki beberapa kelebihan, baik dari segi kesehatan, sosial dan
ekonomi, antara lain mengawetkan bahan pangan, hemat energi, menghilangkan faktor
anti-nutrisi, misalnya menurunkan kadar sianida pada ketela,dan meningkatkan kandungan
vitamin, misalnya pada palm wine (makanan khas Afrika Selatan) yang memiliki vitamin
B12 lebih tinggi dari pada buah kelapa (Battcock & Azam-Ali, 1998).
Pada proses fermentasi ditambahkan garam untuk membentuk lingkungan yang sesuai bagi
bakteri asam laktat untuk tumbuh. Konsentrasi garam merupakan salah satu komponen
yang mendukung berhasilnya proses fermentasi, karena mempengaruhi jenis mikroba yang
berperan dalam proses fermentasi. Bila konsentrasi garam kurang dari 2,5%, maka bakteri
proteolitik dapat tumbuh sehingga menyebabkan peruraian protein yang ditandai adanya
aroma busuk. Sedangkan bila konsentrasi garam lebih dari 10% maka dapat menghambat
pertumbuhan bakteri asam laktat dan menumbuhkan bakteri halofilik sehingga proses
fermentasi menjadi gagal (Pradani & Hariastuti, 2009).Pada penambahan kadar garam
sebanyak 5% bakteri asam laktat akan menghasilkan asam laktat secara optimal (Hadiyanti
dan Wikandari, 2013).
1.2 Tinjauan Pustaka
1.2.1 Bakteri Asam Laktat (BAL) Perkembangan teknologi, mengakibatkan berkembangnya penggunaan mikroba dalam
dunia pangan. Hal ini dipengaruhi juga oleh mikroba cenderung mudah diperbanyak dan
dikendalikan, disamping itu substrat sebagai tempat tumbuhnya murah, selain itu bahan-
bahan pelengkap untuk proses fermentasi mudah didapat dan murah, bahkan dapat
-
3
didapatkan dari hasil limbah industri pertanian yang biasanya dibuang (Misgiyarta
&Widowati, 2002).
Pada dasarnya bakteri dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu bakteri yang menguntungkan dan
bakteri yang merugikan. Salah satu golongan bakteri yang menguntungkan adalah bakteri
asam laktat. Bakteri asam laktat berguna sebagai pengawet makanan yang aman serta dapat
juga digunakan sebagai antimikroba alami karena dapat mencegah pertumbuhan bakteri
perusak dan bakteri patogen (Suardana et al., 2007).
Bakteri asam laktat merupakan bakteri yang mampu menghambat pertumbuhan mikroba
lain. Penghambatan pertumbuhan mikroba disebabkan bakteri asam laktat menghasilkan
lingkungan asam, di mana hampir sebagian besar bakteri patogen dan bakteri perusak (food
spoilage bacteria) tidak dapat tumbuh di lingkungan asam.Ciri-ciri yang dimiliki bakteri
asam laktat antara lain: Grampositif, tidak membentuk spora,berbentuk cocciatau basil,
tidak bergerak (non-motil), menghasilkan asam laktat dari proses pemecahan karbohidrat
dan tidak mempunyai enzim katalase (Salminen et al., 2004; Rahayu & Margino, 1997).
Enzim katalase merupakan enzim yang mengkatalisasi penguraian hidrogen peroksida
menjadi air dan oksigen. Bakteri yang memproduksi enzim katalase akan bertahan hidup
dalam kondisi aerobik. Bakteri asam laktat hanya membutuhkan sedikit bahkan cenderung
tidak membutuhkan oksigen dalam proses fermentasi, sehingga bakteri ini tidak
memproduksi enzim katalase (Battcock & Azam-Ali, 1998).
Berdasarkan kemampuan menghasilkan asam laktat sebagai produk akhir metabolisme,
bakteri asam laktat dapat digolongkan menjadi dua, yaitu bakteri homofermentatif dan
bakteri heterofermentatif. Bakteri homofermentatif memecah gula menjadi asam laktat,
sedangkan bakteri heterofermentatif mengubah gula menjadi asam laktat, asam asetat, dan
etanol (Battcock & Azam-Ali, 1998).
-
4
Bakteri homofermentatif dapat memecah glukosa menjadi asam laktat melalui jalur
Embden-Meyerhorf-Parnas (EMP) atau glikolisis. Enzim yang berperan dalam tahap
glikolisis adalah enzim aldolase dan heksosa isomerase. Bakteri homofermentatif dapat
menghasilkan energi sebesar dua kali energi yang dihasilkan oleh bakteri heterofermentatif
dari sejumlah substrat yang sama (Gambar 1) (Todar, 2008). Bakteri heterofermentatif
mampu memecah glukosa menjadi asam laktat, asam asetat, asam propionat dan etanol
melalui jalur oksidatif pentosa fosfat dengan bantuan enzim fosfoketolase. Bakteri
heterofermentatif tidak mempunyai enzim fruktosadifosfat aldolase, transaldolase dan
transketolase yang berperan dalam tahap glikolisis (Gambar 2) (Rattanachaikunsopoet al.,
2010).
-
5
Gambar 1. Proses biokimia pembentukan asam laktat pada bakteri homofermentatif.
GLUCOSE
Glucose-6-P
Fructose-6-P
Fructose-1,6-Di P
Glyceraldehyde-3-P Dihydroxyactone-P
aldolase
1,3-Diphosphoglycerate
3-Phosphoglycerate
2-Phosphoglycerate
Phosphoenolpyruvate
Pyruvate
2 LACTATE
Sumber: Todar (2008)
-
6
Gambar 2. Proses biokimia pembentukan asam laktat pada bakteri heterofermentatif.
GLUCOSE
Glucose-6-P
6-Phosphogluconate
Ribulose-5-phosphate
Glyceraldehyde-3-P Acetyl-phosphate
phosphoketolase
1,3-Diphosphoglycerate
3-Phosphoglycerate
2-Phosphoglycerate
Phosphoenolpyruvate
Pyruvate
LACTATE
Xylulose-5-phosphate
Acetyl-CoA
Acetaldehyde
ETHANOL
Sumber: Todar (2008)
-
7
Bakteri asam laktat akan mengubah karbohidrat menjadi asam laktat dalam kondisi anaerob
dan proses ini dapat dibagi menjadi tiga tahapan. Pada tahap awal, zat pati dari sumber
karbohidrat akan dihidrolisa menjadi maltosa oleh enzim dan amylase yang merupakan
enzim ekstraseluler pada mikroorganisme,kemudian molekul maltosa ini akan dipecah
menjadi glukosa oleh maltase dan pada tahap terakhir bakteri asam laktat akan mengubah
glukosa menjadi asam laktat dan sejumlah kecil bahan lain seperti asam asetat, asam
propionat dan etanol (Rattanachaikunsopoet al., 2010).
Bakteri asam laktat yang telah diketahui dan memiliki peranan penting dalam industri
pangan adalah genus Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus dan Streptococcus.Namun
berdasarkan pada revisi terbaru, genus yang saat ini termasuk dalam bakteri asam laktat
meliputi Aeroccous, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus,
Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tertragenococcus atau
Pediococcus halophilus, Weisella, dan Vaganococcus (Rahayu & Margino, 1997).
Klasifikasi bakteri asam laktat dapat dilihat dari bentuk morfologi, kemampuan tumbuhnya
di berbagai temperatur, kemampuan tumbuh pada berbagai konsentrasi garam, serta
toleransinya terhadap asam atau basa (Salminen et al., 2004).
a. Genus Lactobacillus Genus Lactobacillus, merupakan jenis bakteri yang berbentuk batang, tidak membentuk
spora, fakultatif anaerob dan katalase negatif.Lactobacillus dapat ditemukan pada
tanaman dan sayuran, minuman fermentasi, produk sereal dan pada saluran pencernaan
manusia dan hewan.Lactobacillus dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok
homofermentatif atau heterofermentatif (Hutkins, 2006).
Kelompok Lactobacillus homofermentatif dapat memecah glukosa terutama menjadi
asam laktat.Kelompok ini mampu tumbuh pada suhu 37oC atau lebih. Spesies dari
genus Lactobacillus yang tergolong ke dalam kelompok homofermentatif, antara lain:
L. lactis, L. acidophilus dan L. bulgaricus.Sedangkan kelompok Lactobacillus
heterofermentatif dapat memecah glukosa menjadi asam laktat, asam asetat, asam
-
8
propionat, dan etanol.Gas dan senyawa volatil yang terbentuk dari hasil fermentasi ini
berperan penting sebagai pembentuk cita rasa pada makanan fermentasi. Spesies dari
genus Lactobacillus yang tergolong ke dalam kelompok heterofermentatif, antara lain:
L. brevis dan L. fermentum.L. brevisdapat tahan pada kondisi asam hingga konsentrasi
2,4% dan suhu optimum pertumbuhannya berkisar pada 30oC (Buchanan dan Gibbons,
1975 dalam Candra, 2006).
b. Genus Streptococcus Genus Streptococcus merupakan kelompok bakteri Gram positif, sel berbentuk bulat
atau cocci, fakultatif anaerob, katalase negatif dan bersifat homofermentatif. Genus
Streptococcus dibagi menjadi 6kelompokbesar yaitu: Pyogenic Streptococci, Oral
Streptococci, Enterococci, Lactic Streptococci, Anaerobic Streptococci dan other
Streptococci. Namun sejak 1984, ada dua revisi terbaru dari genus Streptococcus.
Pertama yaitu spesies Streptococcus faecalis, Streptococcus faecium, dan Streptococcus
durans masuk dalam genus Enterococcus. Kemudian pada tahun 1985 spesies
Streptococcus lactic dan Streptococcus cremoris yang dimasukkan kedalam genus baru
yaitu Lactococcus(Hutkins, 2006).
c. Genus Leuconostoc Genus Leuconostocmemiliki perbedaan yang sangat mencolok dibandingkan dengan
genus Lactobacillus dan Streptococcus karena bersifat heterofermentatif yaitu
memfermentasi gula menjadi asam laktat, asam asetat, etanol, dan CO2. Karakteristik
lain genus Leuconostoc adalah Gram positif, tidak membentuk spora, non-motil,
fakultatif anaerob dan berbentuk bulat dan terkadang terlihat berbentuk batang
tergantung pada komposisi media dan bentuk media pertumbuhan (cair atau padat)
(Hutkins, 2006).
-
9
d. Genus Pediococcus Genus Pediococcus merupakan kelompok bakteri berbentuk bulat atau cocci dengan
susunan tetrad, kadang tampak berpasangan namun tidak membentuk rantai seperti
Lactococci, Streptococci dan Leuconostoc.Pediococcus mirip dengan bakteri asam
laktat lainnya yaitu bersifat fakultatif anaerob, tumbuh optimal pada suhu 250C-400C,
tapi beberapa spesies dapat tumbuh pada temperatur di atas 500C, dapat tumbuh pada
pH 4,2 dan media yang mengandung 6,5% NaCl (Hutkins, 2006).
Habitat alami Pediococcus terdapat pada tumbuhan, susu, urin hewan dan bir (Hutkins,
2006).Kisaran suhu pertumbuhannya adalah 7-45oC dengan suhu optimum 25-32oC.
Beberapa spesies yang cukup terkenal antara lainP. cerevisiae yang sering tumbuh pada
pikel dan menyebabkan kerusakan pada bir dengan memproduksi diasetil dalam jumlah
tinggi. Selain itu juga ada P. halophilus merupakan bakteri yang bersifat halofilik dan
dapat tumbuh baik pada medium dengan konsentrasi NaCl sebanyak 7 %(Rahayu &
Margino, 1997).
-
10
1.2.2 Sawi Pahit dan Sayur Asin Salah satu bahan makanan yang dapat menghasilkan bakteri asam laktat adalah sayur asin.
Sayur asin merupakan salah satu bentuk awetan sayur sawi, yang dibuat dari tanaman sawi
pahit/sawiasin/sawi hijau (Brassica juncea (L.) Czernjaew). Sawi pahit (familia
Brassicaceae)sangat kaya akan vitamin A, vitamin C dan zat besi.Komposisi nutrisi dalam
100 gram sawi pahit ditampilkan dalam Tabel 1.
Tabel 1.Komposisi Sawi Pahit (Brassica juncea (L.) Czernjaew) (per 100 g) Komponen Kandungan Kalori 24 kal Air 91,8 g Protein 2,4 g Lemak 0,4 g Karbohidrat total 4,3 g Serat 1 g Abu (ash) 1,1 g Kalsium 160 mg Fosfat 48 mg Besi 2,7 mg Natrium 24 mg Kalium 297 mg -karoten 1825 g Thiamin (vitamin B1) 0,06 mg Riboflavin (vitamin B2) 0,14 mg Niacin (asam nikotinat) 0,8 mg Asam askorbat 73 mg
Sumber:Duke(1983)
Kandungan air di dalam 100 gram sawi pahit sebesar91,8 gram (Tabel 1). Hal ini
menyebabkan sayuran sawi mudah rusak dan sering kali dibuang. Metode fermentasi sawi
merupakan salah satu metode pengawetan yangpaling umum digunakan untuk mengatasi
kerusakan sayuran sawi.Fermentasi sawi dikenal juga sebagai fermentasi asam laktat,
karena selama proses fermentasi bakteri/kultur yang ada menghasilkan asam laktat. Pada
proses fermentasi sayur asin, tidak perlu ditambahkan inokulum mikroba. Menurut Hansen
-
11
dalam Hui et al. (2004), inokulasi mikroba terkadang tidak diperlukan dalam suatu proses
fermentasi apabila mikroba yang diperlukan sudah ada pada bahan baku. Josephsen &
Jespersendalam Hui et al. (2004) menambahkan bahwa sebagian besar habitat natural
bakteri asam laktat, khamir, dan jamur adalah pada sayuran.
Untuk proses pembuatan sayur asin diperlukan sawi pahit, air kelapa atau air tajin, dan
garam. Penambahan air kelapa atau air tajin disebabkan kandungan karbohidratdalam sawi
pahit yang sedikit yaitu hanya sekitar 4,3 gram dalam 100 gram, sehingga perlu
ditambahkan sumber energi lainyang berasal dari air kelapa maupun air tajin. Komposisi
nutrisi dalam air kelapa adalah air (95%), karbohidrat (4 %), lemak (0,1 %), kalsium (0,02
%), fosfat (0,01 %), besi (0,5 %), dan berbagai asam amino, vitamin C, vitamin B kompleks
dan garam mineral lainnya (Helmi, 2008).
Pada proses fermentasi dilakukan penambahan garam untuk membentuk tekstur dan
menyediakan lingkungan hidup bagi bakteri asam laktat. Garam akan mengakibatkan
tekstur sawi menjadi lunak karena terjadinya pengeluaran cairan dari sawi (peristiwa
osmosis) (Battcock & Azam-Ali, 1998). Pada umumnya makin tinggi konsentrasi garam
yang digunakan maka makin lambat proses fermentasi. Pada fermentasi pendek sebaiknya
digunakan larutan garam 2,5-10% agar laju fermentasi berkisar antara sedang dan cepat.
Apabila konsentrasi melebihi 20% maka tidak dianjurkan, karena menghasilkan produk
yang keriput dan menyebabkan bakteri yang tumbuh adalah bakteri halofilik atau bahkan
fermentasi tidak berlangsung(Pradani & Hariastuti, 2009).
1.2.3 Senyawa Antimikroba Salah satu sifat penting dari bakteri asam laktat yang sering diaplikasikan dalam pembuatan
produk pangan adalah kemampuannya untuk memfermentasi gula menjadi asam laktat.
Produksi asam laktat yang dihasilkan tersebut akan mengakibatkan pertumbuhan mikroba
lain yang tidak diinginkan dapat terhambat(Salminen et al., 2004).Terhambatnya
pertumbuhan mikroba lain yang tidak diinginkan tersebut tidak hanya disebabkan oleh
penurunan pH karena produksi asam, namun juga karena hasil metabolit ekstraseluler.
-
12
Produk hasil metabolit ekstraseluler bakteri asam laktat antara lain asam-asam organik
(asam laktat, asam asetat dan asam format), hidrogen peroksida, diasetil dan bakteriosin
(Daeschel, 1989 dalam Sarkonoet al., 2006). Kemampuan tersebut menyebabkan bakteri
asam laktat dapat dikembangkan sebagai agensia pengawet makanan baik sebagai kultur
starter maupun dalam bentuk metabolit ekstraselulernya seperti bakteriosin (Yang & Ray,
1993 dalam Sarkono et al., 2006).
Escherichia colimerupakan salah satu kelompok bakteri patogen yang mampu dihambat
pertumbuhannya oleh bakteri asam laktat (Sarkono et al., 2006).E. coli merupakan
mikroorganisme normal yang ada di organ pencernaan manusia dan hewan mamalia
normal.E. coliyang termasuk dalam keluarga Enterobacteriaceae ini termasuk dalam
kelompok Gram negatif, tidak membentuk spora dan berbentuk batang.Meskipun
merupakan flora normal di usus, beberapa jenis E. coli dapat bersifat patogen, yaitu
serotipe-serotipe yang masuk dalam golongan Enteroroxigenic E. coli (ETEC),
Enteroinvasive E. coli (EIEC), Enteropathogenic E.coli (EPEC) dan Enterohaemorrhagic
E. coli (EHEC) (Adams & Moss, 2000).
Bakteri lain yang digunakan sebagai bakteri patogen uji adalah Staphylococcus aureus.
Staphylococcus merupakan bakteri penghasil enterotoksin berbentuk bulat yang termasuk
dalam kelompok Gram positif yang terdapat dalam bentuk tunggal, berpasangan, tetrad,
atau berkelompok seperti anggur. Kebanyakan galur Staphylococcus aureus bersifat
patogen. Bakteri ini membutuhkan nitrogen organik (asam amino) utnuk pertumbuhannya
dan bersifat anaerobik fakultatif.Bakteri ini sering ditemukan di kulit, kelenjar kulit dan
pada membran mukosa pada hewan dan pada kulit manusia (Adams & Moss, 2000).
-
13
1.3 Tujuan Penelitian
Untuk mengidentifikasi dan mengetahui kemampuan aktivitas antimikroba pada bakteri
asam laktat yang diisolasi dari sayur asin yang difermentasi dari sawi pahit (Brassica
juncea (L.) Czernjaew) pada kadar garam 5%.