RSS

Bioteknologi Pangan

18 Mar

BIOTEKNOLOGI PANGAN

A.  Ruang Lingkup Bioteknologi Pangan dan Minuman

Kisaran hasil pangan yang pembuatannya melibatkan mikroorganisme adalah sangat lebar, dari pangan yang difermentasikan secara tradisional sejak zaman kuno, seperti roti, keju, yoghurt, anggur, bir, tempe, oncom, kecap dan sebagainya sampai kepada produk mutakhir, seperti mikroprotein, protein sel tunggal, dan lain- lainnya. Peran yang dimainkan mikroorganisme dapat mencakup penggunaan enzim mikroba atau metabolit lain, berbagai proses fermentasi pangan dan pembiakan mikroorganisme tertentu sebagai hasil pangan.

Mikroorganisme yang digunakan dalam produksi pangan dapat ditambahkan dalam proses sebagai biakan murni
yang khusus, atau terdapat dalam jumlah yang cukup dalam bahan baku yang mengawali kegiatan di bawah kondisi yang tepat. Sumbangan bioteknologi kepada pabrik pangan adalah untuk menyediakan cara yang lebih sempurna dan lebih canggih dalam mengembangkan lebih lanjut teknologi fermentasi, dan menerapkan rekayasa genetika untuk mendapatkan tanaman dengan sifat- sifat yang diinginkan.

Bioteknologi pangan merupakan solusi bioteknologi dibidang pangan, sejak dari mempersiapkan bahan sampai dengan pengolahannya menjadi produk siap olah maupun siap hidang. Dengan batasan ini ada ruang lingkup kegiatan dapat diklaim juga sebagai bidang bioteknologi pertanian, serta kultur sel tanaman dalam rangka menghasilkan bibit unggul tanaman.

Secara garis besar kegiatan bioteknologi pangan dapat dijelaskan sebagai berikut:

  1. 1.    Teknologi Sel Mikroba, untuk produksi pangan dan minuman fermentasi.

Mikroba sudah terbukti merupakan agen biologis yang sangat potensial untuk menghasilkan berbegai jenis zat kimia. Banyak diantaranya merupakan bahan aditif pangan.

Teknologi produksi aditif pangan secara mikrobial dilandasi oleh teknik manipulasi metabolisme agar zat yang dikehendaki terakumulasi dan dikeluarkan dari dalam sel.

a)      Fermentasi

Fermentasi secara teknik sendiri dapat didefenisikan sebagai suatu proses oksidasi anaerobik dari karbohidrat dan menghasilkan alkohol serta beberapa asam. Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba (Waites, 2001). Proses fermentasi sering didefinisikan sebagai proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerobik, yaitu tanpa memerlukan oksigen. Karbohidrat merupakan substrat utama yang dipecah dalam proses fermentasi. Bentuk polisakarida terlebih dahulu dipecah menjadi gula sederhana sebelum difermentasi, misalnya hidrolisis pati menjadi unit- unit glukosa. Selanjutnya glukosa menjadi senyawa- senyawa lain tergantung dari jenis fermentasinya

Kebanyakan produk berasal dari  substrat yang mengandung karbon. Bermacam-macam produk antara yang dihasilkan dari glukosa dan selanjutnya diubah menjadi asam piruvat. Dari asam piruvat akan direduksi menjadi asam laktat, asam butirat, asam propional, butanediol. Etil alkhol dan sebagainya. Produk yang di hasilkan tergantung pada ada dan tidaknya enzim mikroba.

Beberapa jenis fermentasi yang dilakukan oleh mikroba mempunyai sifat karakteristik tersendiri antara lain :

i.     Tipe fermentasi yang dibedakan atas pertumbuhan mikroba pada produk.

1)    Sinonim : produksi protein sel tunggal

2)   Assosiasi (associated): fermentasi alkohol asam sitrat, dan asam laktat

3)   Nonassosiasi ( non associated ): fermentasi antibiotik

4)   Stepwise: fermentasi antibiotik

ii.     Mikroorganisme yang memegang peranan dalam fermentasi makanan mulai dari khamir, kapang sampai bakteri. Jenis mikroba yang berperanan dalam industri adalah bakteri, fungi, dan kahmir:

1)   Bakteri

Bakteri,dari kata Latin bacterium (jamak, bacteria), adalah kelompok besar Prokariota, selain Archaea, yang berukuran sangat kecil serta memiliki peran besar dalam kehidupan di bumi. Mereka sangatlah kecil (mikroskopik) dan kebanyakan uniselular (berhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sel_%28biologi%29″>sel tunggal), dengan struktur sel yang relatif sederhana: tanpa nukleus/inti sel, kerangka sel, dan organel-organel lain seperti mitokondria dan kloroplas. Struktur sel mereka dijelaskan lebih lanjut dalam artikel mengenai prokariota, karena bakteri merupakan prokariota, untuk membedakan mereka dengan organisme yang memiliki sel lebih kompleks, yang disebut eukariota. Istilah “bakteri” telah diterapkan untuk semua prokariota atau untuk sebagian besarnya, tergantung pada gagasan mengenai hubungan mereka.

Bakteri dianggap sebagai organisme paling melimpah di bumi. Mereka tersebar dan menghuni hampir semua tempat: di tanah, air, udara, atau dalam simbiosis dengan organisme lain. Banyak patogen merupakan bakteri. Kebanyakan dari mereka kecil, biasanya hanya berukuran 0,5-5 μm, meski ada jenis dapat menjangkau 0,3 mm dalam diameter (Thiomargarita). Mereka umumnya memiliki dinding sel, seperti sel tumbuhan dan jamur, tetapi dengan bahan pembentuk sangat berbeda (peptidoglikan). Banyak bakteri yang bergerak menggunakan flagela, yang berbeda dalam strukturnya dari flagela kelompok lain.

2)      Khamir

Khamir adalah fungi ekasel (uniselular) yang beberapa jenis spesiesnya umum digunakan untuk membuat roti, fermentasi minuman beralkohol, dan bahkan digunakan percobaan sel bahan bakar. Kebanyakan khamir merupakan anggota http://id.wikipedia.org/wiki/Divisi_%28biologi%29″>divisi Ascomycota, walaupun ada juga yang digolongkan dalam Basidiomycota. Beberapa jenis khamir, seperti Candida albicans, dapat menyebabkan infeksi pada manusia (kandidiasis). Lebih dari seribu spesies khamir telah diidentifikasi. Khamir yang paling umum digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae, yang dimanfaatkan untuk produksi http://id.wikipedia.org/wiki/Anggur_%28minuman%29″>anggur, roti, tape, dan bir sejak ribuan tahun yang silam dalam bentuk ragi.

3)      Kapang/ Fungi

Kapang (mould/filamentous fungi) merupakan mikroorganisme anggota Kingdom Fungi yang membentuk hifa (Carlile & Watkinson 1994). Kapang bukan merupakan kelompok taksonomi yang resmi, sehingga anggota-anggota dari kapang tersebar ke dalam filum Glomeromycota, Ascomycota, dan Basidiomycota (Hibbett et al. 2007). Carlile & Watkinson (1994) menyatakan bahwa jumlah spesies fungi yang telah teridentifikasi hingga tahun 1994 mencapai 70.000 spesies, dengan perkiraan penambahan 600 spesies setiap tahun. Dari jumlah tersebut, sekitar 10.000 spesies merupakan kapang. Menurut Moncalvo (1997) dan Kuhn & Ghannoum (2003), sebagian besar spesies fungi terdapat di daerah tropis disebabkan karena kondisi iklim daerah torpis yang hangat dan lembab yang mendukung pertumbuhannya. Habitat kapang sangat beragam, namun pada umumnya kapang dapat tumbuh pada substrat yang mengandung sumber karbon organik (Carlile & Watkinson 1994). Khamir yang paling umum digunakan adalah R.oligosproru dan A.Orizae, yang dimanfaatkan untuk produksi tempe dengan bahan dasar kedelai, ampas tahu.

iii.     Tahapan fermentasi.

1)   Pemilihan mikroba, mikroba yang dipakai dalam industri akan sangat bermanfaat bila disimpan untuk penggunaan lebih lanjut tanpa mengurangi kemampuan tumbuh dan produksinya..

2)        Media fermentasi, media sangat penting dalam fermentasi karena mikrobia mampu       tumbuh pada substrat tersebut. Media harus mengandung makronutrien.

3)   Preparasi inokulum, media untuk penyiapan inokulum biasanya berbeda dengan media fermentasi. Media untuk inokulum untuk menghasilkan sel mikrobia dalam jumlah besar tanpa terjadi perubahan sifat gentik sel. Konsentrasi penggunaan 0,5% sampai 5% volume, kadang 10%- 20% inokulum yang terlalu sedikit mengakibatkan waktu fermentasi menjadi lama dan produktivitas menurun.

4)   Kontrol proses fermentasi dan pengunduhan produk.

iv.     karakteristik yang penting yang harus dimiliki oleh mikroba bila akan digunakan dalam   fermentasi dan pengasaman :

1) Harus bersifat murni, terbebas dari segala kontaminan

2)  Mikroba harus mampu tumbuh dengan cepat dalam suatu substrat dan lingkungan yang cocok dan mudah untuk dibudidayakan dalam jumlah besar

3) Organisme harus memiliki kemampuan untuk mengatur ketahanan fisiologis dalam kondisi seperti diatas, dan menghasilkan enzim-enzim esensial dengan mudah dan dalam jumlah besar agar supaya perubahan-perubahan kimia yang dikehendaki dapat terjadi

4) Kondisi lingkungan yang diperlukan bagi pertumbuhan dan produksi maksimum secara komparatif harus sederhana.

5) Harus dapat dengan mudah disimpan atau diawetkan untuk jangka waktu yang lama.

v.     Pengendalian Fermentasi

Secara alami bahan mengalami kontaminasi oleh mikroba, dan akan menjadi busuk bilamana tidak dijaga. Jenis kegiatan yang berkembang tergantung pada kondisi lingkungan yang ada. Kondisi yang sangat memadai untuk suatu jenis fermentasi tertentu, akan merubah bila terjadi sedikit perubahan faktor kendali. Faktor- faktor dalam pengendalian fermentasi :

1)   Harga pH bahan pangan sebagai factor pengendali. Kebanyakan bahan pangan segar yang dikonsumsi manusia sebagai bahan pangan bersifat asam. Rentang harga pH untuk sayuran adalah dari 4,6 sampai 6,5. Rentang untuk buah-buahan ialah dari 3,0 sampai 4,5. Daging hewan bila baru dipotong pH nya kira-kira netral (7,2), tetapi dalam waktu dua hari gharga pH akan menjadi kira-kira 6,0. Susu memiliki pH mendekati 6,4.

2)   Sumber energy. Oleh Karena kebutuhan yang utama dari mikrobia ialah suatu sumber energy, maka karbohidrat yang terlarut dan cepat tersedia berpengaruh pada populasi mikrobia yang akan mendominasi. Gula dalam susu adalah laktosa, sehingga organisme yang dapat memfermentasikan laktosalah yang tumbuh dengan cepat dalam jumlah yang besar. Karena sumber energy yang cocok umumnya tersedia bagi mikroba yang terdapat didalam bahan pangan manusia, sumber energy biasanya tidak merupakan factor pembatas, dengan pengendalian tertentu(misalnya susu).

3)   Penyediaan oksigen. Derajat anaerobiosis adalah merupakan factor utama dalam pengendalian fermentasi. Mikroorganisme berdasarkan kebutuhan oksigen dibedakan menjadi aerob, anaerob, dan anaerob fakultatif. Bila tersedia oksigen dalam jumlah besar, maka produksi sel-sel khamir dipacu. Bila produksi alcohol yang dikehendaki, maka diperlukan suatu penyediaan yang sangat terbatas.

Jamur adalah anaerob, dan dikendalikan oleh ada tidaknya oksigen. Populasi bakteri yang akan mendominasi suatu substrat dapat dimanipulasikan dengan kebutuhan oksigennya dan ketersediannya. Produk akhir dari suatu fermentasi sebagian dapat dikendalikan dengan tegangan oksigen substrat apabila factor-faktor lainnya optimum.

4)   Persyaratan  suhu. Setiap golongan mikrobia memiliki suatu suhu pertumbuhan optimum, minimum, dan maksimum untuk pertumbuhannya sehingga pengaturannya suhu suatu substrat merupakan suatu kendali yang positif terhadap pertumbuhannya. Untuk memperoleh hasil yang maksimum selama proses fermentasi, harus diciptakan kondisi suhu yang optimum bagi pertumbuhan organism. Misalnya ialah dalam fermentasi susu dan juga dalam produksi asam asetat.

5)   Pengaruh natrium klorida dalam pengendalian fermentasi. Garam merupakan salah satu bahan pembantu bahan pangan yang paling penting dalam pengawetan bahan pangan. Didalam pengeringan sudah terlihat bahwa garam mempunyai pengaruh yang menguntungkan. Didalam fermentasi, garam dapat berperan sebagai penyeleksi organism yang diperlukan tumbuh. Jumlah garam yang ditambahnkan berpengaruh pada populasi organism, organism yang mana dapat tumbuh dan tidak dapat tumbuh, dan jenis apa yang  akan tumbuh, sehingga kadar garam dapat digunakan untuk mengendalikan aktifitas fermentasi apabila factor-faktor lainnya sama. Garam dalam larutan suatu substrat bahan pangan dapat menekan kegiatan pertumbuhan mikrobia tertentu, yang berperan dalam membatasi air yang tersedia, dapat mengeringkan protoplasma dan menyebabkan plasmobilisis.

Mekanisme garam sebagai pengawet pada bahan pangan  adalah sebagai berikut : garam diionisasikan, setiap ion menarik molekul-molekul air sekitarnya. Proses ini disebut hidrasi ion. Makin besar kadar garam, makin banyak air yang ditarik oleh ion hidrat. Suatu larutan garam jenuh pada suhu ialah saut larutan yang telah mencapai suatu titik dimana tidak ada daya lebih lanjut yang tersedia untuk melarutkan garam.pada titik ini (larutan natrium klorida 26,5% pada suhu ruang) bakteri, khamir dan jamur tidak mampu tumbuh. Hal ini disebabkan oleh tidaknya adanya air bebas tersedia bagi pertumbuhan mikroba. Dalam menguraikan mekanisme garam sebagai pengawet, orang harus memperhatikan pengaruh dehidrasi, pengaruh langsung ion Cl- penurunan tegangan oksigen dan interfensinya denga kerja enzim.

vi.   Produk-Produk Fermentasi

1)   Produk Padi- padian

  1. Roti

Secara sederhana roti dan kue dibuat dari adonan yang  terdiri dari adonan yang terdiri atas tepung terigu, air, khamir dan garam, yang dicampur pada suhu kamar. Selama proses ini pengadukan adonan secara terus- menerus menciptakan terbebtuknya inti untuk produksi sel gas dan pertumbuhan. Campuran adonan didiamkan untuk bebrapa waktu, kemudian dibagi- bagi menurut ukuran bobot yang diinginkan, diaduk dalam cetakan dan diidamkan dalam udara lembab. Selama didiamkan glukosa dan maltosa terigu mengalami fermentasi anaerobik dan menghasilkan karbondioksida. Cetakan berisi adonan kemudian dimasukka dalam tungku (di-“bakar”) atau di kukus. Selama pemanasan khamir menjadi inaktif, air menguap dari adonan, dan diperoleh produk yang stabil dengan tekstur selular ringan dan kerak yang kaya akan aroma (Beech dkk. dalam Higgins dkk. (ed),1985).

Khamir roti merupakan suatu galur (“strain”) Saccharomyces cerevisae di bagian atas ( top yeast) yang ditumbuhkan dalam tetes (molase) pada fermentasi aerobik dengan takaran tertentu. Suhu optimum pertumbuhan dan fermentasi khamir roti adalah antara 28 dan 32°C, dengan pH optimum antara 4 dan 5. Fermentasi adonan memerlukan proses, mutu terigu dan khamir juga pertimbangan cara pengolahhannya. Penggunaan lebih dari 8 sampa 9% dapat menimbulkan pengaruh cukup besar terhadap rasa. Dalam kondisi anareobik dalam adonan, khamir roti mengubah gula menjadi etanol dan karbondioksida. Gula yang di fermentasikan berupa monosakarida glukosa dan fruktosa serta disakarida sukrosa dan maltosa. Laktosa tidak difermentasikan oleh khamir roti. Pati dan dekstrin tidak di fermentasikan oleh kamir, tetapi merupakan sumber gula yang dapat  difermentasikan jika sebelumnya terjadi hidrolis oleh amilase. Terigu mengandung kira-kira 0,3 semapai 0,5% gula yang difermentasikan.

Terigu mengandung -amilase dan -amilase, tatapi kadar -amilase hanya rendah dan kegiatannya terbatas pada pembentukan maltosa saja. Oleh sebab itu,terigu sering ditambah malt (tepung berkecambah biji padi-padian) sebelum dipasarkan. Untuk pembentukan maltosa juga dapat digunakan α- amilase yang berasal dari jamur. Laju hidrolisis pati dalam terigu cukup lambat dan hanya pati yang telah terurai dapat dihidrolisis secara enzimatik.

 

Gambar 1 : Roti

  1. Hidrolisat Pati

Dalam industri terdapat berbagai macam pati. Ada yang dibuat dari jagung, gandum, kentang, ketela dan sebagainya. Pada skala industri biasanya pati dihidrolisis dengan berbagai teknik. Ada yang menggunakan campuran asam dan enzim, dan ada yang menggunakan enzim saja. Produk hasil hidrolisa pati sangat banyak digunakan dan diterapkan dalam penggunaan pati pada produk-produk pengolahan hasil pangan. Proses hidrolisa pati menggunakan asam maupun enzim adalah proses yang umum digunakan untuk mengubah pati menjadi molekul yang lebih kecil lagi bahkan hingga mengubah pati menjadi gula sederhana.

Menjelang pertengahan dasawarsa 1960-an mulai diperkenalkan berturut- turut hidrolisis pati yang menggunakan α- amilase dari B. Subtilis dan amiloglukosidase dari A. Niger atau a. Oryzae, untuk menggantikan proses yang menggunakan asam saja atau asam dan enzim. Keuntungan utama adalah cepatnya proses dengan sedikitnya kontaminasi dengan produk-produk yang merupakan kebalikannya, serta adanya kemampuan untuk memproduksi bahan ekivalent desktrosa (DE= Dextrose Equivalent ) yang tinggi. Ekivalent desktrosa suatu hidrolisate (suatu skala yang padanya glukosa atau desktrosa dinyatakan 100 ) merupakan ukuran tingkat hidrolisis pati yang di anggap mempunyai ekivalent desktrosa = 0.

Perkembangan utama berikutnya adalah mulai digunakannya preparat α- amilase termostabil yang terutana berasal dari B. Licheniformis dan B. Amyloliquefaciens, yang mampu bekerja pada suhu di atas 100 C dan dapat  menghasilkan bahan dengan nilai ekivalent desktrosa mendekati 100, setelah perlakuan dengan amiloglukosidase.pencairan pati dengan suhu tinggi sekarang digunakan hampir secara universal disemua industri, tetapi tahap kedua yaitu sakarifisasi ( pembentukan gula ), masih dilakukan dengan menggunakan glukamilase takaran pencerna tradisional yang berasal dari A. Niger. Saran untuk menggunakan enzim yang dibuat menjadi tidak mobile telah di ajukan tetapi belum pernah diterapkan dalam jumlah yang cukup besar. Disamping pembuatan glukosa, kemajuan yang paling mencolok dalam bidang industri ini adalah diperkenalkannya campuran glukosa – fruktosa, yang disebut sirup isoglukosa atau sirup jagung berkadar fruktosa tinggi. Bahan pertama untuk sirup jagung kadar fruktosa tinggi adalah hidrolisate pati ion-ion nya di hilangkan, yang dihasilkan dengan metoda yang diuraikan diatas, dan ekivalent desktrosa sedapat mungkin mendekati 100. Isomerisasi dilaksanakan oleh enzim dari berbagai organisme, yang masing-masing mempunyai kekhususan dalam penggunaan, kebebasan, dan ketergantungannya pada kofaktor, dan stabilitasnya sendiri-sendiri. Organisme yang paling banyak digunakan adalah Streptomyces spp, B. Coagulanes, Actinoplanes missourriensis, dan Arthrobacter spp. Setelah isomerisasi, pemrosesan selanjutnya dapat memberikan bahan yang mengandung lebih dari 90% fruktosa, meskipun produk awalnya merupakan campuran keseimbangan reaksi yang terdiri atas glukosa (51%), fruktosa (42%), dan pligosakarida (7%). Hidrolisis pati terjadi antara suatu reaktan pati dengan reaktan air. Reaksi yang terjadi pada hidrolisis pati adalah sebagai berikut:

(C6H10O5)x + x H2O → x C6H12O6

Dengan menggunakan berbagai amilase, transglukosidase, dan enzim pengurai pati ke dalam cabang- cabangnya, dimungkinkan untuk membuat berbagai hidrolisat pati yang dapat digunakan dalam berbagai industri. Enzim- enzim dapat memecahkan ikatan- ikatan pada molekul pati, yang secara diagramatik seperti pada gambar berikut:

 

Gambar 2. ikatan α1,4 glikosida yang diputus oleh Enzim alfa amylase

2)   Produk Protein

  1. Protein sel tunggal

Protein sel tunggal mengacu kepada sel mikroorganisme yang dikeringkan seperti ganggang, jamur bintang, bakteri, khamir, kapang dan cendawan lebih tinggi  yang ditumbuhkan dalam sistem biakan skla besar untuk digunakan sebagai sumber protein dalam pangan dan pakan. Mikroorganisme tersebut memiliki protein yang beratnya mencapai 80 % dari berat total sel dan memiliki kemampuan reproduksi yang sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang singkat. Proses fermentasi dengan teknologi yang sesuai dapat menghasilkan produk yang mengandung protein lebih tinggi. Protein yang berasal dari mikroba sebagai sumber pangan manusia mulai dikembangkan pada awal tahun 1900. Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutan Single Cell Protein (SCP) atau protein Sel Tunggal (PST).

Langkah- langkah produk protein sel tunggal sebagai berikut:

  1. Pemilihan dan penyiapan sumber karbon, bebrapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap bahan dasar yang diperlukan
  2. Penyiapan media yang cocok mengandung sumbe rkarbon, sumber nitrogen, fosfor dan unsur- unsur lain yang penting
  3. Pencegahan kontaminasi media
  4. Pembiakan organisme yang diperlukan
  5. Pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi
  6. Penanganan lanjut biomassa

 

Gambar 3: Diagram umum proses/ tahapan produksi PST

Hasil protein sel tunggal dapat digunakan sebagai:

  1. Tambahan protein pada pangan
  2. Ramuan pangan yang berfungsi sebagai pembentuk citarasa, pengikat gerakan dan perputaran
  3. Pelengkap protein untuk pakan ternak

 

Gambar 4: Protein sel tunggal

Contoh protein sel tunggal adalah mikoprotein.  Mikoprotein merupakan protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen. Produk makanan yang pada dasarnya terdiri atas miselium cendawan. Organisme yang digunakan adalah suatu galur Fusalium graminearum, yang aslinya diisolasi dari suatu cuplikan tanah, dan proses serta hasilnya merupakan produk program percobaan yang ekstensif, pengembangan dan pengujian. Mikoprotein dihasilkan dalam skala pabrik percobaan melalui fermentasi berkesinambungan dengan menggunakan glukosa sebagai substrat, dengan zat hara lain, serta amonia dan garam amonia sebagai sumber nitrogen.

Dibandingkan dengan protein hewani, produksi mikoprotein menunjukkan bebrapa ciri yang lebih menguntungkan. Selain laju pertumbuhan seperti halnya pada produksi SCP yang lebih cepat, konversi substrat menjadi protein jauh lebih efisien daripada konversi pakan oleh ternak. Sebagai contoh, 1 kg pakan untuk sapi menghasilkan 14 g protein dalam 68 g daging, untuk babi 41 g protein dalam 200 g daging, dan unutk ayam menghasilkan 49 gram protein dalam 240 g daging, sedangkan untuk Fusarium graminerum 1 kg karbohidrat ditambah nitrogen anorganik menghasilkan 136 g protein dalam 1080 g massa sel basah. Selain itu, massa misellium mempunyai tekstur alam yang lebih menguntungkan. Mikoprotein mengandung 47% protein, 14% lemak, 25% serat diet, 10% karbohidrat, 1% RNA, dan 3% abu. Kadar RNA dalam mikroprotein lebih tinggi jika dibandingkan dengan daging sapi.

  1. Produk fermentasi berbahan dasar kedelai

Proses pengolahan kedelai menjadi berbagai makanan pada umumnya merupakan proses yang sederhana, dan peralatan yang digunkan cukup dengan alat- alat boasa yang digunakan dalam rumah tangga. kedelai merupakan bahan dasar dalam produk yang dihasilkan dengan proses fermentasi, yaitu:

1) Tempe

Tempe adalah makanan yang dibuat dari fermentasi terhadap biji kedelai atau beberapa bahan lain yang menggunakan beberapa bahan lain yang menggunakan beberapa jenis kapang Rhizopus, seperti Rhizopus oligosporus, Rh. Oryzae, Rh stolonifer (kapang roti), atau Rh. Arrhius. Sediaan fermentasi ini secara umum dikenal sebagai “ ragi tempe”.

Kapang yang tumbuh pada kedelai menghidrolisis senyawa- senyawa kompleks menjadi senyawa sedrhana yang mudah dicerna oleh manusia. Tempe kaya akan serta pangan, kalsium, vitamin B dan zat besi. Berbagai macam kandungan dalam tempe mempunyai nilai obat, seperti antibioka untuk menyembuhkan infeksi dan antioksidan pencegah penyakit degeneratif. Secara umum, tempe berwarna putih karena pertumbuhan miselia kapang yang merekatkan biji- biji kedelai sehingga terbentuk tekstur yang memadat. Degradasi komponen- konponen kedelai pada fermentasi membuat tempe memiliki rasa dan aroma khas.

Proses pembuatan tempe:

  • Biji kedelai yang telah dipilih/ dibersihkan dari kotoran, dicuci dengan air bersih
    • Setelah bersih, kedelai direbus dalam air selama 2 jam
    • Kedelai kemudian direndam selama 24 jam
    • Setelah 24 jam direndam, kedelai dicuci dan dikupas
    • Setelah dikupas, kedelai direbus untuk membunuh bakteri yang kemungkinan tumbuh selama perendaman.
      • Kemudian kedelai didinginkan sampai permukaan kedelai kering
      • Sesudah itu kedelai dicampur dengan laru (ragi 2 %) guna mempercepat/ merangsang pertumbuhan jamur
      • Bila campuran bahan fermentasi kedelai sudah rata, campuran tersebut dicetak pada loyang atau cetakan kayu dengan lapisan plastik atau daun yang akhirnya dipakai sebagai pembungkus. Sebelumnya plastik dilubangi/ ditusuk- tusuk.
      • Setelah itu ditutup dan dibiarkan selama 2 sampai 3 hari.

 

Gambar 5: Tempe

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pembuatan tempe adalah sebagai berikut:

1. Oksigen

Oksigen dibutuhkan untuk pertumbuhan kapang. Aliran udara yang terlalu cepat menyebabkan proses metabolisme akan berjalan cepat sehingga dihasilkan panas yang dapat merusak pertumbuhan kapang. Oleh karena itu apabila digunakan kantong plastik sebagai bahan pembungkusnya maka sebaiknya pada kantong tersebut diberi lubang dengan jarak antara lubang yang satu dengan lubang lainnya sekitar 2 cm.

2. Uap air

Uap air yang berlebihan akan menghambat pertumbuhan kapang. Hal ini disebabkan karena setiap jenis kapang mempunyai Awal optimum untuk pertumbuhannya.

3. Suhu

Kapang tempe dapat digolongkan kedalam mikroba yang bersifat mesofilik, yaitu dapat tumbuh baik pada suhu ruang (25-27oC). Oleh karena itu, maka pada waktu pemeraman, suhu ruangan tempat pemeraman perlu diperhatikan.

4. Keaktifan Laru

Laru yang disimpan pada suatu periode tertentu akan berkurang keaktifannya. Karena itu pada pembuatan tempe sebaiknya digunakan laru yang belum terlalu lama disimpan agar dalam pembuatan tempe tidak mengalami kegagalan. Untuk membuat tempe dibutuhkan inokulum atau laru tempe atau ragi tempe. Laru dalam bentuk tepung dibuat dengan cara menumbuhkan spora kapang pada bahan, dikeringkan dan kemudian ditumbuk. Bahan yang akan digunakan untuk sporulasi dapat bermacam-macam seperti tepung terigu, beras, jagung, atau umbi-umbian.

Berdasarkan atas tingkat kemurniannya, inokulum atau laru tempe dapat dibedakan atas: inokulum murni tunggal, inokulum campuran, dan inokulum murni campuran. Adapun perbedaannya adalah pada jenis dan banyaknya mikroba yang terdapat dan berperan dalam laru tersebut. Mikroba yang sering dijumpai pada laru tempe adalah kapang jenis Rhizopus oligosporus, atau kapang dari jenis R. oryzae. Sedangkan pada laru murni campuran selain kapang Rhizopus oligosporus, dapat dijumpai pula kultur murni Klebsiella.

Selain bakteri Klebsiella, ada beberapa jenis bakteri yang berperan pula dalam proses fermentasi tempe diantaranya adalah: Bacillus sp., Lactobacillus sp., Pediococcus sp., Streptococcus sp., dan beberapa genus bakteri yang memproduksi vitamin B12. Adanya bakteri Bacillus sp pada tempe merupakan kontaminan, sehingga hal ini tidak diinginkan. Pada tempe yang berbeda aslnya sering dijumpai adanya kapang yang berbeda pula (Dwidjoseputro dan Wolf, 1970). Jenis kapang yang terdapat pada tempe Malang adalah R. oryzae., R. oligosporus., R. arrhizus dan Mucor rouxii. Kapang tempe dari daerah Surakarta adalah R. oryzaei dan R. stolonifer sedangkan pada tempe Jakarta dapat dijumpai adanya kapang Mucor javanicus., Trichosporon pullulans., A. niger dan Fusarium sp.

Masing-masing varietas dari kapang Rhizopus berbeda reaksi biokimianya, hal ini terutama disebabkan adanya perbedaan dari enzim yang dihasilkan. Pektinase hanya disintesa oleh R. arrhizus dan R. stolonifer. Sedangkan enzim amilase disintesa oleh R. oligosporus dan R. oryzae tetapi tidak disintesa oleh R. arrhizus.

Selama proses fermentasi, kedelai akan mengalami perubahan baik fisik maupun kimianya. Protein kedelai dengan adanya aktivitas proteolitik kapang akan diuraikan menjadi asan-asam amino, sehingga nitrogen terlarutnya akan mengalami peningkatan. Dengan adanya peningkatan dari nitrogen terlarut maka pH juga akan mengalami peningkatan. Nilai pH untuk tempe yang baik berkisar antara 6,3 sampai 6,5. Kedelai yang telah difermentasi menjadi tempe akan lebih mudah dicerna. Selama proses fermentasi karbohidrat dan protein akan dipecah oleh kapang menjadi bagian-bagian yang lebih mudah larut, mudah dicerna dan ternyata bau langu dari kedelai juga akan hilang.

Kadar air kedelai pada saat sebelum fermentasi mempengaruhi pertumbuhan kapang. Selama proses fermentasi akan terjadi perubahan pada kadar air dimana setelah 24 jam fermentasi, kadar air kedelai akan mengalami penurunan menjadi sekitar 61% dan setelah 40 jam fermentasi akan meningkat lagi menjadi 64% (Sudarmaji dan Markakis, 1977). Penurunan tersebut akan terus berlangsung sampai fermentasi 72 jam. Selama fermentasi, asam amino bebas juga akan mengalami peningkatan dan peningkatannya akan mencapai jumlah terbesar pada waktu fermentasi 72 jam (Murata et al., 1967). Kandungan serat kasar dan vitamin akan meningkat pula selama fermentasi kecuali vitamin B1 atau yang lebih dikenal dengan thiamin (Shurtleff dan Aoyagi).

2) Oncom

Masyarakat Jawa Barat khususnya etnis Sunda memiliki makanan khas yang disebut “Oncom”. Produk makanan ini jarang atau mungkin tidak ditemukan di daerah lain di wilayah nusantara.  Di daerah Jawa Barat dikenal ada dua jenis oncom yaitu oncom merah dan oncom hitam. Perbedaan keduanya terletak pada jenis kapang dan bahan baku yang digunakan. Oncom merah menggunakan bahan baku ampas tahu yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Kapang ini memiliki strain yang bermacam-macam seperti jingga, merah, merah muda, dan warna peach (Siswono 2002). Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

Sedangkan, oncom hitam menggunakan bahan baku bungkil kacang tanah atau kulit kacang kedelai yang dicampur onggok (ampas tepung tapioka). Oncom merupakan makanan hasil fermentasi bungkil kacang tanah oleh kapang Neurospora sitophila dan Rhizopus oligosporus. Bungkil kacang tanah banyak mengandung serat yang tinggi dan sulit dicerna, akan tetapi melalui teknologi fermentasi dapat diubah menjadi makanan yang berkualitas dan punya peranan penting dalam memenuhi kebutuhan protein (Winarno 1984). Perbedaan warna pada oncom merah dan hitam disebabkan pigmen yang dihasilkan jenis kapang yang digunakan dalam fermentasi.

Berdasarkan hasil penelitian, oncom mengandung air 87.46% , lemak 0.92%, protein 4.37, karbohidrat 3.05%, serat kasar 1.65%, serta mengandung mineral seperti zat besi (Fe), Kalium (K), dan Natrium (Na). Walaupun demikian perlu diketahui bahwa kandungan gizi pada oncom tergantung pada bahan baku yang digunakan. Perbedaan kandungan gizi antara oncom merah dan oncom hitam sangat signifikan. Misalnya oncom merah dengan bahan baku ampas tahu mengandung protein sebesar 4.9% , sedangkan oncom hitam dengan bahan baku bungkil kacang mengandung protein sebesar 8.6%.

 

Gambar 6: oncom

3)      Tauco

Tauco merupakan salah satu jenis produk fermentasi yang telah lama dikenal dan disukai oleh sebagian masyarakat Indonesia terutama di Jawa Barat. Karena tauco memiliki rasa dan aroma yang khas maka tauco sering digunakan pula sebagai flavoring agent. Pada umumnya tauco dibuat secara spontan, sehingga jenis mikroba yang tumbuh akan bermacam-macam jenisnya dan keadaan yang demikian ini akan berpengaruh terhadap mutu dari tauco yang dihasilkan baik dari segi rasa maupun kandungan proteinnya.

Jenis tauco ada dua macam yaitu bentuk kering dan bentuk basah, sedangkan dari rasanya dibedakan atas yang asin dan yang manis. Perbedaannya terletak dari jumlah air dan banyaknya gula yang ditambahkan. Bahan baku yang sering digunakan untuk membuat tauco adalah kedelai hitam atau kedelai kuning, tetapi yang sering dan umum digunakan adalah kedelai hitam. Bahan tambahan untuk pembuatan tauco adalah berbagai jenis tepung seperti tepung terigu, tapung beras atau tepung beras ketan.

Tahapan-tahapan yang perlu dilakukan untuk membuat tauco meliputi:

  • perendaman,
  • pencucian,
  • pengukusan,
  • penirisan,
  • penambahan laru,
  • fermentasi kapang, dan dilanjutkan dengan
  • perendaman dalam larutan garam (fermentasi garam) selanjutnya adalah penyempurnaan.

Tujuan dari perendaman kedelai pada tahap pertama adalah untuk memudahkan pengupasan kulit kedelai, mengembangkan biji kedelai dan untuk membantu mempercepat pengukusan atau perebusan. Perendaman kedelai biasanya dilakukan semalam atau sekitar 20 sampai 22 jam.

Berbeda dengan pembuatan tempe, pada pembuatan tauco sering ditambahkan tepung misalnya tepung beras, tepung ketan, atau tepung terigu.

Adapun tujuan dari penambahan tepung ini adalah untuk:

  • Merangsang pertumbuhan kapang
  • Menambah volume produk
  • Menurunkan kadar air
  • Sumber lignin, glikosida, dan asam glutamat

Selama proses fermentasi kapang mikroba yang berperan adalah kapang dari jenis AspergillusI yaitu A. oryzae atau dari jenis R. oryzae dan R. oligosporus. Diantara kapang-kapang tersebut yang lebih sering digunakan dalam pembuatn tauco adalah kapang A. oryzae. Penggunaan kapang yang berbeda akan berpengaruh pada mutu dari taoco yang dihasilkan. Mikroba yang aktif dalam fermentasi garam adalah Lactobacillus delbrueckii, Hansenula sp., dan Zygosaccharomyces yang dapat tumbuh secara spontan.

Selama proses fermentasi baik fermentasi kapang maupun fermentasi garam akan terjadi perubahan-perubahan baik secara fisik maupun kimiawi karena aktivitas dari mikroba tersebut. Selama fermentasi kapang, kapang yang berperan akan memproduksi enzim seperti enzim amilase, enzim protease, dan enzim lipase. Dengan adanya kapang tersebut maka akan terjadi pemecahan komponen-komponen dari bahan tersebut. Produksi enzim dari kapang dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah waktu fermentasi atau waktu inkubasi. Bila waktunya terlalu lama maka akan terjadi pembentukan spora kapang yang berlebihan dan ini akan menyebabkan terbentuknya cita rasa yang tidak diinginkan.

Selama proses fermentasi garam, enzim-enzim hasil dari fermentasi kapang akan memecah komponen-komponen gizi dari kedelai menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Protein kedelai akan diubah menjadi asam amino, sedangkan karbohidrat akan diubah menjadi senyawa organik. Senyawa-senyawa tersebut kemudian akan bereaksi dengan senyawa lainnya yang merupakan hasil dari proses fermentasi asam laktat dan alkohol. Reaksi antara asam-asam organik dan etanol (alkohol) lainnya akan menghasilkan ester-ester yang merupakan senyawa pembentuk cita rasa dan aroma. Adanya reaksi antara asam amino dengan gula akan menyebabkan terjadinya pencoklatan yang akan mempengaruhi mutu produk secara keseluruhan.

4)      kecap

Kecap adalah cairan yang berwarna coklat agak kental, mempunyai aroma yang sedap dan merupakan hasil fermentasi kedelai. Proses pembuatan kecap dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu secara fermentasi, cara hidrolisa asam, atau kombinasi keduanya tetapi yang lebih sering dan mudah dilakukan adalah dengan cara fermentasi. Pada cara fermentasi, seperti halnya pada tauco, proses pembuatan kecap juga melalui dua tahapan yaitu tahap fermentasi kapang dan fermentasi larutan garam.

1. Fermentasi Kapang

Pada tahap ini, kedelai yang sudah dibersihkan direbus, kemudian direndam semalam. Setelah direndam kedelai dicuci dan dikupas kulitnya dan kadang-kadang dilanjutkan dengan perebusan yang kedua. Kedelai kemudian dicampur dengan tepung tapioka yang telah disangrai lalu dibiarkan pada suhu ruang beberapa hari sampai ditumbuhi kapang. Pada beberapa pengrajin sering penambahan tepung ini tidak dilakukan dan kedelai yang telah bersih tadi dibiarkan pada suhu ruang sampai ditumbuhi kapang. Kemudian kedelai yang telah ditumbuhi kapang tersebut dikeringkan untuk di proses lebih lanjut. Di Korea, kedelai yang telah ditumbuhi kapang dan telah dikeringkan tersebut dikenal dengan nama Meju.

2. Fermentasi Larutan Garam

Untuk pembuatan kecap atau tauco, selanjutnya hanya merendam Meju dalam larutan garam selama beberapa bulan.

Pada pembuatan kecap tradisional di Indonesia, setelah proses penyaringan dilanjutkan dengan proses pemasakan. Pemasakan dilanjutkan sampai diperoleh produk dengan konsistensi tertentu (agak kental). Pada tahap pemasakan ini pula dilakukan penambahan bumbu-bumbu seperti daun salam, pekak, dan lain-lainnya. Mikroba yang berperan dalam pembuatan kecap adalah kapang jenis Rhizopus sp., Aspergillus sp., atau campuran keduanya. Tetapi yang umum digunakan dalam pembuatan kecap adalah Aspergillus sp. Selain kapang, beberapa mikroba seperti khamir dan bakteri yang tahan garam juga turut berperan dalam proses fermentasi ini.

Pada prinsipnya pembuatan kecap serupa dengan pembuatan tauco, oleh karena itu perubahan-perubahan yang terjadi selama fermentasi juga serupa dengan fermentasi tauco. Komponen-komponen dari bahan akan terurai menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana sehingga akan lebih mudah dicerna. Keuntungan lainnya adalah terbentuknya senyawa cita rasa pada kecap, sehingga produk tersebut disukai.

3)   Produk minuman

  1. Nata de Coco

Nata adalah biomassa yang sebagian besar terdiri dari selulossa berbentuk agar dan bewarna putih. Pada proses pembuatan nata terjadi reaksi polimerisasi glukosa menjadi selulosa melalui proses fermentasi oleh bakteri acetobacter xylinum. Acetobacter xylinum adalah mikroba pemebentuk selulosa yang bersifat aerob. Acetobacter xylinum dalam pertumbuhannya memerlukan kondisi optimum yaitu suhu 28°C , pH 4-4,5 dan medium pertumbuhannya harus mengandung cukup sumber karbon, dan nitrogen.

Pembentukan selulosa pada proses fermentasi dimulai dengan terbentuknya benang-benang pendek seperti lendir yang menutupi sel bakteri. Kemudian benang-benang tersebut semakin panjang dan terpilil seperti tali dan akhirnya akan membentuk anyaman selulosa secara kenyal. Proses polimerisasi tsb terjadi di luar sel bakteri. Proses kimia pembentukan selulosa dapat dilihat seperti dibawah ini :

phospoglukomutase

D- glukosa 6P                                                      D- glukosa 1P

UDPG dephosporilase

 

 

D- glukosa 1P + UDPG                                                    UDP D- glukosa

UDP selulosa glukosiltransferase

UDP D- glukosa + (1,4- β glukosil)n

Selulosa + UDP(1,4- β glukosil)n+1

Nilai gizi makanan ini sangat rendah sekali, kandungan terbesarnya adalah air yang mencapai 98%. Karena itu, produk ini dapat dipakai sebagai sumber makan rendah energi untuk keperluan diet. Nata de coco juga mengandung serat (dietary fiber) yang sangat dibutuhkan tubuh dalam proses fisiologi. Konon, produk ini dapat membantu penderita diabetes dan memperlancar proses pencernaan dalam tubuh.

Proses pembuatan Nata de coco :

Tahap pertama yang dilakukan pada proses pembuatan Nata de Coco alah penyaringan air kelapa dengan kain penyaring untuk membebaskannya dari kotoran-kotoran yang tidak diinginkan. Kemudian dilakukan pemanasan sampai mendidih, yang bertujuan untuk membunuh mikroorganisme yang mungkin akan mencemari produk yang akan dihasilkan. Dalam pemanasan ini ditambahkan 7,5% gula dari volume air kelapa (75 g gula untuk 1 liter kelapa). Pendinginan dilakukan pada suhu kamar. Setelah dingin, ditempatkan dalam wadah steril, tingkat keasamannya diatur dengan menambahkan asam cuka sampai pH 4-5. Kemudian dilakukan penambahan bakteri starter dan diinkubasi (diperam) selama 2 minggu. Pada pemeraman ini, wadah ditutup rapat dengan plastik. Suhu pemeraman terbaik adalah 30oC. Air kelapa akan menggumpal, menghasilkan nata de coco yang telah siap untuk dipanen. Selanjutnya dipotong kecil-kecil berbentuk kubus. Potongan-potongan nata de coco ditiriskan, kemudian direndam dalam air bersih selama 2-3 hari, untuk menghilangkan asmnya. Setiap hari, air perendam diganti dengan yang baru. Bila pada hari ketiga nata de coco masih terasa asam, maka perlu dilakukan pemasakan/ dididihkan kembali selama 10 menit dan segera tiriskan. Untuk memaniskan nata de coco dan memperpanjang umur simpannya, maka potongan-potongan nata harus direndam dalam larutan gula yang dibuat dengan cara melarutkan 600 g gula ke dalam 1,5 liter air, kemudian dipanaskan sampai semua gulanya melarut. Ke dalam larutan gula ini, dapat juga ditambahkan natrium benzoat sebanyak 100 mg untuk setiap kilogram nata yang terbentuk. Nata dapat direndam selama 1 malam supaya gula dan bahan pengawet meresap kedalamnya. Untuk mendapatkan aroma yang lebih memikat dapat juga ditambahkan dengan esens secukupnya ke dalam larutan gula. Nata kemudian dimasukkan ke dalam botol-botol jar atau bungkus dengan plastik, perbandingan antara nata de coco dan cairan adalah 3 : 1.

4)   Produk minuman beralkohol

  1. Fermentasi anggur (Wine)

Pada fermentasi alkohol memerlukan substrat gula sedangkan pada fermentasi wine menggunakan sari buah anggur (vitis vinitera). Buah tersebut merupakan medium yang baik karena:

  1. Kandungan nutrisi cukup tinggi
  2. Mempunyai keasaman yang tinggi sehingga dapat menghambat pertumbuhan mikroba yang tidak diinginkan
  3. Kandungan gula cukup tinggi
  4. Mempunyai aroma yang sedap

Fermentasi anggur dilakukan dengan penambahan SO2 ke dalam jus/cairan buah anggur dengan tujuan untuk:

  1. Mencegah browning selama penghancuran buah
  2. Menghambat aktivitas khamir

Wine dibedakan menjadi dua yaitu:

  1. Wine merah (red wine): anggur yang dibuat dari keseluruhan buah anggur berwarna merah
  2.  Wine putih (white wine): anggur yang dibuat dari buah anggur brwarna hijau dan juga warna merah yang telah dikupas kulitnya

 

Tabel 1. Jenis Khamir dan Wine yang dihasilkan

Proses akibat aktivitas khamir yang telah lama dikenal adalah fermentasi bir dan minuman anggur (proses) tersebut melibatkan khamir yang secara alami banyak terdapat dalam buah- buahan atau biji-bijian yaitu genus Saccharomyces. Cara pembuatan wine dapat dijelaskan sebagai berikut :

  1. Buah anggur yag dipetik dari kebun dihancurkan menjadi bentuk cairan yang disebut must.
  2. Khamir yang berasal dari permukaan kulit anggur sebagai inokulum dan kadang- kadang diinokulasi dengan S. Cerevisiae
  3. Proses fermentasi dilakukan berdasarkan jenis wine yang dihasilkan yaitu pada :
  4. Red wine:
  • Warna merah terbentuk selama proses fermentasi karena terjadi ekstraksi warna kulit buah anggur oleh alkohol yang terbentuk
    • CO2 terbentuk selama fermentasi sehingga sisa buahan dan kulit terangkat keatas
      • Lama fermentasi 3- 5 hari pada 24- 27°C
  1. White wine
  • Proses hampir sama dengan red wine tetapi tidak terjadi warna
  • Lama fermentasi 7- 14 hari pada 10- 21°C
    • Kandungan alkohol 19- 21%
  1. Memerlukan karbonasi yang dilakukan dengan menginjeksikan CO2 setelah proses fermentasi selesai. Diagram alir pembuatan wine sebagai berikut :

 

Gambar 7: Diagram Alir pembuatan wine

 

 

2. Fermentasi Bir

Minuman fermentasi yang tertua adalah bir yang sudah diproduksi sejak tahun 4000 SM. Bir dibuat dari bahan baku antara lain:

  1. Gandum (barley), padi-padian atau bijian yang lain, yang diolah menjadi roti, kemudian dihancurkan disuspensikan dengan air dan difermentasikan
  2. Rasanya ada yang manis dan ada masam

Bir pada tahun 700 SM terbuat dari biji-bijian tanpa ditambah hop (bunga) sehingga rasanya berbeda dengan bir sekarang (lebih klasik) dengan ditambah rempah-rempah. Pada abad ke 15, bir telah divariasi aromanya dengan mengunakan HOP. Bir pada masa sekarang terbuat dari perkecambahan gandum, tepung beras atau jagung, air serta hop yang selanjutnya difermentasikan dengan menggunakan khamir.

Adapun mekanime proses fermentasi bir modern adalah:

1)   Pati dari kecambah gndum, beras atau jagung dikonversikan menjadi maltosa dan dekstrin yang dibantu oleh enzim yang terdapat dalam kecambah gandum.

2)   Campuran karbohidrat yang diperoleh tersebut dalam bentuk larutan yang disebut worl, direbus bersama-sama dengan hop, kemudian didinginkan

3)   Difermentasikan menjadi bir yang beralkohol, CO2 dan sisa-sisa dekstrin

4)   Bir yang telah jadi mengandung:

  1. Air, dektrin, alkohol dan CO­2­­
  2. Gula-gula yang tak dapat difermentasikan, protein dan senyawa aromatik yang berasal dari resin hop
  3. Dan hasil samping minyak fussel

Beberapa proses penting yang dilakukan dalam pembuatan bir meliputi:

  1. Malting: perkecamhan barley di rumah kecambah gandum (malthouse)
  2. Kecambah gandum berisi:
    1. Enzim yang merombak pati dari malt itu sendiri dan pati-pati yang ditambahkan (beras atau jagung)
    2. Sumber protein bir yang penting artinya untuk pembentukan buih
    3. Memberikan aroma yang tipikal
    4. Proses perkecambahan barley
      1. Barley dicuci, direndam dengan air sehingga memungkinkan barley berkecambah
      2. Air ditapis
      3. Perkecambahan dilanjutkan sampai 5 atau 7 hari
      4. Selama perkecambahan, ß-amilase, dan terbentuk ensim baru yaitu α-amilase
      5. α-amilase berperan menyerang pati hanya pada rantai karbon yang lurus dan tidak mampu menyerang rantai kabon yang bercabang (amilodekstrin). Sedangkan ß-amilase berperan dalam pembentukan gula akhir.
      6. Enzim lain yang berperan yaitu:

-protease meningkatkan kelarutan protein

-sitase yang mendegradasi beberapa gum pentosan

-fitase yang melepaskan gugus fosfat dan inositol

4.  pemanasan atau pemasakan

a. selama pemanasan sering timbul reaksi pencoklatan (browning) karena melanoidin meningkat

b. melanoidin sangat penting untuk memberi warna dan aroma yang khas

5. komposisi bir: alkohol 3,8 % – 5% dekstrin 4,3 % protein 0,3 % abu 0,3 % dan CO2

6. mikrobiologi brewing

  1. Khamir sangat menentukan kualitas bir, memberikan aroma dan sejumlah oligosakarida yang tidak terfermentasikan
  2. Pada bir lager menggunakan S. Carfsberger yang mampu memfermentasikan meliobiosa dan gas, sedangkan S. Cerevisiae tidak mampu memfermentasikan melibiosa.
  3. Selama proses fermentasi gula dikonversikan menjadi alkohol, CO2 dan sedikit gliserol, serta asam asetat dari hasil fermentasi karbohidrat yang lain. Protein dan lipid yang terkandung didalam wort sebagian difermentasikan menjadi alkohol, asam dan ester yang memberikan aroma yang khas. Bir yang dihasilkan berwarna hijau, maka perlu pemeraman lebih lanjut (aging).
  4. Selama aging protein, khamir dan resin dipresipitasikan sehingga bir menjadi masak dan jernih dengan aroma yang lembut. Bir tersebut diunduh dengan melalui penyaringan, kemudian diinjeksi dengan CO2 agar terbentuk buih- buih (sparkling). Pada umumnya CO2 yang terbentuk selama fermentasi ditampung kedalam bejana yang kemudian diinjeksikan kembali setelah proses fermentasi tetap berlangsung
    1. Proses terakhir adalah botting dan pasteurisasi sekitar 60- 65 °C kemudian disaring.
    2. Mengapa tidak banyak mikroba mengkontaminasi bir? Karena :

ü  Khamir menggunakan O2 dengan cepat dan menghasilkan CO2

ü  Hop mengandung α- resin dan humulon yaitu senyawa antimikrobia khususnya terhadap bakteri gram positif

ü  Bir mempunyai pH asam (3,7- 4,5)

ü  Alkohol yang dihasilkan juga mempengaruhi pertumbuhan mikrobia

ü  Bir disimpan pada suhu dingin.

  1. Kontaminan selama brewing bir. Lactobacillus pastorianus dan Pediococcus cerevisiae, Flavobacterium proteus.
    1. Fermentasi dilakukan pada suhu rendah, sekitar 2 minggu untuk produksi bir.
    2. Produksi komersial bir dilakukan

ü  Dengan proses sekali unduh (bacth process)

ü  Dengan proses kontnyu/ berkesinambungan (continue process) yaitu dengan menambahkan substrat baru yang dilakukan secara terus menerus dan permanen.

  1. Macam- macam bir meliputi :

ü  Bir Lager: fermentasi yang melibatkan bottom yeast dan tak berspora: S. Carlbergensis

ü  Ale : fermentasi bir yang melibatkan top yeast dan berspora : S. Cerevisiae mempunyai kandungan alkohol cukup tinggi.

ü  Bir Pilsener (dari cekoslovakia) warna jernih, kering(dry) karena mengandung gula yang difermentasikan rendah, mempunyai aromaa hop tajam.

ü  Minuman malt: kandungan alkohol lebih tinggi dari pada bir

ü  Bir non karbohidrat: bir yang terbuat dari larutan karbohidrat yang semua dekstrinnya dihidrolisis oleh enzim menjadi maltosa dan glukosa.

 

Gambar 8 : proses pembuatan Bir

  1. Fermentasi asam cuka (vinegar)

Kata vinegar (cuka) berasal dari istilah Perancis vinaigre yang berarti anggur asam. Menurut Food and  Administration di Amerika Serikat, cuka, cuka sari buah apel, cuka apel, dibuat melalui fermentasi alkoholik sari buah apel diikuti fermentasi asetat. Cuka mengandung pati atau gula dengan fementasi alkohol diikuti oksidasi asetat.

Bahan dasar :

  1. Sari buah-buahan, misalnya apel, anggur, jeruk dan sebagainya.
  2. Sayur-sayuran yang mengandung pati, misalnya kentang yang mengandung pati dan harus dihidrolisis menjadi gula terlebih dahulu.
  3. Biji-bijian gandum, seperti barley, gandum hitam, jagung dan gandum.
  4. Minuman keras atau alkohol, misalnya dari bir, atau dari etil alkohol yang berubah sifat.

Mikrobia yang berperan dalam proses pembuatan cuka adalah khamir Saccharomyces cerevisiaevar dan bakteri yang berperan adalah genus Acetobacter (familia Pseudomonadaceae) dan genus Bacterium. Beberapa species Acetobacter di antaranya adalah : Acetobacter aceti, A rancens, A xylinum. Genus Bacterium yang ditemukan antara lain chenzenbachii, B. Curvum, dan B. Orleanense.

Proses pembuatan:

  1. Fermentasi gula menjadi etil alkohol
  2. Oksidasi alkohol menjadi asam asetat

Tahap pertama adalah proses anaerobik yang dilakukan khamir dan menghasilkan alkohol

Reaksi:

C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH

Glukosa                         Alkohol

Pada proses ini sejumlah kecil produk lain dihasilkan, seperti gliserol dan asam asetat. Juga ada sejumlah kecil substansi lain  dihasilkan dari senyawa selain gula, termasuk asam suksianat dan amil alkohol.

Alkohol yang dihasilkan pada proses pertama digunakan sebagai energi bagi bakteri, yang kemudian mengoksodasinya menjadi asam asetat. Bakteri ini menggunakan substansi lain dalam cairan yang difermentasi sebagai makanan.

Reaksi yang merupakan reaksi aerob ini dapat dituliskan sebagia berikut:

C2H5OH +O2 → CH3COOH + H2O

Alkohol                          Asam Asetat

Asetaldehid adalah senyawa intermedier dalam reaksi ini. Di antara produk akhirnya adalah sejumlah kecil aldehid, ester, aseton dan sebagainya. Bau cuka yang sedap berasal dari adanya bermacam-macam ester seperti etil asetat, dari alkohol, gula, gliserin dan minyak menguap yang dihasilkan dalam jumlah kecil oleh aksi mikroba. Bau ini dapat juga berasal dari sari buah-buahan yang difermentasi, gandum, atau cairan bersifat alkohol lainnya, dari apa cuka dibuat.

Metode pembuatan cuka

  1. Metode lambat/ let alone

Cairan alkohol tidak bergerak selama asetifikasi. Menggunakan sari buah-buahan yang difermentasi atau cairan gandum untuk menghasilkan asam asetat.

  1. Metode cepat, seperti proses pembuatan dengan genera atau prosedur fogging. Menghasilkan cuka dari minuman keras (alkohol). Cairan gandum atau buah disediakan untuk makanan bakteri cuka, tetapi untuk memelihara bakteri cuka aktif dalam metode cepat menggunakan alkohol, ditambah dengan finegar food, yang merupakan kombinasi senyawa organik dan anorganik.

Prosentase cuka dinyatakan dalam grain, yaitu 10 kali jumlah gram asam asetat per 100 ml cuka. Jadi cuka 40 grain mengandung 4 gram asam asetat per 100ml cuka pada suhu 2000C.

Penyebab kerusakan cuka:

Logam dan garam-garamnya menyebabkan kekeruhan dan perubahan warna cuka. Kerusakan yang disebabkan mikroorganisme dapat menyebabkan rendahnya mutu bahan dari apa cuka dibuat atau rendahnya mutu cuka itu sendiri. Spesies Lactobacillus dan Leuconostoc dalam sari buah-buahan tidak hanya bertanggung jawab pada rasa tidak enak, tetapi juga menghasilkan asam asetat yang cukup mengganggu fermentasi alkohol oleh khamir. Pada keadaan anaerob, bakteri asam butirat menghasilkan asam yang tidak dinginkan. Kesulitan ini dapat dikurangi dengan penambahan sulfur oksida pada sari buah, tetapi kemikalia ini menghambat bakteri cuka.

Kerusakan cuka di antaranya adalah rusaknya asam asetat pada produk. Lapisan tipis bakteri pada proses pembuatan cuka mengurangi kecepatan asetifikasi. Oksidasi asam asetat dalam cuka menjadi karbondioksida dan air dapat  ditimbulkan oleh bakteri asam asetat sendiri selama proses pembuatan cuka jika kekurangan alkohol atau aerasinya berlebihan. Organisme lain yang dapat mengoksidasi asam asetat pada keadaan aerob adalah lapisan khamir, jamur benang dan algae.

 

Gambar 9: Proses pembuatan vinegar/ cuka

5)       Fermentasi Asam Amino

Kebanyakan mikroba mensintesis asam amino yang digunakan untuk biosintesis protein dari glukosa dan ammonium. Asam amino ini sebagai senyawa antara dalam metabolisme, tetapi pada akhir fase exponensial dibebaskan dalam medium walaupun jumlah sedikit.

Produksi asam glutamat

Produksi asam glutamat di seluruh dunia lebih dari 100.000 ton per tahun. Monosodium glutamat digunakan untuk penyedap makanan sup.

Asam glutamat dihasilkan oleh mutan Corynebactericum glutamicum sebesar 60 gram/liter, untuk bakterinya sendiri sebesar 300 miligram/liter. Lama fermentasi 40 jam pada suhu 300C, keasaman medium alkalis dan mengandung biotin (1 – 5 µgr/l), glukosa dapat diganti dengan molase. Produksi asam glutamat oleh Corynebacterium glutamin seperti yang dijelaskan gambar.

 

Gambar 10: jalur metabolisme glukosa menjadi asam glutamat

 

Gambar 11: Produksi monosodium glutamat (MSG)  dari gula tebu

MSG (mono sodium glutamat) yqg diproduksi oleh Coly-nebacterium glutamicum. Saat ini telah diproduksi dua jenis penegas rasa nukleotida yaitu inosin 5′-monofosfat (5′-IMP) dan guanosin 5′-monofosfat (5′-GMP) yang mempunyai kemampuan mempertegas rasa yang lebih besar (20x) bila dicampur dengan MSG. Hal ini merupakan aspek yang paling menarik karena berarti dapat mengurangi penggunaan MSG sekecil mungkin, sehingga mengurangi terjadinya efek negatif dari MSG yang dikenal dengan “sindroma restoran Cina” seperti kulit menjadi merah, gatal, atau rasa terbakar, pusing dan mual (Nagodawithana, 1992). Substrat yang digunakan untuk memproduksi 5′-IMP dan 5′-GMP adalah asam ribonukleat yang diperoleh dari ekstrak karnir makanan yang dipecah secara enzimatik menggunakan nuklease atau dengan fermentasi secara langsung oleh bakteri Streptomyces aureus.

 

 

4) Penggunaan Bioteknologi Bakteri Asam Laktat dalam produk susu

Klasifikasi dan karakterisasi

Bioteknologi bakteri asam laktat adalah penggunaan/ pemanfaatan bakteri asam laktat unutk membuat atau memodifikasi suatu produk (bahan pangan) menjadi suatu produk berkualitas.

Bakteri asam laktat terdiri atas beberapa genus yaitu Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus treptococcus, Carnobacterium, Aerococcus, Entero- coccus, Lactococcus, Vagococcus, Tetracoccus dan Bifidobacterium (Salminen et al, 2004). Berdasarkan sifat memfermentasinya bakteri asam laktat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu BAL homofermentatif yang hanya menghasilkan asam laktat, dan BAL heterofermentatif yang menghasilkan asam laktat, etanol atau asam asetat, dan CO2. Sifat yang terpenting dari bakteri asam laktat adalah kemampuannya unutk memfermentasi gula menjadi asam laktat. Sifat ini terpenting dalam pembuatan produk-produk fermentasi seperti fermentasi seperti fermentasi sayuran (sauerkraut, pikel dan sebagainya), fermentasi susu (keju, yoghurt, kefir dan sebagainya), fermentasi ikan dan daging. Produksi asam oleh bakteri asam laktat berlangsung secara cepat sehingga dapat menghambat pertumbuhan mikroba lain yang tidak diinginkan. Genus yang banyak digunakan dalam fermentasi susu antara lain Adalah Stereptococcus dan Lactobacillius (Surono, 2004).

Stereptococcus thermophilus mempunyai bentuk bulay (kokus) dengan diameter sel 0,7-0,9 . Pada susu, bakteri ini membentuk rantai panjang yang terdiri atas 10-20 sel. Berdasarkan aktivitas metabolisme karbohidrat, bakteri ini bersifat homofermentatif yang mampu menghasilkan asam laktat sebagai produk metabolit utamanya. Asam laktan yang berbentuk berupa L(+) asam laktat. Memiliki suhu optimum bagi pertumbuhannya yaitu 38°C dan akan terhenti pada suhu 10°C (Robinson 1999; Wahyudi, 2006).

Lactobacillius delbrueckii subsp. Bulgarius berbentuk batang dengan sel berukuran 0,5-0,8 . Pada susu, bakteri ini membentuk rantai pendek yang terdiri atas 3-4 sel. Memiliki suhu optimum pertumbuhannya yaitu 450C. Bersifat homofermentatif dengan menghasilkan asam laktat yang berupa D(-) asam laktat sebesar 1,7-2,1 % pada susu (Robinson,1999).

  1. Keju

Keju merupakan suatu produk pangan yang berasal dari hasil penggumpalan(koagulasi) dari protein susu. Susu yang digunakan untuk pembuatan keju adalah susu sapi walauipun susu dari hewan lai juga dpaat digunakan. Selain dari kasein (protein susu), komponen susu lainya seperti lemak, mineral- mineral dan vitamin- vitamin yang larut dalam lemak juga terbawa  dalam gumpalan partikel- partikel kasein. Sedangkan komponen- komponen susu yang larut dalam air tertinggal dalam larutan sisa dari hasil penggumpalan kasein yang disebut whey.

Berdasarkan pemeramannya, keju diklasifikasikan menjadi :

  1. Keju peram
  2. Keju tanpa peram

Keju peram dapat diklasifikasikan menjadi:

  1. Diperam dnegan bakteri
  2. Diperam dengan kapang

Langkah- langkah dalam produksi keju:

  1. Pasteurisasi, Penyiapan dan inokulasi susu dengan bakteri asam laktat
  2. Penggumpalan kasein, Lalu disusul dengan pembentukan dadih susu (penggumpalan) yang memerlukan enzim renin
  3. Pemisahan whey, Setelah dipisahkan bagian cairnya (air dadih:whey), dadih yang terbentuk dimasak dan dibentuk dalam cetakan
  4. Kemudian diberi garam dan diperam sampai matang

Pembentukan asam laktat dalam pembuatan keju berfungsi sebagai :

  1. Peningkatan pembentukan dadih oleh renin
  2. Peningkatan penyaluran air dadih disebabkan karena penyusutan dadih
  3. Pencegahan pertumbuhan mikroorganisme yang tidak diinginkan selama proses pembuatan dan pematangan
    1. Modifikasi kekenyalan dadih dan peningkatan fusi penggabungan dadih menjadi massa yang padat
    2. Modifikasi sifat da tingkat perubahan enzimatik selama pematangan yang membantu menentukan ciri- ciri khas keju

Mikroorganisme selain bakteri asam laktat (Lactobacillus sp) kadang- kadang ditambahkan ke dalam susu untuk menentukan jenis keju yang dibuat, misalnya:

  1. Keju cheddar, digunakan Streptococcus cremoris atau Streptococcus lactis, yang disebut bakteri asam laktat mesofilik.
  2. Keju swiss, digunakan Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus yang disebut asam laktat termofilik dalam pemeramannya diperlukan bakteri Propionibacterium shermanii
  3. Keju Roquefort, ditambahkan spora jamur Penicilium roquefortii
  4. Keju camembert, digunakan Penicilium camembertii

Pemeraman keju dilakukan dengan cara menyimpan keju yang telah dilapisi dengan parafin pada suhu 2- 15°C dengan kelembaban sekitar 70- 80% selama 3- 7 bulan. Semakin lama pemeraman dilakukan semakin kuat cita rasa keju yang terbentuk.

Selama pemeraman, keju mengalami berbagai perubahan yang membentuk cita rasa, aroma dan teksturnya yang spesifik. Perubahsn- perubahan yang terjadi adalah:

  1. Pemecahan protein menjadi peptida dan asam amino yang lebih sederhana
  2. Pemecahan lemak menjadi berabagai asam lemak yang mudah menguap seperti asam asetat dan propionat
  3. Pemecahan laktosa, sitrat dan senyawa- senyawa organik lainnya menjadi bermacam- macam asam, ester, alkohol dan senyawa- senyawa pembentuk rasa dan aroma yang mudah menguap.

Perubahan- perubahan tersebut disebabkan oleh bermacam- macam enzim yang ada dalam renin, dan oleh bakteri, jamur dan ragi yang tumbuh didalam keju.

Cara pembuatan keju :

  1. Pasteurisasi susu pada suhu 65°C selama 15 menit
  2. Setelah pasteurisasi, dinginkan suhu sampai suhu 40°C
  3. Tambahkan kalsium klorida 25% sebanyak 2 ml per liter susu yang diolah dan larutan renet sampai terjadi koagulasi atau penggumpalam susu sampai sempurna dalam waktu 10- 15 menit.
  4. Potong- potong gumpalan tahu susu yang terbentuk dengan ukuran 3X3 cm
  5. Panaskan kembali tahu susu yang telah dipotong- potong sampai temperatur 40°C agar cairan whey keluar sempurna
  6. Persiapkan alat cetakan keju
  7. Rendam keju dalam larutan garam jenuh selama 12- 24 jam
  8. Setelah perendaman dalam larutan garam , angin- aginkan pada suhu kamar selama 1 hari sampai terbentuk kulit pada permukaannya
  9. Setelah kulit terbentuk, lapisi permukaannya dengan parafin dengan cara mencelupkan ke dalam parafin cair

 

Gambar 12: Keju

  1. Setelah dilapisi parafin, peram keju tersebut pada suhu 3- 4°C kelembaban relatif 0%- 75% selama 6 bulan.
  2. Produk pengenbangan BAL sebagai Probiotik

Kata probiotik berasal dari bahasa yunani yang artinya hidup. Pertama kali diperkenalkan oleh Lilley dan Stiwell pada tahun 1965 yang mendefinisikan probiotik sebagai mikroba yang dapat menstimulasi pertumbuhan mikroba lain, sebagai lawan dari antibiotik. Salminen dan Wright (1983) mendefinisikan probiotik sebagai sejumlah bakteri hidup atau produk susu yang difermentasi atau suplemen makanan yang mengandung bakteri asam laktat dalam kondisi hidup. Menurut Fuller (1992) probiotik merupakan bakteri hidup yang menguntungkan inangnya melalui perbaikan keseimbangan mikrobia dalam saluran usus inang. Probiotik dengan kualitas tinggi dari galur bakteri asam laktat antara lain yaitu Lactobacillus, Streptococcus, dan Bifidobacterium.

Probiotik dianggap memberikan dampak positif bagi keseimbangan flora bakteri usus, menigkatkan sisitem imun, menurunkan kandungan kolesterol darah, serta dapat menghambat bakteri pathogen karena mampu bersaing hidup (tempat dan nutrisi) serta menghasilkan asam laktat dan antimikroba (bakteriosin). Dalam bahan pangan, kriteria suatu bakteri probiotik harus memenuhi syarat yaitu diisolasi dari manusia sebagai bakteri indigenus, aman bagi manusia, dapat menghambat bakteri patogen, memiliki ketahanan terhadap asam lambung dan garam empedu serta mempunyai sifat mampu menempel pada usus manusia. Beberapa galur bakteri asam laktat yang sudah dikomersialkan antara lain seperti pada tabel berikut :

 

Tabel 2: Strain Lactobacillus dan Distributornya

Produk yang telah diklaim sebagai produk berprobiotik dan bayak dikenal masyarakat diantaranya yaitu yogurt. Produk ini adalah susu yang difermentasi oleh L. Bulgaricus dan Streptococcus thermophillus dengan perbandingan satu banding satu. Yoghurt mempunyai tekstur semi padat akibat terjadinya koagulasi kasein susu dengan Ph asam sekitar 4,2- 4,4. Beberapa manfaat dari yoghurt antara lain menurunkan kadar kolesterol darah, mambantu penyerapan kalsium dan fosfor serta menghasilkan senyawa antibakteri (Bintang, 1994, Bintang dan siburian, 19999, dalam orasi ilmiah Bintang, 2000).

Bakteri asam laktat berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat menurut reaksi berikut :

C12H22O11              +          H2O →             4CH3CHOHCOOH
Laktosa                           Air                   Asam laktat

 

 

Gambar 13: Proses Pembuatan yoghurt

(7)     Genetically Modified Organism (GMO) dalam bidang  pangan

Rekayasa genetika merupakan suatu proses bioteknologi modem dimana sifat- sifat dari suatu makhluk hidup dirubah dengan cara memindahkan gen- gen dari suatu spesies makhluk hidup ke spesies yang lain, ataupun memodifikasi gen- gen dalam suatu spesies.

GMO (Genetically Modified Organism) adalah organisme (dalam hal ini lebih ditekankan kepada tanaman dan hewan) yang telah mengalami modifikasi genom (rangkaian gen dalam kromosom) sebagai akibat ditransformasikannya satu atau lebih gen asing yang berasal dari organisme lain (dari spesies yang sama sampai divisio yang berbeda). Gen yang di transformasikan diharapkan dapat mengeluarkan atau mengekspresikan suatu produk yang bermanfaat bagi manusia. Secara sederrhana GMO adalah organisme( dalam hal ini tanaman dan hewan) yang dapat menghasilkan suatu zat yang asalnya zat tersebut tidak bisa atau tidak biasa dibuat dalam jumlah yang meningkat.

Rekayasa GMO sudah dimulai sejak tahun 1970-an, diawali dengan aplikaisnya pada tanaman sehingga sampai kini tidak kurang dari 30 juta ladang tanaman yang ditanami GMO.

Gambar 14 : Tahapan pembuatan tanaman transgenik

  1. Ekstraksi DNA dari plasmid Agrobacterium tumafaciens menggunakan teknik PCR (polymerase chain reaction). Pemotongan dan penggabungan/ penyisipan DNA yang dipilih melibatkan enzim restriksi dan ligase
  2. Pengklonan gen oleh bacteria vector sehingga dihasilkan DNA yang diharapkan kemudian klon gen Agrobacterium tumafaciens ditransformasikan ke dalam kultur sel tumbuhan
  3. Multifikasi dan regenerasi bagian- bagian tumbuhan sehingga terbentuk tumbuhan dengan sifat yang baru.

 

Jenis- jenis GMO tanaman.

Berbagai jenis GMO tanaman yang dikelompokkan atas karakteristik khasnya antara lain sebagai berikut:

  1. Toleran terhadap tekanan biotik dan abiotik

Contoh yang termasuk kategori tahan faktor biotik misalnya padi yang tahan terhadap viru RYMV dengan teknik imunisasi genetik untuk jenis padi yang tumbuh didaerah sahara. Lainnya adalah tanaman pepaya, yang tahan virus ring spot, tanaman pangan yang tahan hama blight. Di lain pihak contoh- contoh yang tahan faktor abiotik, misalnya tanaman yang tahan aluminium pada jenis tanah asam, tahan kekeringan, tahan panas, tahan dingin dan tahan garam.

  1. Tanaman yang tahan serangga dan herbisida

Tanaman yang tahan serangga yang sudah banyak dikenal adalah yang mengandung gen dari bakteri Bacillus thuringiensis (gen Bt) yang dapat memproduksi protein yang dapat membunuh insect. Adapun tanaman yang tahan terhadap herbisida dibuat mengandung gen yang dapat menghasilkan inhibitor bagi enzim target dari suatu herbisida.

  1. Tanaman yang mengandung nilai gizi khusus.

Contoh tanaman ini adalah (golden rice), yaitu padi yang bayak mengandung likopen dan beta karoten. Padi yang banyak mengandung zat besi kearena mengandung jenis protein yang dpat mengikat besi.

  1. Tanaman yang mengandung pharmaceutical

sudah ada padi dan gandum yang dapat menghsilkan antibodi antikanker, yang dapat mengenal sel- sel kanker paru- paru, kanker payudara dan kanker usus, sehingga dapat diharapkan membantu diagnosa dan terapi jenis- jenis kanker tersebut. Tanaman  yang dapat menghasilkan zat anti kanker vinblastin dan vincristine yang berguna dalam pengobatan penyakit limfoma Hodgin.

Contoh Tanaman yang telah Menggunakan Teknologi Rekayasa genetik:

1)   Kedelai Transgenik

Kedelai merupakan produk Genetically Modified Organism terbesar yaitu sekitar 33,3 juta ha atau sekitar 63% dari total produk GMO yang ada. Dengan rekayasa genetika, dihasilkan tanaman transgenik yang tahan terhadap hama, tahan terhadap herbisida dan memiliki kualitas hasil yang tinggi. Saat ini secara global telah dikomersialkan dua jenis kedelai transgenik yaitu kedelai toleran herbisida dan kedelai dengan kandungan asam lemak tinggi

2)   Jagung Transgenik

komoditi jagung telah mengalami rekayasa genetika melalui teknologi Rdna, yaitu dengan memanfaatkan gen dari bakteri Bacillus thuringiensis (Bt) untuk menghindarkan diri dari serangan hama serangga yang disebut corn borer sehingga dapat meningkatkan hasil panen. Gen Bacillus thuringiensis yang dipindahkan mampu memproduksi senyawa pestisida yang membunuh larva corn borer tersebut

3)   Kapas Transgenik

Kapas yang telah mengalami rekayasa genetika dapat menurunkan jumlah penggunaan insektisida. Diantara gen yang paling banyak digunakan adalah gen cry (gen toksin) dari Bacillus thuringiensis, gen-gen dari bakteri untuk sifat toleransi terhadap herbisida, gen yang menunda pemasakan buah. Bagi para petani, keuntungan dengan menggunakan kapas transgenik adalah menekan penggunaan pestisida atau membersihkan gulma tanaman dengan herbisida secara efektif tanpa mematikan tanaman kapas. Serangga merupakan kendala utama pada produksi tanaman kapas. Di samping dapat menurunkan produksi, serangan serangga hama dapat menurunkan kualitas kapas.

4)   Tomat Transgenik

Pada pertanian konvensional, tomat harus dipanen ketika masih hijau tapi belum matang. Hal ini disebabkan akrena tomat cepat lunak setelah matang. Dengan demikian, tomat memiliki umur simpan yang pendek, cepat busuk dan penanganan yang sulit. Tomat pada umumnya mengalami hal tersebut karena memiliki gen yang menyebabkan buah tomat mudah lembek. Hal ini disebabkan oleh enzim poligalakturonase yang berfungsi mempercepat degradasi pektin.

Tomat transgenik memiliki suatu 5. Dengan mengurangi produksi enzim poligalakturonase akan dapat diperbaiki sifat-sifat pemrosesan tomat. Varietas baru tersebut dibiarkan matang di bagian batang tanamannya untuk waktu yang lebih lama sebelum dipanen. Bila dibandingkan dengan generasi tomat sebelumnya, tomat jenis baru telah mengalami perubahan genetika, tahan terhadap penanganan dan ditransportasi lebih baik, dan kemungkinan pecah atau rusak selama pemrosesan lebih sedikit.

5)   Kentang Transgenik

Mulai pada tanggal 15 Mei 1995, pemerintah Amerika nebyetujui untuk mengomersialkan kentang hasil rekayasas genetika yang disebut Monsanto sebagai perusahaan penunjang dengan sebutan kentang “New Leaf”. Jenis kentang hybrid tersebut mengandung materi genetic yang memnungkinkan kentang mampu melindungi dirinya terhadap serangan Colorado potato beetle. Dengan demikian tanaman tersebut dapat menghindarkan diri dari penggunaan pestisida kimia yang digunakan pada kentang tersebut. Selain resisten terhadap serangan hama, kentang transgenik ini juga memiliki komposisi zat gizi yang lebih baik bila dibandingkan dengan kentang pada umumnya. Hama beetle Colorado merupakan suatu jenis serangga yang paling destruktif untuk komoditi kentang di Amerika dan mampu menghancurkan sampai 85% produksi tahunan kentang bila tidak ditanggulangi dengan baik.

6)   kopi dan Teh

kopi transgenik yang bebas kafein juga diciptakan melalui rekayasa genetika. Dengan tekhnik interverence RNA untuk melenyapkan gen kunci yang memproduksi kafein dalam tanaman kopi. Selain dapat diterapkan pada tanaman kopi, teknologi rekayasa genetika ini juga dapat diterapkan pada tanaman teh.

Daya perlindungan kentang transgenik tersebut berasal dari bakteri Bacillus thuringiensis sehingga kentang transgenik ini disebut juga dengan kentang Bt. Sehingga diharapkan melalui kentang transgenik ini akan membantu suplai kentang yang berkesinambungan, sehat dan dalam jangkauan daya beli masyarakat.

Keuntungan dan kerugian modifikasi genetik:

Keuntungan:

  1. Panen lebih besar. Tanaman rekayasa bisa meningkatkan penen ditanah yang luasnya terbatas, tanah miskin, atau kawasan yang rawan banjir.
  2. Meningkatkan nutrisi. Kacang kedelai MGO lebih banyak mengandung protein. Sama seperti beras, yang direkayasa, sehingga mengandung zat besi, untuk mengatasi anemia
  3. Kesehatan lebih baik. Tanaman yang mengandung vaksin akan mempermudah penyebaran vaksin dan membuat obat lebih mudah ditelan.
  4. Bahan kimia lebih sedikit. Resistensi terhadap serangga hama tertentu akan meu ngurangi ketergantungan terhadap pestisida. Dengan tanaman yang menghasilkan zat herbisida ( pembunuh rumput), maka petani hanya perlu menyemprot setahun sekali dan tidak selamanya tiga kali.

Kerugian :

  1. Bahan alergi baru. Manipulasi genetik sering menggunakan protein dari organisme yang tidak pernah menjadi bahan makanan, dan sebagian besar bahan alergi makanan berasal dari protein.
  2. Resistensi terhadap antibiotik. Gen resistensi- antibiotik sering digunakan sebagai “penanda” untuk menyeleksi sel- sel transgenik dan da kemungkinan akan masuk ke jaringan tubuh manusia atau organisme lain. Hal ini akan menyebabkan persoalan baru bagi kesehatan.
  3. Virus baru. Gen viral pada tanaman yang direkayasa dapat menyebabkan tanaman kebal terhadap virus kemungkinan dapat terkombinasi lagi dnegan mikroba lain untuk menghasilkan virus hibrida yang lebih berbahaya.
  4. Rumput baru. Dalam lingkungan yang lebih luas, perkawinan antar tanaman kemugkinan menghasilkan “rumput super”. Disamping itu tanaman hasil rekayasa kemungkinan dapat terbawa ke luar lahan pertanian dan meluas, sehingga merusak seluruh ekosistem.
  5. Resistensi terhadap hama. Dalam waktu lama, hama dapat kebal terhadap tanaman yang menghasilkan pestisida, sehingga pestisida menjadi tidak efektif lagi.

 

(a)                                                                     (b)

Gambar 15: pertumbuhan tanaman temabakau dengan modifikasi gen tahan kekeringan (tanpa pemberian air selama 14 hari).(sumber: thomson, 2006)

  1. Tembakau Non transgenik    b. Tembakau transgenik
  2. Kultur Jaringan

kultur jaringan, yaitu suatu teknik untuk mengisolasi, sel, protoplasma, jaringan, dan organ dan menumbuhkan bagian tersebut pada nutrisi yang mengandung zat pengatur tumbuh tanaman pada kondisi ird an,sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman sempurna kembali.

Ada dua teori dasar yang berpengaruh dalam kultur jaringan. Yang pertama adalah teori bahwa sel dari suatu ird an multiseluler di mana pun letaknya, sebenarnya sama dengan sel zigot karena berasal dari satu sel tersebut. Yang kedua adalah teori totipotensi sel atau Total Genetic Potential. Artinya, setiap sel yang memiliki potensi ird an mampu memperbanyak diri dan berdiferensiasi menjadi suatu tanaman lengkap.

Dalam kultur jaringan ada beberapa factor yang mempengaruhi regenerasi tumbuhannya, yaitu :

  1. Bentuk regenerasi dalam kultur in vitro, seperti pucuk adventif atau embrio      somatiknya
  2. Eksplan, yaitu bagian tanaman yang digunakan sebagai bahan awal untuk perbanyakan tanaman. Yang penting dalam eksplan ini adalah factor varietas, umur, dan jenis kelaminnya. Bagian yang sering menjadi ekspan adalah pucuk muda, kotiledon, embrio, dan sebagainya.
  3. Media tumbuh, karena di dalam media tumbuh terkandung komposisi garam anorganik, zat pengatur tumbuh, dan bentuk fisik media.
  4. Zat pengatur tumbuh tanaman. Faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan zat ini adalah konsentrasi, urutan penggunaan dan periode masa induksi dalam kultur tertentu.
  1. Lingkungan Tumbuh yang dapat mempengaruhi regenerasi tanaman meliputi ird anure, panjang penyinaran, intensitas penyinaran, kualitas sinar, dan ukuran wadah kultur.

Proses Kultur Jaringan Tumbuhan
Salah satu tanaman yang dapat dikembangbiakkan dengan kultur jaringan adalahanggrek. Sekarang, amati tahapan-tahapan proses yang dilakukan dalam teknik kultur jaringan pada gambar gambar berikut ini :

 

Gambar 16: Proses kultur jaringan 1
Eksplan kultur jaringan distrelilisasi kemudian dicuci dengan air steril.

 

 

Gambar  17: Proses kultur jaringan 2
Eksplan kultur jaringan ditanam pada media yang terbuat dari agar dilengkapi dengan ird a makro dan mikro.

 

Gambar 18:. Proses kultur jaringan 3
Setelah ditanam, eksplan kultur jaringan diletakkan di ruangan yang terkontrol suhu dan penyinarannya.

 

Gambar 19:  . Proses Kultur jaringan 4
Subkultur dilakukan beberapa kali sampai eksplan tumbuh menjadi seedling kultur jaringan.

 

Gambar .20:  Proses Kultur jaringan 5
Seedling kultur jaringan dikeluarkan dari botol dan akar dibersihkan dari agar dengan air bersih.

 

Gambar  21: Proses Kultur jaringan 6
Seedling kultur jaringan ditanam ke dalam potpot kecil dan letakkan di tempat yang tidak terkena sinar matahari langsung.

 

Gambar  22: . Proses Kultur jaringan 7
Setelah seedling kultur jaringan tumbuh kuat, perlahan-lahan pindahkan ke tempat yang langsung terkena matahari.

Kultur starter bakteri asam laktat, juga dapat digunakan di masa mendatang untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan non-fermentasi yang didinginkan (Gould, 1992; Hanlin dan Evancho, 1992, Jenie et al. 1996b). Untuk keperluan ini dibutuhkan produksi massa sel kultur yang tinggi, tahan selama proses pembekuan dan pengeringan serta stabil selama penyimpanan. Disamping itu, kulturnya harus mampu turnbuh pesat, tidak rentan terhadap fag, toleran terhadap garam, dan stabil secara genetika. Di masa mendatang, kultur starter atau metabolit antimikroba narnpaknya lebih diinginkan untuk ditambahkan ke dalam makanan bila produksi senyawa antagonis dapat ditingkatkan, dan dimurnikan dalam skala besar (De Vuyst dan Vandarnme, 1994).

  1. A.      Manfaat Bioteknologi dalam Bidang Pangan

Peran bioteknologi, khusunya pemanfaatan mikroba dalam bidang pangan, telah cukup luas dikenal masyarakat. Dengan mudah, kita dapat menemukan makanan dan minuman hasil fermentasi mikroba. Adapun manfaat bioteknologi dalam bidang pangan adalah sebagai berikut:

1.    Menghasilkan produk makanan yang bergizi tinggi. Contohnya: tempe, roti dan nata de coco.

2.    Menghasilkan produk makanan dan minuman hasil fermentasi ird an. Contohnya: ird an wine.

3.    Menghasilkan produk makanan dan minuman hasil fermentasi Asam. Contohnya: yoghurt da keju

4.    Menghasilkan produk bahan penyedap. Contohnya: tauco, kecap dan cuka.

  C. Hasil dari Bioteknologi Pangan

Teknik-teknik bioteknologi tanaman telah dimanfaatkan terutama untuk memberikan karakter baru pada berbagai jenis tanaman. Penekanan pemberian karakter tersebut dapat dibagi kedalam beberapa tujuan utama yaitu peningkatan hasil, kandungan nutrisi, kelestarian lingkungan, dan nilai tambah tanaman-tanaman tertentu. Sebagai contoh, beberapa tanaman transgenik yang dikembangkan adalah:

  1. Peningkatan kandungan nutrisi: Pisang, cabe, raspberries, stroberi, ubi jalar
  2. Peningkatan rasa: tomat dengan pelunakan yang lebih lama, cabe, buncis, kedelai
    1. Peningkatan kualitas: pisang, cabe, stroberi dengan tingkat kesegaran dan tekstur yang meningkat
    2. Mengurangi alergen: polong-polongan dengan kandungan protein allergenik yang lebih rendah
    3. Kandungan bahan berkhasiat obat: tomat dengan kandungan lycopene yang tinggi (antioksidan untuk mengurangi kanker), bawang dengan kandungan allicin untuk menurunkan kolesterol, padi dengan kandungan vitamin A dan besi untuk mengatasi anemia dan kebutaan
    4. Tanaman dengan kandungan nutrisi yang lebih baik untuk pakan ternak, dan lain-lain

D.  Dampak negatif yang ditimbulkan dari proses bioteknologi pangan

Resiko di atas menimbulkan potensi bahaya bagi lingkungan dan manusia sebagai berikut:

(1) Pemindahan DNA transgenik secara horisontal ke mikroorganisme tanah, yang dapat mempengaruhi ekologi tanah.

(2) Kerusakan organisme tanah akibat toksin dari transgenik yang bersifat pestisida.

(4) Kerusakan pada serangga yang menguntungkan akibat transgenik bersifat pestisida

(5) Timbulnya virus baru

(6) Meningkatnya resistensi terhadap antibiotik, termasuk dan terutama pada manusia yang memakan produk transgenik  dan

(7) Meningkatnya kecenderungan allergen, sifat toksik atau menurunnya nilai gizi pada pangan transgenik.

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous 2012, http://www.citraorganik.org/product . diakses tanggal 16 desember 2012

Anonymous 2012, http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/12/26/pemanfaatan-mikroorganisme-di-bidang-pangan-berbasis-bioteknologi-konvensional/diakses tanggal 16 desember 2012

Anonymous 2012, http:// teknologi-fermentasi-oncom /diakses tanggal 10 desember 2012

Anonymous 2012, http://google.co.id/ teknologi-fermentasi / diakses tanggal 8 desember 2012.

Anonymous 2012, http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/12/26/pemanfaatan-mikroorganisme-di-bidang-pangan-berbasis-bioteknologi-konvensional/ diakses tanggal 13 desember 2012.

Anonymous 2012, http://www.gogreen.web.id/2007/08/cara-memperoleh-bibit-acetobacter.html/ diakses tanggal 10 desember  2012.

Anonymous 2012, http://herusantoso17.blogspot.com/ diakses tanggal 10 desember  2012.

Anonymous 2012,http://anton-kulturjaringan.blogspot.com/ diakses tanggal 14 desember  2012.

Jurnal. Bioteknologi industri pangan.

Lehninger, Albert L. 1982. Dasar-dasar biokimia. Jilid 1. Erlangga. Jakarta

Sardjoko. (1986). Bioteknologi. Jakarta. PT. Gramedia Pustaka Utama

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Maret 18, 2013 in Uncategorized

 

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: