REKAYASA BIOPROSES(PRINSIP DASAR DAN BIOKIMIA FERMENTASI)

	POLITEKNIK NEGRI SRIWIJAYA

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Kuasa karna atas berkat rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan makalah kelompok Rekayasa Bioproses dengan judul “Prinsip Dasar dan Biokimia Fermentasi ” dengan lancar. Makalah ini kami buat sebagai pendukung dan media alat dalam  program belajar diperkuliahan . Ucapan terima kasih tak lupa kami haturkan kepada :

·         Yth. ibu Ir.ERLINA MARGARETTY,M.Si. selaku dosen pembimbing kami yang telah banyak memberikan arahan dan motivasi demi kelancaran pembuatan makalah ini

·         Tak lupa kepada keluarga dan kerabat dekat yang telah banyak membantu kami baik dukungan moril maupun materil

·         Serta teman-teman yang telah banyak membantu  dan memberi saran untuk perbaikan

Akhirnya kami selaku penulis berharap, semoga makalah ini dapat bermanfat bagi kita khususnya bagi proses belajar dan mengajar. Tak lupa kami juga meminta saran dan kritik dari semua pihak demi kesempurnaan makalah ini

Palembang,  April 2012

Tim Penulis

DAFTAR ISI

JUDUL;putribaikhati ………………………………………………………..…………i

KATA PENGANTAR…         ………………………….………………………ii

DAFTAR ISI…………………………………………………….………..iii

BAB I : PENDAHULUAN

          1.1 Latar Belakang………………………………..……..…………4

          1.2 Rumusan Masalah………………………………..…………….5

          1.3 Tujuan Penulisan…………..………….…….………......……..5

          1.4 Metode penulisan……………………….….…………..………5

BAB II : PEMBAHASAN(ISI)

1.1     Pengertian fermentasi (Biokimia) secara umum ..…….……….6

1.2     Produk Fermentasi ……..……………………………………...7

1.3     Metoda Fermentasi ……….………………..……………...…..8

1.4     Proses Fermentasi ……………………….………….……….9

1.5     Macam-macam Fermentasi(Karbohidrat)…………………10-13

1.6     Fermentasi Makanan………..………………………………14-15

1.7     Proses pemecahan karbohidrat……………………………..16-18

1.8     Biokimia fermentasi………………………………………....18-22

BAB III : PENUTUP

1.1    Kesimpulan……………………………..…….……………23

1.2    Saran…………………...……………………….…...............23

1.3    Daftar pustaka………………………………………………24

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.LATAR  BELAKANG

                 Ditinjau dari segi biokimia, fermentasi merupakan aktivitas mikroorganisme untuk memperoleh energi yang diperlukan untuk metabolisme dan pertumbuhannya melalui pemecahan atau katabolisme terhadap senyawa-senyawa organik secara anaerobik. Proses katabolisme yang berlangsung secara aerobik disebut respirasi.Reaksi kimia dalam sel-sel hidup yang memegang peranan penting untuk menghasilkan energi adalah reaksi oksidasi dan reduksi. Dewasa ini fermentasi mempunyai pengertian yang lebih luas yaitu mencakup aktivitas metabolisme mikroorganisme baik aerobik maupun anaerobik dimana terjadi perubahan atau transformasi kimiawi dari substrat organik. Dari segi mikrobiologi industri fermentasi adalah proses untuk menghasilkan berbagai produk dengan perantara atau melibatkan mikroorganisme.Teknologi fermentasi sebagai ilmu terapan yang mendasari industri fermentasi melalui pemanfaatan secara terpadu berbagai cabang ilmu seperti mikrobiologi, biokimia, kimia, keteknikan dan beberapa tahun belakangan ini melibatkan rekayasa genetika dan biologi molekuler, yaitu mulai dari teknik produksi makanan terfermentasi, enzym, asam-asam amino, vitamin, asam-asam organik, antibiotika dan teknik produksi biomassa sampai teknik penanganan dan perlakuan air buangan.Dan sekarang masih banayak mahasiswa yang pengetahuannya akan fermentasi dan biokimia fermentasi yang banyak manfaat nya ini ,masih sangat kurang.Oleh karena itulah penulis merasa perlu mengangkat tema “Prinsip dasar dan biokimia fermentasi” ini sebagai bahan pembelajaran atau pun sumber informasi bagi para pembaca mengenai prinsip dasar dari fermentasi dan biokimia fermentasi dan sekaligus sebagai penyelesaian tugas dari dosen pembimbing mata kuliah Rekayasa Bioproses. 

          1.2.RUMUSAN  MASALAH

  1.Apa itu pengertian prinsip dasar fermentrasi dan biokimia  frmentasi

   2. Apa saja tipe-tipe fermentasi

  3.Apa saja tahapan fermentasi,macam-macam fermentasi karbohidrat

  4.Apa saja jenis-jenis mikroba yang berperan dalam industri

           1.3TUJUAN  PENULISAN

1.Menjelaskan  tipe fermentasi yang dibedakan atas pertumbuhan mikroba dan produk

2.Menjelaskan penyebutan beberapa mikroba yang berperan dalam industri

3.Menjelaskan tahapan fermentasi dan macam-macam fermentasi  karbohidrat

4.Menjelaskan 3 jalur penguraian glukosa menjadi asam piruvat

5.Menjelaskan reaksi-reaksi metabolisme dan pemecahan(metabolisme) karbohidrat oleh mikroba

           

 1.4.METODE PENULISAN

1.Studi pustaka :penyusunan karya tulis ini menggunakan sumber-    sumber tertulis yaitu buku-buku sebagai acuan dalam mencari informasi penulisan.

2.Studi internet dan analisa

BAB II

                                                            PEMBAHASAN

                                                                       

2.1. PENDAHULUAN

       Fermentasi berasal dari bahasa latin yaitu fervere yang berarti mendidih(to boil),hal ini ternyata merupakan aktifitas khamir  pada ekstrak buah-buahan atau sekelia.selama fermentasi dihasilkan CO2 sehingga kondisinya menjadi anaerob. Fermentasi telah dikenal dan dipraktekkan sejak ribu tahun yang lalu tetapi tanpa disertai dengan pengetahuan tentang bagaimana proses fermentasi itu berlangsung. Perhatian terhadap segi ilmiah dari proses fermentasi dimulai sejak publikasi Louis Pasteur pada tahun 1858, yaitu mengetahui fermentasi asam laktat. Dengan perkembangan ilmu pengetahuan khususnya mikrobiologi dan biokimia, maka dewasa ini istilah fermentasi telah mempunyai pengertian yang lebih luas.

Ditinjau dari segi biokimia, fermentasi merupakan aktivitas mikroorganisme untuk memperoleh energi yang diperlukan untuk metabolisme dan pertumbuhannya melalui pemecahan atau katabolisme terhadap senyawa-senyawa organik secara anaerobik. Proses katabolisme yang berlangsung secara aerobik disebut respirasi.

Reaksi kimia dalam sel-sel hidup yang memegang peranan penting untuk menghasilkan energi adalah reaksi oksidasi dan reduksi. Dewasa ini fermentasi mempunyai pengertian yang lebih luas yaitu mencakup aktivitas metabolisme mikroorganisme baik aerobik maupun anaerobik dimana terjadi perubahan atau transformasi kimiawi dari substrat organik. Dari segi mikrobiologi industri fermentasi adalah proses untuk menghasilkan berbagai produk dengan perantara atau melibatkan mikroorganisme.Teknologi fermentasi sebagai ilmu terapan yang mendasari industri fermentasi melalui pemanfaatan secara terpadu berbagai cabang ilmu seperti mikrobiologi, biokimia, kimia, keteknikan dan beberapa tahun belakangan ini melibatkan rekayasa genetika dan biologi molekuler, yaitu mulai dari teknik produksi makanan terfermentasi, enzym, asam-asam amino, vitamin, asam-asam organik, antibiotika dan teknik produksi biomassa sampai teknik penanganan dan perlakuan air buangan.

2.2. PRODUK FERMENTASI

1.      Sel – sel Mikroba / Biomassa

Biomassa yang telah diproduksi secara komersial dalam skala industri terdiri-dari dua macam produk yaitu ragi roti dan protein sel tunggal. Ragi roti diproduksi secara industri dengan menggunakan isolat Saccharomyces cerivisiae pilihan dan molases sebagai medium. Isolat pilihan mempunyai sifat physiologi yang stabil, cepat memfermentasi gula sehingga adonan roti cepat mengembang, mempunyai daya tahan simpan yang baik tanpa mengalami outolisis dan cepat tumbuh sehingga dalam waktu singkat dapat memperoleh sel-sel dalam jumlah yang banyak pada waktu diproduksi

Beberapa spesies khamir merupakan sumber protein dan vitamin B yang baik, sehingga telah diproduksi secara komersial untuk digunakan sebagai makanan ternak dan manusia.

2.      Enzym

Dapat diperoleh dari tanaman, hewan dan mikroba. Pemanfaatan mikroba sebagai sumber enzym mempunyai keuntungan yaitu produktivitas mikroba dalam menghasilkan enzim dapat ditingkatkan dengan mudah dibanding dengan tanaman dan hewan. Produksi enzim secara komersial misalnya produksi amylase, protease, pektinase dan glukosa oksidase.

3.      Metabolisme Primer dan Metabolisme Sekunder

Metabolit primer adalah senyawa-senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroba dan dibutuhkan oleh mikroba untuk pertumbuhannya yaitu asam-asam amino, nukleutida, protein, asam nukleat, lemak dan karbohidrat. Sedangkan metabolit sekunder adalah senyawa-senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroba tetapi tidak mempunyai peranan penting dalam pertumbuhan misalnya antibiotika, mycotoxin dan alkoloida.

4.      Biokonversi

Sel-sel mikroba dapat digunakan sebagai alat konversi terhadap senyawa-senyawa kimia tertentu sehingga diperoleh senyawa kimia baru. Beberapa reaksi dikatalisa oleh mikroba antara lain reaksi dehidrogenasi, hidroksilasi, kondensasi, dekarboksilasi, aminasi, deaminase dan isomerisasi. Beberapa contoh konversi mikrobiologi yang sudah dikembangkan adalah produksi asam asetat dari etanol, aseton dari iso-propanol dan sorbosa dari sarbitol dan juga dapat memproduksi steroid, antibiotika dan prostaglandin.

 2.3. METODA FERMENTASI

1.      Tertutup

Pertumbuhan mikroba dapat diamati dengan cara mengukur jumlah sel atau konsentrasi biomassa. Khususnya kapang, perngamatan pertumbuhan dengan cara menghitung jumlah sel memerlukan pemisahan sel dari miselum terlebih dahulu, sehingga lebih efisien jika dilakukan pengukuran konsentrasi biomassa.

Pada fermentasi ini tidak dilakukan lagi penambahan komponen substrat setelah inokulasi kedalam medium steril didalam fermentor, kecuali penambahan oksigen (udara steril). Antibuih dan asam atau basa untuk mengatur pH.

2.      Kontinyu

Fermentasi kontinyu larutan nutrien steril dalam volume tertentu ditambahkan kedalam fermentor secara kontinyu, dan pada saat yang sama larutan yang berisi sel dan produk-produk metabolisme dikeluarkan dari fermentasi dengan volume yang sama. Penambahan medium baru dengan kecepatan yang sesuai dengan menghasilkan keadaan “steady-state”, dimana pembentukan sel-sel baru sama dengan sel-sel yang dikeluarkan dari fermentor. Jadi dalam keadaan “steady state”, konsentrasi sel, laju pertumbuhan, konsentrasi nutrien dan konsentrasi produk tidak mengalami perubahan dengan bertambahnya waktu fermentasi.

3.      Fed-Batch

Tindakan penambahan medium baru secara teratur pada kultur tertutup (batch culture), tanpa mengeluarkan cairan kultur yang ada didalam fermentor. Jadi pada sistem ini volume kultur makin lama makin bertambah. 

2.4.PROSES FERMENTASI

 

             Fermentasi merupakan teknologi yang memanfaatkan aktivitas mikroba secara  efektif yang bersifat menguntungkan manusia.Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi dapat menyebabkan perubahan sifat bahan pangan sebagai akibat pemecahan komponen-komponen bahan tersebut. Jika cara pengawetan yang lain ditujukan untuk mengurangi jumlah mikroba, maka proses fermentasi adalah sebaliknya yaitu memperbanyak jumlah mikroba dan menggiatkan metabolismenya. Tetapi jenis mikroba yang digunakan sangat terbatas yaitu disesuaikan dengan hasil akhir yang dikehendaki (Winarno et al., 1980).

Ø  Hasil-Hasil Fermentasi

         Hasil fermentasi tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), macam mikroba dan kondisi lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan metabolisme mikrobatersebut. Mikroba yang bersifat fermentatif dapat mengubah karbohidrat dan turunan-turunannya menjadi alkohol, asam CO₂. Mikroba proteolik dapat memecah protein dan komponen-komponen nitrogen lainnya sehingga menghasilkan bau busuk yang tidak diinginkan sedangkan mikroba lipolitik akan memecah atau menghidrolisis lemak, fosfolipida dan turunannya dengan menghasilkan bau tengik.

Ø  Reaksi Kimia Fermentasi

          Fermentasi adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi di dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dimana sebagai donor dan aseptor elektron digunakan senyawa organik. Senyawa organik yang biasanya digunakan adalah karbohidrat dalam bentuk glukosa. Senyawa tersebut akan diubah oleh reaksi reduksi dengan katalis enzimmenjadi sutu bentuk lain misalnya aldehida, dan dapat dioksidasi menjadi asam.Sel-sel yang melakukan fermentasi mempunyai enzim-enzim yang akan mengubah hasil dari reaksi oksidasi, dalam hal ini adalah asam, menjadi suatu senyawa yang mempunyai muatan lebih positif sehingga dapat menangkap elektron atau bertindak sebagai aseptor elektron terakhir dan menghasilkan energi. Secara lebih jelas reaksi tersebut dapat diterangkan melalui skema sebagai berikut:

                                                                                  

2.5.MACAM-MACAM FERMENTASI (KARBOHIDRAT)

1.1.Fermentasi Alkohol

        Fermentasi yang banyak dikenal adalah fermentasi alkohol dari bahan bergula. Proses fermentasi ini melibatkan khamir jenis Sacharomyces cerevisiae.Sacharomyces cerevisiae mampu memfermentasi beberapa macam gula diantaranya sukrosa, glukosa, fruktosa, galaktosa, manosa, maltosa dan maltotriosa (Varnam and Sutherland, 1994). Anonymous(2005^a) menambahkan, fermentasi alcohol dimulai ketika glukosa memasuki sel. Glukosa dipecah oleh Sacharomyces cerevisiae menjadi asam piruvat, selanjutnya asam piruvat diubah menjadi CO₂, alkohol dan energi untuk sel.

Klasifikasi dari Sacharomyces cerevisiae adalah sebagai berikut:

Divisi        : Eumycophyta

Kelas        : Ascomycetes

Ordo        : Sacharomycetales

Famili        : Sacharomycetaceae

Genus        : Sacharomyces

Species    : Sacharomyces cerevisiae

(Anonymous, 2005^a)

       Mikroba ini tumbuh sebagai uniseluler berbentuk bola, ovoid, atau sel yang panjang pada ujung melingkar. Pada medium padat, koloninya biasanya putih atau berwarna krem, berkubah, halus, diameternya sampai 5 mm dan konsistensinya “butyrous”. Pada media cair terbentuk sediment,tidak terbentuk pelikel(Fardiaz, 1992)

       Menurut Zubaidah (1998), Sacharomyces cerevisiae mampu memfermentasi sukrosa, glukosa, maltosa, maltotriosa dan xilosa. Askusnya adalah 1-4, berperan dalam menghasilkan alkohol dan CO₂. Dalam proses fermentasi Sacharomyces cerevisiae dapat menghasilkan enzim heksokinase, L-laktase, dehidrogenasiglukosa 6-fosfat dehidrogenase dan alcohol dehidrogenase. Sacharomyces cerevisiaebersifat fermentatif kuat, tumbuh secara bergerombol serta mampu memproduksi alkohol dan CO₂. Anonymous(2005^a) menambahkan, Sacharomyces cerevisiaesebagai “top fermenting yeast” mampu memproduksi alkohol dengan konsentrasi yang lebih tinggi dan tahan terhadap suhu tinggi dibandingkan dengan “bottom fermenting yeast”. Yeast jenis ini dapat menghasilkan bir dengan rasa yang lebih manis dan aroma yang lebih terasa.

Gambar 1. Sacharomyces cerevisiae (Anonymous , 2008^a)

        Suhu optimum pertumbuhan adalah 24^o-26^oC dan suhu untuk menghasilkan produk optimum adalah 28^o-32^oC. pH optimum pertumbuhannya adalah 4-5(Fardiaz, 1992).Menurut Anonymous(2005^b), pertumbuhan yeast dapat ditentukan oleh konsentrasi gula atau alkohol yang terlalu tinggi. Apabila yeast mati sebelum semua gula diubah menjdi alkohol maka akan terjadi “stuck fermentation”

Ø  Menurut Fardiaz (1992), fermentasi alcohol meliputi 2 tahap yaitu:

1. Pemecahan rantai karbon jalur EMP(“Embden Mayerhof Parnas”) menghasilkan karbon teroksidasi yaitu asam piruvat. Jalur EMP terdiri dari beberapa tahap, masing-masing dikatalis oleh enzim tertentu. Jalur tersebut ditandai dengan pembentukan fruktosa difosfat menjadi 2 molekul gliseraldehida fosfat. Reaksi ini dikatalisa oleh enzim aldolase. Kemudian terjadi reaksi dehidrogenasi gliseraldehide fosfat (fosfogliserida) yang merupakan reaksi oksidasi yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Reaksi ini dikatalisa oleh enzim gliseraldehida fosfat dehidrogenase. Atom hidrogen yang terlepas akan ditangkap oleh nikotinamida-adenin dinukleotida(NAD) membentuk NADH₂. Proses fermentasi dapat berlangsung terus jika NADH₂ dapat dikosidasi kembali pada tahap kedua fermentasi sehingga melepaskan atom hidrogen kembali. Jadi NAD berfungsi sebagai pembawa hidrogen dalam proses fermentasi.

        Menurut Daulay dan Rahman(1992), hasil akhir proses fermentasi alkohol melalui lintasan “Emberden-Mayerhof” adalah 92 gram etanol, 88 gram CO₂ dan energi(ATP), untuk setiap 180 gram glukosa. Sehingga secara teoritis, setiap 1 gram glukosa akan menghasilkan 0,51 gram etanol dan 0,49 gram CO₂, tetapi dalam prakteknya, jumlah etanol yang dapat diperoleh tidak lebih dari 90-95% dari perhitungan teoritis. Hal ini disebabkan karena nutrient yang tersedia dalam medium juga digunakan untuk pembentukan biomassa dan pemeliharaan sel. Disamping itu pada fermentasi juga terjadi reaksi-reaksi samping yang biasanya menghasilkan gliserol dan asam suksinat. Reaksi samping ini diperkirakan mengkonsumsi substrat sebanyak 4-5 %

Ø  Fermentasi alkohol dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya:

a. Spesies sel khamir

       Sel khamir yang biasa digunakan dalam fermentasi alkohol adalah galur-galur dari species Sacharomyces cerevisiae. Jika digunakan serum susu (whey) sebagai substrat, perlu digunakan khamir seperti Kluyveromyces fragilis dan Candida pseudotropicalis yang mampu memefermenatsi laktosa (Wood, 1998)

b. Jumlah sel khamir                           

     Menurut Said(1987) dalam Rianto(2004), jumlah starter optimum pada fermentasi alkohol adalah 2-5%(v/v)

c. Konsentrasi gula
 

   Menurut Wood (1998), bahan baku pembuatan cuka dengan kandungan gula tinggi harus diencerkan terlebih dahulu hingga kandungan gulanya mencapai 10-15%(b/v). Daulay dan Rahman (1992) menambahkan, sebelum digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi cuka sari buah yang diekstrak dari buah-buahan perlu dipekatkan terlebih dahulu atau ditambahkan gula(sukrosa) sampai kandungan gulanya mencapai 10-25%(b/v)

d. Derajat keasaman(pH)

      Menurut Wood(1998), yeast dapat tumbuh pada kisaran pH 4-4,5.

e. Suhu

      Yeast aktif pada kisaran suhu 0-50^oC (Fleet, 1998 dalam Anonymous, 2005^b) sedangkan suhu optimum pertumbuhan dan aktivitasnya selnya adalah 28-35^oC (Daulay dan Rahman, 1992)

f. Oksigen

      Selama fermentasi alkohol berlangsung, diperlukan sedikit oksigen yaitu sekitar 0,05-0,10 mmHg tekanan oksigen, yang diperlukan sel khamir untuk biosintesa lemak tak jenuh dan lipid. Jumlah oksigen yang lebih tinggi dapat merangsang pertumbuhan sel khamir, sehingga produktivitasnya alkohol menjadi lebih rendah(Daulay dan Rahman, 1992)

1.2 Fermentasi asam asetat

      Menurut Anonymous (2005^c) , cairan encer beralkohol akan menjadi asam jika kontak langsung dengan udara. Hal ini diakibatkan oleh proses perubahan alkohol menjadi asam asetat. Asam asetat dihasilkan dari fermentasi substrat (larutan yang mengandung pati , larutan gula atau alkohol misalnya anggur atau “cider” ) oleh bakteri golongan Acetobacter.

Golongan bakteari yang mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat disebut sebagai asam asetat dan diklasifikasikan kedalam 2 genera yaitu Glukonobacter danAcetobacter. Genus Glukonobacter mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat dan tidak mengoksidasinya lebih lanjut menjadi karbondioksida dan alkohol karena tidak memiliki sebagian enzim yang dibutuhkan dalam siklus krebs. Sedangkan genusAcetobecter mampu mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat dan mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi karbondioksida dan air (Anonymous, 2005^d)

Bakteri asam asetat mempunyai kemampuan membentuk asam dari alkohol secara oksidasi. Bakteri ini termasuk bakteri gram negatif yang bergerak lambat dengan flagella peritrikh. Bakteri ini mirip dengan Pseudomonas tetapi memiliki toleransi terhadap asam yang tinggi, aktifitas peptollitik yang rendah(Schlegel and Schimdt, 1994).

Klasifikasi bakteri jenis Acetobacter aceti adalah sebagai berikut :

Kingdom     :     Bacteria

Phylum     :     Proteobacteria

Kelas         :     Alpha Proteobacteria

Ordo         :     Rhodospirillales

Famili     :     Acetobacteraceae

Genus    :     Acetobacter

Spesies    :     Acetobacter aceti (Anonymous , 2005^e)

1.3. Fermentasi asam laktat

       Fermentasi asam laktat adalah respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak tercukupi akibat bekerja terlalu berat.Di dalam sel otot asam laktat dapat menyebabkan gejala kram dan kelelahan. Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan otot letih dan nyeri, namun secara perlahan diangkut oleh darah ke hati untuk diubah kembali menjadi piruvat

1.4. Fermentasi asam cuka

      Merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

2.6. FERMENTASI MAKANAN

1.      Makanan Bergizi tinggi

-          Tempe

Kapang dari jenis Rhizopus merupakan organisme terpenting, sejumlah spesies yang sering ditemukan dalam tempe adalah Rhizopus oryzae, Rhizopus stolonifer, Rhizopus oligosporus. Miselium Rhizopus orysae lebih panjang dari pada Rhizopus oligosporus, sehingga tempe yang dihasilkan tampak lebih padat dan kompak, akan tetapi jika tempe yang akan diproduksi lebih diutamakan nilai gizinya maka Rhizopus oligosporus memegang peranan penting kare selama fermentasi berlangsung Rhizopus oligosporus mensintesa lebih banyak enzym amilase.

-          Oncom

Jenis kapang yang berperan dikenal 2 macam yaitu oncom merah (Neurospora sp) dan oncom hitam ( Rhizopus sp dan Muccor sp). Kapang oncom N. Sitophilamemiliki aktivitas lipolitik yang tinggi yaitu memproduksi lipase yang menghidrolisa trigliserida menjadi asam-asam lemak bebas.

2.      Produk Fermentasi Asam Laktat

-          Susu       

Beberapa jenis produk fermentasi susu antara lain : keju, mentega fermentasi, susu asam, susu bulgaria, yogurt, kefir dan koumiss. Bakteri yang aktif dalam fermentasi susu adalah Leukonostoc citrovorum tumbuh pada suhu 20ᵒC, Strepcoccus lactis danStreptococcus cremoris tumbuh pada suhu 25ᵒC, Streptococcus thermophilustumbuh pada suhu 37-45ᵒC dan Lactobacillus bulgaricus tumbuh pada suhu 43-46ᵒC.

-          Sayur-sayuran

Lactobaliccus mesentroides diketahui sebagai mikroba untuk mengawali berlangsungnya proses fermentasi dan proses lebih lanjut oleh bakteri asam laktat yaituLactobacillus brevis, Pediococcus cerivisiae dan Lactobacillus plantarum.

3.      Fermentasi Alkohol

-          Tape

Genera mikroorganisme yang terdapat atau sering dijumapi ialah Candida, Endomycopsis, Hansenula, Amylomyses, Aspergillus, Fusarium, Mucor dan Rhizopus. Organisme yang terpenting ialah kapang Amylomyces rouxii tipe calmette dan kamir Endomycopsis.

-          Anggur

Mikroba yang ditambahkan sebagai stater adalah Sacharomyces cerivisae dan Shacaromyces carlsbergensis.

4.      Fermentasi Saus dan Bumbu

-          Tauco

Mikroorganisme yang terpenting adalah Aspergilus oryzae, Rhizopus oligosporus, Lactobacillus delbruckii, Hansenula sp dan Zygosaccharomyces soyae.

-          Kecap

Mikroorganisme yang berperan adalah Rhizopus orysae.

-          Tarasi

5.      Produk Fermentasi lain

-          Vinegar

Venegar yang tradisional diproses melalui fermentasi spontan. Mikroorganisme yang sudah dikomersilkan adalah galur-galur dari spesies Acetobacter aceti,Acetobacter pasteurianus, Acetobacter peroxidans dan Gluconobacter oxydans.

-          Nata de Coco

Bakteri yang berperan adalah Acetobacter xylinum, bakteri ini tumbuh pada media yang mengandung gula dan mengubah menjadi selulosa.

2.7.Proses Pemecahan Karbohidrat

               Karbohidrat merupakan substrat utama yang dipecah dalam proses fermentasi.Polisakarida terlebih dahulu akan dipecah menjadi gula sederhana sebelum difermentasi, misalnya hidrolisis pati menjadi unit-unit glukosa. Glukosa kemudian dipecah menjadi senyawa-senyawa lain tergantung dari jenis fermentasinya.

Ø  Proses Fermentasi Karbohidrat

Pada bakteri paling sedikit terdapat tujuh proses fermentasi yang berbeda terhadap glukosa. Masing-msing proses menghasilkan produk-produk yang berbeda, dan masing-masing spesifik terjadi pada grup bakteri tertentu.

Fermentasi glukosa pada prinsipnya terdiri dari dua tahap, yaitu:

1. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit dua pasang atom hidrogen, menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi daripada glukosa.
2. Senyawa yang teroksidasi tersebut direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawa-senyawa lain sebagai hail fermentasi. Reaksi oksidasi tidak dapat berlangsung tanpa reaksi reduksi yang seimbang. Oleh karena itu, jumlah atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama fermentasi selalu seimbang dengan jumlah yang digunakan dalam tahap kedua.

Ø  Proses Pemecahan Glukosa/Penguraian glukosa

Dalam tahap pertama fermentasi glukosa selalu terbentuk asam piruvat. Pada mikroba dikenal paling sedikit empat jalur pemecahan glukosa menjadi asam piruvat, yaitu:

1. Jalur Embden-Meyehoff-Parnas (EMP) atau glikolisis, ditemukan pada fungi dan kebanyakan bakteri, serta pada hewan dan manusia.
2. Jalur Entner-Doudoroff (ED), ditemukan pada beberapa bakteri.
3. Jalur Heksosamonofosfat (HMF), ditemukan pada berbagai organisme.
4. Jalur Fosfoketolase (FK), hanya ditemukan pada bakteri yang tergolong laktobasili heterofermentatif.

       Jalur EMP terdiri dari beberapa tahap, masing-masing dikatalis oleh enzim tertentu. Jalur tersebut ditandai dengan pembentukan fruktosa difosfat, dilanjutkan dengan pemecahan fruktosa difosfat menjadi dua molekul gliseraldehida fosfat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim aldolase. Kemudian terjadi reaksi dehidrogenasi gliseraldehida fosfat (fosfogliseraldehida) yang merupakan reaksi oksidasi yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Reaksi ini dikatalis oleh enzim gliseraldehida fosfat dehidrogenase.Atom hidrogen yang terlepas akan ditangkap oleh nikotinamida-adenin-dinukleotida (NAD), membentuk NADH₂. Proses fermentasi dapat berlangsung terus jika NADH₂ dapat dioksidasi kembali pada tahap kedua fermentasi sehingga melepakan atom hidrogen kembali. jadi, NAD berfungsi sebagai pembawa hidrogen dalam proses fermentasi.

        Energi yang dilepaskan selama oksidasi gliseraldehida fosfat cukup untuk membentuk dua molekul ATP. Karena satu molekul glukosa menghasilkan dua molekul gliseraldehida fosfat, maka seluruhnya dibentuk empat molekul ATP. tetapi karena dua molekul ATP dibutuhkan untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa difosfat, hanya tinggal dua molekul ATP yang dapat digunakan untuk pertumbuhan untuk setiap molekul glukosa yang dipecah. Reaksi keseluruhnnya sebagai berikut:

Dalam jalur ED terbentuki suatu intermediet unik yaitu 2-keto-3-deoksi-6-fosfoglukonat (KDFG). Komponen ini akan dipecah oleh aldolase menjadi triosa yaitu piruvat dan gliseraldehida-3-fosfat. Komponen yang terakhir ini kemudian dapat masuk kedalam jalur EMP membentuk molekul piruvat yang kedua dengan melepaskan dua mol ATP dan satu mol NADH  +  H⁺. Reaksi keseluruhannya:

       Jalur HMF penting dalam metabolisme mikroba untuk menghasilkan pentosa yang diperlukan untuk sintesis asam nukleat, beberapa asam amino aromatik dan vitamin, serta sebagai sumber NADP   +  H⁺ yang diperlukan untuk reaksi biosintesis. Jalur ini disebut juga siklus pentosa, dimana tidak dihasilkan energi secara langsung, tetapi NADP  +  H⁺yang dibentuk merupakan sumber energi potensial jika masuk ke dalam sistem tranpor elektron.

      Enzim yang berperan dalam jalur HMF adalah transaldolase dan transketolase. Jalur FK hanya terjadi pada grup bakteri yang tergolong laktobasili heterofermentatif. Jalur ini merupakan percabangan dari jalur HMF, karena bakteri ini tidak mempunyai enzim aldolase yang dapat memecah fruktosa 1,6-difosfat menjadi dua triose-fosfat, dan tidak mempunyai enzim transaldolase dan transketolase yang penting dalam jalur HMF.Kelompok mikroba yang mempunyai peranan penting dalam fermentasi karbohidrat yaitu khamir, kapang dan bakteri serta beberapa spesies actinomycetes

Ø  Proses penguraian glukosa menjadi asam piruvat

·         Jalur hekosa difosfat(HDP),yaitu jalur Embden-Meyerhoff-Parras atau glikolisa

·         Jalur heksosa monfosfat(HMP),yaitu jalur Warburg dicken,jalur fosfoketolosa,atau jalur pentosa fosfat

·         Jalur 2 keto-3 deoksi glukonat -6 fosfat (jalur KDGP),atau jalur Entner-Doudoroff.

3.1.BIOKIMIA FERMENTASI

Ø  Sejarah biokimia fermentasi

           Eduard Buchner adalah seorang kimiawan Jerman. Ia lahir di Munich pada 20 Mei 1860, putra dari Dr Ernst Buchner, Profesor Luar Biasa of Forensic Medicine dan dokter di University, dan Friederike née Martin. Pada tahun 1907 ia memenangkan Nobel Kimia untuk karyanya di fermentasi. Buchner memulai studi dalam bidang kimia pada tahun 1884 bersama Johann Friedrich Wilhelm Adolf Ritter von Baeyer dan botani bersama profesor Karl von Nägeli di Lembaga Botani München. Ia mendapatkan gelar doktor pada tahun 1888 dari Universitas München setelah ia bekerja sama selama beberapa waktu bersama Otto Fischer di Erlangen. Banyak disangka kalau labu Büchner ditemukan oleh Eduard. Sebenarnya alat laboratorium kimia ini ditemukan oleh seorang kimiawan industri Ernst Büchner. Dia awalnya ditakdirkan untuk karier komersial tetapi, setelah kematian dini pada 1872 ayahnya, kakaknya Hans, sepuluh tahun lebih tua darinya, memungkinkan baginya untuk mengambil pendidikan yang lebih umum. Dia lulus di Grammar School di tempat kelahirannya dan setelah masa studi singkat di Munich Polytechnic di laboratorium kimia E. Erlenmeyer senior, ia mulai bekerja di pabrik pengalengan melestarikan dan, dengan mana ia kemudian pindah ke Mombach pada Mainz. Masalah-masalah kimia yang sangat tertarik kepadanya di Politeknik dan pada tahun 1884 ia berpaling segar studi baru dalam ilmu murni, terutama dalam bidang kimia dengan Adolf von Baeyer dan botani dengan Profesor C. von Naegeli di Botani Institute, Munich. Terakhir, ia belajar di bawah pengawasan khusus saudaranya Hans (yang kemudian menjadi terkenal sebagai seorang ahli bakteriologi), bahwa publikasi pertamanya, Der Einfluss des Sauerstoffs auf Gärungen (Pengaruh oksigen di fermentations) melihat cahaya di 1885. Dalam perjalanan penelitiannya dalam kimia organik, ia mendapat bantuan khusus dan stimulasi dari T. Curtius dan H. von Pechmann, yang asisten di laboratorium di masa itu. Lamont Beasiswa yang diberikan oleh Fakultas Filsafat selama tiga tahun membuatnya mungkin baginya untuk melanjutkan studinya. Setelah satu istilah di Erlangen di laboratorium Otto Fischer, di mana telah Curtius Sementara itu ditunjuk sebagai direktur dari departemen analitis, ia mengambil gelar doktor di University of Munich pada tahun 1888. Tahun berikutnya melihat penunjukan sebagai Asisten Dosen di laboratorium organik A. von Baeyer, dan pada 1891 Dosen di Universitas. 

           Dengan cara moneter khusus hibah dari von Baeyer, adalah mungkin bagi Buchner untuk mendirikan laboratorium kecil untuk kimia fermentasi dan untuk memberikan kuliah dan melakukan percobaan pada fermentations kimia. Pada tahun 1893 eksperimen pertama dibuat pada pecahnya sel-sel ragi, tetapi karena Dewan Laboratorium berpendapat bahwa "tidak ada yang akan dicapai oleh ini" - penggilingan dari sel-sel ragi sudah dijelaskan selama 40 tahun , yang kedua pernyataan itu dikonfirmasi oleh penelitian yang akurat literatur - studi tentang isi sel-sel ragi disisihkan untuk tiga tahun.  Pada musim gugur 1893 Buchner mengambil alih pengawasan di departemen analitis T. Curtius 'laboratorium di Universitas Kiel dan memantapkan dirinya di sana, yang dianugerahi gelar Profesor pada tahun 1895. Tahun 1896 ia dipanggil sebagai Profesor Luar Biasa untuk Kimia Analitik dan Farmasi di laboratorium kimia H. von Pechmann di Universitas Tübingen. Selama liburan musim gugur tahun yang sama dengan penelitian-penelitian ke dalam isi sel ragi itu berhasil recommenced di Hygienic Institute di Munich, di mana kakaknya berada di Dewan Direksi. Sekarang dia dapat bekerja pada skala yang lebih besar sebagai fasilitas yang diperlukan dan dana yang tersedia. Pada 9 January 1897, hal itu mungkin untuk mengirim kertas pertamanya, Über Garung alkoholische ohne Hefezellen (Pada fermentasi alkohol tanpa ragi sel), ke editor Chemischen Berichte der Deutschen Gesellschaft. Pada bulan Oktober, 1898, ia ditunjuk ke Dewan Kimia Umum di College Pertanian di Berlin dan dia juga memegang lectureships kimia pertanian dan percobaan-percobaan kimia pertanian serta pada pertanyaan fermentasi industri gula. Dalam rangka untuk mendapatkan bantuan yang memadai untuk penelitian ilmiah, dan untuk dapat benar-benar melatih para asistennya sendiri, ia menjadi habilitated di Universitas Berlin pada tahun 1900. Pada tahun 1909 ia dipindahkan ke Universitas Breslau dan dari sana, pada tahun 1911, untuk Würzburg. Hasil penemuan Buchner pada fermentasi alkohol gula yang ditetapkan dalam buku Die Zymasegärung (peragian), 1903, bekerjasama dengan saudaranya Profesor Hans Buchner dan Martin Hahn. Ia dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1907 untuk biokimia penyelidikan dan penemuan non-selular fermentasi. Pada tahun 1900 Buchner menikahi Lotte Stahl. Dalam Perang Dunia I ia menjabat sebagai mayor di sebuah rumah sakit lapangan yang ada di Fokschan (Kerajaan Rumania). Pada tanggal 3 Agustus 1917 Buchner terluka. Luka-luka ini diterima dalam aksinya yang selalu di depan, dan kemudian akibat luka itu ia meninggal 9 hari kemudian di Munich tepatnya pada tanggal 12 Agustus 1917 

3.1.BIOKIMIA FERMENTASI

Ø  Definisi  biokimia fermentasi

              Webster’s dictionary: Bios = Yunani, artinya “hidup” “Kimia mahluk hidup; Ki mia yang terjadi dan menjadi ciri kehidupan.”WebNet dictionary: “Biokimia adalah kimia dari bahan-bahan dan proses-proses yang terjadi dalam tubuh mahluk hidup; sebagai upaya untuk memahami proses kehidupan dari sisi kimia 

        Eduard Buchner adalah seorang kimiawan Jerman. Ia lahir di Munich pada 20 Mei 1860, putra dari Dr Ernst Buchner, Profesor Luar Biasa of Forensic Medicine dan dokter di University, dan Friederike née Martin.Dan dial adalah orang yang pertama kali mencetuskan biokimia fermentasi.   

Ø  Pengertian biokimia

            Penggunaan mahluk hidup atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang atau jasa secara industri.

Ø  Biokimia fermentasi

•      Pada reaksi-reaksi katabolisme-anabolisme ATP dan nikotin adenin di nucleotide yang tereduksi (NADH) adalah kunci utama dalam fermentasi.

•      Fermentasi terjadi bila produk fermentasi kandungannya lebih rendah dari substrat yang difermentasi.

•      Reaksi-reaksi metabolisme ada dua yaitu

–     Proses disimilasi (katabolisme) dapat menghasilkan hasil antara dan energi oleh mikrobia.

–     Proses asimilasi (biosintesa/anabolisme) atau reaksi yang dapat mensintesa konstituen-konstituen sel dan produk akhir lainnya sesuai sifat mikrobia.

•      Fermentasi asam laktat yaitu homolaktat dan heterolaktat

•      Fermentasi homolaktat mengikuti jalur HDP lalu dengan ensim laktat dehidrogenase, asam piruvat dirubah jadi asam laktat.

•      Fermentasi heterolaktat mengikuti jalur HMP. Asetilfosfat diubah menjadi asetil KoA. Oleh ensim asetaldehida dehidrogenasa dan alkohol.

• Dehidrogenase akan dihasilkan alkohol. Piruvat oleh ensim laktat dihdrogenase dirubah menjadi asam laktat

3.2.Macam- macam fermentasi Biokimia :

1.         Fermentasi asam propionat

Ø  Fermentasi asam propionat

Ø  Bakteri asam propionat menghasilkan asam propionat dari karbonat, lalu hasil lainnya asam asetat dan CO₂

Ø  Contoh bakteri asam propionat: Propionibacterium, Clostridium propionicum,  Peptostreptococcus elsdeni

       2.Fermentasi alkohol oleh khamir (Saccharomyces)

3.Fermentasi asam laktat

Ø  Fermentasi asam laktat yaitu homolaktat dan heterolaktat

Ø  Fermentasi homolaktat mengikuti jalur HDP lalu dengan ensim laktat dehidrogenase, asam piruvat dirubah jadi asam laktat.

Ø  Fermentasi heterolaktat mengikuti jalur HMP. Asetilfosfat diubah menjadi asetil KoA. Oleh ensim asetaldehida dehidrogenasa dan alkohol.

Ø  Dehidrogenase akan dihasilkan alkohol. Piruvat oleh ensim laktat dihdrogenase dirubah menjadi asam laktat.

4.Fermentasi asam butirat

Ø  Bakteri asam butirat antara lain Clostridium, Butyrivibrio, Eubacterium, Fusobacterium. Selain asam butirat dihasilkan pula asetat, aseton, isopropanol, butanol CO₂ dan H₂.

5.Fermentasi asam campur butanediol

 

Ø  Fermentasi asam campur dilakukan oleh jenis :

Ø  Jenis Enterobacterioceae, genus Escherichia, Salmonella dan Shigella. Hasilnya asam laktat, asetat, suksinat dan formiat, CO₂, H₂ dan etanol.

Ø  Pada fermentasi butanediol, asam-asam organik yang dihasilkan sedikit, lebih banyak CO₂, etanol dan menghasilkan senyawa khusus 2,3 butanediol. Bakteri yang berperanan: Enterobacter seratia dan Erwinia.

 6.Fermentasi senyawa nitrogen organic

Fermentasi senyawa nitrogen organik, dibagi menjadi 3 macam :

Ø  Fermentsi asam amino tunggal

Ø  Fermentasi sepasang amino (reaksi stickland)

Ø  Fermentasi senyawa nitrogen heterosiklik

Ø  Bakteri yang berperanan Clostridium. Contoh fermentasi glisin, treonin, glutamat, lisin dan sebagainya.

BAB III

Penutup

1.1.Kesimpulan :

Ø           Fermentasi jika dilihat dari segi biokomia merupakan aktivitas mikroorganisme untuk memperoleh energi yang diperlukan untuk metabolisme dan pertumbuhannya melalui pemecahan atau katabolisme terhadap senyawa-senyawa organik secara anaerobik. Proses katabolisme yang berlangsung secara aerobik disebut respirasi.

1.2.Saran:

Ø        Banyak sekali keuntungan dan ilmu apabila kita selaku mahasiswa dan pejuang pedidikan mempelajari dan mengembangan prinsip-prinsip dasar dan biokomia fermentasi,baik dari segi ilmu maupun dari segi ekonomis yang akan dihasilkan dari produ-produk fermentasi ini.Maka dari itu sebagai saran,kami selaku penulis menghimbau kepada kita semua untuk dapat mengembangkan dan mempelajari secara serius dari prinsip dasar fermentasi dan biokimia fermentasi   

 1.3. Daftar pustaka

           

Ø  http://www.artikelkimia.info/apa-yang-dimaksud-dengan-fermentasi-42161207102011

Ø  Modul (bahan ajar kuliah)rekayasa bioproses,2012,jurusan teknik kimia,politeknik negeri sriwijaya,Palembang.

Ø   http://www.artikelkimia.info/proses-pemecahan-karbohidrat-31420925062011

Ø  http://www.artikelkimia.info/macam-macam-sistem-fermentasi-02001421112011