BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tanaman Kelapa Kelapa merupakan tanaman tropis yang penting bagi negara-negara Asia dan Pasifik. Kelapa disamping dapat memberikan devisa bagi negara juga merupakan mata pencaharian jutaan petani, yang mampu memberikan penghidupan puluhan juta keluarga. Menurut FAO (Food and Agriculture Organization) pada tahun 1976, negaranegara di Asia dan Pasifik menghasilkan 82% dari produksi kelapa dunia, sedangkan sisanya oleh negara di Afrika dan Amerika Selatan (Suhardiyono L.,1999). Gambar 2.1. Pohon kelapa Kelapa menghasilkan air sebanyak 50 150 ml per butir. Air kelapa sangat baik digunakan sebagai bahan dalam pembuatan nata, karena mengandung nutrisi yang dibutuhkan bagi pertumbuhan, perkembangbiakan, dan aktivitas bibit nata yang berupa bakteri Acetobacter xylinum. Untuk Pertumbuhan dan aktivitasnya, 4
Acetobacter xylinum membutuhkan unsur makro dan mikro. Unsur makro terdiri atas karbon dan nitrogen. Sebagian dari kebutuhan akan karbon tersebut sudah dapat diperoleh dari dalam air kelapa dalam bentuk karbohidrat sederhana, misalnya sukrosa, glukosa, fruktosa, dan lain-lainnya. Sementara nitrogen juga dapat diperoleh dari protein yang terkandung dalam air kelapa, meskipun dalam jumlah yang kecil. Air kelapa yang baik adalah yang diperoleh dari kelapa tua optimal, tidak terlalu tua dan tidak pula terlalu muda. Dalam air kelapa yang terlalu tua, terkandung minyak dari kelapa yang dapat menghambat pertumbuhan bibit nata Acetobacter xylinum. Sebaliknya, air kelapa yang masih muda belum mengandung mineral yang cukup di dalamnya, sehingga kurang baik apabila digunakan sebagai bahan pembuatan nata (Pambayun R.,2002). Tabel 2.1 Perbandingan komposisi air kelapa muda dengan air kelapa tua Sumber air kelapa (dalam 100 g) Air kelapa muda (%) Air kelapa tua (%) Kalori 17,0 kal - Protein 0,2 g 0,14 g Lemak 1,0 g 1,50 g Karbohidrat 3,8 g 4,60 g Kalsium 15,0 mg - Fosfor 8,0 mg 0,50 g Besi 0,2 mg - Asam askorbat 1,0 mg - Air 95,5 g 91,50 g Bagian yang dapat 100 g - dimakan (Sumber : Palungkun, 1999)
2.2 Markisa Ungu (Passiflora Edulis Var Edulis) Markisa tergolong ke dalam tanaman genus passiflora,yang berasal dari Brazil dan menyebar sampai ke Indonesia.tumbuh liar di hutan-hutan basah yang mempunyai ratusan Species Passiflora. Tanaman ini dapat tumbuh pada ketinggian 800-1500 m diatas permukaan laut,di perbanyak dengan stek dandan teknik sambungan. Banyak sekali manfaat buah markisah bagi kesehatan.diantaranya berkhasiat pereda nyeri, anti kejang, kolitis,penenang dan anti radang, bahkan markisa juga mampu menyaring,memisahkan dan membuang racun dari dalam tubuh.selain itu,bisa meningkatkan kesegaran kulit dan pertumbuhan sel muda pada kulit wajah. Passiflorance yang banyak terkandung dalam buah markisa berkhasiat menentramkan urat syaraf. Buah ini juga sebagai beberapa sumber vitamin,khususnya vitamin C dan vitamin A dan antioksidan. Setiap satu buah markisa warna ungu mengandung fosfor 12 mg,zat besi 0,3 mg,kalsium 2 mg, potasium 63 mg,sodium 5 mg,vitamin A 130 mg,vitamin C 5 mg dan magnesium 5 mg. Tabel 2.2.Kandungan Karbohidrat dan Asam-asam Organik Markisa Ungu Component A. Karbohidrat(%) -Fuctoca -Glucosa -Sucrosa B.Asam Organik (meq/100gr) -Asam Sitray(citrit) -Asam Malam (matic) -Asam Laktat (Lactic) -Asam Malonat ( malonic) -Asam Susinat (Succinic) Markisa Ungu 33,5 37,1 29,4 13,1 3,86 7,49 4,95 2,42
2.2.1 Acetobacter Acetobacter. adalah bakteri yang digunakan untuk membuat cuka. Dalam membuat cuka, gel seperti membran selalu ditemukan pada permukaan larutan. Material ini berkembang menjadi selulosa. Selulosa ini berasal dari bakteri yang dinamakan selulosa bakteri (Philip G.O. dan William P.A., 2000). 2.2.2 Jenis-jenis Acetobacter Adapun jenis-jenis bakteri Acetobacter adalah sebagai berikut: a. Acetobacter acetii, ditemukan oleh Beijerinck pada tahun 1898. Bakteri ini penting dalam produksi asam asetat, yang mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat. Banyak terdapat pada ragi tapai, yang menyebabkan tapai yang melewati 2 hari fermentasi akan menjadi berasa masam. b. Acetobacter xylinum, bakteri ini digunakan dalam pembuatan nata de coco. Acetobacter xylinum mampu mensintesis selulosa dari gula yang dikonsumsi. Nata yang dihasilkan berupa pelikel yang mengambang dipermukaan substrat. Bakteri ini juga terdapat pada produk kombucha yaitu fermentasi dari teh (Hidayat,2007). 2.2.3 Acetobacter Xylinum Bakteri pembentuk nata termasuk kedalam golongan Acetobacter, yang mempunyai ciri ciri antara lain: sel bulat panjang sampai batang (seperti kapsul), tidak mempunyai endospora, sel selnya bersifat gram negatif, bernafas secara aerob tetapi dalam kadar yang kecil (Pelczar dan Chan,1988). Bakteri Acetobacter xylinum dapat tumbuh dan berkembang membentuk nata (krim) karena adanya kandungan air sebanyak 91,23%, protein 0,29%, lemak 0,15%, karbohidrat 7,27%, serta abu 1,06% di dalam air kelapa. Selain itu, terdapat juga nutrisi-nutrisi berupa sukrosa, fruktosa, dan vitamin B kompleks yang terdiri dari
asam nikotinat 0,01 µg, asam patrotenat 0,52 µg, biotin 0,02 µg, riboflavin 0,01 µg, dan asam folat 0,003 µg per ml, nutrisi-nutrisi tersebut merangsang pertumbuhan Acetobacter xylinum untuk membentuk Nata (Moss M.O., 1995). Bakteri Acetobacter xylinum mengalami beberapa fase pertumbuhan sel yaitu fase adaptasi, fase pertumbuhan awal, fase pertumbuhan eksponensial, fase pertumbuhan lambat, fase pertumbuhan tetap, fase menuju kematian, dan fase kematian. Adapun tahap tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum dalam kondisi normal dapat dilihat pada gambar 2.9 Pertumbuhan Acetobacter xylinum Bobot sel c f d e f Pembentukan nata g Bobot nata a a b waktu Gambar 2.2.2 Tahap tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum dalam kondisi normal a. Fase adaptasi Begitu dipindahkan ke media baru, bakteri Acetobacter xylinum tidak langsung tumbuh dan berkembang. Pada fase ini, bakteri akan terlebih dahulu menyesuaikan diri dengan substrat dan kondisi lingkungan barunya. Fase adaptasi bagi Acetobacter xylinum dicapai antara 0 24 jam atau ± 1 hari sejak inokulasi.
b. Fase Pertumbuhan Awal Pada fase ini, sel mulai membelah dengan kecepatan rendah. Fase ini menandai diawalinya fase pertumbuhan eksponensial. Fase ini dilalui dalam beberapa jam. c. Fase pertumbuhan eksponensial Fase ini disebut juga sebagai fase pertumbuhan logaritmik, yang ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat. Untuk bakteri Acetobacter xylinum, fase ini dicapai dalam waktu antara 1-5 hari tergantung pada kondisi lingkungan. Pada fase ini juga, bakteri mengeluarkan enzim ekstraseluler polimerase sebanyak banyaknya, untuk menyusun polimer glukosa menjadi selulosa d. Fase pertumbuhan diperlambat Pada fase ini, terjadi pertumbuhan yang diperlambat karena ketersediaan nutrisi yang telah berkurang, terdapatnya metabolit yang bersifat toksik yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri, dan umur sel yang telah tua. e. Fase stasioner Pada fase ini, jumlah sel yang tumbuh relatif sama dengan jumlah sel yang mati. Penyebabnya adalah di dalam media terjadi kekurangan nutrisi, pengaruh metabolit toksik lebih besar, dan umur sel semakin tua. Namun pada fase ini, sel akan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim jika dibandingkan dengan ketahanannya pada fase lain. Matrik nata lebih banyak diproduksi pada fase ini. f. Fase menuju kematian Pada fase ini, bakteri mulai mengalami kematian karena nutrisi telah habis dan sel kehilangan banyak energi cadangannya.
g. Fase kematian Pada fase ini, sel dengan cepat mengalami kematian, dan hampir merupakan kebalikan dari dase logaritmik. Sel mengalami lisis dan melepaskan komponen yang terdapat di dalamnya (Nurwantoro,1977). 2.2.4. Sifat-sifat Acetobacter xylinum 1. Sifat Morfologi Acetobacter xylinum merupakan bakteri berbentuk batang pendek, yang mempunyai panjang 2 mikron dan lebar 0,6 mikron, dengan permukaan dinding yang berlendir. Bakteri ini bisa membentuk rantai pendek dengan satuan 6 8 sel. Bakteri ini tidak membentuk endospora maupun pigmen. Pada kultur sel yang masih muda, individu sel berada sendiri-sendiri dan transparan. Koloni yang sudah tua membentuk lapisan menyerupai gelatin yang kokoh menutupi sel dan koloninya. Pertumbuhan koloni pada medium cair setelah 48 jam inokulasi akan membentuk lapisan pelikel dan dapat dengan mudah diambil dengan jarum ose. 2. Sifat Fisiologi Bakteri ini dapat membentuk asam dari glukosa, etil alkohol, dan propil alkohol, tidak membentuk indol dan mempunyai kemampuan mengoksidasi asam asetat menjadi CO 2 dan H 2 O. Sifat yang paling menonjol dari bakteri ini adalah memiliki kemampuan mempolimerisasi glukosa hingga menjadi selulosa. Selanjutnya, selulosa tersebut membentuk matrik yang dikenal sebagai nata. Faktor faktor dominan yang mempengaruhi sifat fisiologi dalam pembentukan nata adalah ketersediaan nutrisi, derajat keasaman, temperatur, dan ketersediaan oksigen. 2.2.5.Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan Acetobacter xylinum Adapun beberapa faktor yang berkaitan dengan kondisi nutrisi, adalah sebagai berikut:
a. Sumber karbon Sumber karbon yang dapat digunakan dalam fermentasi nata adalah senyawa karbohidrat yang tergolong monosakarida dan disakarida. Sementara yang paling banyak digunakan berdasarkan pertimbangan ekonomis, adalah sukrosa atau gula pasir. b. Sumber Nitrogen Sumber nitrogen bisa digunakan dari senyawa organik maupun anorganik. Bahan yang baik bagi pertumbuhan Acetobacter xylinum dan pembentukan nata adalah ekstrak yeast dan kasein. Namun, amonium sulfat dan amonium fosfat (di pasar dikenal dengan ZA) merupakan bahan yang lebih cocok digunakan dari sudut pandang ekonomi dan kualitas nata yang dihasilkan. Banyak sumber N lain yang dapat digunakan dan murah seperti urea. c. Tingkat Keasaman (ph) Meskipun bisa tumbuh pada kisaran ph 3,5 7,5, bakteri Acetobacter xylinum sangat cocok tumbuh pada suasana asam (ph 4,3). Jika kondisi lingkungan dalam suasana basa, bakteri ini akan mengalami gangguan metabolisme selnya. d. Temperatur Adapun suhu ideal (optimal) bagi pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum adalah 28 0 C 31 0 C. Kisaran suhu tersebut merupakan suhu kamar. Pada suhu di bawah 28 0 C, pertumbuhan bakteri terhambat. Demikian juga, pada suhu diatas 31 0 C, bibit nata akan mengalami kerusakan dan bahkan mati, meskipun enzim ekstraseluler yang telah dihasilkan tetap bekerja membentuk nata.
e. Udara (Oksigen) Bakteri Acetobacter xylinum merupakan mikroba aerobik. Dalam pertumbuhan, perkembangan, dan aktivitasnya, bakteri ini sangat memerlukan oksigen. Bila kekurangan oksigen, bakteri ini akan mengalami gangguan dalam pertumbuhannya dan bahkan akan segera mengalami kematian. Oleh sebab itu, wadah yang digunakan untuk fermentasi nata, tidak boleh ditutup rapat. Untuk mencukupi kebutuhan oksigen, pada ruang fermentasi nata harus tersedia cukup ventilasi. 2.2.6.Aktifitas Acetobacter xylinum pada Fermentasi Nata Apabila ditumbuhkan dalam media yang kaya akan sukrosa (gula pasir), bakteri ini akan memecah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Senyawa senyawa glukosa dan fruktosa tersebut baru dikonsumsi sebagai bahan bagi metabolisme sel. Berdasarkan pada pengamatan morfologi, pembentukan nata oleh bakteri Acetobacter xylinum diawali dengan pembentukan lembaran benang benang selulosa. Pembentukan benang tersebut, pada mulanya tampak seperti flagel (cambuk pada bakteri umumnya). Selanjutnya, bakteri Acetobacter xylinum membentuk mikrofibril selulosa di sekitar permukaan tubuhnya hingga membentuk serabut selulosa yang sangat banyak dan dapat mencapai ketebalan tertentu. Pada akhirnya, susunan selulosa tersebut akan tampak seperti lembaran putih transparan dengan permukaan licin dan halus, yang disebut nata. 2.3. Nata Nata berasal dari Spanyol yang berarti krim (cream). Jadi Nata adalah krim yang berasal dari kelapa. Krim ini dibentuk oleh mikroorganisme Acetobacter xylinum melalui proses fermentasi. Mikroorganisme ini membentuk gel pada permukaan larutan yang mengandung gula (Palungkun,R.,1999).
Defenisi nata adalah suatu zat yang menyerupai gel, tidak larut dalam air dan terbentuk pada permukaan media fermentasi. Nata adalah jenis nata dengan media fermentasi dari air kelapa. Nata dibuat dengan memanfaatkan air kelapa untuk difermentasikan secara aerob dengan bantuan mikroba (Hidayat, 2006). Gambar 2.3 Nata Nata adalah bahan padat seperti agar-agar tapi lebih kenyal, atau seperti kolang-kaling, tetapi lembek, berwarna putih transparan. Sejenis makanan penyegar atau pencuci mulut yang umumnya dikonsumsi sebagai makanan ringan (http://wordpress.com/2009/06/08/pohon-kelapa). 2.3.1. Pembuatan Nata Beberapa tahap kegiatan dalam pembuatan nata adalah sebagai berikut : 1. Preparasi Tahap preparasi terdiri atas beberapa kegiatan sebagai berikut: a. Penyaringan Penyaringan bertujuan untuk memisahkan kotoran-kotoran atau benda-benda asing yang tercampur dengan air kelapa, seperti misalnya sisa sabut. Penyaringan yang lebih baik apabila dilakukan dengan menggunakan kain penyaring.
b. Penambahan Gula Pasir Urea Ketersediaan karbohidrat dan protein yang terdapat dalam air kelapa belum mencukupi kebutuhan untuk pembentukan nata, kedalam air kelapa tersebut perlu ditambahkan gula pasir 10% dan urea 0,5%. Jenis sumber karbon bisa berupa bahan seperti misalnya glukosa, laktosa, fruktosa. Demikian juga dengan jenis sumber nitrogen yang digunakan dapat berupa nitrogen organik seperti misalnya protein, ekstrak yeast, maupun nitrogen anorganik seperti misalnya ammonium fosfat, ammonium sulfat, dan urea. c. Perebusan Perebusan dilakukan sampai mendidih dan dipertahankan selama 5 10 menit untuk meyakinkan bahwa mikroba kontaminan telah mati, dan juga menyempurnakan pelarutan gula pasir dan ammonium sulfat yang ditambahkan. d. Penambahan Cuka Tujuan penambahan cuka/asam asetat adalah untuk menurunkan ph air kelapa dari sekitar 6,5 sampai mencapai ph 4,3. Kondisi ph 4,3 merupakan kondisi optimal bagi pertumbuhan Acetobacter xylinum. e. Pendinginan Pendinginan paling baik dilakukan dengan cara membiarkan cairan dalam nampan selama satu malam. Hal ini sekaligus untuk mengecek ada tidaknya kontaminan yang tumbuh pada cairan.
2. Inokulasi, Fermentasi, dan Pengendaliannya a. Pemberian Bibit (Inokulasi) Pemberian bibit dilakukan apabila campuran air kelapa, urea, dan asam asetat/cuka telah benar-benar dingin. Bila pemberian bibit dilakukan pada waktu cairan air kelapa masih dalam keadaan panas atau hangat, maka bibit nata dapat mengalami kematian, sehingga proses fermentasi tidak bisa berlangsung. b. Fermentasi atau Pemeraman Campuran air kelapa yang sudah diberi bibit, dibiarkan selama 7 8 hari agar terjadi proses fermentasi dan terbentuklah Nata (Pambayun R.,2002). 2.3.2 Fermentasi Nata Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktifitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini dapat menyebabkan perubahan sifat bahan pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan-kandungan bahan pangan tersebut. Hasil-hasil fermentasi terutama tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), macam mikroba dan kondisi di sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metabolisme mikroba ( Winarno F.G.,1992 ). 2.4 Selulosa Selulosa adalah senyawa seperti serabut, liat, tidak larut dalam air, dan ditemukan di dalam dinding sel pelindung tumbuhan, terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Selulosa membentuk komponen serat dari dinding sel tumbuhan. Molekul selulosa merupakan rantai rantai atau mikrofibril dari D glukosa sampai sebanyak 14000 satuan yang terdapat sebagai berkas-berkas terpuntir mirip tali yang terikat satu sama lain oleh ikatan hydrogen (Fessenden J.R.,1986).
Gambar 2.4 Struktur selulosa Sistem pencernaan manusia mengandung enzim yang dapat mengkatalisis hidrolisis ikatan α-glikosidik, tetapi tidak mengandung enzim yang diperlukan untuk menghidrolisis ikatan β-glikosidik (Hart H., 2003). 2.4.1 Aplikasi Nata Aplikasi Nata yaitu dalam bidang sebagai berikut : a. Aplikasi dalam Bidang Medis Salah satu cara yang digunakan dalam proses cetak langsung tablet adalah mikrokristal selulosa, karena mempunyai daya ikat tablet yang sangat baik dan waktu hancur tablet relatif singkat. Mikrokristalin yang beredar di pasaran adalah produk impor yang mahal, sehingga berakibat pada mahalnya harga produk tablet yang dihasilkan. Mikrokristalin selulosa adalah hasil olahan dari selulosa alami yang dapat diperoleh dari berbagai sumber baik dari tumbuhan atau hasil fermentasi. Nata merupakan sumber selulosa yang diproduksi sebagai hasil fermentasi Acetobacter xylinum dalam substrat air kelapa. Selulosa bakteri identik dengan selulosa yang berasal dari tumbuhan. Untuk menghasilkan mikrokristal selulosa dengan harga murah, maka dilakukan pemanfaatan Nata menjadi mikrokristal selulosa untuk pembuatan tablet (Yanuar A.,2003).
b. Aplikasi dalam Makanan Penambahan Nata dalam jumlah yang sedikit akan memberikan dispersi dan stabilisasi emulsi makanan yang baik. Selulosa bakteri dapat berfungsi demikian karena struktur tiga dimensi dari serat selulosa dan kestabilan terhadap perlakuan fisika dan kimia, seperti ketahanan terhadap panas, asam, dan garam. Karakteristikkarakteristik dari selulosa bakteri ini dapat diaplikasikan pada makanan sebagai stabilisasi dari bahan pengental, dispersi, suspensi, dan emulsi. Adapun aplikasi selulosa bakteri dalam makanan yaitu pada penggunaan minuman, sebagai makanan pencuci mulut, dan pada saus.