BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Industri nata de coco di Indonesia saat ini tumbuh dengan pesat dikarenakan nata de coco termasuk produk makanan yang memiliki banyak peminat serta dapat dikonsumsi oleh semua kalangan dari berbagai macam jenis usia. Nata de coco sendiri memiliki banyak kegunaan selain sebagai makanan pencuci mulut (desert), juga merupakan makanan yang banyak mengandung serat serta mengandung selulosa dengan kadar tinggi yang bermanfaat bagi kesehatan khususnya dalam membantu melancarkan sistem pencernaan. Dengan kandungan kalori yang rendah pada nata de coco merupakan pertimbangan yang tepat mengapa produk nata de coco dijadikan sebagai makanan diet. Dari segi penampilannya makanan ini memiliki nilai estetika yang tinggi, penampilan warna putih agak bening, tekstur kenyal, dan aromanya segar. Nata de coco dalam hal ini dibentuk oleh spesies bakteri asam asetat pada permukaan cairan yang mengandung gula, sari buah, atau ekstrak tanaman lain (Lapuz et al., 1967). Dalam proses pembuatan nata de coco sendiri terdapat beberapa spesies yang termasuk bakteri asam asetat yang dapat membentuk selulosa, namun selama ini yang paling banyak dipelajari adalah Acetobacter xylinum. Dalam hal ini keberadaan starter bakteri Acetobacter xylinum sangat diperlukan dalam pembuatan nata. Tanpa adanya bakteri ini, lapisan nata tidak dapat terbentuk. Volume larutan induk besar sekali pengaruhnya terhadap ketebalan nata yang dihasilkan. Semakin besar volume larutan induk, maka semakin banyak jumlah bakteri Acetobacter xylinum yang ada. Dalam hal ini 1
2 volume Acetobacter xylinum yang ditambahkan dalam pembuatan nata, pada umumnya dalam setiap 1 liter media pembentukan nata adalah sebanyak 50-100 ml. Dengan pertimbangan tersebut, maka untuk menghasilkan nata dengan ketebalan yang maksimal, diperlukan pemberian starter bakteri nata (Acetobacter xylinum) dengan volume yang tepat. Selama ini substrat pembuatan nata de coco berasal dari pemanfaatan air kelapa. Hal ini dikarenakan air kelapa memiliki nutrisi yang bisa dimanfaatkan bakteri penghasil nata de coco dikarenakan nutrisi yang terkandung dalam air kelapa yaitu gula sukrosa 1,28%, kemudian sumber mineral seperti Mg2+ 3,54 gr/l. Adanya gula sukrosa dalam air kelapa akan dimanfaatkan oleh Acetobacter xylinum sebagai sumber energi, maupun sumber karbon untuk membentuk senyawa metabolit yaitu selulosa yang membentuk nata de coco. Selanjutnya adanya mineral dalam substrat akan membantu meningkatkan aktifitas enzim kinase dalam metabolisme didalam sel Acetobacter xylinum untuk menghasilkan selulosa (Lapuz et al., 1967). Dewasa ini penerapan industri terhadap proses fermentasi terkait produk nata de coco seringkali hanya terpaku pada jenis liquid starter fermentation dikarenakan metode ini memiliki keuntungan yaitu proses mudah dan harga murah. Namun, metode ini juga memiliki risiko buruk yang sering terjadi yaitu kultur starter menjadi rentan terhadap kontaminasi dan kematian, terutama ketika penyimpanan sebelum digunakan untuk fermentasi berikutnya ditangani secara tidak tepat serta jenis fermentasi ini juga memiliki kelemahan lain yakni membutuhkan waktu untuk menyiapkan ulang proses penumbuhan starter bakteri 2
3 Acetobacter xylinum setiap akan melanjutkan proses fermentasi nata de coco berikutnya. Adanya kelemahan jenis proses liquid starter fermentation di atas menjadikan salah satu dari faktor yang melatarbelakangi dilakukannya penelitian ini, yaitu proses produksi nata de coco dari sel amobil Acetobacter xylinum dalam gel kalsium alginat dengan fermentasi secara batch. Metode fermentasi nata de coco berbasis solid starter atau dalam bentuk beads ini diharapkan akan mampu meminimalisir penggunaan waktu selama total tahapan proses fermentasi dikarenakan starter sel amobil Acetobacter xylinum berwujud solid yang digunakan untuk menghasilkan produk nata de coco dapat digunakan secara berulang dengan kualitas yang tetap terjaga meskipun tidak dilaksanakan kembali proses penumbuhan starter sel Acetobacter xylinum. Selain itu, diharapkan pemakaian nata de coco tidak hanya terbatas di bidang makanan, tetapi dapat juga diaplikasikan di bidang kedokteran dan farmasi, misalnya, pada proses penyembuhan luka terbuka. Untuk itu diperlukan metode fermentasi yang dapat digunakan untuk menghasilkan nata yang mengandung sedikit atau bebas dari biomassa. Salah satu cara yakni dengan mengaplikasikan teknik amobilisasi sel Acetobacter xylinum untuk fermentasi nata de coco. Teknik amobilisasi sel sendiri dapat digambarkan sebagai pembatasan gerak fisik dari sel pada suatu wilayah ruang. Digunakannya teknik amobilisasi sel ini dikarenakan memiliki beberapa keunggulan yaitu meningkatkan konsentrasi produk dalam aliran keluaran, mampu menurunkan konsentrasi substrat dalam aliran keluaran, dan mencegah terjadinya wash out pada aliran 3
4 keluar produk. Dalam hal ini teknik amobilisasi sel dengan unsur alginat sebagai supporting matrice dipilih karena aktivitas bakteri yang dijebak dalam matrice alginat lebih stabil dibandingkan jenis polimer lainnya (Groboillot et al., 1997). Perlu diketahui dasar penggunaan kalsium alginat sebagai bahan penjerat dalam penelitian ini karena dapat mempertahankan aktivitas sel dan bersifat aman sebagai bahan pangan dan tidak bersifat toksik. Selain itu, pada saat pembentukan gel kalsium alginat tidak memerlukan panas sebagai media penghantar, dan ini mengakibatkan tidak terdapat resiko kerusakan sel Acetobacter xylinum akibat perlakuan panas. Kondisi seperti ini sangat menguntungkan untuk tujuan mempertahankan viabilitas dan aktivitas sel. Dalam hal ini teknik amobilisasi sel dapat menyediakan lingkungan mikro (micro environment) yang aman bagi sel, dimana sel dapat terlindungi dari kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan. Pada kondisi lingkungan mikro yang dilindungi tersebut maka sel tetap dapat melakukan metabolisme. Hanya saja aktivitas metabolisme sel yang diamobilkan tersebut tergantung pada teknik amobilisasi, bahan pengamobil, ukuran matriks dan jumlah sel yang diamobilkan. Dengan demikian maka diharapkan teknik amobilisasi sel dapat digunakan untuk peningkatan efisiensi waktu fermentasi nata de coco. Sebagai teknik baru dalam penyiapan stater sel Acetobacter xylinum, maka perlu dilakukan kajian terhadap karakteristik parameter fermentasi nata de coco menggunakan starter sel amobil Acetobacter xylinum. Dalam penelitian ini yang menjadi variabel terikat atau respon adalah ketebalan nata de coco. Alasan pemilihan ketebalan nata de coco sebagai variabel terikat dikarenakan ketebalan 4
5 merupakan output nyata dari fermentasi nata de coco yang bersifat kualitatif maupun kuantitatif. Dimana kualitas nata yang baik tercermin berdasarkan ukuran ketebalan nata de coco yang dihasilkan dari rangkaian matriks yang berasal dari selulosa hasil polimerisasi glukosa oleh sel Acetobacter xylinum. Berdasarkan alasan tersebut maka tingkat ketebalan nata de coco yang dihasilkan merupakan aspek penting dalam fermentasi karena berhubungan langsung dengan pertumbuhan Acetobacter xylinum, dimana pertumbuhan Acetobacter xylinum sendiri sangat bergantung terhadap beberapa faktor yaitu durasi waktu fermentasi yang memperlihatkan sampai seberapa lama fase pertumbuhan sel dijalani oleh bakteri dalam menghasilkan ketebalan akhir nata de coco yang telah ditetapkan dalam penelitian ini (0,8 cm), nutrisi yang berasal dari sumber karbon berupa air kelapa dan khususnya senyawa glukosa yang berperan untuk mendukung metabolisme bakteri serta sebagai objek polimerisasi dalam pembentukan selulosa, sumber nitrogen yang berasal dari penambahan ZA yang berperan sebagai penyeimbang rasio karbon dan nitrogen agar pertumbahan aktivitas bakteri Acetobacter xylinum dapat berjalan optimal, keasaman media yang dihasilkan dari penambahan cuka (asam asetat glasial) yang berperan untuk menurunkan ph medium agar pertumbuhan Acetobacter xylinum optimal, tingkat kekeruhan medium fermentasi yang berasal dari ketersediaan jumlah koloni mikrobia yang teramobil dalam matriks kalsium alginat yang menandakan bahwa semakin banyak kuantitas jumlah koloni mikrobia maka akan semakin optimal proses polimerisasi glukosa menjadi selulosa (matriks nata), temperatur ideal bagi pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum yang berada pada kisaran suhu 28-5
6 310C, serta yang terakhir yaitu ketersediaan oksigen selama proses fermentasi karena bakteri Acetobacter xylinum termasuk ke dalam golongan bakteri aerob. Dari keseluruhan faktor yang mendukung pertumbuhan Acetobacter xylinum selama proses fermentasi nata de coco, hanya akan digunakan 4 faktor saja yang berperan sebagai parameter variabel bebas atau independen yakni lama waktu fermentasi, derajad keasaman medium fermentasi, konsentrasi gula dalam medium fermentasi serta yang terakhir adalah jumlah koloni mikrobia (CFU/beads). Dimana keempat variabel bebas dalam penelitian ini akan dikaji pengaruhnya baik secara simultan (bersama) maupun parsial, apakah masingmasing variabel dapat memberikan pengaruh yang positif atau negatif signifikan terhadap ketebalan nata de coco yang dihasilkan selama perulangan periode fermentasi. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang diatas, secara khusus Acetobacter xylinum merupakan bakteri yang sangat dibutuhkan perannya sebagai kultur starter dalam fermentasi nata de coco. Oleh karena itu untuk mengefisiensikan proses fermentasi nata dari segi penyiapan kultur starter bakteri maka dilakukan proses alternatif berupa penggunaan teknik amobilisasi sel untuk memerangkap sel Acetobacter xylinum ke dalam gel kalsium alginat. Proses penggunaan sel amobil Acetobacter xylinum untuk fermentasi secara berulang sebagai starter alternatif untuk proses fermentasi nata de coco ini ditinjau dari karakteristik 4 variabel independen (lama waktu fermentasi, nilai derajad keasaman (ph), konsentrasi gula (% brix), jumlah koloni mikrobia 6
7 (CFU/beads)) secara parsial terkait arah pengaruhnya dalam menghasilkan tingkat ketebalan lapisan nata yang berlaku sebagai variabel dependen atau output dari hasil fermentasi nata de coco. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisis regresi linier berganda dengan model pengujian hipotesis satu arah (one-sided) untuk pengujian signifikansi secara parsial, yang berfungsi untuk menganalisis hubungan secara linier antara satu variabel independen (X) terhadap variabel dependen (Y), tidak hanya itu analisis regresi berganda ini juga digunakan untuk mengetahui arah pengaruh baik secara simultan (bersama) maupun secara parsial antara variabel independen terhadap variabel dependen, apakah memiliki pengaruh positif atau negatif yang signifikan. Alasan pemilihan metode ini dikarenakan sebelumnya telah dilakukan pengujian linieritas menggunakan SPSS Statistics 17.0 pada taraf signifikansi 0,05 yang berfungsi untuk mengetahui apakah masing-masing data sampel variabel independen (X) yang dihasilkan memiliki hubungan yang linier atau tidak secara signifikan terhadap data variabel (Y), dan didapatkan hasil bahwa secara parsial masing-masing variabel independen (X) memiliki hubungan yang linier terhadap data sampel variabel dependen (Y) karena nilai signifikansi (Linierity) lebih besar dari 0,05 (taraf signifikansi yang telah ditentukan). Selain itu pemilihan metode analisis regresi linier berganda ini, dikarenakan dapat digunakan untuk memprediksi nilai ketebalan nata de coco yang dapat dihasilkan jika nantinya diberikan perlakuan penambahan atau pengurangan terhadap variabel independen yang terdiri dari 4 faktor yang mempengaruhi proses fermentasi oleh sel amobil Acetobacter xylinum. 7
8 Berdasarkan uraian di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan permasalahan yang akan diteliti terkait aspek pengaruh yang terjadi diantara variabel independen (X) terhadap variabel dependen (Y) antara lain: 1) Apakah variabel bebas yaitu lama waktu fermentasi, derajad keasaman (ph), konsentrasi gula (% brix), dan jumlah koloni mikrobia (CFU/beads), secara parsial dan simultan berpengaruh positif atau negatif signifikan terhadap variabel terikat yaitu ketebalan nata de coco yang dihasilkan selama proses fermentasi oleh sel amobil Acetobacter xylinum? 2) Bagaimanakah mengkaji hubungan teori yang telah ditetapkan sebelumnya terkait faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi nata de coco untuk menunjang hasil uji pengaruh baik secara simultan maupun parsial terhadap ketebalan nata de coco yang dihasilkan selama proses fermentasi oleh sel amobil Acetobacter xylinum? 1.3 Batasan Penelitian Batasan masalah yang digunakan adalah sebagai berikut : 1) Bahan baku utama yang digunakan dalam fermentasi nata de coco adalah air kelapa serta kultur starter dari bakteri Acetobacter xylinum. 2) Proses pembuatan starter alternatif dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan teknik amobilisasi sel Acetobacter xylinum dalam matriks gel kalsium alginat (Ca-alginat) untuk fermentasi produk nata de coco secara batch. Sedangkan metode membentuk manik-manik yang dibuat dalam penelitian ini adalah metode ekstruksi. 3) Parameter yang digunakan sebagai tolak ukur pada penelitian ini adalah : 8
9 a) Ketebalan nata de coco dengan standar akhir untuk setiap proses fermentasi yakni 0,8 cm. Dalam hal ini penetapan standar ketebalan nata de coco didasarkan pada percobaan selama masa penelitian pendahuluan menghasilkan produk nata de coco dengan ketebalan maksimal adalah 0,8 cm dan perulangan percobaan ini dilakukan dalam kurun waktu fermentasi 14 hari fermentasi yang merupakan waktu maksimal proses fermentasi nata de coco. Ketebalan nata de coco dalam penelitian ini berlaku sebagai variabel dependen (Y). b) Lama waktu fermentasi nata de coco yang dihasilkan selama proses fermentasi secara berulang dengan menggunakan sel amobil Acetobacter xylinum. Lama waktu fermentasi berlaku sebagai variabel independen (X1). c) Perubahan nilai derajad keasaman yang dihasilkan selama proses fermentasi secara berulang dengan menggunakan sel amobil Acetobacter xylinum. Perubahan derajad keasaman berlaku sebagai variabel independen (X2). d) Perubahan nilai konsentrasi gula (% brix) yang terdapat pada medium fermentasi nata de coco selama proses fermentasi secara berulang dengan menggunakan sel amobil Acetobacter xylinum. Perubahan konsentrasi gula berlaku sebagai variabel independen (X3). e) Jumlah koloni mikrobia Acetobacter xylinum yang terdapat dalam unit beads yang dihasilkan selama proses fermentasi secara berulang. Jumlah koloni mikrobia berlaku sebagai variabel independen (X4). 9
10 4) Penelitian ini memiliki 2 tujuan pokok yaitu verifikatif serta pengembangan, a) Disebut verifikatif dikarenakan penelitian ini dilaksanakan untuk menguji kebenaran sesuatu pengetahuan terdahulu dalam kajian penentuan pengaruh dari faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi nata oleh sel Acetobacter xylinum terkait pengaruhnya terhadap ketebalan nata de coco. b) Penelitian ini dilaksanakan untuk melakukan pengembangan terhadap suatu jenis ilmu pengetahuan yaitu teknik amobilisasi terhadap sel Acetobacter xylinum yang kemudian akan diaplikasikan sebagai teknik alternatif penyiapan starter pada proses fermentasi produk nata de coco. Maka dari itu penelitian ini tidak mengaplikasikan beberapa variasi perlakuan untuk masing-masing variabel penelitian, dikarenakan penelitian ini tidak ditujukan untuk mengetahui optimalisasi formula dari fermentasi nata de coco yang dihasilkan. Melainkan sebagai penelitian awal yang menunjukkan bahwa penggunaan sel Acetobacter xylinum dalam bentuk beads mampu menghasikan produk nata de coco secara berulang serta untuk mengetahui pengaruh parameter (faktor-faktor penunjang fermentasi nata oleh sel amobil Acetobacter xylinum) dalam kaitannya dengan ketebalan nata yang dihasilkan. 5) Metode analisis verifikatif yang digunakan dalam penelitian ini yaitu analisis regresi berganda dengan pengujian satu arah (one-sided) yang berfungsi untuk menganalisis hubungan secara linier antara seluruh variabel independen (X) terhadap variabel dependen (Y). 10
11 Analisis regresi berganda dengan model pengujian hipotesis satu arah (one-sided) untuk pengujian siginifikansi parsial, dipilih dengan dasar dapat menganalisis arah pengaruh baik secara simultan (bersama) maupun secara parsial antara variabel independen terhadap variabel dependen apakah memiliki pengaruh ke arah positif atau negatif secara signifikan. Sementara itu dasar pemilihan analisis regresi berganda dengan model pengujian satu arah (one-sided), karena setelah diuji hubungan linier secara parsial masing-masing variabel independen terhadap variabel dependen (Ketebalan nata de coco 0,8 cm) didapatkan hasil bahwa seluruh hubungan secara parsial masing-masing variabel independen terhadap variabel dependen adalah linier. 1.4 Tujuan Penelitian Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mengaplikasikan teknik amobilisasi sel Acetobacter xylinum pada matriks gel kalsium alginat untuk proses alternatif penyiapan starter dalam fermentasi produk nata de coco. Tujuan khusus dalam penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui karakteristik arah pengaruh baik secara parsial maupun secara simultan (bersama) dari 4 faktor (variabel independen) yang berkaitan dengan proses fermentasi nata de coco atau dalam pembentukan nata secara berulang oleh sel amobil Acetobacter xylinum, yakni lama waktu fermentasi, derajad keasaman (ph), konsentrasi gula (% brix), dan jumlah koloni mikrobia (CFU/beads). 11
12 2. Untuk mengkaji hubungan teori yang telah ditetapkan sebelumnya terkait faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi nata de coco, untuk menunjang hasil uji statistik terkait pengaruh dari lama waktu fermentasi, derajad keasaman, konsentrasi gula, dan jumlah koloni mikrobia (CFU/beads), baik secara simultan maupun parsial terhadap ketebalan nata de coco yang dihasilkan selama proses fermentasi oleh sel amobil Acetobacter xylinum. 1.5 Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Menyediakan informasi mengenai penggunaan teknik amobilisasi sel Acetobacter xylinum pada matriks gel kalsium alginat untuk fermentasi secara batch pada produk nata de coco. 2. Memberikan informasi terkait arah pengaruh baik secara simultan maupun secara parsial apakah bersifat positif ataukah negatif antara variabel independen yang terdiri dari lama waktu fermentasi, derajad keasaman (ph), konsentrasi gula (% Brix) serta jumlah koloni mikrobia (CFU/beads) terhadap variabel dependen yaitu ketebalan nata yang dihasilkan. 3. Mengawali kajian penelitian dalam bidang amobilisasi sel untuk produksi nata de coco secara komersil bagi masyarakat luas, produsen nata de coco, serta peneliti selanjutnya yang berkaitan dengan penelitian amobilisasi sel untuk produksi nata de coco secara komersil. 12