NAMA : UMMU HANIYYAH NIM : 0402515024 RESUME MATA KULIAH MIKROBIOLOGI TERAPAN (Habitat, Substrat, Mikroorganisme) A. HABITAT MIKROORGANISME Mikroorganisme terdapat di berbagai habitat. Mereka terdapat pada tubuh kita, didalam tubuh kita, dan di sekeliling kita. Mikroorganisme juga dapat diperoleh dari lingkungan air, tanah, udara, substrat yang berupa bahan pangan, tanaman dan hewan (Fardiaz, 1992). Udara Udara bukanlah suatu medium tempat mikroorganisme tumbuh, tetapi merupakan pembawa bahan partikulat debu dan tetesan cairan, yang kesemuanya ini mungkin dimuati mikroba. Kelompok mikroba yang paling banyak berkeliaran di udara bebas adalah bakteri, jamur (termasuk di dalamnya ragi) dan juga mikroalge. Kehadiran jasad hidup tersebut di udara, ada yang dalam bentuk vegetatif (tubuh jasad) ataupun dalam bentuk generatif (umumnya spora). Kelompok mikroba yang paling banyak ditemukan sebagai jasad hidup yang tidak diharapkan kehadirannya melalui udara, umumnya disebut jasad kontaminan (hal ini mengingat apabila suatu benda/substrat yang ditumbuhinya dinyatakan sebagai substrat yang terkontaminasi). Adapun kelompok mikroba yang termasuk dalam jasad kontaminan antara lain adalah: Perairan Bahan Makanan Suatu kelompok mikrobia yang terdapat di dalam suatu makanan dapat tumbuh subur, tetap dominan, atau mati sangatlah bergantung kepada beberapa faktor penyebab. B. SUBSTRAT MIKROORGANISME Mikroorganisme tumbuh pada medium yang mengandung nutrisi. Nutrien untuk pertumbuhan bakteri mengandung substansi kimia organik atau anorganik. Substansi kimia organik dan anorganik diperoleh dari lingkungan dalam berbagai macam bentuk. Nutrien diambil dari lingkungan kemudian ditransformasikan melalui membran plasma menuju sel. Di sel beberapa nutrisi diolah menghasilkan energi yang digunakan dalam proses seluler.
Mikroba yang tumbuh, misalnya pada makanan umumnya bersifat heterotrof, yakni menggunakan karbohidrat sebagai sumber energi dan karbon, walaupun komponen organik lainnya yang mengandung karbon mungkin juga dapat digunakan. Kebanyakan organisme heterotrof menggunakan komponen organik yang mengandung protein sebagai sumber N, tetapi beberapa mikroba dapat pula menggunakan sumber nitrogen anorganik. Oleh karena itu, beberapa organisme heterotrof yang tidak dapat atau kehilangan kemampuan untuk mensintesis berbagai komponen organik, membutuhkan komponen tersebut di dalam substrat pertumbuhannya. Ada dua macam mikronutrien yakni mikronutrien organik dan mikronutrien anorganik. Zat-zat yang bertindak sebagai mikronutrien organik yaitu beberapa asam amino (triptofan) dan pada beberapa komponen DNA dan RNA (purin dan pirimidin). Beberapa unsur logam yang termasuk dalam mikronutrien anorganik adalah Co, Mo, Cu, Zn. Unsur logam ini sangat diperlukan untuk kehidupan sel meskipun jumlahnya sangat sedikit. Ada tujuh komponen utama yang dibutuhkan semua makhluk hidup, yaitu karbon, oksigen, nitrogen, hidrogen, fosfor, sulfur, dan kalium. Untuk kebutuhan akan sumber karbon dipenuhi oleh adanya gula, pati, serta karbohidrat lainnya. Untuk keperluan hidupnya, semua makhluk hidup memerlukan bahan makanan. Bahan makanan ini diperlukan untuk sintesis bahan sel dan untuk mendapatkan energi. Demikian juga dengan mikroorganisme, untuk kehidupannya membutuhkan bahan-bahan organik dan anorganik dari lingkungannya. Bahan-bahan tersebut disebut dengan nutrient (zat gizi), sedang proses penyerapanya disebut proses nutrisi. Mikroba sama dengan makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai sumber energi dan pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya. Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Kondisi tidak bersih dan higienis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan sumber nutrisi bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh berkembang di lingkungan seperti ini. Oleh karena itu, prinsip daripada menciptakan lingkungan bersih dan higienis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir sumber nutrisi bagi mikroba agar pertumbuhannya terkendali (Anonymous, 2006).
Menurut Waluyo (2005), peran utama nutrien adalah sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor elektron dalam reaksi bioenergetik (reaksi yang menghasilkan energi). Oleh karenanya bahan makanan yang diperlukan terdiri dari air, sumber energi, sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber mineral, faktor pertumbuhan, dan nitrogen. Selain itu, secara umum nutrient dalam media pembenihan harus mengandung seluruh elemen yang penting untuk sintesis biologik organisme baru (Jawetz, 2001). Pertumbuhan mikoorganisme tergantung dari tersedianya air. Bahan-bahan yang terlarut dalam air, yang digunakan oleh mikroorganisme untuk membentuk bahan sel dan memperoleh energi, adalah bahan makanan. Mikroba dalam industri fermentasi merupakan faktor utama, sehingga harus memenuhi syarat-syarat tertentu yaitu: Murni : Dalam proses-proses tertentu harus menggunakan biakan murni (dari satu strain tertentu) yang telah diketahui sifat-sifatnya. Untuk menjaga agar biakan tetap murni dalam proses maka kondisi lingkungan harus dijaga tetap steril. Penggunaan kultur tunggal mempunyai resiko yang tinggi karena kondisi harus optimum. Untuk mengurangi kegagalan dapat digunakan biakan campuran. Keuntungan penggunaan biakan campuran adalah mengurangi resiko apabila mikrobia yang lain tidak aktif melakukan fermentasi. Dalam bidang pangan penggunaan biakan campuran dapat menghasilkan aroma yang spesifik. Unggul : Pada kondisi fermentasi yang diberikan, mikrobia harus mampu menghasilkan perubahan-perubahan yang dikehendaki secara cepat dan hasil yang besar. Sifat unggul yang ada harus dapat dipertahankan. Hal ini berkaitan dengan kondisi proses yang diharapkan. Stabil : Pada kondisi yang diberikan, mikrobia harus mempunyai sifat-sifat yang tetap, tidak mengalami perubahan karena mutasi atau lingkungan. Bukan Patogen : Mikrobia yang digunakan adalah bukan patogen bagi manusia maupun hewan, kecuali untuk produksi bahan kimia tertentu. Jika digunakan mikrobia patogen harus dijaga, agar tidak menimbulkan akibat samping pada lingkungan. Pada awalnya fermentasi diartikan sebagai pemecahan gula menjadi alkohol dan CO 2. Kemudian pengertian tersebut berkembang sehingga pemecahan laktosa menjadi asam laktat oleh Streptococcus lactis dalam suasana anaerobik (kurang oksigen) juga diartikan sebagai
fermentasi. Pada saat ini fermentasi secara mudahnya dapat diartikan sebagai suatu proses pengolahan pangan dengan menggunakan jasa mikroorganisme untuk menghasilkan sifat-sifat produk sesuai yang diharapkan. Fermentasi dapat terjadi karena ada aktivitas mikroorganisme penyebab fermentasi pada substrat organik yang sesuai. Fermentasi menyebabkan perubahan sifat bahan pangan. Fermentasi ditujukan untuk memperbanyak jumlah mikroorganisme dan menggiatkan metabolismenya dalam makanan. Jenis mikroorganisme yang digunakan terbatas dan disesuaikan dengan produk akhir yang dikehendaki. Hasil fermentasi tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroorganisme, dan lingkungan. MIKROORGANISME BAKTERI Proses Pembuatan Yogurt Mikroorganisme yang Berperan yaitu bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillus Bakteri yang berperan dalam proses pembuatan yogurt adalah Lactobacillus bulgaricus (berbentuk batang), Streptococcus thermophillus (berbentuk bulat). Bakteri penghasil asam laktat yang peran pentingnya dalam pengaturan mikroflora usus karena mampu menciptakan keadaan asam yang menghambat bakteri lain, misalnya bakteri penyebab penyakit yang tidak tahan dalam keadaan asam, sehingga bakteri yang baik bisa tumbuh melimpah dan mikroflora usus menjadi seimbang. Bakteri ini tumbuh pada suhu yang hangat dan tepat yaitu pada suhu 40 o -45 o C, jika suhu rendah pertumbuhannya akan lambat atau tidak terjadi pertumbuhan sama sekali, jika suhu terlalu tinggi maka bakteri akan rusak atau bahkan mati, bahayanya apabila ada mikroba lain yang keadaan optimumnya pada suhu tinggi, sehingga bakteri yogurt bisa tersisih (Widodo, 2002). Sebagian besar senyawa alam terdegradasi oleh beberapa jenis mikroba dan bahkan banyak senyawa buatan manusia juga diserang oleh bakteri. Terjadi dalam lingkungan tanpa oksigen (atau kondisi untuk reaksi redoks yang cocok), degradasi ini mengakibatkan terjadinya fermentasi. Meskipun banyak metode yang menggunakan bakteri untuk melakukan fermentasi terhadap senyawa organik, tetapi pada dasarnya yang terjadi pada semua fermentasi adalah NAD+ hampir selalu direduksi menjadi NADH. Metabolisme yang melibatkan oksidasi substrat, elektron dari
molekul organik akan paling sering diberikan ke NAD. (Hal ini berlaku baik dalam fermentasi dan respirasi). Fermentasi menghasilkan banyak NADH. Akumulasi NADH menyebabkan masalah pad areaksi anaerob. NADH yang terlalu banyak akan mencegah oksidasi lebih lanjut dari substrat karena kurangnya + NAD untuk menerima elektron. Dalam jalur fermentasi banyak, langkahlangkah setelah produksi energi dilakukan sebagian untuk menyingkirkan NADH tersebut. Piruvat sebagai perantara penting Banyak reaksi yang pada akhirnya menghasilkan piruvat. Piruvat adalah perantara yang berharga karena dapat digunakan untuk sintesis sel dan enzim yang berbeda dapat bertindak di atasnya. Ini memberikan fleksibilitas mikroba. Energi berasal dari Substrat-Tingkat Fosforilasi (SLP) Substrat diubah menjadi senyawa terfosforilasi dan dalam reaksi selanjutnya fosfat energi tinggi ditransfer ke ATP. Fermentasi dapat melibatkan setiap molekul yang dapat mengalami oksidasi. Substrat umum termasuk gula (seperti glukosa) dan asam amino. Produk khas tergantung pada substrat tetapi bisa termasuk asam-asam organik (asam laktat, asam asetat), alkohol (etanol, metanol, butanol), keton (aseton) dan gas (H 2 dan CO 2 ). Preparasi Pembuatan Yoghurt Selain dibuat dari susu segar, yoghurt juga dapat dibuat dari susu skim (susu tanpa lemak) yang dilarutkan dalam air dengan perbandingan tertentu, tergantung kepada kekentalan produk yang diinginkan. Selain dari susu hewani, belakangan ini yoghurt juga dapat dibuat dari campuran susu skim dengan susu nabati (susu kacang-kacangan). Sebagai contoh, yoghurt dapat dibuat dari kacang kedelai, yang sangat populer dengan sebutan soyghurt. Yoghurt juga dapat dibuat dari santan kelapa, yaitu yang disebut dengan miyoghurt. Prinsip pembuatan yoghurt adalah fermentasi susu dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus. Kedua macam bakteri tersebut akan menguraikan laktosa (gula susu) menjadi asam laktat dan berbagai komponen aroma dan citarasa. Lactobacillus bulgaricus lebih berperan pada pembentukan aroma, sedangkan Streptococcus thermophilus lebih berperan pada pembentukan citarasa yoghurt. Yoghurt yang baik mempunyai
total asam laktat sekitar 0,85-0,95%. Sedangkan derajat keasaman (ph) yang sebaiknya dicapai oleh yoghurt adalah sekitar 4,5. Langkah-langkah dalam pembuatan yogurt dapat diterangkan dari yang paling mudah dan sederhana hingga yang menyerupai produk komersial. Cara yang paling sederhana untuk pembuatan yogurt, bahan yang diperlukan hanyalah susu dan bibit yogurt, serta peralatan dapur sederhana seperti panci dan sendok. Segala macam jenis susu dapat digunakan untuk pembuatan yogurt, mulai dari susu sapi, susu kambing, susu kuda, susu unta, susu nabati dari kedelai, kecipir, almond, kacang tanah, santan, dan sebagainya. Variasi susu yang digunakan dapat berupa susu segar, susu cair dalam botol/karton, susu krim, susu skim, atau susu bubuk yang telah dicampur kembali dengan air. Meski demikian, sebaiknya tidak menggunakan susu kental manis karena terlalu banyak mengandung gula. Juga perlu diperhatikan bahwa ada produk susu cair dan bubuk yang mengandung pengawet, sehingga menghambat pertumbuhan bakteri yogurt. Jenis susu seperti demikian tidak dapat dijadikan yogurt. Secara prinsip cara pembuatan yogurt dari susu nabati seperti susu kedelai sama saja seperti pembuatan yogurt lain, yaitu dengan menambahkan sejumlah bibit yogurt pada susu. Hanya saja, karena yogurt kedelai yang sudah jadi lebih sukar diperoleh, untuk pembuatan pertama terpaksa digunakan bibit yogurt dari susu sapi. Yogurt kedelai sedikit lebih encer daripada yogurt susu sapi. Pembuatan yogurt memerlukan suhu fermentasi yang kurang lebih konstan. Karena suhu ruangan tempat menyimpan yogurt lebih dingin (25 C) dibandingkan suhu fermentasi yang seharusnya (40 44 C), maka susu akan menjadi dingin. Suhu konstan dapat dilakukan dengan beberapa cara seperti alat pembuat yogurt listrik, menggunakan bola lampu dan kotak kardus atau menggunakan baskom dan air hangat. Cara yang paling praktis adalah yang pertama, karena di dalam alat tersebut terdapat pengukur suhu dan pemanas otomatis untuk menjaga suhu. Adapun tahap tahap pembuatan yogurt adalah seperti berikut ini (Septia, 2010): 1. Susu segar dipanaskan sampai suhu 90 C dan selalu diaduk supaya proteinnya tidak mengalami koagulasi. Pada suhu tersebut dipertahankan selama 1 jam. Apabila dilakukan pasteurisasi maka suhu pemanasannya adalah 70 75 C. Jika hal ini yang dilakukan, maka pemanasan dilakukan sebanyak dua kali.
2. Setelah dipanaskan, selanjutnya dilakukan pendinginan sampai suhunya 37-45 C. Pendinginan tersebut dilakukan dalam wadah tertutup. 3. Setelah suhu mencapai 37-45 C maka dilakukan inokulasi / penambahan bakteri ke dalam susu tersebut sejumlah 50 60 ml/liter susu. Penambahan bakteri dilakukan dengan teknik aseptic (di dekat api). 4. Setelah ditambah bakteri, selanjutnya diperam pada ruangan hangat (30-40 C), dalam keadaan tertutup rapat selama 3 hari. 5. Tahap selanjutnya adalah filtrasi. Hal ini dilakukan untuk memisahkan bagian yang padat / gel dengan bagian yang cair. Pada waktu pemisahan ini diusahakan dilakukan di dekat api sehingga bagian yang cair (sebagai stater berikutnya) terhindar dari kontaminasi. Bagian yang padat inilah yang siap dikonsumsi (yoghurt). Bagian yang cair berisi bakteri Lactobacillus sp yang dapat digunakan untuk menginokulasi susu yang segar. KHAMIR Proses Pembuatan Roti Mikroorganisme yang berperan adalah Saccharomyces cerevisiae Pada proses pembuatan roti organisme yang berperan adalah Saccharomyces cerevisiae. Khamir tersebut menghasilkan gas sehingga adonan mengembang dan menyebabkan tekstur roti lepas/ lunak dan berpori. Mekanisme fermentasi oleh khamir yaitu mula-mula gula yang terkandung di dalam tepung dan gula yang ditambahkan difermentasi oleh khamir. Karbohidrat tepung diubah menjadi maltosa oleh enzim amilase dalam tepung diubah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa tersebut oleh maltase dari khamir dipecah menjadi etanol, CO 2, komponen volatil, dan produk-produk lainnya. CO 2 ditahan oleh gluten. Gluten merupakan protein tepung terigu yang tidak larut dalam air. Gluten bersifat elastis dan dapat memanjang. Adanya gluten dan CO 2 yang dihasilkan oleh khamir menyebabkan gluten mengembang selama fermentasi. Pengaruh suhu dalam pembuatan roti yaitu pada suhu rendah maka pembentukan gas terhambat; jika suhu terlalu tinggi maka gas yang dihasilkan terlalu banyak, volume adonan terlalu besar. Suhu yang terlalu tinggi menyebabkan fermentasi berjalan terlalu cepat, adonan
memberikan rasa dan aroma lebih asam. Untuk menghindari kenaikan suhu terlalu cepat, maka ditambahkan air dingin (air es) untuk membuat adonan. Gula ditambahkan dalam adonan untuk memberikan rasa manis, sebagai sumber energi bagi khamir, memberikan warna kuning kecoklatan pada permukaan roti. Garam ditambahkan dalam jumlah kecil. Garam dapat memantapkan rasa manis. Tujuan utama penambahan garam untuk mengendalikan proses fermentasi. Dalam membuat adonan roti perlu dihindari terjadinya kontak antara garam dengan khamir atau ragi roti secara langsung. Untuk menghindari kontak tersebut, maka khamir dicampur lebih dahulu dengan tepung terigu, kemudian dimasukkan bahan-bahan lain selain garam, terakhir baru ditambahkan garam. Suhu optimum 25-30 C, ph 6. Flavor roti asam (souerdough) tidak hanya mengandalkan kerja khamir, tetapi juga oleh bakteri asam laktat (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus). Suhu pemanggangan roti berkisar antara 160-200 C, tergantung dari besarkecilnya ukuran adonan bakal roti yang dibentuk. Secara umum proses pembuatan roti sebagai berikut: persiapan peralatan, penimbangan dan pengukuran bahan, pencampuran, fermentasi ke-1, pembagian menjadi ukuran-ukuran sesuai dengan berat yang diinginkan, moulding (pembulatan adonan), fermentasi ke-2, pengisian (untuk roti manis), fermentasi ke-3, pemanggangan dan pendinginan. KAPANG Proses Pembuatan Tempe Mikroorganisme yang berperan yaitu kapang jenis Rhizopus oligosporus Tempe merupakan makanan tradisional yang berpotensi sebagai makanan fungsional, beberapa khasiat tempe bagi kesehatan antara lain memberikan pengaruh hipokolesterolemik, antidiare khususnya karena bakteri E.coli enteropatogenik dan antioksidan. Nilai gizi protein tempe meningkat setelah proses fermentasi karena terjadinya pembebasan asam amino hasil aktivitas enzim proteolitik dari tempe. Tempe yang dibuat dari kedelai melalui tiga tahap yaitu (1) hidrasi dan pengasaman biji kedelai dengan perendaman beberapa lama, (2) Sterilisasi terhadap sebagian biji kedelai, (3) Fermentasi oleh jamur tempe yang diinokulasikan segera setelah sterilisasi. Jamur tempe yang biasa digunakan ialah Rhizopus oligosporus.
Mekanisme pembentukan tempe ada 2 yaitu perkecambahan spora dan proses miselia menembus jaringan biji kedelai. Perkecambahan Rhizopus oligosporus berlangsung melalui dua tahapan, yaitu pembengkakan dan penonjolan keluar tabung kecambah. Kondisi optimal perkecambahan adalah suhu 42 0 C dan ph 4,0. Beberapa senyawa karbohidrat tertentu diperlukan agar awal pembengkakan spora ini dapat terjadi. Pembengkakan tersebut akan diikuti dengan penonjolan keluar tabung kecambahnya, bila tersedia sumber-sumber karbon dan nitrogen dari luar. Senyawa-senyawa yang dapat menjadi pendorong terbaik agar terjadi proses perkecambahan adalah asam amino prolin dan alanin, serta senyawa gula glukosa anosa dan xilosa. Proses fermentasi hifa jamur tempe dengan menembus biji kedelai yang keras dan tumbuh dengan mengambil makanan dari biji kedelai. Karena penetrasi dinding sel biji tidak rusak meskipun isi selnya dirombak dan diambil. Rentang kedalaman penetrasi miselia ke dalam biji melalui sisi luar keping biji yang cembung, dan hanya pada permukaannya saja dengan sedikit penetrasi miselia, menerobos ke dalam lapisan sel melalui sela-sela di bawahnya. DAFTAR PUSTAKA
Ali, A., 2005. Mikrobiologi Dasar Jilid I. State University of Makassar Press. Makassar. Anonim, 2011. Mikroorganisme. http://digilib.unila.ac.id/6077/14/bab%20ii.pdf. Diakses pada tanggal 11 September 2015 pukul 15.51 WIB. Anonim. 2012. Proses Pembuatan Yogurt yang Baik dan Benar. https://lordbroken.wordpress.com/2012/06/18/proses-pembuatan-yogurt-yang-baikdan-benar/. Diakses pada tanggal 12 September 2015 pukul 15.24 WIB. Apriadi M. 2012. Mikroorganisme yang berperan dalam pembentukan Makanan dan Minuman. http://muhandriapriadi.blogdetik.com/2012/03/28/mikroorganisme-yangberperan-dalam-pembentukan-makanan-dan-minuman/. Diakses pada tanggal 13 September 2015 pada pukul 11.44 WIB. Fardiaz, S., 1992. Mikrobiologi Pangan 1. PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Hartanto, Dwi. D. 2011. Pembuatan Yogurt dari Bakteri Asam Laktat Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillus. http://tantodanardwi.blogspot.co.id/2013/11/pembuatan-yoghurt-dengan-bakteriasam.html. Diakses pada tanggal 12 September 2015 pukul 15.30 WIB. SmallCrab. 2012. Pengolahan Pangan dengan Fermentasi. http://www.smallcrab.com/makanan-dan-gizi/878-pengolahan-pangan-denganfermentasi. Diakses pada tanggal 13 September 2015 pukul 11.39 WIB. Waluyo, L., 2004. Mikrobiologi Umum. UMM Press. Malang.