Fermentasi
adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa
oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi
anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang
mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik
dengan tanpa akseptor elektron eksternal.
Peragian
Ragi
atau fermen merupakan zat yang menyebabkan fermentasi. Ragi biasanya
mengandung mikroorganisme yang melakukan fermentasi dan media biakan
bagi mikroorganisme tersebut. Media biakan ini dapat berbentuk
butiran-butiran kecil atau cairan nutrien. Ragi umumnya digunakan dalam
industri makanan untuk membuat makanan dan minuman hasil fermentasi
seperti acar, tempe, tape, roti, dan bir.
Peragian
merupakan proses yang menghasilkan minuman beralkohol melalui
fermentasi. Metode ini digunakan dalam produksi bir, sake, dan anggur.
Peragian memiliki sejarah yang panjang, dan bukti arkeologi menunjukkan
bahwa teknik ini telah digunakan di Mesir kuno. Berbagai resep bir
ditemukan dalam tulisan-tulisan Sumeria. Tempat pembuatan bir dinamakan
brewery
Fermentasi asam laktat
Fermentasi
asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat.
Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.
Asam
laktat (Nama IUPAC: asam 2-hidroksipropanoat (CH3-CHOH-COOH), dikenal
juga sebagai asam susu) adalah senyawa kimia penting dalam beberapa
proses biokimia.
Seorang
ahli kimia Swedia, Carl Wilhelm Scheele, pertama kali mengisolasinya
pada tahun 1780. Secara struktur, ia adalah asam karboksilat dengan satu
gugus [hidroksil] yang menempel pada gugus karboksil. Dalam air, ia
terlarut lemah dan melepas proton (H+), membentuk ion laktat. Asam ini
juga larut dalam alkohol dan bersifat menyerap air (higroskopik).
Asam
ini memiliki simetri cermin (kiralitas), dengan dua isomer: asam
L-(+)-laktat atau asam (S)-laktat dan, cerminannya, iasam D-(-)-laktat
atau asam (R)-laktat. Hanya isomer yang pertama (S) aktif secara
biologi.
Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi
Prosesnya :
1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi
2. Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat.oleh enzim piruvat dehidrogenase
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.
Fermentasi alkohol
Alkohol
sering dipakai untuk menyebut etanol, yang juga disebut grain alcohol;
dan kadang untuk minuman yang mengandung alkohol. Hal ini disebabkan
karena memang etanol yang digunakan sebagai bahan dasar pada minuman
tersebut, bukan metanol, atau grup alkohol lainnya. Begitu juga dengan
alkohol yang digunakan dalam dunia famasi. Alkohol yang dimaksudkan
adalah etanol. Sebenarnya alkohol dalam ilmu kimia memiliki pengertian
yang lebih luas lagi.
Pada
beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam
piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah
menjadi alkohol.
Dalam
fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2
molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa
mampu menghasilkan 38 molekul ATP.
Dalam
kimia, alkohol (atau alkanol) adalah istilah yang umum untuk senyawa
organik apa pun yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada
atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan/atau atom
karbon lain.
Reaksinya :
1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarbeksilasi asam piruvat.
Asampiruvat oleh enzim piruvat dekarboksilase ——> asetaldehid(CH3CHO) + CO2.
3. Asetaldehid oleh enzim alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol (etanol)
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HsOH + 2 NAD.
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi
MEKANISME
Struktur alkohol
Gugus
fungsional alkohol adalah gugus hidroksil yang terikat pada karbon
hibridisasi sp3. Ada tiga jenis utama alkohol - 'primer', 'sekunder, dan
'tersier'. Nama-nama ini merujuk pada jumlah karbon yang terikat pada
karbon C-OH. Etanol dan metanol adalah alkohol primer. Alkohol sekunder
yang paling sederhana adalah propan-2-ol, dan alkohol tersier sederhana
adalah 2-metilpropan-2-ol.
Metanol dan etanol
Dua
alkohol paling sederhana adalah metanol dan etanol (nama umumnya metil
alkohol dan etil alkohol) yang strukturnya sebagai berikut:
H H H
| | |
H-C-O-H H-C-C-O-H
| | |
H H H
metanol etanol
Dalam
peristilahan umum, "alkohol" biasanya adalah etanol atau grain alcohol.
Etanol dapat dibuat dari fermentasi buah atau gandum dengan ragi.
Etanol sangat umum digunakan, dan telah dibuat oleh manusia selama
ribuan tahun. Etanol adalah salah satu obat rekreasi (obat yang
digunakan untuk bersenang-senang) yang paling tua dan paling banyak
digunakan di dunia. Dengan meminum alkohol cukup banyak, orang bisa
mabuk. Semua alkohol bersifat toksik (beracun), tetapi etanol tidak
terlalu beracun karena tubuh dapat menguraikannya dengan cepat.
Fermentasi asam cuka
Fermentasi
asam cuka merupakan satu contoh fermentasi yangberlangsung dalam
keadaan aerob.fermentasi ini biasa dilakukan oleh bakteri asam cuka
(Acetobacter) dengan substrat etanol. Jika diberikan oksigen yang cukup,
bakteri-bakteri ini dapat memproduksi cuka dari bermacam-macam bahan
makanan yang beralkohol. Bahan makanan yang biasa digunakan yaitu sari
buah apel, anggur, biji-bijian fermentasi, malt, beras, atau bubur
kentang. Dari proses fermentasi asam cuka, energi yang dihasilkan lima
kali lebih besar daripada energi yang dihasilkan oleh fermentasai
alkohol. Secara umum reaksi kimia yang terfasilitasi oleh bakteri ini
adalah:
C2H5OH + O2 —> CH3COOH + H2O
Sejarah fermentasi
Ahli
Kimia Perancis, Louis Pasteur adalah seorang zymologist pertama ketika
di tahun 1857 mengkaitkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan
fermentasi sebagai "respirasi (pernafasan) tanpa udara".
Pasteur
melakukan penelitian secara hati-hati dan menyimpulkan, "Saya
berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak terjadi tanpa adanya
organisasi, pertumbuhan dan multiplikasi sel-sel secara simultan.....
Jika ditanya, bagaimana proses kimia hingga mengakibatkan dekomposisi
dari gula tersebut... Saya benar-benar tidak tahu".
Ahli
kimia Jerman, Eduard Buchner, pemenang Nobel Kimia tahun 1907, berhasil
menjelaskan bahwa fermentasi sebenarnya diakibatkan oleh sekeresi dari
ragi yang ia sebut sebagai zymase.
Penelitian
yang dilakukan ilmuan Carlsberg (sebuah perusahaan bir) di Denmark
semakin meningkatkan pengetahuan tentang ragi dan brewing (cara
pembuatan bir). Ilmuan Carlsberg tersebut dianggap sebagai pendorong
dari berkembangnya biologi molekular.
Reaksi fermentasi
Reaksi
dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan
dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan
etanol (2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan
digunakan pada produksi makanan.
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)
Dijabarkan sebagai
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi (ATP)
Jalur
biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang
terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan
bagian dari tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme.
Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Sumber energi dalam kondisi anaerobik
Fermentasi
diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada organisme
purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti
saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi
energi sel.
Produk
fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh tetapi
tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor
elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung
dianggap produk sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi
ATP dari fermentasi menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative
phosphorylation, di mana pirufat teroksidasi penuh menjadi karbon
dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa
bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi aerobik.
"Glikolisis
aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk memproduksi
energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah. Pada
keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata)
menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang
effisisen untuk menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100
kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi
sangat membantu dalam waktu pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja,
ia tidak dapat bertahan dalam jangka waktu lama pada organisme aerobik
yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia, fermentasi asam laktat
hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit.
Tahap
akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi
akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi
sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine
dinucleotide (NAD+), yang diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan
untuk fungsi sel normal karena glikolisis merupakan satu-satunya sumber
ATP dalam kondisi anaerobik.
Fermentasi pada makanan
Pembuatan
tempe dan tape (baik tape ketan maupun tape singkong atau peuyeum)
adalah proses fermentasi yang sangat dikenal di Indonesia. Proses
fermentasi menghasilkan senyawa-senyawa yang sangat berguna, mulai dari
makanan sampai obat-obatan. Proses fermentasi pada makanan yang sering
dilakukan adalah proses pembuatan tape, tempe, yoghurt, dan tahu.
Nata de coco
Nata
de coco adalah hidangan penutup yang terlihat seperti jeli, berwarna
putih hingga bening dan bertekstur kenyal. Makanan ini dihasilkan dari
fermentasi air kelapa, dan mulanya dibuat di Filipina.
Bibit
nata adalah bakteri Acotobacter xylinum yang akan dapat membentuk serat
nata jika ditumbuhkan dalam air kelapa yang sudah diperkaya dengan
karbon dan nitrogen melalui proses yang terkontrol. Dalam kondisi
demikian, bakteri tersebut akan menghasilkan enzim yang dapat menyusun
zat gula menjadi ribuan rantai serat atau selulosa. Dari jutaan renik
yang tumbuh pada air kelapa tersebut, akan dihasilkan jutaan lembar
benang-benang selulosa yang akhirnya nampak padat berwarna putih hingga
transparan, yang disebut sebagai nata.
Acetobacter
Xylinum dapat tumbuh pada pH 3,5 – 7,5, namun akan tumbuh optimal bila
pH nya 4,3, sedangkan suhu ideal bagi pertumbuhan bakteri Acetobacter
Xylinum pada suhu 28°– 31°C. Bakteri ini sangat memerlukan oksigen.
Asam
asetat atau asam cuka digunakan untuk menurunkan pH atau meningkatkan
keasaman air kelapa. Asam asetat yang baik adalah asam asetat glacial
(99,8%). Asam asetat dengan konsentrasi rendah dapat digunakan, namun
untuk mencapai tingkat keasaman yang diinginkan yaitu pH 4,5 – 5,5
dibutuhkan dalam jumlah banyak. Selain asan asetat, asam-asam organik
dan anorganik lain bisa digunakan.
Susu
Susu
adalah sebuah biasanya berarti cairan bergizi yang dihasilkan oleh
kelenjar susu dari mamalia betina. Susu adalah sumber gizi utama bagi
bayi sebelum mereka dapat mencerna makanan padat. Susu binatang
(biasanya sapi) juga diolah menjadi berbagai produk seperti mentega,
yoghurt, es krim, keju, susu kental manis, susu bubuk dan lain-lainnya
untuk konsumsi manusia. Semua orang di dunia ini membutuhkan susu untuk
menopang kehidupannya. Baik dari bayi sampai orang yang sudah lanjut
usia.
Dewasa
ini, susu memiliki banyak fungsi dan manfaat. Untuk umur produktif,
susu membantu pertumbuhan mereka.Sedangkan untuk orang lanjut usia, susu
membantu menopang tulang agar tidak keropos. Susu mengandung banyak
vitamin dan protein. Oleh karena itu, setiap orang dianjurkan minum
susu. Sekarang banyak susu yang dikemas dalam bentuk yang unik.Tujuan
dari ini agar orang tertarik untuk membeli dan minum susu. Ada juga susu
yang berbentuk fermentasi.
Keju
Keju
adalah makanan padat yang dibuat dari air susu hewan. Hewan yang
dijadikan sumber air susu biasanya adalah sapi. Air susu unta, kambing,
domba, kuda, atau kerbau digunakan pada beberapa tipe keju lokal.
Makanan ini dikenal di seluruh dunia, namun diduga pertama kali dikenal
di daerah sekitar Laut Tengah.
Keju
bermanfaat karena biasanya tahan lama, serta memiliki kandungan lemak,
protein, kalsium, and fosfor yang tinggi. Keju merupakan bentuk
pengawetan bagi air susu.
Oncom
Oncom
adalah makanan rakyat di Indonesia yang terdiri dari dua jenis utama:
oncom merah dan oncom hitam. Oncom merah terbuat dari kapang oncom
Neurospora sitophila sedangkan oncom hitam terbuat dari kapang tempe
Rhizopus oligosporus.
Oncom
merah umumnya dibuat dari ampas tahu, yaitu kedelai yang telah diambil
proteinnya dalam pembuatan tahu. Sedangkan oncom hitam umumnya dibuat
dari bungkil kacang tanah yang kadangkala dicampur ampas (onggok)
singkong atau tepung singkong, agar mempunyai tekstur yang lebih baik
dan lebih lunak.
Ampas
tahu merupakan residu dari pengolahan kedelai menjadi tahu. Bungkil
kacang tanah adalah ampas yang berasal dari kacang tanah yang telah
diambil minyaknya dengan proses pemerasan mekanis atau proses ekstraksi.
Walaupun
kedua bahan tersebut berupa limbah, tetapi ditinjau dari segi gizi
sesungguhnya kedua bahan tersebut merupakan bahan yang padat gizi,
sehingga sangat disayangkan kalau dibuang atau dijadikan pakan ternak.
Bahan
baku lainnya yang diperlukan dalam pembuatan oncom adalah kapang.
Kapang oncom dapat mengeluarkan enzim lipase dan protease yang aktif
selama proses fermentasi dan memegang peranan penting dalam penguraian
pati menjadi gula, penguraian bahan-bahan dinding sel kacang, dan
penguraian lemak, serta pembentukan sedikit alkohol dan berbagai ester
yang berbau sedap dan harum
0 komentar:
Posting Komentar