m.K. Dasar Teknologi Mikrobial Kuliah ke-XII m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) M.O DIDALAM BAHAN PANGAN/ INDUSTRI PANGAN/BAHAN PENOLONG INDUSTRI PANGAN Departemen Teknologi Industri Pertanian FATETA IPB 2011

OUTLINE Mikroorganisme (m.o) dalam bahan pangan Pencemaran dari sumber alam Tipe Fermentasi Contoh pemanfaatan m.o dalam industri pangan/BTP (bahan tambahan pangan)

M.O DI DALAM BAHAN PANGAN Merusak / merugikan (kebusukan, kerusakan produk) Menguntungkan (menghasilkan produk) Bahan pangan mengandung : - Karbohidrat - Protein Substrat untuk kehidupan m.o - Lemak - Air Sumber Pencemaran : - Pemilihan bahan - Proses pengolahan - Penyimpanan / pengemasan

Pencemaran dari sumber alam : Sayur dan buah-buahan Lingkungan tempat tumbuh - Tanah : Bacillus, Clostridium, dll - Kotoran hewan : Coliform, Micrococcus, dll - Air (pencuci, pelarut, pendingin) : Pseudomonas, Bacillus - Udara (debu, droplet-droplet air) : Cocci, Spora- spora, kapang Cara penanganan Kondisi penyimpanan Pseudomonas Bacillus sp. Clostridium

2) Biji-bijian & produk olahannya Yang baru dipanen : Micrococcus, Bacillus dll Produk olahan : Misalnya : roti A.niger, B.subtilis 3) Gula & Madu Yang belum diproses (tebu  sukrosa) Leuconostoc, Candida, dll Madu : Zygosaccharomyces, Torula A.niger Candida

M.O pencemar : Pseudomonas, Mucor 4) Daging (sumber pencemaran : penyembelihan, pengulitan, penanganan, pengolahan, dll) M.O pencemar : Pseudomonas, Mucor 5) Ikan & Kerang Pseudomonas, Eschericia, dll Ikan olahan (ikan asap, ikan asin)  kapang Pseudomonas

6) Telur (sumber pencemaran : kotoran kandang, air pencuci, wadah, dll) Pseudomonas, Salmonella, dll 7) Ternak Unggas Pseudomonas, Candida

TIPE FERMENTASI

Tipe fermentasi glukosa yang umum adalah : Fermentasi Homolaktat (lintasan yang paling sederhana; piruvat dikonversi langsung menjadi asam laktat ; tidak ada produksi gas; mikroorganisme : Lactobacillus, Streptococcus, Bacillus) Fermentasi Alkohol (produk : etanol dan CO2  khamir Saccharomyces sp.), Fermentasi Heterolaktat (ethanol, CO2, asam laktat; Leuconostoc and Lactobacillus), Mixed acids fermentation (the characteristic tested for in the methyl red test; E. coli). Butanediol fermentation (Acetoin, a precursor for butanediol, is produced; Enterobacter aerogenes), Anaerobic butyric-butyric fermentation (organic solvents produced including butanol and butyric acid; Clostridium sp.), Propionic acid fermentation (makes holes in Swiss cheese; Propionibacterium sp.).                                                                                                           

M.O DI DALAM INDUSTRI PANGAN/BAHAN PENOLONG INDUSTRI PANGAN Beberapa produk telah ada sejak jaman dahulu (indigenous knowledge) Beberapa contoh adalah : Produk beralkohol (minuman): anggur, arak, brem bali → Saccharomyces cerevisiae Asam organik, mis : - Asam laktat : Lactobacillus - Asam asetat : Acetobacter - Asam sitrat : Aspergillus niger Pewarna angkak : Monascus purpureus Produk-produk Susu - Susu fermentasi (yoghurt, kefir), mentega, keju Makanan/produk tradisional : Tempe, Oncom, Kecap, tauco , tapai, natto, dll Jamur merang, jamur kayu

Saccharomyces cereviseae, S. carlbergensis (S. uvarum) REAKSI : PRODUK BERALKOHOL BAHAN BAKU : barley Hop (Humulus japonicus) : untuk stabilitas proses mikrobiologis, flavor unik MIKROORGANISME : Saccharomyces cereviseae, S. carlbergensis (S. uvarum) REAKSI : C12H22O11 + H2O amylase 2 C6 H12 O6 C6 H12 O6 2C2H5OH + 2CO2 zymase

OPERATIONS IN A WINERY                                                                                                                                         Saccharomyces sp.

ASAM ORGANIK Beberapa jenis asam organik diakumulasikan oleh beberapa mikroorganisme Dibentuk sejalan dengan pertumbuhan (metabolit primer) Beberapa yang bermanfaat dalam industri pangan : Asam sitrat Asam asetat Asam laktat

ASAM SITRAT Disebut juga 2-hydroxy propane-1,2,3- tricarboxylic acid H2C-COOH HOC-COOH Pertama kali ditemukan sebagai komponen dari lemon, kini diketahui sebagai senyawa antara dalam Siklus Krebs (TCA cycle) yang terjadi pada hampir seluruh organisme. Ditemukan pada tahun 1920 an sbg hasil mikroba Aspergillus niger (kemudian dinamakan Citromyces)  merajai produksi dunia Mikroorganisme lain : Khamir Candida catenula, C. guilliermondii, Yarowia lipolytica, C. tropicalis. A. niger

BIOSINTESA Media Sitrat Glukosa Sitoplasma Glukosa Piruvat + Piruvat CO2 Oksaloasetat Sitrat malat Piruvat mitokondria malat Siklus TCA CO2 Oksaloasetat Asetil CoA sitrat

KONDISI OPTIMAL UNTUK PRODUKSI ASAM SITRAT Konsentrasi gula 120-250 g/l Ion logam Mn< 10-8 M Zn < 10-6 – 10-7 M Fe < 10-4 M Tekanan oksigen terlarut >10mbar pH 1.6-2.2 Konsentrasi Phosphat 0.2-1.0 g/l Garam amonium >2.0 g/l Waktu 160-240 jam

Pengaruh konsentrasi sukrosa terhadap Yield Asam Sitrat 5 10 15 Konsentrasi sukrosa (%)

DIAGRAM PRODUKSI ASAM SITRAT Persiapan inokulum kapang Persiapan bahan baku Fermentasi Pemisahan miselia kapang Penambahan Kapur (Ca) Dekomposisi Kalsium Sitrat H2SO4 Pemurnian(decolorising, ion exchange Kristalisasi Asam sitrat

BEBERAPA JENIS SUMBER KARBON UNTUK PRODUKSI ASAM SITRAT Molases Bagasse Pati Sirup korma Cairan apel Gula Limbah kapas Cairan whey Limbah brewery Pulp ubi jalar Limbah cair nanas Ekstrak pisang Onggok dll

APLIKASI ASAM SITRAT : Makanan (pengawet, pengasam) dan permen (21 % dari total produksi) Minuman (45 % dari total produksi) Farmasi (27 % dari total produksi)

Fermentasi Asam Laktat Dilakukan oleh beberapa fungi dan bakteri. Lactic acid producing bacteria yang utama adalah Lactobacillus. Bakteri lain: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae , Streptococcus lactis, Bifidobacterium bifidus. Beberapa produk khusus lainnya hasil Lactic acid fermentation : Western world: yoghurt, sourdough breads, sauerkraut, cucumber pickles and olives Middle East: pickled vegetables Korea: kimchi (fermented mixture of Chinese cabbage, radishes, red pepper, garlic and ginger) Russia: kefir Egypt: laban rayab and laban zeer (fermented milks), kishk (fermented cereal and milk mixture) Nigeria: gari (fermented cassava) South Africa : magou (fermented maize porridge) Thailand : nham (fermented fresh pork) Philippines : balao balao (fermented rice and shrimp mixture)

ASAM CUKA = VINEGAR = ACETIC ACID Dapat dibuat dari berbagai bahan yang mengandung gula, pati atau alkohol Merupakan proses biokimia alami dimana alkohol dirubah menjadi asam cuka Mikroorganisme : Acetobacter aceti Metode produksi : fermentasi kultur terrendam (cair) (selama 1-10 minggu alkohol dari substrat akan diubah menjadi asam asetat oleh bakteri yang diberikan ke dalam drum/tangki fermentasi )

SUSU FERMENTASI Produk susu yang dibuat dari susu utuh (whole milk), skim milk, butter milk, cream dengan kultur bakteri asam laktat atau khamir atau kombinasi keduanya. Contoh susu fermentasi : (1) Kefir (bahan : susu domba atau susu sapi) - m.o. : Sterptococci & khamir (“kefir grain”) - mengandung asam laktat 0.8%, etanol 1%, CO2 (2) Koumiss (bahan : susu kuda) - m.o. : L.bulgaricus & khamir Torula - mengandung asam laktat, alkohol, CO2

(3) Yoghurt (fluid dan semi padat) - m.o. : L.bulgaricus & S.thermophilus (1.5 – 3%) (1 : 1) - Inkubasi 41 - 45ºC, selama 2-3 jam (4) Susu Acidophilus - m.o. : L.acidophilus (inokulum 5%) - mengandung asam laktat 1 % - suhu fermentasi 37.8ºC (18-24 jam)

Yoghurt Turki; yogurtmak yang berarti "mencampur” ditemukan oleh Metchnikoff (eternal youth theory)  Nobel Prize Susu yang difermentasi oleh Lactobacillus bulgaricus (untuk produksi asam laktat) dan Streptococcus thermophillus (untuk menambah cita rasa dan aroma).

Yoghurt (lanjutan) Lactobacillus bulgaricus mengubah laktosa dalam susu menjadi asam laktat sedangkan Streptococcus thermophillus mengubah protein susu (kasein) menjadi protein yang mempunyai rantai lebih pendek. ditambahkan pada susu dengan jumlah seimbang, lalu disimpan dalam suhu 40-45oC selama waktu tertentu

Yoghurt (lanjutan) Rasa dan aroma asam disebabkan oleh terjadinya peristiwa turunnya pH menjadi + 4,0 akibat aktivitas bakteri asam laktat Reaksi kimia yang terjadi pada pembuatan yoghurt: C12H22O11 + H2O  4CH3CHOHCOOH Laktosa air asam laktat

Diagram proses produksi yoghurt

TANGKI FERMENTASI YOGHURT Susu menjadi lebih kental dalam proses yoghurt

Pembuatan kefir sama dg yoghurt hanya digunakan starter berupa kefir grain

Mentega (Butter) Definisi : produk susu (cream) yang mengandung lemak susu tidak kurang dari 80%. Starter yang memproduksi aroma : L.citrovorum, L.dextranicum, S.diacetilactis (kadang-kadang tumbuh bersama S.lactis atau S.cremoris). Keju Produk susu hasil penggumpalan kasein (protein susu) oleh enzim rennin ( atau pengganti rennin) atau oleh asam * Kultur bakteri asam laktat berbagai jenis keju

PRODUKSI KEJU

Figure 2 shows a schematic diagram of the cheese manufacturing process.                                                                                                                  PRODUKSI KEJU

Beberapa kultur bakteri yang digunakan pada Unit Pengolahan Susu Kegunaan Produk - Propionibacterium shermanii Flavor / aroma, pembentukan “eyes” Keju Emmenthal - Lactobacillus bulgaricus Flavor / aroma, keasaman Yoghurt, kefir - Lactobacillus acidophilus Keasaman Acidophilus - Streptococcus thermophilus Yoghurt, Keju Cheddar, keju Emmenthal - Streptococcus diacetilactis Keju, Cream Asam, Buttermilk asam -Leuconostoc citrovorum, -Lactobacillus dextranicum Flavor / aroma Mentega, Cream Asam, Buttermilk asam - Streptococcus durans & - Streptococcus faecalis Flavor / aroma, Keasaman Keju Cheddar, K. Lunak Italia Sumber pustaka : Dairy Techn. (Dulay)

Makanan tradisional (Indonesia) Oncom : - oncom hitam : Rhizopus oligosporus - oncom merah : Neurospora sitophila Kontaminasi : Aspergilus flavus racun aflatoksin Tempe (kedelai ) - Rhizopus oryzae, R.arrhizus, R.oligosporus, banyak mengandung vit B12 Tempe bongkrek (ampas kelapa ) Rhizopus oligosporus, R.nodosus Kontaminasi ; - Pseudomonas cocovenans (racun : toksoflavin) - Asam bongkrek

Pencampuran dengan ragi DIAGRAM PROSES PRODUKSI TEMPE Kedelai Dicuci dan direndam lalu dikukus Didinginkan Pencampuran dengan ragi Pembungkusan dan inkubasi 1-2 hari Tempe

Kecap : Aspergillus sp, Rhizopus sp Tauco : Rhizopus sp, Aspergillus sp Tapai (tape) : Singkong dan ketan Rhizopus sp, Hansenula sp, Saccharomyces cerevisiae Kenali makanan tradisional hasil fermentasi dari negara-negara lain (TUGAS)

DIAGRAM PROSES PRODUKSI KECAP

BIOINDUSTRI JUGA DAPAT MENERAPKAN PRODUKSI BERSIH Lihat slide berikut dan analisis ! Tugas : buat contoh bioindustri lain yang juga terapkan produksi bersih !

DIAGRAM PROSES PRODUKSI TAPAI KETAN Reaksi yang terjadi ?  lihat slide penjelasan produksi alkohol

PEWARNA ANGKAK (red yeast rice) Pewarna alami Mikroorganisme : Monascus sp (M. purpureus (ungu), M. koaling (merah), M. barkari (kuning) Tiga warna angkak yang utama : Jingga : monascorubin dan rubropunktatin Merah : monascorubarin dan rubropunktamin Kuning : monaskin dan angkaflavin Sifat pigmen angkak : Kelarutan tinggi Warna stabil Mudah dicerna Tidak bersifat karsinogenik

PRODUKSI ANGKAK : Pada umumnya menggunakan kultivasi substrat padat Media yang digunakan : beras, kentang, singkong tepung ketela, gaplek, sagu, campuran onggok dan ampas tahu. Secara komersil umumnya menggunakan beras

Angkak (red yeast rice) Beras Perendaman Pengukusan M.purpureus Inokulasi Inkubasi 3-6 hari Untuk inokulasi dapat digunakan produk angkak yang telah digiling sebagai starter Pengemasan Angkak (red yeast rice)

DIAGRAM PROSES MISO

PRODUKSI MUSHROOM (Pleurotus ostreatus = jamur tiram putih; champignon, jamur merang, dll) Substrat yang digunakan : Jerami padi Serbuk gergaji Vermi compost dari kayu, limbah kertas, sisa media jamur, limbah pangan

Terima kasih