BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Radiasi Ultraviolet Sejak

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Radiasi Ultraviolet
Sejak ditemukan sinar X oleh Rontgent dan sinar ultraviolet orang mulai menyelidiki
pengaruhnya terhadap bakteri atau mikroba yang lain. Sinar ultraviolet mempunyai
panjang gelombang 210-310 nm, sinar X, sinar γ (gamma), sinar β (beta), sinar α dan
sinar netron dapat dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik. Penyerapan
energi dari radiasi dengan sinar ultraviolet dapat menimbulkan dua hal penting dalam
bakteri yaitu kematian sel atau terjadi mutasi (Wanto & Arief, 1981).
Ultraviolet digunakan untuk penelitian genetika, keperluan medis, juga untuk
sterilisasi karena dapat membunuh bakteri. Ultraviolet banyak ditemukan pada sinar
matahari, tapi ultraviolet ini dipancarkan keluar oleh ozon di atmosfer (Snustad &
Gardner, 1984). Radiasi ultraviolet tidak memiliki cukup energi untuk menginduksi
ionisasi seperti sinar X. Namun ultraviolet mempunyai kemampuan sebagai mutagen
dan pada dosis yang tinggi dapat membunuh sel (Lewis, 1997).
Interaksi ultraviolet dengan materi genetik tergantung pada panjang
gelombang. Penyerapan energi radiasi pada materi genetik melalui reaksi fotokimia.
Pengaruh biologi dari radiasi ultraviolet tergantung panjang gelombang. Radiasi ini
dapat menyebabkan kerusakan biologi yang dapat diperbaiki jika panjang gelombang
rendah. Walaupun demikian, jika kerusakan yang ditimbulkan besar maka dapat
terjadi mutasi permanen. Jika kerusakan terjadi pada gen regulator, kemungkinan
menyebabkan karsinogenesis (Mertens & Hammersmith, 1995).
Cahaya tampak dan sinar UV mempunyai pengaruh yang sangat kuat terhadap
kelangsungan dan keefektifan transformasi DNA dari suatu spesies (Moat dan Foster,
Universitas Sumatera Utara
1988). Sinar UV yang berlebihan justru akan mengganggu aktivitas DNA suatu spesies.
Untuk dapat bertahan pada kondisi lingkungan yang tidak sesuai, suatu spesies dapat
melakukan perubahan materi genetik atau melakukan proses mutasi sehingga fenotif
yang muncul tidak lagi sama persis dengan fenotif semula (Tamarin, 1995).
Sinar UV sangat berpengaruh terhadap perkembangan sel. Sel merupakan
satuan hidup terkecil yang dapat menderita akibat radiasi. Tanggapan sel atau jaringan
terhadap radiasi berbeda-beda, baik yang menyangkut perubahan derajat ketahanan
hidup, mutasi ataupun karsinogen (Soedjono, 2003).
2.2 Mutasi
Mutasi ada dua macam yaitu mutasi kromosom dan mutasi gen. Mutasi kromosom
terjadi pada proses meiosis, akibat mutasi gamet mempunyai kromosom tidak lengkap
atau kromosomnya berlebih. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan
dalam sifat-sifatnya. Pada mutasi gen terjadi perubahan gen dari kromosom. Hal ini
terjadi juga di alam, di mana alam semesta menerima radiasi dari sinar matahari
selama bertahun-tahun dan bahkan berabad-abad, maka terjadi jugalah mutasi
alamiah. Seperti telah diketahui DNA adalah penyusun kromosom dan kromosom
adalah penentu dari sifat-sifat sesuatu makhluk hidup (Wanto & Arief, 1981).
Kelainan DNA disebabkan oleh radiasi dapat menyebabkan kelainan somatik
maupun genetik, tergantung pada jenis sel yang bersangkutan. Perubahan kromosom
terjadi pada siklus sel terutama pada fase metafase meiosis. Oleh karena itu sel-sel
yang relatif lebih sering membelah diri berpeluang lebih besar menjadi rusak oleh
penyinaran. Kelainan kromosom dan kepekaan sel melibatkan inti, merupakan
kerusakan utama oleh radiasi. Pada dosis rendah, tidak teramati terjadinya perubahan
materi genetik bila sinar hanya melalui sitoplasma, dan jika hanya melalui inti maka
akan kerap kali berubah dengan dosis yang tinggi. Jadi penyinaran UV ini merupakan
rangsangan yang penting yang dapat merusak sel (Ackerman, 1988).
Universitas Sumatera Utara
Mikroba menanggapi keadaan lingkungan dan caranya tergantung pada keadaan
lingkungan. Bila keadaan lingkungan baik ia akan tumbuh, kalau keadaan tidak baik dia
akan merespon dengan cara bertahan (survive) dengan tidak berubah, bertahan dengan
perubahan genetika yang disebut mutasi dan mati. Mutasi yang bertahan dengan tidak
berubah ini dapat dilakukan dengan beberapa cara misalnya: membentuk spora,
mendiamkan diri, menghemat makanan, merusakkan zat yang racun dan membentuk
membran, di mana racun tidak dapat masuk ke dalam sel (Wanto & Arief, 1981).
DNA menyerap sinar ultraviolet dengan kuat, penyerapan maksimal DNA
terletak pada panjang gelombang 260 nm. Sel dengan cepat terbunuh akibat
penyerapan sinar ultraviolet, dan angka laju mutasi yang tinggi terjadi antara sel-sel
yang bertahan hidup. Apabila cairan DNA yang diiradiasi dengan sinar ultraviolet,
akan terjadi dua jenis perubahan kimia. Pertama-tama ada pembentukan ikatan
kovalen antara residu-residu pirimidin yang berdekatan satu sama lain pada untaian
yang sama dan membentuk dimmer pirimidin. Kegiatan mutagenik sinar ultraviolet
dapat dihubungkan dengan pembentukan dimmer primidin. Pentingnya dimmer
pirmidin sebagai sebab mutasi yang diinduksi sinar ultraviolet dibuktikan dengan
perlakuan
yang
mengarah
kepada
pengeluaran
atau
pemotongan
dimmer
mengembalikan sebagian terbesar pengaruh mutagenik sinar ultraviolet. Jika sel-sel
bakteri yang diperlakukan dengan sinar ultraviolet segera diiradiasi, misalnya dengan
sinar yang tampak dengan kisaran panjang gelombang 300 – 400 nm, maka frekuensi
mutasi dan kematian sel kedua-duanya akan sangat menurun, kejadian yang disebut
fotoreaktivasi. Proses ini ternyata disebabkan oleh aktifasi oleh sinar dengan panjang
gelombang tertentu, yang mengaktifasi enzim yang menghidrolisis dimmer pirimidin
(Stanier et al., 1984).
Dalam genetika, bentuk normal dari suatu organism disebut strain liar.
Perubahan dari strain liar ke benbtuk lain disebut mutasi awal, sebaliknya perubahan
kebentuk awal disebut mutasi balik. Mutasi merupakan fenomena penting. Tanpa
mutasi semua gen muncul hanya satu bentuk, tidak ada alel sehingga analisis genetika
tidak memungkinkan untuk diteliti (Harahap, 1994).
Universitas Sumatera Utara
DNA dapat dirusak oleh ultraviolet pada panjang gelombang 254-260 nm,
sehingga ultraviolet dapat menginduksi secara langsung akibat penyerapan oleh purin
dan pirimidin. Pirimidin umumnya sangat kuat menyerap pada 254 nm dan menjadi
sangat reaktif. Beberapa indikasi lain adalah pembentukan timin dimmer (Lewis, 1997).
2.3 Saccharomyces sp.
Istilah khamir umumnya digunakan untuk menyebut bentuk-bentuk yang menyerupai
jamur dari kelompok Ascomycetes yang tidak berfilamen tetapi uniseluler dengan
bentuk ovoid atau spheroid. Khamir ada yang bermanfaat dan ada pula yang
membahayakan manusia. Fermentasi khamir banyak digunakan dalam pembuatan roti,
bir, wine, vinegar, dan sebagainya. Khamir yang tidak diinginkan adalah yang ada
pada makanan dan menyebabkan kerusakan pada saurkraut, juice buah, sirup, molase,
madu, jelly, daging, dan sebagainya (Hidayat et al., 2006).
Yeast adalah salah satu mikroorganisme yang termasuk dalam golongan fungi
yang dibedakan bentuknya dari mould (kapang) karena berbentuk uniseluler.
Reproduksi vegetatif pada khamir terutama dengan cara pertunasan. Sebagai sel
tunggal, yeast tumbuh dan berkembang biak lebih cepat dibanding dengan mould yang
tumbuh dengan pembentukan filamen. Yeast sangat mudah dibedakan dengan
mikroorganisme yang lain misalnya dengan bakteri, yeast mempunyai ukuran sel yang
lebih besar dan morfologi yang berbeda. Sedangkan dengan protozoa, yeast
mempunyai dinding sel yang lebih kuat serta tidak melakukan photosintesis bila
dibandingkan dengan ganggang atau algae. Dibandingkan dengan kapang dalam
pemecahan bahan komponen kimia yeast lebih efektif memecahnya dan lebih luas
permukaan serta volume hasilnya lebih banyak. Yeast dapat dibedakan atas dua
kelompok berdasarkan sifat metabolismenya yaitu bersifat fermentatif dan oksidatif.
Jenis fermentatif dapat melakukan fermentasi alkohol yaitu memecah gula (glukosa)
menjadi alkohol dan gas contohnya pada produk roti. Sedangkan oksidatif (respirasi)
maka akan menghasilkan karbon dioksida dan air. Keduanya bagi khamir adalah
dipergunakan untuk energi walaupun energi yang dihasilkan melalui respirasi lebih
tinggi dari yang melalui fermentasi (Fardiaz, 1992).
Universitas Sumatera Utara
Pertumbuhan khamir pada media bahan pangan tersebut sangat tergantung pada
sifat fisiologisnya yaitu pada umumnya khamir tumbuh pada kondisi dengan persediaan
cukup air artinya tidak yang berlebihan. Dibandingkan dengan bakteri, khamir dapat
tumbuh dalam larutan yang pekat misalnya larutan gula atau garam lebih juga menyukai
suasana asam dan lebih bersifat menyukai adanya oksigen. Khamir juga tidak mati oleh
adanya antibiotik dan beberapa khamir mempunyai sifat antimikroba sehingga dapat
menghambat pertumbuhan bakteri dan mould. Adanya sifat-sifat yang tahan pada
lingkungan yang stress (garam, asam dan gula) maka dalam persaingannya dengan
mikroba lain yeast lebih bisa hidup normal (Brown, 1990).
Oleh karena itu pertumbuhan yeast yang liar sebagai kontaminan perlu
diwaspadai dan dikontrol secara ketat sehingga produk-produk fermentasi yang
dihasilkan tidak makin menjadi rusak. Di Indonesia dalam hal memproduksi makanan
tradisional ataupun makanan fermentasi dengan menggunakan yeast masih belum
begitu membudaya jika dibandingkan dengan penggunaan bakteri atau jamur seperti:
Rhizopus spp., Aspergillus spp., Penicillium spp., Mucor spp. dan yang lainnya.
Bahkan terlihat sangat tertinggal jauh dengan starter yang berasal dari kelompok
bakteri asam laktat (BAL) “friendly bacteria” yang biasanya dipakai sebagai
Probiotik. Probiotik adalah sekelompok mikroba hidup yang menguntungkan dan
digunakan untuk mempengaruhi induk semang melalui perbaikan mikroorganisme
dalam saluran pencernaan (Fuller, 1992).
Khamir dapat memproduksi ataupun melakukan metabolisme pada asam-asam
organik sehingga mengubah keasaman dan profil flavor dari suatu produk. Asam
suksinat adalah termasuk asam karboksilat utama yang diproduksi oleh khamir selama
proses fermentasi sampai menghasilkan hingga 2 g/L hal ini bisa dipakai sebagai bahan
pertimbangan dalam produk fermentasi. Terdapat beberapa hasil yang sangat bervariasi
di antara spesies khamir dalam produksi asam organik pada produk makanan ataupun
minuman. Terlebih lagi kondisi lingkungan yang akan mempengaruhi konsentrasi asam
asetat yang diproduksi oleh khamir. Sebagai contohnya adalah: bila bahan pangan pada
temperatur yang rendah dan konsentrasi gula yang tinggi maka inokulasi dengan S.
Universitas Sumatera Utara
cerevisiae, D. hansenii akan meningkatkan produksi asam asetat, akan tetapi belum
banyak diketahui pada jenis yeast yang lain (Berry & Watson, 1987; Fleet, 1992).
2.4 Fermentasi Alkohol
Fermentasi dapat didefinisikan sebagai perubahan gradual oleh enzim beberapa
bakteri, khamir dan jamur. Contoh perubahan kimia dari fermentasi meliputi
pengasaman susu, dekomposisi pati dan gula menjadi alkohol dan karbon dioksida,
serta oksidasi senyawa nitrogen organik. Industri fermentasi dalam pelaksanaan
prosesnya dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu mikrobia, bahan dasar, sifat-sifat
proses, pilot-plant, faktor sosial ekonomi (Hidayat et al., 2006).
Alkohol dalam sehari-hari disebut dengan etanol. Alkohol industri atau spritus
adalah alkohol untuk keperluan industri tidak dikenakan pajak tinggi dan biasa
dicampur dengan methanol dan zat warna metilen biru. Sehingga berwarna untuk
menandakan bahwa alkohol itu tidak boleh diminum. Alkohol yang dapat diminum
dikenakan pajak tinggi. Sifat-sifat alkohol : berat molekul 46, kerapatan 0,791 gram/
ml pada 20°C, titik lebur -117,3°C, titik didih
78,3°C, titik nyala 372°C, batas
keracunan 1000 btj, jenis mutu: kering (anhydrous), 95% dan denaturasi (Wanto &
Arief, 1981).
Jamur merupakan mikroba multiseluler yang banyak dimanfaatkan manusia
dalam fermentasi. Dalam bidang fermentasi umumnya yang digunakan adalah jamur
yang berbentuk hifa dan dikenal dengan sebutan jamur. Contohnya dalam pembuatan
tempe, alkohol, angkak dan kecap. Sedang yang dibudidayakan untuk diambil badan
buahnya dikenal sebagai cendawan, misalnya jamur tiram, jamur merang, jamur
kuping dan sebagainya (Hidayat et al., 2006).
Di antara mikroorganisme, etanol merupakan produk peragian gula yang
paling tersebar luas. Bahkan pada tumbuh-tumbuhan dan banyak fungi pada kondisi
anaerob terjadi penimbunan alkohol (etanol). Produsen utama alkohol ialah ragi
terutama dari spesies Saccharomyces cereviceae. Ragi seperti juga kebanyakan fungi
merupakan organisme anaerob, dalam lingkungan terisolasi dari semua yang udara,
Universitas Sumatera Utara
organisme ini meragikan karbohidrat menjadi etanol dan karbon dioksida. Juga pada
beberapa bakteri anaerob dan anaerob fakultatif, pada peragian heksosa dan pentosa
terjadi alkohol sebagai produk utama atau produk samping. Peragian glukosa menjadi
etanol dan karbon dioksida menjadi etanol dan karbon dioksida oleh ragi
Saccharomyces cereviceae terjadi melalui alur fruktosa difosfat. Transformasi piruvat
didekarbosilasi
menjadi
asetaldehida
oleh
piruvat
dekarboksilase
dengan
diikutsertakan tiamin pirofosfat, asetaldehida oleh alkohol dehidrogenase direduksi
dengan NADH2 menjadi etanol (Schlegel, 1994).
Alkohol merupakan bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman
yang mengandung pati seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu biasanya disebut
dengan bioethanol. Ubi kayu, ubi jalar, dan jagung merupakan tanaman pangan yang
biasa ditanam rakyat hampir di seluruh wilayah Indonesia, sehingga jenis tanaman
tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber
bahan baku pembuatan bioethanol atau gasohol. Namun dari semua jenis tanaman
tersebut, ubi kayu merupakan tanaman yang setiap hektarnya paling tinggi dapat
memproduksi ethanol. Selain itu pertimbangan pemakaian ubi kayu sebagai bahan
baku proses produksi bio-ethanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi.
Pertimbangan keekonomian pengadaan bahan baku tersebut bukan saja meliputi harga
produksi tanaman sebagai bahan baku, tetapi juga meliputi biaya pengelolaan
tanaman, biaya produksi pengadaan bahan baku, dan biaya bahan baku untuk
memproduksi setiap liter ethanol/bio-ethanol (Kartika, 2000).
Alkohol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya masih mengandung
gas-gas antara lain CO2 (yang ditimbulkan dari pengubahan glucose menjadi
ethanol/bio-ethanol) dan aldehid yang perlu dibersihkan. Gas CO2 pada hasil
fermentasi tersebut biasanya mencapai 35 persen volume, sehingga untuk memperoleh
ethanol/bio-ethanol yang berkualitas baik, ethanol/bio-ethanol tersebut harus
dibersihkan dari gas tersebut. Proses pembersihan (washing) CO2 dilakukan dengan
menyaring ethanol/bio-ethanol yang terikat oleh CO2, sehingga dapat diperoleh
ethanol/bio-ethanol yang bersih dari gas CO2). Kadar ethanol/bio-ethanol yang
dihasilkan dari proses fermentasi, biasanya hanya mencapai 8 sampai 10 persen saja,
sehingga untuk memperoleh ethanol yang proses distilasi. Proses distilasi
Universitas Sumatera Utara
dilaksanakan melalui dua tingkat, yaitu tingkat pertama dengan beer column dan
tingkat kedua dengan rectifying column. Definisi kadar alkohol atau ethanol/bioethanol dalam % (persen) volume adalah “volume ethanol pada temperatur 15°C yang
terkandung dalam 100 satuan volume larutan ethanol pada temperatur tertentu
(Wasito, 1981).
Asam-asam organik dari produk fermentasi merupakan hasil hidrolisis asam
lemak dan juga sebagai hasil aktivitas pertumbuhan bakteri. Penentuan kuantitatif
asam organik pada produk fermentasi adalah penting untuk mempelajari kontribusi
bagi aroma sebagian besar produk fermentasi, alasan gizi, dan sebagai indikator
aktivitas bakteri (Bevilacqua & Califano, 1989). Asam-asam organik juga sering
digunakan sebagai acidulants (bahan pengasam) yang dapat menurunkan pH.
Sehingga pertumbuhan mikroba berbahaya pada produk fermentasi akan terhambat
(Winarno, 1997).
Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol dengan fermentasi
adalah sebagai berikut:
C6H12O6
2 C2H2O5 + CO2
jika digunakan disakarida seperti sakarosa, reaksinya adalah sebagai berikut, reaksi
hidrólisis reaksi fermentasi sama seperti penggunaan monosakarida.
C12H22O11 + H2O
2 C6H12O6
Khamir tidak dapat langsung menfermentasikan pati. Oleh karena itu tahap yang
penting adalah proses sakarifikasi, yaitu perubahan pati menjadi maltosa dan glukosa
dengan menggunakan enzim atau asam. Hasil alkohol ditentukan secara langsung dari
banyaknya pati yang ada di dalam bahan atau asal isolat (Hidayat et al., 2006).
Teknologi fermentasi merupakan salah satu cara pengolahan dan pengawetan
makanan, baik secara konvensional maupun modern, dengan memanfaatkan mikroba
baik langsung maupun tidak langsung. Dalam proses fermentasi, mikroba maupun
enzim yang dihasilkan dapat menstimulir flavor yang spesifik, meningkatkan nilai
cerna bahan pangan, menurunkan kandungan antigizi atau bahan lain yang tidak
Universitas Sumatera Utara
dikehendaki, dan dapat menghasilkan produk atau senyawa turunan yang bermanfaat
bagi kehidupan manusia). Dengan kata lain teknologi fermentasi dapat meningkatkan
nilai guna dan nilai sosial ekonomi bahan pangan (Neech et al., 1985).
Mikroba tersebar luas di alam, sehingga proses fermentasi dapat terjadi secara
alami. Namun, fermentasi alami mempunyai beberapa kelemahan antara lain
prosesnya tidak terkendali sehingga mutu produk yang dihasilkan tidak konstan.
Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan ragi atau starter yang sesuai dengan bahan
dan produk akhir yang diinginkan. Tempe merupakan salah satu produk fermentasi
asli Indonesia yang banyak dikembangkan baik oleh peneliti dalam maupun luar
negeri, sehingga dari proses fermentasi alami telah dikembangkan sampai proses
modern untuk menghasilkan produk generasi lanjutan (Fardiaz, 1986). Sosis dikenal
sebagai produk fermentasi dari Eropa, padahal produk sejenis sosis, yaitu urutan
merupakan produk fermentasi daging tradisional asal Bali. Perbaikan mutu dengan
pengendalian proses pengembangan starter serta modifikasi bahan baku untuk
memperluas jangkauan konsumen dan pasar telah diteliti antara lain oleh
Hermanianto dan Widowati.
Fermentasi yang terjadi pada gula seperti contohnya: glukosa, fruktosa,
sukrosa dan maltosa adalah sebagai reaksi metabolisme kunci dari sebagian besar
yeast apabila dikulturkan dalam media yang kondisinya fakultatif anaerob. Hal ini
juga disebabkan karena pada umumnya gula terdapat dalam makanan dan minuman
sehingga pada kondisi yang seperti itu mudah terjadi proses fermentasi oleh yeast
(Berry & Brown, 1987).
2.5 Fermentasi Durian
Indonesia
memiliki
berbagai
jenis
varietas
durian
yang
sangat
beragam
penampilannya, yang tersebar luas mulai dari Sumatera hingga Papua. Namun, dari
sekian banyak daerah, durian ternyata hanya terpusat di Jawa, Sumatera, dan
Kalimantan. Durian lokal pada umumnya mempunyai tingkat adaptasi yang luas
terhadap iklim, mulai dari daerah beriklim basah, sedang hingga kering. Kelebihan ini
Universitas Sumatera Utara
merupakan keunggulan karena masa berbuah durian menjadi panjang, sehingga durian
dapat dipanen hampir sepanjang tahun. Jenis/varietas yang beragam juga akan
mengurangi kemungkinan tanaman mati secara serentak akibat serangan hama dan
penyakit (Balitbu, 2001).
Pada fermentasi tempoyak dalam penelitian Ekowati (1998) terbentuk asamasam organik meliputi asam butirat 7,3% untuk substrat daging buah kuning dan 6,2%
untuk substrat daging buah putih, asam laktat 1,6% (daging buah putih) dan 1,7%
(daging buah kuning). Kadar asam asetat 0,34% untuk daging buah putih dan 0,27%
untuk daging buah kuning, serta kadar asam malat dan sitrat kurang dari 0,01%.
Substrat yang dapat digunakan untuk fermentasi dengan menggunakan khamir
adalah gula, kandungan gula pada sari buah untuk pembuatan anggur umumnya
bervariasi antara 12-25 %. Kadar gula yang baik untuk fermentasi adalah 16 %, hal ini
bertujuan untuk mempercepat pertumbuhan khamir pada awal fermentasi (Sai’d,
1987). Selama fermentasi alkohol, lemak dari sari buah akan dipecah oleh enzim
lipase menjedi asam lemak yang dapat bereaksi dengan alkohol membentuk ester dan
protein dari sari buah akan dipecah oleh enzim protease menjadi peptida dan juga
asam amino (Muljohardjo, 1988).
Durian (Durio zibethinus) Nilai khasiat per 100 g adalah karbohidrat 27.09 g,
serat pangan 3.8 g, lemak
5.33 g, protein 1.47 g, air 65g, vitamin C 19.7 mg 33%,
kalium 436 mg 9 %. Durian juga banyak mengandung vitamin B1, vitamin B2, dan
vitamin C, kalsium dan fosfor (USDA National Nutrient Database, 2008).
Universitas Sumatera Utara