BAB V. ASOSIASI MIKROBIA DENGAN BAHAN PANGAN DAN

BAB V. ASOSIASI MIKROBIA DENGAN BAHAN PANGAN
DAN FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
PERTUMBUHAN MIKROBIA
Jika mikrobia mengkontaminasi bahan pangan, maka akan terjadi 4
kemungkian pada populasi mikrobia tersebut, dan akan terjadi 3 kemungkian pada
bahan pangan tersebut.
A. Ditinjau dari aspek mikrobia
Dikaji pada populasi mikrobia yang mengkontaminasi bahan pangan,
maka kemungkinannya adalah sebagai berikut:
1. Pertumbuhan (growth)
2. Kematian (death)
1
Σ sel
3
3. Dormant (menempel)
4. Stimulasi
4
Waktu
B. Ditinjau dari aspek bahan pangan
Dikaji pada bahan pangan yang dikontaminasi bahan pangan, maka
kemungkinannya adalah sebagai berikut:
1. Bahan pangan mengalami kerusakan (spoilage) atau kemunduran mutu (food
spoilage)
2. Bahan pangan mengalami perubahan bersifat beracun / toksik atau menyebabkan
infeksi (food borne disease)
3. Bahan pangan mengalami perubahan bersifat menjadi “lebih baik” atau fermented
food
51
C. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikrobia pada Bahan
Pangan
Jawaban, mengapa terdapat 4 kemungkian nasib populasi mikrobia karena
tergantung pada 4 faktor berikut, yaitu:
1. Faktor Intrisik (Bahan Pangan)
2. Faktor Ekstrinsik (Di luar Bahan Pangan)
3. Faktor Pengolahan
4. Faktor Implisit (Mikrobia)
Jika faktor-faktor tersebut mendukung pertumbuhan mikrobia, maka mikrobia
akan tumbuh, tetapi jika tidak maka hal sebaliknya akan terjadi.
1. Faktor Intrinsik (Bahan Pangan)
Daya tahan mikroba sangat tergantung pada banyak faktor seperti (1)
konsentrasi ion hidrogen (pH), (2)kebutuhan air (Aw=water activity), (3) tekanan
oksigen, (4) kandungan zat gizi dan (5) senyawa penghambat, (6) Struktur biologis.
Semua faktor tersebut merupakan kebutuhan intrnsik yaitu harus berada dalam
keadaan seimbang untuk mencapai kondisi optimal bagi mikroba untuk berkembang
biak. Parameter tersebut merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dari jaringan
tubuh tanaman dan ternak dan akan menentukan kesanggupan mikroba untuk dapat
tahan hidup.
a. pH dari Bahan Pangan
Derajat kesaman pangan memiliki pengaruh terhadap pertumbuhan dan
viabilitas mikrobia. Setiap mikrobia memiliki pH optimum dan kisaran untuk
pertumbuhannya (Tabel 5. 1). Secara umum, kapang dan yeast dapat tumbuh pada pH
lebih rendah daripadabakteri. Kisaran pH untuk pertumbuhan kapang 1,5 – 9, yeast 28,5, dan bakteri Gram positif 4-8,5, dan bakteri Gram negatif 4,5-9.
52
Tabel 5. 1. Derajat keasaman (pH) minimal dan maksimal untuk pertumbuhan
beberapa mikrobia
pH
Minimal
Maksimal
E.coli
4,4
9
Salmonella
4,5
8
Mold
1,5 – 2
11
Yeast
2,5
8 – 8,5
Beberapa contoh pH produk pangan ialah daging ayam 6,2 – 6,4; daging sapi
sudah digiling 6,1 – 6,4; udang 6,2 – 6,4; milk 6,8 – 7; wortel 4,9 – 5,2; tomat 4,2
– 4,3; apel 2,9 – 3,3 dan semangka 5,2 – 5,6.
b. Kadar Air
Sebenarnya di bidang pengawetan bahan pangan parameter yang penting yaitu
Aw (aktivitas air) karena Aw mencerminkan jumlah air yang tersedia yang dapat
dikonsumsi oleh mikrobia. Air dalam bahan pangan dapat berbentuk terikat dan
bebas. Air bebas di dalam pangan itulah yang diperlukan untuk pertumbuhan
mikrobia. Air tersebut digunakan untuk: transpor nutrien, dan membuang sisa
metabolisme, membawa reaksi enzimatik, mensintesa meterial seluler, mengambil
bagian dalam reaksi biokimia, misalnya
hidrolisis polimer menjadi monomer
(protein menjadi asam amino).
Sebagian besar jenis makanan segar memiliki Aw sekitar 0.99. Aw minimal
kebanyakan bakteri perusak 0,91, yeast 0,88, dan kapang 0,8. Agar air tidak dapat
lagi dimanfaatkan oleh mikroba dapat dilakukan berbagai cara yaitu: (a) melarutkan
berbagai jenis bahan yang mudah larut atau ion-ion ke dalam suatu bahan, misalnya
53
gula dan garam (b) pembentukan gel yang membutuhkan air dan (c) pembentukan es
yang dapat mencegah adanya air bebas yang dapat dimanfaatkan mikroba.
Terikat
Air
Yang bisa dipakai
Bebas
Aw =
RH
%
100
= P/ Po = tekanan uapa air larutan (bahan) / tekanan uapa air murni ,
pada suhu oC tertentu.
Ka
‫׀‬
0
0,5
‫׀‬
Aw1
Ka =
Berat Bahan mula − berat kering x 100% (drybasis)
Berat Kering
=
Berat Bahan mula − berat kering x 100% (wetbasis)
Berat Bahan mula
Hubungan kadar air dan aktivitas air, bukan berupa garis lurus atau linier tetapi
sigmoid.
Ka ↑ → AW ↑
Ka ↓ → AW ↓
54
c. Potensial Oksidasi reduksi (Redoks) - simbol Eh dng satuan mV
Potensial oksidasi reduksi (redoks) dari suatu substrat secara umum dapat
didefinisi kemudahan substrat tersebut melepas/menerima elektron. Senyawa yang
melepas e berarti substrat disebut teroksidasi, sedangkan substrat menerima e
menjadi tereduksi.
Pada umumnya mikroba mempunyai kepekaaan yang berbeda- beda terhadap
tekanan oksigen dalam udara lingkungan hidupnya atau Oxygen- Reduction
Potential (=O-R Potential) dari medium pertumbuhannya. O-R Potential banyak
kaitannya dengan kemampuan medium atau substrat untuk dapat menangkap atau
melepaskan electron. Besarnya potensial tersebut dipengaruhi oleh: (a) potensial
instrinsik dari bahan makanan, (b) kemampuan untuk menahan terjadinya
perubahan O-R Potential (c) tekanan oksigen makanan dan (d) tingkat hubungan
makanan dengan atmosfer.
Nilai Eh sangat berhubungan dengan ketersediaan oksigen dalam bahan untuk
melakukan proses oksidasi. Nilai Eh dapat positif (+ ) dan negatif (-). Nilai negatif,
berarti substrat tersebut cocok/cenderung terjadi pertumbuhan mikrobia yang
bersifat anaerob, sedangkan nilai positif , berarti lebih cocok/mendukung mikrobia
dalam pertumbuhan aerob. Sebagai contoh, produk pangan: Juice (plant) memiliki
Eh +300 sampai + 400 mv. Hal ini tidaklah mengejutkan jika pangan tersebut
mudak dirusak oleh bakteri dan kapang aerob. Sebaliknya, daging utuh (whole)
memiliki Eh – 200 mv, tetapi berubah menjadi + 200 mv jka daging tersebut
dilakukan pengilingan.
Potong = + 200 mv
d. Kandungan Nutrien
Mikrobia untuk tumbuh memerlukan nutrient missal air, sumber karbon,
energi, vitamin dan faktor pertumbuhan dan mineral. Karena beberapa mikrobia
55
missal bakteri Gram positif kurang mampu menghasilkan vitamin. Oleh sebab itu
untuk meumbuhkannya perlu ditambahkan vitamin pada media tersebut.
Pada prinsipnya nutrien utama suata bahan pangan akan dapt dijadikan
indikasi munculnya mikrobia tertentu terkait dengan enzim mikrobia yang
dihasilkannya. Pada nutrien utama protein akan dikontaminasi mikrobia penghasil
enzim proteinase, lemak oleh lipase, pati oleh amilase dan seterusnya.
Pr oteolitik
Salmonella, Psedomonas
( protease)
(Ikan, daging)
•
Protein →
•
Lipida →
Lipolitik
Lipase
Candida lipolitica, Pseudomonas
(mentega, keju)
•
Karbohidrat →
Amilolitik
Aspergillus, Sacharomyces
Amilase
(ketela, nasi)
e. Konstituen Antimikrobia
Bahan pangan mempunyai anti mikrobia sehingga mikrobia mod sulit
menyerang bahan pangan. Senyawa-senyawa penghambat baik yang sejak awal sudah
ada didalam bahan makanan ditambah atau terbentuk selama proses pengolahan dapat
menghambat atau mencegah pertumbuhan mikroba. Misal putih telur mengandung
lizosim, fresh milk mengandung lactenin, cengkeh mengandung minyak eugenol,
sayur-sayuran atau buah-buahan dilapisi tanin, sedangkan pada buah cranberries
terdapat asam benzoat.
f. Struktur biologis bahan pangan
Zat penutup alami pada beberapa bahan pangan memberikan perlindungan secara
baik terhadap kerusakan oleh mikrobia. Bahan itu seperti cangkang pada telur,
kulit jangat pada hasil hewani, dan kulit pada kacang tanah. Contoh lainnya,
56
tempurung pada kelapa dan kemiri, pada buah apel dan semanggka dilapisi zat
lilin, dan labu (waluh) dilapisi kulit yang keras.
2. Faktor Ekstrinsik (Lingkungan di luar bahan pangan)
Faktor ekstrinsik adalah faktor-faktor yang ada kaitannya dengan kemampuan
mikroba untuk dapat tetap hidup. Diantaranya adalah suhu, kelengasan udara (RH%),
konsentrasi gas dalam lingkungan hidupnya dan radiasi.
a. Suhu penyimpanan
Mikroba memiliki kemampuan tumbuh dan berkembang biak dalam lingkungan
dengan kisaran suhu yang sangat luas. Mereka dapat dikelompokkan berdasarkan
pada pertumbuhan optimalnya.
1) Mikroba psyhrophiles atau psychrotrophis. Mikroba ini dapat tumbuh dengan
baik pada kisaran suhu antara 70 C sampai 100C. mereka dapat tumbuh
lambat pada suhu lemari es. Mikroba mesophiles tumbuh dengan baik pada
kisaran suhu 250 dan 400. Suhu pertumbuhan optimalnya antara 350 sampai
370C. banyak mikroba yang terdapat
pada makanan termasuk dalam
kategori mesophiles.
2) Mikroba thermophiles tumbuh baik pada suhu 450 atau lebih tinggi dengan
suhu pertumbuhan optimal antara 550 dan 650 C. Mikroba tersebut biasanya
merupakan penyebab kerusakan dan pembusukan makanan dalam kaleng,
yang mengakibatkan terjadinya flat sour yaitu isi kaleng menjadi asam tanpa
terbentuknya gas.
Jenis mikrobia atas dasar kebutuhan dengan “suhu” dapat dikelompokkan
menjadi Psikrofil, Mesofil, dan Termofil:
57
a. Mesofil min 5oC
opt 30oC
max 50oC
b. Psikrofil min 0oC
opt 15oC
max 35oC
c. termofil min 4oC
opt 60oC
max 80oC
Mesofil Termofil
Kecepatan
pertumbuhan
Psikrofil
0
40
80
suhu
Mikrobia ekstimtermofil dapat tumbuh pada suhu paling rendah 34oC dan
beberapa mikrobia ada yang mampu tumbuh di atas 90oC. Mikrobia yang dapat
tumbuh di bawah suhu 20oC namun tumbuh dengan baik/optimum antara 20-300C
disebut dengan mikrobia psikrofilik atau dimasukkan psikrotrof, sedangkan pada
kelompok mesofil tumbuh optimum antara 30-40oC sedangkan yang termofil suhu
optimum 55-65oC.
b. Kelembaban relatif (RH%)
Kelengasan relatif (RH) berpengaruh terhadap lingkungan atau atmosfer
tempat makanan berada. Bila RH terlalu tinggi makanan akan menyerap lebih
banyak air sehingga akan menimbulkan lingkungan yang lebih baik bagi
pertumbuhan mikroba. Bila kondisi yang tepat dimana RH dan suhu yang
diperlukan dapat dipenuhi maka timbullah kemungkinan untuk memperpanjang
masa simpan makanan.RH mempengaruhi besarnya aw (aktivitas air) dikalikan
100.
58
Komposisi Udara
Adanya gas seperti karbon dioksida dapat berfungsi sebagai bahan
pengawet
makanan.
Bila
gas
karbon
dioksida
dalam
atmosfer
ruang
penyimpananmencapai konsentrasi 10 persen (juga dikenal sebagai CAS = Control
Atmosphere Storage) maka kerusakan beberapa jenis buah-buahan dan sayuran
dapat dihambat.
N2
78%
O2
21%
CO 2
ͯ
0,03%
Others
Komposisi udara sangat mempengaruhi/
mendukung pertumbuhan mikrobia (aerob)
....
100 %
Tabel 5.2. Efek penyimpanan pada kondisi vakum, nitrogen, dan karbon dioksida
terhadap sosis.
0 Hari
Vakum 98
CO 2 140 hari
N 2 140 hari
9
2,4
4,8
5,4
5,6
5,9
Lactobacillus
viridescens 88
Lactobacillus
viridescens 88
hari
Log APC/g
pH
1,7
5,9
Mikrobia
dominan
(%)
Bacillus 34
Lactobacillus
Corynebacterium viridescens 38
34
Flavobacterium
8
Brochothrix 8
c. Radiasi
Radiasi pengion dapat merusak mikroba. Oleh karena itu radiasi
elektromagnetik biasa digunakan untuk membunuh mikroba dalam suatu proses yang
59
disebut sterilisasi dingin (Cold Sterilization), karena pada proses tersebut suhu tidak
mengalami kenaikan.
3. Faktor Pengolahan (∆ Intrinsik, ∆ Ekstrinsik)
Adanya faktor pengolahan mengakibatkan terjadinya perubahan kondisi
intrinsik bahan pangan. Pengolahan ini dapat bersifat fisika maupun kimiawi.
Contoh : pengolahan fisikawi:
•
Pengecilan ukuran
Akan terjadi kerusakan struktur biologis perlindungan bahan makanan
akibatnya kontaminasi akan lebih berpeluang mungkin terjadi karena luas
permukaan bahan akan menjadi lebih besar mudah kontak dengan udara.
•
Pengeringan
Jagung, padi, kelapa dikeringkan menyebabkan molekul H 2 O menguap naik →
AW turun
•
Pengentalan
→ pembuatan sirup → AW ↓
→ penggaraman
•
Pengemasan (lingkungan)
RH « atau RH»
RH dipertahankan
Pengemasan/perlindungan
1. Plastik
2. Alumunium foil
3. Kaleng dsb.
•
Pemanasan - Pasteurisasi
60
- Sterilisasi
Faktor pengolahan bisa merubah faktor intrinsik bahan pangan maupun
ekstrinsik.
4. Faktor Implisit
Faktor bawaan/sifat genetik dari suatu mikrobia kecepatan pertumbuhan. Pada
umumnya laju pertumbuhan : Bakteri > yeast > jamur
Kondisi persyaratan untuk pertumbuhan mikrobia ialah (a) inokulum sel yang
hidup atau jumlah sel awal, (b) tersedianya sumber energi, (c) tersedianya nutrien,
(d) tidak adanya inhibitor, (e) kondisi fisikokimia yang cocok. Jika persyaratan
untuk pertumbuhan terpenuhi, maka dalam interval waktu tertentu (dt), akan
terjadi kenaikan biomassa sel (dX) yang jumlahnya proposional dengan jumlah
biomassa yang ada, sehingga dapat dinyatakan:
dX = µ X dt atau
dX/dt = µ X
dimana:
µ = konstan laju pertumbuhan atau kecepatan pertumbuhan spesifik
X = Jumlah sel/ ml atau biomassa / ml
t = waktu yang diperlukan untuk pertumbuhan
Koefisien diferensial (dX/dt) merupakan laju pertumbuhan populasi sel. Parameter
µ mewakili laju pertumbuhan per unit biomassa atau (1/X) (dX/dt), yang disebut
sebagai laju pertumbuhan spesifik, yang memiliki dimensai resiprok dari waktu
(1/t). Analogi dengan bunga investasi, maka µ sebesar 0,1 h-1 ekivalen dengan laju
bunga sebesar 10% per jam.
Antagonistik
Dua atau lebih mikrobia di dalam pangan dapat mempengaruhi secara
berkebalikan dalam pertumbuhan satu dengan lainnya, atau satu mikrobia
61
dapat bercampur dengan pertumbuhan satu atau lebih tipe mikrobia dan
kadang-kadang satu mikrobia dapat membunuh mikrobia lainnya.
Bakteri laktat
Susu
Susu
(laktosa)
Hidrogen
peroksida
Asam laktat
Jamur, bakteri
lain
Contoh :
Penicillium
Bahan
pangan
Bahan pangan
penicilin
Mikroba lain
a. Simbiotik
Mikrobia yang satu selama pertumbuhannya di dalam bahan pangan
membantu pertumbuhan mikrobia lainnya.Satu tipe mikrobia dapat mengasilkan
menghasilkan metabolit yang diperlukan oleh tipe mikrobia kedua yang mana
metabolit tersebut tidak dapat dihasilkannya. Selanjutnya, spesies mikrobia
kedua mengasilkan nutrien yang bermanfaat menstimulasi pertumbuhan mikrobia
tipe pertama. Interaksi demikian ditunjukkan pada beberapa pangan fermentasi,
misalnya yogurt. Streptococcus thermophilus menghidrolissi protein susu oleh
proteinase ekstraseluler dan menghasilkan asam-asam amino, yang mana nutrien
ini diperlukan untuk pertumbuhan Lactobacillus brueckii subsp. bulgaricus.
Berikutnya, Lactobacillus menghasilkan asam format, yang dapat menstimulasi
laju pertumbuhan spesies Streptococcus lebih cepat.
62
b. Sinergetik
Mikrobia dalam suatu bahan bahan pangan dapat saling mendukung
pembentukan suatu metabolit. Meskipun laju pembentukannya lambat, masingmasing spesies dapat menghasilkan metabolit secara individual. Ketika mikrobia
tersebut ditumbuhkan bersama, maka laju pertumbuhan dan pembentukan byproduct dapat meningkat. Contoh, Streptococcus thermophilus dan Lactobacillus
brueckii subsp. bulgaricus, ketika ditumbuhan dalam media susu secara terpisah,
dapat menghasilakan 8-10 ppm asetaldehida, yakni metabolit penguat flavor yang
diinginkan pada yogurt. Tetapi, dapat mencapai 30 ppm asetaldehida ketika
ditumbuhkan bersama-sama. Pada produksi pangan fermentasi, dua strain atau
spesies dapat digunakan untuk menginduksi pertumbuhan sinergistik.
F ( Waktu, Jarak)
Pangan
Konsu
1. Kerusakan
2. Beracun
Merugikan
konsumen
Mikrobia
Pengolahan pangan :
1. Meningkatkan penerimaan konsumen
2. Meningkatkan nilai ekonomi bahan pangan
3. Meningkatkan umur simpan
4. Diversifikasi pangan
Pengolahan Pangan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Pemanasan ———→ pengalengan (sterilisasi)
Pendinginan
Pembekuan
Pengentalan
Penambahan Bahan Pengawet
Irradiasi
Non thermal : tekanan tinggi, medan magnet, medan listrik
63
64