Pengendalian mikrobia dengan asam organik

PENGAWETAN MAKANAN
MENGGUNAKAN
BAHAN KIMIA
Dr. Ir. Eni Harmayani, M.Sc.
Pendahuluan




Bahan-bahan kimia yang sering digunakan dalam makanan untuk
mencegah atau menunda terjadinya pembusukan makanan disebut bahan
pengawet.
Bahan pengawet dapat dikategorikan sebagai makanan tambahan (food
additive).
FAO mendefinisikan bahan makanan tambahan sbb : “setiap substansi
yang tidak biasa dikonsumsi baik secara sendiri maupun sebagai
bahan dasar makanan, baik substansi tersebut mempunyai nilai
nutrisi atau tidak, tujuan penambahannya dalam makanan adalah
untuk alasan teknis (termasuk organoleptis), prosesing, preparasi,
perlakuan pendahuluan, pengemasan, transport atau
mempertahankan produk makanan jadi, bahan makanan tambahan
tersebut atau produk sampingnya diharapkan menyebabkan (secara
langsung maupun tak langsung) menjadi suatu komponen yang
mempengaruhi karakterisitik dari makanannya”.
Ada beberapa bahan pengawet yang sering digunakan dalam makanan
diantaranya adalah sebagai berikut.
Penggunaan Asam Organik dan Ester sebagai Pengawet Makanan
Bhn Kimia
pKa
ADI
(mg/kg BB)
Contoh Penggunaan
Asetat
4.75
Tidak terbatas
Daging, ikan, dan produk
sayuran
Sodium diasetat
4.75
Tidak terbatas
Roti dan produk bakery
Sodium benzoat
4.2
5
Saus asam, salad, ikan,jus buah,
minuman ringan, jam, margarin
Asam sitrat
3.1
Tidak terbatas
Minuman ringan
Asam laktat
3.1
Tidak terbatas
Krim salad dan mayonnaise
Metil paraben
8.5
10
Idem sodium benzoat
Etil paraben
8.5
10
Idem sodium benzoat
Propil paraben
8.5
10
Idem sodium benzoat
Asam sorbat
4.8
25
Keju, produk susu, produk roti, jus
buah, saus asam, salad, jam, jely,
margarin, minuman ringan, ikan
dan produk daging
Sodium propionate
4.9
10
roti dan produk keju
(Baird-Parker, 1980)
Asam benzoat dan komponen sejenisnya



Asam benzoate (C6H5COOH) dan garam sodiumnya
(C7H5NaO2) bersama-sama dengan metil- dan
propilparaben dikelompokkan bersama dalam
bagian ini.
Sodium benzoat merupakan bahan pengawet kimia
pertama yang diijinkan oleh FDA.
Komponen ini sampai sekarang masih banyak
digunakan dalam berbagai makanan.
Aktivitas antimikrobia as. benzoat






berhubungan dengan pH
terbesar pada pH rendah
terdapat pada molekul yang tidak terdisosiasi
tidak aktif pada pH yang netral
terutama untuk menghambat pertumbuhan
jamur dan yeast
metil dan propilenparaben (ester dari
parahidroksi asam benzoat) disebutkan
efektif terhadap bakteri, yeast, dan jamur.
Penggunaan as. benzoat :



terbatas pada makanan yang keasamannya
tinggi, misalnya : sari buah, soft drink, saus
tomat, salad dressings, margarin, sirup, dll.
pada bahan makanan tertentu seperti sari
buah tingkat penambahan maksimumnya
0,1%.
mempengaruhi rasa yaitu seperti merica
Asam Sorbat


Asam sorbat (CH3CH=CHCH=CHCOOH)
biasa digunakan sebagai bahan pengawet
dalam bentuk garam kalsium, sodium, atau
potassiumnya.
Jumlah yang diperbolehkan dalam makanan
adalah 0,2%.
Aktivitas mikrobia :






lebih efektif dalam makanan dengan keasaman
tinggi.
bekerja paling baik pada pH dibawah 6.0
biasanya tidak aktif pada pH sekitar 7.0
pada pH 4.0-6.0 lebih efektif daripada sodium
benzoat, pada pH 3.0 ke bawah, sorbat sedikit lebih
efektif dari propionat tetapi hampir sama dengan
benzoat.
terdapat pada molekul yang tidak terdisosiasi
penghambatannya pada jamur dilaporkan pada
aktivitas sistem enzim dehidrogenasenya.
Mikrobia yang dihambat as. sorbat :



terutama jamur dan yeast
Salmonella spp., streptococci fekal, dan
staphylococci tetapi tidak menghambat
clostridia
bakteri asam laktat tidak terhambat oleh
sorbat pada pH 4,5 ke atas.
Penggunaan as. sorbat :



lebih banyak digunakan pada apel cider
karena sedikit mempengaruhi rasa
dibandingkan dengan benzoat.
efektif untuk sirup coklat, jelli, kue, buah
kering, salad dressing, fig, sirup, keju,
macaroni salad, dll.
metabolisme sorbat oleh tubuh menjadi CO2
dan H2O disebutkan hampir sama dengan
metabolisme asam lemak.
Sulfur dioksida

Sulfur dioksida (SO2) dan garam sodium dan
potasium sulfitnya (=SO3), bisulfit (-HSO3),
dan metabisulfit (+S2O5) bekerja dengan cara
yang hampir sama.
Aktivitas antimikrobia sulfur dioksida :



asam sulfurik tak terdisosiasi atau molekul
SO2-nya
kemampuannya sebagai pereduksi yang kuat
sehingga dapat mereduksi oksigen
bekerja pada beberapa sistem enzim
esensial
Mikrobia yang dihambat sulfur dioksida:


bakteri asam laktat dan bakteri asam asetat
dan beberapa jamur lebih sensitif
dibandingkan dengan yeast
diantara yeast, spesies yang lebih aerobik
lebih sensitif terhadap SO2 dibandingkan
dengan spesies yang fermentatif.
Penggunaan sulfur dioksida:



SO2 digunakan dalam bentuk
gas atau cair atau dalam bentuk
netral atau garamnya
dalam buah-buahan kering, sari
buah, molases, wine, sari buah,
dll.
jumlahnya tergantung bahan
makanan yang digunakan
(contoh : raisin, sirup glukosa :
40 mg/kg; jam dan jelli : 100
mg/kg)
Propionat



Asam propionat adalah asam organik dengan
tiga karbon dengan rumus molekul
(CH3CH2COOH).
Kecenderungan asam propionat dan
garamnya untuk terdisosiasi adalah rendah,
dan komponen ini aktif dalam bahan
makanan yang berpH rendah.
Asam propionat khususnya berfungsi
sebagai agen antimold dan antirope.
Aktivitas antimikrobia propionat :



Aktivitas anti mikrobia asam lemak
secara umum menunjukkan bahwa
asam organik dengan atom karbon
kurang dari 7 lebih efektif
khususnya terhadap jamur.
Beberapa asam lemak diketahui
mempengaruhi permeabilitas sel
dengan jalan merusak membran sel
dari mikroorganisme.
Aktivitas antimikrobia propionat
masih belum jelas benar.
Mikrobia yang dihambat oleh propionat :


khususnya jamur
aktivitas penghambatannya terutama sebagai
fungistatik
Penggunaan propionat :


dapat digunakan dalam roti, kue, keju, dll.
penggunaannya tidak dibatasi namun untuk
keju digunakan 3000 mg/kg.
Etilen dan propilen oksida

Etilen dan propilen oksida (berturut-turut : HCOOC2H5
dan HCOOCH3) mempunyai aktivitas yang serupa.
Strukturnya adalah sebagai berikut :
H 2C
CH2
O
H 2C
O
CH
CH3
etilen oksida
propilen oksida
Aktivitas antimikrobia etilen dan
propilen oksida :






Etilen oksida merupakan alkylating agents
Aktivitas antimikrobianya diduga berhubungan dengan
sifat tersebut
Dengan adanya atom-atom H yang labil, cincin etilen
oksida yang tidak stabil ini akan terpisah.
Atom H akan berikatan dengan oksigen sehingga
membentuk radikal hidroksil etil, CH2CH2OH, yang
kemudian berikatan dengan molekul organik yang telah
ditinggalkan atom H-nya.
Akibatnya, gugus hidroksil etil ini dapat menutup gugus
reaktif protein mikrobia sehingga terjadi penghambatan.
Di antara gugus-gugus yang dapat memberi atom H-labil
adalah : COOH, NH2, -SH, dan OH.
Mikrobia yang dihambat :


khususnya jamur
Penggunaan :



biasa digunakan sebagai fumigan
jumlah dan makanan yang
diperbolehkan : dalam FAO/WHO food
additive data system tidak disebutkan.
Gula dan garam



Komponen-komponen ini mempunyai
kesamaan dalam cara kerjanya.
Garam telah digunakan sebagai bahan
pengawet sejak dahulu kala.
Pertama kali digunakan untuk pengawetan
daging dengan menggunakan pengeringan.
Aktivitas antimikrobia gula dan garam :





Plasmolisis akibat dari perbedaan konsentrasi di dalam
dan di luar sel.
Menurunkan aktivitas air (aw) sehingga tidak dapat
digunakan untuk pertumbuhan mikrobia.
Untuk dapat digunakan secara efektif perlu digunakan
jumlah yang cukup sehingga terjadi kondisi hipertonik.
Perbedaan utama antara garam dan gula dalam hal
aktivitas antimikrobianya adalah konsentrasi yang
diperlukan.
Untuk gula (sukrosa) dibutuhkan konsentrasi 6 kali lebih
besar dibandingkan dengan garam.
Mikrobia yang dihambat :


terutama bakteri
Penggunaan :




Kebanyakan bakteri non marine dapat
dihambat pada konsentrasi 20%, sedangkan
untuk jamur biasanya tahan terhadap
konsentrasi yang lebih tinggi.
Garam biasa digunakan pada pengawetan
ikan dan daging.
Gula biasa digunakan panda pengawetan
buah-buahan, permen, susu kental, dsb.
Nitrat dan nitrit

Sodium nitrat (NaNO3) dan sodium nitrit
(NaNO2) serta garam potasiumnya biasa
digunakan dalam curing untuk daging cured
karena mereka dapat menstabilkan warna
merah daging dan juga mampu menghambat
kebusukan dan m.o. penyebab keracunan.
Aktivitas antimikrobia nitrat dan nitrit





Ion nitrit sangat reaktif dan dapat digunakan sebagai
agen pereduksi dan pengoksidasi.
Dalam suasana asam, ion nitrit terionisasi menghasilkan
(3HONO) yang kemudian terurai menjadi (NO) yang
merupakan produk penting untuk pembentukan warna,
namun tampaknya tidak berpengaruh terhadap bakteri.
NO2 diduga mempunyai aktivitas antimikrobia.
Aktivitas antimikrobianya naik dengan turunnya pH dalam
suasana asam.
Pengaruh ini diikuti dengan meningkatnya HNO2 yang
tidak terdisosiasi.
Penggunaan nitrat dan nitrit



Pada produk-produk daging curing.
Konsentrasi : tidak lebih dari 200 ppm.
Nitrit sangat toksik pada konsentrasi tinggi
dan dapat berakibat fatal.
Efek Nitrit pada Daging


Bereaksi dengan komponen daging atau
aktivitas metabolik mikrobia
Termasuk didalamnya bereaksi dengan
pigmen heme, protein non-heme, dan
komponen lain
Efek Nitrit terhadap cita rasa

Bahan yang berpengaruh pada rasa a.l :



Garam, gula, asap, dan nitrit
Nitrit bereaksi dengan komponen daging
terutama daging babi untuk meningkatkan
cita rasa
Peningkatan tersebut lebih terasa
dibandingkan jika daging hanya diawetkan
dengan garam
Efek Nitrit terhadap warna

Perubahan pigmen daging (myoglobin,
sedikit hemoglobin) akibat penambahan nitrit
Oksigenasi
Myoglobin Fe2+
Merah keunguan
Oksimyoglobin Fe2+
Merah menyala
deoksigenasi
Oks-red
Nitrat Oksida
Nitrat Oksida Myoglobin
Merah
Fe2+
Reduksi + oksigenasi
Oksidasi
Metmyoglobin Fe3+
Coklat
Nitrat oksida + reduksi
Denaturasi protein (panas)
Nitrosil Homokrom
Pink
Fe2+
Oksidasi (nitrit)
Denaturasi protein (panas)
Oksidasi
Nitrat oksida + reduksi
Metmyoglobin yang terdenaturasi
Coklat
Fe3+
Pigmen porphirin teroksidasi
(hijau, kuning, tak berwarna)
Asam asetat dan asam laktat

Kedua asam organik ini termasuk di antara
bahan pengawet yang paling sering
digunakan.
Aktivitas antimikrobia as. laktat dan as.
asetat :


Aktivitas antimikrobianya dikarenakan
kemampuannya menurunkan pH di bawah
kisaran pertumbuhan dan terganggunya
metabolisme akibat molekul asam yang
tidak terdesosiasi.
Penggunaan as. laktat dan as. asetat :



Terdapat pada produk-produk fermentasi
seperti pickle, sauerkraut, susu fermentasi.
Dalam sauerkraut asam laktat harus ada
paling sedikit 1,5% dari produk akhirnya.
Pengawet kimia lainnya

sodium diasetat



hidrogen peroksida



digunakan pada ekstrak flavor
diethylpyrocarbonate


digunakan pada pasteurisasi susu
etanol


merupakan derivat asam asetat
digunakan dalam roti dan cake untuk mencegah jamur
digunakan pada pembuatan wine untuk menghambat yeast
sequestrant (EDTA)
asap kayu

mengandung formaldehid, asam alifatik, keton, fenol, aldehid,
metanol, kersol, dll.
Pengawet Kimia makanan
Pengawet
Batas
toleransi
Organisme Makanan
yang
dihambat
Asam propionat 0.32%
dan propionat
Kapang
Roti, cake, keju
Asam sorbat
dan sorbat
0.2%
Kapang
Keju keras, sirup, salad
dressing, jely, cake dll.
Asam benzoat
dan benzoat
0.1%
yeast dan
kapang
Margarin, cuka apel, minuman
ringan, saus tomat, salad
dressing dll.
Sodium diasetat 0.32%
Kapang
Roti
Sodium nitrit
200 ppm
Bakteri
Filet ikan, daging, salmon asap
Etil format
15-200
ppm
Jamur
Buah kering dan kacang
NaCl dan gula
Tidak ada Mikrobia
NaCl : daging. Gula : jely dll
Asam
dehidroasetat
65 ppm
Pestisida pada strawberry dan
squash
serangga
BAKTERIOSIN (BIOKONTROL)

Produk ekstraseluler berupa protein yang
sintesanya dikode langsung oleh ribosom
bakteri, memiliki aktivitas antibakteri
dengan spektrum yang relatif sempit.
(Jack et al., 1995)
Bacteriocin as Food Biopreservatives
(Antimicrobial activity of bacteriocins against pathogenic bacteria)
Activities of bacteriocin of Pediococcus acidilactici F-11 (PAF-11)
5
5
4
4
cfu/ml (x log10)
cfu/ml (x log10)
Aplikasi bakteriosin PAF-11 sebagai
pengawet susu yang didinginkan
3
3
2
2
1
1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
2
4
ss+SM22
8
10
12
14
16
day
day
ss+aq
6
ss+F11
Pertumbuhan bakteri pada susu steril
yang diinokulasi dan diberi bakteriosin
sp+aq
sp+SM22
sp+F11
Pertumbuhan bakteri pada susu paterusisasi
yang diberi bakteriosin
Aplikasi bakteriosin PAF-11 sebagai pengawet
daging dan udang segar yang didinginkan
Kurva pertumbuhan mikrobia daging (4oC)
dengan pemberian supernatan (bakteriosin)
Leuconostoc SM-22 dan P. acidilactici F-11
cfu/gr (x log10)
8
7
6
5
4
0
1
2
3
4
5
hari
dag
dag+SM22
dag+F11
Pertumbuhan bakteri pada daging (4oC)
dg pemberian bakteriosin SM-22 dan F-11
Pertumbuhan bakteri pada udang (4oC)
dg pemberian bakteriosin SM-22 dan F-11
Metoda Penyemprotan

Ray, B. 1996. Fundamental Food Microbiology.
CRC Press, Inc.