BAB II Nata berasal dari bahasa Spanyol yang apabila

5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Nata
Nata berasal dari bahasa Spanyol yang apabila diterjemahkan ke dalam bahasa
latin menjadi “natare” yang berarti terapung-apung (Susanti,2006). Nata termasuk
produk fermentasi, seperti halnya yoghurt. Starter yang digunakan adalah bakteri
Acetobacter xylinum, jika ditumbuhkan di media cair yang mengandung gula,
bakteri ini akan menghasilkan asam asetat dan lapisan putih yang terapung-apung
di permukaan media cair tersebut. Lapisan putih itulah yang dikenal sebagai nata.
Nata dikembangkan pertama kali di negara Filipina. Percobaan pengembangan di
Indonesia dilakukan di Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Hasil
Pertanian Bogor tahun 1975, Kandungan terbesar dalam nata adalah air 98%
(Susanti, 2006).
Pembentukan nata memerlukan starter sebanyak 10-20% dari volume media
sebagai starter mikroba (Saragih, 2004). Dengan adanya jumlah stater yang
sesuai, maka bakteri dapat mencapai pertumbuhan secara optimum. Umur kultur
Acetobacter xylinum yang digunakan dalam fermentasi berpengaruh terhadap
pembentukan nata (Saragih, 2004).
Bahan-yang berbasis kearifan lokal yang bisa dijadikan nata adalah bahan
yang mengandung karbohidrat seperti jagung, beras, singkong, aloe vera, tomat,
ubi-ubian, air kelapa, limbah nanas, limbah cair tahu dapat di fermentasi menjadi
produk nata. Air kelapa sebagai bahan baku disebut nata de coco, limbah buah
nanas sebagai nata de pina, limbah cair tahu sebagai nata de soya dan lidah buaya
5
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
6
sebagai nata de aloe vera dan limbah air cucian beras sebagai nata de leri.
(Warisno,2009)
2.2 BakteriAcetobacter xylinum
Sutarminingsih (2004), menyebutkan bahwa bakteri Acetobacter xylinum
dapat diklasiflkasikan dalam golongan:
Divisio : Protophyta
Kelas : Schizornycetes
Ordo : Pseudomonnales
Famili : Paseudomonas
Genus : Acetobacter
Spesies : Acetobacter xylinum
Gambar 2.1 scanning electronmicrograph of freeze-dried surface of bacterial
cellulose gel(Iguchi, Yamanaka et al. 2000)
Dalam gambar 2.1 berikut memperlihatkan bentuk bakteri Acetobacter
xylinum yang dilihat menggunakan mikroskop elektron. Dapat terlihat bahwa
warna dari A. xylinum berwarna putih dan berbentuk batang (basil).(Iguchi,
Yamanaka et al. 2000)
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
7
Bakteri Acetobacter xylinum adalah bakteri Gram negatif yang dapat
mensintesis selulosa dari glukosa. Selulosa ini memiliki pori melintang pada
kristal mini glukan yang kemudian terkoalisi kedalam mikrofibril. Cluster
mikrofibril yang ada dalam struktur senyawa yang terbentuk seperti pita-pita ini
dapat diamatai secara langsung menggunakan mikroskop.(Moat, 1986; Forng et
al.,1989).
Starter nata merupakan mikroorganisme yang diinokulasi ke dalam
medium fermentasi pada saat fase pertumbuhan eksponensial. Starter yang baik
memenuhi kriteria sebagai berikut: sehat dan aktif, dapat digunakan dalam jumlah
medium fermentasi, bebas kontaminasi, dan dapat membatasi kemampuannya
untuk memproduksi produk akhir. Starter yang digunakan pada pembuatan nata
de coco biasanya berasal dari kultur cair yang disimpan selama tiga sampai empat
hari sejak inokulum Mikroba yang aktif dalam pembuatan nata adalah bakteri
pembentuk asam asetat yang tergolong dalam Genus Acetobacter yaitu
Acetobacter xylinum. (Collado 1986; Nurmiati 2010).
Acetobacter xylinum mempunyai tiga enzim yang aktif, yaitu enzim
kinase, enzim ekstraseluler selulosa polimerase, dan enzim protein sintetase.
Enzim ekstraseluer selulosa polimerase aktif pada pH 4 yang berfungsi untuk
membentuk benang-benang selulosa (nata). Enzim protein sintetase aktif pada pH
3-6 yang berfungsi untuk mengubah makanan yang mengandung C, H, O, dan N
menjadi protein (Jay, Loessner et al. 2005). Dalam medium cair, Acetobacter
xylinum mampu membentuk suatu lapisan yang dapat mencapai ketebalan
beberapa sentimeter. Bakteri terperangkap dalam benang-benang yang dibuatnya.
Untuk menghasilkan massa yang kokoh, kenyal, tebal, putih, dan tembus pandang
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
8
perlu diperhatikan suhu fermentasi (inkubasi), komposisi medium dan pH medium
(Iguchi, Yamanaka et al. 2000).
Acetobacter xylinum dapat membentuk selulosa pada nata de leri karena
ada kandungan karbohidrat pada nata. Maka Acetobacter xylinum juga dapat
membentuk selulosa pada bekatul karena terdapat banyak karbohidrat pada
bekatul. Selulosa untuk pembuatan kertas tidak bisa lagi selalu diambil dari kayu,
maka kita manfaatkan selulosa yang dihasilkan dari limbah. Selulosa yang
terbentuk dari bekatul dapat kita manfaatkan sebagai selulosa untuk pembuatan
kertas, sehingga selulosa untuk kertas tidak lagi diambil dari kayu.
Pada bekatul terdapat nutrisi-nutrisi yang dapat membuat Acetobacter xylinum
tumbuh dan membentuk selulosa. Acetobacter xylinum menghasilkan selulosa
sebagai produk metabolit sekunder, sedangkan produk metabolit primernya adalah
asam asetat. Semakin banyak kadar nutrisi, semakin besar kemampuan
menumbuhkan bakteri tersebut maka semakin banyak Acetobacter xylinum dan
semakin banyak selulosa yang terbentuk. Faktor-faktor pertumbuhan yang
mempengaruhi kemampuan Acetobacter xylinum menghasilkan selulosa selain
ketersediaan nutrien pada medium, juga pH medium antara 3-6, suhu lingkungan
antara 20 - 28°C (Fardiaz, 1992 dalam www.bioindustri.blogspot.com).
2.3 Fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik
(tanpa oksigen). Fermentasi mempunyai pengertian suatu proses terjadinya
perubahan kimia pada suatu substrat organik melalui aktivitas enzim yang
dihasilkan oleh mikroorganisme.(Suprihatin dalam Debby Sumantri, 2008).
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
9
Fermentasi merupakan pengolahan subtrat menggunakan peranan mikroba (jasad
renik) sehingga dihasilkan produk yang dikehendaki (Muhidin, 2001).
Menurut Rahman (1989), ada empat hal pokok yang harus diperhatikan
dalam proses fermentasi yaitu mikroba, medium fermentasi, fermentor dan
kondisi lingkungan. Seleksi terhadap jenis dan sifat serta jumlah inokulum yang
akan ditambahkan akan menentukan kualitas dan kuantitas hasil fermentasi.
Proses fermentasi menurut Judoamidjojo dkk (1991), dipengaruhi oleh beberapa
faktor yaitu kadar gula, oksigen, pH, medium, CO2, nitrogen, mineral, faktor
tumbuh, suhu, tekanan medium dan tekanan udara.
Pada saat awal, selulosa dibentuk hanya di permukaan yang langsung
bersentuhan dengan udara karena sifat dari bakteri ini aerob. Selama proses
fermentasi dijaga agar tidak ada goncangan, maka gel akan terus tumbuh kedalam
permukaan dimana oksigen masuk melalui gel sampai tidak dapat menembus
permukaan gel. Faktor nutrisi dan kondisi fermentasi mempengaruhi ketebalan
nata yang dihasilkan (Budhiono, Rosidi et al. 1999; Iguchi, Yamanaka et al.
2000).
Mekanisme pembentukan gel dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada saat
awal pertumbuhan bakteri akan meningkat dengan konsumsi oksigen sebelum
terbentuk lapisan yang ditandai dengan berkeruhnya larutan. Ketika pertumbuhan
tersebut, hanya bakteri yang berada dalam permukaan yang bisa kontak dengan
udara akan menghasilkan selulosa dengan bentuk lembaran gel. Setelah terbentuk
lapisan selulosa yang menutupi konsumsi oksigen, bakteri tidak mengalami
pertumbuhan secara eksponensial akan tetapi berada pada fase stationary. Pada
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
10
saat ini bakteri dapat dikatakan tidur sampai digunakan untuk kultur baru (Iguchi,
Yamanaka et al. 2000; Skinner and Cannon 2000).
Adapun tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum dalam
kondisi normal dapat dilihat pada gambar 2.2 (Rao 2005):
Gambar 2.2 Tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum
dalam kondisi normal
a. Fase Adaptasi
Bakteri Acetobacter xylinum tidak akan langsung tumbuh dan berkembang
saat dipindahkan ke media baru. Bakteri akan menyesuaikan diri dengan substrat
dan kondisi lingkungan barunya atau disebut dengan fase adaptasi. Meskipun
tidak mengalami perbanyakan sel, pada fase ini terjadi aktivitas metabolisme dan
pembesaran sel. Lama fase ni ditentukan oleh medium dan lingkungan
pertumbuhan serta jumlah inokulum. Fase adaptasi bagi Acetobacterxylinum
dicapai antara 0-24 jam atau 1 hari sejak inokulasi. Makin cepat fase ini dilalui,
makin efisien proses pembentukan nata yang terjadi.
b. Fase Pertumbuhan awal
Pada fase ini, sel mulai membelah dengan kecepatan rendah. Fase ini
menandai diawalinya fase pertumbuhan eksponensial.
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
11
c. Fase pertumbuhan eksponensial
Fase ini disebut juga sebagai fase pertumbuhan logaritmik, yang ditandai
dengan pertumbuhan yang sangat cepat. Untuk bakteri Acetobacter xylinum fase
ini dicapai dalam waktu antara 1-5 hari tergantung pada kondisi lingkungan.
Bakteri Acetobacter xylinum mengeluarkan enzim ekstraseluler polimerase
sebanyak-banyaknya untuk menyusun polimer glukosa menjadi selulosa. fase ini
sangat menentukan tingkat kecepatan suatu strain Acetobacter xylinum dalam
membentuk nata.
d. Fase pertumbuhan Lambat
Pada fase ini, terjadi pertumbuhan yang diperlambat karena ketersediaan
nutrisi telah berkurang, terdapatnya metabolik yang bersifat toksit yang dapat
menghambat pertumbuhan bakteri dan umur sel telah tua. Pada fase ini,
pertumbuhan tidak lagi stabil tetapi jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak
diproduksi pada fase ini.
e. Fase Pertumbuhan
Pada fase ini, jumlah sel yang tumbuh relatif sama dengan jumlah sel yang
mati. Penyebabnya adalah di dalam media terjadi kekurangan nutrisi, pengaruh
metabolit toksit lebih besar dan umur sel semakin tua. Namun, pada fase ini, sel
akan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim jika dibandingkan
dengan ketahanannya pada fase yang lain. Matrik nata lebih banyak diproduksi
pada fase ini.
f. Fase menuju kematian
Pada fase ini, bakteri mulai mengalami kematian karena nutrisi telah habis
dan sel kehilangan banyak energi cadangannya.
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
12
g. Fase kematian
Pada fase ini, sel dengan cepat mengalami kematian, dan hampir merupakan
kebalikan dari fase logaritmik. Sel mengalami lisisdan melepaskan komponen
yang terdapat di dalamnya. Kecepatan kematian dipengaruhi oleh nutrisi,
lingkungan dan jenis bakteri. Untuk A xylinum, fase ini dicapai setelah hari
kedelapan hingga kelima belas. Pada fase ini, A xylinum tidak baik apabila
digunakan sebagai bibit nata.
2.4 Air leri
Air leri merupakan air bekas pencucian beras yang mengandung banyak
nutrisi yang terlarut di dalamnya. Air leri memiliki kandungan nutrisi diantaranya
karbohidrat berupa pati sebesar 89%-90%, protein glutein, selulosa, hemiselulosa,
gula dan vitamin B yang banyak terdapat pada pericarpus dan aleuron yang ikut
terkikis. (Puspitarini,2011).
Air leri mengandung Vitamin B1 (Thiamin HCl) yang larut dalam air dan
akan hilang atau berkurang selama proses pencucian beras berulang kali dan
terlalu lama. Sehingga vitamin B1 (Thiamin HCl) pada beras sebagian larut dalam
air cucian beras tersebut. Secara tidak langsung air leri banyak mengandung zat
gizi seperti kandungan yang terdapat pada beras pecah kulit. Kebiasaan para ibu
rumah tangga mencuci beras dengan tujuan membersihkan beras dari kotoran,
akan tetapi pencucian tersebut dilakukan sampai benar-benar “bersih” dimana
pencucian dilakukan sampai air cucian beras berwarna putih susu. (Stiyabudi,
Rizky dkk, 2009).
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015
13
2.5 Penelitian yang mendukung
1. Hidayatullah R, 2012 melaporkan bahwa penambahan kadar gula yang
menghasilkan berat basah dan ketebalan yang paling baik (120 gr dan 10
mm) adalah 10 % dan 15 % dan menambahkan volume stater 15 %.
2. Rachmat A dan Fransiska Agustina melaporkan bahwa Ketebalan nata
yang paling tinggi dapat diperoleh pada variabel media fermentasi
perbandingan air kelapa dengan air cucian beras 1:1(600 ml) pada waktu
fermentasi 11 hari.
3. Komposisi variabel sebanyak 17,5 gram gula per 500 ml air kelapa dalam
pH 5 dan waktu fermentasi 10 hari akan memberikan hasil yield terbaik.
Semua proses fermentasi ini menggunakan starter yang berumur 7 hari
(Hamad, Andriyani et al., 2011; Hamad, Indrianti et al., 2012)
Optimasi Parameter Pembuatan..., Giswantara, Fak Teknik UMP, 2015