fermentation & enzyme technology
DESCRIPTION
FERMENTATION & ENZYME TECHNOLOGY. OUTLINE. DEFINISI DAN TUJUAN FERMENTASI. I. MIKROORGANISME FERMENTASI. II. PRODUK FERMENTASI. III. PERALATAN FERMENTASI. IV. EFEK FERMENTASI. V. TEKNOLOGI ENZIM. VI. DEFINISI DAN TUJUAN FERMENTASI. Fermentasi : - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
FERMENTATION & ENZYME TECH-NOLOGY
2
OUTLINE
DEFINISI DAN TUJUAN FERMENTASI
MIKROORGANISME FERMENTASI
PRODUK FERMENTASIPERALATAN FERMENTASI
EFEK FERMENTASI
I
II
V
III
IV
VI TEKNOLOGI ENZIM
3
DEFINISI DAN TUJUAN FERMENTASI Fermentasi :
Proses disimilasi anaerobik senyawa-senyawa organik oleh aktivitas mikroorganisme atau ekstrak dari sel-sel mikroorganisme tersebut.
Reaksi reduksi oksidasi dalam sistem biologi yang menghasilkan energi di-mana senyawa-senyawa organik berperan sebagai donor dan aseptor elek-tron.
Prinsip : memperbanyak jumlah mikroorganisme dan menggiatkan metabolis-menya dalam bahan pangan.
Tujuan :1. Menghasilkan produk pangan baru menggunakan mikroorganisme2. Menghasilkan produk pangan berbeda (aroma, rasa, dan tekstur)
Metode menumbuhkan mikroorganisme bermanfaat dalam proses fermentasi1. Penambahan garam dalam media mengatur pertumbuhan inokulum2. Mematikan kontaminan: menambahkan starter, mengatur T, dan oksigen, pH
4
Kelebihan proses fermentasi : Mampu mempertahankan komponen nutrisi dan sensori bahan : mild pH
dan suhu rendah Menghasilkan produk beraroma dan bertekstur khusus yang sulit dihasilkan
oleh metode lain Hemat energi Relatif murah dan mudah
Keuntungan pemanfaatan enzim : Bekerja spesifik dan terkontrol Mampu mempertahankan komponen nutrisi dan sensori bahan Mengkonsumsi energi rendah Menghasilkan produk beraroma dan bertekstur khusus yang sulit dihasilkan
oleh metode lain
MIKROORGANISME FERMENTASI Jenis bakteri fermentasi :
Asam laktat : Lactobacillus lactis, L. acidophilus, L. bulgaricus, Leuconostoc mesenteroides, L. dextrancium, Streptococcus thermophylus, S. lactis, Pedio-coccus cereviceae
Bakteri asam propionat Bakteri asam asetat Khamir: Sacharomyces cereviceae Kapang : Rhizopus oligosporus, Aspergilus, dan Penicillium
Karakteristik mikroorganisme fermentasi :1. Mampu tumbuh cepat dalam subtrat dan lingkungan yang cocok untuk
memperbanya diri2. Mampu mengatur ketahanan fisiologis3. Mampu menghasilkan enzim dalam jumlah besar
Protein Proteosa, Pepton
Karbohidrat Asam
Protease
KhamirAldolase
Bakteri
6
Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme : Nutrisi : karbon, nitrogen, dan komponen nutrisi spesifik lain pH subtrat Kadar air Suhu inkubasi Potensial reduksi-oksidasi Mikroorganisme pesaing
Sitem operasi : batch dan kontinyu1. Batch
Fase pertumbuhan m.o :a. Fase lagb. Fase logaritmik (eksponensial)
ln Cb = ln Co + µtdimana :Co : konsentrasi sel awalCb : konsentrasi sel setelah t tertentu (massa biomassa) µ : pertumbuhan spesifik (h-1)t : lama fermentasi (h atau jam)
Kurva fase pertumbuhan mikroor-ganisme pada proses batch
7
µmaks : pertumbuhan maksimum (pada fase logaritmik)
c. Fase stasioner• Laju pertumbuhan m.o menurunkan dengan menurunnya konsentrasi
nutrisi dan/atau akumulasi produk metabolit
2. Kontinyu• Produktivitas tinggi : penambahan subtrat dan panen biomassa kontinyu• Fase logaritmik
Pembagian m.o berdasarkan jumlah produk yang dihasilkan1. Single product : homofermentative microorganism2. Mixed products : heterofermentative microorganism
8
PRODUK FERMENTASI Produk Fermentasi :
Makanan yang terbentuk oleh kegiatan enzim-enzim yang di-hasilkan oleh mikroorganisme pada bahan organik sehingga memiliki warna, rasa, aroma, tekstur, dan sifat-sifat yang khas (roti, brem, cuka, tape, sayur asin, dln)
Prosedur pembuatan produk fermentasi :1. Persiapan bahan baku• Grading dan sortasi• Cleaning• Reducing• Pelayuan• Cooking (rebus/kukus)• Cooling• Pe(+) larutan perendam
Persiapan bahan baku
(media tumbuh)
Persiapaninokulum
Inokulasi
Inkubasi
PengolahanAkhir
Diagram proses fermentasi
9
2. Penyiapan inokulum Pemurnian mikroorganisme dari cairan induk (stock culture) Scale up cairan induk: starter yoghurt, tape, dln.
3. Proses fermentasi :1. Spontan : sayur asin, saurkraut2. Tidak spontan (pemberian inokulum : larutan, bubuk, terimobilisasi)3. Inkubasi (peragian) :• Menempatkan media fermentasi pada lingkungan yang sesuai• Kondisi lingkungan : suhu, oksigen, pH, RH, kebutuhan cahaya, agitasi,
lama fermentasi (masa inkubasi)• Akhir fermentasi : fase penuaan (aging), yaitu membiarkan produk beber-
apa lama untuk memperoleh aroma dan flavor yang dikehendaki (keju, yoghurt, dln)
4. Pengolahan akhir : penyaringan, penyulingan, pasteurisasi, dln.
Jenis produk fermentasi : 1. Produk non alkohol (asam organik)2. Produk alkohol
10
Tabel Contoh Fermentasi Asam Laktat
11
Diagram alir proses fermentasi produk daging (salami, pepper-oni, medwurst , dan bologna)
chopped
meats
Mixing
Salt, spices, sugar
Filling
Pasteurisa-tion
Drying
Storaging
Fin-ished Prod-uct
12
Tabel Contoh Fermentasi Produk Beralkohol
13
Kelebihan produk fermentasi : Memiliki umur simpan lebih panjang Memiliki karakteristik organoleptik dan komponen nutrisi lebih baik Mengandung bahan yang tidak diinginkan atau berbahaya dalam jumlah
lebih kecil (reduksi sianida dalam ubi kayu)
Contoh produk terfermentasi 1. Produk fermentasi dari tepung : roti
Bahan baku : yeast, gula, telur, susu, shortening (fat), emulsifier, anti-fun-gal agents, anti-oksidan, enzim, pengembang (flavoring), dan bahan lain-nya.
14
TEPUNG
Jenis sumber tepung : Triticum vulgare dan T. durum (berwarna lebih kuning, banyak digunakan untuk makaroni).
Kandungan tepung : pati (70%), protein (7-15%), gula (1%), dan lemak (1%).Protein :• 15% (albumin, globulin, peptida, amino acids, dan enzim) : larut
dalam air, melarutkan garam, dan mencegah pembentukan roti (non-dough forming).
• 85% : protein tidak larut dalam air (gluten) berperan dalam pembentukan roti :1. Hard wheat : protein>12%, kandungan glutenin tinggi, baik
digunakan sebagai bahan baku roti, mampu menangkap gas hasil fermentasi lebih baik.
2. Soft wheat : protein 9-11%, baik digunakan untuk membuat cakes.
YEAST
Jenis : Saccharomyces cerevisiae. Kriteria yeast roti :
a. Mampu tumbuh cepat pada suhu ruang (20-25°C)b. Mudah terdispersi dalam airc. Mampu memproduksi CO2 dalam jumlah besard. Mampu mempertahankan kualitas (tidak mudah rusak pada
suhu penyimpanan 20oC)
15
YEAST
Kriteria yeast roti :e. Mampu beradaptasi dengan subtratf. Memiliki daya invertase dan aktivitas enzim lain untuk
menghidrolisis sukrosa menjadi glukofruktosag. Mampu tumbuh dan mensintesis enzim dan koenzim dalam
kondisi anaerobikh. Memiliki daya tahan terhadap efek osmotik garam
Konsentrasi dalam adonan : 2-2,75% (b/b tepung) Prinsip kerja : mengurai gula heksosa menjadi alkohol dan karbon-
dioksida serta sedikit gliserol, alkohol lain, ester, dan asam organik.
SUGAR
Fungsi :a. Sumber karbon bagi yeastb. Pemanisc. Mempercepat proses browningd. Mampu beradaptasi dengan subtrat
Jenis : sukrosa dan fruktosa
SHORTENING (FAT)
Konsentrasi dalam adonan : 3% (b/b tepung) Fungsi :
a. Memperbesar volumeb. Membentuk tekstur lunakc. Meningkatkan karakteristik iris (potong)
Jenis : minyak/lemak nabati, butter
16
EMULSI
FIER
Fungsi : mendistribusikan shortening secara merata dalam adonan Konsentrasi dalam adonan : 0,5% (b/b tepung) Komposisi : palmitat atau stearat yang terikat pada karboksil,
hidroksil, atau grup amino. Jenis : calcium stearyl- 2-lactylate, lactylic stearate, dan sodium
stearyl fumarate.
SUSU
Fungsi :a. Memperkaya nutrisib. Memperbaiki warna kulit
Jenis : susu, campuran skim milk dengan whey, buttermilk solids,sodium atau potassium caseinate, soy flour dan/atau corn flour
Konsentrasi dalam adona : 1-2 bagian per 100 bagian tepung (1-2% b/b tepung)
GARAM
Konsentrasi dalam adonan : 2% (b/b tepung) Fungsi :
a. Memperbaiki rasab. Menstabilkan fermentasi yeastc. Memperkuat efek glutend. Mencegah aktivitas proteolitike. Meningkatkan pengikatan lemak dalam adonan
17
WATER
Fungsi : a. Melarutkan glutenb. Meningkatkan daya pengembangan patic. Media yang baik bagi berbagai reaksi dalam adonan
ENZIM
Fungsi : menguraikan pati menjadi gula-gula sederhana yang dapat difermentasi
Jenis : enzim amilolitik dan protease sumber : Bacillus subtilis dan Aspergillus oryzae
MOLD IN-HI-
BITOR
Jenis : calcium propionate, sodium diacetate, vinegar, mono-cal-cium phosphate, dan lactic acid
Fungsi : mencegah kerusakan roti akibat fungi
18
Pre-fermentation Dough mixing Cutting and rounding
First (intermediate) proofingMolding
Cooling, slicing, and wrapping
Baking
Pencampuran bahan baku dan yeast untuk membentuk
inokulum. Pada tahap ini, yeast beradaptasi dengan
kondisi adonan dan memper-banyak diri.
Pencampuran inokulum den-gan bahan-bahan lain. Pada
tahap ini, tepung ditambahkan untuk membentuk efek dari
gluten yang maksimum.
Adonan dipotong dengan berat tertentu
Adonan didiamkan selama 15 menit pada suhu ruang (27oC)
Adonan diratakan dalam ben-tuk lembaran dan dibentuk
kemudian ditempatkan dalam pan baking
Adonan didiamkan selama 1 jam pada suhu 35-43°C dan
pada RH tinggi (89-95%)
Adonan di panggang dalam oven pada suhu 215-225°C se-
lama 17-23 menit
Roti didinginkan pada suhu 4-5°C, dipotong, dan dikemas
dalam kertas roti atau plastik
Second proofing
Diagram Alir Proses Pembuatan Roti
19
Perubahan selama proses pemanggangan roti (235°C selama 45–60 menit) :1. Pada suhu 45°C : granula pati mulai tergelatinisasi dan diurai oleh enzim alfa ami-
lase membentuk gula-gula yang dapat difermentasi2. Pada suhu antara 50-60°C : yeast mati3. Pada suhu 65°C : enzim beta-amilase inaktif4. Pada suhu 75°C : fungi penghasil enzim amilase inaktif5. Pada suhu 87°C : enzim alfa amilase dari sereal inaktif6. Mulai suhu 87oC : gluten terdenaturasi dan terkoagulasi, menstabilkan bentuk dan
ukuran roti
20
2. Fermentasi daging/ikan Tujuan : meningkatkan umur simpan bahan, daging/ikan terfermentasi memiliki ni-
lai ekonomi tinggi, mengawetkan daging dan ikan (perishable food) Jenis produk : sosis, saus ikan, dan pasta ikan. m.o : gram positif mikrokokus (Pediococcus cerevisiae, Staphylococcus carnosus,
dan Lb. plantarum)
Daging segar
Lada, flavor, garam, gula,
BTMStarter
Mixing (pH 6,3) Fermentasi (15°C–42°C, pH 4-5, >12 hr)
Cutting
SmokingDrying
21
Perubahan selama proses fermentasi daging :1. Proteolisis : hidrolisis protein2. Lipolisis : hidrolisis lemak menjadi asam lemak, gliserol, monogliserol, dan digliserol
Bahan pembuatan daging terfermentasi :1. Daging : daging segar, berwarna merah (kandungan mioglobin), kandungan lemak re-
latif tinggi, kandungan PUFA dan MUFA cukup tinggi (meningkatkan konsistensi, memperbaiki tekstur)
2. Lemak : • Memperhalus tekstur• Meningkatkan konsentrasi jus• Meningkatkan aroma• Mempertahankan kandungan air/memperlambat proses dehidrasi (Wirth, 1988)
3. Air : meningkatkan rendemen, pelarut, membantu proses pencampuran4. Garam : meningkatkan rasa, menurunkan aktivitas air, mencegah kontaminasi mikro-
ba, meningkatkan kelarutan protein, dan meningkatkan kelarutan enzim.
22
23
24
PERALATAN FERMENTASI
Fermentor batch untuk proses fermentasi produk cair
Peralatan fermentasi Subtrat padat : tray,
tank, casing (plastik, selulosa, dln)
Subtrat cair : tank (berpengaduk/tidak)
25
EFEK FERMENTASI TERHADAP BAHAN Komponen nutrisi dan sensori
- Perubahan kompleks protein dan karbohidrat : tekstur lebih lembut- Perubahan komposisi protein, lemak, karbohidrat, dan vitamin
Flavour : pembentukan asam organik Aroma : pembentukan komponen volatil (amina, asam lemak, aldehid, ester,
dan keton) Warna : degradasi komponen warna
26
TEKNOLOGI ENZIM Kelebihan proses enzimatis :
Menurunkan biaya produksi Meningkatkan yield Mempermudah proses pemindahan bahan baku Meningkatkan daya simpan Memperbaiki karakteristik komponen nutrisi dan sensori Dilakukan pada suhu dan pH rendah Bekerja spesifik Mengurangi pembentukan produk samping
Produksi enzim dari m.o : 1. Esktraseluler :
disekresikan ke lingkungan/luar sel m.o Diproduksi pada fase logaritmik dan stasioner Proses rekoveri dari media : sentrifugasi, filtrasi, presipitasi, kromatografi,
elektroforesis, membran, freeze drying, atau metode kombinasi.
27
28
2. Intraseluler : Terletak di dalam sel Diproduksi pada fase logaritmik Disekresikan saat sel lisis pada fase stasioner atau fase decline Metode rekoveri : homogeniser dan mills
Syarat m.o penghasil enzim : Dapat tumbuh baik pada subtrat yang murah Membutuhkan subtrat dalam jumlah sedikit Mampu memproduksi yield yang stabil dalam waktu pendek Metode rekoveri mudah dan murah Menghasilkan enzim yang stabil
Teknologi imobilisasi enzim : Mikroenkapsulasi dalam membran polimer Pengikatan elektrostatik (electrostatic attachment) dalam resin penukar ion Adsorpsi dalam koloid silika dan atau cross lingking dengan glutaraldehida Pengikatan kovalen pada polimer organik Penjerapan (entrapment) dalam fiber polimer (selulosa triasetat atau pati) Kopolimerisasi dengan anhidrida maleat Adsorpsi dalam arang aktif, poliakrilamid, kaca (Konecny, 1977)
29
Keuntungan imobilisasi enzim : Dapat digunakan kembali (re-used) Dapat diaplikasikan pada proses kontinyu Dapat dengan mudah mencapai kondisi proses optimum (pH dan suhu) Mempermudah penggunaan enzim yang sulit diisolasi dan memerlukan
proses persiapan yang mahal
Karakteristik enzim terimobilisasi : Mampu bereaksi dalam waktu yang singkat Stabil terhadap perubahan suhu dan kondisi proses lainnya Dapat diregenerasi
30
APLIKASI ENZIM Kelebihan proses enzimatis :
Menurunkan biaya produksi Meningkatkan yield Mempermudah proses pemindahan bahan baku Meningkatkan daya simpan Memperbaiki karakteristik komponen nutrisi dan sensori Dilakukan pada suhu dan pH rendah Bekerja spesifik Mengurangi pembentukan produk samping