4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sirsak

Sirsak (Annona muricata L.) merupakan salah jenis tanaman dari familia

Annonaceae yang mempunyai manfaat besar bagi kehidupan manusia, yaitu

sebagai tanaman buah yang syarat dengan gizi dan merupakan bahan obat

tradisional yang memiliki multikhasiat (Jannah, 2010). Tanaman ini dapat tumbuh

pada ketinggian sampai 1200 m dari permukaan laut. Tanaman sirsak akan

tumbuh sangat baik pada keadaan iklim bersuhu 22-28oC, dengan kelembaban dan

curah hujan berkisar antara 1500-2500 mm per tahun (Herliana dan Rifai, 2011).

Tanaman sirsak merupakan tumbuhan berbentuk pohon dengan tinggi ± 7

meter, memiliki dasar bunga berbentuk cekung dan benang sarinya banyak.

Tangkai putik dengan bentuk silindris. Sirsak memiliki tekstur daun yang kasar,

daun memiliki panjang 6-18 cm dan lebar 3-7 cm, daun berbentuk bulat telur,

bentuk daun ujungnya lancip pendek, daun bagian atas mengkilap hijau dan pucat

kusam di bagian bawah daun, serta bentuk daun lateral. Daun sisak mmiliki bau

tajam menyengat dengan tangkai daun pendek sekitar 3-10 mm (Radi,2001). Buah

majemuk tidak beraturan dengan bentuk seperti telur miring atau bengkok dengan

panjang buah 15-35 cm dan lebar buah 10-15 cm. Bijinya berwana hitam dan

daging buah berwana putih. Kandungan kimia dalam tanaman sirsak (Annona

muricata L.) yang memiliki famili Annonaceae ini adalah alkaloid, glikosida

antra kuinon, polifenol, saponin, flavonoid, dan tanin (Amelia dkk., 2012).

5

Menurut Herliana dan Rifai N (2011), meyatakan bahwa tanaman sirsak

(Annona muricata L.) memiliki taksonomi sebagai berikut:

Kingdom : Plantae

Divisi : Spermatophyta

Subdivisi : Angiospermae

Kelas : Dicotyl

Famili : Annonaceae

Genus : Annona

Spesies : Annona muricata L.

Gambar 1. (a) Buah Sirsak, (b) Bunga Sirsak, (c) Daun Sirsak (Botanical

Garden, 2007)

6

2.1.1 Buah Sirsak

Buah sirsak memiliki biji yang banyak. Bijinya berwarna hitam licin

dan mengkilap. Buah sirsak yang masih muda memiliki duri yang rapat dan

runcing. Buah sirsak yang telah tua berwarna hijau keputih-putihan dengan

sekat duri jarang dan tumpul. Bila telah cukup tua, buah sirsak dapat dipetik.

Buah sirsak akan cepat matang apabila diperam pada tempat yang lembab. Buah

sirsak yang masak dipohon, rasanya lebih manis daripada buah sirsak yang

diperam (Aryani, 2012).

Bentuk buah sirsak tidak beraturan, tetapi pada umumnya berbentuk

jorong yang mengecil pada bagian ujungnya. Kulit buah sirsak mempunyai

duriduri pendek dan lunak. Daging buahnya lembek, berwarna putih berserat,

berbiji hitam pipih dan banyak. Rasa buah sirsak asam manis dan segar serta

aromanya harum (Nuswamarhaeni, dkk., 1999). Buah sirsak dapat dipanen setelah

tua penuh, yaitu setelah durinya tampak jarang dan beraroma, serta warnanya

kekuning-kuningan. Buah sirsak dipanen dengan memotong tangkainya. Hasil

buah sirsak rata-rata 10 buah/pohon/tahun dengan bobot berkisar 5-30 kg. Di

Hawai, produksi buah sirsak dapat mencapai 7-18 ton/ha/tahun. Sirsak ditanam

pada jarak 4-5 m. Biasanya setelah tanaman berumur 8 tahun lebih, produksi buah

sirsak akan menurun (Sarjono, 2000).

Dalam bentuk segar, daging buah sirsak mengandung vitamin C yang

cukup tinggi, selain itu daun dan bijinya dapat digunakan sebagai obat pengusir

nyamuk. Selain dikonsumsi dalam bentuk segar, buah ini dapat diolah dalam

bentuk lain (Widyastuti dan Paimin, 1993). Daging buah mempunyai aroma dan

flavour khas yang banyak digunakan sebagai bahan tambahan untuk pembentuk

flavour dalam industri pangan. Komposisi buah sirsak yaitu 67,5 % daging buah

7

yang dapat dimakan, kulit buahnya sekitar 20%, bijinya sekitar 8,5%, dan hati

atau empelar sekitar 4% (Radi, 2001).

Setiap 100 g daging buah sirsak mengandung 65 kalori, 1 g protein, 0,3 g

lemak dan 16,3 karbohidrat, selain itu mengandung kalsium (14 mg/100 g), fosfor

(27 mg/100g), besi, vitamin A, vitamin B, vitamin C( 20 mg/100 g) dan buah

sirsak juga mengandung senyawa caffeine hydrocyanic acid, myricyl alcohol dan

sterol (Paimin, 2001). Selain mengandung vitamin C, buah sirsak juga

mengandung sukrosa 2,54 %, dekstrosa 5,05 % dan levulosa 0,04 % (Radi, 2007).

Kandungan atau komposisi gizi pada buah sirsak secara umum dapat dilihat pada

Tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Kandungan Gizi dan Vitamin Buah

Komponen Jumlah (tiap 100 g)

Kadar Air (%) 81,7

Protein (g)

1,0

Lemak (g) 0,3

Karbohidrat (g) 16,3

Serat pangan (g) 0,6

Abu (g) 0,5

Kalsium (mg) 14,0

Fosfor (mg) 27,0

Besi (mg) 0,6

Natrium (mg) 0,8

Kalium (mg) 293,0

Vit. B1 (mg) 0,07

B2 (mg) 0,1

C (mg) 20,0

A (SI) 10,0

Kalori (cal) 65,0

BRD (%) 86,0

Sumber: Depkes RI (2012)

2.2 Kefir

Kefir merupakan salah satu jenis susu fermentasi yang berasal dari

Kaukasian Utara, Rusia dan dibuat dengan menginokulasikan starter granula kefir

8

(kefir grain) ke dalam substrat susu (Otzoa dkk.,2006; Safitri dan Swarastuti,

2013). Kefir yang menggunakan bahan baku susu disebut kefir susu (milk kefir)

keamanan produk kefir. (Safitri dan Swarastuti, 2013). Ciri-ciri kefir susu yaitu

memiliki kesan berkarbonatasi, alkoholik, rasa asam, dan tekstur seperti cream

(Gulitz dkk., 2011). Perbedaan kefir dengan produk susu fermentasi lainnya

adalah kefir memilliki kesan berkarbonasi dan menggunakan kefir grain sebagai

kultur starter (Otzoa dkk., 2006 ; Gulitz dkk,2011). Pada pembuatan kefir

digunakan biji kefir (kefir grain/tibicos) yang berwarna putih kekuningan, tidak

dapat larut dalam air maupun beberapa pelarut lainnya. Biji kefir mengandung

24% polisakarida jenis amilopektin yang bersifat lengket, terdapat simbiotik

mikroflora yaitu khamir (Saccharomyces kefir, Torula kefir), lactobacilli

(Lactobacilluscaucasicus), Leuconostocs serta Sterptokoki laktat (Rahman, dkk.

1992 dalam Sampurno, 2012).

Kefir dan yoghurt adalah susu fermentasi, tetapi keduanya memiliki

perbedaan pada jenis kultur bakteri yang digunakan untuk fermentasi. Yoghurt

mengandung bakteri transisi mempertahankan kebersihan sistem pencernaan dan

menyediakan makanan untuk bakteri baik, sedangkan kefir dapat benar – benar

membersihkan saluran usus, sesuatu yang tidak dapat di lakukan yoghurt.

Beberapa strain bakteri tidak dapat ditemukan pada yoghurt, namun dapat

ditemukan pada kegir seperti Lactobacillus Caucasus, Leuconostoc, spesies

Acetobacter dan spesies Streptococcus. Saccharomyces kefir dan Toruka kefir

yang berada dalam kefir bertugas untuk mengontrol dan menghilangkan ragi

patogen yang destruktif dalam tubuh manusia (Buckle, 2010).

9

Kultur starter untuk pembuatan kefir berupa biji kefir yang mengandung

campuran mikroba antara lain bakteri asam laktat, bakteri asam asetat dan khamir

yang terkandung di dalam matrik polisakarida dan protein (Leite dkk., 2013).

Jumlah mikroba dalam biji kefir secara umum yaitu bakteri asam laktat sebesar

108 (CFU/ml), khamir sebesar 10

6-10

7 (CFU/ml) dan bakteri asam asetat sebesar

105 (CFU/ml). Bakteri Asam Laktat (BAL), Bakteri Asam Asetat dan khamir

yang masing- masing berperan dalam pembentukan cita rasa dan struktur kefir.

Bakteri asam laktat menyebabkan terjadinya asam sedangkan khamir

menghasilkan alkohol dan CO pada proses fermentasi.

Kefir difermentasikan dengan menggunakan bakteri asam laktat seperti

Lactobacillus lactis, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus bersama ragi dan

menghasilkan asam dan alkohol (Murti, 2003). Kandungan laktosa kefir lebih

rendah dibandingkan dengan susu murni. Laktosa dalam kefir telah dicerna

menjadi glukosa oleh enzim laktase dari mikrobia dalam biji kefir, sehingga

bermanfaat bagi penderita lactose intolerant. Kelebihan lain dari kefir yaitu asam

yang terbentuk dapat memperpanjang masa simpan. Hal tersebut dapat mencegah

pertumbuhan mikroorganisme pembusuk dan patogen sehingga meningkatkan

Tabel 2. Standart Mutu Kefir

Komposisi Kefir

Protein (% m/m) Min 2,7%

Lemak (% m/m) Kurang dari 10%

Total Asam (% m/m) Min 0,6%

Ethanol (% vol/w) Min 0,5%

Jumlah mikroorganisme (CFU/ml) Min 107

Jumlah yeast (CFU/ml) Min 104

Sumber : Codex Standar For Fermented Milk 243-2003

10

2.2.1 Water Kefir

Water kefir atau d’acqua adalah minuman hasil fermentasi yang memiliki

rasa masam dan sedikit beralkohol, jika diinkubasi semalam, berasa seperti air

kelapa muda (degan), sedangkan jika diinkubasi >24 jam, rasanya seperti air buah

siwalan atau legen ataupun tuak. Perkembangan terbaru adalah menggunakan

kultur kefir untuk fermentasi substrat lain seperti jus buah. Ada 2 macam jenis

fermentasi kefir, yaitu kefir susu (Rahman dkk., 1992) dan kefir air/water kefir

(Gulitz dkk., 2011). Kefir susu dibuat dari bahan baku berupa susu sapi, susu

kambing atau domba yang ditambahkan dengan starter kefir berupa granula/biji

kefir (Farnworth, 2008), sedangkan untuk kefir air menggunakan bahan baku dari

campuran biji kefir dengan air, buah-buahan kering seperti kismis, potongan kecil

dari lemon, dan gula pasir (Gulitz dkk., 2011). Menurut Alsayadi dkk. (2013),

kefir air adalah minuman fermentasi buatan pada medium berupa larutan sukrosa

dengan tambahan berbagai buah-buahan kering dan segar.

Dalam memproduksi kefir sebagai minuman fermentasi, diperlukan

syarat mutu sebagai acuan hasil akhir produk yang baik. Syarat mutu di Indonesia

mengacu pada dokumen Standarisasi Nasional Indonesia yang dipublikasikan oleh

Badan Standarisasi Nasional. Saat ini, kefir sebagai minuman fermentasi secara

khusus belum ada, sehingga kefir sebagai minuman fermentasi akan mengacu

pada syarat mutu produk sejenis yaitu minuman fermentasi berperisa yang dapat

dilihat pada Tabel 3.

11

Tabel 3. Standar Nasional Indonesia Syarat Mutu Minuman Fermentasi

Berperisa

No

Kriteria

Uji

Satuan

Persyaratan

Tanpa perlakuan panas

setelah fermentasi

Dengan perlakuan

panas setelah

fermentasi Normal Tanpa lemak Normal Tanpa lemak

1 Keadaan:

1.1

1.2

1.3

Penampakan Bau

Rasa

-

-

-

Cair

Normal/khas

homogeny

Cair

Normal/khas

Homogen

1.4 Homogenitas - Homogen Homogen

2 Lemak (b/b) %

Min 0,6 Maks 0,5

Min 0,6 Maks 0,5

3 Padatan susu tanpa

lemak (b/b) % Min. 3,0 Min. 3,0

4 Protein (Nx6,38) (b/b) % Min. 1,0 Min. 1,0

5 Abu (b/b) % Maks. 1,0 Maks. 1,0

6

Keasaman tertitrasi

(dihitung sebagai

asam laktat

%

0,2 s.d 0,9

0,2 s.d 0,9

7 Cemaran logam:

7.1 Timbal (Pb) mg/kg maks. 0,02 maks. 0,02

7.2 Merkuri (Hg) mg/kg maks. 0,03 maks. 0,03

8 Cemaran arsen (As) mg/kg maks. 0,1 maks. 0,1

9 Cemaran mikroba:

9.1 Bakteri coliform APM/m l maks. 10 maks. 10

9.2 Salmonella sp /25ml - Negative Negative

9.3 Listeria

monocytogenes/ 25 ml

-

Negative Negative

10 Kultur starter Koloni/

ml min. 1 x 106 -

Sumber: SNI 7552:2009

2.2.2 Biji Kefir (Kefir Grain)

Kefir dibuat melalui proses fermentasi dengan menggunakan starter yang

sering disebut granula kefir atau biji kefir (kefir grain) yang mengandung antara

lain L. lactis, L. bulgaricus, Streptococcus lactis, S. cremoris dan khamir/ragi

yang dapat memfermentasi laktosa seperti Kluyveromyces sp., Torula sp. dan

Saccharomyces cereviceae dan Sc. calsbergensis (Kwak dkk, 1996). Proses

12

fermentasi dilakukan pada suhu 20 – 25 °C selama 24 jam atau sampai pH 4

tercapai. Tahap pematangan (15 – 20 jam pada suhu 8-10°C) kadang – kadang

dilakukan dalam tahapan produksinya.

Pemeliharaan biji kefir membutuhkan tenaga kerja intensif dan mikroba

pada biji kefir sering menunjukkan komposisi yang bervariasi sehingga beberapa

perusahaan saat ini menjual campuran kultur bakteri dan khamir hasil liophilisasi

sebagai kultur starter kefir. Biji kefir adalah massa protein, polisakarida, bakteri

asam laktat cocci mesophilik, homofermentatif dan heterofermentatif, bakteri

lactobacillus termophilik dan mesophilik, bakteri asam asetat dan khamir

(Tamime 2007). Jumlah mikroba dalam biji kefir secara umum yaitu bakteri asam

laktat sebesar 108cfu/g, khamir sebesar 10

6-10

7cfu/g dan bakteri asam asetat

sebesar 105cfu/g. Kultur starter dalam pembuatan kefir disebut kefir grain yang

mengandung Bakteri Asam Laktat (BAL),

Khamir pada biji kefir berperan dalam pertumbuhan beberapa nutrient

seperti asam amino dan vitamin, serta memproduksi etanol serta karbondioksida.

Lactobacillus kefir, Lactobacillus kefirgranum, Lactobacillus lactis subsp. lactis,

Lactobacillus lactis subsp. cremoris dan Leuconostoc mesenteroides subsp.

cremoris telah teridentifikasi menggunakan teknik biologi molekuler tumbuh

dalam kefir (Mainville dkk, 2006). Produksi asam dikontrol oleh bakteri,

sedangkan khamir memproduksi alkohol. Konsentrasi akhir dari asam laktat dan

alkohol diperkirakan maksimum 1 % (Jay dkk, 2005).

2.3 Sukrosa

Tebu (Saccharum officinarum) merupakan tanaman penghasil gula yang

telah lama dibudidayakan di Indonesia khususnya Pulau Jawa. Gula diproses dari

sukrosa yang terbentuk dalam batang tebu. Kadar sukrosa yang ada dalam batang

13

tebu bervariasi mulai 8-13 % pada tebu segar yang mencapai kemasakan optimal.

Sukrosa merupakan disakarida yang memiliki rumus molekul C12H22O11. Sukrosa

terbentuk melalui proses fotosintesis, dalam proses tersebut terjadi interaksi antara

karbon dioksida dengan air yang berada dalam sel yang mengandung klorofil

(Kuswurj, 2011).

Gula tebu adalah disakarida hasil dari gabungan dua gula yang sederhana

yaitu glukosa dan fruktosa (monosakarida). Sukrosa adalah disakarida yang

mempunyai peranan penting dalam pengolahan makanan dan banyak terdapat

pada tebu, bit, siwalan, dan kelapa kopyor. Proses pembuatan sirup dimulai

dengan melarutkan gula pasir (sukrosa) dalam air dan dipanaskan, sebagian dari

sukrosa akan terurai menjadi glukosa dan fruktosa, yang disebut gula invert.

Inversi sukrosa terjadi dalam suasana asam. Gula invert ini tidak dapat berbentuk

kristal karena kelarutan sukrosa sangat tinggi (Winarno, 2010).

Sukrosa dalam pembuatan produk makanan berfungsi untuk memberi cita

rasa manis dan berperan sebagai pengawet yaitu dalam konsentrasi yang tinggi

dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme, dapat menurunkan aktifitas air

dari bahan pangan (Buckel dkk, 1987). Kristal sukrosa mempunyai sistem

monoklin dan bentuknya sangat bervariasi. Kemurnian sukrosa mempengaruhi

bentuk dan keadaan badan kristal, sukrosa murni tidak berwarna dan transparan.

Sukrosa mudah larut dalam air dan dipengaruhi oleh zat lain yang terlarut dalam

air serta sifat zat tersebut. Semakin tinggi suhu dan jumlah garam terlarut dalam

air maka semakin tinggi pula jumlah sukrosa yang dapat terlarut, terutama garam

yang mengandung nitrogen, seperti protein dan asam amino (Mas’udah, 2013).

Gula ditambahkan sebagai pemanis untuk meningkatkan cita rasa. Muchtadi

14

(2010) menyebutkan bahwa tujuan penambahan gula adalah untuk memperbaiki

flavour bahan makanan dan minuman sehingga rasa manis yang timbul dapat

meningkatkan kelezatan.

Tabel 4. Syarat Mutu Gula ( Sukrosa )

Sumber : Standar Nasional Indonesia, 2010

2.3.1 Penggunaan Sukrosa dalam Produk Fermentasi

Sukrosa ialah salah satu bahan pemanis yang banyak digunkaan dalam

keseharian. Sukrosa adalah disakarida yang apabila dihidrolisis berubah menjadi

dua molekul monosakarida yaitu glukosa dan fruktosa (De Man, 1997;

Sastrohamidjojo, 2005).

Penggunaan sukrosa dalam industri pangan sangat berpotensi sebagai

penambah cita rasa dan bahan pengawet. Sukrosa dimanfaatkan dalam pembuatan

water kefir sirsak sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan bakteri asam laktat

selama fermentasi. Hal tersebut dikarenakan perlakuan penambahan sukrosa

No Parameter Uji Satuan Persyaratan

GKP 1 GKP 2

1.

1.1.

1.2.

Warna

Warna Kristal

Warna Larutan

(ICUMSA)

CT

IU

4,0-7,5

81-200

7,6-10,0

201-300

2. Besar Jenis Butir Mm 0,8-1,2 Maks 0,1

3. Susut Pengeringan

(b/b)

% Maks 0,1 Maks 0,1

4. Polaritas (oZ, 20

oC) “Z” Min 99,6 Min 99,6

5. Abu Konduktivitas

(b/b)

% Maks 0,10 Maks 0,15

6.

6.1.

Bahan Tambahan

Pangan

Belerang dioksida

(SO2)

Mg/kg

Maks 30

Maks 30

7.

7.1.

7.2.

7.3.

Cemaran Logam

Timbal (Pb)

Tembaga (Cu)

Arsen (As)

Mg/kg

Mg/kg

Mg/kg

Maks 2

Maks 2

Maks 1

Maks 2

Maks 2

Maks 1

15

diduga dapat memberikan nutrisi tambahan bagi bakteri asam laktat untuk

metabolisme dan pertumbuhan sel, dengan tersedianya nutrisi yang optimal, maka

aktivitas bakteri asam laktat akan meningkat sehingga menyebabkan jumlah asam

hasil metabolisme juga meningkat. Menurut Spreer (1998), asam laktat dan

asetaldehid yang dihasilkan menyebabkan penurunan pH media fermentasi atau

meningkatkan keasaman dan menimbulkan aroma khas.

Bakteri asam laktat memanfaatkan gula sebagai sumber energi,

pertumbuhan dan menghasilkan metabolit berupa asam laktat selama proses

fermentasi. Sumber karbon (sukrosa/gula) akan dirombak oleh mikroba menjadi

energi untuk pertumbuhan dan asam laktat sebagai metabolitnya. Mikroba

membutuhkan gula untuk aktivitas metabolisme dan perkembangbiakan sel. Hal

tersebut berkaitan dengan peningkatan jumlah sel bakteri, dimana semakin banyak

sel bakteri yang ada, maka sukrosa akan semakin banyak digunakan untuk

metabolisme sel. Oberman and Libudzisz (1998) dalam Rahmawati (2006),

menyatakan peningkatan jumlah bakteri menyebabkan terjadinya peningkatan

perombakan gula yang ada pada medium menjadi asam–asam organik.

2.4 Susu Skim

Susu skim merupakan bagian susu yang tertinggal setelah krim diambil

sebagian atau seluruhnya dan berbentuk seperti granula kecil dengan warna putih

kekuningan. Oleh karena itu, susu skim mempunyai berat jenis yang tinggi karena

banyak mengandung protein dan semua komponen gizi dari susu, kecuali lemak

dan vitamin yang larut dalam lemak. Susu memiliki dua jenis protein yaitu kasein

dan whey. Kasein ialah fraksi protein yang akan menggumpal ketika susu

diasamkan pada pH 4,6 dan suhu sekitar 30oC. Sedangkan fraksi yang tertinggal

setelah pengendapan kasein disebut whey. Komposisi susu skim terdiri dari abu

16

8,2% sampai 8,6%; protein 34,0% sampai 37,0%; lemak 0,6% sampai 1,25%; dan

laktosa 49,5% sampai 52,0% (Herdiana, 2007).

Susu skim mengandung protein dan laktosa dalam jumlah tinggi yang akan

diubah oleh bakteri asam laktat menjadi asam laktat. Protein merupakan sumber

nitrogen, sedangkan laktosa merupakan sumber energi dan karbon bagi bakteri

asam laktat. Semakin banyak susu skim yang ditambahkan maka jumlah bakteri

juga akan semakin meningkat. Bakteri tersebut akan merombak laktosa menjadi

glukosa dan galaktosa untuk menghasilkan asam laktat, sehingga pH pada produk

dapat mengalami penurunan. Penurunan pH merupakan salah satu akibat dari

proses fermentasi yang terjadi karena adanya akumulasi asam yang berasal dari

aktivitas bakteri asam laktat. Asam laktat yang dihasilkan sebagai produk utama

akan terdisosiasi menghasilkan H+ dan CH3CHOHCOO

-, sehingga semakin

tingginya asam laktat memungkinkan ion H+ yang terbebaskan dalam medium

semakin banyak (Sintasari, dkk., 2014).

2.5 Fermentasi

Fermentasi merupakan suatu proses perubahan kimia pada suatu substrat

organik melalui aktivitas enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme

(Suprihatin, 2010). Proses fermentasi dibutuhkan starter sebagai mikroba yang

akanditumbuhkan dalam substrat. Starter merupakan populasi mikroba dalam

jumlah dan kondisi fisiologis yang siap diinokulasikan pada media fermentasi

(Prabowo, 2011).

Fermentasi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu spontan dan tidak

spontan. Fermentasi spontan adalah yang tidak ditambahkan mikroorganisme

dalam bentuk starter atau ragi dalam proses pembuatannya, sedangkan fermentasi

17

tidak spontan adalah yang ditambahkan starter atau ragi dalam proses

pembuatannya seperti kefir dan yoghurt. Mikroorganisme tumbuh dan

berkembang secara aktif merubah bahan yang difermentasi menjadi produk yang

diinginkan pada proses fermentasi (Suprihatin, 2010). Proses optimum fermentasi

tergantung pada jenis organismenya (Sulistyaningrum, 2008). Menurut Kunaepah

(2008), fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya sebagai berikut:

1. Substrat (Medium)

Substrat atau medium fermentasi menyediakan zat gizi yang diperlukan

oleh mikroba untuk memperoleh energi, pertumbuhan, bahan pembentuk sel dan

biosintesa produk-produk metabolisme. Bermacam-macam substrat dapat dipakai

untuk melangsungkan fermentasi yaitu serealia, pati, laktosa, glukosa dan sukrosa

sebagai sumber karbon, sedangkan asam amino, protein, nitrat, garam amonium,

tepung kedelai dan sisa fermentasi sebagai sumber nitrogen. Selain untuk

memenuhi pertumbuhan sel dan pembentukan produk fermentasi, medium yang

digunakan akan berpengaruh terhadap pH.

2. Suhu

Suhu fermentasi akan menentukan jenis mikroba yang dominan selama

proses fermentasi. Suhu optimum pertumbuahan bakteri asam laktat yaitu 30°C,

tetapi beberapa kultur dapat membentuk asam dengan kecepatan sama pada suhu

37°C maupun 30°C. Suhu yang lebih tinggi dari 40°C dapat menurunkan

kecepatan laju pertumbuhan dan pembentukan asam oleh bakteri asam laktat.

Sedangkan khamir mempunyai suhu pertumbuhan optimum pada 20° - 30°C

mempunyai pertumbuhan optimum fermentasi pada pembuatan sayur asin sangat

18

sensitif terhadap perubahan suhu. Jika konsentrasi asam yang diinginkan telah

tercapai, maka suhu dapat dinaikkan untuk menghentikan fermentasi.

3. Oksigen

Tersedianya oksigen dapat memepengaruhi pertumbuhan mikroorganisme.

Jamur bersifat aerobik (memerlukan oksigen) sedangkan khamir dapat bersifat

aerobik atau anaerobik tergantung pada kondisinya. Bakteri diklasifikasi menjadi

empat kelompok yaitu aerob obligat (jika persediaan oksigen banyak maka dapat

tumbuh), aerob fakultatif (tumbuh apabila persedian oksigen cukup, tetapi juga

dapat tumbuh secara anaerob), anaerob obligat (dapat tumbuh jika ada oksigen)

dan anaerob fakultatif (dapat tumbuh jika tidak ada oksigen, serta dapat tumbuh

secara aerob).

4. Mikroba

Fermentasi umumnya dilakukan menggunakan kultur murni. Kultur murni

dapat disimpan dalam keadaan kering atau dibekukan. Kultur campuran mampu

menghasilkan asam yang lebih cepat dibandingkan pada kultur tunggal.

Banyaknya mikroba yang ditambahkan berkisar 3-10% dari volume medium

fermentasi.

Gambar 2. Kurva Pertumbuhan Mikroba (Fardiaz, 1992)

19

Dalam suatu proses fermentasi terdapat adanya proses kultivasi

mikroorganisme yang menjadi agent fermentasi. Pada proses kultivasi, yang

menjadi titik kritis kultivasi adalah pada fase eksponensial dan fase stasioner.

Pada fase tersebut mikroorganisme akan menghasilkan metabolit. Setelah fase

adaptasi selesai, mikroorganisme memasuki fase eksponensial dimana laju

pertumbuhan maksimum dan konstan, sehingga jumlah biomassa maksimum

terdapat fase late exponensial. Pertumbuhan dan perkembangan mikroba memiliki

batas hingga waktu tertentu. Pada saat tertentu, setelah melewati tahap minimum,

mikroba akan mengalami fase kematian. (Atlas dkk, 1998 dalam Muninngar,

2012).

Mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi kefir antara lain bakteri

Lactobacillus bulgaricus yang termasuk ke dalam golongan Bakteri Asam Laktat

(BAL) dan khamir Candida kefir.

a. Bakteri Asam Laktat (BAL)

Bakteri Asam Laktat (BAL) dikelompokkan sebagai bakteri gram positif,

bentuk kokus atau batang yang tidak berspora dengan asam laktat sebagai produk

utama fermentasi karbohidrat. BAL terdiri dari empat genus yaitu Lactobacillus,

Leuconostoc, Streptococcus dan Pediococcus. BAL merupakan bakteri yang

sering digunakan sebagai starter kultur untuk susu fermentasi dan berpotensi

sebagai antikolesterol. Hal tersebut diduga karena adanya Ekspolisakarida/EPS

(Malaka, 2005). Bakteri asam laktat memiliki kemampuan ketahanan terhadap pH

yang tinggi sampai rendah, sehingga mampu bersaing dengan nakteri lain selama

proses fermentasi. Bakteri ini juga dinyatakan sebagai bakteri asidurik atau

asidofilik, karena memerlukan pH yang relatif rendah (sekitar 5,4 – 3,5) supaya

20

tumbuh dengan baik. Lactobacillus bulgaricus berperan dalam pembentukan

asetaldegida yang akan membentuj aroma pada yoghurt.

BAL dibagi menjadi dua kelompok yaitu bakteri homofermentatif dan

bakteri bakteri heterofermentatif. Bakteri homofermentatif dengan produk utama

adalah asam laktat yang diperoleh melalui proses glikolisis dan bakteri

heterofermentatif yang memproduksi asam laktat dan sejumlah etanol, asam

asetat, melalui jalur 6 phosphoglukanat/phosphoketolase (Wijaningsih, 2008).

Lactobacillus bulgaricus merupakan kelompok bakteri asam laktat (BAL)

homofermentatif dengan asam laktat sebagai produk utama fermentasi karbohidrat

melalui fermentasi 1 mol glukosa yang akan menjadi 2 mol asam laktat dengan

reaksi: Lactobacillus bulgaricus merupakan bakteri gram positif, bentuk kokus

atau batang yang tidak berspora. Suhu optimum pertumbuhan Lactobacillus

bulgaricus adalah 40 - 45 (Malaka, 2005).

b. Khamir

Khamir merupakan suatu organisme uniseluler yang dapat bereproduksi

secara aseksual dengan spora. Khamir berperan memproduksi enzim yang

membantu dalam pembentukan alkohol sebagai metabolit primer dan senyawa

antibakteri sebagai metabolit sekunder. Proses fermentasi produk susu, organisme

khamir mempunyai peran dalam menyediakan nutrisi untuk pertumbuhan mikroba

lain seperti asam amino, vitamin dan mengkondisikan pH. Menurut Wijaningsih

C6H12O6 2CH3CHOHCOOH

Glukosa Asam Laktat

21

(2008) pada proses fermentasi anaerob, khamir memecah glukosa menjadi alkohol

dan karbondioksida melalui reaksi :

Sebagian besar khamir memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya.

Subtrat yang utama diperlukan selain oksigen adalah gula. Khamir akan

menghasilkan etil alkohol dan karbondioksida dari perombakan gula sederhana

seperti glukosa dan fruktosa. Khamir memiliki ketahanan terhadap asam dan dapat

tumbuh pada pH 3,5 – 4,5. Khamir memiliki rentang suhu pertumbuhan yaitu dari

00C – 50

0C, dengan suhu optimum 20

0C – 30

0C. Jenis khamir yang terdapat pada

kefir antara lain Candida kefir. Candida kefir dalam bentuk aseksual adalah

kluyveromyces marxianus yang berperan dalam memproduksi enzim laktase,

termasuk jenis khamir yang dapat memfermentasi laktosa (Farnworth, 2005).

2.5.1 Proses Glikolisis

Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam

piruvat. Bila ada oksigen, asam piruvat akan dioksidasi lebih lanjut di dalam

mitokondria sehingga pada akhirnya menghasilkan CO2 dan air. Bila Oksigen

tidak ada, maka asam piruvat tadi diubah menjadi asam laktat pada manusia atau

menjadi etanol pada ragi. Glikolisis terjadi di sitosol dalam sel yang menghasilkan

senyawa luruhan dan energi konversi dalam bentuk senyawa kimia yang lain

(ATP).

C6H12O6 C2H5OH + 2CO2

Glukosa Alkohol Karbondioksida

22

Tahap-Tahap Glikolisis

Gambar 2. Proses Glikolisis (Mayes, 2003)

Glikolisis terbagi menjadi dua tahapan besar, tahapan tersebut yakni:

1. Tahap 1: tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP, merupakan tahap

reaksi dari glukosa hingga pembentukan fruktosa 6-fosfat (dari tahap 1 –

tahap 5)

2. Tahap 2 : tahap reaksi yang menghasilkan energi (ATP dan NADH) yakni

dari gliseraldehide 3-fosfat hingga piruvat (dari tahap 6 – tahap 10)

Tahap 1

1. Glikolisis diawali dengan reaksi pembentukan senyawa glukosa 6-fosfat dari

glukosa. Reaksi tersebut ialah reaksi yang menggunakan energi dari

pemutusan ikatan fosfat dari ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim

heksokinase atau glukokinase.

23

2. Isomerisasi glukosa 6-fosfat. Reaksi yang kedua adalah pembentukan isomer

fruktosa 6-fosfat dari glukosa 6-fosfat. Reaksi ini adalah reaksi reversibel

yang mengkatalisis perubahan suatu aldopiranosa (glukosa) menjadi suatu

ketofuranosa (fruktosa). Reaksi ini dikatalisis oleh fosfoglukoisomerase.

3. Fosforilasi kedua. Reaksi fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-

bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase. Memerlukan ATP sebagai sumber

fosfat.

4. Fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua triosa fosfat yaitu gliseraldehid-3-

fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini

adalah suatu enzim dari kelas liase yakni aldolase. Reaksi yang dikatalisisnya

reversible. Kedua triosa fosfat dapat diubah sesamanya oleh enzim triosa

fosfat isomerase.

5. Keseimbangan reaksi isomerisasi ini condong ke arah dihidroksi aseton fosfat.

Akan tetapi gliseraldehid-3-fosfat terus menerus diubah , maka reaksi berjalan

ke arah yang ditunjukkan.

Tahap II

6. Terjadi oksidasi dan fosforilasi gliseraldehid-3-fosfat oleh NAD sehingga

menghasilkan 1,3-difosfogliserat. Reaksi ini dikalisis oleh enzim

gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase, yang menggunakan fosfat anorganik,

bukan ATP sebagai sumber fosfat. Produk yang terbentuk adalah suatu

anhidrida campuran dari asam 3-fosfogliserat dengan asam fosfat.

7. Fosfogliserat kinase memindahkan ikatan fosfat dari 1,3-difosfogliserat ke

ADP sehinggga akan terbentuk 3-fosfogliserat dan ATP.

24

8. Enzim Fosfogliseromutase memindahkan fosfat yang ada dikedudukan 2

sehingga terbentuk 2-fosfogliserat.

9. Enolase mengkatalisis dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat,

yang juga suatu senyawa yaang kaya energi. Senyawa ini memindahkan

fosfatnya ke ADP dan menghasilkan piruvat dan ATP.

10. Reaksi yang terakhir di katalisis oleh enzim piruvat kinase ( enzim ini dinamai

menurut reaksi yang arahnya berlawanan).

2.6 Syarat Nutrisi Pertumbuhan Mikrobia

Menurut Snydman (2008) Mikrobia membutuhkan nutrisi untuk tumbuh, baik

dalam bentuk anorganik ataupun organik. Unsur utama dalam pertumbuhan

mikrobia yaitu :

1. Unsur karbon

Karbon merupakan salah satu unsur penting yang dibutuhkan oleh mikroba.

Mikroba memerlukan karbon dalam beberapa bentuk yaitu an-organik atau

organik. Adapun komponen anorganik antara lain CO2, sedangkan karbon

yang berbentuk organik dapat berasal dari tiga kelas utama sebagai sumber

karbon, diantaranya karbohidrat. Metabolisme akan menghasilkan energi

yang dapat digunakan untuk sistem kerja sel, sintesis organel sel dan untuk

membentuk generasi baru. Senyawa karbon organik lainnya yaitu disakarida

dan oligosakarida. Pemberian penambahan sukrosa pada produk fermentasi

biasanya berkisar antara 5% - 15% (Hartoto, 2008).

2. Unsur Nitrogen

Semua organisme membutuhkan nitrogen dalam beberapa bentuk. Nitrogen

berbentuk asam amino sebagai penyusun protein merupakan nitrogen dalam

25

bentuk organik. Bakteri juga dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk an-

organik yang terdapat di atmosfer kemudian difiksasi untuk sintesis sel.

Nitrogen anorganik biasanya menggunakan (NH4)3PO4, NH4Cl, KNO3,

NaNO3. Sumber nitrogen organik dapat berupa pepton, typthone yang berasal

dari tepung kedelai yang memiliki vitamin yang tinggi.