Mikrobiologi Industri

            Defenisi: “Merupakan salah satu cabang mikrobiologi yang mengkaji pemanfaatan mikroorganisme untuk menghasilkan bahan  berupa produk” yaitu 

1. Bahan yang dapat dikonsumsi langsung (bahan pangan)
2. Bahan setengah jadi yang harus dicampurkan dengan bahan lainnya agar dapat dikonsumsi
3. Bahan obat-obatan, vaksin, antiobiotik,  vitamin, pewarna makanan, penyedap makanan, enzim,dll.
4. Bahan kimia untuk keamanan lingkungan seperti ethanol, pewarna pakaian, pewarna cat, plastik biodegradable,dll.

            Mikrobiologi industri tidak dapat dilepaskan dari kemampuan mikroorganisme dalam  melakukan proses fermentasi (Perubahan gradual oleh  enzim yang dihasilkan oleh bakteri, khamir  (yeast), dan jamur). Contoh: pengasaman susu, dekomposisi pati dan selulosa menjadi gula, pengubahan gula menjadi alkohol dan CO2, dan oksidasi senyawa nitrogen organik, dll.

Sejarah

            Industri fermentasi dimulai sebelum tahun 1900, yaitu dengan dimulainya pembuatan alkohol dan vinegar (cuka). Di Arab, produksi dalam skala besar dimulai tahun 1700. Pengembangan proses dengan menggunakan termometer dimulai tahun 1757 dan pemindahan panas pada tahun 1801. Pada pertengahan abad 19, fungsi yeast (khamir) dalam fermentasi alkohol mulai dikembangkan. Pada akhir abad 19 telah mulai digunakan kultur murni yeast pada pembuatan starter (inokulum).

            Vinegar pada mulanya dihasilan dari oksidasi wine karena adanya pertumbuhan mikroba liar (wild type) pada wine. Pada perkembangannya proses ini ditingkatkan dengan penggunaan generator dan medium penyangga (bufer). Pada akhir abad 19 dan awal abad 20, teknik
pasteurisasi ditemukan dan mulai diaplikasikan untuk sterilisasi medium disamping itu dilakukan juga penambahan vinegar 10% kedalam medium wine untuk meningkatkan keasaman medium dan mencegah terjadinya kontaminasi. Jadi konsep proses yang lengkap dimulai pada awal abad 20, walaupun proses sederhana telah dimulai abad 18 di Arab.

Faktor-faktor yang dibutuhkan dalam pengembangan industri mikroba:

a.      Mikrobia (mikroorganisme)

b.     Bahan dasar

c.      Sifat bioproses yang mendukung

d.     Pilot plant

e.      Faktor lingkungan dan sosek

Syarat mikrorganisme yang akan digunakan:

a.      Dalam kondisi biakan murni.

b.     Unggul secara genetis.

c.      Merupakan jenis yang stabil

d.     Bukan merupakan jenis patogen

Bahan dasar:

a.      Hasil Pertanian: jerami, dedak, biji-bijian, kelapa dan  sabutnya, dll.

b.     Hasil Perkebunan: gula tebu, ampas tebu, kulit kopi, kulit coklat, minyak sawit, dll.

c.      Limbah industri: limbah CPO, limbah tahu, sampah,  limbah tapioka, dll.

Syarat-syarat bahan dasar:

a.      Mudah didapat

b.     Terdapat dalam jumlah besar

c.      Murah harganya

d.     Terdapat bahan pengganti alternatif

Sifat-sifat proses:

Kegiatan Mikrobia dalam melakukan proses fermentasi meliputi  beberapa kelompok proses yaitu:

a.   Pertumbuhan. Kata ini dipakai bagi individu tunggal atau organisme-organisme yang membentuk koloni, mencakup peningkatan ukuran sel serta reproduksi sel secara langsung dengan pembelahan, pertunasan atau pembentukan badan khusus seperti spora dan konidia.

b.     Asimilasi. Merupakan aktivitas yang mengubah berbagai komponen substrat menjadi substansi sel, sehingga memberikan pertumbuhan dan aktivitas hidup yang diperlukan.

c.   Biosintesis. Merupakan pembentukan senyawa-senyawa kompleks dalam sel dalam jumlah yang lebih banyak daripada yang diperlukan untuk menjaga dan mempertahankan aktivitas normal sehari-hari. Senyawa hasil biosintesa umumnya adalah substansi biokimia aktif yang esensial (seperti enzim, vitamin, antibiotika, toksin dan lain-lain) yang dapat tetap dijaga keberadaannya dalam sel atau (lebih sering) dikeluarkan dari sel dan masuk kedalam substrat. Biosintesa biasanya tidak spesifik untuk suatu spesies

Asimilasi dan Biosintesa dikelompokkan kedalama anabolisme dan merupakan proses yang memerlukan energiATP, yang diperoleh dari proses disimilasi atau katabolisme.

d.     Disimilasi. Merupakan proses pengubahan senyawa substrat (yang merupakan sumber energi bagi organisme) atau senyawa- senyawa didalam sel seperti glikogen dan ATP (yang merupakan cadangan energi) menjadi senyawa yang memiliki tingkat energi yang lebih rendah, sedemikian rupa hingga energi dibebaskan dalam proses ini. Disimilasi berlangsung dalam sel dan produknya dikeluarkan ke media sekitarnya. Disimilasi terutama menghasilkan senyawa anorganik dan beberapa unsur tertentu. Contohnya adalah karbohidrat, glikosida, alkohol mono dan poli basa, aldehid, asam mono- dan polibasa, asam keto dan hidroksi, hidrokarbon, asam amino, dan amina; sejumlah garam Fe, Mn dan As, unsur Karbon, belerang dan lain-lain.

Efek dari sifat-sifat proses:

         Perbedaan proses yang berlangsung akan memberikan pengaruh terhadap pemilihan kondisi fermentasi aerob atau anaerob, medium cair atau medium padat, proses fermentasi batch, feed batch atau continue. Selain pengaruh terhadap faktor diatas, sifat proses juga berpengaruh terhadap tipe fermentor seperti optimasi lingkungan: pH, aerasi, suhu dan kadar nutrient, jenis alat bantu: sumber air, listrik, kompresor dan lain sebagainya, dan cara atau teknik pengambilan hasil dan sterilisasi

            Mikrobiologi Industri tidak lepas dari peranan bioteknologi sebagai ilmu terapannya. Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

            Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu.Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-9. Bioteknologi dengan menggunakan mikroorganisme dapat menghasilkan makanan dan minuman karena dapat tumbuh dengan cepat, mengandung protein yang cukup tinggi dan dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya misalnya dari limbah dapat menghasilkan produk yang tidak toksik dan reaksi biokimianya dapat dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri.

            Mikroorganisme dapat menjadi bahan pangan ataupun mengubah bahan pangan menjadi bentuk lain. Proses pembuatan pangan yang dibantu oleh mikroorganisme misalnya melalui fermentasi, seperti keju, yoghurt, dan berbagai makanan lain termasuk kecap dan tempe. Pada masa mendatang diharapkan peranan mikroorganisme dalam penciptaan makanan baru seperti mikroprotein dan protein sel tunggal. Mengenal sifat dan cara hidup mikroorganisme juga akan sangat bermanfaat dalam perbaikan teknologi pembuatan makanan.

Mikroorganisme pengubah dan penghasil makanan dan minuman

            Proses fermentasi dari suatu organisme dapat mengubah suatu makanan dan minuman. Proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari suatu senyawa organik dan menjadi produk organik yang lebih sederhana. Hal tersebut disebabkan mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dan juga massa mikroba minimal mengandung 40% protein dan memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi. Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan dan minuman adalah sebagai berikut :

 a. Pembuatan Tape

Tape merupakan makanan yang mengandung alcohol yang di hasilkan dari proses peragian atau fermentasi berbahan dasar ketan ataupun singkong. Dalam proses fermentasi tapai, digunakan beberapa jenis mikroorganisme seperti Saccharomyces cerevisiae, Rhizopus oryzae, Endomycopsis burtonii, Mucor sp., Candida utilis, Saccharomycopsis fibuligera, Pediococcus sp., dan lain-lain Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk menghasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis dan strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain:

a.      bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik

b.     memperhitungkan macam dan banyak ragi yang digunakan

c.      memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus)

d.     memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun)

e.      memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya.

Adakalanya pembuatan tape ketan dilanjutkan yang akhirnya akan menghasilan brem, baik untuk diminum atau untuk kue.

b. Pembuatan Tempe

Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahankimia pada protein, lemak, dan karbohidrat. Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan dihasilkan antibiotika yang akan mencegah penyakit perut seperti diare.

c. Pembuatan Oncom

Oncom merupakan makanan yang dikenal di kawasan Jawa Barat.Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa.Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

d. Pembuatan Kecap

Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam.Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu.
Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp. Coba Anda perhatikan beberapa kecap di pasaran, ada yang kental, ada pula yang encer. Kecap yang kental karena banyak ditambahkan gula merah, gula aren, atau gula kelapa, sedangkan kecap yang encer dikarenakan mengandung lebih banyak garam.Ada juga kecap ikan, kecap udang, dan sebagainya. Itu bisa dilakukan karena selama proses pembuatan ada penambahan sari ikan ataupun sari udang ke dalamnya.

e. Pembuatan Asinan Sayuran

Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fermentasi asam.Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus.Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.

f. Pembuatan Roti

Proses fermentas pada pembuatan rotii ini dengan bantuan dari yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi.

g. Pembuatan Keju

Pada umumnya keju disukai banyak orang. Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino.

Umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar.Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam.

h. Pembuatan Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman yang terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah sehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah.

Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38 C – 44 C atau selama 12 jam pada suhu 32 C. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.

h. Protein Sel Tunggal (PST)

Protein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme misalnya ganggang, bakteri dan berada di dalam sel mikroorganisme tersebut, coba Anda buka kembali pelajaran kelas X. Mikroorganisme tersebut memiliki protein yang beratnya mencapai 80 % dari berat total sel. Jika mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan reproduksi yang sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang singkat.

B. Fermentasi

Fermentasi adalah bentuk pengawetan makanan secara modern. Umumnya bahan makanan yang akan diawetkan akan mengalami proses pengubahan karbohidrat menjadi alkohol. Proses tersebut dipengaruhi oleh enzim yang dibuat oleh sel-sel ragi. Umumnya bahan makanan yang diawetkan ditaburi dengan ragi, kemudian disimpan dalam keadaan lembab tanpa sinar matahari. Beberapa contoh proses fermentasi sering digunakan dalam pembuatan tempe, tape, tahu, kecap, tauco, dan lain-lain .

C. Konsep gizi seimbang yang mendukung Bioteknologi Pangan

Masalah kesehatan masyarakat di Indonesia adalah masalah gizi kurang dan gizi lebih. Pola pertumbuhan dan status gizi merupakan indikator kesejahteraan. Oleh karena itu, perlu adanya program gizi yang berguna untuk mendorong kedua hal tersebut.

Gizi seimbang merupakan aneka ragam bahan pangan yang mengandung unsur-unsur zat gizi yang diperlukan oleh tubuh, baik kualitas (fungsinya), maupun kuantitas (jumlahnya).

Masalah gizi menyebabkan kualitas SDM menjadi rendah. Adapun tujuan program pangan dan gizi yang dikembangkan untuk mencapai Indonesia Sehat 2010 adalah :

1. Meningkatkan ketersediaan komoditas pangan pokok dengan jumlah yang cukup, kualitas memadai dan tersedia sepanjang waktu melalui peningkatan produksi dan penganekaragaman serta pengembangan produksi olahan.
2. Meningkatkan penganekaragaman konsumsi pangan untuk memantapkan ketahanan pangan tingkat rumah tangga.
3. Meningkatkan pelayanan gizi untuk mencapai keadaan gizi yg baik dengan menurunkan prevalensi gizi kurang dan gizi lebih.
4. Meningkatkan kemandirian keluarga dalam upaya perbaikan status gizi untuk mencapai hidup sehat.

Mikroorganisme yang di kembangkan dalam bioteknologi pangan  melelui proses fermentasi mampu mengubah bahan mentah seperti, kedelai, jangung, ketela dan yang lainnya menjadi bahan yang memiliki nilai tambah tinggi baik dari segi kualitas maupun kuantitasnya.

Bioteknologi pangan yang memanfaatkan mikroorganisme untuk mengubah bahan pangan sangat bermanfaat bagi masyarakat. Bahan pangan yang di fermentasi dengan mikroorganisme, mengandung nutrisi yang tinggi untuk memenuhi keseimbangan  gizi pada manusia. Berbagai bahan makanan yang sebelum di olah secara bioteknologi   memiliki kualitas dan gizi yang rendah akan tetapi setelah diolah secara bioteknologi  mimiliki kandungan gizi yang kaya akan manfaatnya bagi kesejahteraan Manusia.

Sumber :

Green, jen. 2005. Makanan Rekayasa genetika ( Seri Lingkungan Hidup). Bandung Pakar Raya

Anonymouse.http://karya-uniq.blogspot.com/http://karya-uniq.blogspot.com/: Diakses tanggal 11 Januari 2011

Anonymouse.http://Www.Crayonpedia.Org/Mw/Bab_Xiii_Bioteknologi_Dan_Peranannya_Bagi_Kehidupan:  Diakses tanggal 11 januari 2011

Anonymouse.http://arifqbio.multiply.com/journal/item/8/Seri_Bioteknologi: Diakses  tanggal 11 Januari 2011

Anonymouse.http://frisky-marto.blogspot.com/2010/03/imu-gizi-dalam-keperawatan.html: Diakses tanggal 12 januari 2011