- Back to Home »
- Teknik Kimia »
- [ Dasar Bioproses ] - Mikroorganisme
Posted by : Anonim
Sabtu, 29 Juni 2013
MIKROORGANISME (JASAD RENIK)
Aktifitas Mikroorganisme
Ditinjau dari segi mikrobiologi industry, maka aktifitas mikroorganisme dikelompokkan dalam tiga kegiatan utama, yaitu sebagai berikut:
1). Produksi
Secara komersial ada jenis; (a). biomassa sel; (b). bioenzim; (c). metebolit-metabolit.
- Metabolit primer: esensial untuk pertumbuhan dan reproduksi sel. Contoh: asam glutamate, lisin, butanol, asam sitrat, dan sebagainya.
- Metabolit sekunder: hanya dibentuk oleh sejumlah kecil mikroorganisme, tidak esensial untuk pertumbuhan dan produksi, pembuatannya sangat tergantung pada kondisi lingkungan. Beberapa mikroorganisme membentuk bermacam-macam kelompok zat sebagai metabolit sekunder. Contohnya: zat antimikroba, zat-zat farmokologis, zat-zat pemicu pertumbuhan (hormone).
- Transformasi (biokonversi); yaitu modifikasi suatu senyawa yang ditambahkan ke dalam fermentasi.
2). Pengelolaan:
a. Limbah industri
- menjadi produk berguna;- mencegah terjadinya polusi
b. Persenyawaan xerobiotik, sehingga dapat mengurangi tingkat pencemaran
c. Bijih (polidian biji) dan perolehan minyak
3) Perusakana. bahan baku proses
b. peralatan: pipa-pipa penyalur, penukar panas, tangki-tangki air
c. gangguan pada proses.
Sifat-sifat mikroorganisme
1) Bakteri
Bakteri pada umumnya mempunyai ukuran sel 0,5-1,0 m kali 2.0-5.0 m, dan terdiri dari tiga bentuk dasar yaitu; (1) bentuk bulat atau kokus (jamak; koki), (2) bentuk batang atau basilus (jamak; basili), dan (3) bentuk spiral. Bakteri ada yang berukuran relatif besar dengan diameter sekitar 5 m, berukuran sedang seperti bakteri penyebab tifus dan disenteri yang mempunyai ukuran 0,5-1 m kali 2-3 m, dan berukuran sangat kecil seperti mikroplasma yang mempunyai ukuran diameter 0,1-0,3 m.
Tabel 2.1 Fungsi struktur permukaan pada sel bakteri *
Struktur
|
Fungsi
|
Komposis kimia
|
Flagela
Pili
Kapsul dan komponen Ekstraseluler
Dinding sel gram positif
Dinding sel gram negatif
Membran plasma dan mesosoma
|
Pergerakan
Saluran konjugasi Adhesi sel
Pelindung (?) Reseptor phage Adhesi sel
Pelindung Reseptor phage
Pelindung Permeabilitas Flaseptro phage
Permeablilitas Biosintesis
|
Protein
Protein
Polisakarida poliseptida
Peptiduglikan asam teikhoat
Peptidoglikan lipopo- lisakarida lipid, protein.
Lipid, protein
|
*Salton (1974)
Bakteri berbentuk bulat dapat dibedakan atas beberapa grup berdasarkan penge lompokan selnya, yang merupakan salah satu sifat yang penting dalam identifikasi, yaitu:
- Diplokoki : sel berpasangan (dua sel)
- Streptokoki : rangkaian sel membentuk rantai panjang atau pendek
- Tetrada : empat sel membentuk persegi empat
- Stapilokoki : kumpulan sel yang tidak beraturan seperti buah anggur
- Sarcinan : kumpulan sel berbentuk kubus yang terdir dari 8 sel atau lebih
Gambar 2.1 Cara perkembang biakan bakteri bentuk kokus (Pelczar at, al 1977)
menunjukkan cara pembelahan bakteri bentuk kokus sehingga membentuk pengelompokan seperti tersebut di atas
Bakteri berbentuk batang mungkin terdapat dalam bentuk berpasangan (diplobasili) atau membentuk rantai (streptobasili). Pengelompokan ini pada beberapa keadaan bukan merupakan sifat morfologinya, melainkan dipengaruhi oleh tahap pertumbuhan atau kondisi kultur.
Bakteri berbentuk spiral (tunggal, spirilum, jamak, spirila) terdapat secara terpisah-pisah (tunggal), tetapi masing-masing spesies berbeda dalam panjang, jumlah, dan amplitudo spiralnya, serta ketegaran dinding selnya. Sebagai contohl, beberapa spesies ukurannya pendek dengan spiral yang padat, sedangkan spesies lainnya mungkin sangat panjang dengan bentuk seperti tali berputar (bergelombang). Bakteri yang ukurannya pendek dengan spiral-spiral yang tidak lengkap disebut bakteri koma atau vibrin.
Bakteri berbentuk bulat pada umumnya lebih tahan, terhadap proses pengolahan, misalnya pemanasan, pendinginan dan pengeringan, dibandingkan dengan bakteri berbentuk batang. Demikian pula bakteri yang bergerombol (stapilokoki) lebih sukar dibunuh dengan proses pengolahan dibandingkan dengan bakteri di mana selnya terpisah-pisah atau membentuk rantai.
Bakteri dibedakan atas dua kelompok ber- dasarkan komposisi dinding sel serta sifat pewarnaanya, yaitu bakteri gram positif dan bakteri gram negatif. Selain perbedaan dalam sifat pewarnaan bakteri gram positif dan gram negatif juga berbeda dalam sensitivitasnya terhadap kerusakan mekanis/fisik, terhadap enzim, disinfektan dan antibiotik. Beberapa perbedaan sifat-sifat bakteri gram
Tabel 2.2 Perbedaan relatif sifat bakteri gram positif dan gram negatif.
Sifat Perbedaan relatif
Bakteri gram positif Bakteri gram negatif
|
Komposisi dinding sel
Ketahanan terhadap penisilin
Penghambatan oleh pewarna basa (misalnya violet krista)
Kebutuhan nutrien
Ketahanan terhadap perla- kuan fisik
|
Kandungan lipid rendah (1-4%)
Lebih sensitif
Lebih dihambat
Kebanyakan spesies relatif kompleks
Lebih tahan
|
Kandungan lipid tinggi (11-22%)
Lebih tahan
Kurang dihambat
Relatif sederhana
Kurang tahan
|
*Pelczar et al, (1077)
Positif dan gram negatif dapat dilihat pada Tabel 2.2. Bakteri gram positif lebih sensitif terhadap penisilin, tetapi lebih tahan terhadap perlakuan fisik atau enzim dibandingkan bakteri gram negatif. Bakteri gram negatif lebih sensitif terhadap antibiotik lainnya seperti streptimisin.
Bakteri gram negatif bersifat lebih konstan terhadap reaksi pewarnaan, tetapi bakteri gram positif sering berubah sifat pewarnaannya sehingga menunjukan reaksi gram variabel. Sebagai contoh, kultur bakteri gram positif yang sudah tua dapat di hilangkan kemampuannya untuk menyerap pewarna violet sehingga dapat menyerap pewarna safranin, dan berwarna merah seperti bakteri gram negatif. Perubahan tersebut juga dapat disebabkan oleh perubahan kondisi lingkungan atau modifikasi teknik pewarnaan.
Bakteri tumbuh dengan cara pembelahan biner, yang berarti satu sel membelah menjadi dua sel (Gambar 2.2). Waktu generasi, yaitu waktu yang dibutuhkan oleh sel untuk membelah, bervariasi tergantung dari spesies dan kondisi pertumbuhan. Tabel 2.3 menunjukan waktu generasi beberapa bakteri yang sering ditemukan di dalam makanan jika ditumbuhkan pada medium dan suhu tertentu.
Semua bakteri yang tumbuh pada makanan bersifat heterotropik, yaitu mem- butuhan zat organik untuk pertumbuhannya. Dalam metabolismenya bakteri hete- rotropok menggunakan protein, karbohidrat, lemak dan komponen makanan lainnya sebagai sumber karbon dan energi untuk pertumbuhannya. Beberapa bakteri dapat mengoksidasi karbohidrat secara lengkap menjadi CO2 dan H2O, atau memecah-nya menjadi asam, alkohol, aldehida atau keton. Bakteri juga dapat memecah protein yang terdapat di dalam makanan menjadi polipeptida, asam amino, amonia, dan amin. Beberapa spesies tertentu dapat memecah lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Meskipun bakteri membutuhkan vitamin untu proses metabolismenya, beberapa dapat mensintesis vitamin-vitamin tersebut dari komponen lainnya di dalam medium. Bakteri lainnya tidak dapat tumbuh jika tidak ada vitamin di dalam mediumnya. Vitamin yang dibutuhkan oleh beberapa bakteri dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Waktu generasi beberapa spesies bakteri.*
Bakteri
|
Medium
|
Suhu (oC)
|
Waktu generasi (menit)
|
Bacillus mycoldes
B. thermophilus
Escherichia coli
Lacthobacillus acklophilus
Mycobacterium tubercilosis
Staphylococcus aureus
Streplococcuslactis
|
Broth
Broth
Broth
Susu
Susu
Sintentik
Broth
Broth
Susu
|
37
55
37
37
37
37
37
37
37
|
28
18,3
17
12,5
66-67
792-932
27-30
49
26
|
*Pelczar et al. (1977)
Tabel 2.4 Vitamin yang dibutuhkan oleh beberapa bakteri,*
Bakteri
|
Vitamin yang dibutuhkan
|
Bacillus anthracis
Clostridium tetani
Brucella abortus
Lactobacillus sp.
Leuconostoc mesenteroldes
Proteus morganii
L:euconostop dextranicum
|
Thiamin (B1)
Riboflavin (B2)
Niasin
Piridoksin Kobalamin
Biotin
Asam pantothenal
Asam folat
|
Jika tumbuh pada bahan pangan, bakteri dapat menyebabkan berbagai perubahan pada penampakan maupun komposisi kimia dan cita-rasa bahan pangan tersebut. Perubahana yang dapat terlihat dari luar misalnya perubahan warna, pem- bentukan film atau lapisan pada permukaan seperti pada minuman atau makanan cair/ padat, pembentukan lendir, pembentukan endapan atau kekeruhan pada minuman, pembentukan gas. Bau asam.bau alkohol, bau busuk, dan berbagai perubahan lainnya.
Klasifikasi Bakteri
Bakteri diberi nama yang terdiri dari nama jenis (genus), spesies dan galur (strain). Nama spesies kadang-kadang menunjukan sifat, warna atau penemunya, se-bagai contoh, Mycobacterium tuberculosis (penyebab tuberkulosisi), Streptococcus albus ( berwarna putih), Bacillus stearothermophillus (bersifat termofilik), Clostridium welchii, dan Propionibacterium shermanii.
Bakteri tergolong dalam kelas Schizomycetes dan terdiri dari beberapa ordo yaitu;
- Pseudomonadales
- Eubacteriales
- Actinomycetales
- Chlamydobacteriales
- Myxobacteriales
- Spirochaetales
Anggota dari ordo Pseudomonadales dan Eubacteriales sering tumbuh pada makanan, dan beberapa penting dalam industri pangan. Hanya beberapa anggota dari Actinomycetales dan Chlamydobabacteriales yang penting dalam mikrobiologi pangan, sedangkan anggota dari kedua ordo terakhir yaitu Myxobacteriales dan Spirochaetales tidak umum dijumpai pada makanan.
Dalam Bergeys Manual of Systematic Bacteriology, bakteri dikelompokkan ber- dasarkan grup menurut bentuk, sifat pewarnaan gram, dan kebutuhannya akan oksigen Pengelompokan ini mungkin tidak sesuai dengan standar pengelompokan berdasar- kan ordo, famili dan jenis. Minimal terdapat 19 grup bakteri, tetapi hanya beberapa grup yang dijumpai pada makanan atau penting digunakan dalam industri pangan. Dalam buku ini akan dibahas hanya jenis-jenis bakteri yang umum dijumpai pada makanan, sedangkan bakteri lainnya yang tidak tumbuh pada makanan tidak dibahas di dalam buku ini. Jenis bakteri yang dijumpai pada makanan menurut famili dapat di- lihat pada Tabel 10.6, sedangkan pengelompokannya adalah sebagai berikut:
- Bakteri basili dan koki gram negatif,aerobik
- Bakteri basili gram negatif, anaerobik fakultatif
- Bakteri basili gram negatif, anaerobik
- Bakteri basili dan kokobasili gram negatif
- Bakteri koki gram positif
- Bakteri basili gram positif, tidak berspora
- Bakteri basili gram positif, berspora
- Bakteri dengan sel bercabang atau bertunas.
Pengelompokan Bakteri Berdasarkan Sifat Pertumbuhannya pada Makanan
Dalam mikrobiologi pangan, pengelompokan bakteri berdasarkan sifat per- tumbuhannya pada makanan lebih penting daripada pengelompokan berdasarkan sifat-sifat lainnya. Dengan pengelompokan ini mudah diduga perubahan perubahan yang akan terjadi pada makanan jika suatu bakteri yang termasuk dalam suatu kelompok tumbuh pada makanan.
1. Bakteri Asam Laktat
Sifat yang terpenting dari bakteri asam laktat adalah kemampuannya untuk menfermentasi gula menjadi asam laktat . Sifat ini penting dalam pembuatan produk-produk fermentasi seperti fermentasi sayur-sayuran (sauerkraut, pikel, dan sebagainya), fermentasi susu (keju yogurt, susu asam, dan sebagainya), dan fermentasi ikan. Karena produksi asam oleh bakteri asam laktat berjalan secara cepat, maka pertumbuhan mikroba lain yang tidak diinginkan dapat ter- hamba. Yang termasuk bakteri asam laktat adalah famili Lactobacillaceae, yaitu Lactobacillus, dan famili Streptococcaceae, terutam Leuconostoc, streptococccus dan Pediococcus Streptoccoccus, Pediococcus dan beberapa spesies Lactobacillus (lihat subbab mengenai bakteri basili gram positif, tidak berspora) bersifat homofermentatif, sedangkan Leuconostoc dan spesies Lactobacillus lainnya bersifat heterofermentatif.
2. Bakteri Asam Asetat
Kebanyakan spesies bakteri asam asetat termasuk dalam jenis Acetobacter dan Gluconobacter. Kedua jenis bakteri ini dapat mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat, tetapi Acetobacter dapat mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi CO2. Spesies yang sering digunakan dalam industri asam asetat yaitu A. aceti dan G, subasxydans.
3. Bakteri Asam Butiran dan Bakteri Asam Proplonat
Kebanyakan bakteri pembentuk asam butiran tergolong anaerobik pembentuk spora dari jenis Clostridium. Bakteri pembentuk asam proplonat terutama ada-lah yang termasuk jenis Propinibacterium.
4. Bakteri Proteolitik
Bakteri yang tergolong proteolitik adalah bakteri yang memproduksi enzim Proteinase ekstraseluler, yaitu enzim pemecah protein yang diproduksi di dalam sel kemudian dilepaskan keluar dari sel. Semua bakteri mempunyai enzim proteinase di dalam sel , tetapi tidak semua mempunyai enzim proteinase ekstraseluler. Bakteri proteolitik dapat di bedakan atas beberapa kelompok yaitu:
- Bakteri aerobik atau anaerobik fakultatif, tidak membentuk spora, misalnya Pseudomonas dan Proteus.
Bakteri aerobik atau anaerobik fakultatif, membentuk spora, misalnya Bacillus.
- Bakteri anaerobik pembentuk spora, misalnya sebagian spesdies Clostridium.
Beberapa bakteri disebut proteolitik-asam yaitu dapat memecah protein sekali- gus menfermentasi asam, misalnya yang dilakukan oleh Streplococcus faecalis var, liquefaciens dan Microccoccus cascolyticus. Beberapa bakteri bersifat putrefaktif yaitu memecah protein secara anaerobik dan memproduksi komponen komponen yang berbau busuk seperti hidrogen sulfida, merkaptan, amin, indol, skatol, dan asam-asam lemak. Bakteri yang bersifat putrefaktif misalnya keba- nyakan spesies Clostridium. Beberapa spesies Proteus, Pseudomonas, dan bakteri tidak berspora lainnya.
5. Bakteri Lipolitik
Kelompok bakteri lipolitik memproduksi lipase, yaitu enzim yang mengkatalis hidrolis lemak menjadi asam-asam lemak dan gliserol. Banyak bakteri yang ber- sifat aerobik dan proteolitik aktif juga bersifat lipolitik. Jenis yang mempunyai spesies bersifat lipolitik misalnya Pseudomonas, Alcaligenes, Serratia dan Micrococcus, Salah satu contoh yang bersifat lipolitik kuat misalnya P. fluorescens.
6. Bakteri Sakarolitik
Kelompok bakteri inimenghidrolisis disakarida dan polisakarida menjadi gula yang lebih sederhana. Hanya beberapa bakteri yang bersifat amilolitik, yaitu memproduksi enzim amilase dan memecah pati di luar sel, misalnya Bacillus subtilis dan Clostridium butyricum. Beberapa bakteri dapat memecah selulosa.
Spesies Clostridium kadang-kadang dibedakan atas yang bersifat proteolitik dan dapat memecah atau tidak dapat memecah gula, dan sakarolitik yang dapat memecah gula tetapi tidak memecah protein. Sebagai contoh, C, lentoputrescens bersifat proteolitik tetapi tidak memecah karbohidrat, sedangkan C, butyricum adalah nonproteolitik tetapi menfermentasi gula.
7. Bakteri Pektolitik
Pektin adalah karbohidrat, kompleks yang terdapat pada sayuran dan buah- buahan. Campuran enzim pektolitik, disebut pektinase, dapat memecah pektin dan menyebabkan busuk air atau busuk lunak, (soft rot) pada sayuran dan buah- buahan, atau menyebabkan hilangnya kemampuan membentuk gel pada sari buah. Bakteri yang bersifat pektolitik misanya beberapa spesies Erwinia, Bacillus dan Clostridium
8. Bakteri Termofilik
Termofil adalah kelompok bakteri yang mempunyai suhu optimum pertumbuhan minimal di atas 45 0C, biasanya 55 oC atau lebih. Bakteri ini sering tumbuh pada makanan yang disimpan pada suhu tinggi, misalnya di dalam lemari pemanas. Contoh bakteri termofilik misanya Bacillus stearothermophilus penyebab kebusukan asam tanpa gas (flat sour), Clostridium thermosaccharolyti- cum penyebab busuk kembung pada makanan kaleng, dan Lactobacillus thermophilus yang merupakan bakteri asam laktat termofil.
9. Bakteri Psikrotropik
Kelompok bakteri ini sering tumbuh pada makanan yang didinginkan karena masih dapat tumbuh pada suhu sedikit di atas suhu penbekuan. Bakteri psikrotropik terutama di temukan di dalam jenis pseudomonas, Flavobacterium dan Alcdigenes, meskipun jenis lainnya seperti Micrococcus, Lactobacillus, enterobacter dan Arthrobacter mungkin juga mengandung spesies yang bersifat psikrotropik.
10. Bakteri Halofilik
Bakteri halofilik membutuhkan konsentrasi NaCl minimal tertentu untuk per- tumbuhannya. Kebutuhan garam untuk pertumbuhan optimum bervariasi, yaitu 5-20 % untuk bakteri halofilik sedang, dan 20-30 % untuk bakteri halofilik ekstrem. Spesies yang tumbuh baik pada medium yang mengandung 2-5% garam disebut halofilik ringan. Beberapa bakteri halotoleran (tahan garam), yaitu bakteri yang dapat tumbuh dengan atau tanpa garam. Bakteri halofilik dan halotoleran sering ditemukan pada makanan berkadar garam tinggi atau didalam larutan garam. Bakteri-bakteri tersebut diantaranya tergolong dalam jenis Halo- bacterium, Halococcus, Sarcina, Micrococcus, Pseudomonas, Vibrio, Pedio- coccus dan Alcaligenes.
11. Bakteri Osmofilik
Bakteri osmofilik atau sakarofilik tumbuh pada medium dengan konsentrasi gula tinggi, tetapi kebanyakan bakteri yang disebut osmofilik sebenarnya hanya ber- sifat osmotoleran yaitu dapat tumbuh dengan atau tanpa konsentrasi gula tinggi misalnya beberapa spesies dari Leuconostoc.
12. Bakteri Berpigmen
Jenis bakteri yang semua spesiesnya memproduksi pigmen adalah Flava- bacterium yang memproduksi pigmen kuning sampai oranye, dan Serrtia yang memproduksi pigmen merah, sedangkan jenis bakteri yang beberapa spesiesnya memproduksi pigmen misalnya Micrococcus.
13. Bakteri Pembentuk Lendir
Bakteri yang dapat membentuk lender pada makanan di antarannya Alcaligenes viscolactis (viscosus) dan Enterobacter aerogenes yang menyebabkan pelendir- an pada susu, dan Leuconostoc sp, yang memproduksi lender di dalam larutan gula. Beberapa spesies Streptococcus dan Lactobacillus juga mempunyai galur yang dapat menyebabkan pelendiran pada susu. Beberapa galur dari L. plantarum dan laktobasili lainnya dapat menyebabkan pelendiran pada produk buah-buahan sayuran dan serealia, misalnya cider, sauerkraut dan bir.
Bakteri Pembentuk Gas
Bakteri pembentuk gas mungkin memproduksi gas secara cepat dengan jumlah banyak, atau mungkin produksi gasnya sangat lambat dan sedikit sekali sehingga sukar dideteksi, misalnya pada beberapa bakteri laktat heterofermentatif. Bakteri pementuk gas dapat dibedakan atas dua kelompok, yaitu;
- Bakteri yang memproduksi CO2 misalnya Leuconostoc, Lactobacillus (heterofermentatif_) dan Propionibacterium.
- Bakteri yang memproduksi CO2 dan H2, misalnya Escherichia, Enerobacter, Proteus, Bacillus (aerobasili), dan Clostridium.
Bakteri koliform telah dijelaskan sebelumnya di dalam Subsubbab mengenai Enterobacteriaceae. Suatu metode telah dikembangkan untuk membedakan antara koliform fekal (Escherichia coli) dan koliform nonfekal (Enterobacter aerogenes). E. coli memproduksi lebih banyak asam di dalam medium glukosa, yang dapat dilihat dari indikator merah metal, memproduksi indol, tetapi tidak memproduksi asetoin (asetil metil karbinol.). Bakteri ini memproduksi CO2 dan H2 dengan perbandingan 1:1. Dan tidak dapat menggunakan sitrat sebagai sumber karbon.
E. aerogenes memproduksi asam lebih sedikit, membentuk asetoin, tetapi tidak membentuk indol. Bakteri ini memproduksi CO2 dan H2 dengan perbandingan 2:!, dan dapat menggunakan sitrat sebagai sumber karbon. Bakteri ini juga memproduksi gas lebih banyak daripada E, coli. Oleh karena itu, sering mem- nyebabkan kerusakan pada susu, keju dan makanan lainnya. Kedua spesies menfermentasi gula menghasilkan asam laktat (E, coli lebih banyak), etanol, asam asetat dan suksinat, CO2 dan H2. Bakteri koliform lainnya mempunyai sifat-sifat diantaranya E, coli dan E, aerogenes.
Penggunaan bakteri dalam industri
Berbagai jenis bakteri telah digunakan dalam industri, baik industry pangan mau- pun industry kimia. Keuntungan penggunaan bakteri dalam industry, dibandingkan dengan kapang dan khamir, adalah pertumbuhannya yang lebih cepat dengan waktu generasi rata-rata kurang dari satu jam (20 menit sampai satu jam). Permentasi makanan menggunakan bakteri dapat berlangsung secara spontan, misalnya pada pembuatan sayur asin dan pikel, atau dengan cara menambahkan kultur bakteri, misal- nya dalam fermentasi sosis, yogurt, nata de coco, susu asam, keju dan sebagainya.
Kapang
Kapang adalah kelompok mikroba yang tergolong dalam fungi, dan ilmu mengenai fungi disebut mikologi. Selain kapang organism lainnya yang tergolong fungi dan penting dalam mikrobiologi pangan adalah khamir dan jamur (mushroom). Ganggang mem- punyai sifat-sifat seperti fungi tetapi tidak tergolong dalam fungi.
Siafat-sifat umum fungi
Fungsi (jamak) atau fungus (tunggal) adalah suatu organism eukariotik yang mem- punyai cirri-ciri spesifik sebagai berikut:
- Mempunyai inti sel
- Memproduksi spora
- Tidak mempunyai klorofil sehingga tidak dapat melakukan fotosintesis.
- Dapat berkembang biak secara seksaual maupun aseksual
- Beberapa mempunyai bagian-bagian tubuh berbentuk filament dengan dinding sel yang mengandung selulosa atau khitin atau keduanya.
Perbedaan utama antara organism yang tergolong fungi misalnya antara kapang dan khamir, yaitu kapang adalah fungi yang mempunyai filament (miselium), sedangkan khamir merupakan fungi sel tunggal tanpa filament. Beberapa fungi disebut fungi dimorfik karena dapat tumbuh dalam bentuk filament seperti kapang atau berbentuk sel tunggal seperti khamir.
Fungi sebenarnya merupakan organism yang menyerupai tanaman, tetapi mem- punyai beberapa perbedaan sebagai berikut:
- Tidak mempunyai klorofil
- Mempunyai dinding sel dengan komposisi berbeda
- Berkembang biak dengan spora
- Tidak mempunyai batang/cabang, akar, atau daun
- Tidak mempunyai system vascular seperti pada tanaman
- Bersifat multiseluler tetapi tidak mempunyai pembagian fungsi masing-masing bagian seperti pada tanaman.
Fungi dapat bersifat parasit yaitu memperoleh makanan dari benda hidup, atau bersifat saprofit yaitu memperoleh makanan dari benda mati. Fungi yang bersifat saprofit obligat hanya dapat hidup pada benda mati, tetapi tidak dapat hidup atau melakukan infeksi pada benda hidup. Kapang semacam ini sering tumbuh pada makanan dan menyebabkan kerusakan makanan. Fungi yang bersifat parasit/ saprofit fakultatif dapat hidup pada bahan organic yang hidup maupun mati, dan menyebabkan penyakit. Fungi jarang yang bersifat parasit obligasi yaitu hanya dapat hidup oada organism (protoplasma) yang masih hidup. Fungi semacam ini tidak dapat dibiakkan pada jaringan atau tenunan yang masih hidup, yaitu dengan cara kultur jaringan. Fungi yang bersifat parasit obligasi tidak dapat hidup pada benda mati termasuk makanan. Oleh karena itu tidak penting dalam mikrobiologi pangan.
Fungi dapat mensintesis protein dengan mengambil sumber karbon dari karbohidrat (misalnya glukosa, sukrosa atau maltose), sumber nitrogen dari bahan organik atau anorganik, dan mineral dari substratnya. Sumber karbon yang terbaik adalah glukosa, sedangkan sumber nitrogen yang terbaik nitrogen dari bahan organik. Bahan anorganik yang dapat digunakan sebagai sumber nitrogen adalah ammonium dan nitrat.
Beberapa fungi dapat mensintesis vitamin-vitamin yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan berkembang biak, sedangkan beberapa fungi lainnya harus men- dapatkan vitamin, misalnya thiamin dan biotin, dari substrat. Fungi menyimpan kelebihan makanan dalam bentuk Glikogen atau lemak
Fungi tergolong Eumycota (Eumycetes) dan dapat dibedakan atas empat kelas yaitu:
- Ascomycetes
- Basidiomycetes
- Deuteromycetes
Hifa dan Miselium
Kapang adalah fungi multiseluler yang mempunyai filament dan pertumbuhannya pada makanan mudah dilihat karena penampakannya yang berserabut seperti kapas. Pertumbuhannya mula-mula akan berwarna putih, tetapi jika spora telah timbul akan terbentuk terbentuk berbagai warna tergantung dari jenis kapang. Sifat-sifat morfologi kapang, baik penampakan makroskopik maupun mikroskopik, digunakan dalam iden-tifikasi dan klasifikasi kapang. Kapang terdirid dari suatu thalius (jamak = thalli) yang tersusundari filament yang bercabang yang disebut hifa (tunggal hypha, jamak hyphae). Kumpulan dari hifa di- sebut miselium (tunggal = mycelium, jamak = mycelia),Hifa tumbuh dari spora yang melakukan germinasi membentuk suatu tuba germ, dimana tuba ini akan tumbuh terus membentuk filament yang panjang dan bercabang yang disebut hifa, kemudian sete- rusnya akan membentuk suatu massa hifa yang disebut miselium (Gambar 2.3) Pembentukan miselium merupakan sifat yang membedakan grup-grup di dalam fungi.
Hifa mungkin tumbuh di bawah permukaan yaitu terendam di dalam substrat/ makanan, atau pertumbuhannya mungkin muncul di atas permukaan substrat/ makan-an. Pertumbuhan atau perpanjangn hifa dimulai degan pembelahan inti, yaitu dapat dimulai dari bagian tengah yang disebut pertumbuhan interkalar, atau dari bagian ujung hifa yang disebut pertumbuhan apical (Gambar 2.3)
Hifa dapat dibedakan atas dua macam yaitu; (1) hifa vegatatif atu hifa tumbuh, dan (2) hifa fertil yang membentuk bagian reproduksi. Pada kebanyakan kapang, hifa fertil tumbuh di atas permukan, tetapi pada beberapa kapang mungkin terendam. Penyerapan nutrien terjadi pada permukaan miselium.
Gambar 2.3 Germinasi spora kapang dan perpanjangn sel dalam pembentukan hifa (Nester et. al. 1973).
Hifa dikelilingi oleh dinding sel tegar yang terdiri dari polisakarida. Kandungan tertinggi dalam dinding sel pada kebanyakan kapang adalah selulosa, tetapi pada bebe-rapa kapang dinding selnya terutama terdiri dari khitin. Hifa mungkin membentuk kum-pulan miselium yang padat dan keras dengan dinding sel tebal. Struktur ini disebut sklerotium (jamak = akterotia) yang bersifat tahan terhadap pemanasan dan keadaan kering. Oleh karena itu, perlu mendapat perhatian khusus dalam pengolahan pangan.
Kapang dapat dibedakan atas dua kelompok berdasarkan struktur hifanya, yaitu; (1) hifa tidak bersekat atau nonseptal, dan (2) hifa tersekat atau septat yang membagi hifa dalam mangan-mangan, di mana setiap mangan mempunyai satu atau lebih inti sel (nukleus) (Gambar 2.4). Dinding penyekat yang disebut septum (jamak = septat) tidak tertutup rapat sehingga sitoplasma masih bebas bergerak dari satu ruangan ke ruangan lainnya. Kapang yang tergolong septat terutama termasuk dalam kelas Ascomycetes.
Basidiomycetes dan Deuteromycetes, sedangkan kapang nenseptat terutama termasuk dalam kelas Phycomycetes (Zygomycetes dan Oomycetes). Pada kapang nonseptat inti sel tersebar di sepanjang hifa.
Hifa pada pada kebanyakan kapang biasanya terang, tetapi pada beberapa kapangagak keruh dan gelap. Secara mikroskopik, hida terlihat tidak berwarna dan transparan, tetapi kumpulan hifa secara makroskopik mungkin berwarna.
Struktur miselia mungkin spesifik untuk beberapa jenis kapang sehingga dapat di- gunakan untuk identifikasi. Bentuk-bentuk spesifik tersebut misalnya rhizold (holdfast) pada Rhizopus dan Absidia, foot celi pada Aspergillus percabangan bentuk Y. pada Geotrichum, dan sebagainya.
Sistem Reproduksi Kapang
Dikenal dua macam sitem reproduksi pada kapang yaitu;(1) reproduksi aseksual dan (2) reproduksi seksual. Secara aseksual, kapang dapat tumbuh dari sepotong miselium, tetapi cara ini jarang terjadi dan yang paling umu terjadi adalah pertumbuhan dari spora aseksual.
Reproduksi seksual dimulai dari spora seksual, dan kapang yang mempunyai spora seksual disebut kapang sempurna (perfect mold), yaitu terdiri dari;
- Oomycetes dan Zygomycetes (nonseptat)
- Ascomycetes dan Basidiomycetes (septat)
Fungi yang tidak mempunyai spora seksual tetapi hanya mempunyai spora aseksual disebut fungi tidak sempurna (fungi imperfecti) yang biasanya mempunyai hifa septat, misalnya yang termasuk Deuteromycetes.
Sifat-sifat Fisiologi Kapang
Kebutuhan Air
Pada umumnya, kebanyakan kapang membutuhkan aw minimal untuk per- tumbuhan lebih rendah, dibandingkan dengan khamir dan bakteri. Kadar air bahan pangan kurang dari 14-15%, misalnya pada beras dan serealia, dapat menghambaat atau memperlambat pertumbuhan kebanyakan kahmir.
Suhu Pertumbuhan
Kebanyakan kapang bersifat mesofilik, yaitu tumbuh baik pada suhu kamar. Suhu optimum pertumbuhan untuk kebanyakan kapang adalah sekitar 25-300C tetapi beberapa dapat tumbuh pada suhu 35-37 0C atau lebih tinggi, misalnya Aspergillus. Beberapa kapang bersifat psikrotrofik, yaitu dapat tumbuh baik pada suhu lemari es, dan beberapa bahkan masih dapaat tumbuh lambat, pada suhu di bawah suhu pembekuan, misalnya pada suhu -5 0C sampai -10 0C. Beberapa kapang juga bersifat termofilik, yaitu dapat tumbuh pada suhu tinggi.
Kebutuhan Oksigen dan pH
Semua kapang bersifat aerobic, yaitu membutuhkan oksigen untuk pertumbuh- annya. Kebanyakan kapang dapat tumbuh pada kisaran pH yang luas, yaitu pH 2-8,5, tetapi biasanya pertumbuhannya akan lebih baik pada kondisi asam atau pH rendah.
Pada umumnya kapang dapat menggunakan berbagai komponen makanan, dari yang sederhana sampai kompleks. Kebanyakan kapang memproduksi enzim hidrolitik, misalnya amylase, pektinase, proteinase dan lipase. Oleh karena itu dapat tumbuh pada makanan-makanan yang mengandung pati, pectin, protein, atau lipid.
Komponen Penghambat
Beberapa kapang memngeluarkan komponen yang dapat menghambat orga- nisasi lainnya. Komponen ini disebut antibiotik, misalnya penisilin yang dipro- duksi oleh penicilium chrysogenum, dan clavasin yang diproduksi oleh Aspergi- llus clacatus. Sebaliknya beberapa komponen lain bersifat mikostatik atau fungistatik, yaitu menghambat pertumbuhan kapang, misalnya asam sorbet, propionate dan asetat, atau bersifat fungisidal yaitu membunuh kapang.
Pertumbuhan kapang biasanya berjalan lambat, bila dibandingkan dengan pertumbuhan bakteri dan khamir. Oleh karena itu, jika kondisi pertumbuhan me- mungkinkan semua mikroorganisme untuk tumbuh, kapang biasanya kalah dalam kompetisi dengan khamir dan bakteri. Tetapi sekali kapang dapat mulai tumbuh, pertumbuhan yang di tandai dengan pembentukan miselium dapat berlangsung dengan cepat.
Sifat-sifat Beberapa Jenis Kapang
Mucor
Mucor sering menyebabkan kerusakan makanan, tetapi sebaliknya beberapa spesies juga digunakan dalam fermentasi makanan, misalnya dalam pembuatan keju Gammelost dan pembuatan beberapa makanan Oriental. Spesies yang umum ditemu- kan adalah M rouxil dan M recemosus. M rouxii sering digunakan dalam proses amilo, yaitu proses sakarifikasi pati. Mucor juga disebut fungi dimorfik karena bapat berubah dari bentuk filamen menjadi bentuk seperti khamir. Pertumbuhan yang menyerupai khamir dirangsang jika kondisinya anaerobic dan dengan adanya CO2.
Thamnidium
Kapang jenis Thamnidium, misalnya T. elegans, sering tumbuh pada daging yang disimpan pada ruangan pendingin.
Aspergillus
Aspergillus tersebar luas di alam, dan kebanyakan spesies sering me- nyebabkan kerusakan makanan, tetapi beberapa spesies bahkan digunakan dalam fermentasi makanan. Jenis ini dibedakan atas18 grup aspergilla yang ter- diri dari lebih dari 100 spesies. Salah satu grup yaitu A. glaucus mempunyai spesies bernama A, repens sering menyebabkan kerusakan makanan. Kapang ini tumbuh baik pada substrat dengan konsentrasi gula dan garam tinggi. Oleh karena itu dapat tumbuh pada makanan dengan kadar air, rendah. Grup ini mempunyai konidia berwarna hijau, dan membentuk askospora yang terdapat di dalam aski di dalam perithesia berwarna kuning sampai merah. Kapang ini sering digolongkan dalam ascomycetes karena membentuk spora seksual yaitu askospora dan diberi nama Eurotium untuk tahap seksualnya.
Penicillium
Kapang Penicillium banyak tersebar di alam dan penting dalam mikrobiologi pangan ini sering menyebabkan kerusakan pada sayuran, buah-buahan dan serealia Penicillium, juga digunakan dalam industry untuk memproduksi antibiotic, misalnya penisilin yang diproduksi oleh P. notalum dan P. chrysogenum dan digunakan dalam pematangan keju, misalnya keju camembert oleh p camenberti yang konidianya ber- warna abu-abu dan keju biru (Roquefort) oleh P. reequeforti yang konidianya berwarna hijau kebiruan. Beberapa spesies membentuk aski dengan askospora di dalam kleistothesia, tetapi pembentukan spora seksual lebih jarang dibandingkan dengan aspergilla. Beberapa spesies membentuk sklerotia, sehingga sering menimbulkan masalah dalam pengalengan makanan-makanan berasam tinggi.
Trichothecium
Salah satu spesies Trichothecium , yaitu T. roseum , berwarna merah muda dan sering tumbuh pada kayu, kertas, buah-buahan seperti apel, peach dan kanta- lop, serta pada sayur-sayuran misalnya pada ketimun. Kapang ini mudah dikenali karena kumpulan kondianya yang terdiri dari dua sel yang terdapat pada ujung koni- diofora yang pendek. Pada tempat perlekatan dengan konidiofora, konidia berben- tuk seperti putting susu.
Geotrichum
Jenis Geotrichum kadang-kadang dimasukan ke dalam fungi yang menyerupai khamir oleh beberapa penulis. Spesies yang termasuk dalam jenis ini mungkin ber- warna putih, kuning, oranye atau merah. Salah satu spesies, yaitu G, candidum sering disebut kapang susu (dairy mold) karena sering tumbuh pada produk-produk susu, membentuk koloni berwarna putih kekuningan. Hifanya septat dan biasanya bercabang. Spora seksualnya adalah arthrospora (oidia), mungkin berbentuk silinder jika berasal dari hifa dibawah permukaan, atau berbentuk oval jika berasal dari hifa aerial (di atas permukaan )
Neurospora (Monillia)
Jenis ini mempunyai beberapa nama karena klasifikasinya masih mem- bingungkan. Tetapi kebanyakan ahli percaya bahwa kapang ini harus digolongkan ke dalam kapang sempurna (perfect mold) yang memproduksi spora seksual dan di beri N. crassa merupakan spesies yang umum dijumpai pada makanan dan disebut kapang roti merah atau kapang nasi merah karena pertumbuhannya yang cepat pada roti atau nasi dengan membentuk warna merah-oranye, N. sitophila juga digu- nakan dalam pembuatan oncom merah. Pembentukan askospora yang t erdapat di dalam perithesia jarang terlihaat pada kapang ini.
Sporothrichum
Salah satu jenis Sporothrichum, yaitu S, carnis, sering di temukan tumbuh pada daging yang didinginkan dan menimbulkan bintik-bintik putih.
Botrytis
Dari jenis Botrytis hanya satu spesies yang penting dalam makanan yaitu B, cinerea. Kapang ini menyebabkan penyakit pada buah anggur dan sering tumbuh pada makanan .
Cephalosporium
Salah satu spesies Cepholosporium yang umum dijumpai adalah C. acremonium. Ciri-ciri spesifik kapang ini
Trichoderma
Spesies yang umum dari Trichoderma adalah T. viride. Kapang yang tua berwar- na hijau terang terbentuknya bola-bola konidia yang lekat satu sama lain. T. viride banyak terdapat di tanah dan aktif dalam proses amonifikasi dan dekomposisi selulosa, T, viride juga memproduksi antibiotic yang dapat menghambat pertumbuhan organism lainnya. Spesies lainnya, yaitu T. resei juga diketahui memproduksi enzim selulase sehingga dapaat memecah selulosa.
Scopulariopsis
Jenis ini hamper menyerupai Penicillium karena mempunyai penisili seperti sikat dan spora yang berbentuk rantai muncul dari sterigmata). Tetapi konidia Scopulariopsis berwarna cokelat kekuningan dan tidak pernah berwarna hijau. Konidiofora mungkin bercabang atau tidak bercabang, sederhana atau kompleks, dan percabangannya biasanya tidak teratur. Kepala yang membawa spora bervariasi dari sangat kompleks dan bercabang, sampai sterimata tunggal yang muncul dari hifa aerial yang pendek. Sporanya mudah dikenali karena ber- dinding tebal dan berduri, berbentuk lemon. Salah satu ujungnya runcing dan ujung yang lainnya bulat. Kapang ini membentuk koloni yang berwarna cokelat dan berserabut.
Pullularia
Jenis Pullularia mempunyai konidia berbentuk oval yang tumbuh secara lateral pada seluruh bagian miselium (Gambar 11.23). Koloni berwarna pucat dan berlen- dir serta menyerupai khamir ketika masih muda, kemudian menjadi gelap dan mem- bentuk miselium setelah tua. Salah satu spesies yang umum P. pullulans.
Cladosporium
Cladosporium sering menimbulkan bintik bintik hitam.
Alternaria dan Stemphylium
Kapang dari jenis Alternaria sering menyebabkan kerusakan makanan, misalnya A, citri yang menyebabkan kerusakan buah sitrus, dan A, tenuis serta A. brassicae. Massa miselium biasanya berwarna abu-abu hijau kotor, tetapi hifa secara mikroskopik hamper tidak berwarna. Konidia terdiri dari banyak sel, berwar- na cokelat dan membentuk rantai pada konidiofora.
Fusarium
Kapang dari jenis Fusarium sering tumbuh pada bahan pangan dan sulit untuk diidentifikasi karena penampakan pertumbuhannya bervariasi. Ciri-ciri spesifik kapang ini (Gambar 11.28) adalah terbentuknya makrokonidia yang berbentuk seperti pedang dan terdiri dari beberapa sel serta mungkin berwarna. Kadang-kadang juga terbentuk mikrokonidia yang terdiri dari satu sel berbentuk oval dan tumbuh secara terpisah atau membentuk rantai.
Salah satu spesies Monascus yaitu M. purpurcus, membentkuk koloni yang menyebar dan berwarna merah atau ungu. Spesies ini sering ditemukan pada produk- produk susu, dan digunakan dalam produksi ang-khak, yaitu zat pewarna yang dibuat oleh orang-orang Cina dari beras yang ditumbuhi oleh M. purpureus.
Penggunaan Kapang Dalam Industri
Kapang banyak digunakan dalam fermentasi makanan maupun dalam industri kimia. Kelemahan makanan yang difermentasi menggunakan kapang dibandingkan dengan yang difermentasi menggunakan bakteri atau khamir adalah karena pertumbuhan mislium kapang pada permukaan makanan yang mempengaruhi penam- pakan makanan. Kapang biasanya digunakan dalam fermentasi mekanan-makanan tradisional dan dalam pematangan keju. Dalam industri, kapang banyak digunakan untuk memproduksi berbagai asam, enzim, dan antibiotik.
Dalam fermentasi makanan oleh kapang , enzim yang berperan terutama adalh enzim amilolitik dan proteolitik, masing-masing untuk memecah pati dan protein yang terdapat di dalam substrat. Pemecahan pati oleh enzim amilolistik penting terutama dalam pembuatan produk-produk yang menggunakan ragi, tape, dan koji sebagai startenya. Pemecahan protein oleh enzim proteolitik penting terutama dalam pembuat- an kecap dan tauco. Dalam pembuatan keju biru (Blue cheese), aktivitas kapang yang diinginkan terutama adalah aktivitas lipolitiknya, dimana enzim lipase akan memecah lipid yang terdapat di dalam susu membentuk asam-asam lemak yang memberikan cita- rasa yang diinginkan pada keju Biru.
Tabel 2.5 Penggunaan kapang dalam fermentasi makanan
Produk
|
Bahan dasar
|
Kapang
|
Tempe
Oncom merah
Oncom hitam
Kecap
Tauoco
Koji
Ragi tape
Keju Biru
Keju camenberi
|
Kedelai
Ampas tahu(tempe gembus Bungkil kelapa (tempe bongkrek)
Bungkil kacang merah
Ampas tahu
Kedelai
Kedelai
Beras
Tepung beras
Susu
Susu
|
Rhizopus oligosporus atau R, oryzae
Neorospora sitophile
R.Oligosporus R.oryzae
Aspergillus oryzae
A.Oryzae
A.oryzae
Rhizopus Aspargillus Khamir
Penicillium roqueforti
P. camenberi
|
MIKOTOKSIN
Seperti halnya bakteri, fungi juga dapat menimbulkan penyakit yan dibedakan atas dua golongan, yaitu; (1) infeksi oleh kapang yang disebut mikosis, dan (2) Miko- toksikosis, yaitu suatu gejala keracunan yang disebabkanoleh tertelannya suatu hasil metabollisme yang beraxun dari kapang atau jamur. Dari kedua golongan tersebut hanya mikoloksikosis yang umumnya disebarkan melalui makanan, sedangkan mikosis yang merupakan infeksi yang biasanya menyerang kulit atau lapisan epidermin, rambut, dan kuku, tidak disebarkan melalui makanan, tetapi dapat disebarkan melalui sentuhan, pakaian, angin , dan sebagainya.
Senyawa beracun yang diproduksi oleh fungi disebut Mikoloksin, Toksin ini dapat menimbulkan gejala sakit yang kadang-kadang fatal, dan beberapa di antaranya mempunyai sifat karsinogenik yaitu dapat menimbulkan kanker. Beberapa fungi juga memproduksi komponen yang bersifat halusinogenik, misalnya asam lisergat.
Tabel 2.6 Penggunaan kapang dalam industri
Produk
|
Kapang
|
Penggunaan
|
Asam sitrat
Asam Fumarat
Asam glukonat
Asam itakonat
Asam Giberelat
Asam laktat
Pektinase
Amilase
Penisilin 11 Hidrok-
Siprogesteron
|
Aspergullus niger A.wentil
Rhizopus nigricans
A.niger
A.terreus
Fusarium moniliforme
R.oryzae
A.wentil A.aureus A.niger Penicillium chrysogenum R.arrizus
R.nigricans
|
Makanan, obat-obatan trasnspusi darah Bahan pembasah pabrik komia/resin Farmasi, tekstil, kulit, fotografi Bahan pembasah, pabrik kimia/resin Pengganti hormon pertum- buhan, produksi benih. Makanan dan Farmasi
Bahan penjernik dalam industri sari buah Produksi gula cair Farmasi Intermendial 17 -hidrok- sikortikosteron.
|
Berbeda dengan toksin yang diproduksi oleh bakter, mikoloksin kadang-kadang tidak menimbulkan gejala yang bersifat akut, tetapi timbulnya gejala sakit biasanya disebabkan oleh konsumsi mikotoksin secara berulang-ulang dalam suatu periode waktu tertentu. Hanya beberapa mikotoksin yang mungkin dapat menyebabkan gejala yang bersifat akut, di antaranya toksin yang diproduksi oleh jamur Amonita sp.
Kapang yang digunakan dalam fermentasi makanan, misalnya dalam pembuatan tempe, keju, dan sebagainya, merupakan kapang yang selama ini dianggap tidak ber- bahaya. Akan tetapi, cara pengolahan atau fermentasi yang salah dapat mengakibatkan kontaminasi oleh kapang-kapang yang tidak diinginkan yang mungkin dapat memproduksi mikotoksin. Kapang yang memproduksi mikotoksin terutama ada- lah dari jenis Aspergillus, penicillium dan Fusariom, selain itu mikotoksin juga diproduksi oleh jamur amanita sp. Mikotoksin pada umumnya tahan terhadap panas, sehingga pengolahan atau pemasakan juga tidak dapat menjamin hilangnya atau berkurangnya aktivitas toksin tersebut.
Khamir
Khamir termasuk fungi, tetapi dibedakan dari kapang karena bentuknya yang terutama uniseluler. Reproduksi vegetatif pada khamir terutama dengan cara per- tunasan. Sebagai sel tunggal, kahmir tumbuh dan berkembang biak lebih cepat di- bandingkan dengan kapang yang tumbuh dengan pembentukan filamen. Khamir juga lebih efektik dalam memecah komponen kimia dibandingkan dengan kapang karena mempunyai perbandingan luas permukaan dengan volume yang lebih besar. Khamir juga berbeda dari ganggang karena tidak dapat melakukan proses fotosinte- sis, dan berbeda dari protozoa karena mempunyai dinding sel yang tegar. Khamir mudah dibedakan dari bakteri karena ukurannya yang lebih besar dan morfologinya yang berbeda.
Khamir pada umumnya diklasifikasikan berdasarkan sifat-sifat fisiologinya, dan tidak atas perbedaan morfologinya seperti pada kapang. Beberapa khamir tidak membentuk spora (asporogenous) dan digolongkan ke dalam Fungi imperfekti dan yang lainnya membentuk spora seksual sehingga digolongkan ke dalam Ascomycetes dan Basidiomycetes.
MORFOLOGI KHAMIR
Sel khamir mempunyai ukuran yang bervariasi , yaitu dengan panjang 1-5 m sampai 20-50 m. Bentuk sel khamir bermacam-macam, yaitu bulat, oval, silinder, ogival yaitu bulat panjang dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung (triangular), berbentuk botol, bentuk spikulat atau lemon, membentuk pseucomi- selium dan sebagainya. Berbagai bentuk sel khamir.
Sel vegetatif yang berbentuk spikulat atau lemon merupakan karakteristik grup khamir yang ditemukan pada tahap awal fermentasi alami buah-buahan dan bahan lain yang mengandung gula, misalnya Hanseniaspora dan Kloeckera. Bentuk ogival adalah bentuk memanjang di mana salah satu ujungnya bulat dan ujung yang lainnya runcing. Bentuk ini merupakan karakteristik dan khamir yang disebut Bret- tanomyces. Khamir yang berbentuk bulat misalnya Debaryomyces, berbentuk oval misalnya Saccharomyces, dan yang berbentuk triangular misalnya Trugonopsis. Khamir tidak mempunyai flagela atau organ lain untuk bergerak.
Sistem Reproduksi Khamir
Khamir dapat melakukan reproduksi atau perkembangbiakan dengan beberapa cara yaitu:
Pembelahan tunas, yaitu kombinasi antara pertunasan dan pembelahan. Sporulasi atau pembentukan spora yang dapat dibedakan atas dua macam yaitu:
a. Spora aseksual
b. Spora seksual
Reproduksi dengan cara pertunasan pembelahan, pembelahan tunas dan pembentukan spora aseksual disebut repfroduksi vegetatif, sedangkan reproduksi dengan cara membentuk spora seksual disebut reproduksi seksual.
Sifat Fisiologi Khamir
Kondisi Pertumbuhan Khamir
Meskipun berbagai spesies khamir berbeda-beda dalam sifat fisologinya, tetapi khamir yang penting dalam industri pada umumnya mempunyai sifat-sifat fisiologi yang umum. Kebanyakan khamir tumbuh paling baik pada kondisi dengan persediaan air cukup. Tetapi karena khamir dapat tumbuh pada medium dengan konsentrasi solut (gula atau garam) lebih tinggi daripada bakteri, dapat disimpulkan bahwa khamir membutuhkan air untuk pertumbuhan lebih kecil dibandingkan kebanyakan bakteri.
Batas aktivitas air terendah untuk pertumbuhan khamir berkisar antara 0,88-0,94, misalnya untuk khamir bir adalah 0,94, untuk khamir yang ditemukan pada susu kental adalah 0,90, sedangkan untuk khamir roti adalah 0,905. Banyak khamir bersifat osmofilik, yaitu dapat tumbuh pada medium dengan aktivitas air relatif rendah, yaitu sampai 0,62-0,65 pada sirup, meskipun beberapa khamir osmofilik tidak dapat tumbuh pada aktivitas air sekitar 0.78 dalam larutan garam maupun sirup. Masing-masing khamir mempunyai batas aktivitas air minimal dan kisaran aktivitas air untuk pertum- buhan berbeda-beda, yaitu dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti kandungan nutrien substrat, pH, suhu, tersedianya oksigen, ada tidaknya senyawa penghambat, dan sebagainya.
Kisaran suhu untuk pertumbuhan kebanyakan khamir pada umumnya hampir sama dengan kapang, yaitu dengan suhu optimum 25-30 0C dan suhu maksimum 35-47oC. Beberapa khamir dapat tumbuh pada suhu 0 oC atau kurang.
Kebanyakan khamir lebih menyukai tumbuh pada keadaan asam, yaitu pada pH 4-4,5, dan tidak dapat tumbuh dengan baik pada medium alkali, kecuali jika telah ber- adaptasi. Khamir tumbuh baik pada kondisi aerobik, tetapi yang bersifat fermentasi dapat tumbuh secara anaerobik meskipun lambat.
Metabolisme dan Substrat untuk Pertumbuhan Khamir
Khamir dapat dibedakan atas dua kelompok berdasarkan sifat metabolisme, yaitu yang bersifat ; (1) fermentatif, dan (2) oksidatif. Khamir fermentatif dapat mela- kukan fernentasi alkohol, yaitu memecah glukosa melalui jalur glikolisis (Embden Meyerhoff-Parnas) dengan total reaksi sebagai berikut:
C6H12O6 -------------------------2C2H5Oh + 2 CO2
Glukosa Alkohol
Khamir yang digunakan dalam pembuatan roti dan bir merupakan spesies Saccharomyces yang bersifat fermentatif kuat. Tetapi dengan adanya oksigen, S. cerevisiae juga dapat melakukan repirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Oleh karena itu, tergantung dari kondisi pertumbuhan, S, cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari jalur fermentasi menjadi oksidatif (respirasi). Pasteur adalah peneliti yang pertama kali mendemonstrasikan bahwa khamir yang bersifat fermentatif, jika diber aerasi aktivitas fermentasinya akan menurun, dan sebagian glukosa akan direspirasi (dioksidasi) menjadi karbondioksida dan air. Fenomena ini disebut efek Pasteur, dan telah diterapkan dalam produksi ragi roti, di mana tidak dikehendaki proses fermentasi atau pembentukan alkohol. Jika konsentrasi gula dipertahankan tetap rendah, kondisi yang sangat aerobik ( aksigen berlebihan) menyebabkan semua gula direspirasi menjadi karbondioksida dan air. Khamir yang di gunakan dalam pembuatan bir, yaitu S, carlsbergensis, bersifat fermentatif kuat dan oksidatif lemah.
Banyak spesies khamir yang bersifat aksidatif kuat, yaitu tidak dapat melakukan fermentasi alkohol, khamir semacam ini bersifat aerobik karena membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya, misalnya semua spesies Rhodoforula, dan Cruptococcus, dan beberapa spesies Candida, Torulopsis, dan beberapa jenis lainnya. Selain itu bebe- rapa spesies khamir bersifat oksidatif kuat tetapi dapat melakukan fermentasi secara lemah, misanya beberapa spesies dari jenis Debaryomyces dan Pichia.
Pada khamir yang bersifat fermentatif, 70% dari glukosa di dalam substrat akan di ubah menjadi karbondioksida dan alkohol, sedangkan sisanya sebanyak 30% tanpa adanya nitrogen akan diubah menjadi produk penyimpanan cadangan. Produk penyimpanan tersebut akan digunakan kembali melalui fermentasi endogenous jika glukosa di dalam medium sudah habis.
Kluyver mengemukakan tiga ketentuan dasar dalam fermentasi khamir, yaitu:
- Jika suatu khamir tidak dapat menfermentasi D-glukosa, khamir tersebut tidak dapat menfermentasi gula-gula lainnya.
- Jika suatu khamir dapat menfermentasi D-glukosa, khamir tersebut juga dapat menfermentasi D-fruktosa dan D-mannosa, tetapi tidak selalu D-galaktosa.
- Jika suatu khamir menfermentasi maltosa, khamir tersebut tidak dapat menfer-mentasi laktosa, demikian pula sebaliknya.
Untuk ketentuan yang ketiga ini ada beberapa kekecualian misalnya Brettanomyces claussenii dapat menfermentasi maltosa dan laktosa. Alasan terjadinya ketentuan-ketentuan dasar, fermentasi tersebut adalah sebagai berikut:
Dalam fermentai di, tri atau polisakarida, fermentasi selalu berlangsung melalui glukosa. Enzim hidrolitik yang terdapat pada permukaan atau di dalam sel me- mecah karbohidrat tersebut menjadi gula heksosa atau glukosa. Oleh karena itu, jika glukosa tidak dapat difermentasi, sakarida lainnya juga tidak dapat di fermentasi.
Tiga macam gula yaitu D-glukosa, D-fruktosa dan D-mannosa dapat difosforilasi oleh enzim yang sama, yaitu heksokinase, menjadi hekosoa-6-fosfat. Glukosa-6-fosfat dan mannosa 6-fosfat kemudian mengalmai transformasi menjadi fruktosa -6-fosfat, dan masuk ke jalur glikolitik, D-galaktosa difosforilasi menjadi galaktosa-6-fosfat oleh enzim lainnya yaitu galaktokinas, dan diperlukan tiga tahap reaksi lagi sebelum masuk ke jalur glikolitik. Oleh kaarena itu, khamir yang tidak mempunyai galaktokonase dan enzim-enzim lainnya tidak dapat men- fermentasi galaktosa, tetapi mungkin dapat menfermentasi D-glukosa, D-fruktosa dan D-mannosa.------------------------------------------------
Enzim yang menghidrolisis sukrosa, melibiosa, raffinosa, inulin dan pati terdapat pada permukaan sel. Oleh karena itu karbohidrat tersebut dipecah terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam sel sebagai heksosa. Sebaliknya, maltosa dan laktosa dihidrolisis di dalam sel setelah menembus membran sebagai disakarida. Khamir yang ditumbuhkan pada glukosa biasanya jumlah enzim-enzim penghidro- lisis di, tri, dan golisakarida sangat rendah. Untuk merangsang sintesis enzim- enzim hidrolisis tersebut dibutuhkan masing-masing karbohidrat sebagai induser.
Khamir dapat dibedakan atas tiga kelas. Yaitu:
- Kelas Asomycetes atau khamir askosporognenous, di mana spora tumbuh di dalam askus
- Kelas Basidiomycetes, yang membentuk spora, pada basidium
- Kelas Deuteromycetes, yaitu khamir yang tidak memproduksi spora seksual disebut juga Gungi Imperfecti dan terdiri dari dua famili yaitu:
Sprorobolomycetaceae yang memproduksi ballistospora
Cryptococcaceae yang tidak memproduksi ballistospora maupun spora seksual.
Sifat-sifat Beberapa Khamir Makanan
Kelompok Khamir Sejati (True Yeasts). Kebanyakan khamir yang digunakan dalam industri termasuk dalam kelas Ascomycetes, terutama jenis Saccharomyces. Dalam industri fermentasi yang meng- gunakan khamir dikenal istilah khamir liar (wild yeast), yaitu khamir yang tidak diingin- kan tumbuh dalam suatu fermentasi. Jadi khamir yang digunakan dalam suatu industri, jika mengkontaminasi industri lainnya yang menggunakan khamir berbeda dapat di- sebut khamir liar. Khamir yang sering menimbulkan masalah dalam industri fermentasi adalah yang tergolong khamir tidak berspora (asporogenous) atau disebut false yeasts.
Kelompok Khamir yang Penting dalam Makanan
Berdasarkan perbumbuhannya pada makanan, khamir dapat dikelompokkan menjadi beberapa grup seperti di bawah ini:
Khamir film tumbuh pada permukaan makanan-makanan asam seperti acar, pikel dan sauerkraut, dan melakukan oksidasi asam organic sehingga makanan menjadi berkurang sifat keasamannya. Akibatnya, organism yang kurang tahan asam dapat tumbuh pada makanan tersebut dan menyebabkan kerusakan. Jenis-jenis khamir yang tergolong khamir film misalnya Pichia, Hansenula, Debaryomyces, Candida dan Trichosporon, Hasenula dan Pichia tahan terhadap konsentrasi alkohol tinggi, oleh karena itu dapat tumbuh pada minuman anggur dan mengoksidasi alkohol menjadi asam dan ester. Debarymyces tahan terhadap konsentrasi garam tinggi sampai 24%, dan sering ditemukan pada cairan keju. Kelompok khamir film pada umumnya tidak memproduksi alkohol, atau memproduksi alkohol dalam jumlah kecil.
Penggunaan Khamir Dalam Industri
Penggunaan khamir dalam industri terutama adalah dalam produksi alkohol dari sumber karbohidrat, misalnya pati dan molase, prisip fermentasi ini digunakan dalam produksi alkohol, anggur, brem, minuman keras, dan sebagainya. Jika sebagai sumber karbohidrat digunakan pati, misalnya pati jagung, ubi kayu, beras, dan pati lain-lainnya, pati tersebut harus terlebih dahulu dihidrolisis menjadi gula-gula sederhana yaitu glukosa. Hidrolisis pati dapat dilakukan dengan beberapa cara, misalnya mengguna- kan enzim dari malt barlel atau kapang, atau dengan kombinasi asam dan pemanasan.
Selain untuk memproduksi alkohol, khamir juga digunakan dalam industri lainnya misalnya dalam pembuatan roti untuk memproduksi gas karbon dioksida secara cepat sehingga membuat lubang-lubang pada roti dan mengembangkan roti, pembuatan protein sel tunggal, dan pembuatan makanan-makanan tradisional seperti tape dan brem.
Klasifikasi mikroorganisme
Sumber-sumber untuk memperoleh mikroorganisme, jenis-jenis mikroorganisme
yang biasa digunakan untuk industri bioproses, watak pertumbuhan dan produksinya akan diuraikan secara singkat dalam bab ini.
Seperti telah diketahui bahwa mikroorganisme tersebar di alam. Adapun sumber-sumbernya yang penting adalah: tanah, air, air buangan, lumpur, makanan yang telah rusak, tanaman dan sebagainya. Keberadaan mikroorganisme di alam tergantung pada suhu, sipat dan tingkat kelembaban, tingkat keasaman (pH). Berdasarkan sushu pertumbuhan di atas, maka mikroorganisme ada yang bersifat psychrophiles yaitu tumbuh baik pada suhu rendah (dibawah 20 0C), yang tumbuh pada suhu antara 20 0C -50 0C disebut mesophiles dan organisme yang tumbuh diatas suhu 50 0C disebut thermophiles.