BAB II TINJAUAN PUSTAKA. sampai 900 juta liter per tahun. Namun pemanfaatannya dalam industri pangan belum

8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Air Kelapa Produksi air kelapa cukup berlimpah di Indonesia yaitu mencapai lebih dari 1 sampai 900 juta liter per tahun. Namun pemanfaatannya dalam industri pangan belum menonjol, sehingga masih banyak air kelapa terbuang percuma, selain mubazir, buangan air kelapa dapat menimbulkan polusi asam asetat, akibat proses fermentasi dari limbah air kelapa tersebut (Onifade,2003 ; Warisno,2004). Air kelapa mempunyai potensi yang baik untuk dibuat menjadi minuman fermentasi, karena kandungan zat gizinya, kaya akan nutrisi yaitu gula, protein, lemak dan relatif lengkap sehingga sangat baik untuk pertumbuhan bakteri penghasil produk pangan. Air kelapa mengandung sejumlah zat gizi, yaitu protein 0,2 %, lemak 0,15%, karbohidrat 7,27 %, gula, vitamin, elektrolit dan hormon pertumbuhan. Kandungan gula maksimun 3 gram per 100 ml air kelapa. Jenis gula yang terkandung adalah sukrosa, glukosa, fruktosa dan sorbitol. Gula-gula inilah yang menyebabkan air kelapa muda lebih manis dari air kelapa yang lebih tua. (Warisno, 2004). Disamping itu air kelapa juga mengandung mineral seperti kalium dan natrium. Mineral-mineral itu diperlukan dalam poses metabolisme, juga dibutuhkan dan pembentukan kofaktor enzim-enzim ekstraseluler oleh bakteri pembentuk selulosa. Selain mengandung mineral, air kelapa juga mengandung vitamin-vitamin seperti riboflavin, tiamin, biotin. Vitamin-vitamin tersebut sangat dibutuhkan untuk pertumbuhan maupun aktivitas Acetobacter xylinum pada saat fermentasi berlangsung

Universitas Sumatera Utara

9 sehingga menghasilkan selulosa bakteri. Oleh karena itulah air kelapa dapat dijadikan sebagai bahan baku untuk pembuatan selulosa bakteri atau nata de coco, disamping untuk memanfaatkan limbah air kelapa sehingga dapat mengurangi dampak negatip yang di akibatkan limbah air kelapa tersebut. (Pambayun, 2002 ; Ulrike, 2005). Buah kelapa yang terlalu muda belum memiliki daging buah, dan air kelapa muda rasanya lebih manis, mengandung mineral 4 %, gula 2%. Perbandingan komposisi air kelapa muda dengan air kelapa tua dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Komposisi Air Buah Kelapa. Sumber air kelapa

Air kelapa muda

Air kelapa tua

Kalori

17,0 kal

-

Protein

0,2 g

0,14 g

Lemak

1,0 g

1,5 g

Karbohidrat

3,8 g

4,6 g

Kalsium

15,0 g

-

Fosfor

8,0 g

0,5 g

Besi

0,2 g

-

Air

95,5 mg

91,5 mg

Bagian yang dapat dimakan

100,0 g

-

(dalam 100 g)

Sumber Palungkun 1992 Sekitar tahun 1960- an penduduk asli Filipina penghasil kopra, memanfaatkan limbah air kelapa menjadi produk makanan segar yang disebut dengan nata de coco atau selulosa bakteri (Piluharto, 2003).


10 Selulosa bakteri merupakan hasil fermentasi dari air kelapa oleh bantuan bakteri Acetobacter xylinum dan asam asetat. Gula dari air kelapa di ubah menjadi asam asetat dan benang - benang selulosa, yang lama kelamaan akan membentuk suatu massa yang mencapai ketebalan beberapa sentimeter. Dengan demikian selulosa bakteri yang berbentuk padat, berwarna putih transparan, bertekstur kenyal seperti kolang – kaling dan umumnya dikonsumsi sebagai makanan ringan. (Tailor,1999 ; Pambayun, 2002).

2.2

Selulosa Selulosa merupakan material yang secara alamiah terdapat pada kayu, kapas,

rami serta tumbuhan lainnya. Selulosa pertama kali diisolasi dari kayu tahun 1885 oleh Charles F.Cross dan Edward Beva di Kew, London. Selanjutnya oleh para ahli kimia berkebangsaan Inggris menemukan film selulosa dari bubur. Yang kemudian oleh Dr Jacques Brandenberger, mengembangkan film tipis selulosa yang transparan sebagai produk komersial di pabrik” La Cellophane SA Bezons, Prancis (Hoenich, 2006). Umumnya selulosa didapat dari tumbuhan,pohon, kapas, rami dan lain-lain.Sumber lainnya selulosa diperoleh dari bakteri dan bakteri yang digunakan adalah Acetobacter xylinum .Bakteri akan mengkonversi monosakarida dan disakarida

menjadi selulosa

secara metabolisme. (Byrom,D, 1991). Manfaat selulosa yang dihasilkan dari bakteri adalah kemurniannya tinggi dan tidak mengandung lignin dan produk-produk lainnya, ini merupakan keuntungan dari selulosa bakteri hasil fermentasi (Geyer,U,1994) Selulosa membentuk komponen serat dari dinding sel-sel tumbuhan, molekul selulosa merupakan rangkaian D- β glukosa, yang terdiri sampai 14.000 satuan glukosa,


11 yang terdapat berupa berkas-berkas terpuntir mirip tali yang terikat satu sama lain melalui ikatan glikosidik. Selulosa merupakan polimer dari β-glukosa dengan ikatan β1-4 antara unit-unit glukosa. Selulosa

merupakan

material

penyusun

jaringan

tumbuhan, dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya terdapat bersamasama dengan polisakarida lainnya serta lignin dalam jumlah yang bervariasi (Skinner et al, 2000). Pemeriksaan selulosa dengan sinar X menunjukkan bahwa, selulosa terdiri dari rantai linier dari unit selebiosa yang oksigen cincinnya berselang seling dengan posisi ke depan dan ke belakang. Molekul lineir ini mengandung rata-rata sekitar 5000 unit glukosa, beragregasi menghasilkan fibril yang terikat bersama oleh ikatan hidrogen diantara hidroksil-hidroksil pada rantai yang bersebelahan. Selulosa memiliki ikatan hidrogen yang kuat, hal ini menyebabkan tidak dapat larut dalam air, meskipun memiliki banyak gugus hidroksil. Manusia dan hewan vetebrata tidak dapat mencerna selulosa, karena tidak ada enzim selulase yang di keluarkan oleh manusia dan hewan vetebrata, berbeda dengan pati (amilum), karena pati mengandung ikatan α 1 - 4 glikosidik, sedangkan selulosa mengandung ikatan β 1 -4 glikosidik. (Hart,2003). Struktur kimia di tunjukkan dalam gambar 2.1dibawah ini, dari gambar ini terlihat residu-residu glukosa berorientasi 180o, sedangkan amilum merupakan polimer α glukosa dengan ikatan α 1 - 4 glikosida. Polimer - polimer yang dihasilkan ini berbentuk konformasi helix. (Deman, 1980)


12

Gambar 2.1. Struktur selulosa (Deman, 1980)

2.3 Selulosa Bakteri Selulosa yang dihasilkan dari proses fermentasi, merupakan sejenis polisakarida mikrobial, yang tersusun oleh serat – serat selulosa yang dihasilkan oleh Acetobacter xylinum, subspesies dari Acetobacter aceti, bakteri non pangan, yang dinamakan sebagai bakteri selulosa , atau selulosa yang didapat dari fermentasi bakteri. Selulosa bakteri mempunyai struktur kimia yang

sama seperti selulosa yang berasal dari

tumbuhan dan merupakan polisakarida berantai lurus yang tersusun oleh molekulmolekul β D–glukosa melalui ikatan β 1-4 glikosida, (Philip, 2000). Juga mempunyai


13 sifat fisik dan kimia sama seperti selulosa alami. Polisakarida ini dibentuk dari molekul – molekul glukosa dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum, berupa lapisan tipis berbentuk gel atau benang-benang halus. Benang – benang halus berupa serat – serat yang di bentuk oleh sel bakteri, mempunyai diameter

serat yang jauh lebih kecil dari

serat selulosa tumbuhan, dan serat – serat ini terikat oleh mikrofibril – mikrofibril yang memunyai diameter 2 – 4 nm (Stephen, 1990). Selulosa bakteri yang didapat dari hasil fermentasi, mempunyai sifat fisik yang lebih unggul dari selulosa alami (kapas), seperti: polifungsional, multi kiral, hidrofilisiti dan biokompatibel (Bae et al, 2004,Geyer,U 1994). Sifat ini sangat penting digunakan dalam industri. Keuntungan lain dari selulosa bakteri ini mempunyai aplikasi yang banyak diantaranya; dapat untuk makanan ringan, dapat digunakan untuk meningkatkan stabilitas makanan (Kouda,T et al,1998). Disamping itu dapat digunakan dalam bidang medis, termasuk pengganti kulit yang luka habis operasi (Fontana,J.D, et al, 1990, Fontana,J.D, et al, 1991, Geyer,U,1994) dan dapat sebagai pengisi untuk kertas (Yamanaka,K et al,1989). Bakteri Acetobacter xylinum dapat

mengubah glukosa

membentuk selulosa melalui jalur pentosa fosfat gambar 2.2. (Lehninger, 1975 ; Tailor, 1999)


14 Glukosa Glukosa heksokinase

Glukosa -6- fosfat Glukokinase

Glukosa -1- fosfat UDP Glukosa pirofosfatase

UDP –Glukosa UDP(Uridin di fosfatase)

Selulosa

Gambar 2.2. Biosintesis Selulosa (Lehninger, 1975 ; Tailor, 1999)

Dari jalur diagram di atas, dapat dilihat bahwa glukosa dimetabolisme oleh enzim – enzim yang ada dalam starter air kelapa tersebut, menjadi polimer selulosa,


15 melalui jalur pentosa fosfat, UDP glukosa pirofosfatase merupakan prekusor sintesis selulosa. Dan polimerisasi glukosa dilaporkan terjadi dalam media ekstraseluler oleh sintesis selulosa. (Astley et al, 2003). Pada proses sintesis ini, selulosa di keluarkan ke luar media sel oleh selulosa sintase. Selulosa sintase adalah merupakan protein membran kompleks, berisi empat protein. Protein – protein ini diberi label bcs A, bcs B, bcs C dan bcs D.Inaktifasi dari apapun gen ini mendorong hilangnya produktivitas selulosa. Dalam kasus ini, inaktifasi dari bcs A, bcs B dan bcs C , adanya inaktifasi diatas membuat produktivitas selulosa menurun. Tetapi protein bcs D mempunyai aktifitas tinggi sehingga sangat berperan dalam biosintesis selulosa dan dapat memproduksi selulosa bakteri yang diharapkan (Yoshinaga,et al,1997). Gambar 2.3 adalah satu mekanisme yang diusulkan bagaimana bakteri Acetobacter xylinum membentuk serat-serat selulosa.

Gambar 2.3. Mekanisme serat selulosa (Byrom.D 1991)


16 Pada pembentukan selulosa bakteri oleh sel Acetobacter xylinum, yang akan mengubah glukosa dari larutan gula dan air kelapa yang mengandung asam lemak membentuk prekursor (bahan untuk pembentuk selulosa bakteri), Enzim ekstraseluler pada membran sel, prekursor ini selanjutnya dieksresikan bersama-sama dengan enzim untuk mempolimerisasikan glukosa menjadi selulosa di luar sel. (Weimer et al, 2000). Selulosa yang dibentuk, diduga berasal dari pelepasan lendir bakteri Acetobacter xylinum, yang merupakan hasil ekskresi proses metabolism glukosa. Selulosa bakteri lebih di kenal dengan nama nata de coco, yang merupakan salah satu jenis minuman segar dan lezat yang banyak disukai oleh masyarakat. Minuman ini mempunyai nilai kalori yang rendah yang dibutuhkan tubuh dalam proses fisiologis. (Piluharto, 2003) Selulosa dapat mengikat lipase garam empedu, fosfolipida dan kolesterol. Selulosa, lignin dan hemiselulosa mempunyai efek dapat menurunkan waktu transit isi usus, yang dapat menyebabkan semakin singkat dan rendahnya penyerapan nutrien, termasuk lemak dan glukosa. Dengan demikian serat yang terdapat di dalam selulosa bakteri sangat berpengaruh terhadap keadaan hiperglisemia. (Iguchi,2000). Serat yang kaya akan selulosa merangsang pemindahan bahan makanan yang terdapat dalam saluran cerna, korelasi langsung antara kadar serat diet (selulosa dan hemiselulosa) gerak laju makanan melalui saluran cerna. Diet yang mengandung serat tinggi akan lebih cepat melaju dalam saluran cerna, karena meningkatnya volume isi usus. Meningkatnya serat kasar selulosa juga mengurangi penyerapan jenis karbohidrat lainnya seperti pati atau amilum, yang dapat sebagai penyebab diabetes, terutama gulagula sederhana. Pektin dalam buah-buahan memperlambat gerak laju gula dari lambung


17 ke usus kecil atau melawan peningkatan konsentrasi glukosa darah yang cepat setelah memakan gula. (Almatsier, 2001). Selulosa bakteri mempunyai beberapa keunggulan antara lain; kemurnian yang tinggi, derajat polimerisasinya tinggi, mempunyai kerapatan antara 300 dan 500 kg/m3, kekuatan tarik yang tinggi,

elastis dan terbiodegradasi

(Yoshihiro et al, 1996). Suatu penelitian yang didasarkan pada studi difraksi sinar X, menyatakan bahwa struktur dari selulosa bakteri memiliki kesamaan dengan struktur selulosa dari kapas. Selulosa asetat adalah suatu produk esterifikasi dari selulosa kapas, yang di gunakan secara luas sebagai membran. Membran filter misalnya di gunakan pada tahapan preparasi sampel dalam analisa SEM, dan sebagai membran milipore. Dengan demikian selulosa bakteri berpeluang untuk di kembangkan sebagai biomembran. (Ngundi et al, 2006)

2.3.1. Aplikasi selulosa bakteri. Selulosa bakteri yang dihasilkan dari sintesis bakteri Acetobacter xylinum, sangat bermanfaat dalam bidang medis. Selulosa bakteri mempunyai kerangka jaringan yang baik dan hidrofilisitas yang tinggi, sehingga dapat digunakan sebagai pembuluh darah buatan yang sesuai untuk pembedahan mikro ( Hoenich, 2006). Disamping itu selulosa bakteri juga dapat digunakan sebagai bahan makanan yang baik

untuk proses

pencernaan, dan aplikasi lainnya dapat digunakan sebagai pengganti polimer lain yaitu sebagai material. Penelitian yang mengarah pada pengembangan selulosa bakteri sebagai material, yang mempunyai nilai tambah sudah banyak dilakukan, beberapa di antaranya


18 adalah sebagai bahan diafragma transduser, bahan pencampur dalam industri kertas, karakterisasi sifat listrik dan magnitnya sebagai support untuk sensor dan sebagai membran dialisis ( Udhardt et al, 2005). Selulosa bakteri merupakan polimer glukosa yang sifatnya menyerupai hidrogel, yang diperoleh dari polimer bukan alami yaitu hasil metabolisme glukosa dan starter air kelapa dengan bakteri Acetobacter xylinum, menghasilkan selulosa yang mengandung: kadar air tinggi ( 98 – 99%), daya serap yang baik terhadap cairan, bersifat non allergenik dan dapat disterilisasi tanpa mempengaruhi karakteristik. Karena karakteristiknya mirip kulit manusia, selulosa bakteri ini dapat di gunakan, sebagai pengganti kulit untuk merawat luka bakar dan sebagai benang jahit untuk operasi (Ceinhaska, 2004). Disamping itu selulosa bakteri dapat juga di gunakan sebagai makanan tambahan yang mempunyai kalori rendah, baik untuk pencernaan, dan kemungkinan sangat baik untuk makanan diet bagi penderita diabetes. (Hoenich,2006) Mikrokristal selulosa digunakan dalam pembuatan tablet, karena mempunyai daya ikat tablet yang sangat baik dan waktu hancur tablet relatif singkat, Mikrokristal yang diperoleh di pasaran adalah dari produk impor sehingga mengakibatkan harganya mahal. Untuk menghasilkan mikrokristal selulosa dengan murah, maka dapat dihasilkan dari proses fermentasi dengan bakteri Acetobacter xylinum dengan menggunakan bahan baku glukosa dari air kelapa (Atih,S.H, 1979). Selulosa yang dimodifikasi dengan asam askorbat, asam askorbat masuk kedalam


19 serat-serat selulosa sehingga akan tertahan di dalamnya dan

pelepasannya

tertunda.

2.3.2 Syarat Mutu. Syarat mutu merupakan hal yang penting dalam menentukan kualitas selulosa bakteri atau nata. Adapun syarat mutu dari selulosa bakteri menurut SNI adalah sebagai berikut:

No 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2 3 4 5 6 6.1 6.2 6.3 7 7.1 7.2 7.3 7.4 8 9 9.1 9.2 9.3 9.4

Tabel 2.2 Syarat Mutu Seulosa Bakteri (Sumber SNI 01-2881-1992) Jenis Uji Satuan Persyaratan Keadaan Bau Normal Rasa Normal Warna Normal Tekstur Normal Bahan Asing Tidak boleh ada Bobot tuntas % Min 50 Jumlah gula / sakarosa % Min 15 Serat Makanan % Maks 4,5 Bahan makanan tambahan Pemanis buatan. Sakararin Tidak boleh ada Siklamat Tidak boleh ada Pewarna tambahan Sesuai SNI 01-0 222-1995 Pengawet / Sodium benzoate Sesuai SNI 01-0 222-1995 Campuran logam Timbal (Pb) mg/kg Maks 0,2 Tembaga (Cu) mg/kg Maks 0,2 Seng (Cu) mg/Kg Maks 5,0 Timah (Sn) mg/kg Maks 40,0 Camaran Arsen (As) Maks 0,1 Cemaran Mikroba Tidak ada Angka lempeng Koloni/g Maks 2,0 x102 Coliform APM/G Lebih kecil 3 Kapang Koloni Maks 50 Khamir Koloni/g Maks 50


20 Dari tabel 2.2. diatas ternyata kualitas dari produk yang dihasilkan mempunyai bau yang tidak merangsang, rasanya tidak asam, warnanya transparan dan memiliki tekstur yang halus serta tidak mengandung bahan – bahan yang berbahaya walaupun mengandung mineral – mineral masih dibawah standar sehingga tidak layak untuk dikonsumsi. Bakteri – bakteri pengganggu seperti Coliform, Kapang dan Khamir harus di bawah standar dan tidak boleh menggunakan pemanis buatan. (Darwis, 1990)

2.4.

Acetobacter xylinum

Acetobacter xylinum adalah satu anggota dari Acetobacteraceae yang dikenal dengan bakteri penghasil cuka, dalam industri cuka dengan mengkonversi etanol menjadi cuka. Bakteri ini merupakan gram negatif yang

berbentuk elips atau

tongkat

melengkung(Bergey,s 1984).Acetobacter xylinum pertama kali diisolasi pada tahun 1886 oleh Coklat.. Acetobacter xylinum merupakan oksigen untuk respirasi

dalam

bakteri aerobik, yang memerlukan

metabolisme.

Acetobacter

xylinum

dapat

mengoksidasi etanol menjadi asam asetat, juga dapat mengoksidasi asetat dan laktat menjadi CO 2 dan H 2 O. ( Dubey et all, 2005). Berbagai spesies Acetobacter dapat ditemukan pada buah-buahan dan sayur-sayuran. Bakteri inilah yang menyebabkan pengasaman jus buah-buahan dan minuman beralkohol (bir, anggur) (Banwart, 1981 ; Dubey, 2005). Spesies Acetobacter yang telah di kenal antara lain: A.aceti, A.arleanensis, A.liquefasiensis, A.xylinum. Meskipun ciri-ciri

yang dimiliki hampir

sama dengan spesies lainnya, A xylinum dapat di bedakan dengan spesies yang lainnya, karena sifatnya yang unik. Bila A.xylinum di tambahkan pada medium yang


21

mengandung gula, bakteri ini dapat mensintesis selulosa dari glukosa. Dalam medium cair Acetobacter xylinum, mampu membentuk suatu lapisan tipis, yang dapat mencapai ketebalan beberapa sentimeter. Bakteri ini terperangkap dalam massa benang-benang yang dibuatnya, sehingga menghasilkan massa yang kokoh, kenyal, tebal dan transparan (tembus pandang). (Ceinhaska, 2004 ). Acetobacter xylinum merupakan bakteri berbentuk batang pendek, yang mempunyai panjang 2 mikron dan lebar 0,6 mikron, dengan permukaan dinding yang berlendir. Bakteri ini bisa membentuk rantai pendek dengan satuan

6 – 8 sel, bersifat

nonmtil

dengan

pewarnaan

Gram

menunjukkan Gram negatif ( Mosa, 1995) Taksonomi Acetobacter xylinum sebagai berikut. Domain

: Bacteria.

Phylum

: Protobacteria.

Kelas

: Alphaprotobacteria.

Ordo

: Rhodospirillales.

Famili

: Acetobacteraceae

Genus

: .Acetobacter

Spesies

:Acetobacter xylinum (Mosa.M.O, 1999 http/waluhhangit.blogspot.com/2009)

Bakteri Acetobacter xylinum tumbuh baik dalam media yang memiliki pH 3 – 4. Jika pH lebih dari empat atau kurang dari tiga, maka proses fermentasi tidak akan


22 dapat berjalan optimum. Suhu optimum untuk pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum adalah pada suhu kamar (suhu 26 – 28o C). (Pambayun, 2002) Bakteri Acetobacter xylinum mengalami pertumbuhan sel. Pertumbuhan sel ini didefinisikan sebagai pertumbuhan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup Bakteri Acetobacter xylinum mengalami beberapa fase pertumbuhan sel yaitu fase adaptasi, fase pertumbuhan awal, fase pertumbuhan eksponensial, fase pertumbuhan lambat, fase pertumbuhan tetap, fase menuju kematian dan fase kematian. Apabila bakteri dipindah ke media baru, maka bakteri tidak langsung tumbuh, melainkan beradaptasi terlebih dahulu. Pada fase ini terjadi akstifitas metabolisme dan pembesaran sel, meskipun belum mengalami pertumbuhan. Fase pertumbuhan adaptasi dicapai pada 0 – 24 jam sejak inokulasi. Fase pertumbuhan awal di mulai dengan pembelahan sel dengan kecepatan rendah. Fase ini berlangsung beberapa jam saja dan fase eksponensial di capai antara 1 – 5 hari. Pada fase ini bakteri mengeluarkan enzim ekstraseluler polimerase sebanyak – banyaknya untuk menyusun polimer glukosa menjadi selulosa. Fase ini sangat menentukan kecepatan suatu strain Acetobacter xylinum dalam membentuk selulosa. Fase pertumbuhan lambat terjadi karena nutrisi telah berkurang, terdapat metabolik yang bersifat racun yang menghambat pertumbuhan bakteri dan umur sel sudah tua. Pada fase ini pertumbuhan tidak stabil, tetapi jumlah sel yang tumbuh masih banyak dibanding jumlah sel yang mati. Fase pertumbuhan tetap terjadi keseimbangan antara sel yang tumbuh dan mati. Matrik selulosa lebih banyak diproduksi pada fase ini. Fase menuju kematian terjadi akibat nutrisi dalam media sudah hampir habis. Setelah nutrisi habis, maka bakteri akan


23 mengalami fase kematian.Sejak 1920 berbegai penelitian telah dilakukan untuk menentukan bagaimana Acetobacter xylinum mengkonversi gula menjadi selulosa (Brown, J.R.1976). Melalui jalur biosintesis Brown mengemukanan untuk pertumbuhan yang tepat untuk memproduksi selulosa salam kultur agitasi (Tsuchida,T)et al 1997 Pada fase kematian sel dengan cepat mati. Gambar

dibawah

ini

merupakan

diagram

aliran

dari

sintesis

yang

diusulkan(Tailor,1999, http/www, laporan hasil penelitian .com.24 Januari 2009)

Gambar 2.4. Kurva pertumbuhan sel.(Tailor,1999)

2.4.1. Jenis – Jenis Acetobacter Dari kelompok Acetobacter yang ditemukan ada beberapa spesifikasi yang karakteristik dari setiap spesies Acetobacter seperti Acetobacter aceti, dimana bakteri ini digunakan untuk memproduksi asam aseat dari alkohol, dan Acetobacter xylinum,


24 berperan mensistesis selulosa dari glukosa dimana produk yang dihasilkan berada pada permukaan media, berupa benang- benang halus yang akhirnya berbentuk padatan dan transparan. Sedangkan Acetobacter suboxydans, dimana bakteri ini berfungsi mengubah glukosa menjadi asam askorbat (vitamin C), dan Acetobacter orleanesis, yaitu bakteri yang dapat mengubah etanol menjadi cuka (Robinson, 1976). Pembentukan selulosa dengan bantuan bakteri ini, dipengaruhi oleh ketersediaan

oksigen

dan

glukosa. Pada ruangan gelap pembentukan struktur nata (selulosa bakteri) relatif lebih cepat dan diperoleh lapisan yang lebih tebal. Fungsi bakteri(mikroba) polisakarida digunakan untuk memproduksi suatu makanan yang berkalori rendah, seperti produksi susu asam atau yourgut dengan menggunakan

bakteri

asam

laktat,

bakteri ini akan melepaskan

polisakarida

ekstraseluler (EPS e ), bakteri ini mengandung polisakarida didalam sel yang dapat menginhibisi anti tumor,kekebalan tubuh dan alin-lain. Bakteri asam laktat merupakan salah satu bakteri yang digunakan untuk memproduksi makanan atau minuman ,seperti fermentasi susu .Oleh karena itu fungsi bakteri polisakarida banyak digunakan dalam industri

komersial seperti pembuatan biopolymer.Bakteri ini berada dalam bentuk

kapsul ekstraseluler yang dikembangkan ke membrane sel . Juga bakteri polisakarida ini digunakan untuk memproduksi produk

untuk fungsi medis.(Biliaderi,C.G).


25 2.4.2

Media Pertumbuhan Mikroorganisme Media pertumbuhan Acetobacter xylinum dipengaruhi oleh senyawa Karbon.

Dalam hal ini senyawa karbon yang digunakan adalah senyawa golongan karbohidrat disakarida dan monosakarida. Karena senyawa ini merupakan nutrient bagi pertumbuhan bakteri. Disamping itu urea juga merupakan nuterien dari Acetobacter xylinum. Sehingga dapat meningkatkan produk. Faktor pH juga sangat berpengaruh terhadap pembentukan produk karena bakteri ini mampu bekerja pada suasana asam yaitu pada pH 3 – 4. Karena Acetobacter xylinum merupakan bakteri aerobik maka pada pertumbuhan dan perkembangannya bakteri ini sangat memerlukan oksigen. Sehingga jika proses berjalan tanpa adanya oksigen bakteri akan mengalami kematian. Disamping pH, temperatur juga sangat mempengaruhinya dimana suhu optimal untuk pertumbuhan Acetobacter xylinum berada pada 27 – 28 0C. Kualitas starter sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri karena pada starter mengandung bakteri Acetobacter xylinum yang berperan untuk mensintesis selulosa jadi starter yang digunakan harus dalam keadaan baik. ( Pambayun, 2002).

2.5.

Vitamin

Vitamin adalah senyawa organik kompleks yang dibutuhkan dalam jumlah yang sangat kecil dan umumnya tidak dapat dibentuk oleh tubuh. Oleh karena itu harus di konsumsi dari makanan. Vitamin termasuk kelompok zat pengatur pertumbuhan dan pemelihara kehidupan. Tiap vitamin mempunyai tugas spesifik di dalam tubuh. Karena vitamin adalah zat organik maka vitamin dapat rusak oleh penyimpanan dan


26 pengolahan (Almatsier .2001). Hampir semua vitamin yang kita kenal telah berhasil diidentifikasi sejak tahun 1930. Dalam hal ini Vitamin pada umumnya dikelompokkan kedalam 2 golongan utama antara lain, Vitamin yang larut dalam lemak yaitu meliputi vitamin A,D,E dan K. dan vitamin yang larut dalam air yaitu meliputi vitamin B dan C (Winarno, 1995). Disamping kelompok di atas vitamin berperan dalam beberapa tahap reaksi metabolisme energi, pertumbuhan dan pemeliharaan tubuh, pada umumnya sebagai ko enzim (Almatsier , 2001). Peranan vitamin dalam tubuh dapat dipengaruhi oleh berbagai zat yang ada di dalam pangan yang mempunyai struktur hampir sama dengan vitamin. Zat tersebut adalah antivitamin atau vitamin antagonis. Vitamin tidak dapat di produksi didalam tubuh oleh karena itu harus kita konsumsi. (Almatsier 2001). Beberapa vitamin seperti asam askorbat (vitamin C), asam nikotinat, asam pantetonat, biotin, asam folat, tiamin dan pirioksin, yang terkandung dalam air kelapa, meskipun dalam konsentasi yang rendah tetapi sangat mendukung pertumbuhan maupun aktivitas bakteri pada saat fermentasi atau sintesa berlangsung, dan akan menghasilkan produk tertentu. ( Skinner et al, 2000).


27 2.5.1. Asam Askorbat (Vitamin C) Struktur Vitamin C terlihat pada gambar 2.6. dibawah ini

Gambar 2.5. Struktur asam askorbat ( vitamin C) (Hickey et al, 2004)

Vitamin C adalah berbentuk kristal putih, mudah larut dalam air. Dalam keadaan kering vitamin C cukup stabil, tetapi dalam keadaan larutan vitamin C mudah rusak, karena bersentuhan dengan udara (terokosidasi), terutama bila terkena panas. Oksidasi dipercepat dengan adanya tembaga dan besi. Asam askorbat tidak stabil dalam larutan alkali, tetapi cukup stabil dalam larutan asam. Asam askorbat (vitamin C) adalah suatu turunan heksosa dan diklasfikasikan sebagai karbohidrat, yang erat berkaitan dengan monosakarida. Vitamin C (asam askorbat dapat disintesis dari D- glukosa dan Dgalaktosa yang banyak terdapat di dalam tumbuh-tumbuhan dan sebahagian dalam hewan. Asam askorbat terdapat dalam dua bentuk di alam, yaitu L-asam askorbat (bentuk tereduksi) dan L-asam dehidro askorbat (bentuk teroksidasi (Counsel 1981). Asam askorbat mudah diabsorpsi dengan cepat dan mungkin secara difusi pada bagian atas usus halus, lalu masuk ke dalam peredaran darah melalui vena porta. Rata – rata absorpsi adalah 90% untuk


28 dikonsumsi diantara 20 sampai 120 mg sehari. Konsumsi

tinggi sampai 12 gram

(sebagai pil), hanya di absorpsi sebanyak 16%. Asam askorbat (vitamin C), kemudian di bawa ke semua jaringan. Konsentrasi tertinggi adalah dikelenjar, ginjal, pituitari dan retina. (Almatsier, 2001 ; Ceinhaska, 2001 ). Peranan dari vitamin C ada 3 kelompok yaitu, dapat berperan untuk mensintesis kolagen, dimana kolagen merupakan protein yang berpengaruh terhadap integritas struktur sel. Seperti pada tulang rawan, kulit, sehingga dengan demikian vitamin C berperan pada penyembuhan luka. Disamping itu vitamin C dapat mengabsorbsi kalsium dimana kalsium sangat diperlukan tubuh sebagai kofaktor untuk aktivitas enzim dan pertumbuhan tulang. (Hickey et al, 2004). Disamping itu vitamin C juga berperan sebagai antioksidan dan dapat mempertahankan daya tahan tubuh terhadap infeksi. Sehingga vitamin C dapat mencegah senyawa – senyawa karsinogenik, dan dapat berperan untuk pencegahan penyakit jantung koroner dan juga dapat menurunkan kadar glukosa darah bagi penderita diabetes melitus (Almatsier, 2001 ; Ceinhaska, 2001 ). Pembentukan radikal bebas dan reaksi oksidasi pada biomolekul, akan berlangsung sepanjang hidup, dan inilah penyebab utama proses penuaan dan berbagai penyakit degeratif. Radikal bebas yang penting dalam makhluk hidup, dan sangat berbahaya adalah radikal bebas oksigen (RBO), yaitu hidroksil (OH*), superoksida (O 2 *), nitrogen monoksida (NO *), dan peroksil (RO 2 *). Banyak enzimenzim penting yang sangat berperan, di dalam metabolisme tubuh di rusak oleh superoksida-superoksida diatas, sehingga enzim-enzim tersebut tidak dapat bekerja sesuai dengan aktifitasnya masing-masing. Akan tetapi kebanyakan kerusakan oksidatif ini di sebabkan oleh keterlibatan secara aktif besi yang bebas di dalam reaksi redoks.


29 Proses oksidasi ini berperan dalam perkembangan penyakit jantung koroner (PJK), serta stroke. Hubungan antara oksidasi dan PJK adalah melalui oksidasi LDL. Lipoprotein ini merupakan alat pengangkut utama kolesterol, dari hati ke seluruh sel jaringan di dalam tubuh yang membutuhkannya. Bentuk utama LDL yang

teroksidasi, tidak dapat

di

kenali oleh reseptornya, tetapi lebih mudah di ikat oleh makrofag, dan kemudian merangsang pembentukan penyakit jantung koroner (PJK). (Silalahi, 2006). Antioksidan pangan adalah suatu zat dalam makanan, yang dapat menghambat akibat buruk dari efek senyawa oksigen yang reaktif (SOR), senyawa nitrogen yang reaktif (SNR), atau keduanya dalam fungsi fisiologis normal pada manusia. Antioksidan dalam makanan dapat berperan dalam pencegahan berbagai penyakit yang berkaitan dengan proses penuaan dan sebagian kanker. Asam askorbat (vitamin C) secara efektif akan menangkap radikal-radikal oksigen singlet, OH, peroksil

dan O 2 , dan juga

berperan dalam regenerasi vitamin E. Dengan mengikat radikal peroksil dalam fase berair, dari plasma atau sitosol, vitamin C dapat melindungi membran biologis dari kerusakan peroksidatif. Konsentrasi vitamin C yang menurunkan

tinggi

dalam plasma akan

kadar LDL, menurunkan kadar trigliserida, dan mengurangi

agresi

platelet, serta meningkatkan high density lipoprotein (HDL), yang dapat mencegah PJK. (Almatsier, 2001 ; Silalahi, 2006). Vitamin dengan

meningkatkan

C

juga

dapat

mencegah

kanker,

sistem kekebalan tubuh terhadap infeksi dan virus.

Sebenarnya ada radikal bebas dan produk oksidatif yang di keluarkan oleh sistem kekebalan yang dapat menguraikan sel-sel tumor, tetapi fungsinya sering kali menyimpang. Maka aktivitas sistem kekebalan yang optimum memerlukan suatu


30

keseimbangan antara pembentukan radikal bebas dan proteksi antioksidan. (Counsel, 1981). 2.6.

Fermentasi Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi

pada substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini menyebabkan perubahan sifat pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan bahan pangan tersebut. Hasilhasil fermentasi terutama tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroba dan kondisi sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metaboisme mikroba tersebut (Winarno, dkk,1997). Tujuan fermentasi (sintesa) ini adalah memproduksi produk seoptimal mungkin, berupa biomassa sel atau metabolit. Proses ini di lakukan dalam fermentor yang berisi medium dengan kandungan gizi yang cukup dan kondisi medium misalnya suhu, pH, nutrient, medium dan homogenitas yang optimal. Proses fermentasi itu digunakan untuk menghasilkan produk tertentu dengan bakteri yang spesifik yaitu fermentasi yang menghasilkan sel, enzim, pelarut, dan fermentasi yang menghasilkan suatu produk. (Aziz, 1990). Fermentasi dapat berhasil dengan baik dengan menggunakan media yang mengandung nutrisi untuk pertumbuhan bakteri, disamping itu nutrient seperti karbohidrat sangat dibutuhkan untuk mengaktivasi bakteri yang digunakan untuk menghasilkan suatu produk yang diharapkan. Walaupun media dan nutrien sudah terpenuhi tetapi temperatur dan pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri. Dalam hal ini bakteri Acetobacter xylinum mempunyai suhu


31 optimum 26 – 28 0C, jika suhu selama fermentasi berlangsung dibawah atau diatas kisaran diatas bakteri tidak akan tumbuh sempurna sehingga tidak dapat mensintesis selulosa dengan sempurna. Hal yang sama juga berlaku

pada suasana pH. Disini pH

Acetobacter xylinum adalah sekitar 3 – 4 .( Azis, 1990)

2.6.1. Fermentasi Selulosa Bakteri Selulosa bakteri disintesa melalui proses fermentasi dimana pada fermentasi ini diperlukan

pada pembuatan starter, mikroba akan tumbuh dengan cepat pada

permukaan starter dan membentuk suatu lapisan tipis. Untuk proses selanjutnya starter ini diperlukan untuk mensintesis selulosa. Fermentasi selulosa bakteri berlangsung pada kondisi aerob (membutuhkan oksigen). Mikroba tumbuh terutama pada permukaan media. Fermentasi dilangsungkan sampai selulosa yang terbentuk mempunyai ketebalan 1,0 – 1,5 cm. Biasanya ukuran tersebut

tecapai setelah 10 hari (sejak diinokulasi

dengan starter ), dan fermentasi diakhiri pada hari ke 15. Jika fermentasi tetap diteruskan, kemungkinan pemukaan selulosa mengalami kerusakan oleh mikroba pencemar. Lapisan selulosa mengandung sisa media yang sangat masam. Rasa dan bau masan tersebut dapat dihilangkan dengan perendaman dan perebusan dengan air bersih. (http: /www.iptek.net,id/ind/waristek/mnu=6 &ttg=6&doc=6,c15)


32

2.7. Teknik Spektroskopi Teknik spektroskopi adalah salah satu teknik analisa kimia-fisika yang mengamati tentang interaksi suatu molekul dengan radiasi elektomagnetik. Untuk pelaksanaan teknik analisa spektorkopi, dipakai instrument untuk mengukur dan merekam sinyal interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik. Ada dua macam instrumen pada teknik spektroskopi, yaitu spektrometer dan spektrofotometer. Instrumen yang memakai monokromator celah tetap pada bidang fokus disebut sebagai spektrometer. Apabila spektrometer tersebut dilengkapi dengan detektor yang bersifat fotoelektrik, maka disebut spektrofotometer (Pavia, 1979). Informasi spektroskopi Inframerah menunjukkan tipe - tipe dari adanya gugus fungsi dalam satu molekul, resonansi magnet inti, yang memberikan informasi tentang bilangan dari setiap tipe dari atom hydrogen. Ini juga memberikan

informasi menyatakan tentang alam serta

lingkungan dari setiap tipe dari atom hydrogen. Kombinasinya dan data yang ada kadang-kadang menentukan struktur yang lengkap dari molekul yang tidak diketahui (Pavia,1977 ; Williams, 1973)

2.7.1. Spektrofotometri Inframerah ( FTIR) Bila sinar inframerah dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik, maka sejumlah frekuensi diserap sedangkan frekuensi yang lain diteruskan atau ditransmisikan tanpa diserap. Jika kita menggambar antara persen absorbansi atau persen transmitansi lawan frekuensi, maka akan dihasilkan suatu spektrum inframerah. Jika sutu molekul


33 menyerap sinar ultraviolet dan sinar tampak ,maka di dalam molekul itu

terjadi

perubahan enegi eletronik ,tingkat energi vibrasi dan tingkat energy rotasi.Energi yang diperlukan untuk menimbulkan terjadinya perpindahan ketiga energy tersebut reatif tinggi. Maka di dalam molekul itu terjadi perubahan energy vibrasi dan perubahan energirotasi. Frekuensi vibrasi suatu ikatan diharapkan nail jika kekuatan ikatan naik dan juga jika massa tereduksi dari sistem. Ulur C=C dan C=O diharapkan mempunyai frekuensi lebih tinggi daripada ulur C-C dan C-O. Ulur C-H dan O-H menyerap pada frekuensi lebih tinggi daripada ulur C-C dan C-O. Ikatan-ikatan yang berbeda ( C-C, C=C, C-O,C=O,O-H,N-H) mempunyai frekuensi vibrasi yang berbeda dan kita dapat mendeteksi

adanya

ikatan-ikatan

tersebut

dalam

molekul

organik

dengan

mengidentifikasi frekuensi-frekuensi karakteristiknya sebagai pita serapan dalam spektrun infra merah. Spektrum infra merah alkohol pada konsentrasi yang rendah, menunjukkan sebuah pita yang tajam pada 3650 cm-1, disamping adanya pita lebar tambahan pada 3350 cm-1.(Sastroamijoyo, 2001). Vibrasi molekul dapat dibagi dalam dua gologan yaitu vibrasi regang ( stretching vibrations) dan vibrasi lentur (bending vibrations).

1. Vibrasi regang, terjadi perubahan jarak antara dua atom dalam suatu molekul secara dan tak simetris. 2. Vibrasi lentur terjadi perubahan sudut antara dua ikatan. Ada dua macam vibrasi lentur yaitu vibrasi lentur dalam bidang dan vibrasi luar bidang.


34 Jelaslah sekarang bahwa spektrofotometer infra merah ditujukan untuk penentuan gugus fungs molekul. Radiasi IR dapat dibagi ke dalam dua daerah yaitu : 1. Daerah gugus fungsi pada rentang vibrasi antara 4000 hingga 1600 cm-1. 2. Daerah sidik jari rentang vibrasi antara 1600 hingga 670 cm-1. Radiasi IR yang dipakai harus berada pada rentang frekuensi yang sesuai dengan rentang getaran alamiah dari molekul, agar diperoleh informasi gugus-gugus dari zat yang dianalisa. Seperti pada tabel 2.3. Tabel 2.3. Absorbsi karakteristik Infra merah dari gugus-gugus molekul Jenis vibrasi

Frekuensi (cm -)

Intensitas

CH

Stretch

3000 – 2850

S

CH 2

Bend

1450 -1375

m

CH 3

Bend

1465

m

C=C

Alkena

1680 – 1600

m -W

O- H

Bebas

3500 – 3200

m

Gugus fungsi

Suatu spektra inframerah menunjukkan suatu senyawaan, dimana suatu grafik dari panjang gelombang secara berkesinambungan , berubah sepanjang suatau daerah sempit dari spectra elektromagnetik. Pita-pita inframerah didalam suatu spectra dapat dikelompokkan menurut intensitas; kuat(strong), medium (medium), lemah (weak). Suatu pita lemah yang bertumpang tindih dengan suatu pita kuat disebut baku(shoulder). Banyak gugus identik dalam sebuah molekul, mengubah kuat relative absorbsinya dalam suatu spectrum, misalnya suatu gugus tunggal dalam sebuah molekul menghasilkan absorbsi yang agak kuat, sedangkan absorbsi suatu


35 gugus tunggal relatif lemah. Tetapi jika suatu senyawaan mempunyai banyak ikatan CH, maka efek gabung dari absorbsi CH akan menghasilkan suatu puncak yang bersifat medium atau kuat Spektra lazim ditemukan dengan panjang gelombang 2,5 – 15 mikrometer dengan bilangan gelombang 4000 – 667 cm-1 Vibrasi uluran untuk beberapa senyawa karbonil ditunjukkan pada tabel 2.4 dibawah ini. Tabel 2.4 Vibrasi uluran untuk beberapa senyawa karbonil Tipe senyawaan Aldehida

RC=O

Posisi absorbs

Absorbsi

1720 – 1740

5,75 – 5,80

1705 – 1750

6,70 – 5,87

1700 – 1725

5,80 – 5,88

1735 – 1750

5,71 – 5,78

H Keton

RCR

O Asam karboksilat

RCOH

O Ester

RCOR

O Sumber.Silverstein et al 1981. Dari tabel diatas terbaca bahwa : •

Pita uluran OH dan NH terdapat antara 3000 – 3700 cm-1. Bila terdapat dua hydrogen dalam satu gugus amina, absorbsi NH tampak sebagai puncak kembar.


36 •

Absorbsi uluran dari ikatan CX suatu haloalkana atuh dalam daerah. Sidik jari spectrum inframerah yakni 500 – 1430 cm-1.

•

Untuk karbon, CC 1450 -1600 cm-1, C= C

1600 – 1700 cm-1, C=C 2100, -

2250 cm-1.Resapan yang disebabkan oleh uluran CH tampak pada kira-kira 2800 – 3300 cm-1.

2.8. Scanning Electron Microscope (SEM) Struktur permukaan suatu sampel dapat dipelajari dengan mengunakan Scannning Electron Microscope, karena jauh lebih mudah untuk mempelajari struktur permukaan itu secara langsung. Dengan berkas sinar elektron yang difokuskan ke suatu titik dengan diameter sekitar 100 Angstrom dan di gunakan untuk melihat permukaan dalam suatu layar, elektron-elektron dari sampel yang diuji, di fokuskan dengan suatu elektroda elektronik pada suatu alat pemantul yang dimiringkan. Sinar yang di hasilkan, diteruskan melalui suatu pipa sinar pantulan ke suatu alat pembesar foto dan sinyal yang dapat di gunakan untuk memodulasi terangnya suatu titik osiloskop yang melalui suatu layar dengan adanya persesuaian dengan berkas sinar elektron pada permukaan sampel yang diuji. Karena elektron – elektron sekunder energi yang rendah, maka elektron – elektron tersebut dapat di belokkan membentuk sudut dan menimbulkan bayangan topografi. Intensitas dari hamburan balik elektron-elektron sebanding dengan jumlah atom, tetapi berbeda dari elektron-elektron yang cendrung tertimbun, karena mempunyai


37 energi yang lebih tinggi, maka tidak mudah untuk dikumpulkan oleh sistem kolektor normal (Smallman, 1999). Analisa secara SEM ini dilakukan untuk mengetahui adanya interaksi antar senyawa yang diteliti denga memperhatikan permukaan daripada partikel yang dianalisa.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. sampai 900 juta liter per tahun. Namun pemanfaatannya dalam industri pangan belum

Recommend Documents