KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROORGANISME MIKROBIOLOGI MAKANAN PROGRAM STUDI MIKROBIOLOGI SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROBA • •
Makanan dikatagorikan rusak apabila mengalami penurunan kualitas dari yang telah ditentukan Faktor dalam menentukan kualitas makanan antara lain: warna, tekstur, citarasa (bau dan rasa), bentuk, tidak terdapat abnormalitas
KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROBA(Lanjutan…) Penurunan kualitas makanan dapat disebabkan oleh: • Aktivitas serangga dan rodensia, • Faktor fisika dan kimia yang tidak diinginkan dehidrasi sayuran, oksidasi lemak, degradasi autolitik sayuran (pektinase) atau ikan (proteinase) • Kerusakan oleh mikroba – Oleh pertumbuhan mikroba dalam makanan atau kerja enzim mikroba (ekstra dan intraseluler) yang terdapat dalam makanan – Parameter kerusakan makanan: warna, bau, tekstur, pembentukan lendir, akumulasi gas, pelepasan cairan (eksudat) – Kerusakan oleh pertumbuhan mikroba lebih cepat dibandingkan kerusakan akibat enzim mikroba
KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROBA(Lanjutan…) Kerusakan makanan oleh mikroba terjadi apabila: • Mikroba masuk ke dalam makanan • Kondisi makanan (pH, Aw, potensi redoks, nutrisi, dll) mendukung pertumbuhan mikroba kontaminan • Makanan disimpan pada suhu yang memungkinkan mikroba tumbuh • Makanan disimpan pada kondisi yang mendukung pertumbuhan mikroba dalam jangka waktu tertentu jumlah tinggi
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROBA I. Tipe mikroba Makanan segar maupun olahan kapang, ragi, bakteri yang mampu bermultiplikasi dan menyebabkan kerusakan Bakteri waktu penggandaan sel pendek cepat menyebabkan kerusakan Roti, keju, dry sausages, buah asam, sayuran tidak cocok untuk bakteri dan ragi prevalensi kapang tinggi Makanan dalam kemasan anaerob reduksi kerusakan terutama oleh kapang, dan ragi Insiden kerusakan makanan oleh mikroba: bakteri > ragi > kapang
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI (Lanjutan…) II. Jumlah mikroba Kerusakan terjadi apabila mikroba mencapai jumlah tertentu: Kerusakan dapat terdeteksi : 106-108 sel per gram, mL, cm2 Pembentukan H2S, amina, H2O2 < 106 sel per g, mL, cm2 Pembentukan lendir: > 108 sel per g, mL, cm2 Makanan dengan jumlah awal mikroba besar serta penyimpanan yang memungkinkan pertumbuhan mikroba dengan cepat lebih mudah rusak Mengurangi kerusakan makanan: jumlah mikroba awal rendah dan penyimpanan yang tepat
Pengaruh jumlah awal bakteri dan suhu penyimpanan terhadap umur simpan produk
Cfu/mL, g, cm2
8
Spoilage detection load (hypothetical) 12oC
6
4
≤ 4oC
12oC
≤ 4oC
2
0
2
4 Weeks in storage
6
8
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI (Lanjutan…) III. Mikroorganisme predominan Mikroba predominan pada makanan yang membusuk adalah yang memiliki waktu generasi yang pendek Profil mikroba yang tumbuh dalam makanan dan yang ditumbuhkan dalam medium laboratorium dapat berbeda. Waktu generasi mikroba di dalam makanan umumnya lebih lama dibandingkan dalam kaldu nutrisi Pada kondisi penyimpanan yang sama, pertumbuhan populasi campuran mikroba dalam makanan dapat berbeda dengan pertumbuhan dalam kaldu nutrisi Tipe mikroba yang tumbuh predominan dalam makanan dan dalam kultur pemeliharaan pada kondisi yang sama dapat berbeda
KERUSAKAN KELOMPOK MAKANAN SPESIFIK OLEH MIKROBA
PRODUK DAGING SEGAR •
Flora dominan ditentukan oleh ketersediaan nutrisi, O2, suhu dan waktu penyimpanan, pH, waktu generasi mikroba
Kerusakan daging segar
Kerusakan daging segar (lanjutan…) • Daging post rigor kaya senyawa nitrogen non protein, rendah karbohidrat, pH 5,5 dan Aw > 0,97 Pseudomonas (waktu generasi pendek) menggunakan glukosa kemudian aa • Penyimpanan suhu rendah menghambat pembusukan bakteri psikrotrofik predominan
Kerusakan daging segar (lanjutan…) • Penyimpanan pada MA dg campuran CO2 dan O2 pertumbuhan fakultatif anaerob: Cth: Brochothrix thermosphaeta
A = 100 % CO2 / 1 °C B = 10 - 30 % CO2 rest N2 / 1 °C C = Vacuum / 1 °C D = 100 % CO2 / 4 - 6 °C E = Vacuum / 4 - 6 °C F = 10 - 30 % CO2 rest N2 / 4 - 6 °C G = Air / 1 °C H = Air / 4 - 6 °C
Kerusakan daging segar (lanjutan…) • Daging dlm kantong kedap udara bakteri psikrotrofik fakultatif anaerob / anaerob
Lab.curratus dan Lab.sake bau dan warna yang tidak diinginkan Bau: perubahan aa. Leu dan Val as. Isovalerat dan isobutirat Warna: perubahan aa. Cys H2S Shewanella putrefaciens perubahan warna daging H2S menyebabkan perubahan myoglobin metmyoglobin (hijau) Enterobacter, Serratia, Proteus, Hafnia As. amino amina, amonia, merkaptan pembusukan H2S warna hijau pH basa daging merah/pink Clostridium psikrotrof (C. laramie) proteolisis perubahan tekstur, akumulasi cairan, bau
Kerusakan daging olahan PRODUK DAGING OLAHAN High heat processed (uncured dan cured meat product) Perlakuan panas steril hanya spora termofilik Low heat processed
Uncured: contoh roast suhu 60 – 65oC Spora Bacillus, Clostridium dan spc termodurik (Lac.viridescens, Enterococcus, Micrococcus) permukaan daging Mikroba mengkontaminasi pada penanganan sebelum pengemasan vakum (penambahan bumbu, pemotongan) Kontaminasi pada penyimpanan dingin disebabkan oleh post heat contaminant bakteri psiktrotrofik fakultatif aerob dan anaerob
Kerusakan daging olahan (lanjutan…) Cured meat: franks, bologna, ham, luncheon Penambahan aditif nitrit, garam, dekstrosa, fosfat, sorbat, bumbu, dll meningkatkan warna, tekstur, citarasa, daya tahan, keamanan Mikroba termodurik dapat mengkontaminasi pada penanganan sebelum pengemasan (pemotongan) post heat contaminant
Kerusakan daging olahan (lanjutan…) Produk yang dikemas vakum maupun MA pada penyimpanan dingin dapat terkontaminasi bakteri psiktrotrofik Lactobacillus spp (homofermentatif: L.sake, L.curvatus, heterofermentatif: L.viridescens) dan Leuconostoc spp (L.carnosum, L.gelidum, L.mesenteroides) Akumulasi gas dan cairan asam Pembentukan lendir pertumbuhan sel bakteri Produksi dekstran oleh Leuconostoc Serratia spp (S.liquifaciens) pemecahan aa bau amonia
Kerusakan produk ikan PRODUK IKAN, CRUSTACEAE, DAN MOLUSKA
Ikan air tawar/asin kerusakan akibat autolisis oleh enzim (proteinase), oksidasi as.lemak tak jenuh, dan pertumbuhan mikroba Kerusakan oleh mikroba jenis mikroba, jumlah, tipe ikan, metode penangkapan, penanganan ikan Bakteri pembusuk utama: gram negatif batang aerob (Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella, Flavobacterium), batang fakultatif anaerob (Shewanella, Alcaligenes, Vibrio) dan koliform Jaringan ikan: seny. nitrogen non protein (aa, kreatinin), peptida, protein, hampir tidak mengandung karbohidrat Oksidasi seny.nitrogen non protein putrefaksi Senyawa volatil: NH3, trimetilamin, histidin (racun Scombroid), putresin, kadaverin, indol, H2S, merkaptan) As.lemak isobutirat dan isovalerat
Kerusakan produk ikan (lanjutan…) Kerusakan akibat mikroflora predominan:
Perubahan bau karena metabolit volatil Produksi lendir Kehilangan tekstur (lunak) Perubahan warna
Mikroba pada penyimpanan dingin Pseudomonas Penyimpanan vakum bakteri as.laktat Pengalengan bakteri termofilik pembentuk spora Ikan asin, terutama kadar garam rendah bakteri halofilik (Vibrio pada suhu rendah, Micrococcus pada suhu tinggi) Kerusakan udang > kepiting dan lobster
Kerusakan susu SUSU DAN PRODUK SUSU
Kerusakan susu metabolisme laktosa, protein, as.lemak tak jenuh dan hidrolisis trigliserida Susu segar dingin: bakteri gram negatif psiktrotrofik Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, coliform Pseudomonas (laktase -) menguraikan protein mengubah citarasa Coliform (laktase +) produksi as.organik, CO2 dan H2 penggumpalan, busa, pengasaman Alcaligenes spp (A. viscolactis) lendir (polisakarida)
Susu segar tidak dingin mikroba mesofilik (Lactococcus, Lactobacilllus, Enterococcus, Micrococcus, Bacillus, Clostridium, coliform) Mikroba penghidrolisis laktosa (Lactococcus) predominan penggumpalan, pengasaman
Kerusakan susu (lanjutan…) Susu pasteurisasi: bakteri termodurik (Micrococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Streptococcus, Corynebacterium, spora Bacillus dan Clostridium)
Kontaminan post pasteurisasi: coliform, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium Susu pasteurisasi dingin waktu simpan pendek kontaminan psikrotrofik kerusakan spt susu segar
Susu UHT (150oC beberapa detik) hanya spora bakteri termofilik tidak rusak pada penyimpanan suhu kamar, dapat rusak pada suhu tinggi Susu konsentrat pemanasan dan pengalengan penyimpanan > 43oC merangsang spora termofilik Bacillus coagulans koagulasi susu
Kerusakan sayuran dan buah-buahan SAYURAN DAN BUAH-BUAHAN Sayuran: kaya karbohidrat, rendah protein, pH tinggi (kecuali tomat)
Kapang dominan: Penicillium, Phytophtora, Alternaria, Botrytis, dan Aspergillus Bakteri dominan: Pseudomonas, Erwinia, Bacillus, dan Clostridium
Kerusakan sayuran “rot” perubahan warna, tekstur, bau Contoh: black rot, gray rot, pink rot, soft rot, stem-end rot Kerusakan buah-buahan terutama oleh kapang, ragi, dan bakteri asidurik Mudah mengalami “rot” oleh Penicillium, Aspergillus, Alternatia, Botrytis, Rhizopus black rot, gray rot, soft rot, brown rot, dll
Fungal spoilage
Storage rot in grapes caused by Botrytis cinerea
Storage rot in strawberry caused by Botrytis cinerea
Blue mould rot in tomato caused by Penicilliumi spp.
Black mummy rot of grapes caused by Guignardia bidwellii
Watery soft rot in apple caused by Sclerotinia sclerotiorum
Blue mould on oranges caused by Penicillium digitatum
Bacterial Spoilage
Soft rot in tomato caused by Erwinia carotovora
Kerusakan minuman MINUMAN RINGAN DAN JUS BUAH • Kandungan gula tinggi, pH rendah, Aw rendah, OR rendah (carbonated) • Kerusakan: kapang, ragi, bakteri asidurik • Minuman “carbonated” Torulopsis, Candida, Pichia, Hansenula, Sacharomyces produk keruh Lactobacillus dan Leuconostoc as. organik + dekstran • Non carbonated kondisi DO tinggi ditemukan pula Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Acetobacter Acetobacter alkohol as.asetat • Pencegahan: pengawetan panas, dingin, beku, pengawet kimia
KERUSAKAN MAKANAN KALENG Makanan kalengan perlakuan panas (lama: tgt pH) pH tinggi (> 4,6) acuan Clostridium botulinum spora bakteri yang lebih tahan panas (termofilik) pH rendah (< 4,6) sel vegetatif dan beberapa spora (pH rendah menghambat C.botulinum) spora bakteri termofilik asidurik
Canned food spoilage
ABOVE: Changes in cans as a result of microbial spoilage. Normal can; note that the top of the can is indented due to negative pressure (vaccum) inside.
Slight swell resulting from minimal gas production. Note that the lid is slightly raised.
Severe swell due to entensive gas production. Note the great deformation of the can. This can is potentially dangerous, and could explode if dropped or hit!
The can shown in above was dropped and the gas pressure resulted in a violent explosion. Note that the lid has been torn apart.
Kerusakan makanan kaleng (lanjutan…) Kerusakan makanan kaleng A. Non mikrobiologis (reaksi kimia dan enzimatis) Produksi hidrogen (H2 swell), CO2, browning, korosi kaleng, likuifikasi, perubahan warna karena reaksi enzimatis B. Mikrobiologis, disebabkan: 1. Tidak cukup pendinginan setelah pemanasan atau penyimpanan suhu tinggi germinasi dan pertumbuhan spora termofilik 3 tipe kerusakan (terdedah > 43oC) 2. Tidak cukup pemanasan mesofilik tetap hidup dan tumbuh (sel vegetatif dan spora) 3. Kebocoran kaleng (walaupun mikroskopis) mikroba kontaminan, kerusakan tergantung jenis mikroba
Kerusakan makanan kaleng (lanjutan…) Kerusakan karena mikroba termofilik pembentuk spora Menyebabkan 3 tipe kerusakan makanan pH tinggi (mis: jagung, kacang, polong) jika terdedah > 43oC Pengasaman Kaleng tidak menggelembung tapi produk menjadi asam karena pertumbuhan B.stearothermophilus (fermentasi karbohidrat asam tanpa gas) Pertumbuhan Cl.thermosaccharolyticum (anaerob) kaleng gembung (produksi H2 dan CO2) Sulfide stinker spoilage Disebabkan bakteri gram negatif anaerob pembentuk spora (Desulfotomaculum nigrificans) produk berwarna tua, bau telur busuk (H2S) H2S dari aa yang mengandung sulfur terlarut dan bereaksi dengan besi warna hitam besi sulfida
Kerusakan makanan kaleng (lanjutan…) Kerusakan karena pemanasan tidak cukup Mikroba yang tumbuh terutama Clostridium dan Bacillus Cl.butyricum dan Cl.pasteurianum fermentasi karbohidrat fermentasi karbohidrat as.volatil, gas H2 dan CO2 swelling Cl.sporogenes, Cl.putrefaciens, Cl.botulinum metabolisme protein H2S, merkaptan, indol, skatol, amonia, CO2 dan H2O swelling Spora beberapa Bacillus fakultatif anaerob: B.substilis dan B.coagulan produksi asam dan gas (CO2)
KERUSAKAN MAKANAN DINGIN Makanan dingin (kemasan vakum dan MA) menghambat pertumbuhan mikroba waktu simpan lama Mikroba dalam makanan kemasan vakum dan MA 0 – 1oC: Patogen mesofilik: Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes Patogen psikrofilik: Clostridium spp Bakteri pembusuk: Leuconostoc spp, Lactobacillus spp, Serratia spp
Kerusakan makanan dingin dalam kemasan vakum:
Perubahan lingkungan makanan kondisi vakum, sistem barrier O2, pH, penyimpanan lama pada suhu rendah pertumbuhan bakteri alami kerusakan Penggunaan “super sanitasi” eliminasi mikroba umum pertumbuhan minor flora Produksi skala besar pembersihan dan sanitasi peralatan kurang efisien
Kerusakan makanan dingin (lanjutan…) Contoh kerusakan makanan dingin dalam kemasan vakum Kerusakan daging segar (Clostridium laramie dan C.estertheticum) akumulasi H2S dan cairan, perubahan tekstur (lunak) dan warna (mjd merah hijau) Kerusakan roast beef (Clostridium spp) akumulasi gas dan cairan, perubahan warna dari coklat terang pink Kerusakan tahu (Clostridium spp) akumulasi gas dan cairan Kerusakan keju lunak (Leuconostoc spp) akumulasi gas dan cairan, perubahan tekstur (lunak)
INDIKATOR KERUSAKAN MAKANAN OLEH MIKROBA Kerusakan makanan oleh mikroba disebabkan: • Pertumbuhan sel mikroba pada komponen makanan • Enzim ekstraseluler dan intraseluler yang bereaksi dengan komponen makanan dan mengubah sifat makanan tersebut. Penting diketahui untuk menghindari kerusakan makanan: • Prediksi waktu simpan makanan (setelah produksi) pada kondisi penyimpanan normal untuk makanan tersebut. • Menentukan status terkini (terkait dengan kerusakan) makanan yang sudah disimpan dalam waktu tertentu → estimasi tahapan kerusakan mikrobiologis
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) Kriteria atau indikator yang digunakan: 1. 2. 3.
Sensori/organoleptik Mikrobiologi Kimia
I. Sensori/organoleptik Perubahan warna, bau, aroma, tekstur, penampilan umum Memiliki kekurangan jika digunakan sebagai indikator tunggal Perubahan aroma /tekstur terjadi pada tahap akhir kerusakan Bau dapat tersamarkan oleh bumbu, bau yang disebabkan oleh senyawa volatile tidak terdeteksi jika terdedah ke udara Terdapat perbedaan penilaian organoleptik antar individu
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) II. Indikator Mikrobiologi dan Kimia Kriteria mikrobiologi maupun kimia secara tunggal juga tidak efektif dalam memprediksikan baik umur simpan maupun status kerusakan produk. Faktor yang menentukan kerusakan makanan secara mikrobiologis: Tipe produk makanan Komposisi nutrisi pada makanan Metode yang digunakan selama pemrosesan Kontaminasi yang terjadi selama pemrosesan Sifat packaging yang digunakan Suhu dan waktu penyimpanan Kemungkinan terjadinya kesalahan pengaturan suhu penyimpanan
Indikator dipilih berdasarkan produk atau kelompok produk yang sejenis
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) Syarat pemilihan indikator (mikrobiologi atau kimia): Pada produk segar, indikator terdapat dalam jumlah sedikit (mikroba) atau tidak ada (senyawa kimia) Pada kondisi penyimpanan normal (suhu, waktu, packaging), mikroba atau senyawa kimia indikator tersebut dapat meningkat mencapai jumlah yang tinggi Pada saat terjadi kerusakan pada kondis penyimpanan normal, indikator tersebut harus merupakan agen penyebab kerusakan yang predominan Dapat dideteksi secara cepat Dapat diandalkan untuk memprediksi umur simpan dan status kerusakan Kerusakan yang ditimbulkan harus memiliki keterkaitan dengan kriteria sensori/organoleptik
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) II.1 Kriteria Mikrobiologi Beberapa produk makanan dan indikator mikrobiologisnya: 1. Daging mentah yang disimpan dingin secara aerob TPC psikrotrofik aerob, terutama Gram negatif aerob 2. Daging mentah yang disimpan dingin secara anaerob (vacuum packaged) TPC bakteri asam laktat psikrotrofik dan Enterobacteriaceae, Clostridium spp (misal Clo. laramie) psikrotrofik 3. Produk daging yang diproses pada suhu rendah, dikemas vakum, dan disimpan pada suhu rendah TPC bakteri asam laktat psikrotrofik dan Enterobacteriaceae, Clostridium spp (misal Clo. laramie) psikrotrofik psikrotrofik
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) 4.
Susu segar: TPC, Gram negatif batang psikrotrofik, bakteri termodurik 5. Susu Pasteurisasi: TPC, bakteri psiktrotrofik (gram negatif dan positif) 6. Butter: mikroorganisme lipolitik 7. Keju “cottage”: psiktrotrofik, terutama Gram negatif batang 8. Produk perikanan segar: Gram negatif batang psikrotrofik 9. Minuman ringan: bakteri asidurik, ragi, dan kapang 10. Salad dressing dan mayonnaise: Lactobacillus spp (terutama Lab.fructivorans) dan ragi
INDIKATOR KERUSAKAN (lanjutan…) II.2 Kriteria Kimia • Pertumbuhan mikroba dalam makanan akan menghasilkan beragam metabolit atau produk samping yang berasosiasi dengan karakteristik kerusakan. • Dikembangkan metode yang sensitif untuk mengukur metabolit spesifik dalam konsentrasi sangat rendah dan sebelum kerusakan tampak dengan jelas • Hasil pengukuran digunakan untuk menentukan status kerusakan makanan • Contoh: produksi H2S, NH3, diasetil, asetoin, dll
