Elisa Julianti- ITP-FP USU
Presented By : TEKNOLOGI FERMENTASI (ITP 212)
Ir. Rona J.Nainggolan, SU HP : 0813 7580 4161
Tujuan Instruksional Umum : - Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip-prinsip proses fermentasi pangan tradisional dan non tradisional
Dr.Ir.Elisa Julianti, MSi Email :
[email protected] HP : 0813 610 33 610 Elisa Julianti- ITP-FP USU
JADWAL DAN TOPIK KULIAH
DESKRIPSI MATAKULIAH
Matakuliah ini membahas tentang sejarah dan perkembangan fermentasi, pengetahuan mengenai tipe-tipe dan prinsip fermentasi, mikroba dan kultur fermentasi, mekanisme keteraturan metabolisme mikroba dan manipulasinya untuk produksi produkproduk fermentasi industri, proses fermentasi makanan tradisional dan non tradisional serta proses fermentasi skala industri.
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Tanggal
Topik
Pengajar
29/02/12
Sejarah Perkembangan Fermentasi
Elisa Julianti
07/03/12
Mikroba dan Kultur Fermentasi
Elisa Julianti
14/03/12
Media Fermentasi
Elisa Julianti
21/03/12
Sterilisasi dalam Proses Fermentasi
Elisa Julianti
28/03/12
Pengembangan Inokulum untuk Fermentasi
Elisa Julianti
04/04/12
Biosintesis Metabolit
Elisa Julianti
11/04/12
Kinetika Fermentasi
Elisa Julianti
18/04/12
Kinetika Fermentasi
Elisa Julianti
MID SEMESTER 09/05/12
Aerasi Dalam Proses Fermentasi
Rona J.N.
16/05/12
Pengunduhan dan Pemurnian
Rona J.N.
23/05/12
Pengunduhan dan Pemurnian
Rona J.N.
30/05/12
Bioreaktor
Rona J.N.
06/06/12
Fermentasi Pangan Tradisional
Rona J.N.
13/06/12
Fermentasi Pangan Tradisional
Rona J.N.
20/06/12
Fermentasi Pangan Non Tradisonal
Rona J.N.
Fermentasi Pangan Non Tradisional
Rona J.N.
BAHAN BACAAN :
Fellows,P.J., 2000. Food Processing Technology. Principles and Practice. 2nd Eds. Woodhead Publishing Ltd., Cambridge England. Judoamidjojo, M., A.A.Darwis, E.G.Said, 1990. Teknologi Fermentasi. CV.Rajawali Jakarta. Prosiding pertemuan ilmiah tahunan : Peranan Mikrobiologi dalam Industri pangan. Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia, Bogor 10 Desember 1994. Prosiding seminar pengembangan pengolahan dan penggunaan kedele selain tempe. Kerjasama Pusat Studi Pangan dan Gizi dengan American Soybean Association, Bogor 1998. Wang,D.I.C., C.L.Cooney, A.L.Demai, P.Dunnill, A.E.Humphrey and M.D.Lilly, 1979. Fermentation and Enzyme Technology. John Willey & Sons, New York. Wibowo,D., Sardjono, B.Haryono, D.Wiyono, 1998. Prinsip-Prinsip Teknologi Fermentasi. PAU Pangan dan Gizi UGM Yogyakarta.
Elisa Julianti- ITP-FP USU
EVALUASI
Tugas Ujian Tertulis
Elisa Julianti- ITP-FP USU
1
SEJARAH PERKEMBANGAN FERMENTASI
Tata Tertib Kuliah
Toleransi keterlambatan maks. 15 menit Tidak Berisik HP tidak diaktifkan Hadir minimal 80% Paham bahasa Indonesia & Inggris Baca salah satu / dua buku acuan Kerjakan Tugas, Mid, & Ujian
Teknologi fermentasi ilmu yang sangat tua : Pembuatan alkohol/bir dengan cara fermentasi : 6000 tahun SM Pembuatan roti dengan bantuan khamir/ragi : 4000 tahun SM Pembuatan kecap dan tauco di Cina sejak 722 tahun SM Alkohol dianggap sebagai zat kimia organik murni yang dihasilkan melalui proses fermentasi Asam asetat (asam cuka) merupakan asam organik pertama yang dibuat dengan cara mengasamkan minuman anggur (proses fermentasi dengan bakteri Acetobacter)
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Table 1 History and origins of some fermented foods
Approximate year of introduction
Food Mushrooms Soy sauce Wine Fermented milk Cheese Beer Bread Fermented Meats Sourdough bread Fish sauce Pickled vegetables Tea
4000 BC 3000 BC 3000 BC 3000 BC 2000 BC 2000 BC 1500 BC 1500 BC 1000 BC 1000 BC 1000 BC 200 BC
Table 2 Individual consumption of some fermented foods: average per person per year
Region
Country
China China, Korea, Japan North Africa, Europe Middle East Middle East North Africa, China Egypt, Europe Middle East Europe Southeast Asia, North Africa China, Europe China
Beer (I) Wine (I) Yoghurt (I) Kimchi (kg) Tempeh (kg) Soy sauce (I) Cheese (kg) Miso (kg)
Germany Italy, Portugal Argentina Finland Netherlands Korea Indonesia Japan UK Japan
Annual consumption
130 90 70 40 25 22
18 10 10 7
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Elisa Julianti- ITP-FP USU
• Antoine Lavoiser zat organik mengandung C, H dan O. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa proses fermentasi mengikuti hukum konservasi zat sebagaimana proses kimiawi biasa.
Perkembangan Fermentasi Jaman sebelum Louis Pasteur
• Penelitian J.L. Gay – Lussac (1810) menyimpulkan persamaan fermentasi pembuatan alkohol : C6H12O6 2CO2 + 2C2H6O gula •
alkohol
Tahun 1817 ditemukan bahwa jika uap alkohol dicampur dengan udara maka akan terjadi oksidasi menjadi asam asetat dengan katalis platinum (Pt)
• Tahun 1833, A.Payen dan J.F.Persoz memisahkan enzim pemecah zat tepung menjadi gula maltosa (enzim diastase)
•
Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)
•
Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt, tape,tempe, petis, terasi)
• Tahun 1860, P.E.M. Barthelot memisahkan enzim dari khamir yang disebut diastase yang dapat memecah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Ilmu Fermentasi terus berkembang
2
Perkembangan Fermentasi
Perkembangan Fermentasi Periode antibiotika
Periode Louis Pasteur • Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol) • Asam organik (Asam sitrat, asam asetat) • Pengolahan limbah secara aerob
• Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin) • Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio) • Transformasi steroid (DOPA) • Teknologi fermentasi media cair • Teknologi biakan jaringan hewan
Perkembangan Fermentasi
ARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGI
Periode Pasca Antibiotika ARAS
• Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame) • Protein sel tunggal • Enzim (amilase, glukosa isomerase, glukosa dehidrogenase) • Teknologi imobilisasi sel dan ensim • Teknologi pengolahan limbah cair anaerob (Biogas) • Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)
Biologi Molekular
Genetika Molekular
Mikrobiologi
Biologi Sel
TINGGI
MENENGAH
RENDAH
MASUKAN
KELUARAN
Modal besar, alat dan proses canggih, operator terdidik Modal menengah, alat dan proses tidak terlalu rumit Modal kecil, alat dan proses sederhana, operator tak terdidik
Produk bernilai tinggi untuk kesehatan dan pangan Pangan, pakan, pupuk dan pestisida hayati Produk bernilai rendah, sanitasi, pemanfaatan limbah
PENGERTIAN FERMENTASI Biokimia
Rekayasa Proses
• Fermentasi = fermentation (Inggris) berasal dari bahasa latin : FERFERE = mendidihkan terbentuknya gas dari suatu cairan kimia air mendidih gelembung CO2 yang terbentuk dari proses katabolisme gula
Bioteknologi
Diagnosa Kesehatan
Industri Fermentasi
Industri Farmasi
Industri Kimia
Lingkungan dan Energi Industri Pangan dan Pakan Elisa Julianti- ITP-FP USU
Secara Biokimia : Fermentasi = pembentukan energi melalui katabolisme senyawa organik. Dari segi aplikasi dalam industri : Fermentasi adalah suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh massa sel mikroba termasuk proses anabolisme pembentukan komponen sel secara aerob. Elisa Julianti- ITP-FP USU
3
PENGERTIAN FERMENTASI Penguraian metabolik senyawa organik oleh mikroorganisme yang menghasilkan energi pada umumnya berlangsung dengan kondisi anaerobik dengan pembebasan gas. Proses perubahan biokimia pada bahan yang berasal dari hewan atau tanaman, dikatalis oleh enzim yang berasal dari bahan biologis. Proses ini ada yang diinginkan, contohnya pada minuman beralkohol, dan ada juga yang tidak diinginkan seperti pembusukan bahan pangan.
TUJUAN PROSES FERMENTASI BAHAN PANGAN Merubah tekstur bahan pangan Untuk pengawetan, yaitu melalui pembentukan asam atau alkohol Untuk memproduksi flavor dan aroma tertentu yang dapat meningkatkan mutu dan nilai bahan mentah.
Teknologi fermentasi adalah upaya manusia untuk mencapai kondisi optimal agar proses fermentasi dapat memperoleh hasil yang maksimal serta sesuai dengan target yang direncanakan baik secara kualitatif maupun kuantitatif Elisa Julianti- ITP-FP USU Elisa Julianti- ITP-FP USU
Table 3 Benefits of fermentation
KEUNTUNGAN FERMENTASI SEBAGAI METODE PENGOLAHAN PANGAN Penggunaan kondisi pH dan suhu yang tidak terlalu tinggi sehingga dapat mempertahankan (atau bahkan meningkatkan) nilai nutrisi dan karakteristik sensori bahan pangan Memproduksi bahan pangan dengan flavor dan tekstur yang tidak dapat dihasilkan dengan menggunakan metode lain Penggunaan energi yang rendah Biaya operasional yang relatif murah Teknologi yang relatif sederhana
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Raw material
Benefit Preservation
Milk Yoghurt, cheese (Most materials)
Enhancement of safety Acid production Acid and alcohol production Production of bacteriocins Removal of toxic components Enhancement of nutritional value Improved digestibility Retention of micronutrients Increased fibre content Synthesis of probiotic compounds Improvement of flavour
Fermented food
Fruit Barley Grapes Meat Cassava Soybean Wheat Leafy veges. Coconut Milk Coffee beans Grapes
Bahan-bahan utama yang diperlukan dalam proses fermentasi :
Komponen Utama Proses Fermentasi
Mikroorganisme
Formulasi medium
Enzim
Sterilisasi media
Fermentor/bioreaktor
Produksi starter aktif dan murni (inokulum)
Medium yang terdiri dari bahan baku dan bahan pembantu
Pemeliharaan dan pertumbuhan mikroorganisme
Vinegar Beer Wine Salami Gari, polviho azedo Soy sauce Bread Kimchi, sauerkraut Nata de coco Bifidus milk, Yakult, Acidophilus yoghurt Coffee Wine
Pengunduhan dan pemurnian produk Pembuangan limbah sisa hasil fermentasi
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Elisa Julianti- ITP-FP USU
4
TIPE-TIPE FERMENTASI 1. 2.
Homofermentasi : memproduksi satu produk utama saja Heterofermentasi : memproduksi beberapa macam produk
TIPE-TIPE FERMENTASI ....................
Berdasarkan prosesnya dibedakan atas : Proses berlangsung sekali, setelah - Fermentasi tipe batch proses selesai, maka seluruh pekerjaan diulang
-Produk utama : asam organik -Produk Primer : etanol dan CO2
Kondisi bahan dan mikroorganisme secara menyeluruh mengalami perubahan setelah dilakukan pemanenan produk - Fermentasi tipe kontiniu Proses berlangsung secara terus menerus
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Tipe-tipe fermentasi berdasarkan produk dan pertumbuhan sel (Maxon, 1955) 1. Pembentukan produk dan pertumbuhan sel sinonim (Growth Associated) : bila produk berupa sel, contoh : PST 2. Pertumbuhan asosiasi (Mixed Growth Associated) : pertumbuhan sel dan pembentukan produk berjalan seiring. Contoh : fermentasi alkohol, asam sitrat dll 3. Pertumbuhan non asosiasi (Non Growth Associated) : sintesa produk terjadi setelah pertumbuhan sel selesai. Contoh : konversi glukosa menjadi asam 5 ketoglukonat.
X p
X p
X p
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Produk-Produk Fermentasi dan Bahan Bakunya
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Aplikasi proses fermentasi pada skala industri dapat dikelompokkan menjadi 4 macam : 1. Proses fermentasi untuk memproduksi sel mikroba, Contoh : produksi baker’s yeast dan Protein Sel Tunggal (PST) 2. Proses fermentasi untuk memproduksi enzim, Contoh : produksi amilasi, protease, pektinase, amiloglukosidase, laktase, glukosa oksidase dan glukosa isomerase 3. Proses fermentasi untuk memproduksi metabolit (primer atau sekunder). Contoh metabolit primer : etanol, asam sitrat, asetonbutanol, asam glutamat, lisin, nukleotida, vitamin. Contoh metabolit sekunder : steroid, antibiotik, asam koji, poliketida. 4. Proses fermentasi untuk memproduksi senyawa kimia tertentu (disebut transformasi). Contoh : produksi anhidrotetrasiklin menjadi tetrasiklin, naftalen menjadi asam salisilat, fenil dodekan menjadi fenil asam asetat. Elisa Julianti- ITP-FP USU
Produk-Produk Fermentasi dan Mikroba Penghasilnya
Elisa Julianti- ITP-FP USU
5
Produk-Produk Fermentasi dari Seluruh Dunia
Produk-Produk Fermentasi dari Seluruh Dunia Name and region
Type of product
Indian sub-continent Acar, Achar, Tandal achar, Garam nimboo achar
Pickled fruit and vegetables
Gundruk
Fermented dried vegetable
Lemon pickle, Lime pickle, Mango pickle
East Asia Bossam-kimchi, Chonggak-kimchi, Dan moogi, Dongchimi, Kachdoo kigactuki, Kakduggi, Kimchi, Mootsanji, Muchung-kimchi, Oigee, Oiji, Oiso baegi, Tongbaechu-kimchi, Tongkimchi, Totkal kimchi,
Fermented in brine
Cha-ts’ai, Hiroshimana, Jangagee, Nara senkei, Narazuke, Nozawana, Pickled fruit and vegetables Nukamiso-zuke, Omizuke, Pow tsai, Red in snow, Seokbakji, Shiozuke, Szechwan cabbage, Tai-tan tsoi, Takana, Takuan, Tsa Tzai, Tsu, Umeboshi, Wasabi-zuke, Yen tsai Hot pepper sauce
South East Asia
Africa
Asinan, Burong mangga, Dalok, Jeruk, Kiam-chai, Kiam- Pickled fruit and cheyi, Kong-chai, Naw-mai-dong, Pak-siam-dong, Pawvegetables tsay, Phak-dong, Phonlami-dong, Sajur asin, Sambal tempo-jak, Santol, Si-sek-chai, Sunki, Tang-chai, Tempoyak, Vanilla, Bai-ming, Leppet-so, Miang
Fruit vinegar
Vinegar
Hot pepper sauce Lamoun makbouss, Mauoloh, Msir, Mslalla, Olive
Pickled fruit and vegetables
Oilseeds, Ogili, Ogiri, Hibiscus seed
Fermented fruit and vegetable seeds
Fermented tea leaves Elisa Julianti- ITP-FP USU
Nata de coco, Nata de pina
Fermented fruit juice
Wines
Elisa Julianti- ITP-FP USU
Fermented fruits
Americas Cucumber pickles, Dill pickles, Olives, Sauerkraut,
Pickled fruit and vegetables
Lupin seed, Oilseeds,
Pickled oilseed
Vanilla, Wines
Fermented fruit and vegetable
Middle East Kushuk
Fermented fruit and vegetables
Lamoun makbouss, Mekhalel, Olives, Torshi, Tursu
Pickled fruit and vegetables
Wines
Fermented fruits
Europe and World Mushrooms, Yeast
Moulds
Olives, Sauerkohl, Sauerruben
Pickled fruit and vegetables
Grape vinegar, Wine vinegar
Vinegar
Wines, Citron
Fermented fruits Elisa Julianti- ITP-FP USU
6
