TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Nenas (Ananas sativus) Nenas
(Ananas
sativus)
termasuk
famili
Bromeliceae
dari
kelas
Monokotyledoneae. Tanaman ini merupakan hortikultura yang mulai berproduksi pada umur 12 bulan. Nenas yang terkenal di Indonesia adalah nenas dari Sumatera (nenas Siantar dan Palembang), dan di Jawa adalah nenas Bogor, nenas klayatan. Sedangkan di luar negeri yang terkenal adalah dari Pilipina, Hawai dan Brazilia (Djatmiko, 1985). Tanaman nenas tumbuh secara liar di dataran tinggi yang kering di Brazil dan Paraguai dan kemungkinan sekali tanaman nenas ini berasal dari negara tersebut. Kemudian tersebar ke Amerika, Spanyol, Portugis hingga akhirnya sampai ke daerah tropis seperti Pilipina dan Asia Tenggara. Nenas dapat tumbuh pada ketinggian 90 – 800 meter di atas permukaan laut. Temperatur optimum untuk pertumbuhan adalah berkisar 21-27 oC (Logman Group, !975). Buah Nenas merupakan buah yang kaya akan karbohidrat, terdiri atas beberapa gula sederhana misalnya sukrosa, fruktosa, dan glukosa, serta enzim gromelin yang dapat merombak protein menjadi asam amino agar mudah diserap tubuh (Rismunandar, 1989). Nenas merupakan buah yang terdiri dari sebagian besar daging buah yang banyak mengandung gula, Vitamin A, vitamin C dan mengandung mineral yang diperlukan tubuh (Collins, 1960).
Universitas Sumatera Utara
Komposisi Buah Nenas Buah nenas yang masak pohon mengandung zat gizi yang cukup tinggi. Tabel 1 menunjukkan kandungan zat gizi dalam 100 g buah nenas masak. Tabel 1. Kandungan zat gizi dalam 100g buah nenas masak Komponen Zat Gizi
Banyaknya
Kalori Protein Lemak Karbohidrat Kalsium (Ca) Posfor (P) Serat Besi (Fe) Vitamin A Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin C Niacin
50 kal 0,40 g 0,20 g 13,0 g 19,0 mg 9,0 mg 0,40 g 0,20 g 20,00 RE 0,08 mg 0,04 mg 20,00 mg 0,20 g
Sumber: Buah Dan Sayuran Untuk Terapi, 2000
Sedangkan Komposisi sari nenas dapat dilihat pada Tabel 2 berikut: Tabel 2. Komposisi sari nenas dalam 100 g bahan Komponen
Banyaknya
Air Protein Lemak Abu Gula Asam Vitamin A Vitamin B Vitamin C
85,00 % 0,40 % 0,20 % 0,40 % 12,00 % 1,00 % 130,00 IU 0,08 mg 24,00 mg
Sumber : Departemen Perindustrian, 1977
Dari Tabel 1 dan Tabel 2 diatas dapat dilihat bahwa buah nenas mengandung kadar buah yang cukup tinggi, dismping itu juga mengandung protein, lemak, asam-asam, mineral dan beberapa vitamin
Universitas Sumatera Utara
Anggur Sari Nenas Minuman beralkohol adalah minuman yang mengandung etil alkohol dan dapat mengandung zat lain dalam kadar tertentu yang tidak membahayakan kesehatan. Jenis minuman beralkohol antara lain : Anggut (wine), bir dan minuman keras. Anggur (wine) merupakan minuman hasil fermenasi perasan buah anggur yang dilakukan oleh sel khamir pada proses fermentasi gula yang terdapat di dalam perasan buah anggur akan dirombak oleh sel khamir menjadi alkohol dan CO2 (Sa’id 1987). Anggur sari buah nenas adalah minuman yang merupakan hasil fermentasi larutan sari nenas bergula yang mempunyai rasa manis keasam-asaman yang menyegarkan dan mengandung alkohol. Komposisi anggur sangat bervariasi terutama kadar gula, kadar alkohol yang dihasilkan biasanya 3.5 – 7.3 %. Sedangkan kadar alkohol yang telah mencapai 11-13 % biasanya disebut anggur keras (hard wine) (Amerine et al, 1982). Proses Fermentasi Fermentasi adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi di dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dimana sebagai donor dan akseptor elektron menggunakan senyawa organik. Senyawa organik yang biasa digunakan sebagai substrat adalah karbohidrat dalam bentuk glukosa. Senyawa tersebut akan diubah oleh reaksi-reaksi dengan katalis enzim menjadi suatu bentuk lain misalnya aldehid dan dapat dioksidasi menjadi asam (Winarno dan Fardiaz, 1990). Tiap proses fermentasi mendayagunakan aktifitas biokimia suatu mikrobia tertentu atau campuran dari beberapa spesies mikrobia. Dari segi biokimia fermentasi adalah aktifitas dari mikrobia untuk memperoleh energi melalui pemecahan substrat atau katabolisme guna keperluan metabolisme dalam pertumbuhannya. Jadi salah satu
Universitas Sumatera Utara
fungsi substrat yang terpenting adalah sebagai sumber energi disamping sebagai bahan pembentuk sel dan produk metabolisme (Rahman, 1989). Proses dasar biokimia dari fermentasi dapat ditunjukkan pada Gambar 1. Glukosa
Fosforgliseraldehid
Asam Pyruvat
Aerob
Anaerob (Fermentasi)
Energi Tinggi + CO2 + H2O
Asam Laktat Etanol Asam Asetat Ester Keton Asam-asam lainnya
Gambar 1. Jalur EMP atau proses glikolisis Pembentukan alkohol dari gula dilaksanakan oleh khamir penghasil alkohol, seperti Saccharomyces ellipsoideus (Desrosier, 1988). Selama fermentasi berlangsung, gula dalam bentuk glukosa dirombak menjadi etanol dan berbagai substansi lainnya seperti gliserol dan asam laktat yang disebut sebagai produk fermentasi. Perombakan tersebut berlangsung bersamaan dengan pembentukkan asam-asam, khususnya asam asetat yang semakin meningkat jumlahnya dari asam-asam volatile lainnya (Winton dan Winton, 1958). Pada fermentasi sari buah, Winton dan Winton (1958) menyebutkan pembentukan alkohol terjadi akibat perombakan gula seperti glukosa dan fruktosa oleh enzim zymase
(dari kelompok enzim invertase) yang berasal dari khamir
Universitas Sumatera Utara
Saccharomyces ellipsoideus, S. apiculatus atau Saccharomyces lainnya; yang secara alami terjadi pada buah dan proses tersebut akan berlangsung lebih cepat pada sari buah. zymase Reaksinya adalah : C6H12O6
2 C2H5OH + 2CO2
Secara umum proses fermentasi alkohol terjadi dari pemecahan karbohidrat melalui suatu degradasi dari monosakarida yaitu glukosa menjadi asam piruvat. Asam piruvat ini selanjutnya akan dirombak menjadi etanol dan juga CO2 yang biasanya berlangsung melalui proses oksidasi reduksi dengan menggunakan DNPH + H+ sebagai donor elektron (Winarno dan Fardiaz, 1990). S. cerevisiae merupakan khamir sejati tergolong eukariot yang secara morfologi hanya membentuk blastospora berbentuk bulat lonjong silindris, oval atau bulat telur yang dipengaruhi oleh strainnya. Dapat berkembang biak dengan membelah diri melalui pertunasan. Reproduksinya dapat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan serta jumlah nutrisi yang tersedia bagi pertumbuhan sel. Penampilan makroskopik mempunyai koloni berbentuk bulat, warna kuning muda, permukaan berkilau, licin, tekstur lunak dan memiliki sel bulat dengan askospora 1-8 buah (Nikon, 2004). Taksonomi Saccharomyces sp adalah sebagai berikut (Sanger, 2009) : Super Kingdom : Eukaryotik Phylum: Fungi Subphylum: Ascomycota Class: Saccharomycetes Order: Saccharomycetales Family: Saccharomycetaceae Genus: Saccharomyces
Universitas Sumatera Utara
Species: Saccharomyces cerevisiae Khamir dapat berkembang biak dalam gula sederhana seperti glukosa, maupun gula kompleks disakarida yaitu sukrosa . Selain itu untuk menunjang kebutuhan hidup diperlukan oksigen, karbohidrat, dan nitrogen . Pada uji fermentasi gula-gula mempunyai reaksi positif pada gula dekstrosa, galaktosa, sukrosa, maltosa, raffinosa, trehalosa, dan negatif pada gula laktosa (Lodder, 1970) . Tabel 3 . Komposisi sel khamir S. cerevisiae Senyawa
Jumlah (%)
Abu Asam nukleat Lemak Nitrogen
5,0-9,5 6,0-12,0 2,0-6,0 7,5-8,5
Sumber: Suriawiria (1990)
Mekanisme Fermentasi Menurut Reed (1982), bahwa sukrosa mula-mula dihidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim invertase kemudian glukosa dan fruktosa juga menjadi asam pyruvat melalui tahap-tahap reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas. Selanjutnya asam pyruvat didekarbosilasi menjadi asetaldehida menjadi etanol (Gambar 2). Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi alkohol adalah : -
Konsentrasi gula yang ada/ditambahkan
-
Derajat keasaman bahan/pH
-
Temperatur
-
Jenis khamir yang digunakan
-
Komposisi zat nutrisi di dalam bahan
Universitas Sumatera Utara
Glukosa Mg++ Glukosa 6 fosfat
ATP Heksokinase ADP fosfoheksoisomerase
Fruktosa 6 fosfat ATP fosfoheksakinase ADP Fruktosa 1,6 difosfat Mg++ Dehidroksi
triofosfofoisomerase
Aldolase
Asetonfosfa
dehidrogenase Gliserolfosfat
3 Fosfogliseraldehid DPN difosfogliseraldehid dehidrogenase DPNH2 Asam 1,3 difosfogliserat ADP2
fosfatase Gliserol
Transfosforilase ATP fosfogliserat Asam 3 fosfogliserat fosfogliseromutase Asam 2 fosfogliserat Mg++
enolase H2O
Asam 2 fosfenolpyruvat ADP ++ Mg transfosforilase ATP fosfopyruvat Asam Pyruvat karboksilase pyruvat Asetaldehid + CO2 DPNH2 2 alkoholdehidrogenase Etanol
DPN2
Gambar 2 : Skema EMP dalam fermentasi alkohol
Universitas Sumatera Utara
Konsentrasi gula yang ada/ditambahkan Pada proses fermentasi biasanya perlu ditambahkan sejumlah gula. Sebenarnya tanpa penambahan gula, fermentasi juga dapat berlangsung. Tujuan penambahan gula sebenarnya adalah untuk mendapatknan konsentrasi alkohol yang diinginkan (Departemen Perindustrian, 1975). Menurut Sa’id (1987), gula yang ditambahkan pada sari buah bertujuan untuk memperoleh kadar alkohol yang lebih tinggi, tetapi bila kadar gula terlalu tinggi aktivitas khamir akan terhambat. Konsentrasi gula yang optimum adalah 28%. Konsentrasi gula yang baik untuk permulaan fermentasi yang baik adalah 16%, hal ini bertujuan untuk mempercepat
pertumbuhan khamir pada awal fermentasi.
Penambahan gula akan mengarahkan fermentasi lebih sempurna,menjamin kestabilan anggur yang dihasilkan serta menghasilkan alkohol yang tinggi. Kadar gula yang minimum untuk pertumbuhan khamir adalah 10%. Menurut Prescott dan Dunn (1959), kadar gula yang sering digunakan pada fermentasi adalah 12%. Konsentrasi gula yang terlalu tinggi selama fermentasi alkohol berlangsung akan menghambat aktivitas khamir untuk memproduksikan alkohol. Derajat keasaman bahan/pH Menurut Prescott dan Dunn (1959), untuk mendapatkan pH yang optimum (4,0-4,5) dapat dilakukan dengan menambahkan asam, misalnya asam sitrat, tartarat atau malat dan bisa juga dengan menambah basa, misalnya KOH. Selama fermentasi berlangsung pH akan menurun dari pH semula. Penurunan pH selama fermentasi adalah disebabkan sebahagian alkohol diubah menjadi asam-asam organik, seperti reaksi berikut: C2H5OH
CH3COOH + CO2 + E
Universitas Sumatera Utara
Suhu Suhu merupakan faktor penting dalam proses fermentasi. Suhu ini sangat berpengaruh
terhadap
pertumbuhan
Khamir.
Temperatur
minimum
untuk
pertumbuhan khamir adalah sekitar 1-3oC. Selama proses fermentasi berlangsung, suhu ini biasanya naik. Untuk mengatasi ini, tangki-tangki fermentasi selalu dilengkapi denagn alat pendingin. Pengadukan media dilakukan setelah starter dimasukkan dan dilakukan sekurang-kurangnya 2 kali sehari yaitu dengan cara memompa medium yang ada didasar tangki ke atas permukaan (Anonimous, 1078). Jenis khamir yang digunakan Pada industri fermentasi alkohol jenis khamir yang umum digunakan adalah dari golongan Saccharomyces cereviceae, di mana khamir ini mempunyai kesanggupan yang tinggi untuk menghasilkan alkohol. Untuk memperoleh hasil fermentasi yang optimum, persyaratan yang dibutuhkan khamir (Winarno dan Fardiaz, 1990) adalah : -
pH dan kadar karbohidrat substrat
-
Temperatur selama fermentasi
-
Kemurnian dari khamir itu sendiri . Starter khamir yang ditambahkan ke dalam sari buah banyaknya sekitar 2-5%
dari volume sari buah (Frazier dan Westhoff, 1978). Komposisi zat nutrisi di dalam bahan Meskipun dalam bahan yang akan difermentasi telah mengandung zat makanan yang cukup untuk keperluan pertumbuhan mikrobia, sering ditambahkan sejumlah unsur-unsur tertentu dalam substrat, antara lain : -
garam amonium (NH4) SO4 sebagai sumber Nitrogen
-
ammonium phosfat (NH4)2 HPO4 sebagai sumber Phosfat
Universitas Sumatera Utara
-
unsur makanan lainnya yang dibutuhkan untuk pembentukan energi (Prescott dan Dunn, 1959). Biotin
merupakan
vitamin
yang
mutlak
dibutuhkan
oleh
khamir,
Saccharomyces cereviceae membutuhkan biotin, thiamin, asam pantotenat, piridoksin dan misionositol. Sedangkan vitamin lainnya dapat disintesa oleh khamir ini (Read dan Peppler, 1937). Keadaan Oksigen Selama Fermentasi Keadaan oksigen selama fermentasi harus diatur sebaik mungkin untuk memperbanyak atau menghambat pertumbuhan mikrobia tertentu. Setiap mikrobia membutuhkan oksigen yang berbeda-beda jumlahnya untuk pertumbuhan mikrobia tertentu dan juga untuk pembentukan sel-sel baru dalam fermentasi. Misalnya ragi roti atau khamir dan ragi anggur (Saccharomyces ellipsoideus), keduanya akan baik pada keadaan aerob, tetapi keduanya akan melakukan fermentasi terhadap gula jauh lebih bagus atau cepat pada keadaan anaerob (Winarno dan Fardiaz, 1980). Asam-Asam yang Mudah Menguap Asam-asam yang mudah menguap terdiri dari asam-asam yang biasanya terdapat dalam anggur sebagai hasil sampingan dari proses fermentasi. Di samping asam asetat dan asam laktat terdapat juga asam format, asam butirat dan asam propionat. Asam asetat lebih banyak diproduksi pada konsentrasi gula yang tinggi sedangkan asam butirat, asam format dan asam laktat dijumpai dalam jumlah yang kecil. Jumlah asam asetat yang diproduksi selama fermentasi adalah kecil, biasanya lebih kecil dari 0,030 g/100ml, tergantung pada jenis fermentasi dan kondisi fermentasi. Jumlah asam asetat yang tinggi dapat terjadi akibat kegiatan bakteri sebelum, selama dan sesudah fermentasi. Bertambahnya asam asetat ini karena
Universitas Sumatera Utara
terjadinya oksidasi alkohol dan perombakan bakteri terhadap gula, asam sitrat, gliserol dan lainnya. Asam-asam yang mudah menguap yang terdapat pada anggur sangat berpengaruh terhadap flavor anggur. Determinasi dari asam-asam yang mudah menguap pada anggur adalah sebagai salah satu kerusakan, yang merupakan prosedur penting untuk standarisasi mutu anggur. Pada pembuatan anggur yang baik asamasam yang mudah menguap (dihitung sebagai asam asetat) adalah kurang dari 0,030 g/100ml (Amerine el al, 1982). Menurut Departemen Perindustrian 1973, syarat mutu anggur buah di Indonesia dapat dilihat pada Tabel-4. Tabel-4 Syarat mutu anggur buah-buahan di Indonesia No 1 2 3 4 5
6
Komponen Etil Alkohol Metil Alkohol Zat warna Logam berbahaya (Pb, Cu, Hg, As) Bahan Pengawet - Sulfit (SO2 maks) (SO2 bebas maks) - Campuran SO2 Bebas maks Benzoat (Asam Benzoat) Asam salisilat Asam mudah menguap Bau dan rasa
Jumlah 9-18 % (V/V) Maks 0,1% Tidak membahayakan Negatif 200 mg/lt (ppm) 50 mg/lt (ppm) 50 mg/lt (ppm) 300 mg/lt (ppm) Negatif 0,2 % Normal
Sumber : Departemen Perindustrian 1973
Universitas Sumatera Utara
