II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Rebung Bambu Tabah Rebung yang sering dikenal dengan nama “bung” (bahasa Jawa), oleh masyarakat pedesaan sudah sejak jaman dahulu dimanfaatkan sebagai bahan masakan. Rebung merupakan tunas muda tanaman bambu yang muncul di permukaan dasar rumpun. Tunas bambu muda tersebut enak dimakan, sehingga digolongkan ke dalam sayuran. Dalam bahasa Inggris, rebung dikenal dengan sebutan bamboo shoot. Rebung
bambu
tabah
merupakan
bambu
yang
tergolong
genera
Gigantochloa ini berasal dari Asia Tropis, sebagian besar terbatas pada kawasan Burma, Indocina sampai semenanjung Malaya dan Indonesia. Jenis bambu ini pula umumnya sudah tumbuh liar dan banyak terdapat di daerah tepi sungai dan lereng gunung di Pupuan, Bali. Klasifikasi botani bambu tabah (Giganthochloa nigrociliata Buse-Kurz ) adalah kelas : Monocotyledoneae, ordo : Graminales, family : Gramineae, sub family : Bambusoideae, genus : Gigantochloa, spesies : Giganthochloa nigrociliata Buse-Kurz (Cronquist, 1988). Bambu tabah mempunyai batang yang sifatnya simpodial atau berumpun. Panjang buluh dapat mencapai sekitar 10 m dan ujungnya melengkung, dengan garis tengahnya sekitar 3-6 cm. Tebal buluhnya mencapai 6 mm, dengan warna buluh hijau sampai hijau tua, ruas batang mencapai 30-50 cm dengan pelepah buluh panjangnya 11-18 cm tetap melekat pada buluhnya, pelepah buluh bagian luar ditumbuhi oleh bulu-bulu halus yang melekat berwarna coklat hitam, pelepah mudah luruh (Kencana et al., 2012). Rebung bambu tabah dapat dipanen setelah
6
7
rumpunnya berumur 3 tahun. Panen dilakukan 2 kali dalam seminggu pada saat musim hujan. Rebung dipanen 3 hari setelah ujung rebung muncul diatas permukaan tanah atau rebung mencapai tinggi 30-50 cm. Rebung yang dipanen pada rumpun bambu yang telah berumur 2-3 tahun, yaitu rebung yang tumbuh melebihi 10 rebung setiap musim. Rebung yang dipanen diatas permukaan tanah akan berbeda apabila dipanen pada saat masih dalam tanah (Kencana et al., 2012). Rebung sangat digemari disamping rasanya enak, mengandung nilai nutrisi tinggi untuk rebung bambu tabah serta baik untuk kesehatan (Shi dan Yang, 1992). Gambar bambu tabah dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Bambu tabah (Gigantochloa nigrociliata Buse-Kurz) (Kencana et al., 2012) 2.2 Serat Pangan (Dietary Fiber) Bahan pangan yang mengandung serat pangan mempunyai efek positif bagi sistem metabolisme manusia. Sumber serat pangan sangat mudah ditemukan dalam bahan makanan seperti pada sayur-sayuran dan buah-buahan. Menurut Anonim (2001) serat pangan merupakan bagian dari tumbuhan yang dapat dikonsumsi dan tersusun dari karbohidrat yang memiliki sifat resistan terhadap
8
proses pencernaan dan penyerapan di usus halus manusia serta mengalami fermentasi sebagian atau keseluruhan di usus besar. Perkembangan penelitian membuktikan bahwa meski tidak mengandung zat gizi, serat mempunyai fungsi yang tidak kalah penting dengan zat lainnya dalam memicu terjadinya kondisi fisiologis dan metabolik yang dapat memberikan perlindungan pada kesehatan saluran pencernaan, khususnya usus halus dan kolon. Selain itu serat makanan atau dietary fiber berperan dalam memicu pertumbuhan bakteri asam laktat (Lactobacillus) yang mempunyai sifat metabolik seperti bifidobakteri dalam menghasilkan asam lemak rantai pendek (short chain fatty acid) dan perbaikan sistem immune. Serat pangan secara kimia dapat diklasifikasikan sebagai polisakarida dan non polisakarida. Serat pangan yang merupakan kelompok polisakarida adalah selulosa, hemiselulosa (arabinoksilan, galaktomanan dan glukomanan), sedangkan serat pangan yang tergolong non-polisakarida adalah lignin (Muchtadi, 2000). Puspaningrum (2014) menyebutkan kandungan komponen serat tepung rebung bambu tabah tertinggi meliputi hemiselulosa 30,99% (bk), selulosa 37,55% (bk) dan lignin 4,05% (bk). 2.3 Prebiotik Prebiotik pada umumnya merupakan karbohidrat yang tidak dapat dicerna, namun memiliki pengaruh baik terhadap ekosistem mikroflora probiotik dalam usus sehingga dapat memberikan efek kesehatan pada manusia dan binatang. Menurut Kolida (2002) prebiotik adalah komponen dalam bahan pangan yang tidak dapat dicerna oleh usus manusia, namun berperan sebagai sumber makanan (substrat) bagi bakteri-bakteri tertentu dalam usus besar yang bermanfaat bagi kesehatan manusia. Komponen prebiotik akan mengalami fermentasi di dalam
9
usus besar sehingga memiliki kemampuan untuk menjaga keberadaan bakteri yang bermanfaat bagi kesehatan. Prebiotik dapat memupuk pertumbuhan bakteri yang bermanfaat, namun tidak menyuburkan keberadaan bakteri. Bahan makanan yang diklasifikasikan sebagai prebiotik harus memenuhi syarat sebagai berikut: 1) tidak dihidrolisis atau diabsorbsi oleh sistem pencernaan bagian atas, 2) difermentasi pada usus besar hanya oleh bakteri yang bermanfaat bagi kesehatan, 3) mampu mengatur komposisi mikroflora pada usus besar menuju komposisi yang ideal bagi kesehatan, dengan cara meningkatkan jumlah bakteri yang bermanfaat dan mengurangi jumlah bakteri yang tidak bermanfaat (Kolida, 2002). Di dalam usus besar, bahan prebiotik akan difermentasi oleh bakteri probiotik terutama Bifidobacetria dan Lactobacillus dan menghasilkan asam lemak rantai pendek dalam bentuk asam asetat, propionat, butirat, L-laktat, juga karbondioksida dan hidrogen. Selanjutnya asam lemak rantai pendek tersebut digunakan oleh tubuh sebagai sumber energi yang ideal bagi kesehatan dengan cara meningkatkan jumlah bakteri yang bermanfaat dan mengurangi jumlah bakteri yang tidak bermanfaat. Kandungan serat pangan dan oligosakarida seperti sukrosa dan rafinosa pada tepung rebung bambu tabah dapat dikembangkan sebagai prebiotik.
10
2.4 Pertumbuhan Mikroba Menurut Waluyo (2004), ada 4 fase pertumbuhan mikroba, diantaranya adalah fase lag, fase log, fase stasioner dan fase kematian. Kurva pertumbuhan bakteri dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Kurva pertumbuhan bakteri, menunjukkan empat fase pertumbuhan : a : fase lag; b : fase log; c : fase stasioner dan d : fase kematian (Brock dan Madigan, 1991). 1.
Fase lag (lag phase) Fase yang terjadi antara beberapa jam tergantung pada umur sel inokulum, spesies, dan lingkungannya. Fase lag ini dibutuhkan untuk kegiatan metabolisme dalam penyesuaian terhadap kondisi pertumbuhan dalam lingkungan yang baru.
2. Fase log (log phase) Setelah mampu beradaptasi dengan kondisi baru, sel-sel ini akan tumbuh dan membelah diri sehingga masa dan volume sel meningkat dengan kecepatan konstan yang ditentukan oleh sifat intrinsik mikroba dan kondisi lingkungan. Dalam hal ini terdapat keragaman kecepatan pertumbuhan berbagai mikroba.
11
3. Fase stasioner (stationary phase) Populasi mikroba tidak dapat tetap tumbuh secara eksponensial dengan kecepatan tinggi untuk jangka waktu yang lama. Pertumbuhan populasi mikroba biasanya dibatasi oleh habisnya nutrisi yang tersedia, akibatnya kecepatan pertumbuhan menurun dan pertumbuhan akhirnya terhenti dan pada titik ini dikatakan sebagai fase tetap (stationary phase). Komposisi sel-sel pada fase ini berbeda dibandingkan dengan sel-sel saat fase eksponensial dan umumnya lebih tahan terhadap perubahan panas, dingin maupun radiasi. 4. Fase kematian (death phase) Sel-sel yang terdapat pada fase tetap, akhirnya akan mati bila tidak di pindahkan ke media baru. Pada saat ini jumlah sel yang mati lebih banyak daripada sel yang hidup. Kecepatan kematian berbeda-beda tergantung dari lingkungan dan spesies mikroba. 2.5 Bakteri Asam Laktat (BAL) Bakteri Asam Laktat (BAL) merupakan kelompok spesies bakteri yang mempunyai kemampuan untuk membentuk asam laktat dari metabolisme karbohidrat dan tumbuh pada pH lingkungan rendah. Asam laktat yang dihasilkan akan menurunkan nilai pH dari lingkungan pertumbuhannya dan menimbulkan rasa asam. Kelompok bakteri ini termasuk golongan bakteri gram positif. Sebagian besar berkatalase negatif, tidak membentuk spora, berbentuk batang dan kokus, serta dapat tumbuh dengan atau tanpa oksigen. Secara ekologis, kelompok bakteri ini sangat bervariasi dan anggota spesiesnya dapat mendominasi di berbagai makanan, minuman atau habitat lain seperti jerami, rongga mulut
12
maupun perut hewan. Di bidang mikrobiologi BAL dapat memfermentasi berbagai bahan pangan dan minuman. Beberapa sifat khusus bakteri ini yaitu mampu tumbuh pada kadar gula dan alkohol tinggi, tumbuh pada kisaran suhu 550°C, tumbuh pada kisaran pH 3,8-8,0 dan mampu tumbuh bersama-sama dengan yeast dan jamur. Sifat yang terpenting dari BAL adalah memiliki kemampuan untuk memfermentasi gula menjadi asam laktat. Sifat ini penting dalam pembuatan produk-produk fermentasi seperti fermentasi sayur-sayuran (sauerkraut, pikel dan lain-lain), fermentasi susu (keju, yoghurt, susu asam, dan lain-lain), dan fermentasi ikan (pasta ikan, kecap ikan, terasi dan lain-lain). Karena produksi asam oleh BAL berjalan secara cepat, maka pertumbuhan mikroba lain yang tidak diinginkan dapat terhambat (Fardiaz, 1992). Berdasarkan tipe fermentasi, BAL terbagi
menjadi
homofermentatif
dan
heterofermentatif.
Kelompok
homofermentatif menghasilkan asam laktat sebagai produk utama dari fermentasi gula, sedangkan kelompok heterofermentatif menghasilkan asam laktat dan senyawa lain yaitu CO2, etanol, asetaldehid, dan diasetil. Pertumbuhan BAL dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : a) Lama fermentasi Mikroorganisme diinokulasi pada media, pertumbuhan yang terlihat mula mula adalah suatu pembesaran ukuran, volume dan berat sel. Ketika ukurannya telah mencapai kira-kira dua kali dari besar sel normal, sel tersebut membelah dan menghasilkan dua sel. Sel-sel tersebut kemudian tumbuh dan membelah diri menghasilkan empat sel. Selama kondisi memungkinkan, pertumbuhan dan pembelahan sel berlangsung terus sampai sejumlah besar populasi sel terbentuk.
13
Waktu antara masing-masing pembelahan sel berbeda-beda tergantung dari spesies dan kondisi lingkungannya, tetapi untuk kebanyakan bakteri waktu ini berkisar antara 10-60 menit. Tipe pertumbuhan yang cepat ini disebut pertumbuhan logaritmis atau eksponensial karena bila log jumlah sel digambarkan terhadap waktu dalam grafik akan menunjukkan garis lurus. b) pH (keasaman) Makanan yang mengandung asam biasanya tahan lama, tetapi jika oksigen cukup jumlahnya dan bakteri dapat tumbuh serta fermentasi berlangsung terus, maka daya awet dari asam tersebut akan hilang. Pada keadaan ini mikroba proteolitik dan lipolitik dapat berkembang biak. c) Suhu Tiap-tiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan maksimal, minimal dan optimal yaitu suhu yang memberikan pertumbuhan terbaik dan perbanyakan diri tercepat. Mikroorganisme dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok berdasarkan suhu pertumbuhan yang diperlukannya yaitu golongan psikrofil, tumbuh pada suhu dingin dengan suhu optimal 10-20°C, golongan mesofil tumbuh pada suhu sedang dengan suhu optimal 20-45°C dan golongan termofil tumbuh pada suhu tinggi dengan suhu optimal 50-60°C. Bakteri bervariasi dalam hal suhu optimum untuk pertumbuhan dan pembentukan asam. Kebanyakan bakteri dalam kultur laktat mempunyai suhu optimum 30°C, tetapi beberapa kultur dapat membentuk asam dengan kecepatan yang sama pada suhu 37°C maupun 30°C.
14
d) Oksigen Tersedianya oksigen dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Bakteri diklasifikasikan menjadi empat kelompok yaitu aerob obligat (tumbuh jika persediaan oksigen banyak), aerob fakultatif (tumbuh jika oksigen cukup, juga dapat tumbuh secara anaerob), anaerob obligat (tumbuh jika tidak ada oksigen) dan anaerob fakultatif (tumbuh jika tidak ada oksigen juga dapat tumbuh secara aerob) (Supardi, 1999). Bakteri yang termasuk ke dalam BAL adalah famili Lactobacillaceae, yaitu Lactobacillus, dan famili Streptococcoceae, terutama Leuconostoc, Streptococcus dan Pediococcus. Streptococcus, Pediococcus dan beberapa spesies Lactobacillus bersifat homofermentatif, sedangkan Leuconostoc dan spesies Lactobacillus yang lain bersifat heterofermentatif. 2.6 Lactobacillus casei Lactobacillus casei adalah bakteri gram-positif, anaerob, tidak memiliki alat gerak, tidak menghasilkan spora, berbentuk batang dan menjadi salah satu bakteri yang berperan penting dalam pencernaan. Lactobacillus adalah bakteri yang bisa memecah protein, karbohidrat, dan lemak dalam makanan, dan membantu penyerapan elemen penting dan nutrisi seperti mineral, asam amino, dan vitamin yang dibutuhkan manusia dan hewan untuk bertahan hidup (Evillya, 2010). Bakteri ini berukuran 0,7-1,1 x 2,0-4,0 µm dan merupakan bakteri yang penting dalam pembentukan asam laktat. Secara alamiah Lactobacillus casei terdapat di membran mukosa dan sistem pencernaan khususnya menempel di dinding usus (flora normal). Lactobacillus casei digolongkan ke dalam probiotik karena dapat meningkatkan kesehatan. Bakteri ini dapat meningkatkan fungsi pencernaan
15
dengan cara memproduksi asam laktat dan menurunkan jumlah bakteri yang merugikan dalam saluran pencernaan. Penelitian Puspaningrum (2014) mengatakan bahwa BAL yang di uji secara in vitro dapat tumbuh dengan baik pada media yang ditambah tepung rebung bambu tabah. Rebung bagian atas dan tengah dapat menstimulasi pertumbuhan L. casei subsp. rhamnosus lebih baik dibandingkan dengan Lactobacillus acidophilus, L. brevis, Bifidobacterium bifidum. 2.7 Fermentasi Asam Laktat Fermentasi merupakan proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk menghasilkan metabolit primer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan yang dikendalikan. Proses pertumbuhan mikroba merupakan tahap awal proses fermentasi yang dikendalikan terutama dalam pengembangan inokulum agar dapat diperoleh sel yang hidup. Pengendalian dilakukan dengan pengaturan kondisi medium, komposisi medium, suplai O2, dan agitasi. Fermentasi juga diartikan sebagai suatu aktifivitas mikroorganisme terhadap senyawa molekul organik kompleks seperti protein, karbohidrat, dan lemak yang mengubah senyawa-senyawa tersebut menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana, mudah larut dan kecernaan tinggi. Menurut Winarno (1984) terjadinya fermentasi dapat menyebabkan perubahan sifat pangan sebagai akibat pemecahan kandungan-kandungan bahan pangan tersebut. Air, suhu, pH, oksigen, dan nutrisi yang tersedia merupakan faktor yang mempengaruhi proses fermentasi (Supardi dan Sukamto, 1999). Fermentasi asam laktat terbagi menjadi dua jenis, yaitu homofermentatif (sebagian besar hasil akhir merupakan asam laktat) dan
16
heterofermentatif (hasil akhir berupa asam laktat, asam asetat, asam propionat, asam butirat, etanol dan CO2). 2.8 Asam Lemak Rantai Pendek Proses fermentasi karbohidrat kompleks oleh mikroba dalam usus akan menghasilkan asam lemak rantai pendek, methana (CH4), hidrogen (H2), dan karbon dioksida (CO2). Karbohidrat ini merupakan karbohidrat yang tak dapat dicerna pada saluran pencernaan bagian atas dan difermentasi pada usus besar oleh berbagai bakteri saluran pencernaan. Menurut Sartika (2008) asam lemak rantai pendek merupakan asam-asam organik yang memiliki jumlah atom karbon berkisar antara 2-4 atom karbon. Asam lemak rantai pendek (SCFA) memiliki peran yang baik untuk kesehatan tubuh terutama adalah asam butirat, propionat dan asetat. Cook dan Sellin (1998) mengatakan bahwa asam lemak rantai pendek dapat mencegah kanker kolon dan sumber energi bagi tubuh. Selain itu, asam lemak rantai pendek dapat menstimulasi sistem immune (Otles dan Ozgoz, 2014). Asam laktat akan menjadikan kondisi usus menjadi asam sehingga bakteri patogen yang tidak tahan asam akan mati (Cumming, 1995). Asam asetat dapat mempengaruhi kadar asam lemak pada darah yang dapat secara langsung mencegah terjadinya lipolisis pada jaringan adiposa. Asam propionat memiliki peran penting dalam menurunkan kadar gula dalam darah (Tungland dan Meyer, 2002). Asam butirat memberikan efek perlindungan terhadap kanker kolon (Russo et al., 1999 dalam Karpinnen, 2003). Asam laktat memiliki rumus senyawa C2H5OCOOH, asam asetat CH3COOH, asam propionat CH3CH2OCOOH, dan asam butirat CH3CH2
17
CH2OCOOH. Jalur pembentukan asam lemak rantai pendek dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Jalur pembentukan asam lemak rantai pendek (Besten et al., 2013). Fermentasi dalam usus besar berlangsung pada kondisi anaerob. Polimer susbstrat akan dihidrolisa menjadi monomer unit glukosa, galaktosa, xylosa, arabinosa, yang kemudian akan difermentasi melalui glikolisis menjadi asam piruvat. Setelah dalam bentuk piruvat, akhirnya diubah menjadi asam lemak rantai pendek dan sebagian gas. Asam lemak rantai pendek hasil fermentasi akan diserap
18
pada lokasi usus besar dan diangkut ke hati melalui sirkulasi enterohepatik. Hasil samping selain asam lemak rantai pendek akibat fermentasi bakteri diantaranya methana (CH4), hidrogen (H2), dan karbon dioksida (CO2). Menurut Topping dan Clifton (2001) persamaan fermentasi karbohidrat menjadi asam lemak rantai pendek oleh bakteri dalam kolon adalah sebagai berikut: 59 C6H12O6 + 38 H2O → 60 CH3COOH + 22 CH3CH2COOH + 18 CH3CH2CH2COOH + 96 CO2 + 268 H+ + panas + bakteri tambahan.
