BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Nanas
Nanas memiliki nama latin Ananas Cosmosus dan termasuk dalam devisi
Spermatophyla, sub devisi Angiospermae, kelas Monocotyledonae. Tanaman nanas memiliki ciri – ciri sebagai tanaman tahunan dengan tinggi antara 50cm – 150cm dengan bunga majemuk dan memiliki beberapa kandungan kimia, diantaranya mengandung , tlavonoida dan polifenol. Masyarakat mengenal nanas sebagai buah yang memiliki khasiat sebagai obat cacing, obat demam, pelancar air seni dan memperbaiki sitem pencernaan. Kandungan nutrient buah nanas diantaranya adalah karbohidrat dan gula yang cukup tinggi (Kusmanto, 2013). Menurut Wijana, dkk (1991) kulit nanas mengandung 81.72% air, 20.87% serat kasar, 17.53% karbohidrat, 4.41% protein dan 13.65% gula reduksi. Sedangkan komposisi limbah kulit nanas dapat dilihat pada table berikut ini.
Tabel 2.1. Hasil Analisis Proksimat Limbah Kulit Nanas Berdasarkan Berat Basah (Wijana, 1991).
No. Komposisi Rata – Rata Berat Basah (%)
1 Air 6.7
2 Protein 0.69
3 Lemak 0.02
4 Abu 0.48
5 Serat Basah 1.66
6 Karbohidrat 10.54
mendukung peran nanas sebagai bahan dasar media bagi pembentukan nata adalah gula. Kandungan gula yang terlalu tinggi justru bisa menghambat proses fermentasi. Kandungan gula yang terbaik untuk proses fermentasi adalah 12 – 18% (Muljohardjo, 1984).
Pemanfaatan nanas hanya sebatas pada daging buahnya saja, kulit dan batang atau bonggolnya belum dimanfaatkan hanya dibuang begitu saja sebagai sampah. Hasil analisa yang telah dilakukan pada kulit atau limbah nanas, disajikan dalam Tabel 2.2. Hasil analisa menunjukan adanya karbohidrat (glukosa, fruktosa, dan sukrosa). Sehingga merupakan potensi yang baik sebagai bahan baku untuk proses fermentasi. Dengan demikian perlu dipikirkan bagaimana dapat memanfaatkan kulit nanas menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis dan tidak menimbulkan pencemaran pada lingkungan. Limbah padat ini masih juga mengandung mineral – mineral seperti Fe, Ca, Mn, Mg, Cu, Cd, Na, K sehingga juga dapat mengurangi unsur mikro maupun makro pada proses fermentasi (Widayat, dkk, 2005).
Tabel 2.2. Karakteristik Filtrat Limbah Kulit dan Bonggol Nanas Parameter Abdullah,
1998
Sasaki, 1992
Aprilitasari, 2003
Buah Nanas, Krueger,dkk, 1992 Philipina Thailand
COD (gr/lt) 57 100.8 62.61 - -
pH 4 4 4 - -
Gula Reduksi (gr/lt) 23.7 39.2 - - -
Sukrosa (gr/lt) 6.54 40.1 46.85 28.1 65.3
Glukosa (gr/lt) 9 23.6 17.92 41.8 37.1
Fruktosa (gr/lt) 9.88 14.0 10.7 41.4 33.6
Protein yang terlarut 1.05 0.9 0.927 - -
Jml Nitrogen (gr/lt) 0.86 0.2 - - -
Derajat Keasaman (gr/lt)
0.48 - - 6.8 4.6
Parameter Abdullah, 1998
Sasaki, 1992
Aprilitasari, 2003
Buah Nanas, Krueger,dkk, 1992 Philipina Thailand
Asam asetat (gr/lt) - - 3.325 - -
Fe 18.9 5.43 - - -
Ca 89 3.31 - - -
Mn 1.7 13.97 - - -
Mg 53 62.50 - - -
Cu 1 2.02 - - -
Cd 0 0.03 - - -
Na 382 8.61 - - -
K 425 - 340.71 1340 1150
SO4-2 5.643 169.7 - - -
PO4-3 0 223.8 - - -
NO33 12.4 - - - -
Cl-1 105 - - - -
P 12 - - - -
(Sasaki, 1992; Abdullah,1998; Aprilitasari, 2003)
2.2. Fermentasi
Fermentasi adalah salah satu reaksi oksidasi reduksi di dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dimana sebagai donor dan akseptor elektron adalah senyawa organik. Makanan yang dibuat dengan fermentasi mampu memperpanjang daya simpan suatu produk. Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas – gas dari suatu cairan kimia, gas yang terbentuk adalah karbondioksida. Secara
Menurut Rahman (1989), ada tujuh hal pokok yang harus diperhatikan dalam proses fermentasi yaitu:
a) Mikroba
Jenis serta jumlah mikroba yang digunakan selama proses fermentasi akan mempengaruhi hasil fermentasi. Jika jumlah mikroba yang digunakan terlalu sedikit, maka hasil fermentasi tidak akan menjadi sempurna. Mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi juga harus memenuhi beberapa kriteria yaitu: Sehat dan berada dalam keadaan aktif sehingga dapat mempersingkat fase adaptasi, tersedia cukup sehingga dapat menghasilkan inokulum dalam takaran yang optimum, berada dalam bentuk morfologi yang sesuai, bebas kontaminasi, dapat mempertahankan kemampuannya membentuk produk.
b) Lama Fermentasi
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 menunjukan garis lurus. Tetapi pada kenyataannya tipe pertumbuhan eksponensial ini tidak langsung terjadi pada saat sel dipindahkan ke medium pertumbuhan dan tidak terjadi secara terus menerus. c) Medium Fermentasi
berhasil tidaknya suatu proses fermentasi. Jadi dijaga agar tidak kontaminan dengan bakteri lain.
d) Fermentor
Fermentor sangan berpengaruh, karena jika kurang bersih akan berpengaruh pada hasil. Jika digunakan baki plastik selain jenis polipropena (PP) akan mempengaruhi produk. Karena plastic jenis selain PP itu akan bereaksi apabila terkena panas.
e) 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).
f) Suhu
Suhu sangat berpengaruh terhadap proses fermentasi. Setiap makanan yang melalui proses pemasakan, harus benar-benar didiamkan hingga dingin sebelum diberikan mikroba. Selain itu setiap mikroba memiliki suhu minimal, suhu maksimal serta suhu optimal pertumbuhan. Pada suhu optimal ini, mikroba dapat berkembang dengan sangat baik dan mempercepat proses fermentasi yang berlangsung.
g) pH
untuk proses pertumbuhan bakteri yaitu 3,5 hingga 5,5. Setiap mikroba memiliki sifat yang berbeda dan kebutuhan yang berbeda pula untuk dapat tumbuh dengan baik. Memahami sifat dan kondisi yang dibutuhkan mikroba yang digunakan untuk proses fermentasi, akan membantu kita mendapatkan hasil fermentasi yang terbaik.
Proses fermentasi menurut Judoamidjojo, dkk (1992) dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu kadar gula, oksigen, pH, medium, CO2, nitrogen, mineral, faktor tumbuh, suhu, tekanan medium dan tekanan udara. Pada saat awal, selulosa dibentuk hanya dipermukaan yang langsung bersentuhan dengan udara karena sifat dari bakteri ini aerob. Selama proses fermentasi dijaga agar tidak ada goncangan, maka gel akan terus tumbuh kedalam permukaan dimana oksigen masuk melalui gel sampai tidak dapat menembus permukaan gel. Faktor nutrisi dan kondisi fermentasi mempengaruhi ketebalan nata yang dihasilkan (Budhiono, Rosidi et al, 1999; Iguchi, Yamanaka et al, 2000).
2.3.Bakteri Acetobacter xylinum
Mayukazumi (2012), meyebutkan bahwa bakteri Acetobacter xylinum
dapat diklasifikasikan dalam golongan: Kingdom : Bacteria
Phylum : Proteobacteria
Class : Alphaproteobacteria
Order : Rhodospirillales
Family : Acetobacteraceae
Genus : Acetobacter
Specific descriptor : Aceti
Subspecies : xylinum
Scientific name : Acetobacter aceti xylinum
Gambar 2.1 Scanning electronmicrograph of freeze-dried surface of bacterial cellulose gel (Iguchi, Yamanaka et al, 2000)
memenuhi kriteria sebagai berikut: sehat dan aktif, dapat digunakan dalam jumlah medium fermentasi, bebas kontaminasi, serta dapat membatasi kemampuannya untuk memproduksi produk akhir. Starter yang digunakan pada pembuatan nata de pina biasanya berasal dari kultur cair yang disimpan selama 10 hari sejak inokulum (Collado, 1986; Nurmiati, 2010). Dalam gambar 2.1 berikut memperlihatkan bentuk bakteri Acetobacter xylinum yang dilihat menggunkan mikroskop elektron. Dapat dilihat bahwa warna dari Acetobacter xylinum
berwarna putih dan berbentuk basil.
Starter dibuat dengan tujuan memperbanyak jumlah bakteri Acetobacter xylinum sehingga enzim yang dihasilkan lebih banyak dan reaksi pembentukan
nata dapat berjalan lebih lancar. Tujuan lainnya adalah agar bakteri asing dapat terhambat pertumbuhannya karena jumlah Acetobacter xylinum dari media padat ke media cair (Suryani, dkk, 2005).
Adapun tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum dalam kondisi normal dapat dilihat pada gambar 2.2 (Rao, 2005):
Gambar 2.2 Tahap-tahap pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum
dalam kondisi normal a. Fase Adaptasi
Bakteri Acetobacter xylinum tidak akan langsung tumbuh dan berkembang saat dipindahkan ke media baru. Bakteri akan menyesuaikan diri dengan substrat dan kondisi lingkungan barunya atau disebut dengan fase adaptasi. Meskipun tidak mengalami perbanyakan sel, pada fase ini terjadi aktivitas metabolisme dan pembesaran sel. Lama fase ini ditentukan oleh medium dan lingkungan pertumbuhan serta jumlah inokulum. Fase adaptasi bagi Acetobacterxylinum dicapai antara 0-24 jam atau 1 hari sejak inokulasi. Makin cepat fase ini dilalui, makin efisien proses pembentukan nata yang terjadi.
b. Fase Pertumbuhan Awal
c. Fase Pertumbuhan Eksponensial
Fase ini disebut juga sebagai fase pertumbuhan logaritmik, yang ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat. Untuk bakteri Acetobacter xylinum fase ini dicapai dalam waktu antara 1-5 hari tergantung pada kondisi lingkungan. Bakteri Acetobacter xylinum mengeluarkan enzim ekstraseluler polimerase sebanyak-banyaknya untuk menyusun polimer glukosa menjadi selulosa. Fase ini sangat menentukan tingkat kecepatan suatu strain
Acetobacter xylinum dalam membentuk nata. d. Fase Pertumbuhan Lambat
Pada fase ini, terjadi pertumbuhan yang diperlambat karena ketersediaan nutrisi telah berkurang, terdapatnya metabolik yang bersifat toksit yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan umur sel telah tua. Pada fase ini, pertumbuhan tidak lagi stabil tetapi jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak diproduksi pada fase ini.
e. Fase Pertumbuhan
Pada fase ini, jumlah sel yang tumbuh relatif sama dengan jumlah sel yang mati. Penyebabnya adalah di dalam media terjadi kekurangan nutrisi, pengaruh metabolit toksit lebih besar dan umur sel semakin tua. Namun, pada fase ini, sel akan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim jika dibandingkan dengan ketahanannya pada fase yang lain. Matrik nata lebih banyak diproduksi pada fase ini.
f. Fase Menuju Kematian
g. Fase Kematian
Pada fase ini, sel dengan cepat mengalami kematian, dan hampir merupakan kebalikan dari fase logaritmik. Sel mengalami lisis dan melepaskan komponen yang terdapat didalamnya. Kecepatan kematian dipengaruhi oleh nutrisi, lingkungan dan jenis bakteri. Untuk Acetobacter xylinum, fase ini dicapai setelah hari kedelapan hingga kelima belas. Pada fase ini, Acetobacter xylinum tidak baik apabila digunakan sebagai bibit nata.
2.4.Nata
Nata adalah bahan menyerupai gel (agar-agar) yang terapung pada medium yang mengandung gula dan asam hasil bentukan mikroorganisme
Acetobacter xylinum (Argo & Wahyu, 2015). Nata adalah substansi yang terbentuk di permukaan cairan nutrient, yang sebenarnya merupakan polikel atau polisakarida ekstraseluler yang dihasilkan oleh bakteri Acetobacter xylinum yang terakumulasi dan terapung-apung di permukaan cairan nutrient. Adanya gas-gas CO2 yang dikeluarkan oleh bakteri Acetobacter xylinum saat-saat metabolisme yang menempel pada fibril-fibril polisakarida ekstraseluler yang menyebabkan terapung. Nata akan tampak sebagai suatu massa fibril tidak beraturan yang menyerupai benang atau kapas apabila dilihat di bawah mikroskop. Nata adalah salah satu jenis makanan berbentuk gel (agar-agar) dengan tekstur agak kenyal, padat, putih, dan sedikit transparan (Sutarminingsih, 2004).
Nata berasal dari bahasa Spanyol yang apabila diterjemahkan ke dalam bahasa latin menjadi “natare” yang berarti terapung-apung. Nata dihasilkan dari
yang sesuai dengan perkembangan bakteri Acetobacter xylinum. Dalam pembuatan massa nata diperlukan gula, asam organik dan mineral. Mineral dan asam organik ini dibutuhkan sebagai komponen metabolisme dalam pembentukan kofaktor enzim ekstraseluler yang dihasilkan oleh bakteri Acetobacter xylinum
(Susanti, 2006).
Bakteri pembentuk nata yaitu Acetobacter xylinum yang dapat tumbuh dan berkembang membentuk nata karena adanya kandungan air, protein, lemak, karbohidrat, dan beberapa mineral pada substrat sebagai nutrisinya. Tidak semua nutrisi yang ada pada substrat dapat terpenuhi maka perlu adanya tambahan nutrisi yang diberikan berupa sukrosa (karbon), urea (nitrogen), dan (vitamin) vitamin B kompleks (Argo & Wahyu, 2015).
Pembentukan nata memerlukan starter sebanyak 10-20% dari volume media sebagai starter mikroba (Saragih, 2004). Dengan adanya jumlah stater yang sesuai, maka bakteri dapat mencapai pertumbuhan secara optimum. Umur kultur
Acetobacter xylinum yang digunakan dalam fermentasi berpengaruh terhadap pembentukan nata (Saragih, 2004).
