FERMENTASI KARBOHIDRAT

Fermentasi karbohidrat adalah Kemampuan memfermentasikan karbohidrat dan produk fermentasi yang dihasilkan merupakan ciri yang sangat berguan dalam identifikasi mikroorganisme. Hasil akhir fermentasi karbohidrat ditentukan oleh sifat mikroba, media biakan yang digunakan, serta faktor lingkungan, antara lain suhu dan pH. Media fermentasi harus mengandung senyawa yang dapat dioksidasikan dan difermentasikan oleh mikroorganisme. Glukosa termasuk senyawa yang paling sering digunakan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi itu.Untuk menentukan adanya fermentasi, dilaboratorium digunakan media kaldu karbohidrat dan media MR-VP. Pembentukan asam dapat diketahui dengan menambahakan indikator kedalam media

Kaldu karbohidrat digunakan untuk uji penbentukan asam dan gas. Pembentukan gas dapat ditentukan dengan menggunakan tabung Smith atau tabung Durham. Tabung smith digunakan bila jumlah dan macam gas yang dihasilkan harus ditentukan. Sedangkan tabung durham digunakan bila tidak perlu diketahui macam dan jumlah gas yang dihasilkan. Tidak terbentuk gas, maka gas masuk kedalam tabung Durham dan mendesak cairan dalam tabung ini ; gas ini terlihat sebagai gelembung udara yang terperangkap dalam tabung Durham

Kaldu karbohidrat mengandung 0.5 – 1 % karbohidrat. Karbohidrat yang sering dipakai adalah glukosa, laktosa, maltosa, sukrosa, dan manitol. Selain karbohidrat kedalam media ditambahkan juga beef ekstract dan pepton sebagai sumber nitrogen, vitamin dan mineral. Untuk mengetahui pembentukan asam, kedalam media ditambahkan indikator. Bila dalam proses fermentasi, bakteri ditumbuhkan dengan biakan cair yang mengandung glukosa, maka hasil proses fermentasi dapat berupa asam. Asam yang dihasilkan akan menurunkan pH media biakan. Indikator yang sering digunakan adalah fenol merah dan bromcresol-purple. Billa dalam media biakan ditambahakan indikator pH seperti misalnya bromcresol-purple atau fenol merah, maka pembentukan asam ini ditandai oleh perubahan warna menjadi kuning. Pada pH lebih dari 7.0 fenol merah berwarna merah sedangkan bromcresol-purple berwarna ungu.

Macam-macam fermentasi karbohidrat :

1. Fermentasi Alkohol

                Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisisakan diubah menjadi asam asetat dan CO₂. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikutipula dengan perubahan NADH menjadi NAD⁺. Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu molglukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Fermentasi alkohol, secara sederhana, berlangsung sebagai berikut:

            Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Reaksi ini, seperti fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi etanol mencapai 13% (Hal ini menjelaskan kadar maksimum alkohol pada minuman hasil fermentasi seperti anggur).

Dalam kimia, alkohol (atau alkanol) adalah istilah yang umum untuk senyawa organik apa pun yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan/atau atom karbon lain.

Reaksinya :

1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asampiruvat oleh enzim piruvat dekarboksilase ——> asetaldehid(CH3CHO) + CO2.

3. Asetaldehid oleh enzim alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol (etanol)

2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HsOH + 2 NAD.

Ringkasan reaksi :

C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

MEKANISME 

Struktur alkohol

Gugus fungsional alkohol adalah gugus hidroksil yang terikat pada karbon hibridisasi sp3. Ada tiga jenis utama alkohol - 'primer', 'sekunder, dan 'tersier'. Nama-nama ini merujuk pada jumlah karbon yang terikat pada karbon C-OH. Etanol dan metanol adalah alkohol primer. Alkohol sekunder yang paling sederhana adalah propan-2-ol, dan alkohol tersier sederhana adalah 2-metilpropan-2-ol.

Metanol dan etanol

Dua alkohol paling sederhana adalah metanol dan etanol (nama umumnya metil alkohol dan etil alkohol) yang strukturnya sebagai berikut:

H H H

| | |

H-C-O-H H-C-C-O-H

| | |

H H H

metanol etanol

Dalam peristilahan umum, "alkohol" biasanya adalah etanol atau grain alcohol. Etanol dapat dibuat dari fermentasi buah atau gandum dengan ragi. Etanol sangat umum digunakan, dan telah dibuat oleh manusia selama ribuan tahun. Etanol adalah salah satu obat rekreasi (obat yang digunakan untuk bersenang-senang) yang paling tua dan paling banyak digunakan di dunia. Dengan meminum alkohol cukup banyak, orang bisa mabuk. Semua alkohol bersifat toksik (beracun), tetapi etanol tidak terlalu beracun karena tubuh dapat menguraikannya dengan cepat.

2. Fermentasi Asam Laktat

            Proses glikolisis menghasilkan asam piruvat. Jika cukup oksigen, glikolisis akan dilanjutkan dengan siklus Krebs. Bila kondisi anaerob (kurang oksigen) yang terjadi, asam piruvat akan diubah menjadi asam laktat. Akibatnya, rantai transpor elektron tidak terjadi karena tidak lagi menerima elektron dari NADH dan FADH₂ yang dalam keadaan aerob dihasilkan oleh siklus Krebs. Karena tidak terjadi penyaluran elektron, maka NAD⁺ dan FAD yang mutlak diperlukan dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk sehingga daur Krebs terhenti. Reaksi ini merupakan suatu pemborosan, karena hanya 7% dari energi yang terdapat pada asam piruvat yang dibebaskan. Meskipun fermentasi asam laktat menghasilkan senyawa yang merugikan otot, tetapi poses ini menghasilkan ATP bagi sel yang tidak dapat melakukan respirasi secara aerob. Pada fermentasi asam laktat ini,dari satu molekul glukosa dihasilkan ATP sebanyak 2 molekul.

-->

Asam laktat (Nama IUPAC: asam 2-hidroksipropanoat (CH3-CHOH-COOH), dikenal juga sebagai asam susu) adalah senyawa kimia penting dalam beberapa proses biokimia.

Seorang ahli kimia Swedia, Carl Wilhelm Scheele, pertama kali mengisolasinya pada tahun 1780. Secara struktur, ia adalah asam karboksilat dengan satu gugus [hidroksil] yang menempel pada gugus karboksil. Dalam air, ia terlarut lemah dan melepas proton (H+), membentuk ion laktat. Asam ini juga larut dalam alkohol dan bersifat menyerap air (higroskopik).

Asam ini memiliki simetri cermin (kiralitas), dengan dua isomer: asam L-(+)-laktat atau asam (S)-laktat dan, cerminannya, iasam D-(-)-laktat atau asam (R)-laktat. Hanya isomer yang pertama (S) aktif secara biologi.

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi

Prosesnya :

1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).

C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat.oleh enzim piruvat dehidrogenase

2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD

Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :

8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

Pembuatan Tapai 

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

Dalam pembuatan tapai ketan, beras ketan perlu dimasak dan dikukus terlebih dahulu sebelum dibubuhi ragi. Campuran tersebut ditutup dengan daun dan diinkubasi pada suhu 25-30 °C selama 2-4 hari sehingga menghasilkan alkohol dan teksturnya lebih lembut Untuk membuat tapai singkong, kulit singkong harus dibuang terlebih dahulu.Singkong dicuci lalu dikukus dan ditempatkan pada keranjang bambu yang dilapisi daun pisang^[. Ragi disebar pada singkong dan lapisan daun pisang yang digunakan sebagai alas dan penutup .Keranjang tersebut kemudian diperam pada suhu 28 – 30 °C selama 2 – 3 hari.

Selain rasanya yang manis dan aroma yang memikat, tapai juga dibuat dengan beberapa warna berbeda. Warna tersebut tidak berasal dari pewarna buatan yang berbahaya, melainkan berasal dari pewarna alami. Untuk membuat tapai ketan berwarna merah, digunakan angkak, pigmen yang dihasilkan oleh Monascus purpureus. Sedangkan tapai ketan warna hijau dibuat menggunakan ekstrak daun pandan.

Pembuatan tapai memerlukan kecermatan dan kebersihan yang tinggi agar singkong atau ketan dapat menjadi lunak karena proses fermentasi yang berlangsung dengan baik. Ragi adalah bibit jamur yang digunakan untuk membuat tapai. Agar pembuatan tape berhasil dengan baik alat-alat dan bahan-bahan yang digunakan harus bersih, terutama dari lemak atau minyak. Alat-alat yang berminyak jika dipakai untuk mengolah bahan tapai bisa menyebabkan kegagalan fermentasi. Air yang digunakan juga harus bersih; menggunakan air hujan bisa mengakibatkan tapai tidak berhasil dibuat.

Keunggulan tapai

Fermentasi tapai dapat meningkatkan kandungan Vitamin B1 (tiamina) hingga tiga kali lipat. Vitamin ini diperlukan oleh sistem saraf, sel otot, dan sistem pencernaan agar dapat berfungsi dengan baik. Karena mengandung berbagai macam bakteri “baik” yang aman dikonsumsi, tapai dapat digolongkan sebagai sumber probiotik bagi tubuh. Cairan tapai dan tapai ketan diketahui mengandung bakteri asam laktat sebanyak ± satu juta per mililiter atau gramnya. Produk fermentasi ini diyakini dapat memberikan efek menyehatkan tubuh, terutama sistem pencernaan, karena meningkatkan jumlah bakteri dalam tubuh dan mengurangi jumlah bakteri jahat. Kelebihan lain dari tapai adalah kemampuannya tapai mengikat dan mengeluarkan aflatoksin dari tubuh. Aflaktosin merupakan zat toksik atau racun yang dihasilkan oleh kapang, terutama Aspergillus flavus. Toksik ini banyak kita jumpai dalam kebutuhan pangan sehari-hari, seperti kecap. Konsumsi tapai dalam batas normal diharapkan dapat mereduksi aflatoksin tersebut. Di beberapa negara tropis yang mengonsumsi singkong sebagai karbohidrat utama, penduduknya rentan menderita anemia^[. Hal ini dikarenakan singkong mengandung sianida yang bersifat toksik dalam tubuh manusia. Konsumsi tapai dapat mencegah terjadinya anemia karena mikroorganisme yang berperan dalam fermentasinya mampu menghasilkan vitamin B₁₂^.

Kelemahan tapai

Konsumsi tapai yang berlebihan dapat menimbulkan infeksi pada darah dan gangguan sistem pencernaan. Selain itu, beberapa jenis bakteri yang digunakan dalam pembuatan tapai berpotensi menyebabkan penyakit pada orang-orang dengan sistem imun yang terlalu lemah seperti anak-anak balita, kaum lanjut usia, atau penderita HIV. Untuk mengurangi dampak negatif tersebut, konsumsi tapai perlu dilakukan secara terkendali dan pembuatannya serta penyimpanannya pun dilakukan dengan higienis.

Produk olahan tapai

Selain dapat dikonsumsi secara langsung, tapai dapat dijadikan olahan lain atau dicampur dengan makanan dan minuman lainnya. Contohnya: tapai pulut untuk campuran cendol dan es campur, atau dapat juga diolah kembali menjadi wajik dan dodol. Sedangkan tapai singkong selain bisa dijadikan campuran cendol, es campur atau es doger, dapat pula diolah menjadi makanan gorengan rondo royal (tapai goreng), colenak, dll. Tape juga nikmat disantap bersama tetel (istilah jawa untuk ulenan ketan putih) atau di Sunda biasa disebut ulen. Flow  diagram proses pengolahan Tapai.