Fermentasi (Respirasi Anaerobik): Pengertian, Reaksi, dan Aplikasi [Lengkap + Contoh Soal]

Fermentasi merupakan proses respirasi yang tidak membutuhkan oksigen. Ada dua macam fermentasi yang umum terjadi, diantaranya fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol. Beberapa organisme dapat melakukan fermentasi seperti bakteri, ragi, dan bahkan mamalia. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi fermentasi seperti pH, tingkat reduksi oksidasi, nutrisi, kelembapan, dan suhu. Fermentasi memiliki banyak manfaat khususnya di bidang pangan, kesehatan, dan energi.


Makanan Fermentasi, Cegah Diabetes dan Baik untuk Imunitas
Produk Fermentasi

Usain bolt, merupakan manusia tercepat di dunia untuk saat ini. Namun, kecepatan usain bolt masih kalah dibandingkan dengan cheetah, hewan tercepat di daratan. Kenapa hal tersebut bisa terjadi? Salah satu alasannya adalah karena fermentasi pada otot. Pada artikel ini akan dijelaskan terkait fermentasi, pengertian, reaksi, dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

Pengertian Fermentasi

Respirasi anaerob, atau fermentasi, adalah reaksi respirasi yang terjadi tanpa adanya bantuan oksigen. Pada respirasi anaerob, energi langsung dikonversi dari karbohidrat. Respirasi anaerob baru akan bekerja apabila organisme berada dalam keadaan kurang oksigen.

Reaksi Fermentasi

Ada beberapa reaksi anaerobik dalam makhluk hidup, diantaranya:

  • Fermentasi Asam Laktat Homofermentative
blank
  • Fermentasi Asam Laktat Heterofermentative
blank
  • Fermentasi Asam Propionat
blank
  • Fermentasi Diasetil dan 2,3-butilen glikol
blank
  • Fermentasi Alkohol
blank
  • Fermentasi Asam Butirat
blank

Mekanisme Fermentasi

  • Fermentasi asam laktat
Diagram of lactic acid fermentation. Lactic acid fermentation has two steps: glycolysis and NADH regeneration. During glycolysis, one glucose molecule is converted to two pyruvate molecules, producing two net ATP and two NADH. During NADH regeneration, the two NADH donate electrons and hydrogen atoms to the two pyruvate molecules, producing two lactate molecules and regenerating NAD+.
Fermentasi Asam Laktat dalam Tubuh

Fermentasi asam laktat sering terjadi pada tubuh manusia. Dalam fermentasi asam laktat, NADH mentransfer elektronnya langsung ke piruvat, menghasilkan laktat sebagai produk sampingan. Fermentasi asam laktat umumnya terjadi di sel darah merah dalam tubuh, yang tidak memiliki mitokondria sehingga tidak dapat melakukan respirasi sel. Bakteri yang membuat yogurt juga dapat melakukan fermentasi asam laktat.

Sel otot juga melakukan fermentasi asam laktat, meskipun hanya jika mereka memiliki terlalu sedikit oksigen untuk melanjutkan respirasi aerobik — misalnya, saat kita berolahraga sangat keras. Dulu ada anggapan bahwa akumulasi laktat di otot bertanggung jawab atas rasa sakit yang disebabkan oleh olahraga, tetapi penelitian terbaru menunjukkan bahwa ini mungkin tidak terjadi.

Asam laktat yang diproduksi di sel otot diangkut melalui aliran darah ke hati, di mana ia diubah kembali menjadi piruvat dan diproses secara normal dalam reaksi respirasi sel yang tersisa.

  • Fermentasi alkohol
Diagram of alcohol fermentation. Alcohol fermentation has two steps: glycolysis and NADH regeneration. During glycolysis, one glucose molecule is converted to two pyruvate molecules, producing two net ATP and two NADH. During NADH regeneration, the two pyruvate molecules are first converted to two acetaldehyde molecules, releasing two carbon dioxide molecules in the process. The two NADH then donate electrons and hydrogen atoms to the two acetaldehyde molecules, producing two ethanol molecules and regenerating NAD+.
Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol oleh ragi menghasilkan etanol yang ditemukan dalam minuman beralkohol seperti bir dan anggur. Namun, alkohol beracun bagi ragi dalam jumlah besar (seperti halnya bagi manusia), yang menempatkan batas atas persentase alkohol dalam minuman ini. Toleransi etanol ragi berkisar dari sekitar 5 persen hingga 21 persen, tergantung pada regangan ragi dan kondisi lingkungan.

Macam-macam Mikroorganisme untuk Fermentasi

Umumnya ada beberapa mikroorganisme yang digunakan untuk proses fermentasi diantaranya.

  • Bakteri

Bakteri Asam Laktat (LAB)

Lactic Acid Bacteria
Bakteri Asam Laktat

Bakteri asam laktat adalah bakteri yang dapat mengkonversi glukosa menjadi asam laktat. Bakteri Asam Laktat umumnya adalah kelompok bakteri berbentuk batang atau cocci (bulat) dan bersifat Gram-positif, tidak motil, tidak bernafas, tidak membentuk spora, katalase- dan oksidase-negatif.

Bakteri Asam Asetat

Acetic acid bacteria, illustration - Stock Image - F011/7730 - Science Photo Library
Bakteri Asam Asetat

Acetobacter dan Gluconobacter adalah dua genus bakteri penting penghasil asam asetat. Mereka termasuk dalam keluarga Pseudomonodaceae. Mereka mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat dengan adanya oksigen berlebih. Bakteri ini bersifat Gram-negatif, aerobik obligat, berbentuk batang katalase positif (panjang 0,5–1,5 μm), muncul sebagai sel tunggal, berpasangan atau rantai, motil atau nonmotil, dan mengoksidasi etanol menjadi asam asetat.

  • Ragi
Apa Bedanya Ragi Kering dan Instan? Kenali Jenis Ragi Berikut Halaman all - Kompas.com
Ragi

Ragi adalah mikroorganisme uniseluler yang berkembang biak secara aseksual dengan bertunas. Secara umum, ragi lebih besar dari kebanyakan bakteri. Ragi tersebar luas di alam. Mereka ada di udara, tanah, dan saluran usus hewan. Ragi memainkan peran penting dalam industri makanan karena menghasilkan enzim, seperti ragi roti dan produksi alkohol dan gula invert.

  • Enzim
Enzim - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Enzim

Enzim adalah protein kompleks yang diproduksi oleh sel mikroba hidup untuk melakukan reaksi biokimia tertentu. Mereka sensitif terhadap perubahan suhu, pH, kadar air, kekuatan ion, dan konsentrasi substrat dan inhibitor. Enzim mikroba berperan dalam fermentasi makanan. Pastırma, kopi, dan teh diproduksi dengan fermentasi enzimatis.

Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi fermentasi diantaranya :

  • Kelembapan

Air sangat penting untuk pertumbuhan dan metabolisme mikroorganisme. Jika dikurangi atau dihilangkan, aktivitas seluler menurun. Ada air bebas dan terikat dalam makanan. Air terikat ada di dalam jaringan dan sangat penting untuk semua proses fisiologis di dalam sel dan molekul hidrat. Air bebas ada di dalam dan di sekitar jaringan, dan dapat dikeluarkan dari sel mikroba dan makanan. Air bebas sangat penting untuk kelangsungan hidup dan aktivitas metabolisme mikroorganisme.

Oleh karena itu, dengan menghilangkan air bebas, tingkat aktivitas mikroba dapat dikontrol. Jumlah air yang tersedia untuk mikroorganisme disebut sebagai aktivitas air (aw). Bakteri membutuhkan lebih banyak air daripada ragi, yang membutuhkan lebih banyak air daripada jamur.

Aktivitas air pada makanan dapat diubah dengan mengubah jumlah air bebas. Ada beberapa cara untuk melakukannya:

  1. mengeringkan untuk menghilangkan air
  2. pembekuan untuk mengubah keadaan air dari cair menjadi padat  
  3. meningkatkan atau menurunkan konsentrasi zat terlarut dengan menambahkan garam atau gula atau senyawa hidrofilik lainnya.
  • Potensial Oksidasi Reduksi

Potensial oksidasi-reduksi (ORP) adalah rasio daya oksidasi total (penerimaan elektron) terhadap daya reduksi total (pemberian elektron) substrat. ORP menunjukkan konsentrasi substrat yang tereduksi atau teroksidasi. Transfer elektron antar substrat menciptakan perbedaan potensial (Eh). Eh diukur dalam milivolt (mV). Semakin teroksidasi substrat maka semakin tinggi Eh (+ mV), sebaliknya semakin tereduksi substrat maka semakin rendah Eh (mV). Mikroorganisme yang tumbuh pada Eh tinggi (+ mV) dengan adanya O2 disebut mikroorganisme aerob, mikroorganisme yang tumbuh pada Eh rendah (mV) tanpa adanya O2 disebut anaerob, mikroorganisme yang hidup pada Eh tinggi atau rendah (+ atau – mV) dengan ada atau tidak adanya O2 disebut mikroorganisme anaerob fakultatif, mikroorganisme yang hidup pada Eh yang relatif rendah dengan adanya jumlah O2 yang lebih rendah disebut mikroaerofilik, dan mikroorganisme yang hidup pada Eh rendah (mV) dengan tidak adanya atau adanya O2 (tanpa penggunaannya) disebut anaerobik aerotolerant (fermentatif).

ORP makanan bisa sangat bervariasi di antara makanan tergantung pada perubahan pH, pertumbuhan mikroba, kemasan, tekanan parsial oksigen di lingkungan penyimpanan, kapasitas penyangga (poising), serta bahan dan komposisi (protein, asam askorbat, gula pereduksi, tingkat oksidasi kation, dll.). Eh diukur pada pH 7.0. ORP dapat dikontrol dengan kemasan vakum, kemasan kedap kulit, pengalengan, dan antioksidan.

  • Suhu

Suhu mempengaruhi pertumbuhan dan aktivitas mikroorganisme. Pada suhu tinggi, mikroorganisme mati, sedangkan pada suhu rendah laju aktivitasnya menurun atau ditangguhkan. Mikroorganisme dapat diklasifikasikan ke dalam kelompok yang berbeda sesuai dengan preferensi suhu pertumbuhannya: psikrotrofik, mesofilik, dan termofilik. Setiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan optimum, suhu pertumbuhan maksimum, dan suhu pertumbuhan minimum. Mikroorganisme menunjukkan aktivitas metabolisme yang lebih tinggi pada suhu pertumbuhan optimal.

  • Nutrisi

Mayoritas mikroorganisme bergantung pada nutrisi untuk energi dan pertumbuhan. Mikroorganisme bervariasi dalam spesifisitasnya terhadap substrat yang berbeda. Sumber energi bervariasi dari gula sederhana hingga karbohidrat kompleks dan protein. Kebutuhan energi mikroorganisme sangat tinggi. Membatasi jumlah substrat yang tersedia dapat mengurangi pertumbuhan mikroorganisme.

  • pH

pH substrat adalah ukuran konsentrasi ion hidrogen. Makanan dengan pH 4,6 atau kurang disebut makanan asam atau asam tinggi dan tidak akan memungkinkan pertumbuhan sebagian besar sel bakteri. pH optimum untuk kebanyakan mikroorganisme mendekati netral (pH 7,0). Bakteri tertentu tahan asam dan akan bertahan pada tingkat pH yang rendah. Bakteri toleran asam termasuk Lactobacillus dan Streptococcus spp., Yang berperan dalam fermentasi makanan. Jamur dan ragi biasanya tahan asam.

Mikroorganisme bervariasi dalam kebutuhan pH optimalnya untuk pertumbuhan. Ragi dapat tumbuh pada kisaran pH 4–6,5. Persyaratan pH yang bervariasi dari berbagai kelompok mikroorganisme digunakan untuk memberikan efek yang baik dalam makanan fermentasi. Misalnya, beberapa kelompok mikroorganisme memfermentasi gula sehingga pH menjadi terlalu rendah untuk kelangsungan hidupnya. Mikroorganisme asidofilik (tahan asam) kemudian mengambil alih dan melanjutkan reaksi. Afinitas untuk pH yang berbeda juga dapat digunakan untuk menghambat mikroorganisme pembusuk.

Manfaat Fermentasi

Fermentasi memiliki banyak manfaat diantaranya :

  1. untuk pengawetan makanan
  2. Antimikroba
  3. Memproduksi beberapa produk organic, seperti asam laktat, asam asetat, dan etanol
  4. Meningkatkan nutrisi
  5. Makanan probiotik
  6. Antikanker
  7. Meningkatkan sistem imun
  8. Bahan baku vitamin
  9. Energi

Kesimpulan

Fermentasi merupakan proses respirasi yang tidak membutuhkan oksigen. Ada dua macam fermentasi yang umum terjadi, diantaranya fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol. Beberapa organisme dapat melakukan fermentasi seperti bakteri, ragi, dan bahkan mamalia. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi fermentasi seperti pH, tingkat reduksi oksidasi, nutrisi, kelembapan, dan suhu. Fermentasi memiliki banyak manfaat khususnya di bidang pangan, kesehatan, dan energi.

Contoh Soal

Dalam proses pembuatan kue terdapat suatu proses pemberian ragi pada adonannya. Pemberian ragi ini bertujuan agar adonan kue yang digunakan dapat mengembang dengan baik. Mengembangnya adonan kue disebabkan oleh salah satu mikroorganisme yang terdapat pada ragi yaitu jamur Saccharomyces cereviceae. Jamur ini akan menghasilkan karbondioksida yang menyebabkan adonan kue mengembang. Jika dituliskan reaksi kimia yang terjadi pada proses pembuatan kue diatas adalah ….   

A. Glukosa + O2 →   etanol + CO2 + energi
B. Glukosa  →   etanol + CO2 + energi
C. Etanol + CO2 + energi → Glukosa + O2
D. Etanol + CO2  → Glukosa

Pembahasan

pembuatan roti adalah salah satu contoh penerapan fermentasi alkoholik. Ingat dalam fermentasi, tidak diperlukan oksigen, serta energi dan CO2 merupakan produk. sehingga jawaban yang paling tepat adalah B

Jawaban : B

Referensi

[1] Erkmen O., Bozoglu, TF. 2016. Food Microbiology: Principles into Practice, 228–252.

[2] Huang C., Luo MT, Chen XF, Xiong L, Li XM, Chen XD. 2017. Recent advances and industrial viewpoint for biological treatment of wastewaters by oleaginous microorganisms. Bioresources Technology, vol 232 ; 398-407.

[3] Pandey, A., Larroche C., Gnaunsounou E. 2011. Biofuels : Alternative Feedstocks and Conversion Processes. Elsevier

[4] Schlesinger, WH., Bernhardt ES. 2020. Biogeochemistry : An Analysis of Global Change. Elsevier.

[5] Young MM. 2019. Comprehensive Biotechnology 3rd edition. Elsevier

Setelah selesai membaca, yuk berikan artikel ini penilaian!

Klik berdasarkan jumlah bintang untuk menilai!

Rata-rata nilai 0 / 5. Banyaknya vote: 0

Belum ada yang menilai! Yuk jadi yang pertama kali menilai!

Baca juga:
Artikel Berhubungan:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *