Mekanisme ketahanan mikroorganisme terhadap proses pengolahan

12,365 views

Published on

1 Comment
5 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
12,365
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
265
Comments
1
Likes
5
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Mekanisme ketahanan mikroorganisme terhadap proses pengolahan

  1. 1. MEKANISME KETAHANAN MIKROORGANISME TERHADAP PROSES PENGOLAHAN Oleh: Fajriyati Mas’ud
  2. 2. Pengantar Proses pengolahan dilakukan terhadap bahan pangan dengan berbagai tujuan : 1. Memperpanjang masa simpan atau mengawetkan, 2. Membuat produk menjadi lebih baik, baik yang setengah jadi maupun yang siap untuk dikonsumsi,
  3. 3. 1. Meningkatkan daya cerna dan penerimaan, 2. Untuk mencegah kerusakan fisik, kimia, atau kerusakan biologis, serta kerusakan mikroorganisme.
  4. 4.  Dari berbagai proses pengawetan yang telah dilakukan, beberapa belum diketahui dengan jelas mekanismenya secara biofisika, biokomia maupun secara molekuler.  Akan dijelaskan mekanisme pengawetan yang ditujukan untuk mencegah kerusakan mikrobiologis pada bahan pangan dan ketahanan mikroorganisme terhadap proses pengawetan tersebut.
  5. 5. proses pengawetan antimikrobial dapat dibedakan atas tiga kelompok berdasarkan mekanisme kerjanya, yaitu : 1. Proses pengawetan yang bersifat “membunuh” mikroorganisme. 2. Proses pengawetan yang bersifat “menghambat” atau “memperlambat” pertumbuhan mikroorganisme tanpa membunuhnya secara langsung, meskipun sel yang terhambat pertumbuhannya tersebut pada proses pengawetan yang lama mungkin akan mati. 3. Proses pengawetan yang mencegah masuknya mikroorganisme ke dalam bahan pagnan.
  6. 6.  Faktor pengawetan yang paling banyak digunakan dengan tujuan membunuh mikroorganisme adalah pemanasan  Proses pengawetan yang diterapkan dengan tujuan menghambat atau memperlambat pertumbuhan mikroorganisme sangat bervariasi, termasuk proses yang melalui mekanisme fisik seperti pendinginan, pembekuan, pengurangan aktivitas air melalui pengeringan atau penambahan bahan terlarut, pengepakan pada konsentrasi oksigen yang rendah atau penggunaan gas lain.
  7. 7.  Proses kimia seperti penambahan asam, alkohol, antibiotik, bahan pengawet lainnya, atau melalui proses fermentasi.  Pencegahan masuknya mikroorganisme ke dalam bahan pangan yang paling umum dilakukan adalah dengan cara pengepakan, yang biasanya dikombinasi dengan cara pengawetan lainnya.
  8. 8. A. Ketahanan Mikroorganisme terhadap Panas  Penggunaan suhu tinggi dalam pengawetan makanan dipengaruhi oleh tujuan pengawetan, yaitu pengaruhnya terhadap mikroorganisme yang ada di dalam makanan, dan mutu makanan yang diawetkan.  Dua cara pengawetan dengan pemanasan yang umum dilakukan adalah “pasteurisasi dan sterilisasi”.
  9. 9.  Pasteurisasi dengan panas bertujuan untuk membunuh semua organisme patogen, misalnya pada pateurisasi sari buah atau minuman lainnya.  Pasteurisasi dilakukan dengan cara memanaskan susu pada suhu 62,8oC selama 30 menit yang dikenal dengan metode LTLT (low temperature long time), atau pada suhu 71,7oC selama 15 detik yang disebut metode HTST (high temperature short time).
  10. 10.  Pemanasan tersebut cukup membunuh bateri patogen yang paling tahan panas dan tidak membentuk spora, yaitu Mycobacterium tuberculosis dan Coxiella burnetti. Suhu Pasteurisasi susu juga cukup untuk membunuh semua khamir, kapang, bakteri gram negatif, dan kebanyakan sel vegetatif bakteri gram positif.
  11. 11.  Kelompok mikroorganisme yang tahan terhadap susu pasteurisasi dapat dibedakan atas dua kelompok, yaitu bakteri termodurik dan thermofilik.  Bakteri termodurik adalah bakteri yang tahan terhadap pemanasan pada suhu relatif tinggi, misalnya pasteurisasi, tetapi tidak harus tumbuh pada suhu relatif tinggi.
  12. 12.  Bakteri yang tergolong termodurik dan tahan suhu pasteurisasi susu misalnya beberapa spesies Streptococcus dan Lactobacillus.  Bakteri thermofilik adalah bakteri yang tidak hanya tahan terhadap pemanasan pada suhu relatif tinggi, tetapi juga membutuhkan suhu tinggi untuk pertumbuhannya. Bakteri yang tergolong thermofilik misalnya beberapa spesies dari Bacillus dan Clostridium.
  13. 13.  Proses sterilisasi adalah salah satu cara pengawetan dengan suhu tinggi untuk membunuh semua mikroorganisme yang ada.  Dalam pengawetan makanan dikenal istilah “sterilisasi komersial”, yaitu sterilisasi untuk membunuh semua mikroorganisme pembusuk yang dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan yang normal.
  14. 14.  Contoh makanan kaleng bukan merupakan makanan yang steril absolut tetapi bersifat steril komersial, dimana di dalamnya mungkin masih mengandung sejumlah mikroorganisme tetapi tidak dapat tumbuh dan menyebabkan kebusukan karena kondisi pH, atau suhu penyimpanan yang tidak memungkinkan
  15. 15.  selama penyimpanan pH makanan berubah dan suhu penyimpanan juga berubah, maka mikroorganisme yang ada di dalamnya mungkin dapat tumbuh dan menyebabkan kebusukan makanan kaleng.  Suhu dan waktu sterilisasi yang diterapkan pada bahan pangan dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan pangan, terutama pH nya.
  16. 16.  Semakin rendah pH makanan atau semakin tinggi keasamannya diperlukan suhu dan waktu sterilisasi yang semakin rendah.  Seperti halnya proses pasteurisasi, proses sterilisasi dapat dilakukan menggunakan suhu relatif rendah dengan waktu relatif lama, misalnya 121oC selama 15 menit menggunakan suhu tinggi dengan relatif singkat, misalnya pada suhu 135-150oC dalam waktu 2-6 detik, misalnya pada sterilisasi susu menggunakan system UTH (Ultra High Temperatur).
  17. 17. 1. Ketahanan Panas Diantara Spesies Mikroorganisme  Pada umumnya ketahanan panas diantara spesies mikroorganisme dipengaruhi oleh suatu suhu optimum untuk pertumbuhannya.  Mikroorganisme yang bersifat psikrofilik merupakan organisme yang paling sensitif terhadap pemanasan, diikuti oleh mikroorganisme mesofilik, dan paling tahan panas adalah mikroorganisme thermofilik.
  18. 18.  Bakteri pembentuk spora pada umumnya lebih tahan panas dibandingkan dengan bakteri yang tidak membentuk spora, dan bakteri pembentuk spora yang bersifat thermofilik lebih tahan panas daripada bakteri pembentuk spora yang bersifat mesofilik.  Jika dilihat dari sifat pewarnaan gramnya, bakteri gram negatif, dan bakteri berbentuk bulat (kokus) lebih tahan panas dari pada bakteri berbentuk batang yang tidak membentuk spora.
  19. 19.  Kapang dan khamir termasuk mikroorganisme yang sensitif terhadap panas dimana askospora khamir sedikit lebih tahan dibandingkan dengan sel vegetatif khamir.  Spora aseksual kapang sedikit lebih tahan panas dari pada kapang kecuali skerotia, yaitu miselium kapang yang paling tahan panas dan sering menimbulkan masalah pada pengalengan buah-buahan.
  20. 20.  Ketahanan panas endospora bakteri sangat penting dalam perhitungan proses termal yang diterapkan pada makanan. Bakteri yang sering ditemukan pada makanan dan memproduksi endospora terutama Bacillus dan Clostridium.  Endospora bakteri biasanya diproduksi pada saat kondisi pertumbuhan untuk sel vegetatif tidak optimum, misalnya pada keadaan kekurangan nutrien, keadaan kering dan sebagainya.
  21. 21.  Setiap sel hanya memproduksi satu endospora dengan berbagai bentuk dan ukuran tergantung dari spesies organismenya.  Endospora bakteri tidak hanya tahan terhadap panas tetapi juga tahan terhadap keadaan kering, pendinginan, senyawa kimia dan kondisi yang tidak baik lainnya.
  22. 22. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Ketahanan Panas Mikroorganisme  Selain ketahanan panas yang berbeda diantara spesies mikroorganisme, ketahanan panas juga dipengaruhi oleh berbagai parameter yang terdapat pada mikroorganisme maupun parameter lingkungan.  Contoh bakteri dalam jumlah yang sama jika dipanaskan dalam larutan garam fisiologis dan di dalam nutrient broth tidak akan mengalami destruksi panas dengan kecepatan yang sama.
  23. 23. Faktor-faktor mikroorganisme maupun lingkungan yang berpengaruh terhadap ketahanan panas suatu mikroorganisme a. Jumlah Sel Mikroorganisme Berbagai percobaan telah membuktikan bahwa semakin tinggi jumlah sel mikroorganisme semakin tinggi ketahanannya terhadap panas.
  24. 24.  Mekanisme perlindungan sel terhadap panas di dalam suatu populasi sel yang tinggi disebabkan sel memproduksi komponen-komponen pelindung, diantaranya protein yang diketahui mempunyai sifat sebagai pelindung.  Kemungkinan lain dari peningkatan ketahanan panas dengan meningkatkannya populasi sel adalah karena peluang untuk mendapatkan sel yang mempunyai ketahanan panas tinggi semakin besar dengan semakin banyaknya jumlah sel.
  25. 25. b. Umur Sel  Sel mikroorganisme akan lebih tahan panas pada saat pertumbuhannya mencapai fase statis, dimana sel-selnya merupakan logaritmik. Demikian juga spora bakteri yang tua lebih tahan panas dibandingkan dengan spora bakteri yang lebih muda.  Dari keadaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa semakin berkurang aktivitas sel mikroorganisme, semakin meningkat ketahanan panasnya. Mekanisme peningkatan ketahanan panas pada sel yang kurang aktif ini sangat komplek dan sampai saat ini belum dapat diterangkan dengan jelas.
  26. 26. c. Suhu Pertumbuhan  Ketahanan panas suatu mikroorganisme biasanya meningkat dengan semakin tingginya suhu inkubasi. Ketahanan panas spora B. subtilis dan B. coagulans akan meningkat dengan semakin tingginya suhu sporulasi atau pembentuk spora.  Walaupun mekanisme pengaruh suhu inkubasi terhadap ketahanan panas sel mikroorganisme ini belum jelas, tetapi diduga bahwa pada suhu inkubasi yang tinggi terjadi seleksi genetik yang merangsang pertumbuhan galur-galur yang lebih tahan panas.  Salmonella senttenberg yang ditumbuhkan pada suhu 44oC mempunyai ketahanan panas kira-kira tiga kali dibandingkan dengan yang ditumbuhkan pada suhu 35oC.
  27. 27. d. Air  Ketahanan panas suatu sel mikroorganisme meningkat dengan menurunnya kelembaban atau kandungan air.  Contoh kumpulan sel mikroorganisme dalam keadaan kering yang ditempatkan di dalam tabung reaksi dan dipanaskan di dalam penangas air, akan lebih tahan panas dibandingkan dengan sel-sel basah pada kondisi yang sama.  Keadaan ini diduga disebabkan oleh denaturasi protein yang terjadi lebih cepat jika dipanaskan di dalam air, dibandingkan jika dipanaskan di udara. Mekanisme pengaruh air terhadap kecepatan denaturasi protein belum jelas
  28. 28.  Pemanasan basah terhadap protein menyebabkan terbentuknya gugus sulfhidril (SH) yang mengakibatkan peningkatan kapasitas mengikat air oleh protein.  Adanya air yang terikat pada protein mempermudah pemecahan ikatan- ikatan peptida. Pada keadaan kering diperlukan energi yang lebih tinggi untuk memecah ikatan-ikatan peptida, atau protein lebih sukar terdenaturasi, oleh karena itu sel mikroorganisme juga lebih tahan terhadap panas.
  29. 29. e. Lemak  Adanya lemak di dalam medium pemanasan pada umumnya akan meningkatkan ketahanan panas mikroorganisme.  Dalam hal ini lemak dianggap sebagai pelindung sel terhadap panas.  Asam-asam lemak berantai panjang lebih bersifat protektif terhadap Clostridium botulinum daripada asam- asam lemak berantai pendek.
  30. 30. f. Garam  Pengaruh garam terhadap ketahanan panas sel mikroorganisme sangat bervariasi tergantung dari jenis garam, konsentrasi, spesies mikroorganisme, dan faktor-faktor lainnya.  Beberapa garam mungkin mempunyai pengaruh melindungi terhadap suatu mikroorganisme, sedangkan garam lainnya mungkin mengakibatkan sel lebih sensitif terhadap panas.
  31. 31.  Mekanisme pengaruh garam terhadap ketahanan panas bakteri ini disebabkan beberapa garam bersifat menurunkan aktivitas air sehingga dapat meningkatkan ketahanan panas sel dengan mekanisme yang sama seperti pengeringan  sedangkan garam-garam lainnya seperti garam kalsium, (Ca++) dan magnesium (Mg++) dapat menyebabkan peningkatan aktivitas air, sehingga mengakibatkan penurunan ketahanan sel terhadap panas,
  32. 32.  penambahan CaCl2 ke dalam medium pertumbuhan untuk spora Bacillus megaterium menghasilkan spora yang lebih tahan panas, sedangkan penambahan L-glutamat, L-prolin, atau fosfat menurunkan ketahanan panas spora bakteri tersebut.  Garam NaCl bersifat sangat melindungi Staphylococcus terhadap panas.
  33. 33. g. Karbohidrat  Medium pemanasan yang mengandung gula akan meningkatkan ketahanan panas mikroorganisme yang terdapat di dalamnya.  Pengaruh ini terutama disebabkan gula bersifat mengikat air yang terdapat di dalam medium maupun sel sehingga menurunkan aktivitas airnya, akibatnya sel menjadi lebih tahan panas seperti mekanisme yang terjadi pada pengeringan.
  34. 34.  Pengaruh karbohidrat terutama gula terhadap ketahanan panas sel mikroorganisme sangat bervariasi tergantung dari jenis gulanya dan spesies mikroorganisme.  contoh glukosa mempunyai pengaruh melindungi sel Escherichia coli dan Pseudomonas fluorescens terhadap panas lebih baik dibandingkan dengan garam NaCl pada aW mendekati minimum untuk pertumbuhan.
  35. 35.  Sebaliknya glukosa tidak mempunyai pengaruh melindungi bahkan berbahaya bagi Staphylococcus aureus.  Pada aW medium pemanasan yang sama yang diatur menggunakan gliserol dan berbagai jenis gula, terdapat perbedaan dalam ketahanan panas Salmonella senftenberg, sukrosa dapat meningkatkan ketahanan panas bakteri tersebut lebih dari karbohidrat lainnya, dan dilihat berturut- turut dari yang besar ke yang terkecil pengaruhnya adalah sukrosa glukosa fruktosa gliserol.
  36. 36. Nilai pH  Mikroorganisme mempunyai ketahanan panas tertinggi pada pH optimum untuk pertumbuhannya yaitu biasanya sekitar pH 7,0.  Jika pH diturunkan atau dinaikkan menjauh pH optimum tersebut, maka ketahanan panas mikroorganisme akan menurun.
  37. 37.  Oleh karena itu makanan yang berasam tinggi, yaitu yang mempunyai pH rendah membutuhkan panas yang lebih sedikit untuk sterilisasi dibandingkan dengan makanan yang mempunyai pH sekitar netral.  Meskipun dengan menurunkan atau menaikkan pH makanan menjauhi netral dapat mengurangi panas yang dibutuhkan untuk mengawetkan makanan, tetapi beberapa komponen makanan juga akan rusak dengan pemanasan pada pH yang rendah atau tinggi.
  38. 38. Contoh misalnya pasteurisasi putih telur yang mempunyai pH sekitar 9,0. Pada pH tersebut pasteurisasi putih telur pada suhu 60-60oC selama 3,5 – 4,0 menit akan menyebabkan koagulasi protein yang mengakibatkan viskositasnya meningkat.
  39. 39.  Perubahan tsb akan berpengaruh terhadap volume pengembangan maupun tekstur kue yang dibuat dari putih telur yang dipasteurisasi.  Oleh karena itu untuk meningkatkan ketahanan panas protein putih telur, pH putih telur harus diatur supaya mendekati netral, meskipun dengan perlakuan ini mikroorganisme yang terdapat di dalamnya juga lebih tahan panas.
  40. 40.  Sensitivitas bakteri terhadap panas pada pH rendah juga dipengaruhi oleh jenis asam yang digunakan untuk menurunkan pH medium.  Penurunan pH menggunakan asam asetat atau asam laktat akan lebih menurunkan ketahanan panas sel dibandingkan dengan penurunan pH menggunakan HCl.
  41. 41. Protein  Protein yang terdapat di dalam medium pemanasan dapat bersifat melindungi mikroorganisme terhadap panas.  Oleh karena itu makanan berprotein tinggi memerlukan pemanasan yang lebih tinggi untuk mengawetkan dibandingkan dengan makanan yang kandungan proteinnya rendah.
  42. 42.  Contoh diperlukan suhu pemanasan yang lebih tinggi dalam waktu sama untuk membunuh sejumlah sel yang sejenis di dalam susu skim dibandingkan dengan pemanasan di dalam air.  Pengaruh melindungi dari protein tersebut disebabkan protein bersifat sebagai koloid di dalam larutan, dimana bahan-bahan koloidnya biasanya menurunkan hantaran panas.
  43. 43. Senyawa Antimikroba  Adanya senyawa-senyawa antimikroba yang terdapat di dalam medium pemanasan dapat menurunkan ketahanan panas mikroorganisme.  contoh penambahan antibiotik yang tahan panas, SO2 atau nitrit di dalam makanan sebelum pemanasan saja tanpa penambahan bahan pengawet.
  44. 44. Suhu dan Waktu Pemanasan  Pada suhu yang sama, maka waktu pemanasan lebih besar pengaruhnya terhadap kematian sel mikroorganisme.  Tetapi yang lebih besar pengaruhnya sebenarnya adalah suhu pemanasan, dimana suhu pemanasan yang semakin tinggi lebih besar pengaruhnya terhadap kematian sel.  Pada suhu yang lebih tinggi, waktu pemanasan yang diperlukan untuk membunuh sejumlah sel semakin singkat.
  45. 45. Ketahanan Mikroorganisme terhadap Aktivitas Air Rendah  Salah satu cara untuk menghambat pertumbuhan sel vegetatif mikroorganisme adalah dengan menurunkan aktivitas air, yaitu dengan cara pengeringan, penambahan garam, gula, atau bahan-bahan lainnya meskipun sebagian mikroorganisme mungkin akan mati selama proses pengeringan,  proses ini sebenarnya tidak bersifat letal terhadap mikroorganisme, sehingga beberapa jenis mikroorganisme yang tahan keadaan kering dapat hidup dan tumbuh kembali jika keadaan memungkinkan.
  46. 46.  Bakteri memerlukan aW relatif tinggi untuk pertumbuhan, sedangkan khamir memerlukan aW minimal lebih rendah daripada bakteri, kapang memerlukan aW minimal paling rendah.  Bakteri memerlukan aW lebih dari 0.90 untuk pertumbuhannya, oleh karena itu pada bahan pangan dengan aW sekitar 0,90 mikroba yang sering tumbuh terutama adalah kapang dan khamir.
  47. 47.  Khamir pada umumnya tidak dapat tumbuh pada aW di bawah 0,88 kecuali beberapa khamir yang bersifat osmofilik, misalnya Saccharomyces cerevisiae yang dapat tumbuh pada aW sekitar 0,65 pada aW 0,80 – 0,085 mikroorganisme yang dapat tumbuh terutama kapang.  Kebusukan makanan dapat dicegah dengan pengaturan aW di bawah 0,70 – 0,75.
  48. 48.  Mekanisme ketahanan mikroorganisme pada keadaan aW rendah diduga disebabkan oleh sel mikroorganisme dapat mengimbangi tekanan osmotik di luar sel dengan cara memproduksi senyawa- senyawa tertentu yang dapat meningkatkan tekanan osmotik di dalam sel.  Contoh Bacillus subtilis akan memproduksi asam amino prolin jika aW medium pertumbuhannya diturunkan misalnya dengan penambahan NaCl.
  49. 49.  Bakteri lain yang mungkin memproduksi asam glutamat, asam gama-amino butirat dan / atau prolin, dan kemungkinan konsentrasi kalium dan glukosa intraseluler juga naik untuk mengimbangi tekanan osmotik di luar sel.  Dengan kenaikan komponen-komponen tersebut maka sel akan menyerap air kembali dan dapat tumbuh berkembang biak.
  50. 50.  Tetapi sintetis komponen-komponen intraseluler tersebut memerlukan energi tinggi, oleh karena itu kecepatan pertumbuhan sel pada aW rendah menjadi lambat karena sebagian energi digunakan untuk mensistesis komponen- komponen tersebut.  Jika bakteri terutama menggunakan asam-asam amino, K+ dan glukosa untuk mengatur tekanan osmotik di dalam sel, khamir menggunakan senyawa lain yaitu alkohol polihidrat untuk tujuan yang sama.
  51. 51.  Beberapa khamir jika ditempatkan pada aW rendah akan memproduksi etanol dan gliserol di dalam selnya, dan kadang-kadang produksinya sedemikian tingginya sehingga mempengaruhi viabilitas sel.  Beberapa ganggang laut misalnya Dunaliela memproduksi gliserol dalam jumlah tinggi pada aW rendah.
  52. 52.  Komponen pengikat air yang dapat menembus sel, misalnya gliserol yang dapat menembus membran sel bakteri, tidak terlalu berpengaruh terhadap sintetis komponen-komponen pengatur aliran air ke atau dari sel.  Oleh karena itu bakteri dapat mengatur aliran air ke atau dari sel jika ditempatkan di dalam larutan gliserol.
  53. 53.  Mesakipun sel mikroorganisme dapat mengimbangi perubahan aW di sekelilingnya, tetapi kemampuan sel terbatas sehingga pada aW yang sangat rendah atau tekanan osmotik yang sangat tinggi, pertumbuhan sel akan berhenti.  Salah satu hal yang perlu dipertimbangkan dalam pengawetan makanan dengan aW rendah adalah karena sel mikroorganisme yang kehilangan air atau mengalami pengeringan tersebut menjadi lebih tahan panas.
  54. 54.  Salmonella typhimurium ketahanan panasnya akan meningkat menjadi 700 kali setelah sel-selnya ditempatkan di dalam larutan-larutan sukrosa, glukosa, fruktosa atau sorbital, yaitu komponen-komponen yang tidak dapat menembus membran sel sehingga menyebabkan dehidrasi sitoplasma.  Perendaman sel di dalam larutan gliserol yaitu komponen-komponen yang dapat menembus membran sel sehingga tidak menarik air dari sel, mempunyai pengaruh yang kecil tehadap ketahanan panas sel bakteri tersebut.
  55. 55.  Hasil penelitian telah membuktikan pengaruh yang sama terhadap khamir.  Oleh karena itu dapat diduga bahwa ketahanan panas sel yang mengalami dehidrasi mungkin mempunyai mekanisme yang sama seperti halnya spora yang juga mempunyai kandungan air jauh lebih rendah daripada sel vegetatif.
  56. 56.  Pada beberapa makanan yang mempunyai kadar garam tinggi, misalnya ikan asin, kecap, tauco, sering ditemukan bakteri yang tahan garam.  Bakteri semacam ini dapat dibedakan atas dua kelompok yaitu bakteri halofilik dan halodurik.
  57. 57.  Bakteri halofilik adalah bakteri yang tahan terhadap konsentrasi garam tinggi, dan untuk pertumbuhannya juga memerlukan garam dengan konsentrasi garam tertentu,  bakteri halodurik adalah bakteri yang tahan terhadap konsentrasi garam tinggi tetapi untuk pertumbuhannya tidak memerlukan konsentrasi garam tinggi.
  58. 58.  Pada beberapa makanan yang mempunyai kadar gula tinggi sering kali ditemukan khamir yang tahan akan tekanan osmotik tinggi.  Seperti halnya bakteri yang tahan terhadap konsentrasi gula tinggi, khamir yang tahan terhadap konsentrasi gula tinggi juga dapat dibedakan atas khamir osmofilik dan osmodurik.
  59. 59.  Khamir osmofilik adalah khamir yang selain tahan terhadap tekanan osmotik tinggi juga memerlukan konsentrasi gula tinggi untuk pertumbuhannya, sedangkan khamir osmodurik meskipun tahan terhadap tekanan osmotik tinggi tetapi tidak memerlukan tekanan osmotik tinggi untuk pertumbuhannya.  Salah satu contoh khamir yang bersifat osmofilik misalnya Saccharomyces rouxii yang sering ditemukan pada sirup atau madu. Dimana khamir ini masih dapat tahan sampai konsentrasi gula mencapai 60%.
  60. 60. Ketahanan Mikroorganisme terhadap Keasaman Tinggi dan Senyawa Lipofilat  Pengasaman adalah salah satu cara pengawetan makanan yang telah dilakukan sejak dahulu  Proses pengasaman atau penurunan pH makanan dapat dilakukan dengan cara menambahkan asam atau melalui cara fermentasi asam.
  61. 61.  Asam yang umum ditambahkan ke dalam makanan terutama adalah asam cuka (asam asetat), sedangkan asam yang terbentuk selama fermentasi misalnya asam laktat pada produk-produk susu dan pikel, serta asam asetat pada produk- produk lainnya.  Berbeda dengan proses adaptasi terhadap aW rendah, sel vegetatif mikroorganisme yang tiba-tiba dipindahkan ke dalam medium dengan pH rendah tidak menunjukkan proses adaptasi, tetapi kecepatan pertumbuhannya akan segera berubah.
  62. 62. Apakah yang terjadi selama sel tumbuh di dalam medium dengan pH yang tidak optimal tersebut ? Sel pada umumnya bereaksi untuk mempertahankan pH konstan di dalam sel.
  63. 63.  Pada waktu pH diturunkan proton yang terdapat dalam jumlah tinggi di dalam medium akan masuk ke dalam sitoplasma sel, dan proton ini harus dihilangkan dari dalam sel untuk mencegah terjadinya pengasaman dan denaturasi komponen-komponen sel.  Oleh karena itu pertumbuhan sel menjadi sangat lambat, bahkan terhenti sama sekali pada pH yang sangat rendah.
  64. 64.  Untuk menghilangkan proton ke luar sel dimana terjadi gradien konsentrasi tinggi yang besarnya beberapa ratus atau ribu kali, diperlukan energi.  Jadi semakin rendah pH semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan pH konstan di dalam sel, akibatnya energi yang tersedia untuk sintesis komponen- komponen sel berkurang.
  65. 65.  Pada kecepatan pertumbuhan sel yang sangat lambat maka persediaan energi untuk mempertahankan hidup dan mengeluarkan proton ke luar sel sangat terbatas, akibatnya sel-sel menjadi mati karena homeostatik yang memerlukan energi, maka pembatasan suplai energi akan menyebabkan pengawetan makanan dengan pH rendah menjadi lebih efektif.
  66. 66.  Contoh kombinasi pengasaman dengan penurunan aW atau dengan pengepakan vakum yang lebih efektif untuk mengawetkan makanan, karena kedua proses tersebut membatasi produksi energi oleh mikroorganisme.  Mikroorganisme mempunyai pH minimal, optimal dan maksimal yang berbeda-beda untuk pertumbuhannya.
  67. 67.  Bakteri pada umumnya mempunyai pH optimal sekitar netral, dengan pH minimal 3 – 5, dan pH maksimal 8 – 10.  Khamir mempunyai pH optimal lebih rendah daripada bakteri, yaitu berkisar antara 4,5 dan 5,5 dengan pH minimal 2 – 3 dan pH maksimal 7 – 8, sedangkan kapang pada umumnya mempunyai pH minimal lebih rendah yaitu sekitar pH 1 – 2.
  68. 68.  Mekanisme pH homeostatik juga terjadi dalam pengawetan pangan menggunakan asam lipofilat lemah seperti asam sorbat, benzoat, dan propionat.  Asam-asam lipofilat tersebut dapat mencegah kerusakan mikrobiologis karena beberapa sifatnya yang unik yaitu kelarutannya dalam bentuk tidak terdisosiasi di dalam larutan membran sel dan aktivitasnya sebagai ionofor proton.
  69. 69.  Senyawa semacam ini mengakibatkan proton lebih cepat masuk ke dalam sel sehingga meningkatkan kebutuhan energi untuk mempertahankan pH alkali di dalam sel  Asam lipofilat meningkatkan aliran proton ke dalam sel ekuivalen dengan terjadinya pada pH rendah.
  70. 70.  Gangguan aliran proton menembus membran mengganggu fungsi kimiostatik sel, misalnya transform asam amino.  Hal ini dibuktikan dengan penelitian yang melaporkan bahwa sorbat dapat menghambat germinasi spora Bacillus cereus dan Clostridium botulinum secara kompetetif dengan asam amino yang berfungsi sebagai germanian yatu L-alanin.
  71. 71.  Semakin rendah pH semakin tinggi presentase asam lipofilat yang terdapat dalam bentuk tidak terdisosiasi, sehingga semakin banyak proton yang dapat menembus membran sel.  Peggunaan asam lipofilat sebagai bahan pengawet makanan lebih efektif pada pH rendah dibandingkan dengan pH tinggi. Sebagai contoh pada pH 6,0 sebanyak 1,5% asam benzoat terdapat dalam bentuk tidak terdisosiasi, sedangkan pada pH 4.0 sebanyak 60% terdapat dalam bentuk tidak terdisosiasi.
  72. 72.  Demikian pula asam sorbat dan propionat, dimana sebanyak 6% asam sorbat dan 6,7% asam propionat tidak terdisosiasi pada pH 6,0 sedangkan pada pH 4,0 sebanyak 86% asam sorbat dan 88% asam propionat terdapat dalam bentuk tidak terdisosiasi.  Berbagia senyawa lipofilat lainnya juga bersifat efektif sebagai pengawet, misalnya asam-asam lemak, lipid dan lain- lainnya, beberapa antosianin dan fenol, alkohol dan glikol, ester, amida, dan amina.
  73. 73.  Struktur alifatik dari komponen- komponen tersebut biasanya mempunyai aktivitas optimun pada panjang rantai sekitar C12, dan umumnya lebih efektif terhadap bakteri gram negatif dibandingkan dengan gram positif.  Mekanisme pengawetannya mungkin serupa dengan mekanisme pengawetan asam lipofilat lemah, yaiu mengganggu fungsi membran.
  74. 74.  Beberapa mikroorganisme lebih tahan terhadap asam-asam lipofilat tersebut dibandingkan dengan mikroorganisme lainnya.  Mekanisme ketahanan atau kemampuan sel untuk beradaptasi dengan senyawa-senyawa tersebut diduga melalui proses homeostatis, yaitu melalui suatu system yang secara efektif dapat mengeluarkan asam-asam tersebut keluar sel.
  75. 75. Pengeluaran senyawa-senyawa tersebut dari sel juga dipengaruhi oleh tersedianya energi, dimana semakin tinggi sember energi yang ditambahkan ke dalam system, semakin berkurang efektifitas senyawa-senyawa tersebut sebagai pengawet.
  76. 76.  Bahan-bahan pengawet asam organik, misalnya sulfit dan nitrit seperti halnya asam organik yang juga lebih efektif pada pH rendah dibandingkan dengan pH mendekati netral.  Hal ini juga disebabkan bentuk antimikroba yang efektif adalah dalam bentuk tidak terdisosiasi.
  77. 77. Ketahanan Mikroorganisme terhadap Suhu Rendah  Penggunaan suhu rendah dalam pengawetan makanan didasarkan pada kenyataan bahwa aktivitas mikroorganisme dapat diperlambat atau dihentikan pada suhu di atas suhu pembekuan, dan biasanya aktivitasnya berhenti sama sekali pada suhu pembekuan.  Hal ini desebabkan reaksi-reaksi metabolisme di dalam sel mikroorganisme dikatalis oleh enzim, dan kecepatan reaksi yang dikatalis oleh enzim sangat dipengaruhi oleh suhu.
  78. 78.  Penyimpanan makanan pada suhu rendah dapat dilakukan pada tiga cara atau taraf suhu yang berbeda, yaitu sauhu chilling sekitar 10-15oC, misalnya untuk beberapa buah-buahan dan sayuran, suhu refrigerator yaitu 0 – 2 sampai 5 – 7oC, dan suhu pembekuan yaitu di bawah 0oC. Mikroorganisme yang dapat tumbuh dengan baik pada suhu refrigerator dan suhu chilling disebut sebagai mikroorganisme psikrofilik.
  79. 79.  Beberapa ahli membedakan mikroorganisme yang dapat tumbuh pada suhu rendah dalam dua grup yaitu psikrofilik untuk mikroorganisme yang mempunyai suhu maksimum pertumbuhan 35oC dan psikrotrof untuk mikroorganisme mesofil yang dapat tumbuh pada suhu 5oC atau kurang.
  80. 80.  Kebanyakan bakteri psikrofil yang terdapat di dalam makanan termasuk dalam jenis Pseudomonas, dan beberapa termasuk dalam jenis Acinetobacter, Alcaligenes, dan Flavobacterium, dan jenis lainnya.  Kapang yang sering tumbuh pada makanan yang disimpan pada suhu rendah misalnya jenis Penicillium, Mucor, Cladosporium, Botrytis dan Geotrichun, sedangkan khamir yang bersifat psikrofil adalah Debariomyces, Torulopsis, Candida, Rhod otorula dan beberapa jenis lainnya.
  81. 81.  Proses pembekuan dapat menyebabkan kematian atau kerusakan subletal pada sebagian sel.  Kematian sebagian sel terjadi segera setelah pembekuan, dan jumlah sel yang mati tergantung dari ketahanan mikroorganisme terhadap pembekuan.  contoh bakteri berbentuk bulat (kokus) pada umumnya lebih tahan terhadap proses pembekuan dibandingkan dengan bakteri gram negatif berbentuk batang.
  82. 82.  Sel-sel yang masih hidup selama pembekuan mungkin akan mengalami kematian secara lambat selama penyimpanan beku. Suhu pembekuan yang paling letal, dimana jumlah sel yang mati paling tinggi adalah diantara suhu -2 sampai -20oC.
  83. 83.  Selain dipengaruhi oleh spesies mikroorganisme, ketahanan mikroorganisme terhadap proses pembekuan juga dipengaruhi oleh komposisi medium pembekuan.  Beberapa komponen makanan seperti putih telur, sukrosa, sirup, gliserol dan ekstrak daging mempunyai pengaruh melindungi sel terhadap pembekuan dan menurunkan viabilitas sel.
  84. 84. Pengaruh proses pembekuan terhadap sel mikroorganisme  Selama pembekuan, air bebas akan membeku dan membentuk krital es, sedangkan air terikat tetap tidak membeku.  Pada kecepatan pembekuan yang lambat, kristal es yang terbentuk umumnya terdapat di luar sel (ekstraseluler), sedangkan pada kecepatan pembekuan cepat terbentuk kristal-kristal es di dalam sel (intraseluler).  Karena air bebas membeku, maka selama pembekuan sel mengalami dehidrasi.
  85. 85.  Pembekuan air menyebabkan peningkatan viskositas komponen- komponen sel.  Pembekuan menyebabkan lepasnya gas-gas yang terdapat di dalam sitoplasma seperti O2 dan CO2 karena kelarutannya di dalam air menurun.  Kehilangan O2 pada sel-sel aerobik mengakibatkan reaksi respirasi menurun.
  86. 86.  Pembekuan menyebabkan perubahan pH dari komponen-komponen sel.  Beberapa peneliti melaporkan perubahan pH selama pembekuan mencapai 0.3 – 2.0 unit.  Pembekuan meningkatkan konsentrasi elektrolit di dalam sel karena air bebas membeku membentuk kristal es.  Pembekuan merusak system koloidal dari protoplasma misalnya system koloid protein.
  87. 87.  Pembekuan menyebabkan denaturasi protein di dalam sel. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya hilangnya grup sulfhidril (-SH) selama pembekuan, pecahnya lipoprotein dan meningkatnya konsentrasi elektrolit selama pembekuan.  Pembekuan tiba-tiba menyebabkan shok terhadap mikroorganisme, dan pengaruh terbesar shok ini terjadi pada organisme thermofilik kemudian mesofilik dan yang paling tahan adalah organisme psikrofilik.
  88. 88.  Pembekuan menyebabkan kerusakan subletal terhadap sebagian sel mikroorganisme.  Ketahanan sel mikroorganisme terhadap proses pembekuan dipengaruhi oleh kemampuan mikroorganisme tersebut untuk tetap hidup selama dehidrasi pada waktu medium membeku.
  89. 89.  Ukuran sel mikroorganisme yang demikian kecil mengakibatkan sel mengalami dehidrasi selama pembekuan.  Oleh karena itu mekanisme ketahanan sel terhadap proses pembekuan mungkin sama dengan mekanisme ketahanan sel terhadap dehidrasi atau aW rendah.

×