Fermentasi (Respirasi Anaerob) – Apa yang dimaksud dengan fermentasi? Apa itu makanan fermentasi? Apa itu Bioteknologi Fermentasi? Apa yang dimaksud dengan fermentasi? Sebutkan jenis-jenisnya? Apa tujuan fermentasi?
Fermentasi adalah proses menghasilkan energi dalam sel dalam kondisi anaerobik atau tanpa oksigen.
Secara umum, fermentasi didefinisikan sebagai bentuk respirasi anaerobik, namun fermentasi juga didefinisikan sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik tanpa akseptor elektron eksternal. Bahan yang biasa digunakan dalam fermentasi adalah gula. Contoh produk fermentasi antara lain etanol, asam laktat, hidrogen, asam butirat, dan aseton.
Bioteknologi fermentasi merupakan salah satu contoh bioteknologi dalam proses pengubahan bahan organik menjadi bentuk lain yang lebih bermanfaat dengan bantuan mikroorganisme secara terkendali. Mikroorganisme yang terlibat dalam fermentasi termasuk bakteri, protozoa, jamur dan ragi.
Fermentasi sering dilakukan pada makanan (food fermentasi). Contoh proses fermentasi pada makanan yang sering dilakukan antara lain pada proses pembuatan tape, tempe, yoghurt dan tahu. Prinsip dalam fermentasi adalah mengatur kondisi pertumbuhan mikroorganisme secara optimal hingga tercapai kondisi yang menghasilkan laju pertumbuhan spesifik optimum.
Fermentasi makanan adalah proses alami mengawetkan makanan dengan menggunakan mikroorganisme. Contoh produk pangan fermentasi yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari antara lain tempe, oncom. tauco, tapai singkong, peuyeum, brem, terasi, dadiah dan lain sebagainya.
Fermentasi merupakan pembentukan energi melalui senyawa organik, sedangkan dalam penerapannya pada industri, fermentasi diartikan sebagai suatu proses pengubahan bahan dasar menjadi suatu produk oleh suatu massa sel mikroorganisme.
Winarno dkk. (1984)
Fermentasi dalam penerapannya dalam dunia industri merupakan suatu proses pengubahan bahan dasar menjadi suatu produk oleh sel mikroba dan fermentasi dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat substrat.
Sejarah Fermentasi
Seorang ahli kimia Perancis bernama Louis Pasteur yang merupakan ahli zimologi pertama pada tahun 1857 menghubungkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi (pernafasan) tanpa udara. Ia juga meneliti dengan cermat dan menyimpulkan, “Saya berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak akan terjadi tanpa pengorganisasian, pertumbuhan, dan penggandaan sel secara simultan… Jika ditanya, apa proses kimia yang menyebabkan penguraian gula… Saya benar-benar tidak tahu.”
Seorang ahli kimia asal Jerman yang juga peraih Nobel Kimia pada tahun 1907 bernama Eduard Buchner berhasil menjelaskan bahwa fermentasi sebenarnya disebabkan oleh sekresi ragi yang disebut zymase.
Berikut ini macam-macam fermentasi (respirasi anaerobik), antara lain:
Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol adalah reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbon dioksida. Organisme yang berperan dalam fermentasi alkohol adalah Saccharomyces cerevisiae (ragi) untuk pembuatan roti, tape atau minuman keras. Berikut persamaan reaksi fermentasi alkohol:
Lebih khusus lagi, dalam fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua tahap reaksi. Tahap pertama, pelepasan CO2 dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Tahap kedua, reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis. Sel ragi dan bakteri melakukan respirasi anaerobik. Pada fermentasi ini energi (ATP) yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa hanya sebanyak 2 molekul ATP, berbeda dengan proses respirasi aerobik yang mengubah 1 molekul glukosa menjadi 34 ATP. Hasil fermentasi alkohol berupa CO2 pada industri roti digunakan untuk mengembangkan adonan roti sehingga roti menjadi keropos.
Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat merupakan respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak terpenuhi akibat bekerja terlalu keras. Pada sel otot, asam laktat dapat menimbulkan gejala kram dan kelelahan.
Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan kelelahan otot dan nyeri, namun secara perlahan diangkut oleh darah ke hati untuk diubah kembali menjadi piruvat. Glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis, membentuk 2 ATP dan 2 NADH.
Lebih spesifiknya fermentasi asam laktat meliputi respirasi anaerobik, hasil akhir dari fermentasi ini adalah asam laktat atau disebut juga dengan asam susu. Selain itu, asam laktat disebut juga asam lelah karena erat kaitannya dengan rasa lelah. Hal ini terjadi pada manusia, karena bergerak melampaui batas sehingga mengakibatkan penumpukan asam laktat pada otot-otot tubuh. Berikut persamaan reaksi fermentasi asam laktat:
Proses fermentasi asam laktat diawali dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat. Karena pada proses ini tidak ada oksigen yang merupakan reseptor akhir, maka asam piruvat diubah menjadi asam laktat. Hal ini mengakibatkan elektron tidak melanjutkan perjalanannya, tidak lagi menerima elektron dari NADH dan FAD. Karena tidak adanya distribusi elektron, berarti NAD+ dan FAD yang dibutuhkan dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk. Akibatnya reaksi siklus Krebs pun terhenti. Asam laktat merupakan bahan kimia yang berbahaya karena bersifat racun.
Fermentasi Asam Cuka
Fermentasi asam asetat merupakan contoh fermentasi yang berlangsung dalam kondisi aerobik. Fermentasi jenis ini dilakukan oleh bakteri asam asetat (acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dibandingkan energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol anaerobik.
Reaksi Fermentasi
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12HAI6) yang merupakan gula paling sederhana, melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan dalam produksi makanan.
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi (ATP)
Jalur biokimia yang terjadi sebenarnya bervariasi tergantung pada jenis gula yang terlibat, namun umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur akhir akan bervariasi tergantung pada produk akhir yang dihasilkan.
