14 Jenis Fermentasi dan Contohnya di Kehidupan

Fermentasi merpakan proses kimiawi dimana molekul seperti glukosa dipecah secara anaerob. Lebih luas lagi, fermentasi adalah pembusaan yang terjadi selama pembuatan anggur dan bir, suatu proses yang setidaknya berumur 10.000 tahun.

Buih hasil dari evolusi gas karbon dioksida, meskipun ini tidak diakui sampai abad ke-17. Ahli kimia dan mikrobiologi Perancis Louis Pasteur pada abad ke-19 menggunakan istilah fermentasi dalam arti sempit untuk menggambarkan perubahan yang disebabkan oleh ragi dan mikroorganisme lain yang tumbuh tanpa adanya udara (secara anaerob); dia juga mengakui bahwa etil alkohol dan karbon dioksida bukan satu-satunya produk fermentasi. Untuk memperluas pemahaman kita tentang fermentasi, artikel ini akan menyajikan jenis fermentasi beserta contohnya.

Fermentasi

Pengertian fermentasi adalah proses dimana suatu zat terurai menjadi zat yang lebih sederhana. Mikroorganisme seperti ragi dan bakteri biasanya berperan dalam proses fermentasi, membuat bir, anggur, roti, kimchi, yogurt, dan makanan lainnya.

Fermentasi mengacu pada proses metabolisme dimana molekul organik (biasanya glukosa) diubah menjadi asam, gas, atau alkohol tanpa adanya oksigen atau rantai transpor elektron apa pun. Jalur fermentasi meregenerasi koenzim nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +), yang digunakan dalam glikolisis untuk melepaskan energi dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).

Fermentasi hanya menghasilkan jaring 2 ATP per molekul glukosa (melalui glikolisis), sementara respirasi aerobik menghasilkan sebanyak 32 molekul ATP per molekul glukosa dengan bantuan rantai transpor elektron.

Studi tentang fermentasi dan penggunaan praktisnya dinamakan zimologi dan berasal pada 1856 ketika ahli yang memberikan definisi kimia Prancis Louis Pasteur menunjukkan bahwa fermentasi disebabkan oleh ragi. Fermentasi terjadi pada beberapa jenis bakteri dan jamur yang membutuhkan lingkungan bebas oksigen untuk hidup (dikenal sebagai anaerob obligat), dalam anaerob fakultatif seperti ragi, dan juga dalam sel-sel otot ketika oksigen dalam persediaan pendek (seperti dalam olahraga berat).

Proses fermentasi sangat berharga bagi industri makanan dan minuman, dengan konversi gula menjadi etanol yang digunakan untuk menghasilkan minuman beralkohol, pelepasan CO2 oleh ragi yang digunakan dalam ragi roti, dan dengan produksi asam organik untuk mengawetkan dan memberi rasa. sayuran dan produk susu.

Pengertian Fermentasi

Istilah “fermentasi” berasal dari kata Latin fervere, yang berarti “mendidih.” Proses kimia fermentasi menjadi subjek penyelidikan ilmiah tentang tahun 1600.

Fermentasi adalah proses metabolisme di mana organisme mengubah karbohidrat, seperti pati atau gula, menjadi alkohol atau asam. Misalnya, ragi melakukan fermentasi untuk mendapatkan energi dengan mengubah gula menjadi alkohol. Bakteri melakukan fermentasi dengan mengubah karbohidrat menjadi asam laktat.

Pengertian Fermentasi Menurut Para Ahli

Adapun definisi fermentasi menurut para ahli, antara lain:

1. Bourgaize (1999), Fermentasi ialah upaya yang dilakukan untuk suatu proses penguraian senyawa agar menjadi produk olalah baru.
2. MGMP (2005), Fermentasi ialah suatu cara yang dilakukan oleh seseorang untuk mengubah substrat kedalam produk tertentu yang menggunakan bantuan mikroba.
3. Jay (2005), Fermentasi ialah proses perubahan kimia dari senyawa kompleks menjadi  sederhana melalui bantuan  enzim  yang  dihasilkan mikrobia.
4. Hery (2008), Fermentasi ialah suatu bentuk proses  dasar  untuk  mengubah bahan menjadi bahan lain dengan cara relatif sederhana yang dibantu oleh mikroba.
5. Farnworth (2008), Fermentasi ialah upaya yang dilakukan seseorang terhadap bahan makanan mendapatkan produk baru agar memperpanjang daya simpan dan kegunaan.
6. Taufik (2014), Fermentasi ialah suatu bentuk proses produksi energi dalam sel dengan keadaan tanpa oksigen (anaerobik) melalui penelitian atau praktikum.

Jenis Fermentasi

Berikut ini pengelompokkan macam-macam fermentasi, antara lain;

Berdasarkan cara beroperasinya, fermentasi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fermentasi padat dan fermentasi cara cair. Fermentasi cair sendiri dibedakan menjadi dua, yaitu fermentasi permukaan dan fermentasi terendam.

1. Fermentasi Substrat Padat (Solid Substrate)

Solid state (substratum) fermentation (SSF) umumnya didefinisikan sebagai pertumbuhan mikroorganisme pada bahan padat lembab tanpa adanya atau tidak dekat dengan adanya air secara bebas. Dalam beberapa tahun terakhir,  SSF telah menunjukkan banyak harapan dalam pengembangan beberapa bioproses dan produk, SSF telah secara ambigu digunakan sebagai fermentasi solid-state atau fermentasi solid-substrat.

2. Fermentasi permukaan (Surface Fermentation)

Fermentasi permukaan adalah proses di mana substratum mungkin padat atau cair. Organisme tumbuh di substratum dan mengambil nutrisi dari substratum. Jenis-jenis fermentasi digunakan dimana produk didasarkan pada sporulasi. Tetapi proses ini memiliki kelemahan seperti memaparkan organisme pada kondisi yang tidak setara, baik oksigen maupun nutrisi.

3. Fermentasi Bawah Permukaan atau Terendam (Submerged Fermentation)

Fermentasi yang terendam adalah fermentasi yang terjadi di dalam substratum nutrien berbentuk cair dan organisme tumbuh di dalam substratum. Kondisi dibuat seragam dengan bantuan spargers dan pisau impeller. Sebagian besar industri menerapkan proses fermentasi jenis ini. Substratum berada dalam keadaan cair dan media tersebut juga disebut sebagai kaldu.

Sistem fermentasi terendam dapat digolongkan lagi menjadi beberapa cara, diantaranya yaitu:

4. Fermentasi Batch (Batch Fermentation)

Batch Process ialah proses fermentasi dengan cara memasukan media dan inokulum secara bersamaan ke dalam bioreactor dan pengambilan produk dilakukan pada akhir fermentasi. Pada system batch, bahan media dan inokulum di masukan ke dalam bioreactor dalam waktu yang hampir bersamaan, dan ketika proses berlangsung akan terjadi terjadi perubahan kondisi di dalam bioreactor (nutrient akan berkurang dan produk serta limbah).

Oksigen dalam bentuk udara, zat antifoam dan asam atau basa, untuk mengontrol pH, ditambahkan selama proses fermentasi.

5. Fermentasi berkelanjutan (Continous Fermentation)

Pada cara ini, pengaliran subtrat dan pengambilan produk dilakukan secara terus menerus atau berkesinambungan setiap saat setelah diperoleh konsentrasi produk maksimal atau subtract pembatasnya telah mencapai konsentrasi yang hampir tetap (Rusmana, 2008). Dalam hal ini subtrat dan inokulum bisa  ditambahkan bersama-sama secara terus menerus sehingga fase eksponensial dapat diperpanjang.

6. Fermentasi Batch-Fed (Batch-Fed Fermentation)

Ini merupakan penggabungan dari sistem batch dan kontinyu. Dalam proses ini, substrat ditambahkan secara berkala dan berangsur seiring fermentasi berlangsung, karena itu substrat selalu pada konsentrasi optimal. Ini penting karena beberapa metabolit sekunder mengalami penindasan katabolit dengan konsentrasi tinggi glukosa, atau karbohidrat atau senyawa nitrogen lain yang ada dalam medium.

Untuk alasan ini, unsur-unsur penting dari media nutrisi ditambahkan dalam jumlah rendah pada awal fermentasi dan substrat ini terus ditambahkan dalam dosis kecil selama fase produksi. Metode ini umumnya digunakan untuk produksi zat seperti penisilin. Yoshida (1973) memperkenalkan istilah ini untuk pertama kalinya untuk memberi makan substrat ke media saat nutrisi habis, sehingga dapat mempertahankan nutrisi pada tingkat optimal.

Berdasarkan penggunaan oksigen, fermentasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

7. Fermentasi aerobik

Fermentasi aerobik merupakan fermentasi yang memerlukan oksigen. Respirasi aerobik adalah istilah yang lebih tepat dan ilmiah untuk fermentasi aerobik. Proses ini mengacu pada serangkaian reaksi kimia yang terlibat dalam produksi energi dengan sepenuhnya mengoksidasi makanan.

Produk sampingan yang dilepaskan sebagai hasil dari proses ini adalah karbondioksida dan air. Respirasi aerobik terutama terjadi pada hewan dan tumbuhan tingkat tinggi. Ini merupakan proses yang paling efisien di antara berbagai proses produksi energi.

Tahapan dalam respirasi aerobik ada 3, yaitu:

1. Glikolisis

Glikolisis adalah langkah pertama dalam respirasi aerob. Proses ini terjadi di sitoplasma. Dalam proses ini terjadi pemecahan glukosa menjadi dua molekul piruvat. Molekul piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif untuk membentuk asetil-KoA. 2 ATP dan 2 NADH adalah hasil dari proses ini.

2. Siklus Krebs

Siklus ini terjadi di dalam matriks mitokondria. Dalam siklus krebs terjadi perincian lengkap asetil-CoA menjadi karbon dioksida, regenerasi senyawa awal, oksaloasetat. Selama siklus ini terjadi, pelepasan energi dari asetil-CoA menghasilkan 2 GTP, 6 NADH, dan 2 FADH 2.

3. Rantai Transportasi Elektron

ATP yang diproduksi selama fosforilasi oksidatif menggunakan kekuatan reduksi NADH dan FADH2. Proses ini terjadi pada membran bagian dalam mitokondria.

Reaksi kimia dalam respirasi aerob dapat dituliskan sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO ₂ + 6H₂O + 36ATP

8. Fermentasi anaerobik

Fermentasi anaeobik merupakan fermentasi yang tidak memerlukan oksigen. Fermentasi jenis ini mengacu pada pemecahan kimia substrat organik oleh mikroorganisme menjadi etanol atau asam laktat tanpa adanya oksigen. Dalam proses ini biasanya akan mengeluarkan buih dan panas.

Fermentasi anaerobik terjadi di lokalitas sitoplasma di mikroorganisme seperti ragi, cacing parasit, dan bakteri. Tahapan dalam proses fermentasi ada dua yaitu glikolisis dan oksidasi parsial piruvat.

Berdasarkan pada jalur oksidasi piruvat, fermentasi anaerobik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

9. Fermentasi etanol

Fermentasi etanol atau disebut juga alkohol.  Fermentasi alkohol dapat diartikan sebagai suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbondioksida. Organisme yang berperan dalam proses ini adalah Saccharomyces Cerevisiae (fermen) untuk produksi tape, roti atau minuman keras.

Reaksi kimia untuk proses fermentasi alkohol yaitu:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅ OH + 2CO ₂ + 2ATP

10. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat merupakan respirasi yang berlangsung pada sel hewan atau manusia, ketika keperluan oksigen tidak tercukupi karena bekerja terlalu berat. Di dalam sel otot asam laktat bisa mengakibatkan indikasi kejang otot dan keletihan. Laktat yang terhimpun sebagai produk kotoran bisa mengakibatkan otot lelah dan sakit, tapi secara perlahan-lahan dibawa oleh darah ke hati untuk diganti kembali menjadi piruvat.

Reaksi kimia keseluruhan untuk fermentasi etanol dan fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ → 2C ₃ H ₆ O ₃ + 2ATP

Berdasarkan proses yang dihasilkan oleh mikroba, fermentasi dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

12. Fermentasi yang memproduksi sel mikroba (biomass)

Produksi komersial dari biomass bisa dibedakan menjadi dua, yaitu produksi yeast yang digunakan untuk industri roti, dan produksi sel mikroba yang digunakan sebagai makanan manusia dan hewan.

13. Fermentasi yang menghasilkan enzim dari mikroba

Secara komersial, enzim bisa diproduksi oleh tanaman, hewan, dan mikroba. Tapi enzim yang diproduksi oleh mikroba mempunyai beberapa keunggulan yaitu, mampu dihasilkan dalam jumlah besar dan mudah untuk meningkatkan produktivitas bila dibandingkan dengan tanaman atau hewan.

14. Fermentasi yang menghasilkan metabolit mikroba

Metabolit mikroba bisa dibedakan menjadi metabolit primer dan metabolit sekunder. Contoh metaboit primer yaitu etanol, asam sitrat, polisakarida, aseton, butanol, dan vitamin, sedangkan contoh metabolit sekunder yaitu antibiotik, pemacu pertumbuhan, inhibitor enzim, dan lain-lain.

Contoh Produk Fermentasi

Meskipun ada sejumlah produk dari fermentasi, yang paling umum adalah etanol, asam laktat, karbondioksida, dan gas hidrogen (H2).

Produk-produk ini digunakan secara komersial dalam makanan, vitamin, obat-obatan, atau sebagai bahan kimia industri. Selain itu, banyak produk yang kurang umum tapi juga menawarkan nilai komersial. Sebagai contoh, produksi aseton melalui fermentasi aseton – butanol – etanol pertama kali dikembangkan oleh ahli kimia Yahudi Chaim Weizmann dan penting bagi industri perang Inggris selama Perang Dunia I.

Nah, itulah tadi artikel yang dapat diberikan terkait dengan macam fermentasi dan contohnya di kehidupan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Semoga melalui tulisan ini bisa memberikan wawasan kepada segenap pembaca sekalian.