Faktor‐faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme Marlia Singgih Wibowo
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme • Faktor Intrinsik : pH, moisture content, Potensial oksidasi‐reduksi, kandungan nutrisi, kandungan antimikroba, struktur biologi, dll. • Faktor Ekstrinsik : temperatur, kelembaban relatif lingkungan, konsentrasi gas di lingkungan, dll.
pH Mikroba biasanya tumbuh baik pada rentang pH tertentu. Bakteri tumbuh baik pada rentang pH 4‐8, Ragi pada rentang pH 3‐6 Fungi dan eukariot lain pada 6,5‐7,5, Rentang pH intrasel biasanya lebih sempit. Contoh : E.coli tumbuh pada pH 6,5 ‐8, tetapi pH intraselnya adalah 7,8. • Thiobacillus ferrooxidans tumbuh baik pada pH 2 tetapi pH intraselnya adalah 6,5. • pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolisme yang terjadi di dalam sel, misalnya akumulasi produk metabolisme yang asam atau basa, sesuai kebutuhan pertumbuhannya. • • • • •
Cara penyesuaian pH • • • • •
Penambahan larutan asam/basa (HCl atau NaOH) Penambahan larutan asam lemah/basa lemah, mis.NH4OH sekaligus sebagai sumber N. Sumber N organik seperti Urea juga dapat digunakan Anion hasil fermentasi (mis.amonium asetat) Larutan buffer (fosfat) dapat pula digunakan namun terlalu mahal bila digunakan dalam skala industri.
Kelembaban (Moisture content ) dan Aktivitas air (Water activity) • Water content /moisture content : kandungan air di dalam suatu bahan (%W) • Water activity (aw = p/po), dimana p= tekanan uap larutan, po=tekanan uap air murni
• aw diukur pada temperatur yang sama (satuan 0 – 1,0) • RH (Relatif Humidity) = 100 x aw
Potensial oksidasi‐reduksi (O/R, Eh) • Mikroba mempunyai derajat sensitifitas tertentu terhadap potensial oksidasi‐reduksi dari medium pertumbuhannya. • Potensial O/R dari suatu substrat adalah nilai kemudahan substrat tersebut dalam mengeluarkan atau memperoleh elektron.
• Jika suatu senyawa kehilangan elektron dikatakan senyawa tersebut teroksidasi : oksidasi
Cu Cu + e‐ reduksi
• atau dapat pula dinyatakan dengan penambahan oksigen : 2 CuO 2 Cu + O2
• Suatu senyawa yang mudah melepas elektron adalah senyawa pereduksi yang baik, sedangkan yang mudah menangkap elektron adalah senyawa pengoksidasi yang baik. • Ketika elektron dipindahkan dari suatu senyawa ke senyawa yang lain, perbedaan potensial terjadi diantara kedua senyawa tersebut. • Perbedaan ini dapat diukur dengan suatu alat dan diekspresikan sebagai satuan mv (milivolt). • Senyawa yang dapat dioksidasi dengan mudah, maka potensial elektriknya makin positif, demikian sebaliknya.
• Potensial O/R suatu sistem disimbolkan Eh. Mikroba aerob memerlukan Eh positif (oksidasi) untuk pertumbuhan sedangkan mikroba anaerob memerlukan Eh negatif. • Beberapa bakteri biasanya memerlukan kondisi reduksi untuk permulaan tumbuh (Eh sekitar ‐200 mv) misalnya Clostridium, sedangkan yang lain ada yang perlu positif Eh, misalnya Bacillus. • Mikroba yang tumbuh di bawah kondisi reduksi disebut mikroaerofil (Lactobacilli, Streptococci).
Kandungan nutrisi • • • • •
air sumber energi (karbon) sumber nitrogen mineral vitamin dan faktor pertumbuhan lain
Kandungan antimikroba • Obat dan bahan obat : zat aktif atau pengawet • Makanan : Stabilitas makanan yang tahan terhadap pertumbuhan mikroba salah satunya adalah apabila di dalam makanan tersebut mengandung senyawa‐ senyawa yang bersifat antimikroba. Misalnya kandungan asam benzoat dalam buah cranberries, atau eogenol dalam cengkeh, lactenin dalam susu segar, dll.
Struktur biologi • Pada beberapa bahan alam, misalnya biji‐ bijian atau tanaman, Strukturnya dapat mencegah masuknya mikroba ke dalam makanan, misalnya, kulit buah, kulit biji, kulit telur dll.
Faktor ekstrinsik • Temperatur lingkungan • Kelembaban relatif • Keberadaan gas
Kelembaban relatif (RH) • Ada hubungan antara RH dan temperatur. Untuk menjaga agar suatu produk tidak ditumbuhi mikroba, RH lingkungan harus berlawanan dengan temperatur. Jadi bila temperatur tinggi, RH harus rendah. Demikian sebaliknya. • Di dalam lemari es, temperatur rendah, namun RH nya tinggi.
Keberadaan gas • Gas CO2 dapat membantu mengurangi tumbuhnya mikroba. Konsentrasi CO2 lebih 10% dapat digunakan untuk menghalangi kerusakan oleh mikroba. Misalnya penggunaan dry ice (CO2 padat), atau Ozon (O3)
Temperatur lingkungan Klmpk Mikroba Termofil
Min. 40 – 45
Optimum 55 – 75
Maks. 60 – 90
Mesofil
5 – 15
30 – 40
40 – 47
Psikrofil (obligat pskr)
‐5 ‐ +5
12 – 15
15 – 20
Psikrotrop (fakultatif pskr)
‐5 ‐ +5
25 – 30
30 – 35
Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme • Untuk keperluan produksi : temperatur lingkungan perlu disesuaikan dengan kebutuhan optimum pertumbuhan mikroorganisme produksi
• Untuk keperluan analisis : temperatur inkubasi selama analisis harus disesuaikan dengan temperatur optimum pertumbuhan mikroba uji
• Untuk keperluan sterilisasi : temperatur pemanasan untuk membunuh mikroorganisme kontaminan dihitung berdasarkan beberapa pertimbangan (mis. Jumlah mikroba asal, lama pemanasan, ukuran produk, dll.)
Pengaruh temperatur terhadap mikroorganisme • Kematian mikroorganisme yang disebabkan karena temperatur mengikuti orde pertama, bahwa pada pemberian temperatur lethal, kecepatan kematian tergantung pada jumlah sel hidup yang ada. • Persamaan matematiknya : dN/dt = ‐c N (kecepatan kematian/rate of death = konstanta proporsionalitas x jumlah sel hidup) Catatan : Tanda minus menunjukkan penurunan jumlah sel.
• Utk mendptkan informasi ttg jumlah sel yang bertahan (survived) setelah beberapa periode pemanasan yg berbeda2, persamaan ini dpt diintegrasikan antara waktu 0 s/d t sehingga memberikan persamaan :
Log e (N/N0) = ‐c t sehingga :
Log 10 (N/N0) = ‐ k t
• Kurva lethal mikroorganisme : Nilai D atau waktu pengurangan desimal adalah waktu pada temperatur tertentu bagi populasi yang survive berkurang sebesar 1 siklus log, yaitu 90% atau terjadi pengurangan jumlah mikroba sampai tersisa 10%.
Log N
N1 N2
D
t (waktu)
• Dari persamaan tsb kita dapat menurunkan suatu ukuran ketahanan organisme terhadap panas, yang berguna untuk perhitungan proses lethal karena panas.
D = (t2 – t1) (Log N1 – log N2) • Bila pada awal jumlah mikroba adalah 10n dan setelah proses panas menyebabkan penurunan desimal n (nD), maka pada nD, akan ada tinggal 1 mikroba yg survive di dlm produk (karena log 1 = 0). • Nilai D pada suatu suhu dinyatakan dalam bentuk : D65, D72, dsb.
• Jika kita berikan proses panas lebih lama, misalnya (n+1)D, (n+2)D atau (n+4)D, maka jumlah yg dapat bertahan menjadi 10 ‐1, 10 ‐2 atau 10 ‐4. • Hal ini bukan berarti nilainya kurang dari satu, tetapi yang dimaksud adalah terdapat 1 sel mikroba dalam setiap 10 produk, 1 dalam 100 atau 1 dalam 10.000.
Contoh • Jika D72 Salmonella senftenberg galur 775W (Salmonella yang paling tahan panas) di dalam susu adalah 1,5 detik, jadi proses pasteurisasi HTST (15 detik pada 72° C) akan menghasilkan penurunan jumlah sel 10D. • Jika diasumsikan keberadaan Salmonella di dalam susu segar adalah 1 CFU per liter, maka setelah pasteurisasi akan berkurang menjadi 10 ‐10 CFU per lt atau 1 CFU per (10 10 lt). • Hal ini berarti : bila susu tersebut dikemas dalam wadah 1 liter , 1 pak dari 10 10 pak akan mengandung Salmonella.
