BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Bakteri Kerusakan bahan pangan dapat disebabkan oleh faktor – faktor sebagai berikut : pertumbuhan dan aktivitas mikroba terutama bakteri, kapang, khamir, aktivitas enzim – enzim di dalam bahan pangan, serangga, parasit dan tikus, suhu termasuk oksigen, sinar dan waktu. Mikroba terutama bakteri, kapang dan khamir penyebab kerusakan pangan yang dapat ditemukan dimana saja baik di tanah, air, udara, di atas bulu ternak dan di dalam usus (Muchtadi, 1989 ). Tumbuhnya bakteri, kapang dan khamir di dalam bahan pangan dapat mengubah komposisi bahan pangan. Beberapa diantaranya dapat menghidrolisa pati dan selulosa atau menyebabkan fermentasi gula sedangkan lainnya dapat menghidrolisa lemak dan menyebabkan ketengikan atau dapat mencerna protein dan menghasilkan bau busuk atau amoniak. Bakteri, kapang dan khamir senang akan keadaan yang hangat dan lembab. Sebagian besar bakteri mempunyai pertumbuhan antara 45 – 55oC dan disebut golongan bakteri thermofilik. Beberapa bakteri mempunyai suhu pertumbuhannya antara 20 – 45oC disebut golongan bakteri mesofilik, dan lainnya mempunyai suhu pertumbuhan dibawah 20oC disebut bakteri psikrofilik ( Muchtadi, 1989). Umumnya bakteri membutuhkan air (Avalaible Water) yang lebih banyak dari kapang dan ragi. Sebagian besar dari bakteri dapat tumbuh dengan baik pada aw mendekati 1,00. Ini berarti bakteri dapat tumbuh dengan baik dalam konsentrasi gula dan garam yang rendah kecuali bakteri – bakteri yang memiliki toleransi terhadap konsentrasi gula dan garam yang tinggi. Media untuk sebagian besar bakteri mengandung gula tidak lebih dari 1% dan garam tidak lebih dari 0,85% (larutan garam fisiologis). Konsentrasi gula 3% - 4% dan garam 1 – 2% dapat menghambat pertumbuhan beberapa jenis bakteri (Muchtadi,1989). Bakteri tumbuh dengan cara pembelahan biner, yang berarti satu sel membelah menjadi dua sel. Waktu generasi yaitu waktu yang dibutuhkan oleh sel
1
untuk membelah, bervariasi tergantung dari spesies dan kondisi pertumbuhan. Semua bakteri yang tumbuh pada makanan bersifat heterotropik yaitu membutuhkan zat organik untuk pertumbuhannya. Dalam metabolismenya bakteri heterotropik menggunakan protein, karbohidrat, lemak dan komponen makanan lainnya sebagai sumber karbon dan energi untuk pertumbuhannya. Jika tumbuh pada bahan pangan, bakteri dapat menyebabkan berbagai perubahan pada penampakan maupun komposisi kimia dan cita rasa bahanpngan tersebut. Perubahan yang dapat terlihat dari luar yaitu perubahan warna, pembentukan lapisan pada permukaan makanan cair atau padat, pembentukan lendir, pembentukan endapan atau kekeruhan pada miniman, pembentukan gas, bau asam, bau alkohol, bau busuk dan berbagai perubahan lainnya (Fardiaz, 1992). Syarif dan Halid (1993) menyatakan bahwa identifikasi jenis bakteri berdasarkan sifat morfologi, biokimia, fisiologi dan serologi adalah sebagai berikut : 1. Bakteri gram positif a. Kokus -
Katalase positif : Staphylococcus.
-
Katalase negatif : Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus.
b. Batang -
Anaerobik
atau
fakultatif
anaerobik
:
Clostridium
botulinum,
Lactobacillus, Propionic bacterium - Aerobik : Bacillus 2. Bakteri gram negatif a. Fermentatif ( Batang ) : Proteus, Escherisia coli, Enterobacter. c. Non fermentatif ( spiral / batang ) : Pseudomonas, Aclaligenes. Adapun skema pengamatan bakteri berdasarkan sifat – sifat morfologi, biokimia, fisiologi dan serologi dengan pewarnaan gram adalah sebagai berikut:
2
GAMBAR 1. SKEMA UMUM CARA IDENTIFIKASI BAKTERI DENGAN PEWARNAAN Pewarnaan Gram
Gram Positif
Kokus
Gram Negatif
Batang
fermentatif
Non fermentatif
Katalase
Katalase
Positif
Negatif
Anaerobik
Aerobik
Sumber : Syarif & Halid (1993) Menurut Fardiaz (1992), Jenis – jenis bakteri koki gram positif adalah famili Micrococcaceae dan famili Streptococcaceae. Famili Micrococcaceae bersifat aerobik dan katalase positif sedangkan Streptococcaceae bersifat katalase negatif, berbentuk kokus dalam rangkaian membentuk rantai atau tetrad. Bakteri ini tidak mempunyai beberapa atau semua komponen sitokroma. Staphylococcus merupakan bakteri berbentuk bulat yang terdapat dalam bentuk tunggal, berpasangan, tetrad atau berkelompok seperti buah anggur. Nama bakteri ini berasal dari bahasa “Staphele” yang berarti anggur. Beberapa spesies
3
memproduksi pigmen berwarna kuning sampai oranye. Misalkan Staphylococcus aureus, ini merupakan bakteri yang membutuhkan Nitrogen Organik ( Asam Amino ) untuk pertumbuhannya dan bersifat fakultatif. Kebanyakan galur Staphylococcus aureus bersifat patogen dan memproduksi enterotoksin yang tahan panas, dimana ketahanan panasnya melebihi sel vegetatifnya. Beberapa galur, terutama yang bersifat patogenik, lipolitik dan betahemolitik (Syarief & Halid,1993). Klebsiella, batang berkapsul nonmotil 0,3 – 1,5 µm x 0,6 – 6,0µm tertata tunggal, berpasangan atau dalam rantai pendek. Pertumbuhan pada medium ekstrak daging menghasilkan koloni – koloni yang sedikit banyak berbentuk kubah, berkilauan dengan kelengketan yang beragam. Tidak mempunyai persyaratan tumbuh yang khusus, kebanyakan galur dapat menggunakan sitrat dan glukose sebagai sumber C satu – satunya dan amonia sebagai sumber N. Suhu optimum untuk pertumbuhan ialah 35 – 37oC ( Pelczar dan Chian, 1996). 1. Perbedaan Bakteri Gram Positif dan Bakteri Gram Negatif Menurut Klien, et. all, (1999) menyatakan bahwa gram positif dinding selnya mengandung peptidoglikan dan juga asam teikoat dan asam teikuronat. Oleh sebab itu dinding sel bakteri gram positif sebagian adalah polisakarida. Pada beberapa bakteri asam teikoat merupakan antigen permukaan (antigen dinding sel), dan ada yang merupakan selaput pada selnya. Asam teikoat ini pada umumnya terdiri dari gula netral seperti galaktosa, manosa, ramnosa, arabinosa dan glukosamin. Lapisan yang demikian itu akan menyelimuti seluruh sel bakteri sehingga menyerupai selubung yang kuat dan dinamakan murein. Sedangkan pada dinding sel bakteri gram negatif terdapat peptidoglikan yang sedikit sekali dan berada diantara selaput luar dan selaput dalam dinding sel. Dinding sel bakteri gram negatif sebelah luar merupakan komponen yang terdiri dari fosfolipid dan beberapa protein yang sering disebut sebagai auto layer.
4
TABEL 1. PERBEDAAN RELATIF SIFAT BAKTERI GRAM POSITIF DAN BAKTERI GRAM NEGATIF Sifat
Perbedaan Relatif Bakteri gram positif
Bakteri gram negatif
Komposisi dinding sel
Kandungan lipid rendah (1-4 %)
Kandungan lipid tinggi (11 – 22 % )
Ketahanan terhadap penisilin
Lebih sensitif
Lebih tahan
Penghambatan oleh pewarna basa
Lebih dihambat
Kurang dihambat
Kebutuhan Nutrien
Kebanyakan spesies relatif komplek
Relatif sederhana
Ketahanan terhadap perlakuan fisik
Lebih tahan
Kurang tahan
Sumber : Fardiaz, 1992 2. Pertumbuhan Jasad Renik Menurut Fardiaz ( 1992 ), pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup. Pada organisme multiseluler, yang disebut pertumbuhan adalah peningkatan jumlah sel per organisme, dimana ukuran sel juga menjadi lebih besar. Pada organisme uniseluler ( bersel tunggal ) pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel. Menurut Fardiaz ( 1992 ), sifat – sifat fisik, kimia, dan struktur makanan yang mempengaruhi populasi dan pertumbuhan mikroorganisme adalah faktor intrinsik. Faktor – faktor tersebut adalah pH, air, potensi oksidasi – reduksi, kandungan nutrisi senyawa mikroba dan struktuk biologi. a. Nilai pH Nilai pH medium sangat mempengaruhi jenis jasad renik yang dapat tumbuh. Jasad renik pada umumnya dapat tumbuh pada kisaran pH 3 – 6 unit. Kebanyakan bakteri mempunyai pH optimum, yaitu pH dimana pertumbuhannya maksimum sekitar 5 – 7,5. Pada pH dibawah 5,0 dan diatas 8,5 bakteri tidak dapat
5
tumbuh dengan baik. Sebaliknya, khamir menyukai pH 4 – 5 dan dapat tumbuh pada kisaran pH 2,5 – 8,5. Kapang mempunyai pH optimum 5 – 7, tetapi seperti halnya khamir, kapang masih dapat hidup pada pH 3 – 8,5. b. Air Sel jasad renik memerlukan air untuk hidup dan berkembangbiak, oleh karena itu pertumbuhan sel jasad renik didalam suatu makanan sangat dipengaruhi oleh jumlah air yang tersedia. Jasad renik mempunyai kebutuhan aw minimal yang berbeda – beda untuk pertumbuhannya. Tabel 1 menunjukkan batas aw minimal untuk pertumbuhan beberapa kelompok jasad renik. Bakteri pada umumnya membutuhkan aw mendekati 1,00. Aw bahan pangan adalah air bebas yang terkandung dalam bahan pangan, yang dapat digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya ( Syarif & Halid, 1993 ).
TABEL 2. BATAS Aw MINIMAL UNTUK PERTUMBUHAN JASAD RENIK PENYEBAB KEBUSUKAN MAKANAN
Kelompok Jasad Renik
Aw minimal 0,91 0,88 0,80 0,75 0,65 0,61
Bakteri Khamir Kapang Bakteri halofilik Fungi Xerofilik Khamir Osmofilik Sumber : Bone (1975) dalam Winarno (1993) c. Potensi Oksidasi – Reduksi
Mikroorganisme berbeda dalam sensitifitasnya terhadap potensi oksidasi – reduksi dari medium pertumbuhannya. Potensi oksidasi – reduksi dari substrat menunjukkan kemampuan substrat untuk melepaskan elektron (teroksidasi) atau menerima elektron (tereduksi).
6
Beberapa bakteri aerobik tumbuh lebih baik pada kondisi tereduksi, dan bakteri semacam ini disebut bakteri mikroaerofilik. Bakteri yang mempunyai kemampuan untuk tumbuh pada keadaan aerobik maupun anaerobik dan disebut anaerob fakultatif. Kebanyakan kapang dan khamir yang tumbuh pada makanan bersifat aerobik, dan hanya beberapa yang bersifat anaerobik fakultatif. d. Kandungan Nutrisi Untuk dapat tumbuh dan berfungsi secara normal, mikroorganisme membutuhkan komponen – komponen sebagai berikut : air, sumber energi, sumber nitrogen, mineral, vitamin dan faktor pertumbuhan lainnya. Dari kebutuhan nutrien pertumbuhan, kapang mempunyai kebutuhan nutrien yang paling minimal, diikuti dengan khamir kemudian bakteri gram negatif, sedangkan bakteri gram positif mempunyai kebutuhan nutrien yang paling tinggi. e. Senyawa Anti Mikroba Ketahanan makanan terhadap serangan mikroorganisme juga dipengaruhi oleh adanya senyawa – senyawa anti mikroba yang disebut laktenin dan suatu senyawa antikoliform. Senyawa anti mikroba yang lainnya yaitu lisozim didalam putih telur dan asam benzoat didalam buah – buahan ( cranberries ). f. Struktur Biologi Beberapa bahan pangan mempunyai struktur spesifik yang melindungi terhadap masuknya organisme pembusuk dan proses pembusukan selanjutnya. Selain itu yang mempengaruhi kecepatan pembusukan oleh organisme pembusuk adalah tekstur bahan pangan. Menurut Fardiaz ( 1992 ), menyatakan bahwa ada 4 fase pertumbuhan jasad renik, yaitu : 1) Fase Adaptasi Merupakan persiapan dan penyesuaian diri dengan kondisi pertumbuhan dan lingkungan yang baru. Waktu penyesuaian ini umumnya berlangsung selama 2 jam.
7
2) Fase Pembelahan Setelah beradaptasi sel – sel ini akan tumbuh dan membelah diri secara eksponensial sampai jumlah maksimal yang dapat dibantu oleh kondisi lingkungan yang dicapai untuk melakukan pembelahan. Kebanyakan bakteri pada fase ini berlangsung selama 8 – 24 jam. 3) Fase Tetap ( Stationary Phase ) Pertumbuhan populasi mikroorganisme dibatasi oleh habisnya bahan gizi yang tersedia atau penimbunan zat racun sebagai hasil akhir metabolisme. Sehingga kecepatan pertumbuhan menurun, mulai ada yang mati. Pembelahan terhambat pada suatu saat terjadi jumlah bakteri yang tetap sama. 4) Fase Kematian ( Death Phase ) Sel – sel yang berada dalam fase tetap akhirnya akan mati bila tidak dipindahkan ke media segar lainnya. Dalam bentuk logaritmik fase menurun atau kematian merupakan penurunan secara garis lurus yang digambarkan oleh jumlah sel – sel hidup terhadap waktu, jumlah bakteri hidup berkurang dan menurun. 4. Kurva Pertumbuhan Jasad Renik GAMBAR 2. KURVA PERTUMBUHAN JASAD RENIK
Sumber : Fardiaz, 1992
5. Pengaruh Pengawetan Makanan Terhadap Pertumbuhan Jasad Renik Salah satu penyebab kerusakan bahan pangan adalah karena terjadinya pertumbuhan jasad renik pada makanan tersebut. Supaya makanan menjadi lebih awet, maka dilakukan proses pengawetan makanan. Dalam pengawetan makanan, prinsipnya adalah memberi perlakuan terhadap makanan. Sedemikian rupa untuk mencapai salah satu dari tujuan pengawetan makanan sbb :
8
1. Mengurangi jumlah awal sel jasad renik didalam makanan. 2. Memperpanjang
fase
adaptasi
semaksimum
mungkin
sehingga
pertumbuhan jasad renik di perlambat. 3. Memperlambat fase pertumbuhan logaritmik. 4. Mempercepat fase kematian sel jasad renik. Beberapa
prinsip
pengawetan
yang
dapat
diterapkan
untuk
memperpanjang masa simpan makanan sebagai berikut : 1. Mengurangi kontaminasi awal 2. Membuat Lingkungan yang tidak cocok untuk pertumbuhan jasad renik misalnya dengan : a. Menurunkan aw atau RH ( kelembaban Relatif ) dengan pengeringan dan penambahan gula atau garam. b. Menurunkan pH dengan cara fermentasi. c. Menurunkan suhu dengan cara pendinginan atau pembekuan. d. Menghilangkan oksigen dengan cara pengepakan vakum. e. Penambahan zat penghambat jasad renik. B. Penggaraman Penggaraman dapat memperpanjang umur simpan produk, karena garam mempunyai sifat bakteriosid ( daya membunuh ) dan bakteriostatik ( daya menghambat ). Aksi Osmotik larutan garam terhadap bahan pangan disebabkan karena bahan pangan bertindak sebagai suatu membran semipermiabel itu menurunkan kadar air sehingga garam berperan untuk menghambat kegiatan bakteriologis dan enzimatis ( Ilyas dan Arifudin, 1972 ). Menurut Rahayu, et al, ( 1992 ), garam dapat berfungsi sebagai penghambat pertumbuhan mikroorganisme pembusuk patogen karena mempunyai sifat – sifat antimikroba sebagai berikut : 1. Garam akan meningkatkan tekanan osmotik substrat. 2. Garam menyebabkan terjadinya penarikan air dari dalam bahan pangan, sehingga aw bahan pangan akan menurun dan mikroorganisme tidak akan tumbuh.
9
3. Garam
mengakibatkan
terjadinya
penarikan
air
dari
dalam
mikroorganisme, sehingga sel akan kehilangan air dan mengalami pengerutan. 4. Ionisasi garam akan menghasilkan ion khlor yang beracun terhadap mikroorganisme. 5. Garam dapat mengganggu kerja enzim proteolitik karena dapat mengakibatkan terjadinya denaturasi protein. Menurut Hudaya & Daradjat (1980 ), mengatakan bahwa ada 3 keadaan yang dapat mempengaruhi aktivitas pertumbuhan mikroorganisme yaitu : pertama, lingkungan yang sangat menguntungkan bagi tersedianya zat – zat makanan untuk mikroorganisme, konsentrasi yang ideal itu yang dinamakan isotonik artinya kandungan sel bakteri mempunyai konsentrasi yang sama dengan medium sekelilingnya atau bahan makanan. Kedua, keadaan hypotonik yaitu keadaan dimana medium mempunyai kerapatan molekul yang lebih rendah daripada sel – sel jasad renik. Ketiga, keadaan hypertonik ( plasmolisa ) dimana medium atau bahan makanan mempunyai kerapatan molekul yang lebih besar daripada sel – sel jasad renik. Kadar garam tinggi didalam produk fermentasi garam dapat menghambat pertumbuhan bakteri patogen, kecuali Staphylococcus aureus yang masih mungkin tumbuh pada beberapa produk dengan kadar garam agak tinggi yaitu sampai 7 – 10%. Staphylococcus aureus akan dihambat pertumbuhannya pada konsentrasi garam 15 – 20% dan pH dibawah 4,5 – 5, sedangkan bakteri pembentuk toksin yang berbahaya yaitu Clostridium botulinum tipe E yang sering ditemukan pada ikan segar dapat dihambat pertumbuhannya pada konsentrasi garam 10 – 12% dan pH dibawah 4,5. Salmonella akan terhambat pertumbuhannya pada konsentrasi garam 6% ( Rahayu et. al, 1992 ). Pada umumnya konsentrasi 10 – 15% sudah cukup untuk membunuh sebagian besar jenis – jenis bakteri, kecuali jenis “halofilik” yaitu jenis bakteri yang tahan terhadap konsentrasi garam 26,6% ( Hudaya & Daradjat, 1980 ).
10
C. Tawas Tawas terjadi dari proses pelapukan dari batuan yang mengandung mineral sulfida didaerah vulkanis (Solfatora) atau terjadi didaerah batu lempung, serpih atau batu asbak yang mengandung Pirit ( Fe ) dan Markasit ( FeS2 ). Kebanyakan tawas dijumpai dalam bentuk padat batu lempung, serpih ataupun batu sabak ( Sukandarrumidi, 1999 ). Tawas (Al2(SO4)314H2O) merupakan endapan putih yang tidak larut dan berbentuk gelatin yang mempunyai sifat yang dapat menarik partikel – partikel lain sehingga berat, ukuran dan bentuknya menjadi semakin besar dan mudah mengendap ( Rifai, 2002 ) Food And Drug Administration menyatakan bahwa (Al2(SO4)314H2O) atau tawas dikatakan aman jika di tambahkan dalam bahan makanan dalam batas – batas tertentu (Desroisier, 1998). a. Peranan Tawas Terhadap Pertumbuhan Bakteri Menurut Ilyas & Arifudin
( 1972 ), bahan – bahan yang sengaja
ditambahkan kedalam bahan pangan adalah untuk memperbaiki warna, tekstur, bentuk, citarasa atau memperpanjang umur simpan. Tawas yang mempunyai rumus (Al2 (SO4)2 14H2O) dalam bentuk larutan yang bersifat asam dan berfungsi sebagai astrigent ( sifat yang dapat menurunkan pH makanan mengkerut jaringan, sehingga menghambat pertumbuhan bakteri pembusuk). Dilihat dari peranannya dalam pengurangan air maka bahan pangan yang dilakukan dengan tawas akan menurunkan kandungan air dengan mengikatnya dalam pemakaian tawas. Hal ini karena dalam tawas adanya tekanan osmotik yang menarik air keluar dari bahan pangan tersebut. Menurut Pelczar, Chael dan Chian (1996), bahwa banyak faktor dan keadaan dapat mempengaruhi penghambatan atau pembasmian mikroorganisme oleh bahan atau proses antimikrobial antara lain sebagai berikut :
11
a. Konsentrasi atau Intensitas Zat Antimikrobial Bahwa peluang untuk mengenai suatu sasaran sebaning tidak hanya terhadap jumlah Bakteri yang ada tetapi juga terhadap konsentrasi atau intensitas sarana fisik. Makin banyak konsentrasi atau molekul zat-zat kimia yang kita berikan dalam suatu waktu tertentu, makin cepat sel-sel tersebut akan terbunuh lebih cepat. b. Jumlah Mikroba Ini merupakan pernyataan kembali yang jelas mengenai pola kematian Eksponensial, artinya diperlukan banyak waktu untuk membunuh populasi dan bila jumlah selnya banyak maka perlakuan harus diberikan lebih lama. c. Suhu Kenaikan suhu yang sedang secara besar dapat menaikkan keefektifan suatu disinfektan atau bahan dari mikrobial. Hal itu diterangkan dengan faktor faktor berikut : 1) Zat kimia merusak mikroorganisme melalui reaksi-reaksi kimia 2) Laju reaksi kimiawi dipercepat dengan meingkatkan suhu d. Spesies Mikroorganisme Spesies mikroorganisme menunjukan kerentanan yang berbeda – beda terhadap sarana fisik dan bahan kimia. Hal itu dapat diketahui bahwa pada spesies pembentukan spora, sel vegetatif yang sedang tumbuh lebih mudah dibunuh dibandingkan dengan sporanya. e. Adanya Bahan Organik Adanya bahan organik asing dapat menurunkan dengan nyata keefektifan zat kimia antimikrobial dengan cara menginaktifkan bahan – bahan tersebut atau melindungi mikroorganisme dari padanya. f. Keasaman atau Kebasaan (pH)
12
Mikroorganisme yang terdapat pada bahan dengan pH asam dapat di basmi pada suhu yang lebih rendah dan dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan mikroorganisme yang sama di dalam lingkungan basa. Mikroorganisme dapat disingkirkan, dihambat atau dibunuh dengan sarana atau proses fisik atau bahan kimia yang tersedia berbagai teknik dan sarana yang bekerja menurut berbagai macam cara yang berbeda – beda. Proses fisik adalah suatu prosedur yang mengakibatkan perubahan. Sedangkan bahan kimia adalah suatu substansi (padat, cair, atau gas) yang dicirikan oleh komposisi molekuler yang pasti dan menyebabkan terjadinya reaksi. Cara kerja bahan – bahan kimia tersebut ada yang dapat mematikan bentuk – bentuk vegetatif bakteri yang disebut bakteriosida, dan ada yang hanya menghambat pertumbuhan bakteri yang disebut bakteriostatis ( Pelczar, Chael dan Chian, 1996 ) Menurut Nurrahman dan Isworo (2002), hal – hal yang diperoleh dari perendaman menggunakan tawas antara lain : 1. Umur atau daya simpan ikan asap dapat diperpanjang 2. Warna ikan asap lebih putih 3. Menghilangkan bau amis 4. Menghilangkan rasa pahit 5. Tekstur pada daging menjadi kompak 6. Kadar proteinnya tidak berkurang
13
D. Kerangka Konsep GAMBAR 3. KERANGKA KONSEP
Kultur Murni
Konsentrasi Tawas
Total Bakteri
Variabel Bebas
Variabel Terikat
-
Jumlah Air Jumlah Bakteri awal Jenis Bakteri
Variabel Terkendali E. Hipotesa 1. Ada pengaruh konsentrasi tawas dengan pertumbuhan bakteri gram positif dan bakteri gram negatif.
14
