FERMENTASI

• Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.
• Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk sampah (buangan). 
• Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. 
• Fermentasi menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi aerobik.
• "Glikolisis aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah. 
• Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata) menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk menghasilkan ATP. 
• Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. 
• Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. 
• Sebagai contoh, pada manusia, fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit.
• Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang diperlukan untuk glikolisis. 
• Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerobik.

PENGERTIAN FERMENTASI

• Ferfere (Bahasa Latin) artinya mendidihkan → menggambarkan saribuah anggur yang  difermentasi
• Louis Pasteur : Penguraian gula menjadi alkohol dan CO₂ oleh aktivitas mikroorganisme (khamir), terjadi tanpa suplai udara/oksigen
• Fermentasi adalah  proses penguraian menjadi alkohol dan CO₂  yang berlangsung karena adanya ekstrak khamir atau enzim-enzim yang terdapat dalam ekstrak tersebut

DEFINISI MODERN FERMENTASI

• Proses peruraian senyawa-senyawa organik secara anaerobik oleh aktivitas mikroorganisme atau ekstrak dari sel-sel tersebut  Contoh : fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat
• Reaksi oksidasi-reduksi di dalam sistem biologi yang menghasilkan energi, dengan senyawa-senyawa organik berperan sebagai donor dan aseptor elektron Contoh : sel yeast dapat memperoleh 2 molekul ATP per molekul glukosa bila difermentasikan menjadi etanol

 SEJARAH FERMENTASI

• 6000 SM, khamir telah digunakan untuk pembuatan minuman beralkohol.
• 4000 SM, di Mesir khamir digunakan sebagai pengembang roti.
• Abad ke 14 ditemukan metode destilasi alkohol.
• Di Timur Tengah dan China bakteri asam laktat telah digunakan untuk pengawetan susu.
• Bakteri asam asetat ditemukan sebelum penemuan Anthony Van Leuwenhoek.
• Colombus di Amerika mengembangkan fermentasi jagung.
• 1800-an, Carlsberg mengembangkan starter untuk inokulum bir.
• 1803, Thenard menemukan khamir penghasil alkohol
• 1857, Edward Buchner menemukan mikrobia penghasil alkohol.
• 1901, Rudolf Emmerich & Oscarlow menemukan antibiotik dihasilkan oleh Pseudomonas geruginosa
• 1918, Chaim Wismann menemukan Clostridium penghasil aseton.
• 1923, Pfizer menemukan Aspergillus niger penghasil asam sitrat.
• 1928, A. Fleming menemukan Penisilin oleh P. notatum untuk mengham bat pertumbuhan Staphylococcus aureus
• Selman Waksman menemukan Streptomyces griseus, mikrobia penghasil streptomisin.
• 1957, Louis Pasteur menemukan khamir penghasil alkohol, fermentasi vitamin, antibiotik, asam amino dan steroid.
• Tahun 1900-1920 merupakan periode penting perkembangan fermentasi gliserol, aseton, butanol dan enzim.
• 1960 mulai dikembangkan produksi biomassa oleh mikrobia untuk sumber protein.
• Periode selanjutnya penelitian lebih ditujukan pada rekayasa genetik.

MANFAAT FERMENTASI

1. Pengawetan makanan
2. Penganekaragaman pangan
3. Menghambatan pertumbuhan mikroorganisme patogen
4. Meningkatkan nilai gizi makanan

Dalam makanan fermentasi nilai gizi dapat meningkat karena:

1. Mikroorganisme juga menghasilkan vitamin dan faktor-faktor tumbuh
2. Daya cerna makanan meningkat
3. Penguraian selulosa dan hemiselulosa dll yang tidak dapat dicerna oleh manusia menjadi gula-gula sederhana

Bahan Baku Fermentasi

1. Bahan baku utama (sumber energi/karbon)  fasa gas, cair atau padat mengandung gula dasar, pati atau lignoselulosa terdefinisi, ramuan kompleks atau limbah
2. Nutrisi sumber nitrogen dan mineral, vitamin faktor pertumbuhan
3. Air dan udara
4. Bahan lain inhibitor stabilisator antibusa pengatur pH

Mikroorganisme penyebab fermentasi:

1. Mikroorganisme proteolitik (pengurai protein) Protein à nitrogen dan senyawa2 berbau busuk
2. Mikroorganisme lipolitik (pengurai lipid) Lipid à senyawa2 berbau tengik atau bau amis
3. Fermentasi (pengurai karbohidrat/glukosa) karbohidrat à alkohol, asam organik, dan co2

Aktivitas mikroorganisme pada bahan makanan

• Fermentasi gula oleh ragi Sacharromyces cerevisiae dan S. ellipsoideus. Reaksi umumnya: 

C₆H₁₂O₆                2 C₂H₅OH + 2 CO₂

                                                    glukosa                             etanol

• diterapkan pada pembuatan wine, bir dan roti
• Fermentasi alkohol menjadi asam asetat pada kondisi aerob oleh Acetobacter aceti. Reaksi:

C₂H₅OH + O₂                                   CH₃COOH + H₂O

                                                etanol                                           asam asetat

• diterapkan pada pembuatan asam cuka
• Fermentasi laktosa oleh Streptococcus lactis yang menghasilkan asam laktat. Asam laktat meng koagulasi  susu sehingga dapat menghasilkan koagulan untuk pembuatan keju.
• Asam yang dihasilkan pada butir (2) dapat dicerna lebih                 lanjut oleh kapang dalam kondisi aerob. Bila hal ini terjadi maka sifat mengawetkannya terhadap  pertumbuhan mikroorganisme lain hilang.
• Protein dapat diuraikan oleh mikroorganisme proteolitik seperti Proteus vulgaris, yang meng ha silkan berbagai  produk yang mengandung nitrogen yang berbau busuk
• Lipida dapat dicerna oleh bakteri lipolitik seperti Alkaligenes lipolyticus sehingga menghasilkan asam lemak, yang dapat diuraikan lebih lanjut menjadi zat-zat yang bau amis.
• Clostridium spp  tumbuh pada makanan berkadar asam rendah (pH > 4,6). Dalam makanan berkadar asam tinggi (pH ≤ 4,6) bakteri ini tidak tumbuh
• Produk Teknologi Fermentasi Komersial
• Fermentasi dengan produk biomassa (sel mikroba) contoh : SCP (Spirulina, Sancorella) spora Penicillium roquefortii (keju) Rhizobium sp.(simbiosis dg tan Leguminoceae) Bakteri asam laktat (yoghurt) B. thuringensis (kristal protein → insektisida
• Fermentasi dengan produk enzim mikroba contoh : amylase, protease, pektinase, peroksidase,glukooksidase dll. Produksi enzim oleh sel mikroba dpt ditingkatkan dg cara modifikasi pengendalian kondisi lingkungan (mis, pemberian induser pada kultur) Enzim mikroba dapat dibedakan atas : - enzim ekstrasel - enzim konstitutif - enzim intrasel - enzim induktif
• Fermentasi dengan produk metabolit mikroba metabolit primer, senyawa antara yg disintesis oleh aktivitas sel pd fase pertumbuhan     (trofofase) metabolit sekunder, senyawa yang disintesis sel setelah fase pertumbuhan (iodofase)
• Fermentasi dengan produk hasil Biokonversi melalui modifikasi suatu senyawa yg ditambahkan ke dalam medium fermentasi untuk menghasilkan senyawa lain. Contoh : progesterone → 11- α hidroksiprogesterone  Beberapa produk fermentasi yang penting

1. Ethanol  Saccharomyces cerevisiae            Industrial solvents, beverages
2. Glycerol  Saccharomyces cerevisiae            Production of explosives
3. Lactic acid Lactobacillus bulgaricus            Food and pharmaceutical
4. Acetone and butanol Clostridium acetobutylicum         Solvents
5. A-amylase  Bacillus subtilis                         Starch hydrolysis

Review

Jadi Pada kebanyakan tumbuhan dan hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob / peragian

Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol dan fermentasi asam cuka.

Agar Imaginasinya masuk lihatlah gambar ini terlebih dahulu OK

Fermentasi Asam Laktat

• Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. 
• Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

• Bahan : Glucosa (C6)
• Produk : Asam Laktat (C3)
• Kondisi: Anaerob (tanpa O2)
• Tempat : Otot /sel yang kurang O2 karena aktifitas tinggi
• Proses : Hanya berlangsung Glikolisis saja tanpa Siklus krebs dan STE
• di sel : di Sitoplasma
• Short cut energi : mengubah langsung asam piruvat menjadi asam laktat bukan diubah
• jadi asetil CoA mengingat nggak ada O2 di mitocondria
• Akseptor H+ : Asam Piruvat bukan O2 maka fermentasi asam laktat ini tidak terbentuk Air
• Energi : 2 ATP

REVIEW

 
untuk jelasnya lihat

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi
enzim

Prosesnya :

1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).
enzim
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat/Asam susu .
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvatdehidrogenase

Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

• Bagaimana caranya agar otot yang kaya akan asam laktat (membuat lelah) bisa hilang ? prosesnya gimana ya ? bahayakah fermentasi asam laktat ini ?

• Untuk hal ini kami akan paparkan imaginasi anda dengan melihat skema siklus Cory ini
• Apa lagi itu siklus Cory ? 
• Kok bisa ya tubuh mengubah asam laktat menjadi asam piruvat kembali ? 
• siapa sih yang melakukan ini di tubuh ? 
• Cory mempelajarinya secara detail .

Fermentasi Alkohol

• Pada beberapa mikroba sacharomyces

• Peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.
• Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya :

1. Gula (C6H12O6) ———— asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarboksilasi asam piruvat.

• Asampiruvat ———————————————————— asetaldehid + CO2.               piruvat dekarboksilase CH3CHO)

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HsOH + 2 NAD.
enzim alkohol dehidrogenase


Kesimpulan : senyawa Asetaldehid adalah Akseptor ion H+ dari NADH

Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

untuk jelasnya lihat skema ini



Fermentasi Asam Cuka

• Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. 
• Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol. 
• Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Reaksi:
aerob
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH ———————————————> 2 CH3COOH + H2O + 116 kal
(glukosa) bakteri asam cuka asam cuka

Fermentasi asam cuka ini berjalan aerob karena menghasilkan H2O ( Air )
Tetap disebut Fermenasi meskipun Aerob karena bahannya Alkohol senyawa produk dari fermentasi

maka jika ada Bir terbuka diatas meja lama kelamaan rasa Bir jadi asem karena alkohol
diteruskan dirubah oleh Acetobacter Acet jadi cuka dalam keadaan aerob

Jadi sekali lagi saya ulangi  

• Fermentasi ada 3 yaitu:

1. Fermentasi Asam Laktat : merupakan proses fermentasi yang menghasilkan As am Laktat (asam susu = asam lelah), terjadi pada hewan tingkat tinggi dan manusia,menghasilkan Asam Laktat sebagai produk sampingan yang mengakibatkan: napas tersengal-sengal, pegal-pegal di sekujur tubuh, dihasilkan energi sebesar 2 ATP, reaksi sederhananya: 2CH3CCOCOOH → 2CH3CHOHCOOH + 47 kkal
2. Fermentasi Alkohol : proses fermentasi yang menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan, terjadi pada sel Ragi (Saccharomyces cerreviceae), menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan. Alkohol mengakibatkan racun bagi organisme tersebut, energi sebesar 2 ATP + 2 NADH2, reaksi sederhananya: 2CH3COCOOH → 2CH3CH2OH + 2CO2 + 28 kkal
3. Fermentasi Asam Cuka : proses fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob dan menghasilkan asam cuka, terjadi pada bakteri asam cuka, substratnya adalah Etanol (Alkohol), dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari fermentasi alkohol, yaitu 10 ATP

REFRENSI FERMENTASI LAINNYA KLIK INI

KEMOSINTESIS

Pada Tumbuhan hijau untuk membuat energi yang membutuhkan bahan organik, bahan organik itu dapat dibentuk dengan melakukan asimilasi C atau fotosintesis dengan mengubah bahan anorganik menjadi bahan organik menggunakan bantuan cahaya sebagai sumber energi perubahnya. begitu pula pada bakteri yang berklorofil seperti ( bakterio purpurin maupun bakterio khlorofil).
Dalam pembuatan energi dari bahan anorganik menjadi bahan organik itu ternyata tidak selalu menggunakan energi matahari . ada kelompok organisme yang mampu membuat bahan organik dari anorganik itu tanpa menggunakan cahaya tetapi menggunakan energi dari hasil reaksi kimia . lebih mudahnya melakukan anabolisme tanpa energi matahari yaitu dengan menggunakan energi yang berasal dan hasil dari reaksi-reaksi kimia, energi hasil reaksi kimia itu digunakan untuk membentuk bahan anorganik menjadi bahan organik , peristiwa biologi tersebut dikenal dengan Kemosintesis.

• Contoh khemosintesis misalnya dalam

1. pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur
2. pembentukan nitrat oleh bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri NC.NS dan NB.

• Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.
• Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).

Pembentukan bahan organik nitrat dari bahan anorganik NH3

• Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:

Organisme yang melakukannya disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang DIHASILKAN tersebut akan digunakan untuk asimilasi karbon. ( ingat Reaksi gelap energi dapat dari Reaksi terang)

• Contoh, bakteri nitrit : Nitrosomonas, Nitrosococcus , NitrosoBacter spt reaksi diatas

• contoh lainnya : Bakteri belerang : Thiobacillus, Bagiatoa

• 2S + 2H2 O + 3O2 2H2 SO4 + 284, 4 kal.

Berikut picture. organisme yang melakukan khemosintesis dengan prosesnya

• Sebagaimana telah Anda ketahui, bahwa sumber energi pada proses reaksi penyusunan (sintesis) molekul gula (karbohidrat) dari molekul CO2 dan H2O yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup, adalah cahaya (foton) matahari, tetapi tidak semua makhluk hidup menggunakan cahaya sebagaisumber energinya.
• Contohnya pada beberapa mikroorganisme seperti bakteribelerang, bakteri nitrit, bakteri nitrat, dan bakteri besi memperoleh energi dengan cara mengoksidasi senyawa kimia.
• Jadi, jika pada proses penyusunanbahan organik yang menggunakan sumber energi dengan cara pengoksidasian (pemecahan) senyawa kimia disebut kemosintesis.

• Beberapa bakteri kemosintesis ini mempunyai kemampuan seperti organism berklorofil, yaitu mampu membuat karbohidrat dari bahan mentah anorganik, tetapi mereka tidak menggunakan energi cahaya untuk melakukan hal itu.
• Pengubahan karbon dioksida menjadi karbohidrat dapat pula terjadi dalam sel-sel hewan seperti pada sel-sel tumbuhan. Reaksi "gelap" yang menentukan juga diketahui berlangsung dalam sel-sel bakteri kemoautotrop.
• Mereka memperoleh energi dan elektron-elektron dengan melaksanakan oksidasi beberapa substansi tereduksi yang ada di alam sekitarnya.
• Energi bebas tersedia oleh oksidasi ini kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.
• Bakteri belerang yang kemoautotrop mengoksidasi H2S di tempat tinggalnya (mata air belerang) sehingga menghasilkan energi.

• Reaksinya sebagai berikut.

• 2H2S + O2 → 2S + 2H2O ÄG = 100 kkal

• ÄG = perubahan energy

• Kemudian energi ini dapat mereka pakai untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik.

• 2H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S

• Kelompok bakteri kemoautotrop lainnya ialah bakteri besi. (mereka bertanggung jawab atas sisik kecoklat-coklatan yang terbentuk di dalam tangki air atau toilet kakus).
• Mereka menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian dan mampu merangkaikan energi yang dihasilkan oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat.
• Bakteri nitrifikasi juga kemoautotrof, mereka melakukan oksidasi NH3 yang dihasilkan dari protein oleh bakteri heterotrof dari hasil perombakan menjadi nitrat.
• Oksidasi ini menghasilkan energi untuk mendorong reaksi sintesis bakteri tersebut.
• Nitrat yang dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan.