KARAKTERISTIK BAKTERI ASAM LAKTAT AMILOLITIK LOKAL DAN PERANANNYA DALAM BAKING BEHAVIOUR PATI KASAVA ASAM

WIDYA DWIRUKMI PUTRI, Prof. Ir. Haryadi, M.App.Sc., Ph.D.

2011 | Disertasi | S3 Ilmu Pangan

Ketela pohon (kasava) adalah salah satu jenis komoditas lokal Indonesia yang berpotensi dikembangkan sebagai bahan baku pembuatan roti. Pati kasava yang difermentasi dan dikeringkan dengan sinar matahari telah diketahui memiliki karakteristik mengembang saat pemanggangan, berbeda dengan yang tidak difermentasi. Fermentasi pati kasava yang melibatkan bakteri penghasil asam laktat merupakan salah satu tahapan proses yang penting dalam pembuatannya. Bakteri asam laktat yang bersifat amilolitik memiliki peran yang besar dalam memodifikasi karakteristik granula pati kasava karena kemampuannya menghasilkan asam laktat dan mendegradasi pati. Fermentasi pati kasava secara alami berlangsung lama karena nutrisi yang terbatas dan bakteri asam laktat yang terlibat harus berkompetisi dengan mikroorganisme lainnya. Usaha untuk mempercepat fermentasi dapat dilakukan dengan penggunaan inokulum bakteri asam laktat yang mampu menghasilkan asam laktat dalam waktu singkat dengan memperkaya media fermentasi dengan nutrisi. Oleh karena itu perlu dilakukan isolasi bakteri asam laktat yang tumbuh pada proses fermentasi kasava dan selanjutnya digunakan sebagai kultur starter dalam fermentasi pati kasava. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan isolat lokal bakteri asam laktat, mengidentifikasi, menggunakannya dalam fermentasi kasava mentah dan mengevaluasi pengaruhnya terhadap karakteristik mikrostruktur granula pati kasava hasil fermentasi. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk pengembangan teknologi pengolahan kasava, khususnya untuk produksi pati kasava asam. Penelitian ini dirancang beberapa tahapan yaitu, (1) isolasi bakteri asam laktat lokal yang tumbuh pada tahapan fermentasi kasava (2) identifikasi dan karakterisasi isolat bakteri asam laktat berdasarkan fenotip dan genotipnya, (3) formulasi medium untuk peningkatan kemampuan tumbuh isolat BAL (4) fermentasi pati kasava dengan isolat BAL dan melakukan karakterisasi sifat granula patinya berkaitan dengan kemampuan pengembangannya saat pemanggangan. Isolasi dilakukan selama lima hari fermentasi kasava. Sampel rendaman kasava diperoleh dari pengrajin growol di dusun Sangon II, Desa Temon, Kecamatan Wates, Kabupaten Kulonprogo, Yogyakarta. Selanjutnya rendaman kasava dibawa ke laboratorium untuk fermentasi lebih lanjut selama lima hari. Isolat yang diperoleh dikarakterisasi untuk mendapatkan isolat BAL dengan kemampuan amilolitik dan didentifikasi sifat fenotip dan genotifnya berdasarkan profil fermentasi karbohidrat menggunakan API 50 CHL dan analisis gen 16S rDNA, pheS dan RAPD. Beberapa strain hasil identifikasi digunakan sebagai kultur starter dalam fermentasi pati dengan penambahan sumber nitrogen yaitu pepton, ekstrak yeast dan kombinasi keduanya. Formula media dengan jenis dan jumlah nutrien yang dapat meningkatkan pertumbuhan sel dan kemampuan produksi asam laktat digunakan untuk memformulasi media pati kasava mentah yang akan difermentasi oleh BAL. Pati kasava hasil fermentasi selama 48 jam, selanjutnya di sinari dengan sinar UVA pada panjang gelombang 315-400 nm dan intensitas sinar 3500 flux. Kemampuan pengembangan pati kasava diukur dan dibandingkan volume spesifiknya dengan pati kasava alami dan pati kasava hasil perendaman asam laktat 1% selama 30 menit. Evaluasi karakteristik pengembangan pati yang berkaitan dengan perubahan sifat fisikokimia dan mikrostrukturnya dilakukan untuk mengetahui efek fermentasi asam laktat. Analisis yang dlakukan meliputi pH, kadar amilosa, swelling power, solubilitas, kadar karbonil dan karboksil, kristalinitas pati dengan difraksi sinar X (Shimadzu X-ray Diffaractometer XRD-6000), sifat amilografinya dengan Amilografimeter (Wingather V2.5, Brookfield Engineering Labs), sifat termal dengan Differential Scanning Calorymeter (DSC-7, Universal V4.2E, TA Instruments) serta kenampakan granula patinya dengan Scanning Electron Microscopy (SEM, Hitachi Model S-800 ). Secara umum dapat disimpulkan bahwa fermentasi menggunakan bakteri asam laktat yang memiliki aktivitas amilolitik yang berbeda, menghasilkan karakteristik pati kasava asam yang berbeda pula. Kemampuan amilolitik yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan granula pati yang besar yang mengakibatkan karakter pengembangan patinya menjadi lebih rendah. Sedangkan secara khusus dapat disimpulkan bahwa : (1) isolat BAL lokal yang tumbuh selama fermentasi kasava pada lama waktu yang berbeda didominasi oleh golongan Lactobacillus dan sebagian besar tidak memiliki kemampuan amilolitik (2) isolat BAL lokal yang memiliki kemampuan amilolitik berbeda menunjukkan perbedaan fenotip pada profil API 50 CHL dan perbedaan genotip pada RAPD finger printing, walaupun berdasarkan hasil analisis gen 16S rDNA dan pheS teridentifikasi sebagai spesies yang sama yaitu L. plantarum subsp. plantarum. Hasil ini menunjukkan diversifitas L. plantarum yang cukup tinggi pada fermentasi kasava, di mana dalam spesies yang sama terdapat strain yang berbeda yaitu L. plantarum subsp. plantarum AA2, AA11 dan UA3, (3) suplementasi ekstrak yeast sebanyak 1% sebagai nutrien sumber protein pada media pati kasava, mampu meningkatkan pertumbuhan sel dan produksi asam laktat pada semua strain BAL yang digunakan yaitu L. amylophylus NBRC 15881, L. plantarum subsp. plantarum NBRC 15891, L. plantarum subsp. plantarum AA2, L. plantarum subsp. plantarum AA11 dan L. plantarum subsp. plantarum UA3 dan (4) fermentasi pati kasava menggunakan BAL lokal L. plantarum subsp. plantarum menghasilkan pati kasava asam dengan karakteristik pengembangan pada pemanggangan yang besar sebanding dengan pengembangan pada pati hasil perendaman asam laktat 1%. Sedangkan BAL dengan aktivitas amilolitik yang tinggi (strain referensi L. amylophylus NBRC 15881) menghasilkan karakteristik pengembangan pati yang lebih rendah, karena terjadi degradasi pati yang besar. Parameter-parameter yang menentukan karakter pengembangan pati yang baik pada pemanggangan adalah peningkatan kadar karboksil, posisi pembentukan gugus karboksil yang rendah pada kisaran bilangan gelombang 1080,14 cm -1 dan tinggi pada kisaran bilangan gelombang 1650 cm -1 pada hasil analisis spektroskopi FTIR, kecenderungan penurunan viskositas dan kristalinitas, serta kenampakan granula pati yang tetap utuh tetapi menjadi lebih berpori-pori.

Cassava (Manihot esculenta) is an important commodity in Indonesia, and potentially used as raw material for the manufacture of bakery product. Sour cassava starch, known as povildo azedo (Brazil) and amildon agrio (Colombia), is a natural fermented and sun-dried cassava starch that shows expansion properties during baking (baking behavior). Natural fermentation of cassava starch is characterized by the presence of a predominantly lactic acid microorganism. The main acid resulted from fermentation, lactic acid, was oxidized by sun drying and then causing structural changes of cassava starch. This modified structure is responsible to the baking properties of sour cassava starch. Natural fermentation of cassava starch taked a long time because of limited nutriens and the lactic acid bacteria involved in the fermentation must compete with other microorganism. The use of lactic acid bacteria as culture starter and enrich the medium by adding nutrien could shorten the fermentation time. The purposes of this study were to obtain indigeneous lactic acid bacteria from cassava fermentation, identify the isolates in strain level, use the strains for cassava starch fermentation and evaluate the role of fermentation on physicochemical and microstructure changes of cassava starch granules. The result of this reserach is expected to be useful for the development of cassava starch processing technology, especially for the production of sour cassava starch. This study was designed in several steps, including (1) isolation of lactic acid bacteria from cassava fermentation, (2) identification and characterization of LAB based on phenotypic and genotypic character, (3) formulation of a medium to enhance lactic acid bacteria growth and lactic acid production, (4) physicochemical and microstucture characterization of cassava starch granule which correlated with their baking expansion ability. Lactic acid bacteria isolation was done during five days of cassava fermentation. Two samples from the different batches of cassava roots during fermentation step of growol were purchased from local producer in Sangon Village, Kulonprogo, Yogyakarta. The samples were aseptically packaged in two pail usually used for fermentation and brought to the laboratory. They were stored at ambient temperatures of 29 + 1 o C and continued for fermentation during five day. During fermentation, samples for microbiological analysis were taken daily from soaking water and cassava root. Identification study was done according to to their phenotypic and genotypic characterization subjected to phenotypic and genotypic identification. The phenotypic characterization of these lactic acid bacteria was based on general morphology, physiological tests and API sistem. The genotypic characterization of LAB was based on 16S rRNA, pheS genes and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis. Identified strains were used as starter culture in starch fermentation with an added nitrogen sources i.e peptones, ekstrak yeast or both. The selected media formulation with the type and amount of nutrien that could enhance cell growth and lactic acid production of LAB was used in the raw cassava starch fermentation. Cassava starches were fermented for 48 hours, then washed, precipitated and separated from the water. Furthermore, cassava starches were irradiated with UVA light at a wavelength 315-400 nm and an intensity 3500 flux. Baking expansion ability of fermented cassava starches were compared with native cassava starch and cassava starch which had been soaked in 1% lactic acid. The relationship between baking expansion characteristics, physicochemical properties and microstructure changes of cassava starches were evaluated to determenite the effect of fermentation. The analysis of cassava starches characteristics included pH, amylose content, swelling power, solubility, carbonyl and carboxyl content, crystallinity by X-ray diffraction (Shimadzu X-ray Diffaractometer XRD-6000), amylography by Amylographymeter ((Wingather V2.5, Brookfield Engineering Labs), thermal properties by Differential Scanning Calorymeter ((DSC-7, Universal V4.2E, TA Instruments), and starch grnules surfaces by Scanning Electron Microscope (SEM Hitachi Model S-800). The results showed that (1) lactic acid bacteria grew in cassava fermentation were domenitated by Lactobacillus sp and most of them did not have amylolytic ability, (2) The phylogenetic tree of 16S and pheS gene showed that all of selected lactic acid bacteria (twelve strains) were identified as Lactobacillus plantarum subps. plantarum But three of these strains had different pattern of template DNA as RAPD analysis and had different ability in sugar fermentation which determenited by API 50 CHL, (3) Supplementation of 1% ekstrak yeast as a protein source on cassava starch media could increase growth and lactic acid production of all LAB strains were used, i.e L. amylophylus NBRC 15881, L. plantarum subsp. plantarum NBRC 15891, L. plantarum subsp. plantarum AA2, L. plantarum subsp. plantarum AA11 and L. plantarum subsp. plantarum UA3, (4) cassava starch fermentation by using highly amylolytic lactic acid bacteria did not always produce the best baking expansion characteristic. Interrelated parameters affected the baking expansion ability of cassava starch were pH, carboxyl groups, crystallinity, amilography properties, thermal properties and magnitude of starch granules surface. Fermented cassava starch by L. plantarum subsp. plantarum AA2 had the highest specific volume compare to the other fermented starches, although still lower than lactic acid soaked (acidified) cassava starch.

Kata Kunci : fermentasi asam laktat, lactobacillus plantarum, mikrostruktur granula, pengembangan pati