FERMENTASI BAHAN PAKAN
2.4. Faktor yang Mempengaruhi SSF
Beberapa faktor lingkungan seperti kandungan nutrien substrat, kadar air bahan, temperatur, pH, dan produk fermentasi mempengaruhi pertumbuhan mikroba.
2.4.1. Sumber Karbon dan Rasio Karbon Nitrogen
Semua mikroorganisme membutuhkan nutrien dasar sebagai sumber karbon, nitrogen, energi, vitamin dan mineral untuk menunjang pertumbuhannya. Tipe, sumber dan asal karbon dan nitrogen merupakan faktor yang paling penting untuk semua proses fermentasi. Sumber karbon merepresentasikan sumber energi tersedia untuk pertumbuhan mikroba. Sumber karbon dapat berupa gula sederhana seperti glukosa atau senyawa polimer seperti selulosa atau pati. Sumber nitrogen dapat berupa nitrogen organik atau anorganik.
Rasio karbon dan nitrogen (C/N) merupakan faktor krusial dalam proses fermantasi untuk menghasilkan produk tertentu. Secara normal, rasio karbon nitrogen (C/N) sebesar 16 merupakan angka yang sesuai untuk proses fermentasi (Rodriguez-Leon et al. 2008). Rasio karbon nitrogen yang terlalu tinggi dapat menghambat proses biodegradasi karena keterbatasan ketersediaan nitrogen. Rasio karbon nitrogen yang rendah dapat menimbulkan masalah bau. Protein yang dirombak akan menghasilkan nitrogen yang berlebih dalam bentuk amonia.
Kandungan karbon (% C) substrat dapat diestimasi dengan persamaan (Jimenez dan Garcia 1992):
= (100-%abu)/1.8
2.4.2. Kadar Air dan Aktivitas Air
Model SSF menumbuhkan mikroorganisme pada partikel padat tanpa kehadiran air bebas. Air bebas terjadi jika kemampuan substrat untuk mengikat air telah jenuh. Air dalam model SSF terikat dalam substrat padat.
Jumlah air yang terkandung dalam substrat merupakan faktor krusial dalam fermentasi media padat. Kadar air awal substrat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme dan dinamika yang terjadi selama proses. Air dibutuhkan untuk sintesis protoplasma fungi, pembengkakan substrat, difusi enzim ke dalam jaringan substrat (Maheshwari 2005), reaksi biokimia dan melarutkan senyawa organik.
Rasio substrat dan air yang kecil lebih menguntungkan dalam produksi enzim karena akan terjadi kontak yang lebih baik antara substrat dengan mikroba. Rasio substrat dan air optimum pada fermentasi media padat tergantung pada daya ikat air (water holding capacity, WHC), kualitas dan ukuran partikel substrat (Villas-Boas et al. 2002). Kadar air awal dalam proses fermentasi berkisar antara 35-80% tergantung jenis substrat yang digunakan (Gervais 2008). Kadar air yang berada di bawah level kritis, aktivitas mikroba akan turun dan mikroba menjadi dorman, sementara kadar air yang terlalu tinggi akan menghambat pergerakan udara dalam substrat. Haddadin et al. (2009) menjelaskan bahwa kadar air substrat yang terlalu tinggi pada fermentasi media padat menyebabkan udara yang terdapat pada pori-pori substrat digantikan oleh air, mengurangi difusi oksigen dan penurunan dekomposisi substrat.
Silase merupakan suatu produk yang dihasilkan melalui proses fermentasi bahan dengan kadar air tinggi. Bahan baku yang dapat dijadikan silase sangat beragam mulai dari hijauan makanan ternak (rumput dan legum) sampai hasil dan limbah tanaman pertanian dengan kandungan air yang sangat beragam. Untuk mencapai kandungan air (KA) yang ideal dalam pembuatan silase maka diperlukan suatu bentuk perlakuan pendahuluan terhadap bahan, baik untuk menurunkan KA (terutama pada hijauan) dengan pelayuan maupun untuk meningkatkan KA dengan penambahan air pada bahan. Estimasi KA bahan baku untuk aplikasi tingkat lapangan sangat tergantung pada kemampuan dan pengalaman orang yang membuat silase. Berdasarkan pengalaman dapat ditentukan lama pengeringan atau jumlah air yang perlu ditambahkan agar diperoleh kondisi pembuatan silase yang ideal.
Kemampuan mengikat air untuk setiap jenis bahan dan kebutuhan air untuk setiap mikroorganisme sangat bervariasi. Kemampuan maksimum WHC bahan beras dan singkong berkisar antara 50-55% (Orion et al. 1988) dan pada sebagian besar bahan lignoselulosa air bebas akan tercapai sebelum kadar air mencapai 80%. Kadar air optimum untuk kultivasi Aspergillus niger pada padi adalah 40% sedangkan pada kulit kopi sebesar 80%. Secara umum kadar air untuk bakteri harus lebih besar dari 70%, yeast berkisar antara 60 – 72% dan fungi 20 – 70%.
Kebutuhan air oleh mikroorganisme berkaitan dengan aktivitas air (water activity, aw) lingkungan substrat. Aktivitas air didefinisikan sebagai perbandingan tekanan uap air substrat (p) dengan tekanan uap air murni (p0) (Prior and du Perez 1992) atau kelembaban relatif (Relative Humidity, RH) atmosfer gas dalam keseimbangan dengan substrat (Paredes-Lopez et al. 1998).
aw = p/po
aw = %RH/100
Beberapa investigasi yang dilakukan oleh ahli pangan menyimpulkan bahwa hubungan antara kadar air (30-85%) dan aktivitas air pada SSF tidak linier dan perubahan kadar air pada kisara ini hanya memberikan perubahan aw yang sangat kecil.
Proses SSF tak terkontrol dapat menyebabkan perubahan aktivitas air dan kadar air. Aktivitas mikroorganisme dalam merombak substrat dapat merubah aw substrat seperti oksidasi karbohidrat yang akan menghasilkan air. Panas katabolis dapat menurunkan kadar air karena proses evaporasi.
Aktivitas air secara umum akan mempengaruhi pertumbuhan mikroba dan pembentukan produk. Penurunan aw akan memperpanjang fase lag, menurunkan laju pertumbuhan dan menurunkan produksi biomasa. Secara umum bakteri membutuhkan nilai aw yang lebih tinggi dibandingkan fungi. Pembentukan produk seperti etanol, enzim dan toksin oleh bakteri dan fungi dipengaruhi oleh aw dan kadar air tetapi pola respon untuk pembentukan produk berbeda dengan pertumbuhan. Kadar air optimum berkisar dari 22.4 – 75% dan tergantung pada jenis produk, substrat dan pemilihan organisme.
Sejalan dengan kadar air, bakteri dapat tumbuh pada kisaran aw yang lebih tinggi dari fungi dan yeast. Nilai aw minimum dimana fungi dan yeast dapat tumbuh sekitar 0.60 yang setara dengan kadar air 10-20%. Nilai aw optimum untuk pertumbuhan mikroorganisme biasanya lebih rendah dari kebutuhan untuk produksi metabolit.
