Faktor Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisme Dalam Makanan

Faktor apa saja yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme dalam makanan

        Makanan yang berasal dari tumbuhan dan hewan memainkan peran penting dalam pertumbuhan mikroba. Kemampuan mikroorganisme untuk tumbuh atau berkembang biak dalam makanan tersebut bergantung pada lingkungan makanan. Faktor intrinsik, faktor ekstrinsik, faktor implisit makanan, dan berbagai metode pengolahan makanan masing-masing berperan dalam pertumbuhan mikroba. Faktor-faktor ini menentukan pertumbuhan mikroba dalam makanan dan jalur metabolisme spesifik yang mereka gunakan untuk menghasilkan energi dan produk sampingan metabolik.

A. Faktor intrinsik

Parameter diri internal jaringan tumbuhan dan hewan disebut sebagai faktor intrinsik. Faktor-faktor tersebut antara lain:

1. pH

Secara umum, kapang dan khamir dapat tumbuh pada pH yang lebih rendah dibandingkan dengan bakteri dan bakteri Gram-negatif lebih sensitif terhadap pH rendah dibandingkan dengan bakteri Gram-positif. Kisaran pH pertumbuhan jamur adalah 1,5 hingga 9,0; untuk ragi 2.0 hingga 8.5; untuk bakteri Gram-positif 4,0 hingga 8,5; dan untuk bakteri Gram-negatif 4,5 hingga 9,0. Berdasarkan rentang pH tersebut, mikroorganisme dapat dikelompokkan menjadi:

1. Neutrofil tumbuh paling baik pada kisaran pH 5 hingga 8.   
2. Asidofil tumbuh paling baik pada pH di bawah 5,5.
3. Alkaliphiles tumbuh paling baik pada pH di atas 8,5.

Mikroorganisme	pH dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba
	Minimum	Optimal	Maksimum
1. Bakteri Bacillus subtilis Clostridium Botulinum Clostridium perfringens Escherichia coli Lactobacillus (paling) Pseudomonas aeruginosa Salmonella Typhi Staphylococcus aureus	4.0 4.8-5.0 5.0-5.5 4.3-4.4 3.0-4.4 5.6 4.0-4.5 4.0-4.7	5,4-6,3 6,0-8,0 6,0-7,6 6,0-8,0 5,5-6,0 6,6-7,0 6,5-7,2 6,0-7,0	9.4-10 8.5-8.8 8.5 9.0-10 7.2-.8.0 8.0-9.0 8.0-9.0 9.5-9.8
2. Ragi Hansenula Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces rouxii	- 2.0-2.4 1.5	4,5-5,5 4,0-5,0 3,5-5,5	- - 8.5-10.5
3. Cetakan Aspergillus niger Aspergillus oryzae Mucor Penicillium Rhizopus nigricans	1,2 1,6-1,8 - 1,9 -	3,0-6,0 - 3,0-6,1 4,5-6,7 4,5-6,0	- 9.0-9.3 9.2 9.3 -

Berdasarkan pH, makanan dapat dikelompokkan sebagai

Makanan	pH	Contoh
Sangat Asam Asam Sedang Asam Rendah Asam Rendah	<3.7 3.7-4.6 4.6-5.3 > 5.3	Berries, Sauer-Kraut Tomat, Nanas Asparagus, Labu, Bit, Bayam Pir, Jagung, Kacang, Daging, Ikan

2. Aktivitas air (aw)

Aktivitas air (aw) adalah jumlah air yang tersedia untuk fungsi biologis yang dapat dikurangi dengan efek osmotik. Air dalam makanan tersedia dengan berbagai cara seperti

1. Larutan dan ion mengikat air dalam larutan
2. Koloid hidrofilik
3. Air kristalisasi atau hidrasi

Mikroorganisme membutuhkan air dalam bentuk yang tersedia untuk tumbuh di dalam makanan. Aktivitas air makanan dapat dinyatakan dengan rasio tekanan uap air makanan dengan air murni pada suhu yang sama. Rentangnya adalah> 0 hingga <1, karena tidak ada makanan yang dapat memiliki aktivitas air 0 atau 1.

Berbagai makanan dan aktivitas airnya adalah:

Makanan	Aktivitas air (aw)
Buah-buahan dan sayuran segar Unggas atau ikan segar Daging segar Telur Keju (jenis paling banyak) Kacang Tepung selai Buah kering Sereal Gula	0,97-1,00 0,98-1,00 0,95-1,00 0,97 0,91-1,00 0,66-0,84 0,75-0,80 0,67-0,87 0,51-0,89 0,10 0,10-0,20

• Bakteri membutuhkan jumlah aktivitas air yang lebih tinggi untuk pertumbuhannya dibandingkan dengan jamur. Bakteri tidak tumbuh di bawah level 0,91 dan kapang dapat tumbuh serendah 0,80.
• Bakteri gram negatif lebih sensitif terhadap aktivitas air rendah daripada bakteri gram positif. 
• Berdasarkan rentang aktivitas perairan, mikroorganisme dapat dikelompokkan menjadi

1. Halotoleran yang dapat tumbuh dengan adanya garam dalam konsentrasi tinggi
2. Toleransi osmotoleran yang dapat tumbuh dengan adanya konsentrasi tinggi senyawa organik yang tidak terikat seperti gula
3. Aerotoleran yang bisa tumbuh pada makanan kering.

Beberapa mikroorganisme dan kisaran aw yang dibutuhkan adalah :

Mikroorganisme	Kebutuhan aktivitas air
1. Bakteri  Bacillus cereus Clostridium botulinum Clostridium perfringes Escherichia coli Lactobacillus Pseudomonas aeruginosa Salmonella	0,92-0,95 0,90-0,98 0,93-0,97 0,94-0,97 0,90-0,96 0,96-0,98 0,93-0,96
2. Kebanyakan ragi Hansenula Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces rouxii	0,89-0,93 0,90-0,94 0,62-0,81
3. Cetakan Aspergillus niger Aspergillus flavus Muoor Penicillium Fusarium	0,80-0,84 0,7-0,90 0,80-0,93 0,78-0,90 0,80-0,92

3. Potensi reduksi oksidasi (Eh)

Potensi oksidasi-reduksi atau redoks suatu zat didefinisikan sebagai pengukuran transfer elektron antar atom atau molekul. Potensial oksidasi-reduksi biasanya ditulis sebagai Eh dan diukur dalam milivolt (mV). Potensi redoks makanan tergantung pada

1. pH makanan
2. Ketersediaan oksigen (keadaan fisik, kemasan)
3. Kapasitas poising atau kapasitas buffering
4. Komposisi makanan (seperti protein, asam askorbat, gula pereduksi)

Berbagai makanan dan rentang Eh mereka:

Makanan	E (mV)
Daging mentah Daging cincang mentah Gandum Barley Bayam Anggur Lemon	-200 +225 -320 hingga -360 +225 +74 +409 +383

Kisaran Eh di mana berbagai kelompok mikroorganisme dapat tumbuh adalah sebagai berikut:

1. Aerob yang dapat tumbuh paling baik pada +500 hingga +300 mV seperti Molds, yeasts, Bacillus, Pseudomonas, Moraxella, dan Micrococcus.
2. Anaerob fakultatif yang dapat tumbuh paling baik pada +300 hingga +100 mV seperti bakteri asam laktat dan yang termasuk dalam famili Enterobacteriaceae .
3. Anaerob yang dapat tumbuh paling baik pada +100 hingga –250 mV atau lebih rendah seperti Clostridium spp .

4. Kandungan nutrisi

• Mikroorganisme membutuhkan nutrisi seperti protein, karbohidrat, sulfur, fosfor, vitamin, lipid, air, energi, nitrogen, dan mineral untuk pertumbuhannya dan untuk menjalankan fungsi metabolisme.
• Makanan merupakan sumber nutrisi terbaik untuk pertumbuhan mikroba.  
• Mikroorganisme yang biasa ditemukan dalam makanan sangat bervariasi dalam kebutuhan gizinya dan mereka yang dapat memanfaatkan nutrisi yang tersedia dalam jumlah yang melimpah biasanya mendominasi dalam makanan.
• Karbohidrat sederhana dan asam amino digunakan terlebih dahulu, diikuti dengan bentuk nutrisi yang lebih kompleks. 
• Kebutuhan nutrisi bakteri Gram-positif lebih tinggi dibandingkan dengan ragi kemudian diikuti Gram-negatif. Jamur memiliki kebutuhan nutrisi paling rendah.

5. Adanya konstituen antimikroba

• Berbagai makanan memiliki komponen antimikroba yang melekat yang mencegah serangan mikroba berbagai patogen bawaan makanan 
• Pangan produk nabati dan hewani mengandung komponen antimikroba.

Komponen antimikroba	Makanan	Organisme terhambat
Pigmen antosianin	Buah-buahan	Bakteri
Dimethoxyisoflavone	Kacang	Aspergillus flavus
Tannin	Kacang kacangan daun mint	Aspergillus parasiticus
asam p- kumarat ferulic	Anggur	Aspergillus parasiticus, Aspergillus parasiticus, Saccharomyces cerevisiae, E. coli, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus
Cinnamaldehyde	Minyak (penting)	Bakteri gram positif
Capsaicinoids	Lada	Salmonella typhi, Pseudomonas
Fenol dan flavonoid	Kulit buah delima	Bakteri gram positif
Allicin	Bawang putih	Bakteri gram positif dan gram negatif
Kurkumin	Kunyit	S. Typhi, Listeria monocytogens, E. coli, Staphylococcus aureus
Kitosan	Cangkang krustasea laut	Bakteri gram negatif
Defensin	Sel dan jaringan mamalia	Bakteri dan jamur
Laktoperoksidase	susu	S. Typhi, Shigella, Pseudomonas , dan coliforms
Lisozim Avidin	telur	E. coli, Klebsiella pneumoniae, Serratia marcescens , dan P. aeruginosa
Laktoferin	susu	Bakteri, jamur, dan parasit Gram-negatif dan Gram-positif

6. Struktur biologis

• Beberapa makanan memiliki struktur biologis yang mencegah masuknya mikroba.
• Lapisan alami melindungi dari kerusakan dan mengurangi kemungkinan pembusukan mikroba .
• Struktur seperti penutup luar pada buah-buahan, cangkang kacang-kacangan, dan cangkang telur, daging memiliki fasia, dan kulit yang mencegah masuknya patogen bawaan makanan dan mikroorganisme pembusuk.

B. Faktor ekstrinsik

Faktor-faktor yang dikendalikan melalui kondisi eksternal disebut sebagai faktor ekstrinsik. Faktor-faktor tersebut antara lain:

1. Suhu penyimpanan

Reaksi enzimatik dan pertumbuhan mikroba dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Suhu pertumbuhan ragi dan kapang menunjukkan kisaran yang luas antara 10–35 ° C.

Berdasarkan suhu, bakteri dapat dikelompokkan menjadi

1. Psikrotrof adalah mikroorganisme tahan dingin dan ada di mana-mana yang dapat tumbuh dalam kisaran suhu 0–20 ° C. Ini termasuk Pseudomonas spp dan Enterococcus spp.
2. Mesofil adalah mikroorganisme yang dapat tumbuh antara 25 ° C hingga 40 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimal mendekati 37 ° C. Ini termasuk spesies Salmonella, Staphylococcus, Clostridium, Shigella, dan Bacillus.
3. Termofil adalah mikroorganisme yang tumbuh pada suhu tinggi di atas 45 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimal antara 50 ° C hingga 70 ° C. Ini termasuk spesies Bacillus, Clostridium , dan Geobacillus.

2. Kelembaban Relatif

• Kelembaban relatif adalah jumlah kelembaban di atmosfer atau lingkungan makanan.
• Kelembaban relatif dapat mempengaruhi tingkat aktivitas air (aw) pada makanan dan karenanya dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. 
• Misalnya, butiran kering yang disimpan di lingkungan dengan kelembapan tinggi akan menyerap air dan mengalami pembusukan jamur.

3. Keberadaan dan Konsentrasi gas di lingkungan

• Gas seperti Karbon dioksida (CO 2 ), ozon (O 3 ), dan oksigen (O 2 ) memiliki efek toksik langsung yang dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangbiakan. 
• Ozon (O 3 ), dan oksigen (O 2 ) sangat beracun bagi bakteri anaerob dan karbon dioksida efektif melawan aerob obligat.

C. Faktor implisit

• Faktor ketiga yang penting dalam menentukan sifat pertumbuhan mikroba dalam makanan disebut sebagai faktor implisit.
• Faktor ini menentukan sifat-sifat organisme itu sendiri dan bagaimana mereka merespons lingkungan seperti itu. 
• Mikroorganisme dapat menghambat atau merangsang pertumbuhan satu sama lain.
• Beberapa tindakan dan reaksi yang mungkin berbahaya atau bermanfaat bagi mikroorganisme adalah predasi, parasitisme, komensalisme, amensalisme, alotropi, asimbiosis, dan netralitas.
• Organisme tersebut dapat menghasilkan zat yang dapat menghambat atau mematikan organisme lain seperti antibiotik, bakteriosin, hidrogen peroksida, dan asam organik.

D. Faktor Pengolahan Makanan

• Selama pemrosesan makanan, mikroorganisme dapat mengalami berbagai tekanan fisik atau kimiawi.
• Faktor pemrosesan tersebut adalah panas, pembekuan, pengeringan, efek osmotik, iradiasi, dan berbagai bahan kimia.
• Pemanasan membantu mengurangi tingkat mikroba dalam makanan dengan merusak membran sitoplasma, mengubah aktivitas metabolisme dan enzimatik.
• Pembekuan mengurangi pertumbuhan mikroba dengan menunjukkan efek penghambatan penurunan pH dan peningkatan Aw.
• Pengeringan mengurangi pertumbuhan mikroba karena menyebabkan cedera metabolik yang mengganggu perkembangbiakan sel.