ilmu dan teknologi susu

BIOTEKNOLOGI INDUSTRI SUSU

Sumber  ringkasan :

Widodo. 2003. Bioteknologi Industri Susu. Cetakan 1. Lacticia Press: Yogyakarta

KIMIA DAN MIKROBIOLOGI SUSU

                Bioteknologi merupakan suatu bentuk aplikasi teknologi yang melibatkan organism hidup (mikroba, tanaman, binatang, dan manusia) dalam usaha untuk menghasilkan berbagai produk dengan nilai guna dan daya guna yang tinggi. Perkembangan terbaru dari aplikasi bioteknologi pada produk susu adalh pengembangan bakteri asam laktat (BAL), yang merupkan bakteri starter dalam fermentasi susu sebagai probiotik.

Susu merupakan bahan pangan yang dihasilkan slama periode laktasi oleh hewan menyusui dengan tujuan utama sebagai sumber nutrisi dan memberikan system kekebalan bagi anak yang baru dilahirkannya. Susu yang bebas dari kolostrum mengandung 8.25% padatan bukan lemak (solid non fat) dan 3.25% lemak susu (ennes, 1988). Susu dapat diartikan sebagai :

1.       Emulsi dari globula lemak yang mengandung lemak susu, vit. Lrut lemak, dan membrane globula

2.       Suspense koloid dari misel kasein (mengandung casein, kalsium phospat, sitrat dan air), partikellipoprotein dan protein globular)

3.       Larutan yang tersusun atas laktosa, protein terlarut, mineral, vitamin, enzim, zat asam, dan berbagai komponen lainnya.

Kandungan utama susu lemak, protein, laktosa (disakarida), abu, padatan total (total solid), garam, mineral, pigmen, enzim, vitamin, dan leukosit (white blood corpuscles). Plasma susu adalah susu yang tidak mengandung globula lemak dengan komposisi yang hamper sama susu skim dengan perbedaan susu skim masih mengandung lemak hasil proses separasi yang tidak sempurna. Serum susu adalah plasma susu tanpa mengandung misel kasein dengan komposisi yang hamper sama dengan whey dengan perbedaan whey masih mengandung berbagai produk proteolitik dari enzim chymosin.

Komposisi kimia susu (goff and hill, 1993) :

Komposisi	Kandungan %
Air	87
Padatan total	13
Padatan bukan lemak	9
Lemak	4
Laktosa	4.7
Protein	3.5
mineral	0.8

Kompossi pakan berpengaruh besar pada kualitas lemak dengan dengan sedikit pengaruh pada kualitas protein susu (Sutton, 1989 ; grant et al, 1990). Musim juga mempengaruhi kualitas lemak dan protein susu.

1.    Lemak susu

Lemak dalam suspense susu terdistribusi dalam bentuk emulsi. Emulsi lemak dalam susu terjadi karena keberadaan lemak terdispersi dalam fase air (oil in water emulsion). Keberadaan lemak biasanya dalam bentuk globula lemak yang terlindungi oleh membrane globula. Globula lemak merupakan partikel terbesar dalam susu dengan diameter 0.1-20 µm dan ukurannya 3-4 µm. Dalam 1ml suspense susu tersusun atas 3000-4000 uta globula lemak. Globula lemak merupakan komponen utama pembentuk lapisan krim pada saat suspensi susu dibiarkan tenang dalam suatu wadah. Membran globula berfungsi untuk melindungi lemak dari pengaruh enzim yang terdapat dalam susu serta mencegah flokulas pada globula.

90% dari komponen lemak susu adalah asam-asam lemak yang terbagi atas asam lemak tidak jenuh (unsaturated fatty acid) dan asam lemak jenuh (saturated ftty acid). Setiap molekul gliserol dapat mengikat 3 molekul asam lemak yang berbeda, yang sangat menentukan terhadap kekerasan suatu lemak. Asam lemak jenuh yang dominan dalam lemak susu secara berurutan adalah miristat, palmitat, dan stearat yang berbentuk padat pada suhu kamar. Sedangkan asam lemak tidak jenuh yang terkandung adalah asam oleat dg kisaran 30-40% pada suhu kamar berbentuk cair.

Sifat fisik lemak yang sudah diketahui diantaranya : (goff and hill, 1993)

·         Densitas pada suhu 20° c  sebesar 915 kg/m³

·         Indeks refraksi (598nm) sebesar 1,462

·         Kelarutan air dalam lemak0,14%

·         Konduktivitas termal pada suhu 20° c sebesar 0,17 J/msk

Salah satu parameter untuk menentukan kekerasan lemak adalah angka iodine. Angka ini menyataka persentase dari iod yang dapat diikat oleh lemak khususnya oleh ikatan rangkap dalam asam lemak tidak jenuh (misal asam oleat). Hijauan pada musim panas meningkatkan asam oleat, sehingga lemak susu pada musim panas dapat bersifat lunak.

Lemak susu memiliki nilai yang lebih baik disbanding lemak nabati, karena lemak susu mempunyai beberapa keuntungan seperti penentu flavor dan cita rasa, bersifat alami dan saat ini dikembangkan sebagai komponen untuk membuat mentega dan keju.

Proses pemecahan lemak oleh aktivitas enzim lipase menjadi gliserol dan asam lemak disebut lipolisis (lypolytic) atau proses ketengikan hidrolitik (hydrolyticrancidity). Lipolisis dapat menyebabkan bau dan rasa tengik yang disebabkan karena adanya asam lemak bebas spt butirat dan kaproat. Lipolisis disebabkan oleh adanya enzim lipase (lipase lipoprotein) yang sangat aktif pada temperature tinggi dan terjadi pada lemak yang mengalami kerusakan pada membrane globula. Enzim lipase bersifat tahan panas, sering dihasilkan oleh bakteri psikrofilik, bersifat eksoseluler dan tidak mengakibatkan lipolisis jika globula lemak tidak rusak (cousin, 1982; law, 1979). Laju lipolisis dipengaruhi oleh : pH susu yang cukup tinggi (6.6-6.8) san suhu penyimpanan (optimum pada pH 8.3 suhu 37° c). Sekitar 80% lipase terikat pada misel kasein, 10-20% terdapat pada serum susu, sdan 0-10% terdapat pada globula lemak (goff and hill, 1993).

Oksidasi lemak susu dan lemak lainnya biasanya diawali oleh reaksi auto-oksidasi yang berlagsung melalui tahap inisiasi, propagasi dan terminasi. Proses inisiasi melibatkan phospolipid yang terdapat pada membrane globula lemak. Selama propagasi, senyawa anti oksidan semakn berkurang sedangkan peroksidase akan semakin terakumulasi. Peroksidase akan mengalami reaksi lebih lanjut dan menghasilkan senyawa karbonil yang berpotensi menghasilkan flavor  seperti keton dan aldehid. Auto-oksidasi biasanya disebabkan oleh adanya berbagai factor intrinsic  seperti (a) adanya senyawa mettaloprotein spt peroksidase susu dan xantine oxidase, (b) asam askorbat endogen yng beraksi sebagai ko-katalis dengan zat tembaga untuk memacu oksidasi, (c) kandungan zat tembaga endogen dan (d) antioksidan endogen seperti tokopherol.

Faktor ekstrinsik terjadinya proses oksidasi adalah : kontaminasi logam, suhu penyimpanan, pengaruh pemanasan, pengadukan, cahaya, dan keasaman. Laju auto-oksidasi diketahui meningkat dengan terjadinya peningkatan suhu kecuali pada susu mentah dan  susu pasteurisasi. Pemanasa menyebabkan teradinya perpindahan zat tembaga dari plasma susu ke globula lemak sehingga sehingga memacu oksidasi. Namun pemanasan sampai diatas 80° c diketahui mampu menstabilkan susu terhadap kemungkinan terhadap oksidasi yang diinduksi oleh zt tembaga dan cahaya (ford et al, 1986), hal ini diduga karena pelepasan hydrogen sulfide dari protein yang terdenaturasi yang diketahui mampu mengikat zat tembaga dalam cupric sulfide.

2.    Protein susu

                Protein susu adalah molekul yang tersusun atas unit-unit asam amino. Karakteristik asam amino adalah adanya ikatan antara grup amino dan karboksil. Protein susu diperkirakan mengandung 25 asam amino yang berbeda, beberapa diantaranya adalah asam amino esensial ang sangat penting bagi tubuh. Secara umum protein susu terbagi atas 4 komponen besar yaitu : kasein, albumin, globulin,  dan protein membrane. Sedangkan komponen kecil nya yaitu : serum transferin, laktoferin, mikroglobulin, glikoprotein, dan ceruloplasmin.

                Kasein merupakan protein utama susu (80% atau sekitar 2,8% dari kompossi kimia susu). Kasein murni berwarna putih dan tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut basa atau asam yang kuat. Protein ini terdiri atas alpha, betha dan kappa kasein. Kasein mempunyai kandungan residu prolin yang tinggi dan terdistribusi secara merata sepanjang rantai polipeptida. Keberadaan kasein dalam susu biasanya dalam bentuk partikel koloid yang terkenal dengan nama misel kasein sebagai akibat interaksi antara kasein kaseinat dan kalsium phospat. Misel kasein biasanya stabil terhadap pengeringan, ultra-filtrasi dan pelletasi, namun akan rusak oleh adanya asam dan enzim chymosin. Ukuran misel kasein berkisar antara 25 nmsampai 140 nm (ukuran globulanya lebih kecil disbanding globula lemak) (Schmidt, 1982).

          Komposisi kandungan kering misel kasein dari susu sapi pada suhu kamar (g/100gr) (Schimdt,1982) :

Komponen	Kandungan (g/100)
αs1-kasein	35.6
αs2-kasein	9.9
Β-kasein	33.6
k-kasein	11.9
Fragmen-fragmen kasein	2.3
Total Kasein	93.3
Kalsium	2.87
magnesium	0.11
Sodium	0.11
Potassium	0.26
Phospat anorganik (PO4)	2.89
Sitrat	0.40
Total bahan anorgaik	6.6

          Faktor-faktor yang berperan dalam pembentukan dan stabilitas misel kasein adalah : peranan koloid kalsium phospat, ikatan disulfide, ikatan hydrogen, interaksi hidropobik, interaksi elektrostatik, dan gaya van der walls (Thompson and farrel, 1979; Payens, 1982; Walstra, 1990). Misel kasein dapat mengalami agregasi / presipitasi dan membentuk agregat. Beberapa factor yang memicu agregasi kasein adalah : aksi dari enzim proteolitik chymosin pada k-kasein, agregasi kasein dengan asam, agregasi karena pemanasan.

          Protein whey menyusun 20% dari total kandungan protein. Komponen utama dari protein whey ini adalah β-laktoglobulin dan α-laktalbumin, dan komponen lain dalam jumlah kecil : bovin serum albumin dan immunoglobulin. Pada proses pembuatan keju, α-laktalbumin tetap larut da terdapat pada whey. Dengan demikian α-laktalbumin disebut juga dengan protein whey. Pada pemanasan 60°c, protein ini akan mulai mengalami presipitasi dan melekat pada permukaan yang panas. Sedangkan β-laktalbumin merupakan protein whey yang jumlahnya sangat kecil dan mengalami presipitasi jika susu dipanaskan pada suhu 70° c.

          Protein membrane globula adalah protein yang terdapat pada membrane globula lemak. Komponen utama protein ini adalah lipoprotein yang merupakan gabungan antara lemak dan protein. Menurut Goff and Hill (1993), kandungan protein dalam membrane globula lemak adalah 900 mg/100gram globula. Protein membrane merupakan penyusun sekitar 5% dari protein susu. Bersama-sama dengan phospholipids dan komponen lainnya (cerebrosid gangliosid, kolesterol, hidrokarbon, karotenoid, besi, tembaga, dan molybdenum), protein membrane ini menyusun membrane globula yang mempunyai peran penting untuk melindungi lemak dari serangan enzim dan mencegah flokulasi.

          Asam amino pada protein susu mempunyai muatan elektrik yng sering ditentukan oleh pH susu. Pada pH netral beberapa jenis asam amino seperti aspargin dan asam glutamine mempunyai muatan negative, sedangkan yang lainnya seperti lisin dan arginin bermuatan positif. Jika protein mengandung lebih banyak asam dari pada basa, maka pada pH netral akan bermuatan positif, dan sebaliknya.

3.    Laktosa

          Laktosa merupakan komponen karbohidrat utama dalam susu. Komposisi laktosa dalam susu mencapai 4.8-5.2% dalam bentuk laktosa monohidrat. Komposisi laktosa dalam solid non fat (SNF) mencapai 52%, sedangkan pada whey mencapai 70%. Kandungan laktosa pada susu berbeda karena factor penyakit dan fase pemerahan. Disamping laktosa, susu juga memiliki komponen karbohidrat yang lain yaitu, glukos (1mg/ml), galaktosa (1mg/ml), da oligosakarida (0.1mg/ml) (Holsinger, 1988).

          Laktosa disintesis di dikelenjer mamae, dimana D-galaktosa digabungkan ke D-glukosa menggunaka enzim galaktosiltransferase dan dengan batuan α-laktalbumin yag berperan sebagai enzim modifier (Jones, 1977; Goff and Hill, 1993). Laktosa merupakan gula pereduksi dengan gugus aldehid pada residu glukosa.

          Fungsi utama laktosa pada berbagai produk susu adalah sebagai subtrat fermentasi. Laktosa dapat didihidrosa menjadi glukosa dan galaktosa oleh enzim β-D-galaktosidase (lactase). Kemampuan produksi enzim ini pada bakteri asam laktat memberikan keuntungan dalam hal kemampuan tumbuh bakteri asam laktat pada berbagai produk susu sehingga menekan berbagai bakteri patogenik dan pembusuk. Hal ini yang menjadi sebab utama mengapa susu fermentasi mempunyai nilai keamanan yang lebih tinggi.

          Komponen minoritas pada susu :

a.    Vitamin

                          Vitamin merupakan substansi organic yang terdapat dalam jumlah yang sedikit dalam susu tetapi merupakan komponen nutrisi yang penting. Susu mengadung berbagai vitamin yang larut lemak (A,D,E, dan, K), dn vitamin yang larut air (B₁  /Thiamin, B₂/ riboflavin, B₆/piridoksin, B₁₂/sianokobalamin, niasin, dan asam asam pantothenat.

          Vitamin merupakan sumber vitamin A yang sangat penting. Vitamin-vitamin yang larut air mempunyai stabilitas yang tinggi selama pemrosesan meskipun riboflavin diketahui sangat sensitive terhadap cahaya.

b.   Mineral

          Mineral susu merupakansumber nutrisi yang penting bagi manusia. Hal ini disebabkan oleh keberadaan 21 jenis mineral pada susu yang merupakan mineral esensial bagi manusia. Komponen garam pada susu termasuk sodium (Na), potassium (K), dan klorida (Cl) yang terdapat sebagai ion bebas pada susu dan mudah berdifusi. Ketiga komponen ionic ini mempunyai korelasi negative dengan laktosa karena dibutuhkan untuk menjaga keseimbangan osmotic susu denga darah. Komponen lainnya adalah koloid kalsium (Ca) dan magnesium (Mg), phosphor anorganik (P_i) dan sitrat. Komponen lainnya dari garam mineral terdiri atas Ca terdifusi, sitrat terdifusi, Ca²⁺, dan HPO₄^2-. Konsentrasi Dari komponen-komponen tersebut dipengaruhi oleh pH susu.

c.    Enzim pada susu

          Enzim dikenal sebagai agensia pemacu/biokatalisator suatu reaksi tetapi tidak ikut dalam reaksi tersebut. Sebai katalisator, enzim bekerja secara spesifik dalam arti satu jenis enzim mengkatalisis satu reaksi saja. Keberadaan enzim dalam susu sangat menentukan tingkat kerusakan atau kualitas susu. Beberapa enzim terpenting yang ada pada susu diantaranya adalah peroksidase, katalase, phospatase, dan lipase. Dua factor utama yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu dan pH. Enzim akan aktif pada suhu optimum antara 25-50° c, aktivitas enzim tersebut akan turun jika suhu diturunkan dan inaktif pada suhu dibawah 5° c. Inaktivasi enzim inilah yang mendasari adanya pengawetan atau penundaan susu dengan cara penyimpanan pada suhu kulkas/refrigerator.

          Komponen lain dalam susu:

1)   Mikrobiologi susu

          Kandungan kimia dan nutrisi yang tinggi pada susu dapat menjadi media yang bagus untuk pertumbuhan mikroba. Berbagai jenis mikroba tumbuh dan berkembang dengan baik pada susu segar. Dua kelompok utama mikroba tersebut adalah bakteri dan fungi. Bakteri adalah mikrobia bersel satu dengan ukuran 0.4-1.5µm dan memiliki berbagai macam bentuk mulai berbentuk bulat, panjang dan spiral. Bakteri ada yang ersifat gram positif dan ada yag gram negative. Beberapa jenis bakteri dapat membentuk spora sebagai bagian dari siklus perkembangbiakan generative. Bakteri dengan kemampuan membentuk spora ini sering mengkontaminasi susu disebabkan karena ketahanan spora terhadap proses pasteurisasi dan sterilisasi.

          Beberapa kelompok bakteri yang sering terdapat pada susu segar diantaranya:

a)   Bakteri Asam Laktat (BAL), bakteri ini bersifat kualitatif anaerobic dan mampu menghasilkan enzim lactase sehingga mapu memecah laktosa sebagai sumber energy. BAL juga mampu menghasilkan enzim proteolitik sehingga mampu memecah protein menjadi asam-asam amino yang dibutuhkan bagi pertumbuhannya. Beberapa spesies BAL (streptococcus thermophillus, dan lactobacillus bulgaricus) terkenal sebagai starter untuk fermentas yoghurt, sedangkan beberapa spesies lain seperti lactobacillus casei dimanfaatkan sebagai probiotik.

b)   Baktri koliform, bakteri ini bersifat fakultatif anaerobic dan terkenal karena sering dipakai sebagai bioindikator tingkat higienitas dari susu. Beberapa spesies dari bakteri koliform mampu menyebabkan penyakit mastitis pada ternak dan menurunkan kualitas mikrobiologis susu. Pada proses pengolahan keju, keberadaan bakteri koli dapat menyebabkan terjadinya penampakan yang keruh da terbentuknya gas dalam jumlah yang besar.

c)    Bakteri asam butirat, bakteri ini dapat membentuk spora pada kondisi anaerobic  dan biasanya optimum pada suhu pertumbuhan 37° c . Hasil fermentasi dari asam butirat ini adalah gas, CO₂, hydrogen dan asam butirat. Bakteri ini tidak musnah oleh pasteurisasi karena adanya spora yang tahan panas. Salah satu cara mengendalikannya adalah dengan penambahan bahan penghambat pertumbuhan seperti potassium nitrat atau sodium klorida.

d)   Bakteri asam propionate, kebanyakan tidak mampu menghasilka spora dan mempunyai suhu optimum pertumbuhan 30° c. Hasil fermentasi oleh bakteri ini adalah CO₂, asam propionat, dan produk lainnya. Bakteri ini sering dimanfaatkan dalam proses pembuatan keju, khususnya jenis Greve dan Emmenthal.

e)   Bakteri pembusuk, bakteri ini biasanya mampu menghasilkan enzim proteolitik untuk memecah protein dan menghasilkan ammonia dan biasanya juga mampu menghaslkan lipase untuk memecah lemak.

    Fungi (jamur) adalah mikrobia kedua setelah bakteri yang sering terdapat pada berbagai produk susu. Fungi merupakan mikrobia eukariotik dimana inti sel sudah dilapisi dengan membrane inti dan organel didalam sel telah mengalami perkembangan yang lebih lengkap dibandingka bakteri. Fungi dapat tumbuh pada kondisi asam dan optimum pada suhu 30° c. Secara umum, fungi terbagi dalam dua kelompok besar, yaitu kapang dan khamir. Kapang (mould) merupakan jamur berbentuk benang-benang mikroskopis (misellium) yang tersusun atas benang hifa yang diketahui berfungsi untuk absorbsi makanan dan alat reproduksi vegetative. Kapang dapat merusak lemak dan protein dan menyebabkan kerusakan pada keju dan mentega. Keberadaan kapang dapat menyebabkan perubaha flavor seperti ketengikan.

2)   Kerusakan mikrobiologis susu

          Komposisi kimia susu yang sangat baik mampu beperan sebagai medium bagi pertumbuhaan mikroba yang merugikan. Susu segar mengandung germisida (bakteriostatik), namun kandungan germisida sangat terbatas kemampuannya dalam menghambat pertumbuhan mikroba. Oleh sebab itu, cara penanganan susu yang lebih baik perlu dilakukan dengan cara pendinginan maupun pemanasan.

          Sumber-sumber kontaminasi dapat berasal dari jaringan susu yang sakit. Mikrobia kontaminan ini biasanya terdiri atas streptococcus, staphylococcus, coliform, pseudomonas, corynebacterium, clostridium, mycobacterium, dan nocardia. Sumber kontaminasi lainnya adalah sapi yang sakit, permukaan tubuh hewan, dan alat penanganan.

REFERENSI :

Bartlett, P.C., Miller, G.Y., Anderson, C.R. and Kirk, J.H. 1990. Milk Production and Somatic Cell Count in Michigan Dairy Herds. J. Dairy Sci. 73:2794-2800

Cousin, M.A. 1982. Presence and Activity of Psychrotrophic Microorganisms in Milk and Dairy Produck: a review . Food Protect. 45:172-177

Cremin, F.M. and Power, D. 1985. Vitamins in Bovine and Human milks. In: fox, P.F. (eds). Development in dairy chemistry vol.3. Lactose and minor constituents. Elsevier. New York

Flynn, A. and Power, P. 1985. Nutritional aspect of minerals bovine and human milks. In: Fox, P.F. (eds). Development in dairy chemistry vol. 3. Lactose and minor constituents. Elsevier. New York. P:183-215

Ford, J.E., Schroeder, M.J.A., Bland, M.A., Blease, K.S. and Scott, K.J. 1989. Keeping quality of milk in relation to the copper content and temperature of pasteurization. J. Dairy. Res. 53:394

Goff, H.D. and Hill, A.R. 1993. Chemistry and physics. In: Hui, Y.H (eds) Dairy Science and Technology Handbook Principles and Properties. VCH Publisher Inc. p: 1-61

Grant, R.J., Colenbrander, V.F. and Mertens, D.R. 1990. Milk fat depression in dairy cows : role of particle size of alfalfa hay. J. Dairy Sci. 73:1823-1833

Harding, F. 1999. Milk Quality. Aspen Published Inc. Mayland

Holsinger, V.H. 1988. Lactose. In : Wong, N.P. (eds). Fundamentals of dairy chemistry. 3^rd edition. Van Nostrand Reinhold,. New York. P:279-342

Jennes, R. 1988. Composition of Milk. In: Wong, N.P., Jennes, R., Keeney, M and Marth, E.H (eds). Fundamentals of dairy chemistry. (3^rd edit). Van Nostrand Reinhold, New York. P:1-38

Law, B.A. 1979. Reviews of the Progress of dairy science: enzymes of psycrothropic bacteria and their effect on milk and milk products. J. Dairy Res. 46:57-588

Payens, T.A.J. 1982. Stable and unstable caseins micelles. J. Dairy Sci. 65:1863-1873

Schimdt, D.G. 1982. Association of caseins and casein micelle structure. In: Fox, P.F. (eds). Development in dairy chemistry vol.1. Applied Schience Publishers. London. P:61-82

Shipe, W.F. 1964. Oxidations on the dark. J. Dairy Sci. 47:221-230

Sutton, J,D. 1989. Altering milk composition by feeding. J. Dairy Sci. 72:2801-2814

Thompson, M.P. and Farell, H.M. 1973. The casein micelle-the forces contributing to its integrity. Netherlands Milk Dairy J. 27:220-239

Walstra, P. 1990. On the Stability of casein micelles. J. Dairy Sci. 73:1965-1979

Wang, C.F. and King, R.L. 1973. Chemical and sensory evaluation of iron-fortified milk. J. Food Sci. 38:938