Fermentasi Unit Proses Industri Ubi Kayu

Fermentasi adalah suatu proses perubahan-perubahan kimia dalam suatu substrat organik yang dapat berlangsung karena aksi katalisator-katalisator biokimia, yaitu enzim yang dihasilkan oleh mikroba-mikroba hidup tertentu. Sebagai suatu metabolisme, fermentasi memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1.  Oksidasi berlangsung tidak sempurna
2. Transformasi sejumlah besar substansi oleh sejumlah kecil  jasad hidup
3. Energi yang dihasilkan relatif rendah, kira-kira 1/25 dari jumlah energi yang dihasilkan di dalam proses pernapasan (respirasi).

Mikroba-mikroba dalam fermentasi meliputi ragi, kapang, dan bakteri. Karena organisme-organisme tersebut tidak memiliki klorofil sendiri, mereka tidak dapat melakukan fotosintesis, sehingga harus mendapatkan makanannya dari bahan-bahan organik. Mikroba semacam itu termasuk Thallophyta. Meskipun mereka memiliki ciri morfologi, bentuk dan ukuran, serta cara perkembangbiakan yang berbeda, namun mereka memiliki persamaan, yaitu dapat menghasilkan enzim.

Ragi dan bakteri sel tunggal. Ragi berbentuk oval tak beraturan dengan diameter 0,005mm. Umumna berkembang biak dengan cara membentuk tunas. Bakteri berukuran lebih kecil, biasanya berbentuk bulat panjang, dan berkembang biak dengan cara pembelahan. Kapang merupakan benang-benang bersel banyak, dan bertambah panjang karena perkembangbiakan vegetatif benang-benang tersebut.

Aktivitas dan stabilitas enzim sangat dipengaruhi oleh suhu dan pH. Senyawa-senyawa tertentu, misalnya eter dan feniluretan, dapat memperkecil atau meniadakan aktivitas enzim tanpa menurunkan stabilitasnya. Sejumlah besar enzim memerlukan bantuan aktivator atau kofaktor, yang dapat berupa ion-ion logam sederhana, misalnya magnesium, seng, mangan, atau besi; ataupun merupakan senyawa-senyawa yang lebih kompleks dan khusus, yang dapat menstransfer proton dan elektron dari substrat. Senyawa-senyawa kompleks tersebut meliputi:

•  Nicotenamide adenine dinucleotide (NAD), dan nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP).
• Flavin mononucleotide (FMN) dan flavin adenine dinucleotide (FAD).

Energi yang dihasilkan dari pengambilan proton atau elektron dari substrat sebagian diwujudkan dalam bentuk panas, tetapi sebagian lain digunakan untuk pembentukan ikatan-ikatan organik yang kaya akan energi. Ikatan-ikatan tersebut biasanya mengandung fosfat atau belerang.

Reaksi pembentukan ikatan-ikatan tersebut dapat berbalik, dan jika energi diperlukan untuk menggerakkan suatu reaksi, maka senyawa-senyawa organik tersebut dapat menyediakan dengan jalan melepas energi bebasnya dalam proses hidrolisis. Di antara senyawa-senyawa organik tersebut yang paling penting adalah adenosine triphosphate (ATP), yang di dalam reaksi menghasilkan adenosine diphosphate (ADP).

Suatu senyawa organik lainnya yang dapat membebaskan sejumlah energi seperti halnya ATP, adalah derivat nukleotida yang dinamakan co-enzym A (CoA); daripadanya diperoleh asetil-S-CoA.

Pada awalnya yang dimaksudkan dengan fermentasi adalah p[roses konversi gula menjadi etil alkohol oleh mikroba tertentu. Menurut Gay Lussac, reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut:

C₁₂H₂₄O₁₂  çè 4CO₂ + 4C₂H₅OH

Baru kemudian dimodernisasi menjadi:

C₆H₁₂O₆ çè 2CO₂ + 2C₂H₅OH

Reaksi-reaksi fermentasi modern dapat menghasilkan bahan-bahan tertentu dari bahan-bahan yang mengandung glukosa (dekstrosa), seperti tampak pada tabel di bawah.

Enzim, terutama yang berhubungan dengan fermentasi karbohidrat, biasanya bersifat intraselular. Inti senyawa adalah protein yang berikatan atau mengandung substansi-substansi sederhana, misalnya logam-logam, logam organo-metalik, atau ikatan-ikatan organik lainnya. Enzim bekerja secara spesifik, artinya setiap jenis enzim hanya menjadi katalisator untuk satu reaksi atau tipe reaksi. Berdasarkan pengaruh atau efeknya, enzim dalam industri diklasifikasikan menjadi dua golongan utama, yaitu hidrolase dan desmolase.

Reaksi-reaksi fermentasi modern:

Organisme	Produk utama	Reaksi (disederhanakan)
Fermentasi anoksidatif
Ragi	etil alkohol	C6H12O6 è 2C2H5OH + 2CO2
	gliserol	C6H12O6 è C3H8O3 + C2H4O + CO2
Bakteri	butanol-aseton	2C6H12O6 è C4H10O + C3H6O + 5CO2 + 4H2
	asam butirat	C6H12O6 è C4H8O2 + 2CO2 + 2H2
	asam laktat	C6H12O6 è 2C3H6O3
	2,3-butanediol & etil alkohol	2C6H12O6 è C4H10O2 + 2C2H5OH + 4CO2 + 2H2
	asam propionat	3 C6H12O6 è 4C3H6O2 + 2C2H4O2 + 2CO2 + 2H2O
Kapang	asam itakonat	C6H12O6 è C5H6O4 + CO2 +3H2
Fermentasi oksidatif
Ragi	Ragi roti, ragi pakan dlsb
Bakteri	asam cuka	C6H12O6 + 2O2 è 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O
	asam sitrat	2C6H12O6 + 3O2 è 2C6H8O7 + 4H2O
	asam fumarat	C6H12O6 + 3O2 è C4H4O4 + 2CO2 + 4H2O