Sisa makanan, lebihan buah-buahan, sayuran, jerami tanaman, habuk kayu dan najis ternakan sering dianggap sebagai bahan buangan yang perlu dilupuskan. Namun begitu, melalui proses fermentasi, bahan-bahan organik ini sebenarnya boleh ditukarkan kepada tenaga, baja organik, makanan ternakan dan pelbagai bioproduk yang mempunyai nilai ekonomi.
Fermentasi bahan organik merupakan proses biologi yang menggunakan aktiviti mikroorganisma untuk menguraikan dan menukarkan bahan organik kepada produk yang lebih stabil atau berguna. Proses ini boleh dijalankan secara aerobik, anaerobik atau melalui fermentasi keadaan pepejal, bergantung pada jenis bahan mentah dan produk yang ingin dihasilkan.
Apakah yang berlaku semasa fermentasi?
Secara ringkas, mikroorganisma seperti bakteria dan kulat menggunakan komponen organik sebagai sumber makanan. Aktiviti ini menyebabkan bahan kompleks diuraikan kepada sebatian yang lebih ringkas.
Hasil fermentasi tidak semestinya sama bagi setiap bahan. Sisa organik pepejal yang melalui fermentasi anaerobik, misalnya, boleh menghasilkan biogas, biohidrogen, alkohol, asid lemak meruap dan beberapa jenis asid organik. Fermentasi keadaan pepejal pula berpotensi menghasilkan enzim, biosurfaktan, biopestisid, pigmen, bahan aroma dan bioflokulan.
Bagi sisa pertanian, fermentasi juga boleh digunakan untuk menghasilkan sumber protein makanan ternakan. Sisa makanan domestik yang difermentasi pula berpotensi diproses sebagai bahan makanan ikan.
Tiga pendekatan utama fermentasi
1. Fermentasi anaerobik
Fermentasi anaerobik berlaku dalam keadaan tanpa oksigen. Pendekatan ini banyak digunakan dalam rawatan sisa organik pepejal dan penghasilan tenaga atau bahan kimia bernilai.
Antara produk yang boleh dihasilkan ialah:
- biogas;
- biohidrogen;
- etanol;
- butanol;
- asid laktik;
- asid suksinik; dan
- asid lemak meruap.
Keupayaan untuk menghasilkan beberapa produk daripada satu sumber sisa menjadikan fermentasi anaerobik penting dalam pembangunan teknologi pemulihan sumber dan bioekonomi.
2. Fermentasi aerobik
Fermentasi aerobik memerlukan bekalan oksigen. Kaedah ini sering digunakan untuk menstabilkan sisa makanan serta menghasilkan kompos atau baja organik.
Dalam sistem yang lebih terkawal, proses ini boleh melibatkan pengudaraan dan pengacauan bagi memastikan oksigen, suhu dan kelembapan berada pada keadaan yang sesuai. Fermentasi termofilik, iaitu proses yang berlaku pada suhu tinggi, boleh mempercepatkan pereputan bahan organik dan membantu menghasilkan baja yang memenuhi keperluan sanitari.
3. Fermentasi keadaan pepejal
Fermentasi keadaan pepejal atau solid-state fermentation berlaku tanpa air bebas atau dengan kandungan air bebas yang sangat rendah. Bahan pepejal digunakan secara langsung sebagai substrat pertumbuhan mikroorganisma.
Kaedah ini sesuai untuk memproses pelbagai sisa pertanian dan agroindustri. Berbanding fermentasi tenggelam konvensional, fermentasi keadaan pepejal biasanya menggunakan air dan tenaga yang lebih rendah serta menghasilkan aliran sisa yang lebih sedikit. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai cabaran dari segi pemindahan haba, pemindahan jisim, keseragaman bahan dan penskalaan reaktor.
Mengurangkan kebergantungan kepada tapak pelupusan
Salah satu kelebihan utama fermentasi ialah kemampuannya mengalihkan sisa organik daripada tapak pelupusan. Sisa yang pada asalnya mempunyai nilai rendah boleh digunakan semula sebagai bahan mentah untuk menghasilkan produk lain.
Pendekatan ini selari dengan konsep ekonomi kitaran kerana sumber tidak terus dibuang selepas satu penggunaan. Sebaliknya, kandungan karbon, nitrogen dan bahan organik di dalamnya dipulihkan serta dimanfaatkan semula.
Dalam satu perbandingan pengurusan biosisa, proses fermentasi dilaporkan dapat memulihara kira-kira 99% karbon dan 93% nitrogen. Dapatan ini menunjukkan bahawa fermentasi berpotensi mengurangkan kehilangan sumber nutrien daripada aliran sisa.
Menghasilkan tenaga dan bahan kimia bernilai
Fermentasi tidak hanya berkaitan dengan penghasilan baja. Teknologi ini juga boleh menghasilkan tenaga dan bahan kimia industri seperti:
- biogas;
- biohidrogen;
- asid organik;
- etanol dan butanol;
- enzim;
- pigmen;
- biosurfaktan; dan
- protein mikrob.
Penghasilan produk ini memberi nilai tambah kepada sisa organik. Bahan buangan yang sebelum ini memerlukan kos pengangkutan dan pelupusan berpotensi menjadi bahan mentah kepada aktiviti pengeluaran baharu.
Perkembangan ini turut menunjukkan bahawa pengurusan sisa semakin bergerak daripada pendekatan “buang dan lupus” kepada pendekatan “pulih dan hasilkan”.
Kepentingan fermentasi dalam pertanian
Dalam sektor pertanian, produk fermentasi boleh digunakan sebagai baja organik atau pindaan tanah. Bahan tersebut berpotensi membantu memperbaiki kesuburan, struktur tanah dan aktiviti mikroorganisma tanah.
Baja organik yang terhasil melalui fermentasi boleh menyumbang bahan organik dan nutrien kepada tanah. Pada masa yang sama, proses fermentasi membantu menstabilkan bahan mentah sebelum digunakan di ladang.
Walau bagaimanapun, manfaat produk fermentasi tidak boleh dianggap sama bagi semua keadaan. Mutu produk akhir bergantung pada jenis bahan mentah, kaedah fermentasi, mikroorganisma, tahap kematangan produk dan kawalan proses.
Fermentasi sebagai sumber makanan ternakan
Sisa pertanian dan sisa makanan juga boleh dipertingkatkan nilainya melalui fermentasi untuk dijadikan bahan makanan ternakan atau ikan.
Dalam satu kajian terhadap sisa makanan domestik, penggunaan probiotik sebanyak 8% semasa fermentasi meningkatkan kandungan protein kasar daripada 15.58% kepada 26.16%. Pada masa yang sama, kandungan serat kasar menurun daripada 4.88% kepada 3.71%.
Dapatan ini menunjukkan bahawa fermentasi bukan sahaja mengawet atau menstabilkan bahan, tetapi juga boleh mengubah ciri pemakanannya. Namun, setiap produk makanan ternakan masih memerlukan penilaian dari segi keselamatan, kandungan nutrien dan kesesuaiannya dengan spesies ternakan.
Faktor yang menentukan kejayaan fermentasi
Fermentasi bukan sekadar mencampurkan sisa organik dan membiarkannya untuk suatu tempoh. Keberkesanan proses dipengaruhi oleh beberapa faktor penting, antaranya:
- jenis dan komposisi bahan mentah;
- kandungan lembapan;
- suhu;
- pH;
- nisbah karbon kepada nitrogen;
- kehadiran atau ketiadaan oksigen;
- jenis dan aktiviti mikroorganisma; dan
- tahap kawalan proses.
Padanan antara substrat dengan mikroorganisma merupakan perkara penting. Mikroorganisma yang sesuai perlu dipilih berdasarkan bahan mentah dan produk sasaran.
Untuk bahan lignoselulosa seperti jerami atau bahan berkayu, prarawatan dan hidrolisis enzimatik sering diperlukan. Langkah ini membantu membebaskan gula yang boleh digunakan oleh mikroorganisma, tetapi pada masa yang sama boleh meningkatkan kos dan penggunaan tenaga.
Beberapa dapatan kajian yang menarik
Dokumen yang dirujuk menghimpunkan beberapa hasil kajian berkaitan fermentasi bahan organik:
Fermentasi suhu tinggi selama 14 jam dilaporkan mampu menstabilkan sisa makanan dan menggalakkan pembentukan bahan humik.
Dalam fermentasi termofilik, kandungan nitrogen ammonium meningkat sehingga 60%, manakala jumlah karbon menurun antara 15% hingga 30% bagi dua jenis efluen yang diuji.
Bagi campuran najis babi, bahan alas ayam dan bahan berkarbon, pengacauan pada kadar 10 rpm dapat mengekalkan suhu sekitar 61–63°C dan melengkapkan fermentasi dalam tempoh lapan hari.
Dapatan ini menunjukkan bahawa suhu, pengacauan dan komposisi bahan memainkan peranan besar dalam menentukan tempoh serta hasil fermentasi.
Fermentasi turut menyumbang kepada pemprosesan makanan
Fermentasi juga boleh meningkatkan ciri fungsian makanan berasaskan tumbuhan. Proses ini berpotensi membantu membebaskan atau menghasilkan komponen bioaktif, seterusnya meningkatkan aktiviti antioksidan dalam sesetengah produk makanan.
Walau bagaimanapun, kesan tersebut tidak berlaku secara seragam. Hasil fermentasi bergantung pada bahan makanan, komuniti mikroorganisma, suhu, pH dan tempoh proses. Oleh itu, fermentasi perlu dikawal dengan baik bagi memperoleh ciri produk yang dikehendaki.
Cabaran pelaksanaan pada skala besar
Walaupun fermentasi menawarkan pelbagai manfaat, pelaksanaannya pada skala industri masih mempunyai beberapa cabaran. Banyak proses yang menunjukkan hasil baik di peringkat makmal belum tentu mudah dipindahkan kepada sistem pengeluaran yang lebih besar.
Antara cabaran utama ialah:
- reka bentuk dan penskalaan reaktor;
- kawalan suhu dan pH;
- pemindahan haba dan jisim;
- ketidakseragaman bahan mentah;
- kos prarawatan;
- proses pemulihan dan pemurnian produk; serta
- daya maju ekonomi keseluruhan sistem.
Bahan organik pula mempunyai komposisi yang berubah-ubah. Sisa buah, sayuran, makanan, tanaman dan ternakan tidak mempunyai kandungan air, karbon atau nitrogen yang sama. Oleh itu, satu kaedah fermentasi tidak semestinya sesuai digunakan untuk semua jenis bahan.
Kesimpulan
Fermentasi bahan organik menyediakan pendekatan yang menarik untuk menukarkan sisa bernilai rendah kepada produk yang lebih berguna. Melalui proses aerobik, anaerobik atau fermentasi keadaan pepejal, sisa organik boleh diproses menjadi tenaga, baja, asid organik, enzim, bahan makanan ternakan dan pelbagai bioproduk.
Kelebihan utamanya ialah pengurangan sisa ke tapak pelupusan, pemulihan karbon dan nutrien, penghasilan produk bernilai tambah serta sokongan terhadap amalan pertanian dan ekonomi kitaran.
Namun begitu, fermentasi bukanlah proses yang memberi hasil sama dalam semua keadaan. Kejayaannya sangat bergantung pada kesesuaian bahan mentah, mikroorganisma, pH, suhu, kelembapan, oksigen dan kawalan proses. Dengan pengurusan yang tepat, bahan organik yang sering dianggap sebagai masalah pelupusan boleh bertukar menjadi sumber yang mempunyai nilai ekonomi dan alam sekitar.
Kata kunci
Fermentasi bahan organik, sisa organik, baja organik, fermentasi anaerobik, fermentasi aerobik, fermentasi keadaan pepejal, ekonomi kitaran, pengurusan sisa, mikroorganisma, bioproduk.
Sumber rujukan
Abidin, A. Z., et al. (2024). Influence of several physical parameters in enzymatic fermentation of vegetable and fruit waste to produce organic liquid fertilizer using MASARO technology. Results in Engineering.
Andriani, Y., Lili, W., Zidni, I., Wiyatna, M. F., & R. (2020). The effect of fermentation process on physical properties of organic material from domestic food waste. Key Engineering Materials, 860, 345–350.
Bayazitova, Z., Kurmanbayeva, A., Tleuova, Z. O., & Temirbekova, N. (2023). Application of the thermophilic fermentation method to obtain environmentally friendly organic fertilizer. Journal of Ecological Engineering.
Cerda, A., Artola, A., Barrena, R., Font, X., Gea, T., & Sánchez, A. (2019). Innovative production of bioproducts from organic waste through solid-state fermentation. Frontiers in Sustainable Food Systems.
Chavez-Rico, V. S., et al. (2022). Producing organic amendments: Physicochemical changes in biowaste used in anaerobic digestion, composting, and fermentation. Waste Management, 149, 177–185.
Kucharska, K., et al. (2018). Pretreatment of lignocellulosic materials as substrates for fermentation processes. Molecules, 23.
Oiza, N., Moral-Vico, J., Sánchez, A., Oviedo, E., & Gea, T. (2022). Solid-state fermentation from organic wastes: A new generation of bioproducts. Processes.
Sánchez, A., et al. (2024). Solid-state fermentation: A review of its opportunities and challenges in the framework of circular bioeconomy. Afinidad.
Yadav, T., & Thakur, D. (2025). Impact of fermented organic manure on soil health and microbial diversity in sustainable agriculture. BIO Web of Conferences.
Zhang, Y., et al. (2023). Anaerobic fermentation of organic solid waste: Recent updates in substrates, products, and the process with multiple products co-production. Environmental Research.
