Pokok Bahasan X PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL Deskripsi

Pokok Bahasan X
PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL
Deskripsi singkat
Di negara yang sedang berkembang anak-anak kekurangan protein. Untuk
mengatasi hal ini Protein Advisory Group bersama-sarna WHO (World health
Organization) perlu memenuhi kekurangan makanan pada umumnya, khususnya
protein. Maka mikrobia digunakan untuk produksi makanan bagi manusia telah
dilakukan seperti roti, keju, yogurt, kecap dan lain sehagainya.
Sumber protein yang berasal dari mikrobia uniseluler dan multiseluler telah
diproduksi sejak perang dunia pertama. Kualitas suatu protein ditentukan oleh
kandungan asam amino. Kandungan asam amino protein sel tunggal perlu diketahui
mengingat sangat berhubungan dengan fungsi protein sel tunggal sebagai makanan
tambahan dan sumber protein utama.
Nutrien Protein Sel Tunggal (PST) harus memenuhi kebutuhan gizi baik untuk
manusia dan hewan. Kandungan asam nukleat Protein Sel Tunggal tidak boleh lebih
dari 8,5% karena bila manusia kelebihan asam nukleat akan mengakibatkan timbulnya
gangguan pencernaan, ginjal, gangguan kulit dengan terakumulasinya senyawa
karsinogenik. Asam nukleat pada protein sel tunggal dapat diturunkan dengan cara
diekstraksi rnenggunakan 10% sodium clorida, dengan pH 9,5 dan panas untuk
menurunkan sampai konsentrasi 2 %. Kualitas protein dapat dibedakan berdasarkan
uji layak yaitu PER (Protein Efficiency Ratio (PER) dan BV (Biological Value) serta
protein digestivility.
Tujuan Instruksional Khusus
Mahasiswa mampu menjelaskan tentang macam substrat, jenis mikrobia untuk
PST, faktor-faktor yang mempengaruhi produksi PST, toksisitas, nilai nutrisi dan
penurunan asam nukleat PST.
A. Mikrobia sebagai makanan
1. Pemanfaatan mikrobia untuk produksi makanan bagi manusia telah lama
dilakukan. Contoh : Roti, keju, yogurt, kecap, minuman beralkohol.
2. Mikrobia lebih menguntungkan bila dikembangkan sebagai sumber protein atau
sebagai protein sel tunggal karena :
a. Kecepatan pertumbuhan lebih cepat dibandingkan hewan dan tumbuhan
b. Pemeliharaannya
tidak
tergantung
musim,
lahan,
pengairan
dan
sebagainya.
Kelemahan protein sel tunggal adalah kandungan asam nukleat tinggi, padahal
manusia bila mengkonsumsi protein sel tunggal berlebihan, maka asam nukleat
akan terakumulasi sehingga menimbulkan gangguan pencernaan, ginjal, kulit.
B. Substrat dan mikrobia untuk PST
Substrat untuk produksi PST dapat rnenggunakan Iimbah industri, limbah
pertanian baik bentuk padat dan cair. Limhah cair meliputi melase, cairan whey susu,
sulfite liquor. Limbah pertanian berbentuk padat misalnya limbah pabrik tahu, limbah
pertanian yang mengandung selubiosa, gula.
CO2 dapat digunakan sebagai sumber karbon bagi algae dan hidrogen bakteri.
Bakteri dan fungi tertentu (Graphium, Trichoderma) dapat menggunakan methan dan
methanol. Pati dari hasil sisa pembuatan kertas dapat ditumbuhi Endomycopsis
fibuliger dan Candida utilis dapat rnenghasilkan amilase.
Hidrokarbon digunakan sebagai substrat produksi PST oleh kebanyakan khamir dan
fungi (Tabel).
Genera
khamir
yang
mampu
menggunakan
hidrokarbon
alifatik
pertumbuhan
n-alkana (paraffin)
1-alkena (olefin)
Candida, Mycotorula, Torulopsis,
Candida, Debaryomyces,
Cryptococcus, Pichia, Trichosporon,
Hasenula, Rhodotorula
Endomycopsis, Rhodotorula,
Saccharomyces, Hasenula
untuk
Genera fungi felamentos yang mampu menggunakan hidrokarbon alifatik untuk
pertumbuhan
n-alkana (paraffin)
Absidia
Gliocladum
Acremonium
Graphium
AspergilIus
Hellicostylum
Botrytis
Helminthosporium
Cephalosporium
Monilia
Chaetomium
Mucor
Chloridium
Oidiodendron
Cladosporium
Paecilomyces
Colletotricum
Penicellium
Cunninghamella
Rhizopus
Dematium
Scolecobasidium
Epicoccum
Spicaria
Fusarium
Syncephalastrum
1-alkena (olefin)
Aspergillus
Cephalosporium
Cunninghamella
Fusarium
Helminthosporium
Spicaria
Trichoderma
C. Kondisi Kultur
Garam ammonium atau nitrat biasanva digunakan untuk mempelajari
kebutuhan sumber nitrogen oleh mikrobia. Kemudian pH medium untuk pertumbuhan
khamir perlu diatur asam (4,5-5,5), untuk bakteri membutuhkan pH netral (6,0-9,5),
sedang untuk bakteri hijau biru, Spirulina maxima memerlukan pH basa (9-11).
Temperatur optimum untuk pertumbuhan mikrobia bervariasi, ada yang tumbuh
baik pada suhu antara 28-40° C.
Produksi khamir ada media minyak gas dipreparasi dalam kondisi tidak steril,
demikian juga algae yang ditumbuhkan di dalam danau terbuka, selalu terjadi
kontaminasi bakteri dan protozoa.
Apabila produksi protein sel tunggal menggunakan substrat hidrokarbon akan
timbul banyak masalah karena kemungkinan bersifat karsinogenik. Problemnya antara
lain solubilitas hidrokarbon rendah.
Sollubilitas n alkana dalam air pada temperatur 25°C
Alkana
Konsentrasi larutan tidak jenuh (molar)
Heksana
1,1 x 10-4
Oktana
5,8 x 10-6
Dekana
3,3 x 10-7
Dodekana
1,7 x 10-8
Tetradekana
9,8 x 10-10
Faktor yang perlu diperhatikan didalam penggunaan fermentor yaitu :
a. Media
c. Pertumbuhan sel
b. Kelarutan hidrokarbon
d. Gas untuk aerasi
Apabila hidrokarbon tidak mengandung O2 padahal sangat diperlukan untuk aerasi
yaitu untuk bakteri sebesar 25% sedang khamir 30%. Penggunaan O2 untuk fermentasi
hidrokarbon sebesar 2,5 - 3,5% kali, tetapi bila hidrokarbon dalam bentuk metan
sampai 4 - 5 kali, bila dibandingkan dengan substrat glukosa. Evolusi panas biasanya
diperlukan lebih banyak (Tabel).
Pengaruh substrat dan pproduk sel terhadap kebutuhan oksigen dan
pembebasan panas
Pembebasan panas
Produk
Kebutuhan oksigen
sel (gr/l)
gr/100gr sel
Kcal/100 gr sel
Kj/100 gr sel
KH
0,5
67
30
1591
Khamir
n-alkana
1,0
197
799
3345
Bakteri
n-alkana
1,0
172
780
3266
Mikrobia
Substrat
Khamir
Susunan kimia sel yang dipanen dipengaruhi oleh sifat medium dan kondisi kultur
Iainnya, misaInya perbandingan protein dan lemak dipengaruhi oleh perbandingan
antar karbon dan nitrogen (C : N) dalam suatu medium.
Apabila kandungan nitrogen mendium rendah maka pertumbuhan terbatas, tetapi
lemak terakumulasi di dalam sel. Sebagai contoh kandungan lemak pada media yang
mengandung nitrogen terbatas Rhodoturula mempunyai 60% lemak, Nocardia 70%,
Chlorella 80 %.
D. Nilai nutrisi protein sel tunggal
Komposisi mikrobia yang berguna sebagai sumber makanan terdiri dari 10–
15% purin atau base pirimidin (Tabel).
Komposisi sel mikrobia (%) berat kering
Fungi filamentous
Algae
Khamir
Bakteri
Nitrogen
5-8
7,5 - 10
7,5 - 85
11,5 - 2,5
Lemak
2-8
7,0 - 20
2,0 - 6,0
1,5 - 3
Abu
9 - 14
8,0 - 10
5,0 - 9,5
3,0 - 7
-
3,0 - 8
6,0 - 12
8,0 - 16
Asam nukleat
Kandungan asam amino mikrobia sebesar 70-80 % dan seluruh N sel mikrobia.
Mikrobia dapat bersintesa asam amino essensial yang sangat berguna untuk
pertumbuhan dan sumber nutrisi bagi manusia.
Asam
amino
essensial
dari
bermacarm-macam
mikroorganisrne
bila
dibandingkan dengan gandum dan albumen telur dapat diamati pada tabel di bawah
ini:
Kandungan asam amino essensial dari jagung, albumin telur dan makanan dari
mikrobia (gr/16 gr N)
Asam amino
Jagung
Albumin telur
Lisin
2,8
Threonin
Makanan dari mikrobia
1
2
3
4
5
6
6,5
4,6
7,7
7,8
5,3
8,6
3,9
2,9
5,1
4,6
4,8
5,4
4,5
4,5
-
Sitein
2,5
2,4
0,4
-
0,9
0,3
-
-
Methionin
1,5
3,2
1,4
1,7
1,6
1,8
2,7
1,0
Tryptophan
1,1
1,6
1,4
1,0
1,3
-
1,1
1,25
Isoleucine
3,3
6,7
6,0
1,6
5,3
3,9
4,6
3,2
Keterangan:
1. Spirulina maximum
2. Saccharomyces cereviceae
3. Candida lipolytica
4. Psedomonas methanol
5. Alcaligenes europhus
6. Penicellium notatum
Kandungan vitamin yang berasal dari mikrobia (mg/100 berat kering)
Morchella
Candida
hortensis
utilis
Thiamin
0,54
0,53
5,0 - 36
1,81
Riboflavin
1,31
4,50
3,6 - 4,2
4,82
Niacin
12,40
41,73
32,0 - 100
15,90
Piridoksin
2,62
3,34
2,5 - 100
14,30
As.Pantotenat
2,60
3,72
10,0
2,42
Kholin
4.61
-
-
968,00
As. Folat
1,09
2,15
1,5 - 8
-
Inositol
1,78
-
-
-
Biotin
0,015
0,23
0,5 - 1,8
-
Vitamin B12
0
0
0
0,96
As.
-
1,7
0,9 - 10
-
Vitamin
P
amino
S.cerevisiae
Methylomonas
methanica
benzoat
Konsumsi asam nukleat sebesar 2 gram/hari merupakan batas aman, mengingat bagi
orang yang diberi asam nukleat dengan dosis aman setelah dilakukan uji klinis dan
dibandingkan dengan penderita kencing batu, kandungan asam urat lebih besar dari
pasien.
Hubungan konsumsi asam nukleat dengan asam urat dalam serum dan air
kencing
As. Nukleat
Serum (mg/100ml)
Kandungan asam urat air kencing (mg/hari)
0
4,9
375
2
6,0
667
4
7,7
933
8
9,4
1.393
0
4,5
510
2,9
7,9
1.190
5,8
8,8
1.850
8,7
9,4
1.871
Catatan :
Kandungan normal asam urat dalam serum darah : 2-6 mg/100 ml
air kencing : 300-700mgr/hari
Kebanyakan hewan mempunyai ensim urikase yang mampu memecah asam
urat menjadi alantoin yang mempunyai kelarutan lebih besar, sehingga mudah
dieksresikan bersama urine.
ne. Hewan penghasil ensim urikase selain anjing, burung dan
mamalia yang tidak termasuk primate. Tetapi babi tidak mampu mengakomodasi basa
purin yaitu guanine sehingga babi mudah terkena penyakit ginjal.
Pemecahan purin menjadi urea dan produk akhir sebagai
sebagai ammonia.
Pemecahan basa purin :
Penurunan kadar asam nukleat dalam protein sel tunggal
tungga
Kandungan asam nukleat dalam protein sel
s tunggal yang terlalu tinggi akan
menimbulkan hambatan nutrisi secara langsung pada manusia usaha untuk
mengurangi kadar asam nukleat menggunakan beberapa cara antara lain : heat shock
incubation lalu berkembang menjadi heat shock Bovin Pancreatic ribonuce
bonucease,
pengendapan rnenggunakan asam,
asa dan hidrolisa pakai asam dan basa.
Cara penurunan kandungan asam nukleat
n
Asam nukleat sangat mudah larut dalam
dala larutan basa encer lebih mudah larut
dalam air panas tapi sukar larut dalam air ingin, dan tidak larut dalam
dala alkohol.
Pemecahan asam nukleat
nuk at dilakukan dengan secara kirniawi maupun secara
ensimatis, cara pengendapan menggunakan zat kimia
ki
atau dengan sentrifugasi.
gasi.
Latihan soal pokok bahasan X
1. Sebutkan tiga macam spesies mikrobia yang dapat dipakai sebagai sumber protein
sel tunggal (PST)?
2. Mengapa protein sel tunggal tidak boleh mengandung asam nukleat lebih dari
standard?
3. Jelaskan salah satu cara penurunan asam nukleat PST?
4. Apakah perbedaan antara Protein efficiency Ratio (PER) dan Protein Digestibility
(PD)!
5. Apakah yang dimaksud dengan :
a. Biological value
b. Microbial food
c. Heat Shocking incubation