peranan bioteknologi di bidang pangan dan dampaknya

Karya Ilmiah
PERANAN BIOTEKNOLOGI DI BIDANG PANGAN DAN DAMPAKNYA
Oleh
Ir. Benika Naibaho, Msi
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS HKBP NOMENSEN
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan
kesehatan kepada penulis sehingga tulisan ini dapat diselesaikan dengan baik.
Buku ini disusun untuk mempermudah mahasiswa/mahasiswi khususnya yang
mengikuti perkuliahan Bioteknologi Pangan untuk memahami hal-hal yang menyangkut
mata kuliah Bioteknologi Pangan.
Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu
penulis bersedia dikritik dengan penyempurnaan tulisan ini.
Medan, September 2011
Penulis,
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
I.
PENDAHULUAN
Halaman
i
ii
1
II.
KIMIAWI KEHIDUPAN DAN KUNCI MENUJU BIOTEKNOLOGI
1. Enzim Mempercepat Reaksi Biologis
2. DNA Spiral Kehidupan
3. Rekayasa Genetik
4. Plasmid Lingkaran Ajaib
3
5
8
11
12
III.
FERMENTASI DAN SELEKSI MEMPEKERJAKAN MIKROBA
15
IV.
ENZIM MIKROBIAL
1. Amilase
2. Protease
3. Lipase
4. Laktase
12
18
20
23
24
V.
PIGMEN DAN VITAMIN
25
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
β-Karotein
Riboflavin
Vitamin B12
Pirazin
Terpen
Lakton
Ester
Diasetil
25
26
27
28
29
29
30
30
VI.
MINYAK DAN LEMAK
33
VII.
PENERAPAN BIOTEKNOLOGI DI BIDANG PANGAN
1. Pembuatan Keju
2. Pembuatan Yoguart
3. Pembuatan Kecap
4. Pembuatan Cuka
34
34
34
35
36
5. Pembuatan nata de coco
6. Pembuatan Tempe
7. Pembuatan Nata de Soya
36
37
38
VIII.
BIOTEKNOLOGI DALAM INDUSTRI
1. Asam Sitrat
2. Vitamin
3. Enzim
4. Protein Sel Tunggal
39
39
39
39
39
IX.
PENUTUP
1. Dampak Negatif Bioteknologi
2. Dampak Positif Bioteknologi
41
41
41
DAFTAR PUSTAKA
45
I. PENDAHULUAN
Mengapa harus bersusah payah membuat senyawa apabila mikroba dapat
mengerjakannya??? Keahlian hakiki sel hidup yang kecil ini benar-benar menakjubkan.
Jutaan tahun evolusi telah melengkapi sel tersebut dengan kemampuan dan daya tahan yang
lebih tinggi. Mikroba dapat ditemukan pada hampir setiap tempat, di air mendidih, terpendam
dalam es, di dalam minyak. Beberapa dapat mengkonsumsi bahan-bahan yang tampaknya
hampir tidak bergizi misalnya, minyak, kayu, plastik, batuan padat. Lebih lanjut lagi apabila
senyawa yang dapat diproduksi oleh mikroba itu diamati, maka potensial bioteknologiyang
tidak terhitung itu mulai terlihat. Antibiotika, insektisida, bahan bakar, zat warna, bahan
industri kimia dan vitamin hanyalah sebahagian kecil dari sejumlah bahan bernilai yang dapat
diperoleh mikroba.
Kenyataan ini akan meningkatkan minat yang kuat dalam mengembangkan industri
baru yang mempekerjakan tenaga jutaan mikroba untuk menghasilkan bahan yang kita
inginkan. Pada laboratorium di seluruh dunia, perekayasa genetika telah membuat mikroba
agar menghasilkan puluhan senyawa yang berharga. Insulin yang dihasilkan oleh mikroba
kini telah diizinkan penggunaannya dalam pengobatan diabetes.
Dampak penelitian dalam kultur sel tanaman, pengembang biakan potongan tanaman
telah memungkinkan para penulia tanaman untuk menciptakan tanaman baru yang tumbuh
lebih cepat, membutuhkan sedikit pupuk, dan tahan pada gersang.
Manusia telah lama menggunakan mikroba selama ribuan athun, roti, keju, dan bir
dimungkinkan pembuatannya hanya melalui aktivitas mikroba. Kebanyakan penggunaan
mikroba hanya bersifat untung-untungan, karena kurangnya pengetahuan untuk memahami
dunia mikroskopis dan kemampuan untuk memahaminya sehingga bermanfaat untuk kita.
Sekarang usaha ribuan ilmuan dan pakar teknologi telah memberikan hasilnya, dan prospek
yang memikat pakar bioteknologi ditemukan pada hampir semua aspek kehidupan modern.
Bioteknologi seperti banyak istilah baru memiliki beragam arti bagi berbagai
kalangan. Beberapa defenisi diartikan sedemikian luas sehingga mencakup pertanian dan
pemuliaan hewan onvensional. Pada batasan ekstrem lainnya beberapa pandangan popular
menyamakan bioteknologi dengan rekayasan genetik, dengan mengabaikan sejumlah teknik
yang sama-sama menakjubkan dan berharga, yang sekarang tersedia untuk mengalihkan
pengetahuan kita mengenai biologi menjadi hasil-hasil praktis.
Ciri penting bioteknologi, seperti didefenisikan di sini adalah bahwa teknologi ini
memanfaatkan mikroba, atau sel yang diperoleh dari tanaman dan hewan, tanpa menyertakan
aktivitas yang melibatkan seluruh tanaman atau hewan, seperti menumbuhkan gandum, atau
memelihara sapi. Hampir semua bioteknologi baru bersifat jauh lebih canggih. Tujuannya
adalah untuk memanen bahan-bahan bernilai tertentu yang dihasilkan oleh mikroba. Bahanbahan ini termasuk antibiotika, bahan-bahan dan sejumlah besar bahan kimia untuk industri.
Terdapat banyak bahan bernilia tinggi yang walaupun sifatnya bermacam-macam, akan tidak
diproduksi secara alamiah oleh mikroba yang kita kenal, dan di sini tahap rekayasa genetika
dilibatkan. Potensi rekayasa genetika hampir-hampir tidak terbatas dan pada saat pemikiran
yang luar biasa ini menjadi nyata pada tahun tujuh puluhan, timbul pemikiran serius
mengenai kebijakan dan keselamatan dari otak-atik terhadap alam dalam bentuk yang
sedemikian mendasar yaitu mengubah susunan mikroorganisme.
II. KIMIAWI KEHIDUPAN DAN KUNCI MENUJU BIOTEKNOLOGI
Istilah bioteknologi mencakup banyak aktivitas, yang biasanya memiliki kenyataan
bahwa semua aktivitas ini menggunakan kemampuan dasar organisme hidup. Lalu untuk
mengerti bagaimana hal ini dapat dibuat agar berfungsi dan apa yang dapat dikerjakan oleh
bioteknologi, penting bagi kita untuk memahami prinsip dasar kimiawi kehidupan, terutama
struktur dan fungsi protein dan bahan genetika yaitu DNA.
Kadang-kadang organisme dapat dibandingkan dengan pabrik kimia. Kuatnya analog
ini terletak pada penekanannya pada sifat-sifat kimia kehidupan kenyataan bahwa
pertumbuhan, perkembangan dan reproduksi semuanya bergantung kepada reaksi kimia.
Akan tetapi analog ini menutupi beberapa sifat organisme yang paling mendasar, banyak
diantaranya yang berkaitan langsung dengan bioteknologi.
Barangkali, ciri organisme hidup yang paling menonjol adalah keragaman prosesproses kimia yang dilangsungkannya. Hampir semua paberik kimia dirancang untuk
mengubah bahan mentah spesifik menjadi hanya beberapa produk. Evolusi telah memberikan
kepada organisme kemampuan untuk memperoleh beberapa jenis bahan mentah (nutrien) dan
mengubahnya menjadi ribuan jenis bahan yang berbeda, masing-masing dengan peranan
biologis khusus.
Tanaman dan hewan disusun atas sel dalam jumlah besar, tubuh manusia misalnya
mengandung kira-kira 100 milyar sel. Di dalam organisme bersel banyak ini, terdapat ratusan
sel yang berbeda dengan tugas yang berbeda-beda, masing-masing dengan tugas khususnya,
sel di dalam mata merasakan cahaya, sel di dalam otot memberikan tenaga untuk pergerakan
dan lain-lain. Spesialisasi sel ini merupakan sifat kunci dari organisme yang telah maju.
Masing-masing sel menyokong fungsi keseluruhan organisme dan masing-masing bergantung
kepada yang lain untuk kelangsungan hidupnya.
Sebaliknya hampir semua organisme yang berkaitan dengan para ahli bioteknologi,
yaitu mikroba terdiri dari satu sel. Masing-masing sel merupakan kesatuan yang terpisah,
yang dapat melangsungkan semua fungsi yang diperlukan untuk membuatnya tetap hidup,
dan berproduksi. Jadi bagi makhluk hidup ini istilah sel sama dengan organisme.
Dunia mikroba mencakup beberapa jenis mikroorganisme yang berbeda. Terdapat tiga
golongan yang terutama penting dalam bioteknologi yaitu, bakteri, ganggang dan kapang
(fungi). Bakteri mempunyai kemampuan kimiawi yang mengagumkan. Selnya tersusun atas
ribuan jenis zat kimia kebanyakan bersifat kompleks. Semua zat ini dibangun dari bahanbahan penyusun yang relatif sederhana, yang ditemukan oleh mikroba di lingkungannya. Zatzat kimia yang kompleks tidak dapat dibangun dari bahan sederhana ini dalam satu tahap.
Sebaliknya masing-masing sel mengambil bahan mentah dan membuat modifikasi kecil
bertahap pada bahan ini sampai produk akhirnya disempurnakan. Jaringan reaksi kimia yang
dilalui sel dalam mengubah sejumlah besar senyawa menjadi bahan-bahan yang diperlukan
untuk kehidupan diistilahkan sebagai metabolismenya. Semua reaksi kimia individual ini
harus terkoordinasi secara harmonis dan protein yang disebut enzim memainkan peranan
utama pada setiap tahap.
Rumit molekul protein sebahagian besar terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen.
Protein dibangun dari duapuluh jenis bahan penyusun sederhana yang disebut asam amino.
Kemampuan protein yang demikian menakjubkan timbul dari kenyataan bahwa begitu
banyak bentuk dapat diciptakan dengan menyusun asam amino berbagai cara. Sebuah rantai
yang mengandung hanya puluhan jenis asam amino dalam berbagai cara. Sebuah rantai yang
mengandung hanya puluhan jenis asam amino, yang dipilih dari kumpulan keduapuluh jenis
asam amino, dapat dikaitkan bersama-sama dalam jutaan jenis permutasi. Beberapa protein
mengandung hanya beberapa puluh sub unit asam amino, sedangkan yang lain mengandung
lebih dari 200, hampir semua enzim disusun oleh lebih dari seratus sub unit asam amino.
Untuk membuat protein, masing-masing asam amino ini dikaitkan bersama-sama menjadi
suatu rantai, dan julah serta susunan subunit dalam jenis protein tertentu memberikan sifat
khasnya.
Segera setelah sel selesai menyusun suatu rantai asam amino, rantai ini mulai melipat
dirinya sendiri. Jarang sekali protein berada dalam bentuk rantai lurus asam amino. Yang
jauh lebih umum adalah rantai ini berputar dan melekuk membentuk struktur tiga dimensi
yang kompleks. Pelipatan ini tidak bersifat acak, melainkan distur oleh tenaga kimia, yang
bergantung kepada urutan asam amino yang menyusun protein tertentu. Jadi bentuk akhir
molekul protein ditentukan oleh urutan asam amino yang menyusun asam amino tersebut.
Tubuh manusia mengandung lebih dari 30000 jenis protein. Maisng-masing
mempunyai manfaat yang spesifik, contohnya, beberapa protein mengangkut oksigen ke
seluruh tubuh, dan yang lain melindungi tubuh terhadap infeksi, dan lain-lain. Memang masih
banyak protein yang fungsinya belum diketahui. Pada saat ini, bioteknologi berkaitan dengan
hanya sejumlah kecil dari protein-protein ini, terutama protein yang berperan sebagai enzim.
2.1. Enzim Mempercepat Reaksi Biologis
Enzim adalah katalisator biologis yang dapat mempercepat laju reaksi kimia. Banyak
reaksi termasuk hampir semua reaksi yang penting bagi kehidupan, berlangsung sangat
lambat tanpa adanya katalisator yang sesuai. Jenis enzim yang berbeda sangat berbeda pula
struktur dan fungsinya. Masing-masing enzim memiliki “arsitektur” molekular yang khusus
dan hampir semua mampu memacu hanya hanya satu jenis reaksi kimai tertentu.
Satu sel tertentu mungkin mengandung 1000 jenis enzim, dan diantaranya banyak sel
di dalam sel yang berukuran besar dan kompleks mungkin mengandung puluhan ribu jenis
enzim yang berlainan. Sedemikian banak enzim yang diperlukan karena tugasnya yang rumit
dalam menjaga organisme agar tetap hidup dan menjamin bahwa organisme ini akan
menghasilkan keturunan yang sehat melibatkan sekian banak rangkaian reaksi kimia, yang
hampir semuanya memerlukan bantuan enzim.
Setiap senyawa kimia memiliki bentuk khusus, dan sebuah enzim akan berinteraksi
hanya dengan senyawa kimia yang bentuknya dikenal oleh enzim. Senyawa kimia yang
terlibat dalam reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim dikenal sebagai substrat dari enzm itu.
Proses keseluruhan mengenai cara enzim memilih substrat atau cara substrat bekerja
lebih menyerupai gembok dan kunci. Pada permukaan enzim tersebut lekukan dan celahcelah yang sesuai dengan tonjolan dan bentuk substrat. Jadi apbaila enzim dan substratnya
bertemu, keduanya akan saling mengaitkan diri. Senyawa lain (yang bukan merupakan
substrat untuk enzim itu) tidak dapat berlaku sebagai kunci bagi gembok, enzim-kunci itu
salah bentuknya. Setelah enzim dan substrat terkunci, maka berperanlah tenaga-tenaga kimia
yang memutuskan dan membuat berbagai ikatan kimia di dalam substrat, dan dasar reaksi
enzimatis ini sebenarnya adalah pengubah ikatan-ikatan kimia tersebut.
Semua kehidupan bergantung kepada jutaan peristiwa enzimatis, yang terjadi dalam
sistem yang kompleks, tetapi sangat terkoordinasi. Setelah enzim melakukan tugas yang
diembannya, produk dilepaskan dan enzim siap untuk kembali mengulangi kembali seluruh
urutan, dalam keadaan fisika dan kimia yang sama dengan keadaan ang sama seperti keadaan
semula. Hal ini merupakan sifat khas dari semua katalisator dan memberikan molekul enzim
kemampuan untuk mengubah sampai jutaan molekul substrat per menit.
Sebuah enzim tidak hanya memilih substratnya dari berbagai bahan di sekelilingnya,
tetapi menjamin dibuatnya produk yang benar. Hampir semua senyawa di dalam sel dapat
diubah dalam berbagai cara, menambah satu atau dua atom di sini, mengambil dua atom di
sana, memecahkan molekul-molekul ditengahnya, dan lain-lain. Untuk membentuk senyawa
yang kompkeks, sel harus menyusun serangkaian modifikasi yang kecil, atau demi satu dalam
cara yang konsisten dan dapat diramalkan.
Pengaruh mempercepat reaksi aja dari enzim tidak cukup, masing-masing enzim
harus menyampaikan senyawa “setelah jadi” yang benar kepada enzim selanjutnya pada
rangkaian ini, sehingga tugas yang diemban dapat diselesaikan. Hal ini dapat dianalogikan
dengan deretan perakitan mobil-motor. Komponen sederhana dimodifikasikan dan dirakit
dalam urutan yang teratur dan tertentu untuk menghasilkan produk yang rumit. Kecepatan
masing-masing mesin (enzim) di dalam proses kerja ini jelaslah memegang peranan penting,
tetapi yang juga menentukan adalah bahwa sebuah mesin tertentu membuat produk yang
persis sama setiap saat. Apabila produk yang dihasilkan oleh suatu mesin geragam, maka
produk ini tidak dapat ditangani oleh mesin selanjutnya pada deretan tersebut dan dapat
mengakibatkan kekacaubalauan dan proses produksi menjadi terhenti. Di dalam sel variasi
seperti itu fatal.
Kemampuan enzim untuk mengarahkan reaksi kimia menurut jalur tertentu
menghasilkan produk yang diinginkan dalam jumlah tinggi dan menjamin bahwa hanya
sedikit bahan awal yang berharga yang diubah menjadi produk sampingan yang tidak
diinginkan, atau bahkan bersifat membahayakan. Dengan cara ini jalinan reaksi sangat
kompleks dapat terus berlangsung di dalam sel dengan hasil yang dapat diramalkan, dan sifat
dapat diduga inilah sedikitnya pada tingkat molekul merupakan hakikat kehidupan.
Akan tetapi metabolisme yang sel yang sedemikian rapi pengaturannya inilah dapat
menimbulkan masalah bagi ahli bioteknologi. Banyak proses bioteknologi dirancang untuk
menghasilkan sejumlah besar senyawa tertentu yang biasanya dibuat sel dalam jumlah hanya
sedikit. Contohnya adalah produksi lisin, suatu asam amino yang banyak digunakan sebagai
bahan tambahan untuk makanan ternak.
Sebagian besar bakteri dari spesies Corynebacterium glutamicum menghasilkan lisin
dalam jumlah yang cukup untuk mengatasi kebutuhannya. Di dalam jaringan metabolisme
mikroba terdapat sistem regulasi balik yang mengatur supaya organisme dapat merasakan
berapa banyak lisin yang sudah tersedia di dalam tubuhnya. Apabila terlalu sedikit terjadi
serangkaian enzim untuk menambah persediaan ini. Apabila tersedia cukup lisin, sel tidak
akan membuang-buang energi dan bahan mentah yang demikian berharga untuk membuat
lebih banyak lisin dari jumlah yang dibutuhkan. Akan tetapi beberapa dari bakteri ini
memiliki sistim pengaturan yang tidak bekerja secara benar, dan golongan ini memproduksi
lebih banyak lisin dari yang diperlukan. Kelebihan produksi senyawa tertentu inilah dan
peranan regulasi baliknya merupakan titik pusat perhatian dalam bioteknologi.
2.2. DNA Spiral Kehidupan
Unit dasar pewarisan sifat biologis adalah gen. Setiap gen bertanggungjawab dalam
pembuatan satu enzim tertentu, atau engan kata lain masing-masing gen terlibat dalam satu
penyusunan protein yang dapat merupakan enzim atau beberapa jenis protein lain. Gen dibuat
dari asam deoksiribonukleat (DNA). Molekul DNA sangat panjang dan berliku-liku, dimana
gen merupakan bagian dari molekul DNA.
Gen bertanggungjawab membuat protein, dan gen dibuat dari DNA, melalui
pemberian instruksi atau informasi untuk membentuk protein. Perakitan asam amino menjadi
sebuah rantai merupakan tugas yang sulit dilakukan oleh komponen sel lainnya, dengan DNA
berperan sebagai pengarah pada proses ini. Terbukanya misteri DNA dan sintesis protein
merupakan salah satu kemajuan ilmiah terbesar dan memperluas cakrawala bioteknologi.
Setelah hubungan antara gen DNA dan protein (terutama enzim) dijelaskan, maka
memungkinkan untuk memikirkan bagaimana caranya menginduksi sel untuk membuat
protein baru dengan menyisipkan potongan DNA yang sesuai.
Bilamana sel diwarnai dengan pewarna khusus dan diamati di bawh mikroskop
terlihat beberapa bentuk tertentu, diantaranya adalah kromosom. Komponen kromosom yang
paling penting adalah molekul DNA yang paling besar, tunggal, tempat tersusunnya berbagai
gen. Jumlah kromosom pada suatu sel bergantung kepada spesies dari organisme tempat sel
itu diambil. Bakteri mempunyai 1 kromosom, sedangkan manusia mempunyai 46 kromosom.
Kromosom bakteri mengapung secara bebas di dalam sel, tetapi pada organisme tingkat
tinggi termasuk tumbuhan dan hewan, kromosom ditempatkan di dalam struktur bulatan
kasar aitu inti sel.
Prinsip umum yang berkaitan dengan struktur DNA dan pembuatan protein sama bagi
semua jenis organisme, akan tetapi terdapat perbedaan tertentu antara organisme yang DNAnya terdapat di dalam inti sel yang disebut eukariota dan DNA yang tidak dilingkungi inti sel
yang disebut prokariota. Adanya inti sel inilah yang membedakan organisme tingkat tinggi
dan organisme tingkat rendah. Pada tingkat molekular, sel kamir yang kecil bersal satu, yang
memiliki inti sel, lebih menyerupai manusia dibandingkan dengan bakteri yang
penampakannya kelihatan sama.
Walaupun DNA sangat besar dibandingkan dengan molekul lain, DNA mempunyai
struktur yang sangat sederhana. DNA hanya terdiri dari empat jenis subunit yang dinamakan
nukleotida, yang dikaitkan bersama-sama dalam urutan spesifik untuk membentuk suatu
rantai. Urutan nukleotida dipsepanjang DNA inilah yang berperan sebagai sandi untuk
menyampaikan semua informasi yang diperlukan untuk memerintahkan sel agar membuat
segala sesuatu yang diperlukan untuk kehidupan.
Setiap nukleotida tersusun atas tiga bagian. Dua diantaranya adalah gula yang disebut
deoksiribosa dan posfat, sama pada setiap molekul, bagian ketiga adalah basa, mencirikan
sifat individual pada keempat jenis nukleotida. Bentuk nukleotida dan basa khususnya,
adenin, timin, sitosin, dan guanin dapat bergabung bersama-sama untuk membentuk suatu
rantai yang panjangnya dapat mencapai kira-kira 3 milyard nukleotida pada kromosom
manusia.
DNA mempunyai bentuk heliks ganda, dengan dua rantai nukleotida berputar
mengelilingi satu sama lain dalam suatu heliks, atau spiral. Basa pada masing-masing rantai
berhadapan satu sama lain di tengah-tengah heliks dan basa ini berpasangan dengan cara
yang spesifik. Adenin (A) dan Timin (T), masing-masing dapat membentuk dua ikatan,
sedangkan Sitosin (S) dan Guanin (G) masing-masing dapat membentuk tiga ikatan. Karena
basa ini berpasangan satu sama lain dengan cara demikian, maka basa A dan T dinamakan
basa komplementer, demikian juga basa C dan G. Hubungan yang pasti dan tidak berobah
diantara urutan basa pada kedua untaian ini digunakan sel untuk dua proses, untuk membuat
salinan molekul DNA nya, dan untuk merangkaikan proteinnya dalam cara yang pasti selalu
sama.
DNA di dalam sel melangsungkan duplikasi dirinya sendiri sebelum sel membelah
diri, dan dengan demikian rangkaian kromosom yang lengkap tersedia bagi dua sel baru.
Molekul DNA dapat menyalin dirinya sendiri. Kita bisa menggambarkan hal ini dengan
seuntai h eliks ganda dengan negatif film dan untaian lain dengan cetakan positifnya. Jelaslah
keduanya membawa informasi atau gambar yang sama, tetapi dalam bentuk yang berbeda.
Apabila bagian positif dan negatif dipisahkan, bagian positif dapat digunakan untuk membuat
negatif yang baru, sementara bagian yang negatif semula dapat digunakan untuk membuat
positif yang baru. Sekarang kita memiliki pasangan positif-negatif yang identik dengan
pasangan asal yang semula hanya satu jumlahnya. Demikianlah bekerjanya replikasi DNA.
Mungkin ciri kehidupan yang menarik dalam tingkat molekuler adalah cara informasi
untuk membuat protein yang disandikan pada DNA dan dibaca sebagai instruksi oleh bagian
sel yang lain, yang merakit protein ini. Kunci pada untuk proses ini adalah pada urutan basa
ang spesifik yang menyusun DNA dan asam amino yang menyusun protein. Bilamana protein
disintesis, urutan penyusunan asam aminonya ditentukan oleh urutan basa pada bagian
molekul DNA yang sesuai dengan gen bagi protein tersebut. Proses ini disebut transkripsi dan
translasi. Instruksi pada DNA pertama-tama ditranskripsi, yaitu dituliskan kembali dalam
keadaan serupa kemudian ditranslasi atau diubah menjadi bahasa protein.
Pertama-tama pesan ditranskripsi menjadi molekul lain yang dikenal sebagai RNA
kurir (mRNA). Secara kimiawi mRNA sangat serupa dengan DNA, molekul ini juga dapat
mengenali basa pada untaian DNA dan melalui proses pengenalan mRNA bekerja menyalin
gen dibentuk. Proses mentranlasi instruksi pada mRNA menjadi bentuk protein sekarang
dapat dimulai. Urutan basa pada molekul mRNA menentukan urutan asam amino pada
protein. Kata-kata pada bahasa mRNA terdiri dari kelompok tiga basa berurutan, yang
bersama-sama dinamakan kodon. Setiap kodon menyampaikan perintah kepada mesin seluler
yang mensintesin protein bahwa asam amino tertentu harus digabungkan menjadi protein
pada tempat tertentu. Jadi setahap demi setahap, protein dibentuk berdasarkan instruksi yang
tersandi pada DNA dari gen.
Kemampuan organisme hidup dan berproduksi bergantung sepenuhnya kepada
pembentukan protein yang benar pada saat yang tepat. Bioteknologi masa kini dibangun di
atas pengertian mendalam mengenai proses bagaimana organisme, terutama mikroba,
mencapai prestasi kimiawi yang mempesonakan dan bagaimana kita apat memanfaatkan
kemampuan ini.
2.3. Rekayasa Genetik
Pada pertengahan tahun tujuh puluhan, terjadi perdebatan yang hebat mengenai
rekayasa genetik (kadang-kadang dinamakan pengklonan gen, manipulasi genetik,
pembelahan gen atau penelitian DNA rekombinan). Dengan seluruh teknik ini dapat
dilakukan menipulasi inti kehidupan DNA tempat gen disusun. Sekarang kita dapat menukar
gen dari satu organisme kepada organisme lainnya, menginduksi sel untuk membat bahanbahan yang sebelumnya pernah dibuat.
Kemungkinan memindahkan gen dari satu organisme ke organisme lain merupakan
prospek yang sangat memikat karena rekayasa genetik dapat mengurangi biaya dan
meningkatkan penyediaan sejumlah besar bahan yang sekarang dapat dipergunakan dalam
pengobatan, pertanian, dan industri. Selanjutnya banyak bahan yang secara alamiah hanya
ada dalam jumlah kecil, yang mungkin sebenarnya tidak terhingga nilainya jika zat-zat
tersebut tersdia dalam jumlah cukup besar sehingga berpotensi untuk diteliti.
Daya tarik utama dalam mempekerjakan mikroba sebagai pabrik untuk membuat
bahan-bahan ini adalah bahwa ilmuwan dan pakar teknologi memiliki cukup banyak
pengalaman dalam menumbuhkan organisme tersebut secara murah dan efisien pada skala
besar. Para pembuat bir dan roti telah melakukan ini selama bertahun-tahun dan industri
farmasi modern telah mengembangkan tingkat kecanggihan baru yang akan menunjang
banyak industri bioteknologi baru.
Pada hakikatnya, salah satu masalah utama yang nampaknya perlu diselesaikan
dengan rekayasa genetik adalah bahwa banyak jenis sel yang tidak dapat tumbuh di luar
lingkungan normalnya, tetapi teknik yang amat efisien untuk menumbuhkan mikroba secara
cepat dan murah telah dikembangkan. Sel tidak dapat dikultur misalnya dari pankreas
manusia yang merupakan sumber insulin alamiah, tetapi rekayasa genetik dapat menciptakan
mikroba yang dapat membuat bahan ini.
Secara garis besarnya, rekayasa genetika melibatkan penyisipan informasi genetik
baru ke dalam organisme yang biasanya adalah bakteri untuk memberi kemampuan baru.
Penerapan bioteknologi rekayasa genetik terdiri dari empat tahap utama, yaitu
memperoleh gen yang menyandi produk yang dibuat oleh mikroba, menyisipkan gen ke
dalam mikroba, menginduksi mikroba untuk mulai melakukan sintesis produk asing, dan
mengumpulkan produk tersebut.
2.4. Plasmid Lingkaran Ajaib
Semua gen yang penting untuk berlangsungnya hidup bakteri terkandung pada satu
kromosom besar berbentuk lingkaran. Terdapat pula banyak lingkaran DNA yang berukuran
lebih kecil dari beberapa bakteri dan cincin ini dikenal sebagai plasmid. Plasmid adalah
struktur yang masih teka teki da fungsinya belum sepenuhnya dipahami, walaupun telah
diketahui bahwa banyak plasmid membawa gen yang memungkinkan bakteri tahan terhadap
antibiotika. Hubungan plasmid dengan bagian sel yang lain agak aneh, yang paling penting
bari rekayasa genetika adalah bahwa plasmid seringkali keluar dari satu sel dan masuk ke
dalam sel lainnya, bahkan pada sel yang spesiennya berbeda.
Oleh karena itu apabila plasmid diambil dari bakteri dan gen cDNA mansia
“diletakkan” ke dalam cincin plasmid, maka kemampuan alamiah plasmid akan
membiarkannya memasuki bakteri dan mengangkut gen manusia ke dalam tempatnya yang
baru. Plasmid yang digunakan dalam cara ini dinamakan vektor, dari bahasa latin yang berarti
pembawa dan pengangkut. Beberapa virus tertentu dapat juga digunakan sebagai vaktor.
Untuk meletakkan gen manusia ke dalam plasmid, diperlukan enzim lain yaitu enzim
restriksi. Semua enzim merupakan alat yang ketepatannya luar biasa, dan pada enzim restriksi
kemampuannya yang kuat untuk membedakan di antara struktur-struktur yang serupa
menunjukkan puncak kesempurnaannya. Dalam menghadapi massa DNA yang campur aduk,
enzim restriksi memeriksa
heliks ganda sampai urutan basa spesifik tertentu yang
dikenalinya. Kemudian melakukan pemotongan yang tepat pada kedua untaian DNA. Dalam
hal molekul plasmid lingkaran, proses ini membuka cincin sehingga siap untuk disisipi gen
lain.
Sudah banyak enzim restriksi yang sudah digunakan, masing-masing mengenali
urutan baa yang spesifik pada DNA dan masing-masing melakukan jenis pemotongan secara
khusus. Hal yang penting adalah bahwa enzim-enzim ini tidak memotong untaian secara
lurus, melainkan membentuk ujung yang tidak rata. Hal ini menyebabkan adanya empat basa
yang menggantung pada masing-masing sisi dari kedua untaian yang telah terpotong. Basabasa ini tidak lagi berpasangan dengan pasangan dalam keadaan normal dan oleh karenanya,
mampu berkaitan dengan potongan DNA lainnya yang kebetulan memiliki rangkaian empat
basa yang sama dalam posisi menggantung. Karena kedua potongan DNA yang terpisah yang
dipotong dengan enzim restriksi ini mempunyai daya tarik yang serupa, maka enzim-enzim
ini dikatakan membentuk ujung yang mampu berlekatan (lengket). Ujung ini merupakan
tempat gen lain diletakkan.
III. FERMENTASI DAN
SELEKSI MEMPEKERJAKAN MIKROBA
Dalam mempelajari struktur, metabolisme, dan informasi genetik mikroba maka
dibutuhkan mikroba yang tidak terlalu banyak. Sebuah labu yang berisi kira-kira satu liter
nutrien dan mikroba yang sedang tubuh biasanya cukup. Tetapi bioteknologi memproduksi
sejumlah besar bahan berharga, bahkan jauh lebih besar dari yang dihasilkan mikroba yang
paling produktif yang ditumbuhkan dalam tabung-tabung laboratorium yang terbatas. Agar
tercipta proses bioteknologi yang efisien dan ekonomis, maka perlu memperbesar operasi
sehingga proses ini berlangsung dalam bejana metal yang berukuran besar.
Di dalam bioteknologi istilah fermentasi mencakup setiap proses pertumbuhan
mikroba dalam jumlah besar untuk menghasilkan setiap jenis apapun bukan hanya alkohol
seperti dalam pengertian fermentasi yang sempit atau fermentasi konvensional.
Keberhasilan dalam bioteknologi juga sangat bergantung kepada penemuan jenis
mikroba manakah yang paling cocok dengan proses fermentasi berskala besar dan mana ang
mampu memberi hasil yang tertinggi bagi senyawa yang diinginkan.
Walaupun istilah bioteknologi belum dicetuskan pada saat itu penemuan dan
perkembangan penisillin mengandung banyak unsur penting yang menciptakan bioteknologi
masa kini. Oleh karena itu kisah bagaimana penesillin ditemukan dan bagaiman senyawa ini
menjadi antibiotika pertama yang diproduksi dalam jumlah besar untuk menyelamatkan
nyawa jutaan orang digunakan untuk menggambarkan prinsip-prinsip umum seleksi dan
fermentasi.
Teknik untuk memperbaiki mikroorganisme dapat dibedakan menjadi dua golongan
utama, yaitu rekayasa genetik yang tentunya tidak dikenal sampai tahun tujuh puluhan, dan
teknik konvensional, yang memainkan peranan utama dalam sejarah penisillin dan terus
berperan dalam hampir semua aspek bioteknologi saat ini. Tidak seperti rekayasa genetik,
yang memungkinkan dimasukkannya sifat-sifat yang dikehendaki ke dalam organisme dalam
cara yang terkendali, teknik konvensional untuk memperbaiki organisme harus bergantung
kepada prosedur yang lebih acak, dengan memanfaatkan apa yang terdapat di alam. Hal ini
berarti bahwa peran ilmuwan dikurangi hanya menjadi pengamat aktivitas alam, yang hanya
mengambil hasil tidak terencana dari apa yang ditanamnya.
Kunci untuk menemukan organisme yang paling sesuai untuk penerapan seperti itu
terletak pada adanya variasi di alam. Tidak semua individu dari variasi yang sama bersifat
identik. Hal ini dapat diamati pada tanaman dan hewan yang ada di sekitar kita. Variasi ini
juga terdapat pada mikroba ampai makhluk yang paling besar. Penampakan dua ekor kucing
dapat sangat berbeda, tetapi biokimia dasarnya sama. Agar tetap hidup keduanya memerlukan
senyawa yang sama pada makanannya, dan keduanya terdiri dari sanyawa kimia yang serupa
dalam jumlah yang kira-kira sama. Variasi diantara dua mikroba pada spesies yang sama
nampak lebih besar. Apabila perbedaan ini cukup menarik dan jelas, kedua mikroba itu
dikatakan mempunyai galur (strain) yang berbeda dari spesies yang sama.
Peneliti pertama di dalam proyek penelitian mencari di antara sekian banak kapang
Penicillium untuk melihat apakah galur yang membuat penisillin dalam jumlah besar dapat
ditemukan. Pencarian ini berhasil tetapi memerlukan kerja keras dan ketelitian yang luar
biasa. Contoh kapang dikumpulkan dari sebagian banyak sumber dan ditumbuhkan di
laboratorium dan diuji untuk melihat berapa banyak antibiotika yang dihasilkannya.
Setelah galur kapang Penicillium yang dicari ditemukan, para ilmuwan mencoba
memperbaikina lebih lanjut dengan menginduksi mutasi pada organisme tersebut. Perbedaan
di antara galur Penicillium, termasuk kemampuannya dalam menghasilkan penilillin, muncul
dari kenyataan bahwa masing-masing galur memiliki rangkaian instruksi genetika yang
sedikit berbeda.
Untuk mengatasi permintaan penisilin yang demikian tinggi, perusahaan farmasi pada
tahun delapan puluhan telah menggunakan bejana-bejana metal berukuran raksasa dengan
kapasitas sampai 100000 liter (22,000 galon).
Untuk merancang proses fermentasi yang paling baik, pakar bioteknologi harus
memperhatikan berbagai faktor dengan seksama, termasuk penyediaan nutrien yang paling
baik, mencegah kontaminasi dan mengendalikan kondisi fermentasi, seperti suhu dan
keasaman.
Apabila proses fermentasi sudah selesai, bejana akan dipenuhi kaldu sel-sel mikroba,
sebagian nutrien yang belum diknsumsi dan penisilin yang terlarut. Ekstraksi dan pemurnian
produk fermentasi sangat bervariasi menurut proses masing-masing. Bentuk dasar penelisin
yang dinamakan G penisilin, kemudian dimodifikasi secara kimia untuk membentk
serangkaian penisilin semi sintetik dengan nama ampisilin dan metisilin. Modifikasi
antibiotik secara kimia yang diproduksi oleh mikroba merupakan hal yang umum dalam
industri farmasi, pakar bioteknologi dan pakar kimia bekerjasama untuk menghasilkan
berbagai antibiotika, masing-masing dengan aplikasi khusus.
Dalam proses bioteknologi lainnya, mungkin diperlukan pemecahan sel mikroba
untuk membebaskan produk yang diinginkan. Hampir semua enzim misalnya, tetap tinggal di
dalam sel dan tidak diekskresikan secara alamiah. Jika sel perlu dipecah, proses pemurnian
produk yang diinginkan menjadi lebih rumit dengan adanya sejumlah besar pecahan sel. Hal
ini dapat menambah biaya proses keseluruhan secara nyata. Hal ini dapat diatasi dengan
menginduksi mikroba untuk mensekresi produk yang diinginkan ke dalam cairan fermentasi.
IV. ENZIM MIKROBIAL
Enzim pertama yang diproduksi secara industrial adalah amilase kapang. Enzim ini
diberi nama takadiastase dan banyak digunakan dalam obat-obatan. Pada tahun 1915 Otto
Roehm’s mendapat hak paten untuk penemuannya mengenai proses pencucian bahan pakaian
menggunakan deterjen yang ditambah enzim. Sejak tahun 1969, 80% dari deterjen yang
digunakan untuk mencuci pakaian mengandung enzim terutama protease. Kemudian sejak
tahun 1969, 80% dari deterjen yang digunakan untuk mencuci pakaian mengandung enzim
terutama protease.
Karena peristiwa alergi pada konsumen pengguna detergen, maka sejak tahun 1971
penggunaan protease dalam deterjen menurun tajam. Para konsumen dan pekerja dapat
terbebas dari risiko ini jika protease diproses melalui teknik khusus seperti mikro-kapsul,
sehingga protease tidak menimbulkan efek debu (dustless protease).
Perkembangan amilase dan amiloglukosidase untuk memproduksi glukosa dari pati
telah membuka penerapan baru dari enzim secara industri. Di samping itu pemanfaatan
glukosa isomerase untuk memproduksi fruktosa telah meluas sejak tahun 1970. Rennin
mikrobial merupakan enzim penting berikutnya yang telah digunakan dalam produksi keju
sejak tahun 1965 sebagai pengganti rennin yang berasal dari anak sapi.
Enzim-enzim berikut adalah enzim yang banyak diproduksi secara komersial:
1. Enzim yang digunakan dalam industri, seperti amilase, protease, katalase, isomerase
dan penisilin ase,
2. Enzim yang digunakan untuk keperluan analisis, sepeti glukosa oksidase, galaktosa
oksidase, alkohol dehidrogenase, heksokinase, dan kolesterol oksidase.
3. Enzim-enzim yang digunakan di bidang kedokteran, seperti asparaginase, protease,
lipase, dan streptokinase.
Ketiga bidang aplikasi di atas menghendaki enzim dengan tingkat kuantitas dan
kualitas yang berbeda, seperti tergambar pada Tabel 1 berikut.
Berdasarkan jumlah tonase, maka enzim yang terpenting adalah enzim-enzim industrial.
Enzim-enzim industrial diproduksi dengan menggunakan fermetor kapasitas 12.000 liter.
Sedangkan enzim untuk keperluan analisis dan klinis sering diproduksi menggunakan
fermentor skala pilot plant.
Tabel 1. Perbedaan Kualitas Enzim Berdasarkan Bidang Penerapannya
Skala aplikasi
Derajat kemurnian
Aktivitas sekunder
Sumber
Industrial
Ton
Crude
Ada
Mikroba
biasanya
ekstraselluler
Biaya produksi
Rendah
Analitik
Miligram-gram
Kristal murni
Biasanya tidak
Mikrob,
hewan,
tanaman,
biasanya
intraseluler
Menengah-tinggi
Klinis
Milligram-gram
Kristal murni
Hanya isoenzim
Mikroba,
hewan,
tanaman, biasanya
intraselluler
Tinggi
Tabel 2. Produksi Enzim-enzim Industrial (Aunstrup et. Al., 1979)
Enzim
Rptease-Bacillus
Glukoamilase
Amilase-Bacillus
Glukosa isomerase
Rennin mikrobial
Amilase kapang
Pektinase
Protease kapang
Protein Enzim Ton/Tahun
500
300
300
50
10
10
10
10
Penjualan (% Total)
40
14
12
12
7
3
10
1
Konsentrasi enzim yang rendah yang secara normal diproduksi oleh mikroba alami
(wild type) merupakan hambatan dalam memproduksi enzim mikrobial. Walaupun dalam
tahun 1972 telah diketahui sekitar 2000 jenis enzim, hanya sekitar 140 yang dapat
dipasarkan, dan sebagian besar hanya berjumlah sekitar 10 gr, beberapa bahkan dalam
milligram.
Prospek pemanfaatan enzim telah meningkat disebabkan karena perkembangan pada
bidang-bidang berikut ini :
1. Genetika mikrobial. Enzim dengan hasil tinggi dapat diperoleh melalui teknik
manipulasi genetika. Misalnya 25% dari protein sel mutan tertentu dapat terdiri dari
enzim tunggal β-galaktosidase.
2. Optimasi kondisi fermentasi melalui induksi produksi enzim, penggunaan nutrien
murah, dan penggunaan komponen-komponen nutrien dalam medium secara optimal.
3. Ekstraksi enzim-enzim intraseluler dari sel dengan metode-metode baru.
4. Proses permurnian yang modern antara lain melalui kromatografi penukar ion,
kromatografi affinitas, dan pengendapan.
5. Perkembangan proses imobilisasi enzim. Melalui teknik ini jumlah enzim yang
diperlukan persubstrat yang dikonversi menjadi lebih rendah. Proporsi biaya enzim
dalam beberapa jenis proses menjadi hanya beberapa persen saja.
6. Perkembangan proses produksi kontinyu. Melalui proses kontinyu ini, biaya investasi
dapat ditekan, karena proses ini hanya menggunakan peralatan berukuran kecil.
4.1. Amilase
Amilase adalah enzim yang menghidrolisis pati. Pati adalah polisakarida tanaman
yang paling banyak tersedia. Salah satu pemanfaatan amilase yang utama adalah produksi
gula (sweetener) untuk keperluan industri pangan.
Enzim-enzim terpenting dalam proses sakarifikasi pati adalah, α-amilase, β-amilase,
glukoamilase, glukosa isomerase, pullulanse dan isoamilase.
α-amilase
α-amilase merupakan enzim ekstraseluler yang menghidrolisis ikatan α-1.4-glikosida.
Enzim ini diproduksi oleh bakteri dan kapang. Bakteri yang memproduksi α-amilase adalah:
Bacillus subtilis, B. Amyloliquefaciens, B. polymyxa, B. Coagulans, B. Cereun, B.
Stearothermophylus, Lactobactillus, Pseudomonas, Esherichia, Micrococcus, dan lain-lain.
Kapang yang dapat menghasilkan enzim α-amilase adalah, Aspergillus oryzae.
β-amilase
β-amilase biasanya berasal dari tanaman, tetapi beberapa mikroba juga dapat
memproduksi enzim ini antara lain, Bacillus polymexa, B.cereus, B.megalerium,
Sterptomyces sp, Pseudomonas sp, Rhizopus japanicus.
Glukoamilase
Glukoamilase bereaksi terhadap pati dengan cara memecah unit-unit glukosa mulai
dari ujung non-pereduksi. Maltosa dipecah dengan kecepatan yang rendah. Ikatan 1,6 dalam
polisakarida bercabang tidak diserang oleh enzim ini. Jadi glukosa, maltosa dan limit dekstrin
merupakan produk akhir dari enzim ini.
Mikroba yang digunakan untuk memproduksi enzim ini antara lain adalah Aspergillus
niger, A. awamori, A. oryzae Rhizopus japanicus, R. niveus, R. formosaensis.
Hidrolisis Pati
Pada industri pangn, hidrolisat pati digunakan sebagai aditif dalam pembuatan candy,
roti-rotian, makanan kaleng, dan makanan yang dibekukan. Sirop yang digunakan dapat
mengandung maltosa atau glukosa (setelah proses sakarifikasi), atau fruktosa (setelah proses
isomerisasi). Hidrolisat pati berpengaruh terhadap rasa, derajat kemanisan dan tekstur
produk-produk makanan.
Untuk memproduksi hidrolisat, pertama-tama pati dibuat menjadi pasta pada suhu 6590oC. Tahap berikutnya, perlakuan dengan asam pada suhu 120-140oC (pH 1,8 – 2,0), atau
perlakuan dengan α-amilase merupakan proses liquefaction. Cara lain proses liquefaction ini
adalah melalui proses kombinasi asam/amilase.
Kelemahan proses asam umumnya adalah hasil glukosa yang rendah, biaya
pemurnian tinggi, risiko kerusakan tinggi, dan dapat menimbulkan korosi pada sistem proses.
Karena itu liquefaction enzimatik umumnya telah menggantikan proses asam.
Liquefaction dilakukan pada suhu 110oC engan menggunakan enzim amilase dari
Bacillus subtilis yang ditambahkan ke dalam larutan pati sebelum dibuat menjadi pasta. Jika
digunakan Aspergillus oryzae dan A. niger proses liquefaction dilakukan pada suhu 55oC, dan
hidrolisis berlangsung terus sampai pada titik terbentuknya campuran maltosa/maltotriosa
tanpa penambahan enzim-enzim lain.
Larutan pati yang telah melalui proses liquefaction dengan enzim α-amilase dapat
disakarifikasi dengan enzim glukoamilase pada pH 4,0 – 5,0, dan suhu 55-60oC, tanpa
terlebih dahulu mengalami proses pemurnian.
Glukosa Isomerase
Glukosa isomerase menyebabkan isomerisasi glukosa menjadi fruktosa. Reaksi ini
bersifat balak balik (reversibel), dan menghasilkan campuran glukosa fruksota. Ratio antara
glukosa dan fruktosa dalam larutan camuran tersebut tergantung pada enzim yang digunakan
dan kondisi selama reaksi berlangsung, seperti suhu dan faktor-faktor lingkungan fisik dan
kimia lainnya.
Meningkatnya harga gula dibandingkan dengan harga pati telah menyebabkan enzim
glukosa-isomerase memiliki nilai komersial yang tinggi.
Pati dapat dikonversi menjadi glukosa baik melalui proses hidrolisis asam maupun
hidrolisis enzimatis. Glukosa memiliki derjaat kemanisan
70-75% dari derajat kemanisan
sukrosa. Karena itu proses memproduksi ftruktosa mempunyai nilai yang lebih tinggi.
Organisme yang memproduksi glukosa isomerase antara lain, Bacillus coagulans,
Sterptomyces olivaceus, S. phaeochcromogenes, S. olivochromogenes, Arthrobacter sp,
Micrococcus coagilis, dan lain-lain.
4.2. Protease
Setelah amilase, enzim kedua terpenting dewasa ini adalah protease. Protease
terutama digunakan dalam industri detergen dan industri susu. Bidang-bidang lain yang
menggunakan protease adalah industri obat-obatan, industri penyamakan kulit, industri
protein hidrolisat, industri makanan, dan industri pengolahan limbah.
Protease Alkali
Terdapat banyak bakteri dan kapang yang memproduksi protease alkali, dan yang
terpenting diantaranya adalah, Bacillus licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. Pumilus, B.
Firmus, B. Megaterium, Streptomyceces griseus, S. fradiae, S. rectus, Aspergillus oryzae, A.
flafus, A. niger, A. soyae.
Enzim yang digunakan dalam industri detergen terutama adalah protease yang berasal
dari Bacillus (Bacillopeptidase). Protease yang sudah sangat dikenal adalah Subtilisin
Carlsberg dari B. licheniformis, dan Subtilisin Novo dari B. amyloliquefaciens.
Protease alkali harus memenuhi beberapa kriteria untuk dapat digunakan dalam
industri detergen, yaitu antara lain: 1) stabil pada suhu tinggi, 2) stabil pada kisaran pH alkali
(9-11), 3) stabil terhadap bahan pengkelat (chelating agent).
Enzim protease mempunyai stabilitas yang rendah dalam medium misalnya detergen
yang mengandung bahan aktif permukaan (surface active agent). Karena itu daya simpannya
terbatas.
Protease Netral
Protease netral diproduksi baik oleh bakteri maupun kapang yaitu, Bacillus subtilis, B.
Cereus, B. megaterium, Pseudomonas aeruginosa, Aspergillus oryzae, Streptomyces griseus,
Aspergillus sovae. Bidang-bidang industri tertentu menggunakan enzim ini seperti industri
kulit dan industri makanan yang memproduksi cracker dan roti.
Rennin
Beberapa abad yang lalu, penggumpalan susu untuk memproduksi keju terjadi karena
adanya aktivitas mikroorganisme yang secara alami terdapat di dalam susu. Organisme ini
memproduksi asam organik terutama asam laktat, yang akan menurunkan pH susu sampai
pada titik isoelektrik kasein susu, sehingga terjadi pengendapan casein dalam bentuk “curd”
yang dapat dipisahkan dengan mudah dari “whey”. Cara lain untuk menggumpalkan susu
adalah dengan penambahan garam solting out, atau dengan cara pemanasan. Cara-cara ini
sudah tidak dipakai lagi.
Penambahan rennin sebagai enzim penggumpal susu telah sejak lama dikenal dan
dipraktekkan. Dewasa ini sebagian besar proses penggumpalan susu dilakukan dengan
menggunakan renin baik sendiri atau dikombinasikan dengan proses pengendapan, melalui
pengaturan pH.
Galur-galur mikroba yang umum digunakan antara lain, Streptococcus lactis, S.
cremoris, S. thermophilus, Lactobacillus helveticus L. bulgaricus. Kultur bakteri disebut
renin, khimase, atau khimosin.
Karena meningkatnya produksi keju, sedangkan jumlah anak sapi yang dipotong
menurun, telah dilakukan penelitian yang intensif untuk mengembangkan produk renin dari
mikroba sejak 1960. Sistem enzim untuk penggumpalan susu harus memenuhi persyaratan
antara lain:
1. Dapat menggumpalkan susu dengan baik tanpa terjadi hidrolisis
2. Menghasilkan odor dan struktur keju yang baik
3. Enzimnya sendiri tidak mempunyai odor yang tidak menyenangkan
4. Tidak bersifat toksik
5. Aktivitas proteolitik rendah untuk mencegah timbulnya flavor dalam pematangan
6. Aktivitas lipase rendah untuk mencegah proses ketengikan pada keju.
4.3. Lipase
Lipase (gliserol erster hidrolase) memecah lemak menjadi di-atau monogliseida dan
asam-asam lemak. Lipase umumnya merupakan enzim ekstraseluler, Genera kapang, khamir
atau bakteri yang memproduksi lipase antara lain adalah :
Kapang : Rhizopus, Aspergillus, Geotrricum, Mucor, penicillium
Khamir : Torulopsis, Candida
Bakteri : Pseudomonas, Staphylococcus, Achromobacter.
Di antara Genera di atas Aspergillus, Mucor, Rhizopus, dan Candida, telah digunakan
secara komersial.
4.4. Laktase
Laktase adalah enzim pemecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Enzim ini
merupakan enzim intraseluler pada bakteri dan khamir, tetapi kebanyakan kapang
mengekspresikan enzim laktase.
Beberapa spesies kapang dan khamir yang memproduksi laktase adalah:
Kapang : Arpergillus oryzae, A. niger
Khamir : Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis, Torula cremoris.
V. PIGMEN DAN VITAMIN
Pigmen dan vitamin yang telah diproduksi secara komersial melalui proses
mikrobiologi antara lain yaitu, β-karoten, xanthofil, riboflavin, gibrelin, vitamin B12, asam
askorbat, asam folat, asam pantotenat, dan tiamin.
5.1. β-Karoten
Perhatian terhadap β-karoten sebagai produksi industri fermentasi didasarkan pada
fungsinya sebagai prekussor vitamin A dan penggunaannya dalam sebagai pigmen dalam
berbagai jenis makanan seperti margarine dan produk-produk roti. Carotenoid lain seperti
likopen atau xanthofil, yang tidak memiliki aktivitas vitamin sebagai provitamin A, terutama
digunakan sebagai pewarna makanan.
Banyak mikroorganisme yang memproduksi karotenoid, tetapi produksinya melalui
proses fermentasi sampai saat ini belum ekonomis, karena hasil yang diperoleh tidak dapat
bersaing dengan proses sintesa kimia yang biaya produksinya lebih murah. Walaupun
demikian, peningkatan hasil pada proses mikrobiologi atau biaya bahan baku yang lebih
tinggi pada proses sintesa kimia, dapat menyebabkan produksi karotenoid melalui proses
fermentasi menjadi ekonomis.
Salah satu contoh mikroba yang dapat memproduksi β-karoten adalah Blakeslea
trispora. Produksi β-karoten terjadi selama pembentukan zigospora dari organisme yang
bersangkutan.
5.2. Riboflavin
Riboflavin (disebut juga laktoflavin atau vitamin B2), pertama sekali diisolasi dari
“whey” tahun 1933. Riboflavin terdapat dalam susu sebagai riboflavin bebas, dan dalam
berbagai jenis bahan makanan lainnya (hati, jantung, ginjal, dan telur) sebagai bagian dari
flaviprotein yang mengandung FMN (Flavin Mononukleotida) atau FAD (Flavin
Dinukleotida) sebagai gugus prostetik.
Banyak mikroorganisme yang mensintesa riboflavin termasuk bakteri, khamir dan
kapang. Mikroba yang berpotensi tinggi untuk memproduksi riboflavin dapat dilihat pada
Tabel berikut.
Tabel 3. Mikroorganisme yang Memproduksi Riboflavin
Mikroorganisme
Clostridium acetobytylicum
Mycobacterium smegmatis
Mycocandida riboflavina
Candida flareri
Eremothecium ashbyii
Ashbya gossypii
Riboflavin (mg/t)
97
58
200
567
248
6420
Sampai akhir tahun 1970, satu-satunya industri yang memproduksi riboflavin secara
mikroorganisme adalah Merck & Co., Inc. Amerika Serikat.
5.3. Vitamin B12
Vitamin B12 yang dibutuhkan oleh hewan dipenuhi melalui makanan yang masuk
atau melalui penyerapan vitamin B12 yang disintesa oleh mikroorganisme yang terdapat
dalam usus besar (intestinal). Tetapi manusia memenuhi kebutuhannya akan vitamin B12
hanya melalui makanan yang dikonsumsi, karena vitamin B12 yang disintesa oleh
mikroorganisme dalam usus besar tidak dapat diasimilasi oleh tubuh manusia.
Karena vitamin B12 dibutuhkan oleh hewan, maka vitamin ini terdapat dalam
konsentrasi yang rendah dalam setiap jaringan hewan, misalnya dalam hati hanya terdapat
sekitar 1 ppm. Konsentrasi vitamin V12 dalam jaringan hewan terlalu rendah konsentrasi
untuk digunakan dalam produksi komersial. Produksi vitamin B12 melalui proses sintesa
kimia kurang praktis karena harus melalui 70 tahap reaksi.
Secara komersil vitamin B12 diperoleh pertama sekali sebagai hasil samping dari
proses fermentasi Streptomycete untuk memproduksi streptomycin, chloramphenicol atau
neomycin, dengan hasil sekitar 1 mg/lt. Karena meningkatnya permintaan akan vitamin B12
telah berkembang proses fermentasi dengan menggunakan galur-galur yang mampu
memproduksi vitamin B12 dengan hasil yang tinggi. Dewasa ini produki secara komersil
seluruhnya dilakukan melalui proses fermentasi.
5.4. Pirazin
Pirazin adalah senyawa heterosiklik mengandung nitrogen yang berperan secara nyata
terhadap flavor dari berbagai jenis makanan. Pirazin sering berhubungan dengan makanan
yang dipanaskan, yang memberikan karakteristik flavor panggang (roasted) atau vlavor
kacang (nutty). Makanan
yang diolah engan panas dari termasuk produk-produk yang
disangrai seperti kacang, kopi, dan biji cokelat, dan produk-produk yang dipanggang seperti
roti dan produk daging.
Pembentukan pirazin dalam makanan terjadi melalui proses yang dikenal sebagai
reaksi pencokelatan nonenzimatik, di mana gugus carbonil (dari gula pereduksi) dan gugus
amin (dari asam amino) berkondensasi bila dipanaskan pada suhu lebih dari 100oC. Pirazin
juga telah diisolasi dari beberapa jenis sayuran. Hal ini membuktikan bahwa pirazin dapat
terbentuk melalui mekanisme biologik.
Perhatian terhadap potensi mikroorganisme sebagai sumber baru pirazin alami telah
meningkat. Hasil penelitian mengenai produk pirazin oleh mikroba dilaporkan pertama sekali
pada tahun 1962, yaitu mengenai isolasi tetrametilpirazin kristal dalam kultur Bacillus
subtilis. Senyawa in i berperan penting sebagai flavor produk-produk fermentasi kedele
seperti kecap, natto dan miro.
Mutan Corynebacterium glutamin yang membutuhkan leusin, isoleusin, valin dan
pantotenat untuk pertumbuhannya telah dikethaui mampu memproduksi tetrametilpirazin
dengan konsentrasi tinggi.
5.5. Terpen
Terpen sering merupakan elemen utama yang memegang peranan penting dalam
menentukan karakteristik odor minyak esensial. Terpen merupakan elemen yang memegang
peranan penting dalam menentukan karakateristik odor minyak esensial.
Terpen merupakan hidrokarbon yang terdiri dari unit isoprene 5 karbon (2-metil-1,3-butadiena)
sebagaidasar molekulnya. Struktur molekul terpen dapat merupakan rantai terbuka, tertutup, siklik,
jenuh, atau tidak jenuh. Karena terpen mudah teroksidasi yang dapat menyebabkan kerusakan flavor,
maka terpen sering dipisahkan dari minyak esensial. Minyak esensial tanpa terpen mempunyai rasa
yang hambar (flant).
Beberapa mikroba yang menghasilkanterpen antara lain adalah, kapang Ceratocystis,
Trametes odorata, dan berbagai spesien Phellinus.
Drawert dan Bartos (1978), melaporkan isolasi monoterpen sitronellol, linalool, dan geranil
dari kultur Klyuyeromyces lactis.
Studi mengenai mekanisme produksi terpen mentol merupakan contoh bagaimana
mikroorganisme digunakan untuk memproduksi senyawa-senyawa flavor. Komponen utama sebagian
besar minyak mint, yaitu 1-mentol umumnya diisolasi dari tanaman genus Mentha. Mentol digunakan
dalam berbagai jenis produk mulai dari sirop obat batuk sampa pada gula-gula (confeksionary), yang
memberikan flavor mint dan efek dingin.
5.6. Lakton
Lakton merupakan senyawa yang etlah digunakan secara luas dalam industri bahan flavor.
Lakton diisolasi dari berbagai jenis sistem makanan. Lakton berhubungan dengan aroma seperti buahbuahan, kelapa, butter, manis atau flavor kacang. Lakton merupakan ester yang mempunyai jembatan
oksigen dalam struktur molekulnya. Lakton dapat terbentuk secara alami dalam makanan melalui
berbagai reaksi kimia atau proses kimia atau melalui proses biologi.
Dengan menggunakan mikroorganisme, lakton yang bersifat optis aktif dapat disintesa dalam
bentuk yang relatif murni.
Sel khamir dari genus Candida dan Saccharomyces, kapang Penicillium nottrum,
Cladosporum butyric, dan C. suavenolens, dan bakteri Sarcina luten, telah diketahui mampu
memproduksi lakton jika diinkubasikan dengan asam keto.
5.7. Ester
Pada awal abad ke-19 telah diterbitkan laporan-laporan mengenai isolasi mikroorganisme
yang memproduksi aroma buah-buahan seperti buah pear, nenas, strawberi, apel dan sebagainya.
Produksi aroma ini dalam kultur khamir, kapang dan bakteri berhubungan dengan terbentuknya ester
hasil reaksi asam-asam organic dengan alcohol, etil isovalerat, dan etil hexanoat merupakan ester
utama yang menentukan aroma buah-buahan yang diproduksi oleh kultur Pseudomonas frugi.
Organisme ini memproduksi asam-asam lemak melalui aktivitas lipolitik organisme bersangkutan.
Etanol yang diproduksi oleh bakteri asam laktat diesterifikasi menjadi asam-asam lemak oleh enzim
esterase yang diproduksi oleh Pseudomonas. Penambahan etanol ke dalam kultur akan meningkatkan
produksi ester.
5.8. Diasetil
Diasetil atau 2,3-butanedione, adalah senyawa menentukan karakteristik flavor butter pada
produk fermentasi susu seperti mentega dan susu asam. Senyawa ini juga berperan dalam
penyimpangan flavor dalam minuman anggur (wine) dari sari buah sitrus.
Dewasa ini industri susu mengandalkan pada proses fermentasi oleh bakteri streptokoki untuk
memproduksi diasetil dalam produk-produk fermentasi susu. Untuk flavor butter dalam produk
dimana fermentasi tidak lagi dikehendaki, maka digunakan diasetil yang disintesa secara kimia dari
etil metal keton. Karena industri makanan lebih menekankan pada sumber-sumber flavor alami, maka
peranan mikroorganisme sebagai penghasil flavor menjadi lebih meononjol.
POLISAKARIDA
Sampai saat ini sektor industri masih menghasilkan sebagian besar kebutuhannya akan
polisakarida pada bahan-bahan yang berasal dari tanaman atau algae. Bahan-bahan tradisional ini
seperti pati, alginate, gum arab, telah dimanfaatkan secara luas di bidang industri makanan dan obatobatan. Polimer-polimer ini walaupun berharga, memunyai kelemahan tertentu. Karena satu dan lain
hal suplai kualitas dan kuantitas berfluktuasi. Sifat-sifat rheologi mungkin tidak persis dengan yang
dibutuhkan, atau jumlah polisakarida yang dibutuhkan untuk keperluan khusus mungkin terhalang
karena harga.
Produksi exopolisakarida microbial merupakan alternatif yang dapat diandalkan, baik berupa
produk-produk yang sifatnya hampir identik dengan produk yang saat ini digunakan, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai bahan pengganti, maupun berupa bahan-bahan dengan sifat rheologi yang lebih
baik, sehingga membuka bidang-bidang penerapan baru. Hal ini dimungkinkan karena luasnya kisaran
atau spektrum polisakarida yang disintesa oleh mikroorganisme.
Walaupun komposisinya microbial secara industri tidak terpengaruh pada kegagalan tanaman,
kondisiiklim atau polusi lautan. Produksi tidak tergantung kepada keragaman dan output dapat
dikendalikan dengan cermat dan biaya ditentukan dengan teliti. Walaupun demikian polisakarida yang
dihasilkan relatif mahal dibandingkan dengan pati, sehingga tidak dapat diharapkan untuk
menggantikan pati seluruhnya.
PROTEIN SEL TUNGGAL
Protein sel tunggal mengandung nilai gizi yang tinggi karena kandungannya yang tinggi akan
protein, vitamin dan lipida. Di samping itu, protein sel tunggal mengandung asam-asam amino
esensial. Tetapi dibanyak negara ada hambatan psikologis untuk menggunakan mikroorganisme
sebagai sumber makanan utama. Untuk keamanan penggunaan PST, beberapa hal di bawah ini perlu
dipertimbangkan:
1. Kandungan asam nukleat yang tinggi dapat membahayakan kesehatan. Bakteri mengandung
asam nukleat yang tinggi 10 – 16 persen, kamir 6 persen, dan kapang 2,5-6 persen.
2. Dalam PST mungkin terdapat senyawa toksik atau senyawa yang bersifat karsinogenik.
Senyawa-senyawa ini dapat diserap mikroorganisme dari substrat pertumbuhannya. Juga
terdapat kemungkinan bahwa mikroba sendiri memproduksi senyawa toksik, misalnya
beberapa jenis kapang memproduksi aflatoksin.
3. Lambatnya pencernaan sel mikroba dalam usus dapat mengakibatkan reaksi elergi.
Karena kelemahan dan munculnya berbagai tantangan dalam penggunaan PST sebagai
makanan, mungkin PST hanya berpengaruh secara tidak langsung dalam upaya peningkatan gizi
manusia. Dalam pengertian ini, PST digunakan sebagai makanan ternak, untuk kemudian ternak
dikonsumsi oleh manusia. Biaya produksi juga merupakan faktor yang menentukan dalam
menempatkan PST dalam menu manusia dan hewan.
Dengan demikian jelaslah bahwa PST harus bersaing dengan sumber-sumber protein alami
seperti tepung kedele dan tepung ikan. Harga PST bervariasi tergantung pada bagaimana PST tersebut
digunakan. Misalnya PST untuk manusia 10 kali lebih mahal daripada PST untuk hewan, karena PST
untuk manusia memerlukan tingkat kemungkinan yang tinggi.
Protein Ekstraseluler
Udaka et al., (1980), melaporkan tentang metode untuk mendapatkan protein yang berasal
dari mikroorganisme. Melalui program screening terhadap golongan bakteri Bacillus brevis No. 46,
yang mampu memproduksi protein secara efisien dengan konsentrasi tinggi dalam cairan kultur
VI. MINYAK DAN LEMAK
Terdapat paling sedikit dua faktor yang menyebabkan timbulnya minat untuk menggali
potensi minyak dan lemak mikrobial. Pertama adalah keberhasilan pengembangan fermentasi kontinu
untuk pengembang biakan mikroba dalam skala besar oleh sejumlah perusahaan yang menaruh minat
dalam produksi protein sel tunggal. Perkembangan ini menunjukkan bahwa mikrooganisme mampu
bersaing dengan produk-produk industri yang murah. Faktor kedua berhubungan dengan harga
minyak dan lemak yang sering meningkat tanpa diduga sebelumnya.
Seperti tanaman berkadar lemak tinggi yang disebut sebagai oleagioneus, maka
mikroorganisme berlemak tinggi disebut juga mikroorganisme oleagioneus. Hal ini menunjukkan
potensi mikroorganisme sebagai sumber minyak atau lemak dan bukan merupakan petunjuk mengenai
keadaan fisiologi yang sebenarnya, di mana kandungan minyak atau lemak mungkin tidak tinggi.
Dengan cara yang sama di mana protein yang diperoleh dari mikroba disebut protein sel
tunggal (PST), maka minyak yang diperoleh dari mikroba disebut sebagai minyak sel tunggal (MST).
Banyaknya minyak yang harus terdapat dalam mikroorganisme agar dapat digolongkan
sebagai mikroba oleaginous, menemui beberapa kesulitan. Definisi yang pasti mungkin dapat didekati
secara biokimia, yaitu mempunyai enzim biosintesa yang diperlukan untuk memproduksi lipida.
Tetapi hak tidaklah memuaskan karena adalah tidak mungkin untuk melakukan analisis biokimia pada
setiap mikroba. Pendekatan yang lebih praktis harus dilakukan, dan untuk maksud ini Ratledge (1982)
menarik garis di mana mikroba yang mengandung lipida paling sedikit 25 persen dari biomassanya
digolongkan sebagai mikroba oleagineous. Dengan menarik garis batas ini tentu timbul masalah
bagaimana dengan organisme yang kandungan lemaknya mendekati garis batas, misalnya 20 – 25
persen. Salah satu alasan sederhana adalah bahwa batas 25 persen akan membatasi jumlah mikroba
yang akan dibahas. Jika digunakan batas 20 persen, maka jumlah mikroorganisme menjadi dua
bahkan 3 kali lipat. Alasan lain adalah bahwa tidak mungkin untuk mengeksploitasi secara komersil
organisme yang kandungan lipidanya di bawah 25 persen.
VII. PENERAPAN BIOTEKNOLOGI DI BIDANG PANGAN
Bagaimanakah Bioteknologi dapat mengubah dan meningkatkan nilai tambah pangan?
Misalnya pada perubahan kedelai menjadi temped an susu menjadi keju.
Proses-proses tersebut dapat terjadi karena adanya bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme
dalam bahan makanan dapat meningkatkan nilai bahan pangan melalui fermentasi. Mikroorganisme
yang berperan dapat berupa bakteri serta jamur atau khamir.
Beberapa contoh penerapan Bioteknologi pada Bidang pangan adalah sebagai berikut :
7.1. Pembuatan Keju
Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu Lactobacillus dan Streptococcus.
Bakteri tersebut berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat. Proses
pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90oC atau dipasteurisasi, kemudian
didinginkan sampai 30oC.
Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari kegiatan bakteri tersebut pH
menurun dan susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim
rennin dari lambung sapi muda untuk menggumpalkan dadih. Enzim rennin dewasa ini telah
digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin. Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada
temperature 32oC-42oC dan ditambah garam kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan
agar matang. Adapun whey yang terbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.
7.2. Pembuatan Yoghurt.
Yoghurt adalah suatu minuman yang dibuat dari susu sapi dengan cara fermentasi oleh bakteri
Streptococcus Thermophilus dan Lactobacillus Bulgaricus. Bakteri ini adalah bakteri asam laktat
yang mengubah laktosa dari susu biasa menjadi asam laktat. Keasaman dari susu yang difermentasi
pada umumnya cukup untuk mencegah kerusakan oleh bakteri proteolitik yang tidak tahan asam.
Setelah mencapai tingkat keasaman dalam minuman tersebut, maka dilakukan pendinginan. Untuk
penilaian air susu di Amerika Serikat, air susu murni dinyatakan baik sekali, jika terdapat kurang dari
200.000 mikroorganisme per milliliter dengan perhitungan langsung dengan mikroskop atau
perhitungan jumlah koloni namun begitu susu segar kualitas bagus bukan jaminan, tetapi kebersihan
merupakan kunci utama berhasil atau tidaknya proses fermentasi ini.
Untuk mendapatkan kekentalan yang diinginkan dapat dilakukan penguapan terlebih dahulu,
sebelum susu difermentasi atau bisa juga dengan penambahan susu skim. Selain dibuat dari susu
segar, yougurt dapat juga dibuat dari susu skim (susu tanpa lemak) yang dilarutkan dalam air dengan
perbandingan tergantung pada kekentalan produk yang diinginkan. Yougurt umumnya disajikan
dengan menambahkan terlebih dahulu campuran lain seperti gula, sirup ataupun kopi (ekstrak kopi).
Penambahan campuran-campuran ini tergantung selera. Adanya campuran-campuran tersebut
selain menambah kelezatan sering kali juga memperindah penampakan sehingga mempertinggi
mutunya. Kadang-kadang dalam pembuatannya dapat ditambahkan essence seperti aroma vanili,
macca, durian, nenas dan sebagainya, ini yang disebut “flavoured yougurt”. Pada flavoured yougurt
cukup ditambahkan gula dan bisa langsung disajikan.
Produk-produk yang telah masa inkubasinya sebaiknya disimpan di almari pendingin, karena
dengan demikian fermentasi tidak berlanjut sehingga produk dapat disimpan lebih lama. Produk yang
telah jadi dan bagus, dapat digunakan sebagai starter pada pembuatan yougurt selanjutnya.
7.3. Pembuatan Kecap
Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkan pada kulit gandum terlebih
dahulu. Jamur Aspergillus oryzae bersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada
kedelai yang telah dimasak menghancurkan campuran gandum. Setelah proses fermentasi karbohidrat
berlangsung cukup lama akhirnya akan dihasilkan produk kecap.
7.4. Pembuatan Minuman Beralkohol
Tahapan dalam pembuatan wine adalah :
1. Memilih dan mengetes buah anggur
2. Tahap fermentasi, ditambahkan sulfide untuk membunuh bakteri yang tidak diinginkan.
3. Pemeraman untuk memisahkan benda-benda padat dari anggur
4. Klasifikasi dengan dialirkan dalam tong/tempat penampungan
5. Penyaringan
6. Penyimpanan
7.5. Pembuatan Cuka
Kata vinegar (cuka) berasal dari istilah Perancis vinalgre yang berarti anggur asam. Menurut
Food and Drugs Administration, cuka, cuka sari buah apel, cuka apel, dibuat melalui fermentasi
alkoholik sari buah apel diikuti fermentasi asetat (Pelcsar and Chan, 1988). Sedangkan menurut
Frazier (1976), cuka didefinisikan sebagai bumbu yang dibuat dari bahan yang mengandung pati atau
gula dengan fermentasi alkohol diikuti oksidasi esetat.
Mikroba yang berperan dalam proses pembuatan cuka adalah khamir dan bakteri. Khamir yang
berperan adalah Saccharomyces cereviaiae. Sedangkan bakteri yang berperan adalah dari genus
Acetobacter (familia Pseudomonadaceae) dari genus Bacterium. Adapun proses pembuatan asam
cuka:
7.6. Pembuatan nata de coco
Nata adalah kumpulan sel bakteri (selulosa) yang mempunyai tekstur kenyal, putih,
menyerupai gel dan terapung pada bagian permukaan cairan (nata tidak akan tumbuh di dalam cairan).
Bahan yang dapat digunakan sebgai media untuk pembuatan nata adalah air kelapa sehingga
produknya dikenal dengan nata de coco. Selain itu bahan lainnya adalah sari nenas (nata de pina),
kedelai (nata de soya) atau buah lain yang mengandung glukosa. Mikroba yang aktif dalam
pembuatan nata adalah bakteri pembentuk asam asetat yaitu Acetobacter xylinum. Mikroba ini dapat
mengubah gula menjadi selulosa. Jalinan selulosa inilah yang membuat nata terlihat putih.
Bakteri Acotobacter xylinum yang akan dapat membentuk serat nata jika ditumbuhkan dalam
air kelapa yang sudah diperkaya dengan karbon dan nitrogen melalui proses yang terkontrol. Dalam
kondisi demikian, bakteri tersebut akan menghasilkan enzim yang dapat menyusun zat gula menjadi
ribuan rantai serat atau selulosa. Dari jutaan renik yang tumbuh pada air kelapa tersebut, akan
dihasilkan jutaan lembar benang-benang selulosa yang akhirnya nampak padat berwarna putih hingga
transparan, yagn disebut sebagai nata.
Acetobacter Xylinum dapat tumbuh pada pH 3,5 – 7,5, namun akan tumbuh optimal bila pH
nya 4,3, sedangkan suhu ideal bagi pertumbuhan bakteri Acetobacter Xylinum pada suhu 28o – 31oC.
Bakteri ini sangat memerlukan oksigen.
Asam asetat atau asam cuka digunakan untuk menurunkan pH atau meningkatkan keasaman
air kelapa. Asam asetat yang baik adalah asam asetat glacial (99,8%). Asam asetat degnan
konsentrasi rendah dapat digunakan, namun untuk mencapai tingkat keasaman yang diinginkan yaitu
pH 4,5-5,5 dibutuhkan dalam jumlah banyak. Selain asam asetat, asam-asam organic dan anorganik
lain bisa digunakan.
Tahap-tahap yang perlu dilakukan dalam pembuatan nata adalah persiapan media, starter,
inokulasi, fermentasi/pengeraman, pemanenan, penghilangan asam dan pengawetan. Komposisi
media yang digunakan untuk pengawetan. Komposisi media yang digunakan untuk starter adalah
sama dengan media untuk pemeliharaan kultur tetapi tanpa media agar.
7.7. Pembuatan Tempe
Tempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makanan masyarakat golongan menengah ke
bawah, sehingga masyarakat merasa gengsi memasukkan tempe sebagai salah satu menu
makanannya. Akan tetapi, setelah diketahui manfaatnya bagi kesehatan, tempe mulai banyak dicari
dan digemari masyarakat dalam maupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat beragam,
bergantung pada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannya adalah tempe kedelai.
Tempe mempunyai nilai gizi yang baik. Di samping itu tempe memunyai beberapa khasiat,
seperti dapat mencegah dan mengendalikan diare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis,
memperlancar pencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapat mengurangi toksisitas,
meningkatkan vitalitas, mencegah anemia, menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko
jantung koroner, penyakit gula dan kanker.
Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan dasar kedelai juga diperlukan ragi. Ragi
merupakan kumpulan spora mikroorganisme, dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempe
paling sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus, yaitu Rhyzopus oligosporus,
Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus arrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari kapang tersebut akan
meningkat keping-keping biji kedelai dan memfermentasikannya menjadi produk tempe. Proses
fermentasi tersebut menyebabkan terjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat.
Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampai sembilan kali lipat.
7.8. Pembuatan nata de soya
Nata de soya merupakan salah satu jenis nata yang terbuat dari limbah tahu dan tempe.
Komponen utama nutrisi nata de soya berupa makanan berserat tinggi atau berunsur selulosa.
Kandungan serat yang tinggi pada nata de soya diyakini dapat mencegah penyakit kanker,
arteriosclerosis, dan trombosis (pembekuan darah). Nata de soya memiliki rasa yang kenyal mirip
agar-agar, dan sifatnya bening. Nata jenis ini juga baik untuk pencernaan dan bagi penderita
kolesterol tinggi. Pembuatan nata de soya tergolong mudah, caranya adalah dengan mengembangkan
bakteri Acetobacter xylinum di ari limbah tahu dengan rasio satu berbanding lima antara bibit bakteri
dan limbah tahu atau tempe. Limbah cair tahu atau tempe disaring kemudian direbus dan didinginkan.
Setelah dingin, dilakukan inokulasi dengan Acetobacter xylinum, yang menggunakan protein dan
karbohidrat sebagai sumber energi.
VIII. BIOTEKNOLOGI DALAM INDUSTRI
8.1. Asam Sitrat
Mikroba: Aspergillus niger bahan: tetes gula dan sirup Fs. Asam Sitrat: pemberi citarasa,
pengemulsi susu, dan antitoksidan. Umumnya asam ini banyak terdapat pada jeruk.
8.2. Vitamin
B1 oleh Assbya gossipii – B12 Propionibacterium dan Pseudomonas
8.3. Enzim
a. Amilase = digunakan dalam produksi sirup, kanji, glukosa. Glukosa isomerase: mengubah
amilum menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrota.
b. Protease = Digunakan antara lain dalam produksi roti, bir – protease proteolitik berfungsi sebagai
pelunak daging dan campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein.
c. Lipase = Antara lain dalam produksi susu dan keju Þ untuk meningkatkan cita rasa.
d. Asam Amino
* asam glutamat = bahan utama MSG (Monosodium Glutamat)
* Lisin = asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah besar oleh ternak.
Keduanya oleh Corynobacterium glutamicum.
8.4. Protein Sel Tunggal
Protein Sel Tunggal (Single Cell Protein = SCP), adalah makanan berkadar protein tinggi,
berasal dari mikroorganisme.
Contoh:
1. Mikroprotein dari Fusarium Substrat: tepung gandum dan ketan
2. Spirulina dan Chlorella.
Kelebihan SCP :
1. Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan
2. Pertumbuhan cepat.
IX. PENUTUP
9.1. Dampak Negatif Bioteknologi
Bioteknologi, seperti jga lain, mengandung resiko akan dampak negatif. Timbulnya
dampak yang merugikan terhadap keanekaragaman hayati disebabkan oleh potensi terjadinya
aliran gen ketanaman sekarabat atau kerabat dekat. Di bidang kesehatan manusia terdapat
kemungkinan produk gen asing seperti, gen cry dari bacillus thuringiensis maupun bacillus
sphaeericus, dapat menimbulkan reaksi alergi pada tubuh manusia, perlu dicermati pula
bahwa insersi (penyiapan gen asing ke genom inang dapat menimbulkan interaksi antara gen
asing dan inang produk bahan pertanian dan kimia yang menggunakan bioteknologi. Dampak
lain yang dapat ditimbulkan oleh bioteknologi adalah persaingan internasional dalam
perdagangan dan pemasaran produk bioteknologi. Persaingan tersebut dapat menimbulkan
ketidak-adilan bagi negara berkembang karena belum memiliki teknologi yang maju.
Kesenjangan teknologi yang sangat jauh tersebut disebabkan karena bioteknologi modern
sangat mahal sehingga sulit dikembangkan oleh negara berkembang. Ketidak-adilan
misalnya, sangat terasa dalam produk pertanian transgenik yang sangat merugikan bagi
agraris berkembang. Hak paten yang dimiliki produsen organisme transgenik juga semakin
menambah dominasi negara maju.
9.2. Dampak Positif Bioteknologi
Keanekaragaman hayati merupakan modal utama sumber gen untuk keperluan
rekayasa genetik dalam perkembangan dan perkembangan industri bioteknologi. Baik donor
maupun penerima (resipien) gen dapat terdiri atas virus, bakteri, jamur, lumut, tumbuhan,
hewan, juga manusia. Pemilihan donor/resipien gen bergantung pada jenis produk yang
dikehendaki dan nilai ekonomis suatu produk yang dapat dikembangkan menjadi komoditias
bisnis. Oleh karena itu, kegiatan bioteknologi dengan menggunakan rekayasa genetik menjadi
tidak terbatas dan membutuhkan suatu kajian sains baru yang mendasar dan sistematik yang
berhubungan dengan kepentingan dan kebutuhan manusia; Kegiatan tersebut disebut sebagai
bioprespecting. Perdebatan tentang positif untuk mengatasi dampak negatif yang dapat
ditimbulkan bioteknologi, antara lain pada tahun 1992 telah disepakati konvensi keanekaragaman Hayati, (Convection on Biological Diversity) yang mengikat secara hukum bagi
negara-negara yang ikut menandatanganinya. Sebagai tindak lajut penandatanganan konvensi
tersebut, Indonesia telah meratifikasi Undnag-undang No. 5 Tahun 1994, perlu anda ketahui,
Negara Amerika Serikat tidak ikut menandatangani konvensi tersebut. Disepakati pula
Cartegena Protocol on Biosafety (Protokol Cartegena tentang pengamanan hayati). Protokol
tersebut menyinggung tentang prosedur transpor produk bioteknologi antara negara untuk
mencegah bahaya yang timbul akibat dampak negatif terhadap keanekaragaman hayati.
Ekosistem, dan kesehatan manusia. Pengertian klon bioteknologi modern adalah pengadaan
sel jasad renik, sel (jaringan), molekul bibit tanaman melalui setek yang banyak dilakukan
pada tanaman perenial, antara lain kopi, teh, karet, dan mangga. Perbanyakan bibit dengan
teknik kultur jaringan, kultur organ, dan embiogenesis somatik dapat pula diterapkan pada
jaringan hewan dan manusia. Tidak seperti pada tumbuhan, kultur pada hewan dan manusia
tidak dapat dikembangkan menjadi individu baru.
Secara ringkas, berikut ini beberapa implikasi bioteknologi bagi perkembangan sains
dan teknologi serta perubahan lingkungan masyarakat.
a. Bioteknologi dikembangkan melalui pendekatan multidisipliner dalam wacana
molekuler. Ilmu-ilmu dasar merupakan tonggak utama pengembangan bioteknologi
maupun industri bioteknologi.
b. Bioteknologi dengan pemanfaatan teknologi rekayasa genetik memberikan dimensi
baru untuk menghasilkan produk yang tidak terbatas.
c. Bioteknologi pengolahan limbah menghasilkan produk biogas, kompos, dan lumpur
aktif.
d. Bioteknologi di bidang kedokteran dapat menghasilkan obat-obatan, antara lain
vaksin, antibiotik, antibodi monoklat, dan interferon.
e. Bioteknologi dapat meningkatkan variasi dan hasil pertanian melalui kultur jaringan,
fiksasi nitrogen pengendalian hama tanaman, dan pemberian hormon tumbuhan.
f. Bioteknologi dapat menghasilkan bahan bakar dengan pengolahan biomassa menjadi
etanol (cair) dan metana (gas).
g. Bioteknologi di bidang industri dapat menghasilkan makanan dan minuman, antara
lain pembuatan roti, nata decoco, brem, mentega, yoghurt, tempe, kecap, bir dan
anggur.
Contoh-contoh Penerapan Ilmu Bioteknologi
1. Antibodi Monoklonal
Adalah antibodi sejenis yang diproduksi oleh sel plasma klon sel-sel? Sejenis.
Antibodi ini dibuat oleh sel-sel hibridoma (hasil fusi 2 sel berbeda; penghasil sel? Limpa dan
sel mieloma) yang dikultur. Bertindak sebagai antigen yang akan menghasilkan anti bodi
adalah limpa. Fungsi antara lain diagnosis penyakit dan kehamilan.
2. Terapi Gen
Adalah pengobatan penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen normal.
3. Antibiotik
Dipelopori oleh Alexander Fleming dengan penemuan penisilin dari Penicillium
notatum.
4. Interferon
Adalah antibodi terhadap virus. Secara alami hanya dibuat oleh tubuh manusia. Proses
pembentukan di dalam tubuh memerlukan waktu cukup lama (dibanding kecepatan replikasi
virus), karena itu dilakukan rekayasa genetika.
5. Vaksin
Contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria
Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan
kimia. Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ansori Rahman, ( 1992 ), Teknologi Fermentasi Industrial I dan II, Kerjasama dengan
Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, IPB, Penerbit Arcan.
2. Burhan Bahar ( 2008 ), Kefir, Minuman fermentasi Susu, Penerbit PT. Gramedia,
Jakarta.
3. Rogers ,P.L. dan G.H. Fleet, Boitechnology and the Food Industry, Gordon and
Breach Science Publisher
4. Sambrook,J, Fritsch, E.F, dan T. Maniatis, ( 1989 ), Molecular Cloning, Cold Spring
Harbour Laboratory Press.
Terpen merupakan hidrokarbon yang terdiri dari unit isoprene 5 karbon (2-metil-1,3-butadiena)
sebagaidasar molekulnya. Struktur molekul terpen dapat merupakan rantai terbuka, tertutup, siklik,
jenuh, atau tidak jenuh. Karena terpen mudah teroksidasi yang dapat menyebabkan kerusakan
flavor, maka terpen sering dipisahkan dari minyak esensial. Minyak esensial tanpa terpen
mempunyai rasa yang hambar (flant).
Beberapa mikroba yang menghasilkanterpen antara lain adalah, kapang Ceratocystis,
Trametes odorata, dan berbagai spesien Phellinus.
Drawert dan Bartos (1978), melaporkan isolasi monoterpen sitronellol, linalool, dan geranil
dari kultur Klyuyeromyces lactis.
Studi mengenai mekanisme produksi terpen mentol merupakan contoh bagaimana
mikroorganisme digunakan untuk memproduksi senyawa-senyawa flavor. Komponen utama
sebagian besar minyak mint, yaitu 1-mentol umumnya diisolasi dari tanaman genus Mentha. Mentol
digunakan dalam berbagai jenis produk mulai dari sirop obat batuk sampa pada gula-gula
(confeksionary), yang memberikan flavor mint dan efek dingin.
Lakton
Lakton merupakan senyawa yang etlah digunakan secara luas dalam industri bahan flavor.
Lakton diisolasi dari berbagai jenis sistem makanan. Lakton berhubungan dengan aroma seperti
buah-buahan, kelapa, butter, manis atau flavor kacang. Lakton merupakan ester yang mempunyai
jembatan oksigen dalam struktur molekulnya. Lakton dapat terbentuk secara alami dalam makanan
melalui berbagai reaksi kimia atau proses kimia atau melalui proses biologi.
Dengan menggunakan mikroorganisme, lakton yang bersifat optis aktif dapat disintesa
dalam bentuk yang relatif murni.
Sel khamir dari genus Candida dan Saccharomyces, kapang Penicillium nottrum,
Cladosporum butyric, dan C. suavenolens, dan bakteri Sarcina luten, telah diketahui mampu
memproduksi lakton jika diinkubasikan dengan asam keto.
Ester
Pada awal abad ke-19 telah diterbitkan laporan-laporan mengenai isolasi mikroorganisme
yang memproduksi aroma buah-buahan seperti buah pear, nenas, strawberi, apel dan sebagainya.
Produksi aroma ini dalam kultur khamir, kapang dan bakteri berhubungan dengan terbentuknya
ester hasil reaksi asam-asam organic dengan alcohol, etil isovalerat, dan etil hexanoat merupakan
ester utama yang menentukan aroma buah-buahan yang diproduksi oleh kultur Pseudomonas frugi.
Organisme ini memproduksi asam-asam lemak melalui aktivitas lipolitik organisme bersangkutan.
Etanol yang diproduksi oleh bakteri asam laktat diesterifikasi menjadi asam-asam lemak oleh enzim
esterase yang diproduksi oleh Pseudomonas. Penambahan etanol ke dalam kultur akan
meningkatkan produksi ester.
Diasetil
Diasetil atau 2,3-butanedione, adalah senyawa menentukan karakteristik flavor butter pada
produk fermentasi susu seperti mentega dan susu asam. Senyawa ini juga berperan dalam
penyimpangan flavor dalam minuman anggur (wine) dari sari buah sitrus.
Dewasa ini industri susu mengandalkan pada proses fermentasi oleh bakteri streptokoki
untuk memproduksi diasetil dalam produk-produk fermentasi susu. Untuk flavor butter dalam
produk dimana fermentasi tidak lagi dikehendaki, maka digunakan diasetil yang disintesa secara
kimia dari etil metal keton. Karena industri makanan lebih menekankan pada sumber-sumber flavor
alami, maka peranan mikroorganisme sebagai penghasil flavor menjadi lebih meononjol.
POLISAKARIDA
Sampai saat ini sektor industri masih menghasilkan sebagian besar kebutuhannya akan
polisakarida pada bahan-bahan yang berasal dari tanaman atau algae. Bahan-bahan tradisional ini
seperti pati, alginate, gum arab, telah dimanfaatkan secara luas di bidang industri makanan dan
obat-obatan. Polimer-polimer ini walaupun berharga, memunyai kelemahan tertentu. Karena satu
dan lain hal suplai kualitas dan kuantitas berfluktuasi. Sifat-sifat rheologi mungkin tidak persis
dengan yang dibutuhkan, atau jumlah polisakarida yang dibutuhkan untuk keperluan khusus
mungkin terhalang karena harga.
Produksi exopolisakarida microbial merupakan alternatif yang dapat diandalkan, baik berupa
produk-produk yang sifatnya hampir identik dengan produk yang saat ini digunakan, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai bahan pengganti, maupun berupa bahan-bahan dengan sifat rheologi yang
lebih baik, sehingga membuka bidang-bidang penerapan baru. Hal ini dimungkinkan karena luasnya
kisaran atau spektrum polisakarida yang disintesa oleh mikroorganisme.
Walaupun komposisinya microbial secara industri tidak terpengaruh pada kegagalan
tanaman, kondisiiklim atau polusi lautan. Produksi tidak tergantung kepada keragaman dan output
dapat dikendalikan dengan cermat dan biaya ditentukan dengan teliti. Walaupun demikian
polisakarida yang dihasilkan relatif mahal dibandingkan dengan pati, sehingga tidak dapat
diharapkan untuk menggantikan pati seluruhnya.
PROTEIN SEL TUNGGAL
Protein sel tunggal mengandung nilai gizi yang tinggi karena kandungannya yang tinggi akan
protein, vitamin dan lipida. Di samping itu, protein sel tunggal mengandung asam-asam amino
esensial. Tetapi dibanyak negara ada hambatan psikologis untuk menggunakan mikroorganisme
sebagai sumber makanan utama. Untuk keamanan penggunaan PST, beberapa hal di bawah ini perlu
dipertimbangkan:
4. Kandungan asam nukleat yang tinggi dapat membahayakan kesehatan. Bakteri mengandung
asam nukleat yang tinggi 10 – 16 persen, kamir 6 persen, dan kapang 2,5-6 persen.
5. Dalam PST mungkin terdapat senyawa toksik atau senyawa yang bersifat karsinogenik.
Senyawa-senyawa ini dapat diserap mikroorganisme dari substrat pertumbuhannya. Juga
terdapat kemungkinan bahwa mikroba sendiri memproduksi senyawa toksik, misalnya
beberapa jenis kapang memproduksi aflatoksin.
6. Lambatnya pencernaan sel mikroba dalam usus dapat mengakibatkan reaksi elergi.
Karena kelemahan dan munculnya berbagai tantangan dalam penggunaan PST sebagai
makanan, mungkin PST hanya berpengaruh secara tidak langsung dalam upaya peningkatan gizi
manusia. Dalam pengertian ini, PST digunakan sebagai makanan ternak, untuk kemudian ternak
dikonsumsi oleh manusia. Biaya produksi juga merupakan faktor yang menentukan dalam
menempatkan PST dalam menu manusia dan hewan.
Dengan demikian jelaslah bahwa PST harus bersaing dengan sumber-sumber protein alami
seperti tepung kedele dan tepung ikan. Harga PST bervariasi tergantung pada bagaimana PST
tersebut digunakan. Misalnya PST untuk manusia 10 kali lebih mahal daripada PST untuk hewan,
karena PST untuk manusia memerlukan tingkat kemungkinan yang tinggi.
Protein Ekstraseluler
Udaka et al., (1980), melaporkan tentang metode untuk mendapatkan protein yang berasal
dari mikroorganisme. Melalui program screening terhadap golongan bakteri Bacillus brevis No. 46,
yang mampu memproduksi protein secara efisien dengan konsentrasi tinggi dalam cairan kultur.
MINYAK DAN LEMAK
Terdapat paling sedikit dua faktor yang menyebabkan timbulnya minat untuk menggali
potensi minyak dan lemak mikrobial. Pertama adalah keberhasilan pengembangan fermentasi
kontinu untuk pengembang biakan mikroba dalam skala besar oleh sejumlah perusahaan yang
menaruh minat dalam produksi protein sel tunggal. Perkembangan ini menunjukkan bahwa
mikrooganisme mampu bersaing dengan produk-produk industri yang murah. Faktor kedua
berhubungan dengan harga minyak dan lemak yang sering meningkat tanpa diduga sebelumnya.
Seperti tanaman berkadar lemak tinggi yang disebut sebagai oleagioneus, maka
mikroorganisme berlemak tinggi disebut juga mikroorganisme oleagioneus. Hal ini menunjukkan
potensi mikroorganisme sebagai sumber minyak atau lemak dan bukan merupakan petunjuk
mengenai keadaan fisiologi yang sebenarnya, di mana kandungan minyak atau lemak mungkin tidak
tinggi.
Dengan cara yang sama di mana protein yang diperoleh dari mikroba disebut protein sel
tunggal (PST), maka minyak yang diperoleh dari mikroba disebut sebagai minyak sel tunggal (MST).
Banyaknya minyak yang harus terdapat dalam mikroorganisme agar dapat digolongkan
sebagai mikroba oleaginous, menemui beberapa kesulitan. Definisi yang pasti mungkin dapat
didekati secara biokimia, yaitu mempunyai enzim biosintesa yang diperlukan untuk memproduksi
lipida. Tetapi hak tidaklah memuaskan karena adalah tidak mungkin untuk melakukan analisis
biokimia pada setiap mikroba. Pendekatan yang lebih praktis harus dilakukan, dan untuk maksud ini
Ratledge (1982) menarik garis di mana mikroba yang mengandung lipida paling sedikit 25 persen dari
biomassanya digolongkan sebagai mikroba oleagineous. Dengan menarik garis batas ini tentu timbul
masalah bagaimana dengan organisme yang kandungan lemaknya mendekati garis batas, misalnya
20 – 25 persen. Salah satu alasan sederhana adalah bahwa batas 25 persen akan membatasi jumlah
mikroba yang akan dibahas. Jika digunakan batas 20 persen, maka jumlah mikroorganisme menjadi
dua bahkan 3 kali lipat. Alasan lain adalah bahwa tidak mungkin untuk mengeksploitasi secara
komersil organisme yang kandungan lipidanya di bawah 25 persen.
PENERAPAN BIOTEKNOLOGI DI BIDANG PANGAN
Bagaimanakah Bioteknologi dapat mengubah dan meningkatkan nilai tambah pangan?
Misalnya pada perubahan kedelai menjadi temped an susu menjadi keju.
Proses-proses tersebut dapat terjadi karena adanya bantuan mikroorganisme.
Mikroorganisme dalam bahan makanan dapat meningkatkan nilai bahan pangan melalui fermentasi.
Mikroorganisme yang berperan dapat berupa bakteri serta jamur atau khamir.
Beberapa contoh penerapan Bioteknologi pada Bidang pangan adalah sebagai berikut :
Pembuatan Keju (Gambar ……….)
Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu Lactobacillus dan
Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam
laktat. Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90oC atau
dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai 30oC.
Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari kegiatan bakteri tersebut pH
menurun dan susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim
rennin dari lambung sapi muda untuk menggumpalkan dadih. Enzim rennin dewasa ini telah
digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin. Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada
temperature 32oC-42oC dan ditambah garam kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan
agar matang. Adapun whey yang terbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.
Pembuatan Yoghurt. (Gambar ……….)
Yoghurt adalah suatu minuman yang dibuat dari susu sapi dengan cara fermentasi oleh
bakteri Streptococcus Thermophilus dan Lactobacillus Bulgaricus. Bakteri ini adalah bakteri asam
laktat yang mengubah laktosa dari susu biasa menjadi asam laktat. Keasaman dari susu yang
difermentasi pada umumnya cukup untuk mencegah kerusakan oleh bakteri proteolitik yang tidak
tahan asam. Setelah mencapai tingkat keasaman dalam minuman tersebut, maka dilakukan
pendinginan. Untuk penilaian air susu di Amerika Serikat, air susu murni dinyatakan baik sekali, jika
terdapat kurang dari 200.000 mikroorganisme per milliliter dengan perhitungan langsung dengan
mikroskop atau perhitungan jumlah koloni namun begitu susu segar kualitas bagus bukan jaminan,
tetapi kebersihan merupakan kunci utama berhasil atau tidaknya proses fermentasi ini.
Untuk mendapatkan kekentalan yang diinginkan dapat dilakukan penguapan terlebih
dahulu, sebelum susu difermentasi atau bisa juga dengan penambahan susu skim. Selain dibuat dari
susu segar, yougurt dapat juga dibuat dari susu skim (susu tanpa lemak) yang dilarutkan dalam air
dengan perbandingan tergantung pada kekentalan produk yang diinginkan. Yougurt umumnya
disajikan dengan menambahkan terlebih dahulu campuran lain seperti gula, sirup ataupun kopi
(ekstrak kopi).
Penambahan campuran-campuran ini tergantung selera. Adanya campuran-campuran
tersebut selain menambah kelezatan sering kali juga memperindah penampakan sehingga
mempertinggi mutunya. Kadang-kadang dalam pembuatannya dapat ditambahkan essence seperti
aroma vanili, macca, durian, nenas dan sebagainya, ini yang disebut “flavoured yougurt”. Pada
flavoured yougurt cukup ditambahkan gula dan bisa langsung disajikan.
Produk-produk yang telah masa inkubasinya sebaiknya disimpan di almari pendingin, karena
dengan demikian fermentasi tidak berlanjut sehingga produk dapat disimpan lebih lama. Produk
yang telah jadi dan bagus, dapat digunakan sebagai starter pada pembuatan yougurt selanjutnya.
Pembuatan Kecap
Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkan pada kulit gandum terlebih
dahulu. Jamur Aspergillus oryzae bersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada
kedelai yang telah dimasak menghancurkan campuran gandum. Setelah proses fermentasi
karbohidrat berlangsung cukup lama akhirnya akan dihasilkan produk kecap.
1. Pembuatan Minuman Beralkohol (Gambar …………..)
Tahapan dalam pembuatan wine adalah :
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Memilih dan mengetes buah anggur
Tahap fermentasi, ditambahkan sulfide untuk membunuh bakteri yang tidak diinginkan.
Pemeraman untuk memisahkan benda-benda padat dari anggur
Klasifikasi dengan dialirkan dalam tong/tempat penampungan
Penyaringan
Penyimpanan
2. Pembuatan Cuka
Kata vinegar (cuka) berasal dari istilah Perancis vinalgre yang berarti anggur asam. Menurut
Food and Drugs Administration, cuka, cuka sari buah apel, cuka apel, dibuat melalui fermentasi
alkoholik sari buah apel diikuti fermentasi asetat (Pelcsar and Chan, 1988). Sedangkan menurut
Frazier (1976), cuka didefinisikan sebagai bumbu yang dibuat dari bahan yang mengandung pati atau
gula dengan fermentasi alkohol diikuti oksidasi esetat.
Mikroba yang berperan dalam proses pembuatan cuka adalah khamir dan bakteri. Khamir yang
berperan adalah Saccharomyces cereviaiae. Sedangkan bakteri yang berperan adalah dari genus
Acetobacter (familia Pseudomonadaceae) dari genus Bacterium. Adapun proses pembuatan asam
cuka:
Gambar ……….
3. Pembuatan nata de coco
Nata adalah kumpulan sel bakteri (selulosa) yang mempunyai tekstur kenyal, putih,
menyerupai gel dan terapung pada bagian permukaan cairan (nata tidak akan tumbuh di dalam
cairan). Bahan yang dapat digunakan sebgai media untuk pembuatan nata adalah air kelapa
sehingga produknya dikenal dengan nata de coco. Selain itu bahan lainnya adalah sari nenas (nata de
pina), kedelai (nata de soya) atau buah lain yang mengandung glukosa. Mikroba yang aktif dalam
pembuatan nata adalah bakteri pembentuk asam asetat yaitu Acetobacter xylinum. Mikroba ini
dapat mengubah gula menjadi selulosa. Jalinan selulosa inilah yang membuat nata terlihat putih.
Bakteri Acotobacter xylinum yang akan dapat membentuk serat nata jika ditumbuhkan
dalam air kelapa yang sudah diperkaya dengan karbon dan nitrogen melalui proses yang terkontrol.
Dalam kondisi demikian, bakteri tersebut akan menghasilkan enzim yang dapat menyusun zat gula
menjadi ribuan rantai serat atau selulosa. Dari jutaan renik yang tumbuh pada air kelapa tersebut,
akan dihasilkan jutaan lembar benang-benang selulosa yang akhirnya nampak padat berwarna putih
hingga transparan, yagn disebut sebagai nata.
Acetobacter Xylinum dapat tumbuh pada pH 3,5 – 7,5, namun akan tumbuh optimal bila pH
nya 4,3, sedangkan suhu ideal bagi pertumbuhan bakteri Acetobacter Xylinum pada suhu 28o – 31oC.
Bakteri ini sangat memerlukan oksigen.
Asam asetat atau asam cuka digunakan untuk menurunkan pH atau meningkatkan keasaman
air kelapa. Asam asetat yang baik adalah asam asetat glacial (99,8%). Asam asetat degnan
konsentrasi rendah dapat digunakan, namun untuk mencapai tingkat keasaman yang diinginkan
yaitu pH 4,5-5,5 dibutuhkan dalam jumlah banyak. Selain asam asetat, asam-asam organic dan
anorganik lain bisa digunakan.
Tahap-tahap yang perlu dilakukan dalam pembuatan nata adalah persiapan media, starter,
inokulasi, fermentasi/pengeraman, pemanenan, penghilangan asam dan pengawetan. Komposisi
media yang digunakan untuk pengawetan. Komposisi media yang digunakan untuk starter adalah
sama dengan media untuk pemeliharaan kultur tetapi tanpa media agar.
Pembuatan Tempe (Gambar ……….
Tempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makanan masyarakat golongan menengah
ke bawah, sehingga masyarakat merasa gengsi memasukkan tempe sebagai salah satu menu
makanannya. Akan tetapi, setelah diketahui manfaatnya bagi kesehatan, tempe mulai banyak dicari
dan digemari masyarakat dalam maupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat beragam,
bergantung pada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannya adalah tempe kedelai.
Tempe mempunyai nilai gizi yang baik. Di samping itu tempe memunyai beberapa khasiat,
seperti dapat mencegah dan mengendalikan diare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis,
memperlancar pencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapat mengurangi toksisitas,
meningkatkan vitalitas, mencegah anemia, menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko
jantung koroner, penyakit gula dan kanker.
Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan dasar kedelai juga diperlukan ragi. Ragi
merupakan kumpulan spora mikroorganisme, dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempe
paling sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus, yaitu Rhyzopus oligosporus,
Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus arrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari kapang tersebut akan
meningkat keping-keping biji kedelai dan memfermentasikannya menjadi produk tempe. Proses
fermentasi tersebut menyebabkan terjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan
karbohidrat. Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampai sembilan kali lipat.
Pembuatan nata de soya
Nata de soya merupakan salah satu jenis nata yang terbuat dari limbah tahu dan tempe.
Komponen utama nutrisi nata de soya berupa makanan berserat tinggi atau berunsur selulosa.
Kandungan serat yang tinggi pada nata de soya diyakini dapat mencegah penyakit kanker,
arteriosclerosis, dan trombosis (pembekuan darah). Nata de soya memiliki rasa yang kenyal mirip
agar-agar, dan sifatnya bening. Nata jenis ini juga baik untuk pencernaan dan bagi penderita
kolesterol tinggi. Embuatan nata de soya tergolong mudah. Caranya adalah dengan mengembangkan
bakteri Acetobacter xylinum di ari limbah tahu dengan rasio satu berbanding lima antara bibit
bakteri dan limbah tahu atau tempe. Limbah cair tahu atau tempe disaring kemudian direbus dan
didinginkan. Setelah dingin, dilakukan inokulasi dengan Acetobacter xylinm, yang menggunakan
protein dan karbohidrat sebagai sumber ………..
2. Streptococcus thermophilus = menambah keasaman
3. Mentega Mikroba: Leuconostoc cremoris
Gambar ………..
Makanan Non Susu




1. Roti, asinan, dan alcohol (bir, anggur “wine”, rum), oleh ragi
2. Kecap, oleh Aspergillus oryzae
3. Nata de Coco, oleh Acetobacter xylinum Prinsipnya adalah pemecahan amilum oleh
mikroba menghasilkan gula, yang kemudian difermentasi.
4. Cuka, oleh Acetobacter aseti Alkohol difermentasi dalam kondisi aerob.
BIOTEKNOLOGI DALAM INDUSTRI
1. Asam Sitrat
Mikroba: Aspergillus niger bahan: tetes gula dan sirup Fs. Asam Sitrat: pemberi citarasa,
pengemulsi susu, dan antitoksidan. Umumnya asam ini banyak terdapat pada jeruk.
2. Vitamin
B1 oleh Assbya gossipii – B12 Propionibacterium dan Pseudomonas
3. Enzim
a. Amilase = digunakan dalam produksi sirup, kanji, glukosa. Glukosa isomerase: mengubah amilum
menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrota.
* mikroba = Aspergillus niger Aspergillus oryzea Bacillus subtilis
b. Protease = Digunakan antara lain dalam produksi roti, bir – protease proteolitik berfungsi
sebagai pelunak daging dan campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein.
* mikroba = Aspergillus oryze Bacillus subtilis
c. Lipase = Antara lain dalam produksi susu dan keju Þ untuk meningkatkan cita rasa.
* mikroba = Aspergillus niger Rhizopus spp
d. Asam Amino
* asam glutamat = bahan utama MSG (Monosodium Glutamat)
* Lisin = asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah besar oleh ternak.
Keduanya oleh Corynobacterium glutamicum.
PROTEIN SEL TUNGGAL
Protein Sel Tunggal (Single Cell Protein = SCP), adalah makanan berkadar protein tinggi,
berasal dari mikroorganisme.
Contoh:
3. Mikroprotein dari Fusarium Substrat: tepung gandum dan ketan
4. Spirulina dan Chlorella.
Kelebihan SCP :
3. Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan
4. Pertumbuhan cepat.
Gambar Daur Ulang ACP