TEKNOLOGI PRODUKSI ENZIM MIKROBIAL

TEKNOLOGI PRODUKSI
ENZIM MIKROBIAL
Ani Suryani
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENDAHULUAN
’ Sumber Enzim
→ Tanaman dan Hewan
→ Mikroba
Enzim dari Tanaman
Enzim dari Hewan
Enzim dari Mikroba
TEKNOLOGI ISOLASI, PENYIMPANAN DAN AMOBILISASI
Replikasi
Transkripsi
Intraseluler
Translasi
Enzim
Ekstraseluler
Melekat pada
membran
Membran
1. Berada di sekitar sel
2. Berdifusi ke lingkungan
3. Diangkut ke organ lain
Letak Enzim Fungsional
Tahapan umum ekstraksi dan isolasi enzim industrial
A.EKSTRAKSI DAN SEPARASI
Tahapan :
1. Pemecahan Sel
2. Klarifikasi dan presipitasi
3. Sentrifusi dan Filtrasi
4. Pengeringan dan Proses Lanjutan
1. Pemecahan Sel
Pemecahan Sel
Mekanis
Bentuk cair
• Pemecahan
dengan
gelembung
netrasonik
(sonikator)
Bentuk padat
• Homogenasi dan
penggilingan
dengan
mortar/blender
• Penghancuran
• Agitasi mekanis
dengan “Hammer
dengan tekanan
mill”
(pompa
penekan
“French
pressure)
Non mekanis
Manipulasi
lingkungan
Kimiawi dan
Enzimatis
• Freeze-thaw
• Penambahan
kejutan osmotik
detergen
ionik/non
• Penggunaan
ionik, lisozim,
vakum desikasi
dsb.
Berbagai metode pemecahan dinding sel
2. Klarifikasi dan Presipitasi
’ Klarifikasi :
•Pemisahan berbagai partikel non enzim yang
tercampur dengan enzim yang dilakukan dengan
cara mengendapkan partikel tersebut tanpa
mengumpalkan enzimnya.
•Penambahan senyawa yang menimbulkan
penggumpalan senyawa non enzim yang tidak
diinginkan ini akan memudahkan pemurnian
selanjutnya.
Contoh :
- amonium fosfat
- garam-garam kalsium
- sistein
- asam fosfat
- Na sulfat
- asam askorbat
- serat selulose
- tanah diatome
- garam Na fosfat
- Na sitrat
’ Presipitasi :
•Penambahan senyawa yang hanya menggumpalkan
protein dan tidak menggumpalkan bahan lain, dan
dengan sendirinya akan memisah dan lebih
memurnikan enzim yang dihasilkan.
•Dua jenis medote kimiawi yang digunakan :
1. Menambahkan pelarut organik
Misal : metanol, etanol, isopropanol dan seton
2. Menambahkan garam
Misal : amonium sulfat, natrium sulfat, sodium sulfat
•Ion garam yang ditambahkan mempengaruhi
kelarutan protein.
1. Salting in → pada konsentrasi rendah ion-ion garam
akan melingkupi molekul protein dan
mencegah bersatunya molekul-molekul ini,
sehingga protein melarut.
2. Salting out → pada konsentrasi tinggi, terjadi
peningkatan muatan listrik di sekitar protein
yang akan menarik mantel air dari koloid
protein. Interaksi diantara sesama molekul
protein pada suasana ionik tinggi akan
menurunkan kelarutan protein.
•Pada skala laboratorium, proses pemurnian lanjutan
biasanya tidak menghendaki kelebihan garam.
Garam yang tersisa dari proses penggumpalan enzim
ini harus dipisahkan dengan dialisis atau filtrasi gel
(desalting)
Proses “disalting” enzim setelah pengendapan oleh garam
a. Dialisis
b. Filtrasi gel
• Enzim-enzim dan beberapa protein mempunyai kemampuan
untuk membentuk garam dengan penambahan logam.
Terbentuknya garam akan menurunkan kelarutan protein ion
garam yang ditambahkan mempengaruhi kelarutan protein.
Bagan alat pemekat protein oleh senyawa bertekanan
osmosis tinggi
4. Pengering dan dan proses lanjutan
’ Enzim dapat dijual dalam bentuk cair atau padat,
tepung/serbuk, tablet dan bentuk amobil.
’ Enzim cair diperoleh setelah dilakukan pemekatan
dengan evaporasi vakum.
’ Proses penguapan harus dilakukan pada suhu yang
tidak merusak struktur dan fungsi hayati enzim.
’ Pengeringan vakum pada suhu rendah umumnya
dipergunakan pada skala laboratorium dan terlalu
mahal apabila dilakukan pada skala industrik.
’ Pada skala industri proses “spray dryer “ dapat
dipergunakan. Kekurangan proses ini adalah
menyebabkan penurunan aktivitas enzim karena suhu
yang dipergunakan relatif tinggi.
Contoh ekstraksi enzim mikrobial dari fermentasi cair
Proses pembuatan enzim bebas debu
Bentuk jual beberapa enzim industri
PEMURNIAN ENZIM DENGAN
KHROMATOGRAFI DAN ELEKTROFORESIS
1. Khromatografi Kolom
’ Khromatografi kolom : sistem pengaliran suatu fluida
melalui kolom yang mengandung matrik
bahan pengisi dan substanta yang ingin
dipisahkan menjadi beberapa komponen
dengan adanya perbedaan daya ikat
terhadap bahan pengisi.
’ Metode khromatografi kolom :
1. Khromatografi Pertukaran Ion dan Filtrasi Gel
2. Khromatografi Afinitas
3. Khromatografi Interaksi Hidrofobik
4. Khromatogarfi Cair Metode Cepat
Proses khromatografi pertukaran ion dan gel filtrasi
Gambaran skematis khromatografiafinitas. E : enzim yang
ingin diisolasi, L : ligan dan ( ) komponen dalam campuran
yang tidak memiliki afinitas terhadap ligan
Filtrasi selektif untuk pemekatan cairan enzim
Manfaat aplikasi Khromatografi kolom pada skala besar
Jenis khromatografi
Aplikasi
Filtrasi gel
Baik digunakan pada tahap akhir pemurnian;
kapasitasnya terbatas pada kecepatan
fraksinasi rendah.
Pertukaran ion
Paling baik digunakan pada tahap awal
khromatografi, untuk menanpung volume yang
besar, karena kapasitasnya yang tinggi, apabila
digunakan matriks yang tepat.
Afinitas
Biasanya digunakan pada tahap menjelang
akhir. Kapasitasnya dipengaruhi oleh jenis
protein yang dipisahkan.
Interaksi hidrofobik
Dapat dipergunakan baik pada tahap awal
maupun akhir. Perlu digunakan eluen dengan
polaritas/kekuatan ion tinggi. Jadi paling baik
dilakukan setelah khromatografi pertukaran ion
atau setelah pengendapan dengan garam.
Kapasitas dan resolusinya tinggi, demikian pula
kecepatannya.
2. Elektroforesis
’ Elektroforesis : Suatu cara untuk memisahkan fraksi-fraksi
suatu campuran berdasarkan atas
pergerakan partikel koloid yang bermuatan di
bawah pengaruh medan listrik.
’ Di dalam larutannya, protein enzim akan bermuatan
bergantung kepada pH larutan, dan titik iso listrik enzim.
’ Jenis elektroforesis :
1. Elektroforesis kertas
2. Elektroforesis selulosa aseta/nitrit
3. Elektroforesis gel
’ Yang bermanfaat bagi pemisahan protein adalah
elektroforesis gel, sedangkan jenis elektroforesis lainnya
bermanfaat dalam pemisahan molekul yang lebih kecil.
Pemisahan protein dengan elektroforesis
Penggunaan Senyawa aditif dan contoh enzim yang distabilkan
AMOBILISASI ENZIM
’ Pada umumnya penggunaan enzim hanya terbatas sekali
pakai saja, sehingga setiap mulai pengolahan atau
analisis harus menggunakan enzim baru.
’ Untuk
mengatasi
kekurangan-kekurangan
dalam
penggunaan enzim konvensional, teknologi enzim
membuat enzim amobil baik untuk tujuan proses
pengolahan dengan sistem batch maupun proses dengan
sistem kontinyu.
’ Enzim amobil adalah suatu enzim yang secara fisik
maupun kimia tidak bebas bergerak sehingga dapat
dikendalikan atau diatur kapan enzim harus kontak
dengan substrat.
Membukanya konformasi enzim
1. Metode Pengikatan Silang
Stabilitas konformasi enzim melalui pengikatan silang
Pembentukan Basa Schiff pada Reaksi Glutaraldehida dengan
Sisi Samping Lisin pada Enzim
Berbagai Pereaksi Multifungsional yang Dimanfaatkan dalam
membuat Enzim Amobil
2. Metode Pengikatan dengan Bahan Penyangga
Stabilitas Konformasi enzim Melalui Pengikatan dengan
Bahan Penyangga
Beberapa Gugus Fungsional Polimer Penyangga dan Protein
Enzim yang berikatan secara Kovalen
3. Metode Penjebakan
Stabilitas konformasi enzim karena terlindung oleh suatu
matriks polimer
Stabilitas konformasi enzim karena terlindung oleh proses
kopolimerisasi gel
Penggunaan enzim amobil secara berulang-ulang
TERIMA
KASIH