Protein Sel Tunggal

Protein Sel Tunggal
Kode Mata Kuliah
: 2035820
Bobot
: 2 SKS
OLEH
Imam Santosa, S.T.,M.T
Irma Atika Sari, S.T., M.Eng
• Protein sel tunggal (PST) adl sel khamir, kapang,
bakteri dan ganggang yg tumbuh dan berisi
protein.
• Sel mikrobia ini mengandung karbohidrat, lemak,
vitamin dan mineral.
• Produk PST kemungkinan dpt digunakan sbg
makanan manusia & ternak.
• PST mempunyai potensi yg sangat penting bagi
sumber asam amino, protein, vitamin dan mineral
yg disusun dari bahan nonpangan/ limbah bermutu
rendah.
Hambatan penggunaan PST sbg makanan
manusia adl:
o Kandungan asam nukleatnya yg tinggi yg dpt
menyebabkan pembentukan batu ginjal/ penyakit
encok jika dikonsumsi berlebihan.
o Daya cernanya rendah dan kemungkinan
memburuknya reaksi-reaksi pd usus dan kulit
o Kemungkinan membawa senyawa racun/
karsinogenik dr residu substrat yg berasal dr proses
biosintesis mikroba/ dr reaksi kimia selama proses
dan pengeringan.
• Nilai kandungan asam nukleat berdasarkan bobot
kering dpt dilihat pd tabel di bwh ini:
• Dibandingkan dg bhn makanan konvensional,
kandungan as. Nukleat pd PST relatif tinggi.
• Kandungan as. Nukleat pd PST berkisar antara 8-25
gram/ 100 gram protein.
• Bagian terbesar nukleat pd PST adl RNA
(Ribonukleat).
• Pada jaringan hewan, kandungan as. Nukleat
tertinggi terdapat pd bagian hati (4 gr as. Nukleat/
100 gr protein); ikan (2,2 gr as. Nukleat/ 100 gr
protein); dan telur ikan (5,7 gr as. Nukleat/ 100 gr
protein)
Komponen utama as.
Nukleat
• Guanin dan Adenin, dimetabolisme mnjd as. Urat.
• Manusia kekurangan enzim Urikase yg mengoksidasi
as. Urat mnjd Alatonin metabolit, yg larut dan
mudah dikeluarkan dr tubuh.
• Konsumsi PST yg mengandung purin tinggi
mengakibatkan peningkatan kadar as. Urat pd
plasma sel dan air seni.
• Krn kelarutan as. Urat rendah, diduga peningkatan
as. Urat pd plasma dpt menghasilkan Urate pd
jaringan tubuh dan persendian tulang.
• u/ mencegah terjadinya pembentukan batu ginjal
dan penyakit encok maka pemasukan as. Nuklaet
yg diperkenankan berkisar antara 2 gram/ hari.
• Pd dasarnya PST ditujukan sbg makanan ternak
yaitu protein pengganti pd campuran mknn ternak
u/ unggas dan ternak nonruminansia/ sbg
pengganti susu u/ anak sapi.
• Penganekaragaman sumber protein pd makanan
ternak ini, krn bahan makanan ternak konvensional
dominan yaitu kedelai dan tepung ikan tdk
mencukupi bagi kebutuhan ternak.
• Bermacam-macam Kapang, khamir, bakteri dan
ganggang dpt digunakan PST.
Ganggang
• 2 spesies ganggang yaitu Scenedesmus acutus dan
Spirulina maxima digunakan kolam kultur guna
mendapatkan biomassanya.
• Penggunaan ganggang agak terbatas krn 2 hal,
yaitu:
o Geografis, ganggang membutuhkan suhu
hangat,
o Nilai gizi, dinding sel ganggang sukar dicerna
Bakteri
• Bakteri yg dpt digunakan adl Pseudomonas sp.,
Hydrogenomous sp., dan Cellulomonas sp.
• Bakteri mampu tumbuh pd berbagai substrat,
memiliki waktu perkembangbiakan pendek & tinggi
kandungan proteinnya.
• Namun demikian penggunaan bakteri u/ produksi
PST agak terbatas krn:
o Berukuran kecil dan sukar pemanenannya
o Tinggi kandungan as. Nukleatnya.
Khamir
• Khamir memungkinkan lbh luas penggunaannya pd
pembuatan PST krn mempunyai sifat-sifat yg
menguntungkan dibandingkan ganggang maupun
bakteri, yaitu:
o Rendah kandungan as. Nukleatnya
o Lbh mudah pemanenannya
o Dpt tumbuh pd substrat dg pH rendah
• Khamir yg dpt digunakan adl Candida utilis yg
tumbuh cpt dan dpt memanfaatkan gula pentosa
dan heksosa sbg makanan tambahan u/
pertumbuhan.
Khamir ...
• C. Utilis dpt ditumbuhkan pd kultur media yg tdk
kaya nutrisi.
• Ada 2 varietas khusus C. Utilis yaitu C. Utilis van
major (yg mempunyai sel lbh besar) dan C. Utilis
van thermophilla.
• Golongan khamir yg dpt digunakan u/
menghasilkan PST adl
C. Utilis
C. Tropicalis
Pichia sp
C. Guilliermodii
Torulopis Candida
Debarymytorula sp
C. Lipolytica
T. Methanosorbosa
Saccaromysces sp
• Golongan ganggang yg dpt digunakan u/
menghasilkan PST adl
Spirulina maxima
Chorella sp
Scenedesmus sp
dll
• Golongan fungi filamentus yg dpt digunakan u/
menghasilkan PST adl
l Agaricus sp Penicillium sp
Aspergillus sp Trichosporon cutaneum
Fusarium sp
• Golongan bakteri yg dpt digunakan u/
menghasilkan PST adl
Bacillus sp
Acromonas eutrophus
Cellulomonos sp
Mycobacterium sp
Acimabacter Calcoacetius Nocardia sp
Rhodopseudomonas sp
Methylomonas sp
• Pembiakan mikroba dlm substrat cair dpt dilakukan
pd kolam scr batch/ kontinu.
• Dlm pembiakan batch, substrat yg tlh diinokulasikan
dlm cara dan lingkungan yg sesuai dlm jangka
waktu ttt.
• Dalam kontinu, substrat segar ditambahkan secara
terus menerus ke dlm biakan sedangkan produk yg
terbentuk secara terus menerus diambil dari kolam
biakan.
• Mikroba yg paling bnyk digunakan pd pembuatan
PST adl golongan Khamir.
• Sebagian besar khamir yg dihasilkan dr proses
kontinu membutuhkan:
o Pertumbuahn khamir aktif pd fermentasi
o Umpan kerbohidrat dan sumber-sumber N, P,
dan K pd laju peningkatan selama tingkat
maksimal pertumbuhan hrs dijaga terus-menerus.
o Pemberian aerasi dan pengadukan yg optimal
o Pengeluaran cairan yg mengandung sel khamir
dilakukan pd laju & volum sama dg
penambahan media baru.
• Kondisi optimal produksi khamir adl beragam,
sesuai dg khamir dan BB substrat yg digunakan.
• Sistem aerasi sebaiknya agak berlebih ttp pd
tingkat yg optimal; jika terlalu sedikit akan
menghasilkan alkohol pd pertumbuhannya,
sebaliknya bila terlalu banyak akan cocok u/
respirasi dan menghasilkan panas serta
menurunkan sel khamir.
• Toptimal bg pertumbuhan khamir bergantung pd jenis
khamir; pH hrs berada pd keadaan asam dan
biasanya berkisar antara 4,5 – 6,0
• Nilai konsumsi protein berkisar 65-90% u/ berbagai
kultur yg tlh diuji.
• Nilai perbandingan efisiensi protein berkisar antara
0,6 – 2,6
• Khamir pangan adl protein tinggi ditambah vit B
kompleks ttp kekurangan metionin dan sedikit
sistein.
• Selain itu khamir pangan mengandung tiamin,
riboflavin, biotin, as. Pantotrnat, pirodoksin, siasin,
streptogenin, glutation, sedikit as. Folat dan as. Pamino bensoat.
• Neraca massa substrat u/ pembuatan PST
menunjukkan bahwa sebagian besar N ditahan di
dalam produk, ttp sebagian karbohidrat hilang
digunakan sbg energi u/ sintesa, seperti yg
ditunjukkan pd tabel di bawah ini
• Secara umum prmbuatan PST adh:
o input
• Bahan makanan dasar
• Inokulum
• Energi
o Output
• Panas
• Karbondioksida
• sel
• Nilai gizi PSTberupa substrat
beragam sesuai mikroba yg
digunakan.
• Cara pemanenan, pengeringan &
pengolahan berpengaruh thdp
hasil akhir nilai gizi.
• Secara umum pembuatan PST spt di
lihat pd gambar sbb:
Proses Pembuatan PST
• Faktor yg perlu dipertimbangkan dlm meproduksi
PST:
o NUTRISI
o TEKNOLOGI PANGAN
o SOSIOLOGI EKONOMI & TEKNOLOGI
o PENGGUNAAN SUBSTRAT YG COCOK
• Menentukan proses mana yg akan digunakan dlm
memproduksi PST merupakan masalah yg
kompleks, krn bnyk proses yg berpotensi baik.
misal
• Memproduksi PST dr fraksi minyak bumi sifatnya
akan lbh ekonomis krn bahan yg akan digunakan
adl residu hidrokarbon, drpd menggunakan
karbohidrat, lihat Tabel 14.3.
misal
• Dr tabel tsb terlihat bahwa memproduksi jml sel yg
sama, karbohidrat memerlukan substrat 2x lbh
besar drpd substrat hidrokarbon, ttp memerlukan
O2 1/3 nya dan lbh sedikit menghasilkan panas.
• Ini disebabkan hidrokarbon lbh mudah teroksidasi
dibandingkan bentuk-bentuk selular seperti protein
& nukleat.
Hal penting dlm memproduksi
PST
•
•
•
•
Penyediaan substrat
Kontrol suhu dan pH
Kondisi aerasi dan agitasi
Serta pemanfaatan kembali sel-sel yg dihasilkan.
• u/ mendapatkan protein dari khamir dan bakteri
dilakukan fermentasi rendam.
• Khamir dan bakteri yg digunakan umumnya adl
Candida utilis dan Micrococcus Cerificans.
• Dlm produksinya digunakan tabung fermentasi dg
kapasitas ribuan gallin & peralatan yg lengkap u/
penambahan nutrien dan udara steril, sterilisasi dan
pendinginan medium, kontrol agitasi dan pH.
Penyediaan substrat
• Dlm memproduksi PTS, penyediaan dan persiapan
substrat merupakan langkah yg penting.
• Yg termasuk dlm proses ini adl
o Sterilisasi media
o Sterilisasi udara dan pengaturan pH,
o Suhu
o Nutrien yg dibutuhkan u/ pertumbuhan m.o
secara optimum
Kontrol suhu dan pH
• Nilai pH dan suhu berbeda-beda u/ setiap substrat,
kultur dan kondisi fermentasi.
u/ Khamir pH optimum  4 – 5,5
u/ Bakteri pH optimum  di atas 7
• Nilai pH ini sangat mempengaruhi komposisi dari as.
Amino dan protein yg dihasilkan.
• Kontrol pH dpt dilakukan scr manual maupun
otomatis.
• u/ mengatur pH sampai tingkat yg diinginkan dpt
digunakan berbagai bahan kimia, seperti amonia
cair, amonium sulfat, as. Sulfat, natrium bikarbonat/
natrium karbonat.
Kontrol suhu dan pH ...
• Menurut Mateles (1967), spesies Bacillus yg
merupakan bakteri termofilik dan bisa tumbuh dg
baik pd T=65 0C pd heksadekan, dpt menjadi
sumber u/ produksi PTS u/ mengurangi masalah
pendinginan.
• Hal ini disebabkan heksadekan adl hidrokarbon yg
lbh panas dibandingkan dg karbohidrat.
Kondisi aerasi dan agitasi
• Aerasi & agitasi merupakan hal yg penting dlm
memproduksi sel-sel khamir dan bakteri.
• u/ pertumbuhan secara aerobik, suplai oksigen
merupakan faktor terpenting dalam penggunaan
sumber karbon secara efisien.
• Luas permukaan sejumlah gelembung udara pd
suatu cairan bertambah dg semakin kecilnya
gelembung udara.
• Dg demikian permukaan sentuh antara udara dg
medium lebih besar drpd gelembung berukuran
kecil, jika dibandingkan dg gelembung berukuran
besar, dan kemungkinan waktu kontak lebih lama
pada gelembung ukuran kecil.
pemanfaatan kembali sel-sel
(cell recovery) yg dihasilkan
• Pengambilan sel yg dihasilkan dpt dilakukan dg cara
sentrifugasi, filtrasi, flokulasi dan cara pengeringan
semprot.
• Wang (1968) dlm Anonimus, mengemukakkan
beberapa masalah yg dihadapi dlm memanen sel-sel
hsl fermentasi hidrokarbon.
• Jika sel ditumbuhkan pd n-alkana yg dimurnikan,
maka akan di dapatkan residu hidrokarbon yg
sangat sedikit, dan jumlah tersebut dapat dikurangi
dg fermentor.
• u/ sel-sel yg dibutuhkan pd campuran uap dan
minya, maka akan dibutuhkan proses ekstraksi
pelarut.
PST dr Limbah Cair Sulfit
• M.o yg digunakan adl khamir Candida utilis.
• Kelebihan sulfit pd pulp (pabrik kertas) dpt dikurangi
dg cara destilasi, menetralkan sulfit menggunakan
air kapur.
• Fermentasi berlangsung scr kontinu, dg T=37 0C.
• Aerasi dilakukan dg menggunakan suatu “draft
tube” yg dihubungkan dg sebuah aerator yg
berputar dg kecepatan 300 rpm.
• Inokuslasi kultur dilakukan 1x di Lab.
• Kondisi Ph, T, aerasi dan agitasi memungkinkan
berlangsung cukup cepat dan mencegah m.o lain
tumbuh.
Peralatan yg digunakan dlm proses pembuatan
PST dr limbah cairan sulfit ini adl:
•
•
•
•
•
•
•
•
Kondensor spiral
Pendingin
Siklon
Blower snetrifugal
Pengering berputar ganda
Konveyor berulir
Unit pelapis
Pengaduk unit refrigerasi amonia cair
PST dr Hidrokarbon
• M.o yg digunakan adl Microcaccus cerificans yg
tumbuh dg baik pd T= 25 0C dan pH sekitar 7,0-8,5
• Sbg umpan digunakan parafin C11-C30 yg sdh
dimurnikan u/ mengurangi tingkat aromatiknya
sampai di bawah ½ % bobot.
• Selain itu digunakan petrolium C1-C30, terutama
minyak gd TD diantara 190-320 0C
• Proses ini melibatkan secara terus-menerus
hidrokarbon cair/ gas, garam-garam mineral cair,
medium dan oksigen berlebih ke dlm reaktor yg
berisi medium cair dan sel-sel bakteri yg dpt
tumbuh pd hidrokarbon.
Peralatan yg digunakan dlm proses pembuatan
PST dr hidrokarbon adl:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Unit pemurnian umpan
Saringan molekuler 5A
Saringan 13x
Tangki penyimpan hidrokarbon murni
Reaktor/ fermentor
Pengaduk
Tangki pencampur
Menara destilasi
Separator sentrifugal
Pengering terutama spray drier.
PST dr Alga
• Kemampuan m.o alga u/ berfotosintesa tlh lama
dimanfaatkan u/ menghasilkan PST.
• Beberapa alga yg dpt digunakan adl alga hijau
(Chlorolla vulgaris, Scenedesmus acutus,
Coelastrum proboscideum) dan alga biru (Spirulina
maxima).
• Dlm proses ini alga dipelihara di kolam-kolam
terbuka yg cukup dpt mendapat sinar matahari.
• Biomass yg diperoleh berwarna hijau muda.
• Dinding-dinding sel alga umumnya rusak pd waktu
pengeringansehingga sel dpt langsung
dimanfaatkan.
Kondisi yg diperlukan agar alga tumbuh dg
baik diantaranya:
•
•
•
•
Pasokan karbohidrat dan mineral yg memadai.
Cahaya dg intensitas yg cocok
Suhu yg tetap
Pengadukan yg baik u/ mencegah pengendapan
alga
Ex u/ mendapatkan distribusi yg merata dr
karbondioksida, nutrien dan cahaya.
• Faktor yg penting dlm kulturisasi alga adl
pengadukan.
• Jika kultur tdk diaduk, kebanyakan sel alga akan
mengendap di dasar wadah/ akan terdapat
dipermukaan dimana hal ini akan dapat
mengakibatkan alga akan tersinari sebagian.
Pemanenan sel-sel alga
• Penentuan konsentrasi awal dari suspensi alga
• Penarikan air dari suspensi alga
• Pengeringan alga u/ disimpan dan diolah
Hal yg merugikan dr proses pembuatan PST dr alga
• Dalam larutan mediumnya terdapat kontamina
seperti larva nyamuk, protozoa Branchiours sp, dan
kadang-kadang oleh alga lain seperti Diatome/
Chorela.
Perlatan yg digunakan
Peralatannya lbh sederhana drpd peralatan yg
digunakan khamir dan bakteri.
Peralatan tsb adl pengatur suhu sentrifusi, pengering
terutama pengering semprot, mesin pengaduk/ unit
agitasi dan pemanas (kompor uap).
SELESAI