Bab II Tinjauan Pustaka II. 1 Virgin Coconut Oil (VCO) VCO

Bab II Tinjauan Pustaka
II. 1 Virgin Coconut Oil (VCO)
VCO merupakan minyak yang berasal dari buah kelapa (Cocos nucifera) tua segar
yang diolah pada suhu rendah (<60 0 C) tanpa proses pemutihan dan hidrogenasi.6
Proses tersebut membuat minyak kelapa ini dikenal dengan sebutan minyak
perawan (Virgin Coconut Oil) atau ada juga yang menyebutnya minyak dara.
VCO merupakan minyak kelapa murni yang tahan terhadap panas, cahaya,
oksigen dan proses degradasi, karena struktur kimianya tidak mengandung ikatan
ganda.
Karakteristik lain dari VCO adalah memiliki warna jernih, beraroma lembut dan
rasanya gurih. Selain itu VCO mengandung asam – asam lemak jenuh yang tinggi
yang menjadikannya tidak mudah tengik.2 Asam-asam lemak jenuh tersebut di
antaranya adalah medium chain fatty acid (MCFA) atau medium chain
trygliserida (MCT), yang sangat diperlukan oleh tubuh.
MCFA yang berupa asam laurat di dalam tubuh diubah menjadi monolaurin atau
senyawa monogliserida yang mempunyai sifat anti virus, antibakteri dan anti
protozoa. Dengan sifatnya itu, monolaurin diduga dapat menanggulangi serangan
virus HIV, herpes simplex virus-1 (HSV-1), vesicular stomatis virus (VSV), visna
virus, cytomegalo virus (CMV), influenza dan berbagai bakteri patogen.1
Keunggulan MCFA dibandingkan asam lemak rantai panjang (LCFA) adalah pada
proses metabolismenya dalam tubuh. Molekul MCFA berukuran lebih kecil
sehingga tidak diperlukan energi yang tinggi dan hanya memerlukan sedikit enzim
untuk memecah lemak tersebut menjadi bentuk yang siap diserap tubuh. Dengan
demikian proses penyerapan dan distribusinya dalam tubuh akan berlangsung
lebih cepat dan segera digunakan sebagai sumber energi tubuh. Pada saat
dikonsumsi, MCFA akan segera dipecah oleh enzim – enzim yang terdapat dalam
saliva dan cairan lambung sehingga tidak terlalu diperlukan proses pencernaan
oleh enzim pemecah lemak yang dihasilkan oleh pankreas, akibatnya beban kerja
pankreas dan sistim pencernaan tidak terlalu berat. Hal ini sangat membantu
pasien – pasien yang mempunyai masalah metabolisme dan pencernaan, terutama
malabsorbsi lemak dan vitamin yang larut dalam lemak.7
VCO juga mengandung medium chain trygliserida (MCT) yang mudah diserap
oleh sel, yang selanjutnya masuk ke dalam mitokondria sehingga kemampuan
metabolisme tubuh meningkat. Tambahan energi dari metabolisme tersebut
menghasilkan efek stimulasi dalam tubuh. MCT dapat meningkatkan daya tahan
tubuh terhadap penyakit dan mempercepat penyembuhan dari sakit. Selain itu
adanya MCT dalam tubuh juga tidak mendorong terjadinya kegemukan atau
obesitas.1
.
Selain itu VCO tidak mengandung kolesterol yang teroksidasi dan tidak pula
mengandung ikatan trans yang merupakan racun bagi metabolisme, menghambat
produksi insulin, menyebabkan diabetes, kanker, dan penyakit autoimun.6 VCO
juga mengandung zat antioksidan sehingga menurunkan kebutuhan akan vitamin
E. Mengkonsumsi VCO dapat mengaktifkan hormon-hormon anti penuaan,
progesteron, dan DHEA serta mencegah serangan jantung, pikun, kegemukan,
kanker dan penyakit lain yang berhubungan dengan penuaan dini.1
Oleh karena harganya yang mahal, sementara khasiatnya yang banyak,
penggunaan VCO terbatas untuk kebutuhan yang eksklusif. VCO di dunia secara
umum digunakan dalam produk kosmetik seperti sabun, shampo, pelembab dan
sebagainya.
Di Asia, Philipina tercatat sebagai negara pengekspor terbesar VCO. Di dunia,
negara importir terbesar komoditi ini adalah Belanda, Jerman dan Spanyol. Di
Italia penggunaan VCO belum terlalu luas, karena masyarakat Italia belum
mengenal produk ini dan penggunaan minyak zaitun (olive oil) masih lebih luas
daripada minyak – minyak lainnya. Penggunaan VCO di Italia terbatas untuk
5
kosmetik kulit dan rambut. Indonesia memiliki peluang yang sangat besar untuk
mengekspor komoditi ini yang tentu saja harus disertai dengan kualitas produksi
dan syarat promosi yang memadai, mengikuti standar yang ada di negara - negara
importir tersebut.
II.2 Prinsip Pembuatan VCO
VCO dapat dibuat dengan beberapa cara yaitu dengan cara tradisional, pemanasan
bertahap, enzimatis, pengasaman, sentrifugasi, dan pancingan.2 Masing - masing
cara tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan. Pembuatan VCO dengan cara
enzimatis merupakan pemisahan minyak dalam santan tanpa pemanasan.
Pemisahan hanya dilakukan secara kimiawi oleh protease.
Kandungan kimia paling utama dalam sebutir kelapa adalah air, protein dan
lemak. Ketiga senyawa tersebut membentuk emulsi dengan protein sebagai
emulgatornya. Emulsi adalah cairan yang terbentuk dari campuran dua zat, zat
yang satu dengan lainnya terdapat dalam keadaan terpisah secara halus atau
merata di dalam zat lain. Sementara yang dimaksud dengan emulgator yaitu zat
yang berfungsi untuk memperkuat emulsi tersebut. Melalui ikatan tersebut,
protein membungkus butir – butir minyak kelapa dengan suatu lapisan tipis
sehingga butir-butir minyak tidak bisa bergabung, baik antar minyak dalam
minyak atau pun antar minyak dengan air (ikatan lipoprotein). Hal tersebut
diilustrasikan dalam Gambar II.1.
Air
Protein
Minyak
Gambar II.1 Ikatan lipoprotein dalam santan.
6
VCO dapat dihasilkan bila ikatan emulsi atau ikatan lipoprotein tersebut dirusak.
Untuk dapat merusak emulsi tersebut banyak cara yang dapat dilakukan seperti
pemanasan bertahap, enzimatis, pengasaman, sentrifugasi, dan pancingan2. Pada
penelitian ini minyak yang berada pada emulsi santan dipecah dengan bantuan
enzim. Di sini yang dirusak adalah proteinnya, bukan lemaknya. Protein dalam
ikatan lipoprotein dipecah dengan protease.
Beberapa protease yang bisa digunakan untuk memecah ikatan lipoprotein dalam
emulsi lemak antara lain papain (pepaya), bromelin (nanas) dan enzim protease
yang berasal dari kepiting sungai.2 Pembuatan VCO dengan proses enzimatis ini
terdiri atas tiga tahap utama yaitu pembuatan santan kelapa, penambahan protease
dan penyaringan. Dalam proses ini, jenis enzim lainnya yang membantu proses
ekstraksi minyak adalah glukosidase dan karbohidrase yaitu enzim pendegradasi
karbohidrat.8
Dalam buah kelapa, minyak berada di dalam sel. Dinding sel ini terdiri atas
beberapa komponen polisakarida, antara lain galaktomannan, mannan dan
selulosa.8 Jadi untuk mengeluarkan minyak dalam sel diperlukan karbohidrase
untuk mendegradasi dinding sel. Oleh karena itu proses pembuatan VCO secara
enzimatis
dapat
menggunakan
beberapa
enzim
sekaligus
mengekstraksi minyaknya yaitu karbohidrase dan protease.
untuk
dapat
Beberapa jenis
karbohidrase yang telah digunakan untuk ekstraksi minyak kelapa antara lain
pektinase, selulase, hemiselulase, poligalakturonase, galaktomannase dan αamilase.9
II.3 Standar Kualitas VCO
VCO memiliki standar tertentu yang mengacu pada Asian and Pacific Coconut
Community (APCC) dan Philipine National Standards (PNS) dengan kode
PNS/BAFPS No. 22:2004. Kedua badan ini telah membuat standar kualitas VCO,
baik dilihat dari produk maupun proses pembuatannya. Menurut Asian and
Pacific Coconut Community (APCC), standar VCO tidak melihat proses
7
pembuatannya melainkan hanya VCO yang dihasilkan dari kelapa segar dan
matang, dengan hasil minyak yang tidak berubah. Namun Philipine National
Standards (PNS) memberikan standar yang lebih detail, antara lain bahwa VCO
tidak dihasilkan melalui proses kimia (refining, deodorizing dan bleaching)2.
Tabel II.1 menyajikan standar mutu VCO menurut Asian and Pacific Coconut
Community (APCC) tahun 2005.2
Tabel II.1 Standar Mutu Virgin Coconut Oil menurut
Asian and Pacific Coconut Community (APCC)
Karakteristik
Aturan Standar APCC
Massa jenis relatif
0,915 – 0,920
Indeks bias pada suhu 40 0 C
1,4480 – 1,4492
Kelembapan maksimal (%)
0,1 – 0,5
Kelarutan dalam % massa
0,005
Bilangan sabun
255 – 265
Bilangan yodium
8 – 10
Kelarutan pengotor % massa
0,2 – 0,5
Bilangan asam maksimal
0,5
Kandungan asam lemak
Asam kaproat (C 6:0) (%)
0,4 – 0,6
Asam kaprilat (C 8:0) (%)
5,0 – 10,0
Asam kapriat (C 10:0) (%)
4,5 – 8,0
Asam laurat (C 12:0) (%)
43,0 – 53,0
Asam miristat (C 14:0) (%)
16,0 – 21,0
Asam palmitat (C 14:0) (%)
7,5 – 10,0
Asam palmitoleat (C 18:0) (%)
2,0 – 4,0
Asam stearat (C 18:1) (%)
5,0 – 10,0
Asam oleat (C 18:2) (%)
1,0 – 2,5
C24:1 (C 18:3) (%)
-
Kualitas
Warna
jernih
Asam lemak bebas (%)
0,5
Angka peroksida meq/kg minyak
3
Rasa dan bau
Bukan bau yang aneh dan tengik
Pengotor
Senyawa yang dapat menguap
0,2
Besi (Fe) (mg/kg)
5
Tembaga (mg/kg)
0,4
Timbal (mg/kg)
0,1
Arsen (mg/kg)
0,1
8
II.4 Kelapa
Kelapa adalah tanaman asli Indonesia. Kelapa merupakan salah satu tanaman
perkebunan yang mampu tumbuh dan berproduksi dengan baik. Hal ini
dipengaruhi oleh iklim di Indonesia yang sangat cocok untuk pertumbuhan
tanaman kelapa. Tanaman kelapa mampu tumbuh dengan baik pada ketinggian 0
m – 600 m di atas permukaan laut dengan suhu rata-rata 25 0C dan kelembaban
udara 80 - 95 %.
Buah kelapa berbentuk bulat lonjong dengan ukuran bervariasi, tergantung pada
keadaan tanah, iklim dan varietasnya. Warna kelapa juga bervariasi, mulai dari
kuning sampai hijau muda, dan setelah masak berubah menjadi coklat. Struktur
buah kelapa terdiri dari sabut (35 %), daging buah (28 %), air kelapa (15 %),
tempurung (12 %) serta beberapa bagian lainnya2. Hampir semua bagian kelapa
dapat dimanfaatkan. Bagian yang paling banyak dimanfaatkan sebagai bahan
makanan dan bahan baku industri adalah buahnya. Pada Gambar II.2 dan II.3.a, b
dan c ditampilkan bagian-bagian pohon kelapa, di antaranya pelepah, batang, daun
dan buahnya.
Pelepah daun kelapa
Daun kelapa
Buah kelapa
Batang kelapa
Akar kelapa
Gambar II.2 Pohon kelapa dan bagian – bagiannya
9
Gambar II.3.a Bagian batang
Gambar II.3.b Bagian daun
Gambar II.3.c Bagian buah
Sementara itu bagian-bagian buah kelapa ditampilkan pada Gambar II.4.
Batok Kelapa
Daging kelapa
Gambar II.4 Bagian-bagian buah kelapa.
Daging buah kelapa berwarna putih dengan ketebalan cukup bervariasi,
tergantung pada umur dan varietas kelapa. Umumnya semakin tua buah kelapa,
daging buahnya akan semakin tebal.
10
Pada pembuatan VCO, semakin baik mutu kelapa yang digunakan, kualitas VCO
yang dihasilkan juga semakin baik dan rendemennya semakin tinggi.2 Ciri - ciri
kelapa yang baik untuk digunakan sebagai bahan pembuatan VCO adalah :
a. Berasal dari varietas kelapa hibrida lokal.
b. Berumur 11 - 13 bulan. Umur kelapa yang akan digunakan tidak boleh
terlalu tua atau terlalu muda. Apabila terlalu muda, kandungan minyaknya
masih sangat rendah. Sebaliknya bila kelapa yang digunakan terlalu tua,
makin banyak kandungan minyak yang sudah diubah menjadi karbohidrat,
sehingga randemen yang dihasilkan akan rendah.
c. Berat kelapa berkisar 130 g / butir.
d. Kulit sabut kelapa sudah berwarna coklat, menandakan kelapa sudah
cukup tua.
e. Apabila dikocok, bunyinya terdengar nyaring. Hal ini berkaitan dengan
jumlah air yang terkandung di dalamnya. Bila nyaring bunyinya
menandakan jumlah air di dalamnya telah berkurang. Berkurangnya
jumlah air ini berhubungan dengan dekomposisi kandungan gizi kelapa.
f. Kelapa belum berkecambah.
g. Bila dibelah, daging buah berwarna putih dengan ketebalan sekitar 10 - 15
mm.
II. 5 Nanas
Nanas berasal dari Brazil. Di Indonesia, nanas ditanam di kebun-kebun,
pekarangan dan tempat-tempat lain yang cukup mendapat sinar matahari pada
ketinggian 1 - 1300 m di atas permukaan laut. Nanas merupakan tanaman buah
yang selalu tersedia sepanjang tahun. Tanaman ini merupakan herba tahunan atau
dua tahunan, dengan tinggi 50 - 150 cm, dan mempunyai tunas merayap pada
bagian pangkalnya. Daun tanaman berkumpul dalam roset akar dan pada bagian
pangkalnya melebar menjadi pelepah. Helaian daun berbentuk pedang, tebal, liat,
panjang 80 - 120 cm, lebar 2 - 6 cm, dengan ujung yang lancip menyerupai duri.
Bagian-bagian tanaman nanas dapat dilihat pada Gambar II.5.
11
Gambar II.5 Bagian-bagian tanaman nanas
Tanaman nanas dengan daun yang masih muda dapat dilihat pada Gambar II.6 dan
II.7, tanaman nanas yang berbuah pada Gambar II.8 dan hamparan kebun nanas
ditunjukkan pada Gambar II.9.
Gambar. II.6 Tanaman nanas muda dalam pot.
Gambar. II.7 Tanaman nanas muda
12
Gambar II.8 Buah nanas dengan daunnya yang masih tertanam
Gambar II.9 Hamparan kebun nanas
Buah nanas rasanya enak, asam sampai manis. Nanas selain bisa dimakan
langsung juga dapat diolah menjadi selai atau sirop. Buah nanas juga dapat
digunakan untuk memberi citarasa asam manis, sekaligus sebagai pelunak
daging.10 Gambar II.10 menunjukkan buah nanas yang sudah dipetik.
Gambar II.10 Buah nanas yang sudah dipetik
13
Bila bagian kulit buah nanas dikupas, maka akan terlihat bagian dalam dagingnya
berwarna kuning dan bagian tengah yang agak keras disebut bonggol, seperti
terlihat pada Gambar II.11.
Gambar II.11 Buah nanas yang sudah dikupas dan dibelah
Buah nanas berkhasiat mengurangi keluarnya asam lambung yang berlebihan,
membantu pencernaan makanan di lambung, antiradang, peluruh kencing,
membersihkan jaringan kulit yang mati, mengganggu pertumbuhan sel kanker,
menghambat penggumpalan trombosit dan mempunyai aktifitas fibrinolitik.10
Daun nanas yang berserat dapat dibuat benang atau tali. Akarnya bila direbus dan
dicampurkan dengan akar betik bisa mengobati penyakit batu karang.10
Nanas
yang
dibudidayakan
orang
sudah
kehilangan
kemampuannya
memperbanyak secara seksual.11 Perbanyakannya dilakukan secara vegetatif
dengan mahkota, tunas batang atau tunas ketiak daunnya.10 Bagian proses yang
cukup sulit dalam budidaya nanas adalah pada proses pertumbuhan akarnya.
Terdapat metoda yang cukup mudah dan efektif untuk mendapatkan akar nanas
yaitu dengan menyimpan mahkota nanas (Gambar II.12.a) dalam gelas transparan
berisi air sebagai medianya (Gambar II.12.b), yang diganti setiap 2 hari. Mahkota
nanas tersebut harus dijauhkan dari perubahan temperatur yang ekstrim. Dalam
waktu 3 minggu akan terjadi pertumbuhan akar.12 Akar ini yang kemudian akan
dicoba dipakai dalam penelitian ini, selain akar nanas yang sudah tumbuh
tertanam dalam tanah. Gambar II.12.c menunjukkan bagian bawah mahkota yang
14
akan menjadi tempat tumbuhnya akar dan Gambar II.12.d menunjukkan akar
muda yang baru tumbuh setelah 3 minggu.
a
b
c
d
Gambar II.12 Pertumbuhan akar nanas hidroponik
II.6 Asam Lemak
Asam – asam lemak yang ditemukan di alam, biasanya merupakan asam-asam
monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai jumlah
atom karbon genap. Berdasarkan kejenuhannya, asam lemak dibagi menjadi asam
lemak jenuh, asam lemak tak jenuh tunggal (monounsaturated), dan asam lemak
tak jenuh ganda (polyunsaturated). Ketidakjenuhan suatu asam lemak menjadikan
asam lemak mudah teroksidasi dan membentuk radikal bebas. Gambar II.13, II.14
dan II.15 menampilkan contoh-contoh asam lemak.
O
OH
Gambar II.13 Asam laurat
O
OH
Gambar II.14 Asam oleat
O
OH
Gambar II.15 Asam linoleat
15
Asam-asam lemak tak jenuh berbeda dalam jumlah dan posisi ikatan rangkapnya
dan berbeda dengan asam lemak jenuh dalam bentuk molekul keseluruhannya.
Asam lemak tak jenuh biasanya terdapat dalam bentuk cis. Karena itu molekul
akan bengkok pada ikatan rangkap, walaupun ada juga asam lemak tidak jenuh
dalam bentuk trans.13
Gambar II.16 Asam trans-9-oktadekaenoat
Gambar II.17 Asam oleat (asam cis-9-oktadekaenoat).
Asam lemak digolongkan berdasarkan berat molekulnya. Asam lemak dengan
atom C lebih dari dua belas tidak larut dalam air dingin maupun air panas. Asam
lemak dengan C4, C6, C8, dan C10 dapat menguap dan asam lemak dengan C12
dan C14 sedikit menguap. Asam-asam lemak dengan jumlah atom C genap
mempunyai nama umum sebagai berikut :
C4 = Asam butirat (asam butanoat)
C6 = Asam kaproat (asam heksanoat)
C8 = Asam kaprilat (asam oktanoat)
C10 = Asam kaprat (asam dekanoat)
C12 = Asam laurat (asam dodekanoat)
C14 = Asam miristat (asam tetradekanoat)
C16 = Asam palmitat (asam heksadekanoat)
C18 = asam stearat (asam oktadekanoat)
16
C24 = asam lignoserat
C18:1 = asam oleat (asam 9-oktadekaenoat)
C18:2 = asam linoleat (asam 9, 12-oktadekadienoat)
C18:3 = asam linolenat ( asam 9, 12, 15-oktadekatrienoat)
C20:4 = asam arakidonat (asam 5, 8, 11, 14-eiokosatetraenoat)
Asam lemak dapat pula digolongkan berdasarkan panjang rantai karbon yang
membentuknya, asam lemak berantai panjang (LCFA), asam lemak rantai sedang
(MCFA) dan asam lemak rantai pendek (SCFA).
Pada umumnya asam lemak dalam VCO merupakan asam lemak rantai sedang
(MCFA) atau MCT dalam bentuk trigliseridanya. Adanya kandungan jenis asam
lemak inilah yang menjadikan VCO memiliki sifat yang khas dan berkhasiat.
MCFA adalah asam lemak yang memiliki atom C 8 – 12, seperti asam kaprilat
(C8), asam kaprat (C10) dan asam laurat (C12). Ketiga jenis asam lemak jenuh ini
bersama-sama asam miristat (C14) dan asam palmitat (C16) sebagian besar
terkandung dalam minyak kelapa, khususnya VCO. Minyak kelapa memiliki
kandungan asam lemak jenuh yang tinggi yaitu sekitar 92 %, lebih tinggi
dibandingkan jenis minyak lainnya.14
Struktur asam lemak yang terdapat pada VCO dalam bentuk trigliseridanya
merupakan suatu ester gliserol. Trigliserida terbentuk dari 3 asam lemak dan
gliserol. Apabila terdapat satu asam lemak dalam ikatan dengan gliserol maka
dinamakan monogliserida. Dalam Gambar II.18 ditampilkan reaksi pembentukan
trigliserida. Sedangkan
gambar
II.19
13
monogliserida.
17
menampilkan
reaksi
pembentukan
Gliserol
3 Asam Lemak
Trigliserida
3 Air
Gambar II.18. Reaksi pembentukan trigliserida
Panjang rantai asam lemak pada trigliserida yang terdapat secara alami dapat
bervariasi, namun panjang yang paling umum adalah 16, 18 atau 20 atom karbon.
Gliserol
Asam Lemak
monogliserida
Air
Gambar II.19 Reaksi pembentukan monogliserida
II.7 ENZIM
Enzim untuk pertama kalinya dikenal sebagai protein oleh Sumner pada tahun
1926 yang berhasil mengisolasi urease dari 'kara pedang' (Jack Bean). Urease
adalah enzim yang dapat menguraikan urea menjadi CO2 dan NH3. Beberapa
tahun kemudian Northrop dan Kunitz dapat mengisolasi pepsin, tripsin,
kimotripsin. Selanjutnya makin banyak enzim yang dapat diisolasi dan telah
dibuktikan bahwa enzim tersebut ialah suatu protein. Namun demikian dari hasil
penelitian diketahui pula bahwa banyak enzim yang juga mempunyai gugus bukan
protein, jadi termasuk golongan protein majemuk. Enzim semacam ini disebut
haloenzim yang terdiri atas protein (apoenzim) dan suatu gugus bukan protein
(kofaktor). Kofaktor yan terikat kuat pada bagian protein, artinya sukar terurai
18
dalam larutan disebut gugus prostetik, sedangkan yang tidak begitu kuat ikatannya
disebut koenzim. Baik gugus prostetik maupun koenzim merupakan bagian enzim
yang memungkinkan enzim bekerja terhadap substrat, yaitu zat-zat yang diubah
atau direaksikan oleh enzim. 15
Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk proses biokimia yang terjadi dalam
sel maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 108-1011 kali lebih
cepat daripada reaksi tersebut tanpa katalis. Jadi enzim dapat berfungsi sebagai
katalis yang sangat efisien. Disamping itu, enzim mempunyai derajat kekhasan
yang tinggi yaitu hanya dapat bekerja pada satu reaksi saja. Untuk dapat bekerja
terhadap suatu zat atau substrat, harus ada hubungan atau kontak antara enzim
dengan substrat. Enzim mempunyai ukuran lebih besar dari substrat. Oleh karena
itu tidak seluruh bagian enzim dapat berhubungan dengan substrat. Hubungan
antara substrat dengan enzim hanya terjadi pada bagian atau tempat tertentu yang
disebut bagian aktif (active site). Hubungan hanya mungkin terjadi bila bagian
aktif mempunyai ruang yang tepat dapat menampung substrat. Apabila substrat
mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka tidak dapat ditampung pada bagian
aktif enzim sehingga enzim tidak dapat berfungsi terhadap substrat. Hubungan
atau kontak antara enzim dengan substrat menyebabkan terjadinya kompleks
enzim-substrat. Kompleks ini merupakan kompleks yang aktif, bersifat sementara
dan akan terurai lagi.15 Secara sederhana penguraian suatu senyawa atau substrat
oleh suatu enzim ditampilkan pada Gambar II.20.
E = enzim
E+S
ES
E+P
S = Substrat
ES = kompleks enzim substrat
Gambar II.20 Reaksi enzimatis
19
P = hasil reaksi
Menurut hipotesis Leonor Michaelis dan Maude Menten pada tahun 1913, bahwa
dalam reaksi enzim terjadi lebih dahulu kompleks enzim-substrat yang kemudian
menghasilkan hasil reaksi dan enzim kembali. Kecepatan reaksi bergantung pada
konsentrasi kompleks enzim-substrat (ES).
II.8 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim
II.8.1 Konsentrasi Enzim
Kecepatan suatu reaksi yang menggunakan enzim tergantung pada konsentrasi
enzim tersebut. Pada suatu konsentrasi substrat tertentu, kecepatan reaksi
bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim.
II.8.2 Konsentrasi Substrat
Pada konsentrasi substrat yang amat rendah, kecepatan reaksi pun amat rendah,
kecepatan ini akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substrat.16
Berdasarkan hasil eksperimen diketahui bahwa dengan konsentrasi enzim yang
tetap, maka pertambahan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepatan reaksi.
Akan tetapi pada batas konsentrasi tertentu, tidak terjadi kenaikan kecepatan
reaksi walaupun konsentrasi substrat diperbesar.15
Pada konsentrasi substrat
rendah, bagian aktif enzim hanya menampung substrat sedikit. Bila konsentrasi
substrat diperbesar, makin banyak subtsrat yang dapat berhubungan dengn enzim
pada bagian aktif tersebut. Dengan demikian konsentrasi komplek enzim substrat
makin besar dan hal ini menyebabkan makin besarnya kecepatan reaksi. Pada
suatu batas konsentrasi substrat tertentu, semua bagian aktif telah dipenuhi oleh
substrat atau telah jenuh dengan substrat. Dalam keadaan ini, bertambah besarnya
konsentrasi substrat tidak menyebabkan bertambah besarnya konsentrasi
kompleks enzim substrat sehingga jumlah hasil reaksinya pun tidak bertambah
besar. Gambar II.21 menampilkan diagram yang menunjukkan pengaruh
konsentrasi substrat pada enzim.
20
Konsentrasi Substrat S
+
E
E
S
E
+
P
Rendah
Hampir jenuh
Jenuh
berlebih
Gambar II.21 Pengaruh konsentrasi substrat pada enzim
II.8.3 Pengaruh Suhu
Enzim adalah suatu protein yang dapat mengalami proses denaturasi bila suhu
dinaikkan. Apabila terjadi proses denaturasi, maka bagian aktif enzim akan
terganggu sehingga konsentrasi efektif enzim menjadi berkurang dan kecepatan
reaksinya pun akan menurun. Setiap enzim memiliki suhu optimum tertentu. Suhu
optimum adalah suhu yang menyebabkan terjadinya reaksi kimia dengan
kecepatan paling besar.16 Pada umumnya enzim yang terdapat pada hewan
mempunyai suhu optimum antara 40 0C – 50 0C, sedangkan pada tumbuhan antara
50 0C – 60 0C. Sebagian besar enzim terdenaturasi pada suhu di atas 60 0C.15
II.8.4 Pengaruh pH
Seperti
protein
pada
umumnya,
struktur
enzim
tergantung
pada
pH
lingkungannya. Enzim dapat berbentuk ion positif, ion negatif atau ion - ion
bermuatan ganda (zwitter ion). Dengan demikian perubahan pH lingkungan akan
berpengaruh terhadap efektifitas bagian aktif enzim dalam membentuk kompleks
enzim substrat. Di samping pengaruh terhadap struktur ion pada enzim, pH rendah
atau pH tinggi dapat pula menyebabkan terjadinya proses denaturasi dan ini akan
mengakibatkan menurunnya aktivitas enzim.
21
II.8.5 Pengaruh Inhibitor
Mekanisme kerja enzim dalam suatu reaksi adalah melalui pembentukan
kompleks enzim-substrat (ES). Oleh karena itu hambatan atau inhibisi pada suatu
reaksi yang menggunakan enzim sebagai katalis dapat terjadi apabila
penggabungan substrat pada bagian aktif enzim mengalami hambatan. Molekul
atau ion yang dapat menghambat reaksi tersebut dinamakan inhibitor.15
II.9 Protease
Berbagai penelitian tentang protease sudah banyak dilakukan orang untuk
berbagai tujuan. Protease diduga dapat menghambat aktivitas virus HIV.17
Protease yang diproduksi oleh saluran cerna dapat dipetakan melalui metoda
HPLC dengan insulin sebagai standar.18 Protease adalah suatu enzim yang dapat
mendegradasi protein atau enzim proteolitik yang mengkatalisis pemutusan ikatan
peptida pada protein. Protease dapat dihasilkan oleh mikroba, salah satunya
misalnya Bacillus licheniformis yang dapat memproduksi protease yang sifatnya
cocok digunakan dalam industri deterjen.19 Beberapa protease (alkaline protease)
dapat pula dihasilkan oleh jamur dan serangga.20 Protease merupakan enzim yang
penting dan banyak digunakan terutama dalam industri detergen, farmasi, kulit,
makanan, film dan pengolahan limbah. Protease dari Bacillus circulans 9b3
mempunyai kemampuan sebagai anti lipase dan dapat dimanfaatkan dalam
pengawetan bekatul.21
Selain itu protease dapat pula dihasilkan dari beberapa jenis tanaman yaitu papain
(pepaya), bromelin (nanas).2 Protease yang terdapat pada akar nanas memiliki
aktivitas yang lebih tinggi dibandingkan bagian nanas lainnya yaitu daging buah
maupun bonggolnya.3
Berdasarkan Nomenclature Committee of International Union of Biochemistry
and Molecular Biology, protease termasuk dalam sub kelompok 4 dari kelompok
3 (hidrolase).
22
Sejak tahun 1999 berhasil dikembangkan teknologi pembuatan protease dari
molases, yaitu limbah proses pengolahan tebu di pabrik gula. Ketika molases
dicampurkan dengan Bacilus megaterium, maka molases akan habis dimakannya
karena adanya ekskresi yang dikeluarkan strain bakteri yaitu berupa enzim yang
disebut protease. Selain itu limbah cair tahu juga dapat diolah menjadi enzim yang
sama dengan menggunakan bakteri atau isolat termofilik lokal. Diketahui
produksi enzim protease tertinggi diperoleh pada media limbah cair tahu ditambah
aquades. Enzim protease alkalin yang dihasilkan isolat 58 lebih tinggi daripada
yang dihasilkan biak acuar strain bakteri bacilus licheniformis BCC 0607.22
Di pasaran selama ini enzim protease dipasok oleh perusahaan raksasa di
antaranya : Novo (Denmark), Gist Brocades / DSM (Belanda) yang bekerja sama
dengan Genencor International (Amerika). Selain itu ada juga Boehringer
(Jerman), Amano (Jepang) dan Wuxi (Cina).
Pada saat ini protease dibagi atas dua kelompok utama, yaitu eksopeptidase dan
endopeptidase. Pembagian ini berdasarkan pada sisi pemutusan peptida oleh
enzim. Eksopeptidase memutuskan ikatan peptida yang dekat dengan ujung amino
atau ujung karboksil dalam molekul substrat, sedangkan endopeptidase
memutuskan ikatan peptida yang jauh dari ujung substrat. Berdasarkan atas pH
optimumnya protease-protease dikelompokkan menjadi tiga golongan yaitu :
protease asam, protease basa dan protease netral.
II.9.1 Protease Asam
Protease asam mengandung residu asam aspartat pada sisi aktifnya dan
aktivitasnya tidak dipengaruhi oleh pereaksi pembentuk khelat, pereaksi gugus
tiol dan inhibitor - inhibitor protease basa. Proetease asam memiliki pH optimum
sangat rendah yaitu 2 - 3. Enzim ini banyak digunakan dalam industri kecap dan
tahu. Protease ini lebih banyak diproduksi oleh jamur dan sedikit sekali ditemukan
pada bakteri.
23
Salah satu protease asam yang berhasil dimurnikan adalah protease asam dari
biakan Bacillus subtilis JM-3 yang terdapat dalam saus ikan. Protease ini
mempunyai Mr 14 kD. Stabilitas optimumnya teramati pada suhu 30 0C. Aktivitas
protease ini dihambat oleh tosil-lisinklorometilketon (TLCK).23
II.9.2 Protease Basa
Protease basa disebut juga sebagai protease serin, sebab protease ini dicirikan oleh
adanya residu serin pada sisi aktif molekulnya. Protease basa merupakan
endopeptidase dengan aktivitas proteolitik yang kuat. Molekulnya stabil pada
temperatur tinggi dengan pH optimum 9 - 11. Aktivitasnya tidak dihambat oleh
adanya reaksi pembentukan khelat seperti EDTA, tetapi dihambat oleh
diisopropilfluorofosfat dan phenyl methyl sulfonyl flourida (PMSF).
Protease basa yang termostabil berhasil diisolasi dari Bacillus thermoruber.
Bacillus ini memproduksi protease basa secara ekstrasel. Molekulnya merupakan
polipeptida tunggal dengan Mr 39 kDa dan pI 5, 3. pH dan suhu optimum bagi
aktivitasnya adalah 9 dan 45 0C.24
Protease ekstrasel dari Bacillus sp. B21-2 bersifat termofilik dan alkalifilik.
Protease basa ini mempunyai Mr 30 kDa dengan pH dan suhu optimum bagi
aktivitasnya 12 - 13 dan 85 0C.5
Bacillus subtilis CHZ1 meproduksi protease ekstrasel dengan Mr 35 kDa dan
aktivitas optimumnya teramati pada pH 8 dengan suhu 60 0C – 80 0C terhadap
substrat azokasein. Aktivitasnya dihambat oleh adanya PMSF, Ag+ dan Hg+ pada
konsentrasi 2,5 mM, tetapi ditingkatkan hingga sekitar 20 % oleh adanya Mn2+,
Mg2+ dan Fe2+. Adanya ion-ion Ca2+, Zn2+ dan Cu2+ tidak mempengaruhi
aktivitsanya.25
24
II.9.3 Protease Netral
Protease netral merupakan suatu protease logam (metallprotease) dan
memerlukan Zn2+ agar aktivitasnya optimal. Rentang pH optimumnya sangat
sempit, yaitu pada pH netral. Protease netral ini sangat tidak stabil terhadap
protease basa dan pereaksi pembentuk khelat. Sama halnya dengan protease basa,
protease netral juga merupakan endopeptidase dan memutuskan ikatan peptida
yang mempunyai rantai samping hidrofobik.
Protase netral yang termostabil dari Bacillus stearothermophillus MK232
diproduksi secara ekstrasel. Molekulnya merupakan polipeptida tunggal dengan
Mr 34 kDa, pH dan suhu optimum bagi aktivitasnya adalah 7,6 dan 70 0C.
Aktivitasnya dihambat oleh EDTA, tetapi tidak oleh PMSF.26
Protease netral yang termostabil juga berhasil diisolasi dari mutan Bacillus
stearothermophillus (TPM-8), dengan Mr 39 kDa. pH dan suhu optimum bagi
aktivitasnya adalah 7,0 dan 80
0
C, membutuhkan ion Zn2+ agar dapat
menunjukkan aktivitasnya dan memerlukan ion Ca2+ untuk meningkatkan
stabilitasnya terhadap suhu.27
25