Makalah Enzim Dalam Industri Pangan

BAB I

PENDAHULUAN

Enzim berperan sangat penting dalam industri pangan, baik produk pangan tradisional maupun maupun desain produk pangan yang baru. Sebelum dikenalnya teknologi modern, pemanfaatan enzim sudah dilakukan dengan tidak sengaja. Misalnya, pada proses pengolahan minuman beralkohol dan keju. Proses malting pada pengolahan minuman beralkohol berkembang aktivitas enzim amilase dan protease yang memecah pati dan protein pada mashing biji-bijian menghasilkan gula dan zat gizi lain yang dibutuhkan oleh yeast pada proses selanjutnya. Demikian pula pada pengolahan keju, peran enzim protease sangat penting dalam memecah misel kasein sehingga terbentuk curd pada tahapan pembuatan keju. Dengan kemajuan teknologi, peran enzim dalam produksi pangan sudah dilakukan optimasi terhadap kondisi proses sehingga aktivitas enzim dapat berjalan seperti yang diharapkan.

Contoh lain dari peran enzim untuk menghasilkan mutu pangan yang baik adalah proses produksi daging saat pemotongan hewan. Proses perubahan otot menjadi daging diperlukan kerja enzim, sehingga daging yang dihasilkan mempunyai mutu yang baik. Pentingnya hewan diistirahatkan sebelum dipotong, membunuhnya tanpa trauma, dan melayukan daging beberapa jam atau hari, dilakukan sebelum peran enzim selama proses tersebut diketahui. Sekarang telah diketahui bahwa pada saat hewan diistirahatkan sebelum dipotong menjamin ketersediaan glikogen sebagai substrat dari kerja enzim post mortem enzim. Proses glikolisis post mortem dan protease dalam proses konversi otot menjadi daging sangat penting untuk proses selanjutnya dan memperbaiki mutu daging.

Banyak produk pangan lain yang didesain dengan mengembangkan kerja enzim, baik langsung maupun tidak langsung. Contoh produk-produk pangan akibat kerja enzim secara tidak langsung adalah produk pangan fermentasi yang melibatkan mikroorganisme seperti yogurt, tempe, kecap, tape, sosis, dan lain-lainnya. Aktivitas enzim yang dimanfaatkan dalam proses produksi pangan secara endogenus berasal dari tanaman, hewan, maupun mikroorganisme. Aktivitas enzim endogenus dapat dimanipulasi dengan melakukan optimasi terhadap kondisi kerja enzim (pH dan suhu) atau meningkatkan ekspresi enzim dengan teknik rekayasa genetik. Karena keterbatasan penggunaan teknik manipulasi tersebut, maka berkembang ide untuk menambahkan enzim dari sumber lain (enzim eksogenus) untuk memperbaiki reaksi-reaksi yang sudah ada atau menginisiasi reaksi-reaksi baru. Pemanfaatan dan manipulasi kerja enzim telah pula dipergunakan untuk mendesain produk pangan fungsional.

Ada beberapa enzim yang telah digunakan secara umum dalam industri pangan, salah satunya enzim a-amilase. Enzim a-amilase digunakan dalam industri hidrolisis pati, bir, roti, dan deterjen. Dalam industri hidrolisis pati, enzim digunakan untuk mencairkan pati yang tergelatinasi. Enzim tersebut berfungsi menurunkan viskositas pati dan menghidrolisis menjadi maltodekstrin. Enzim a-amilase (1,4-a-glukanohidrolase) merupakan endoglukanase yang menghidrolisis ikatan internal a-l,4 glikosidik. Sebelum digunakan a-amilase termostabiI, enzim amilase dari B.sllbtilis dan B. amyloliquefaciens yang digunakan harus ditambahkan sebelum dan sesudah tahap gelatinasi pada suhu tinggi. Dengan ditemukan a-amilase dari B. Licheniformis maka tahap ini dapat dieliminasi. Enzim a-amiloglukosidase (1,4-a-D-glukan glukohidrolase atau glukoamilase) dari cendawan digunakan dalam produksi sirup glukosa yang setara dengan dekstrosa sebesar 95 sampai 97%. Enzim tersebut memiliki aktivitas exoacting yaitu melepaskan glukosa dari ujung pereduksi maltodekstrin. Bila diinginkan diperoleh sirup glukosa yang setara dengan dektrosa lebih dari 98% perIu ditambahkan pululanase dari Klebsiella aerogenes. Enzim ini ternyata tidak stabil karena secara cepat dapat kehilangan aktivitas pada pH 4.5 dan suhu 60°C (Thomas & Kenealy 1986).

Enzim a-amilase dari cendawan termostabil Aspergillus niger dan A. oryzae digunakan untuk produksi sirupmaltosa. Enzim cendawan tersebut berbeda dari enzim a-amilase bakteri, yaitu produk utamanya adalah maltosa,disamping itu juga menghasilkan dekstrin dan glukosa dalam jumlah terbatas. Berdasarkan alasan ekonomi,a-amilase cendawan sering digunakan bersamaan dengan amiloglukosidase untuk menghasilkan sirup campuran yang setara dengan dekstran sebesar 60%. Sirup campuran yang dihasilkan dapat digunakan sebagai substrat murah dalam industri bir dan fermentasi. Enzim isomerase digunakan untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa dalam industri sirup jagung berkadar fruktosa tinggi. Fruktosa yang merupakan isomer D-glukosa adalah pemanis alami yang paling manis. Untuk tujuan isomerisasi ini digunakan enzim xilosa isomerase. Dalam industri modern, penggunaan xilosa isomerase dilakukan dalam reaktor fixed-bed dalam bentuk terimobilisasi. Xilosa isomerase yang sering digunakan berasal dari B. coagulans,Streptomyces albus, Arthrobacter spp., dan Actinoplanes missouriellsis.

Dua enzim karbohidrase penting lainnya yang digunakan dalam industri ialah pektinase dan laktase. Pektinase digunakan untuk menjernihkan jus buah. Laktase digunakan pada industri keju untuk memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa (Thomas & Kenealy 1986). Enzim proteolitik memiliki peranan kira-kira dua pertiga dari total pasar industri berbasis enzim. Dari total protease yang digunakan dalam industri, 25% di antaranya merupakan protease alkalin termostabil yang digunakan dalam industri deterjen. Dari uraian tersebut terlihat betapa enzim termostabil sangat berpotensi untuk diaplikasikan dalam industri modern yang berbasis enzim.

Meskipun kemajuan yang dicapai dalam aplikasi enzim telah sangat luas selama dekade terakhir ini, namun pengetahuan tentang fisiologi, metabolisme, enzimologi, dan genetika dari mikrob penghasil enzim masih terbatas. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang sifat-sifat molekuler enzim dan gen-gennya untuk dapat memahami bagaimana mereka menjalankan fungsinya pada suhu tinggi, bahkan pada suhu di atas 100⁰ masih diperlukan.

BAB II

PEMBAHASAN

Enzim dalam pengolahan pangan

Penggunaan enzim dalam industri pangan dilakukan karena enzim merupakan alat yang ideal digunakan untuk memanipulasi bahan-bahan biologis. Beberapa keuntungan penggunaan enzim dalam pengolahan pangan adalah aman terhadap kesehatan karena bahan alami, mengkatalisis reaksi yang sangat spesifik tanpa efek samping, aktif pada konsentrasi yang rendah, dapat diinaktivasi, dan dapat digunakan sebagai indikator kesesuaian proses pengolahan. Walaupun demikian, dari ribuan enzim ditemukan oleh para ahli biokimia, hanya sebagian kecil enzim dapat dimanfaatkan dalam industri pangan. Hal ini disebabkan oleh ketidaksesuaian kondisi reaksi enzim, ketidakstabilan enzim selama pengolahan, atau karena biaya yang terlalu mahal untuk menggunakan enzim dalam pengolahan pangan.

Pada saat enzim dipertimbangkan untuk digunakan dalam industri pangan, maka sangat penting dijamin bahwa pemanfaatan enzim tersebut akan memberikan keuntungan secara komersial. Enzim dapat bermanfaat untuk konversi bahan baku menjadi bahan yang lebih mudah diolah pada tahapan proses selanjutnya. Selain untuk pengolahan yang lebih efisien dan aman, enzim dalam industri pangan dapat dimanfaatkan untuk mendesain produk pangan yang lebih mudah dicerna saat dikonsumsi. Degradasi makromolekul menjadi senyawa yang lebih sederhana dan mudah diserap di dalam saluran pencernaan sangat diperlukan oleh orang yang bermasalah dengan produksi enzim-enzim pencernaan.

Ada dua cara penggunaan enzim dalam pengolahan pangan, yaitu memanfaatkan enzim yang alami ada dalam produk pangan (enzim endogenus) dan menambahkan enzim dari luar ke dalam bahan pangan yang diolah (enzim eksogenus). Enzim endogenus dapat berasal dari bahan baku pangan (nabati atau hewani) maupun dari mikroorganisme yang digunakan dalam proses fermentasi produk pangan. Enzim eksogenus sudah banyak diproduksi secara komersial untuk dapat dimanfaatkan dalam proses pengolahan pangan. Beberapa produk enzim yang digunakan dalam pengolahan pangan dapat dilihat pada Tabel 1.

Secara alami enzim terdapat dalam sel dari mikroorganisme, jaringan tanaman dan jaringan hewan. Keterlibatan enzim dalam pengolahan pangan tidak semua menguntungkan. Enzim yang merugikan dapat menyebabkan kerusakan pangan seperti pembusukan, perubahan flavor, warna, tekstur dan kandungan gizi pangan. Untuk itu, dalam pengolahan pangan, inaktivasi enzim yang tidak menguntungkan tersebut perlu dilakukan. Namun beberapa enzim alami pada makanan apabila dikonsumsi segar dapat membantu kerja pencernaan dan kerja pankreas untuk sekresi enzim tidak bekerja berat. Bahan pangan yang melalui pemasakan (pemanasan) akan menginaktifkan enzim-enzim alami yang terdapat dalam makanan segar. Apabila kita selalu mengonsumsi makanan yang dimasak dalam waktu yang lama, maka akan terjadi kekurangan enzim yang kronis (chronic enzyme deficiency) yang memberi kecendrungan pada penyakit kanker.

II.1. ENZIM PADA INDUSTRI BIR

Pembuatan bir (bahasa Inggris: brewing, dibaca; bruwing) adalah proses yang menghasilkan minuman beralkohol melalui fermentasi. Metode ini digunakan dalam produksi bir, sake, dan anggur. Brewing memiliki sejarah yang panjang, dan bukti arkeologi menunjukkan bahwa teknik ini telah digunakan di Mesir kuno. Berbagai resep bir ditemukan dalam tulisan-tulisan Sumeria. Tempat pembuatan bir dinamakan brewery (bahasa Inggris) atau brauerei (bahasa Jerman). Teknologi pembuatan bir mengalami perubahan yang cukup besar dari abad ke abad, dan bahkan dewasa ini setiap pembuat punya caranya sendiri. Tetapi, secara umum, hampir semua bir mengandung empat bahan dasar: barli, hop, air dan ragi.

Seluruh proses pembuatan bir dapat dibagi menjadi empat tahap: pembuatan malt, pengolahan wort, fermentasi dan pematangan. Pembuatan malt : semua bir dibuat dari malt. Malt ini, tergantung kebiasaan, dibuat dari bulir jelai, gandum, atau kadang gandum hitam. Selama tahap ini, barli disortir, ditimbang, dan dibersihkan. Setelah itu, barli direndam dalam air dengan tujuan supaya barli itu berkecambah. Prosesnya memakan waktu antara lima sampai tujuh hari pada suhu sekitar 14^oC. Hasilnya adalah malt hijau, yang dipindahkan ke oven khusus untuk dikeringkan di kiln. Proses perkecambahan menghasilkan beberapa enzim, terutama α-amilase dan β-amilase, yang akan digunakan untuk mengubah pati dalam bulir menjadi gula. Kadar air dalam malt hijau itu diturunkan hingga antara 2% sampai 5% agar berhenti berkecambah. Setelah dikeringkan, kecambah dibuang dari butiran malt, lalu malt itu digiling. Kemudian, tahap berikutnya bisa dimulai. Pengolahan wort Malt yang telah digiling dicampur dengan air untuk menghasilkan adonan, yang kemudian dipanaskan perlahan-lahan dalam sebuah proses yang dinamai mashing. Mashing biasanya memakan waktu 1 sampai 2 jam.

Pada suhu tertentu, enzim-enzimnya mulai mengubah sarinya menjadi gula sederhana. Tetapi ini berlangsung lebih dari empat jam dan menghasilkan wort yang kemudian disaring sampai bersih. Berikutnya adalah proses pendidihan, yang menghentikan kegiatan enzim. Selama pendidihan, hop ditambahkan ke dalam wort untuk menghasilkan rasa pahit bir yang khas. Setelah kira-kira dua jam dididihkan, wort didinginkan sampai suhu tertentu. Fermentasi inilah tahap terpenting dalam proses pembuatan bir. Dengan bantuan ragi, gula sederhana dalam wort diubah menjadi alkohol dan karbon dioksida. Lama fermentasi yang berlangsung tidak lebih dari seminggu, dan suhu proses itu bergantung pada jenis bir misalnya ale (bir keras) atau lager (bir ringan) yang dihasilkan.

Bir mentah itu kemudian dipindahkan ke dalam tangki-tangki di ruang penyimpanan bawah tanah untuk dimatangkan. Selama tahap ini, terbentuklah rasa serta aroma bir yang khas dan juga gelembung-gelembung dari karbon dioksida. Bir mengalami pematangan selama suatu periode dari tiga minggu sampai beberapa bulan, bergantung pada jenis bir. Akhirnya, bir yang telah jadi itu dikemas dalam gentong atau botol dan siap dikirim ke tempat tujuan akhir.

II.2. ENZIM PADA PRODUKSI HIGH FRUCTOSE CORN SYRUP (HFCS)

Pembuatan HFCS (High Fructose Corn Syrup) dapat dilakukan dengan tersediaanya substrat pati jagung dan enzim isomerase yang mampu merubah glukosa menjadi fruktosa. Kini telah berkembang penggunaan “immobilized enzymes”, suatu enzim yang dikurung dalam sejenis kapsul, sehingga substrat dan produknya saja yang dapat masuk ke luar, sedang enzimnya tidak ke luar (immobilize) dari kapsulnya. Dengan demikian penggunaannya dapat berulang-ulang, sampai mengalami stadium “fatigue”.

Salah satu produk HFCS (yang pertama diproduksi) mengandung 71 persen padatan terlarut, dengan susunan 42 persen fruktosa, 52 persen dekstrosa (glukosa) dan 6 persen gula-gula lain. Karena kandungan dektrosanya, suhu penyimpanan sebaiknya dilakukan pada 80 – 90⁰F, untuk mencegah terjadinya kristalisasi glukosa. Skema produksi HFCS terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema produksi HCFS 42 %

Untuk per ton pati diperlukan enzym liquefaction amylase sebanyak 1.15 kg, enzim sacharifikasi 0.85 kg, enzim isomerase 0.70 kg, filter aw 5.54, “active carbon” 6.00 kg. NaCI 10.9 kg dan HCI 56.20 kg. Untuk perhitungan tahun 1983 biaya bahan tambah tersebut meliputi Rp. 80.000,- per ton HFCS.

a. Likuifikasi

Kanji pati jagung (40 – 45%) dimasukkan ke dalam pompa dengan dicampur enzim amilase dan cofaktor. PH diatur sampai sekitar 6.8 sebelum ditambah dengan enzim. Dan kemudian dinjeksikan uap air panas sehingga mencapai suhu reaksi enzim yaitu 104⁰C. Dengan tekanan uap, mampu sekaligus mengocok sehingga mempercepat reaksi.

Penambahan enzim dilakukan dan produk dibiarkan pada suhu 93⁰C selama 60 menit sehingga proses likuifikasi berlangsung lengkap. Pada tahap tersebut seluruhpati telah dirubah sehingga mencapai dekstrose-eqivalen (DE) sekitar 15 – 20.

b. Sacharifikasi

Campuran didinginkan sehingga mencapai 60⁰C, suhu yang optimal untuk proses sacharifikasi. Karena reaksinya exotherm maka ada kecenderungan proses menyebabkan bertambahnya suhu, karena itu harus diturunkan dan dikendalikan. Pengendalian suhu sangat penting pada tahap sacharifikasi. Produk akhir mencapai DE 95 – 98.

Whitaker (1972) mengatakan dalam kurun waktu 50 tahun mendatang, khususnya dalam penelitian daging, perkembangan teknologi enzim akan mengarah ke masalah pemanfaatan enzim selama pemeraman daging (kaskas) sehingga dapat dicapai sesingkat mungkin. Dengan teknologi enzim yang maju misalnya dengan pengendalian enzim dalam daging, digabung dengan penambahan enzim yang spesifik akan dapat mencernakan polimer-polimer yang bertanggung jawab terhadap keempukan daging berbagai enzim daging tersebut, enzim kolagenase akan banyak berperan, diharapkan daging yang memenuhi mutu yang dikehendaki tanpa mengalami proses pemeraman. Dengan demikian cara tersebut akan sangat lebih ekonomis dibanding harus menunggu proses pemeraman yang lamanya 2 – 3 minggu atau lebih.

Pada hakekatnya yang menyebabkan kekerasan daging itu bukan jumlahnya kolagen tetapi mutu atau jenis kolagen yang menentukan kekerasan daging. Enzim spesifik tersebut (kolagenase) diperlukan untuk mencegah pemeraman dan terjadinya penuaan.

Enzim kolagenase tersebut dapat diperoleh dari mikroba khususnya yang diisolasi dari kulit yang telah disamak C. histolyticum, yang memiliki keaktifan enam kali lebih aktif dari kolagenase ternak.

Bahkan enzim kolagenase tersebut telah berkembang penggunaannya untuk mencegah proses penuaan pada manusia sehingga dapat lebih awet muda. Usaha-usaha mencari enzim anti crosslink tersebut akan berkembang maju di masa depan. Bjorksten (1977) dalam mencari jenis enzim tersebut telah menemukan dan mengisolasi Ca-activated (“micro-protease”) dari B. ceresu, yang istimewa dari enzim tersebut adalah ukurannya yang sangat kecil, dengan demikian memungkinkan memasuki dan menembus serat-serat kolagen. Enzim-enzim yang mampu memecah ikatan C-N akan besar perannya dalam memecahkan cross-link.

Enzim yang mampu menghambat bahkan menyetop terjadinya senescen = kelayuan dan penuaan pada buah khususnya memantapkan kemudaan, kelayuan dan kerenyahan produk hortikultura akan terus mendapat perhatian khususnya enzim yang berasal dari mikroba.

c. Refining sirup dekstrosa

Proses refining dimulai dengan proses filtrasi. Filtrasi dilakukan secara vakum yang mampu menjaring protein, serat atau padatan lain dengan cara sirup ampas dikeringkan untuk kemudian dibuat pellet untuk makanan ternak.

Sirup yang telah disaring tersebut dipompakan ke dalam kolom karbon aktif dan ion exchange dalam bentuk seri untuk lebih memurnikan sirup. Kolom karbon aktif biasanya terdiri dari dua buah kolom yang mampu menampung aliran sirup dnegan “retention time” 400 jam, yang diperlengkapi dengan alat distributor yang menjamin distribusi sehomogen mungkin.

Setelah melalui karbon aktif, sirup tersebut dialirkan dalam tangki-tangki “ion exchange” dan kemudian disaring lagi untuk memisahkan adanya karbon yang terikut dalam sirup.

Fungsi “ion-exchange” ialah untuk menghilangkan zat-zat mineral dalam sirup dan residu protein atau zat-zat warna yang mungkin lolos dari kolom karbon aktif.

Tahap berikutnya adalah pengentalan kembali dengan dilakukan evaporator.

d. Isomerisasi

Glukosa dan fruktosa adalah merupakan isomer satu dengan yang lainnya, artinya memilih berat molekul dan susunan atom yang sama tetapi dengan struktur konfigurasi yang berbeda.

Glukosa dapat dirubah strukturnya menjadi fruktosa atau sebaliknya, fruktosa dapat dirubah menjadi glukosa dengan pertolongan enzim yang sama yaitu glukosa-isomerase. Proses perubahan tersebut disebut “enzymatic glucose-isomerization”.

Karena enzim tersebut “reversible” artinya dapat mengkatalis ke aksi bolak-balik maka produk akhir selalu merupakan campuran dari biak glukosa maupun fruktosa. Relatif komposisi campuran dari kedua jenis gula tersbut dapat bervariasi tergantung kondisi reaksi, suhu dan keasaman dimana proses isomerasi berlangsung. High Fructose yang diproduksi mengandung fruktosa 42 persen, 50 persen glukosa dan 8 persen oligomerasi (gula lain).

Sirup kental dengan kadar padatan 45 persen dimasukkan ke dalam isomerasi selama 15 menit untuk mengatur pH 8.0 dan penambahan Mg sulfat sebagai promts, sirup dipompakan ke dalam kolom-kolom isomerasi. Sebelum proses dimulai, suhu kasar dan suhu tepat (60⁰C) diatur secara cermat, dilakukan di aerasi dalam kolom sehingga mencapai kevakuman 254 mm Hg dan enzim gluko isomerasenya telah pula disiapkan. Adanya oksigen terlarut dapat memblokir reaksi isomerasi.

Dalam industri yang berskala besar proses isomerasi dilakukan pada sembilan kolom reaktor (fixed bed, densiflow) dan beberapa “immobilized enzym” kolom reaktor. Enzim dalam kolom secara cepat berubah secara isomerisasi, glukose menjadi fruktosa.

Kadar sirup glukosa harus diatur selalu tetap yaitu antara 42.5 – 43 persen agar “flowrate”nya konstan.

e. Refining HFS

“High Fructose Syrup” yang diperoleh kemudian ditampung dalam tangki penampung dan kemudian dialirkan ke dalam filter, karbon aktif dan “ion-exchange” kolom seperti yang digunakan dalam proses pemurnian sirup glukosa.

Karbon aktif mengambil senyawa berwarna yang terjadi selama proses isomerasi dan “ion-exchange” mengambil garam anorganik yang digunakan dalam proses isomerasi sehingga kadar abu dapat ditekan menjadi serendah mungkin.

Sirup HFS yang diperoleh disaring lagi, dipanaskan pada suhu di bawah diskolom HFS untuk meningkatkan kekentalan sirup sehingga mencapai kadar padatan terlarut 71 persen, disaring lagi baru ditampung ke dalam tangki-tangki penyimpanan.

II.3. ENZIM PADA PRODUKSI GULA XILOSA dengan ENZIM XILANASE

Jenis mikroorganisme yang sudah umum menghasilkan xilanase ialah jamur dan bakteri. Beberapa jenis bakteri dan jamur diketahui mampu menghasilkan xilanase secara ekstraseluler. Xilanase dari Clostridium acetobuty-licum telah diteliti oleh Lee et al. (1985), yaitu dari 20 strain Clostri-dium sp. ternyata C. acetobutylicum NRRL B527 dan ATCC 824 menghasilkan xilanase terbanyak. Strain NRRL B527 menghasilkan xilanase pada pH 5,2, sedangkan strain ATCC 824 menghasilkan xilanase, xilopiranosidase, dan arabinofuranosidase pada kultur anaerob. Bacillus sp. penghasil xilanase bersifat alkalofilik yang telah diteliti adalah Bacillus sp. YC 335 (Park etal., 1992), Bacillus sp. 41M-1 (Nakamura et al., 1993), dan Bacillus sp.TAR-1 yang juga bersifat termofilik (Nakamura et al., 1994). Kubata et al. (1992) telah mengisolasi Aeromonascaviae ME-1 penghasil xilanase I dari usus herbivorous insect, sedangkan Dung et al. (1993) melakukan penelitian β-1,4-xilanase 2 dan 3 dari A. caviae W-61. Irawadi (1992) berhasil memproduksi selulase dan xilanase dari Neurospora sitophila pada substrat padat limbah kelapa sawit. Richana et al. (2000) telah melakukan isolasi bakteri penghasil xilanase alkalofilik yang berasal dari tanah berkapur pH 7,9.

Dalam memproduksi enzim dari mikroorganisme, hal yang penting untuk dikerjakan adalah mulai menggunakan strain mikroorganisme yang paling aktif yang tersedia. Suatu program seleksi strain harus dilakukan dengan mengambil kultur dari alam atau koleksi kultur, dan melakukan pengujian-pengujian aktivitas enzim. Persyaratan utama dalam seleksi adalah kemudahan metodologi, sehingga pengujian yang cepat untuk sejumlah besar strain dapat dikerjakan.

Jenis mikroorganisme yang sudah umum menghasilkan xylanase ialah dari golongan jamur dan bakteri. Meskipun enzim yang dihasilkan oleh golongan bakteri memiliki ketahanan pada temperatur yang lebih tinggi dibanding jamur, namun aktifitas xylanase dari golongan jamur jauh lebih tinggi dari bakteri. Disamping itu, level produksi yang tinggi dan kemudahan dalam cultivikasi membuat jamur lebih banyak digunakan dalam produksi enzim skala industri (Bergquist et al, 2002).

Adapun jenis jamur yang berpotensi menghasilkan enzim xylanase yaitu jamur Aspergillus niger dan Trichoderma ressei.

Aspergillus niger adalah mould dari klas fungi imperfecti, tersebar dimana-mana pada bermacam substrat antara lain terdapat pada buah-buahan, sayur-sayuran dan makanan lain yang telah busuk. Jamur ini berperan dalam mendekomposisi polisakarida di dalam kayu, mempunyai suhu pertumbuhan 30⁰C - 37⁰C, pH : 4 – 6 dan aerob.

Menurut tinjauan umum A.niger diklasifikasikan sebagai berikut:

Divisi : Fungi imperfecti

Sub kelas : Hyphomyces

Ordo : Monoliales

Famili : Monoleaceae

Genus : Aspergillus

Spesies : Niger

(Dwijoseputro, 1984)

Pemanfaatan Xilanase Sebagai Gula Xilosa

Xilanase juga dapat digunakan untuk menghidrolisis xilan (hemiselulosa) menjadi gula xilosa. Xilan banyak diperoleh dari limbah pertanian dan industri makanan. Pengembangan proses hidrolisis secara enzimatis merupakan prospek baru untuk penanganan limbah hemiselulosa (Biely, 1985; Rani dan Nand, 1996;Beg et al., 2001).

Gula xilosa banyak digunakan untuk konsumsi penderita diabetes. Di Malaysia gula xilosa banyak diguna-kan untuk campuran pasta gigi karena dapat berfungsi memperkuat gusi. Dengan beragamnya kegunaan gula xilosa maka perlu adanya inovasi ke arah produksi xilosa tersebut.Inovasi tersebut muncul diantaranya apabila enzim penghidro-lisis lignoselulosa tersebut sudah tersedia.

Adakalanya untuk mem-proses gula xilosa belum diminati karena kurang ekonomis meng-ingat kandungan xilan sangat rendah dibandingkan dengan selulosa. Namun demikian, perlu dipertimbangkan untuk melakukan proses multienzim sehingga hasilnya tidak hanya xilosa saja (dari xilan) tetapi juga glukosa (dari selulosa dan oligo sakarida lainnya). Sedangkan adanya teknologi baru seperti teknologi membran, di mana dapat memisahkan komponen sesuai ukuran molekul maupun berat molekul maka dapat dilakukan fraksinasi glukosa dan xilosa dengan mudah.

Pemanfaatan Xilanase untuk Makanan Ternak

Van Paridon et al. (1992) telah melakukan penelitian pemanfaatan xilanase untuk campuran makanan ayam boiler, dengan melihat pengaruhnya terhadap berat yang dicapai dan efisiensi konversi makanan serta hubungannya dengan viskositas pencernaan. Hal yang sama juga di-lakukan oleh Bedford dan Classen (1992), yang melaporkan bahwa campuran makanan ayam boiler dengan xilanase yang berasal dari T.longibrachiatum ternyata mampu mengurangi viskositas pencernaan, sehingga meningkatkan pencapaian berat dan efisiensi konversi makanan.

Pemanfaatan Xilanase untuk Makanan dan Minuman

Xilanase dapat juga digunakan untuk menjernihkan juice, ekstraksi kopi, minyak nabati, dan pati (Wongdan Saddler, 1993). Kombinasi dengan selulase dan pektinase dapat untuk penjernihan juice dan likuifikasi buah dan sayuran (Beg et al.,2001).

Efisiensi xilanase dalam perbaikan kualitas roti yang telah dilakukan, yaitu xilanase yang berasal dari Aspergillus niger var awamori yang ditambahkan ke dalam adonan roti menghasilkan kenaikan volume spesifik roti dan untuk lebih meningkatkan kualitas roti maka perlu dilakukan kombinasi penambahan amilase dan xilanase (Maatet al., 1992).

Sekalipun potensi penggunaan enzim xilanase cukup beragam tetapi untuk memproduksi juga masih menghadapi beberapa kendala, antara lain tidak tersedianya strain mikroorganisme unggul dan kurangnya pengetahuan tentang teknologiproduksi enzim. Di lain pihak, pakar dari negara maju mengakui bahwa negara yang kaya akan keanekaragaman hayati, termasuk Indonesia, merupakan sumber mikroorganisme maupun tanaman yang potensial untuk bioproses (Fox, 1994).

Melihat potensi bahan limbah berlignoselulosa yang melimpah, serta kekayaan sumber keanekaragaman hayati mikroorganisme di Indonesia, maka perlu dilakukan inovasi ke arah industri enzim. Xilanase yang sangat beragam penggunaannya dapat diproduksi sendiri di Indonesia seandainya memiliki strain mikroorganisme unggul penghasil xilanase dan menguasai teknologi produksinya.

Ekstraksi secara mekanis memiliki keuntungan dalam pengambilan sari buah dari daging buahnya karena caranya yang sederhana, biaya murah, tekanan dapat disesuaikan dengan jenis bahan, dan alat pengempa dapat untuk bermacam-macam bahan.

II.4. ENZIM PADA PROSES PENJERNIHAN SARI BUAH dengan ENZIM PEKTINASE

Pada proses produksi sari buah, metode pengambilan sari buah dari buah asalnya biasa menggunakan metode ekstraksi. Buah yang diekstrak akan menghasilkan saribuah. Sari buah yang diperoleh biasanya masih mengandung partikel padat. Sehingga perlu dihilangkan agar mendapatkan sari buah yang jernih. Penghilangan dapat dilakukan dengan penyaringan. Pemisahan dengan didiamkan beberapa waktu akan terjadi pengendapan padat karena adanya gaya gravitasi partikel padat, kemudian dapat diambil bagian jernihnya. Proses penjernihan yang lebih efisien dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan enzim, yaitu enzim pektinase.

Enzyme treatment

Perlakuan pemberian enzim dapat membantu proses penjernihan sari buah. Enzim yang digunakan adalah pektinase, yaitu enzim yang memecah pektin, suatu substrat polisakarida yang ditemukan di dinding sel tumbuhan. Salah satu pektinase yang banyak digunakan secara komersial adalah poligalakturonase. Hal ini dikarenakan petin merupakan suatu matriks mirip jelly yang merekatkan sel-sel tumbuhan dan merekatkan antar dinding sel tumbuhan, seperti serbut selulosa. Oleh karenanya, enzim ini berperan dalam proses yang melibatkan degradasi bahan yang berasal dari tumbuhan, seperti mempercepat ektraksi jus dari buah-buahan.

Pektinase biasanya merupakan campuran dari beberapa enzim, seperti selulase, yang digunakan secara luas dalam industri jus untuk membantu ekstraksi, menjernihkan, dan memodifikasi jus. Selain itu, enzim yang termasuk dalam kelompok pektinase adalah poligalakturonase, pektin metil esterase, dan pektin lyase.

Penambahan enzim pectin membantu penjernihan dalam 2 cara: (1) enzim pektin menyebabkan koagulasi dan sedimentasi bahan-bahan tersuspensi dan kandungan koloid yang terdapat dalam jus, dan (2) penambahan enzim memperkecil viskositas jus dan sebagai akibatnya mempermudah dan mempercepat filtrasi.

II.5. ENZIM LIPASE UNTUK PRODUK BAKERY

Enzim lipase merupakan salah satu enzim yang memiliki sisi aktif sehingga dapat menghidrolisis triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol. Enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan emulsifier, surfaktant, mentega, coklat tiruan, protease untuk membantu pengempukan daging, mencegah kekeruhan bir, naringinase untuk menghilangkan rasa pahit pada juice jeruk, glukosa oksidase untuk mencegah reaksi pencoklatan pada produk tepung telur dan lain-lain.

Sumber-sumber enzim lipase antara lain : bakteri (S. aureus), kapang (Aspergillus niger, Rhizopus arrhizus), tanaman yang menghasilkan trigliserida (kacang-kacangan), pancreas, susu.

Aplikasi enzim lipase untuk sintesis senyawa organik semakin banyak dikembangkan, terutama karena reaksi menggunakan enzim lipase bersifat regioselektif dan enansioselektif. Aktifitas katalitik dan selektivitas enzim, tergantung dari struktur substrat, kondisi reaksi, jenis pelarut, dan penggunaan air dalam media.Contohnya biosintesis senyawa pentanol, hexanol & benzyl alkohol ester, serta biosintesis senyawa terpene ester menggunakan enzim lipase yang berasal dari Candida antartica dan Mucor miehei.

DAFTAR PUSTAKA

Budiman , Albar & Setyawan ,Sigit . Pengaruh Konsentrasi Substrat, Lama Inkubasi Dan

Ph Dalam Proses Isolasi Enzim Xylanase Dengan Menggunakan Media Jerami

Padi . Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro :

http://www.foodreview.biz/login/index.php

http://sudarmantosastro.wordpress.com

http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/13/rekayasa-genetika-mikroorganisme-penghasil-enzim-lipase

Makalah Peran Mikroba Dalam Industri

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioteknologi merupakan suatu kajian yang berhubungan dengan penggunaan organisme hidup atau produknya dalam proses industri berskala besar. Bioteknologi mikroorganisme adalah aspek bioteknologi industri yang berhubungan dengan proses yang melibatkan mikroorganisme. Bioteknologi mikroorganisme kadang-kadang disebut mikrobiologi industri, suatu bidang yang lama dan sudah diperbaharui pada beberapa tahun terakhir ini karena penambahan teknik rekayasa genetika.

            Mikrobiologi industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikroba sebagai komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikroba dalam proses, yang bertujuan untuk menghasilkan produk bernilai ekonomi dan bermanfaat. Mikrobiologi industri awalnya dimulai dengan proses fermentasi alkohol, seperti pada pembuatan “beer” dan “wine” (minuman dibuat dari buah anggur). Proses mikrobial dikembangkan untuk produksi bahan farmasi seperti antibiotika, produksi makanan tambahan seperti asam amino, serta produksi enzim, dan produksi industri kimia seperti butanol dan asam sitrat (Dwidjoseputro, 1992).

            Tidak semua mikroorganisme yang ada dapat digunakan dalam industri. Mikroorganisme yang diisolasi dari alam memperlihatkan pertumbuhan sel seperti komponen fisiologi utamanya, sedangkan mikroorganisme industri merupakan organisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat membuat satu atau banyak produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri merupakan salah satu yang sudah diisolasi dengan teknik tradisional, mikroorganisme tersebut menjadi organisme yang sangat ‘termodifikasi” sebelum memasuki industri berskala-besar (Suriawiria, 1995). Penentuan produk industri menggunakan jasa mikroorganisme sangat tergantung dari sifat-sifat mikroorganisme yang dipilih. Mikroorganisme yang dipilih harus memenuhi kriteria-kriteria, antara lain: memiliki sifat-sifat yang stabil, mampu tumbuh pesat, tidak patogenik, memiliki sifat potensial menjamin proses biotransformasi berlangsung sesuai dengan tujuan yang diharapkan. Mikroorganisme yang terpilih ini berupa galur-galur unggul. Sedangkan penentuan media dan bagian pengendali proses lainnya disesuaikan dengan spesifikasi sifat mikroorganisme serta enzim-enzimnya (Haffandi, 2011). Berdasarkan latar belakang diatas, dalam makalah ini akan dibahas mengenai mikrobiologi industri yang meliputi mikroorganisme yang berperan dalam mikrobiologi industri, faktor-faktor dan syarat-syarat yang harus dipenuhi serta bagaimana peranan mikroba sebagai penghasil produk dalam bidang industri.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dikemukakan beberapa masalah yang akan dikaji dalam makalah ini, yaitu sebagai berikut.

1.2.1        Mikroorganisme apa saja yang berperan dalam industri?

1.2.2        Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi mikroorganisme dalam industri?

1.2.3        Apakah syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri?

1.2.4        Bagaimana peranan mikroba dalam mikrobiologi industri?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tulisan ini adalah sebagai berikut.

1.3.1 Untuk mengetahui mikroorganisme apa saja yang berperan dalam industri.

1.3.2 Untuk mengetahui Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi mikroorganisme dalam industri.

1.3.3 Untuk mengetahui syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri.

1.3.4 Untuk mengetahui bagaimana peranan mikroba dalam mikrobiologi industri.

1.4 Manfaat Penulisan

  Ø  Bagi Mahasiswa

Dapat menambah pengetahuan mengenai mikroorganisme yang berperan dalam penghasil produk di bidang industri, faktor-faktor yang mempengaruhi proses mikrobiologi industri serta syarat-syarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri.

  Ø  Bagi Masyarakat

Dapat memberikan pengetahuan kepada masyarakat mengenai proses-proses yang terjadi dalam pembuatan berbagai produk olahan yang dalam pembuatannya menggunakan bantuan mikroorganisme.

BAB II

PENDAHULUAN

2.1 Mikroorganisme yang Berperan dalam Industri

1)    Bakteri

Ada berbagai macam bakteri yang berperan penting dalam industri khususnya proses fermentasi, antara lain sebagai berikut (Anonim, 2010):

   1.      Acetobacter acetii

            Bakteri ini penting dalam produksi asam asetat yang mengoksidasi alkohol sehingga menjadi asam asetat. Banyak terdapat pada ragi tapai, yang menyebabkan tapai yang melewati 2 hari fermentasi akan menjadi berasa asam.

   2.      Acetobacter xylinum

Bakteri ini digunakan dalam pembuatan nata de coco. Acetobacter xylinum mampu mensintesis selulosa dari gula yang dikonsumsi. Nata yang dihasilkan berupa pelikel yang mengambang di permukaan substrat. Bakteri ini juga terdapat produk kombucha yaitu fermentasi dari teh.

   3.      Bacillus sp.

            Bacillus sp. merupakan genus dengan kemampuan yang paling luas. Pada mulanya hanya digunakan untuk menghasilkan enzim amilase. Namun kini berkembang untuk bioinsektisida yang diwakili Bacillus thuringiensis maupun untuk penanganan limbah Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium. Melalui rekayasa genetika, kini bakteri ini juga digunakan untuk produksi bahan baku plastik ramah lingkungan.

   4.      Bividobacterium sp.

            Bakteri ini bersifat anaerob dan digunakan sebagai mikroba probiotik. Produk probiotik dari bakteri ini biasanya berbentuk padat.

   5.      Lactobacillus sp.

            Bakteri ini cukup populer karena selain dapat digunakan dalam produksi asam lakat juga berperan dalam fermentasi pangan seperti yogurt, saurkeraut dan juga produk probiotik yang saat ini banyak diminati masyarakat. Probiotik merupakan mikrobia yang dikonsumsi untuk mengatur flora usus. Asam laktat dari bakteri ini dapat dibuat poli asam laktat sebagai bahan baku plastik ramah lingkungan.

1)        Khamir

Khamir ada yang yang bermanfaat dan ada pula yang membahayakan manusia. Khamir banyak dimanfaatkan dalam bidang industri yaitu proses fermentasi pada pembuatan roti, bir, wine, vinegar dan sebagainya. Khamir yang tidak diinginkan adalah yang ada pada makanan dan menyebabkan kerusakan pada saurkraut, jus buah, sirup, molase, madu, jelly, daging dan sebagainya.

Khamir yang memiliki peranan yang menguntungkan diantaranya sebagai berikut (Black, 2002):

   1.      Saccharomyces cerevisiae, merupakan khamir yang paling populer dalam pengolahan makanan. Khamir ini telah lama digunakan dalam industri wine dan bir. Dalam industri pangan, khamir digunakan dalam pengembang adonan roti dan dikenal sebagai ragi roti.

   2.      Saccharomyces roxii, adalah khamir yang digunakan dalam pembuatan kecap dan berkontribusi pada pembentukan aroma.

1)        Jamur

Jamur yang memiliki peranan yang menguntungkan diantaranya sebagai berikut (Pelczar, 1988): 

 1.    Aspergillus niger. Jamur ini digunakan dalam pembuatan asam sitrat. Asam sitrat merupakan salah satu asam organik yang banyak digunakan dalam bidang industri pangan  misalnya pada pembuatan permen dan minuman kemasan. Jamur ini sering mengontaminasi makanan misalnya roti tawar.

  2.    Rhizopus oryzae. Jamur ini penting pada pembuatan tempe. Aktivitas jamur Rhizopus oryzae menjadikan nutrisi pada tempe siap dikonsumsi manusia. Aktivitas enzim yang dihasilkan menjadikan protein terlarut meningkat. Produk tempe kini juga telah dikembngkan menjadi isoflavon yang penting bagi kesehatan.

 3.    Neurospora sitophila. Jamur ini merupakan sumber beta karoten pada fermentasi tradisional. Produk oncom yang dikenal di Jawa Barat adalah hasil fermentasi yang dilakukan Neurospora sitophila. Produksi spora untuk sumber beta karoten yang dapat disubstitusikan pada makanan juga telah diteliti. Selain mampu memberikan asupan, beta karoten juga merupakan sumber warna yang cukup menarik.

 4.    Monascus purpureus. Jamur ini dikalangan mikrobiolog jarang dikenal karena produk yang dihasilkan. Mula pertama jamur ini ditemukan di Jawa namun menjadi produk utama Cina dengan nama angkak. Angkak adalah fermentasi pada beras. Jamur ini menghasilkan pewarna alami yang umumnya digunakan pada masakan Cina. Saat ini telah ditemukan adanya zat aktif pada ngkak yang dapat membantu kesehatan dan telah dikemas dalam bentuk kapsul.

 5.    Penicillium sp. Jamur ini paling terkenal karena kemampuannya menghasilkan antibiotika yang disebut pensilin. Sejak pertama kali dikenal terus digunakan sampai sekarang. Jamur pengasil antibiotika saat ini telah banyak diketahui sehingga ragam antibiotik pun semakin banyak. Selain itu pembuatan antibiotika, spesies yang lain juga digunakan dalam pembuatan keju khusus.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mikroorganisme dalam Industri

Kegiatan mikroba dipengaruhi oleh faktor lingkungannya. Perubahan dilingkungan dapat mengakibatkan terjadinya perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroorganisme. Beberapa golongan mikroorganisme resisten terhadap perubahan lingkungan karena dengan cepat melakukan adaptasi dengan lingkungan. Faktor-faktor lingkungan yang sering mempengaruhi pertumbuhan mikroba antara lain (Anonim, 2010):

a)         Suhu

Suhu merupakan salah satu faktor penting dalam kehidupan mikroba. Beberapa mikroba mampu hidup dalam kisaran suhu yang luas. Terkait dengan suhu pertumbuhan maka dikenal suhu minimum, maksimum dan optimum. Suhu minimum adalah suhu yang paling rendah dimana kegiatan mikroba masih berlangsung. Suhu optimum adalah suhu yang paling baik untuk kehidupan mikroba. Sedangkan suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba tetapi pada tingkat kegiatan fisisologi yang paling rendah.

Atas dasar suhu perkembangannya mikroba dapat dibedakan menjadi 3 golongan, yaitu psikofil, mesofil dan termofil.

·         Mikroba psikofil/kriofil dapat tumbuh pada suhu antara 0^o C-30^o C, dengan suhu optimum 15^OC. Kebanyakan tumbuh ditempat-tempat dingin, baik di daratan maupun dilautan.

·         Mikroba mesofil mempunyai suhu optimum antara 25-37^oC, dengan suhu minimum 15^oC dan suhu maksimum antara 45-55^oC. Mikroba ini biasa hidup pada tanah dan perairan.

·         Mikroba termofil mempunyai suhu pertumbuhan antara 40-75^oC, dengan suhu optimum 55-60^oC.

b)        Kelembaban

Tiap jenis mikroba mempunyai kelembaban optimum tertentu. Pada umumnya khamir dan bakteri membutuhkan kelembapan yang lebih tinggi dibandingkan jamur. Banyak mikroba yang tahan tahan hidup dalam keadaan kering untuk waktu yang lama. Misalnya mikroba yang membentuk spora dan mentuk-bentuk Krista.

c)          pH

Berdasarkan pH yang ada, mikroba dikenal dengan asidofil, neurofil, dan alkalifil. Asidofil adalah mikroba yang dapat tumbuh pada pH antara 2,0-5,0. Mikroba neutrofil adalah mikroba yang mampu tumbuh pada kisaran pH 5,5-8,0 sedangkan mikroba alkalifil dapat tumbuh pada kisaran pH 8,4-9,5. Bakteri memerlukan pH 6,5-7,5, khamir memerlukan pH 4,0-4,5, sedangkan jamur mempunyai kisaran pH yang luas.

d)        Ion-ion logam

Ion-ion logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au dan Pb pada kadar yang sangat rendah dapat bersifat toksik. Daya bunuh logam berat pada kadar rendah disebut oligodinamik. Ion-ion logam dapat mengganggu sistem enzim sel. Misalnya Hg⁺⁺ akan bergabung dengan gugus sulfidril (-SH) dalam enzim sehingga aktivitas enzim dengan gugus aktif sulfidril akan terhambat aktivitasnya. Ion-ion Li⁺⁺ dan Zn⁺⁺ bersifat toksik bagi Lactobacillus dan Leuconostoc, namun demikian jika Ph diturunkan maka peracunan Li⁺⁺ dan Zn⁺⁺ dapat dikurangi.

e)         Iradiasi

Radiasi pengion dicirikan oleh energi yang sangat tinggi dan kemampuan penetrasi yang besar. Demikian juga sifat letalnya. Penggunaan radiasi pengion terutama pada bidang farmasi, kedokteran,proses industri, serta digunakan dalam bidang mikrobiologi, misalnya menggunakan sinar ultraviolet dan sinar gamma.

·       Sinar UV yang paling efektif dalam membunuh mikroorganisme adalah yang memiliki panjang gelombang yang dekat dengan 260 nm, dengan energi kuantum sekitar 4,9 Ev. Sinar dengan panjang gelombang dibawah 200 nm tidak efektif karena mudah diserap oleh oksigen atmosfir. Sinar dengan panjang gelombang 360-450 nm umumnya disebut UV gelombang panjang dan biasa digunakan untuk menstimulasi flourisensi, misalnya untuk menunjukkan adanya pigmen pseudomonas pada telur.

            Penggunaan lain UV pada bidang industri bahan makanan adalah pada ruang pendingin yang dipergunakan untuk menyimpan daging. Tujuannya dalah untuk menunda pertumbuhan mikroba permukaan. Iradiasi ultraviolet dengan internsitas 2 mW/cm² terhadap pseudomonas pada daging dapat mengurangi kecepatan pertumbuhannnya menjadi 85% bila dibandingkan dengan kontrol, dan akan menjadi 75% bila intensitas pada permukaan 24 mW/cm².

·       Sinar gamma, iradiasi gamma telah digunakan sebagai metode dalam pengawetan pangan di beberapa Negara seperti Belgia, Perancis, Jepang dan Belanda. Di Indonesia sendiri baru dilakukan dalam skala laboratorium. Proses dilakukan dengan penyinaran pangan dengan menggunakan kobalt radioisotope (60^oC). Iradiasi akan mempengaruhi fungsi metabolisme dan fragmentasi DNA yang dapat mengakibatkan kematian sel mikroba sehingga memperbaiki kualitas mikrobiologis pangan dengan mengurangi jumlah jasad perusak dan pathogen.

Selain faktor di atas, mikroba juga melakukan interaksi, sebab di alam jarang dijumpai mikroba yang hidup sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad lain. Interaksi antar mikroba dapat terjadi antara dua mikroba yang sama ukuran selnya (dua sel bakteri, dua sel protozoa) atau antara dua sel yang berbeda ukurannya (sel bakteri dengan sel protozoa). Dua sel yang ukurannya sama memiliki kebutuhan nutrisi yang kurang lebih sama, sebab susunan molekul suatu sel pada umumnya relatif sama. Berbeda halnya jika ukuran sel berbeda, kebutuhan ruang berbeda. Protozoa membutuhkan ruang ribuan kali lebih besar daripada bakteri. Begitu juga dengan kebutuhan nutrisinya. Contohnya interaksi antar Pseudomonas synoyanea dengan Sterptococcus lactis yang menyebabkan terjadinya warna biru pada susu.

2.3 Syarat-syarat yang Harus Dipenuhi dalam Proses Mikrobiologi Industri

            Dari segi perindustrian, mikroba merupakan pabrik zat kimia yang mampu melakukan perubahan yang dikehendaki. Mikroba merombak bahan mentah dan mengubah bahan mentah menjadi suatu produk baru. Beberapa prasyarat yang harus dipenuhi dalam proses mikrobiologi industri, antara lain (Waluyo, 2005):

  a.    Organisme

Organisme yang akan digunakan harus dapat menghasilkan produk dalam jumlah yang cukup banyak. Karakteristik penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang relatif singkat, memiliki sifat-sifat genetik yang stabil, mampu menghasilkan substansi yang menarik, serta dapat dipelihara dalam periode waktu yang sangat panjang di laboratorium. Mikroba yang digunakan dalam industri adalah kapang, khamir, bakteri, dan virus.

  b.    Medium

Substrat yang digunakan oleh organisme untuk membuat produk baru harus murah dan tersedia dalam jumlah yang banyak. Misalnya, limbah yang banyak mengandung nutrisi dari industri persusuan dan industri kertas untuk menghasilkan bahan-bahan yang bernilai tinggi.

  c.    Hasil

Fermentasi industri dilakukan dalam tangki-tangki yang besar kapasitasnya dapat mencapai 200.000 liter. Produk metabolisme mikroba biasanya merupakan campuran heterogen yang terdiri dari sel-sel mikroorganisme dalam jumlah yang sangat banyak, komponen-komponen medium yang tidak terpakai, dan produk-produk metabolisme yang tidak dikehendaki. Karena itu, harus dikembangkan metode-metode yang mudah dilaksanakan dalam skala besar untuk memisahkan dan memurnikan produk akhir yang diinginkan.

  d.   Tidak berbahaya bagi manusia, dan secara ekonomik penting bagi hewan dan tumbuhan.

  e.    Bersifat non-patogen dan bebas toksin, atau jika menghasilkan toksin harus cepat di-inaktifkan.

  f.     Mudah dipindahkan dari medium biakan. Di laboratorium, sel mikroorganisme pertama kali dipindahkan dengan sentrifugasi, tetapi sentrifugasi bersifat sulit dan mahal untuk industri skala-besar.

  g.    Mikroorganisme lebih disukai jika berukuran besar, karena sel lebih mudah dipindahkan dari biakan dengan penyaringan (dengan bahan penyaring yang relatif murah). Sehingga, fungi, ragi, dan bakteri berfilamen lebih disukai. Bakteri unisel, berukuran kecil sehingga sulit dipisahkan dari biakan cair.

  h.    Mikroorganisme industri harus dapat direkayasa secara genetik. Rekayasa genetika pada mikroba bertujuan untuk meningkatkan efektivitas kerja mikroba tersebut (misalnya mikroba untuk fermentasi, pengikat nitrogen udara, meningkatkan kesuburan tanah, mempercepat proses kompos dan pembuatan makanan ternak, mikroba prebiotik untuk makanan olahan), untuk menghasilkan bahan obat-obatan dan kosmetika, serta Pembuatan insulin manusia dari bakteri (Sel pankreas yang mempu mensekresi Insulin digunting, potongan DNA itu disisipkan ke dalam Plasmid bakteri) DNA rekombinan yang terbentuk menyatu dengan Plasmid diinjeksikan lagi ke vektor, jika hidup segera dikembangbiakkan.

2.4 Peranan Mikroba dalam Mikrobiologi Industri

A. Produksi Bahan Kimia Farmasi yang Bernilai Komersil

1. Antibiotika

            Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri. Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme.

            Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok Actinomycetes. Seringkali, sejumlah senyawa kimia berhubungan dengan keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika dapat dikelompokkan berdasarkan struktur kimianya. Sebagian besar antibiotika digunakan secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, meskipun sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar.

Tabel  1: Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial

Antibiotika	Mikrorganisme penghasil	Tipe mikroorganisme
Basitrasin Sefalosporin Kloramfenikol Sikloheksimid Sikloserin Erytromisin Griseofulvin Kanamisin Linkomisin Neomisin Nistatin Penisilin Polimiksin B Streptomisin Tetrasiklin	Bacillus subtilis Cephalosporium sp. Sintesis senyawa kimia (dulu oleh Streptomyces venezuelae) Streptomyces griseus Streptomyces orchidaceus Streptomyces erythreus Penicillium griseofulvin Streptomyces kanamyceticus Streptomyces lincolnensis Streptomyces fradiae Streptomyces noursei Penicillium chrysogenum Bacillus polymyxa Streptomyces griseus Streptomyces rimosus	Bakteri pembentuk-spora Fungi Actinomycete Actinomycete Actinomycete Fungi Actinomycete Actinomycete Actinomycete Actinomycete Fungi Bakteri pembentuk-spora Actinomycete Actinomycete Actinomycete

            a) Pencarian Antibiotika Baru

            Bahan antibiotik yang sudah diketahui, lebih dari 8.000, dan beberapa ratus antibiotika ditemukan dalam beberapa tahun. Dan sejumlah peneliti mempercayai bahwa berbagai antibiotika baru dapat ditemukan lagi jika penelitian dilakukan terhadap kelompok mikroorganisme selain Streptomyces, Penicillium, dan Bacillus. Sekali diketahui urutan struktur gen mikroorganisme penghasil-antibiotika, dengan teknik rekayasa genetika memungkinkan pembuatan antibiotika baru.

            Cara utama dalam menemukan antibiotika baru yaitu melalui screening. Dengan pendekatan tersebut, sejumlah isolat yang kemungkinan mikroorganisme penghasil-antibiotika yang diperoleh dari alam dalam kultur murni, selanjutnya isolat tersebut diuji untuk produksi antibiotika dengan bahan yang diffusible, yang menghambat pertumbuhan bakteri uji. Bakteri yang digunakan untuk pengujian, dipilih dari berbagai tipe, dan mewakili atau berhubungan dengan bakteri patogen.

            Prosedur pengujian mikroorganisme untuk produksi antibiotika adalah metode gores silang, pertamakali digunakan oleh Fleming. Dengan program pemisahan arus, ahli mikrobiologi dapat dengan cepat mengidentifikasi, apakah antibiotika yang dihasilkan termasuk baru atau tidak. Sekali ditemukan organisme penghasil antibiotika baru, antibiotika dihasilkan dalam sejumlah besar, dimurnikan, dan diuji toksisitas dan aktivitas terapeutiknya kepada hewan yang terinfeksi. Sebagian besar antibiotika baru gagal menyembuhkan hewan uji, dan sejumlah kecil dapat berhasil dengan baik. Akhirnya, sejumlah antibiotika baru ini sering digunakan dalam pengobatan dan dihasilkan secara komersial.

Tabel 2. Klasifikasi antibiotika sesuai dengan struktur kimianya

Antibiotika

Contoh

1. Antibiotika mengandung-karbohidrat - Gula murni - Aminoglikosida - Ortosomisin - N-glikosida - C-glikosida - Glikolipid 2. Lakton makrosiklik - Antibiotik makrolida - Antibiotik polien - Ansamisin - Makrotetrolida 3. Quinon dan antibiotika yang berhubungan. - Tetrasiklin - Antrasiklin - Naftoquinon - Benzoquinon 4. Antibiotika peptida dan asam amino - Turunan asam amino - Antibiotik b-laktam - Antibiotik peptida - Kromopeptida - Depsipeptida - Peptida pembentuk-selat 5. Antibiotika heterosiklik mengandung nitrogen - Antibiotika nukleosida 6. Antibiotika heterosiklik mengandung oksigen - Antibiotika polieter 7. Turunan alisiklik - Turunan sikloalkan - Antibiotika steroid 8. Antibiotik aromatik - Turunan benzen - Antibiotika aromatik terkondensasi - Eter aromatik 9. Antibiotika alifatik - Senyawa mengandung fosfor

Nojirimisin Streptomisin Everninomisin Streptotrisin Vankomisin Moenomisin Eritromisin Kandisidin Rifamisin Tetranaktin Tetrasiklin Adriamisin Aktinorodin Mitomisin Sikloserin Penisilin Basitrasin Aktinomisin Valinomisin Bleomisin Polioksin Monensin Sikloheksimida Asam fusidat Kloramfenikol Griseofulvin Novobiosin Fosfomisin