Download - MAKALAH.biotek
MAKALAH
ENZIM DALAM FERMENTASI
Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah
PENGANTAR BIOTEKNOLOGI
Dosen Pembimbing:
Adang Suryana
Disusun Oleh:
Kelompok IV
1. Den Suryana (D41 121 628)
2. Dian Nurajizah (D41 121 629)
3. Ghina Ganiyyah Zahra (D41 121 631)
4. Hasan Basri Zulkhan (D41 121 632)
5. Santi Susanti (D41 121 643)
TEKNOLOGI PANGAN DAN GIZI (TPG)
DEPARTEMEN PENDIDIKAN DIPLOMA EMPAT (D4)
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIK DAN TENAGA
KEPENDIDIKAN (PPPPTK) PERTANIAN/ VEDCA CIANJUR
JOINT PROGRAM POLITEKNIK NEGERI JEMBER
CIANJUR
2013
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI ii
LEMBARAN PENGESAHAN
MAKALAH BIOTEKNOLOGI ENZIM PADA FERMENTASI
Judul Makalah : Enzim Dalam Fermentasi
Mata Kuliah : Pengantar Bioteknologi
Disusun Oleh : Kelompok IV
Bidang Konsentrasi : Teknologi Pangan dan Gizi
Semester : Tiga (3)
Tahun Akademik : 2012-2013
Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Pengantar
Bioteknologi dan telah diterima pada :
Hari :................................................
Tanggal :...............................................
Disahkan Oleh:
Cianjur,… …………...2013
Dosen Pengajar
Adang Suryana
Nilai
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI iii
KATA PENGANTAR
uji syukur marilah kita panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa karena atas rahmat
serta karunia-Nya sehingga saya berhasil menyelesaikan makalah ini dengan baik serta tepat
waktu dengan judul “Enzim Dalam Fermentasi”.
Keberhasilan di dalam penyusunan makalah ini tidak terlepas dari bimbingan dan
bantuan semua pihak , baik saran maupun dukungan dan arahan serta do‟a. Untuk itu saya
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Adang Suryana, selaku dosen mata kuliah Pengantar Bioteknologi.
2. Orangtua, keluarga serta semua rekan seperjuangan.
Makalah ini membahas tentang “Enzim Dalam Fermentasi”. Khasiat dan kerja enzim
yang terdapat dalam tumbuhan, binatang, dan mikroba telah lama secara naluri diketahui oleh
nenek moyang kita dan tentunya kita juga harus mengetahuinya apalagi enzim juga sangat
berperan dalam bidang fermentasi dan pengolahan pangan.
Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, karena sesungguhnya
kesempurnaan itu hanyalah milik Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena itu kritik dan saran dari
semua pihak yang bersifat membangun selalu saya harapkan demi perbaikan makalah ini
kedepannya.
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi penyusun khususnya dan bagi pembaca
pada umumnya. Semoga Tuhan yang Maha Esa senantiasa meridhai segala usaha kita. Amin.
Cianjur,… Agustus 2013
Penyusun
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI iv
DAFTAR ISI
LEMBARAN PENGESAHAN ...................................................................................... ii
KATA PENGANTAR .................................................................................................... iii
DAFTAR ISI .................................................................................................................. iv
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah............................................................................................... 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................... 3
2.1 Pengertian Enzim ............................................................................................ 3
2.2 Tata Nama dan Kekhasan Enzim .................................................................... 3
2.3 Fungsi dan Cara Kerja Enzim ......................................................................... 4
2.4 Penggolongan Enzim ...................................................................................... 4
2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi enzim ....................................................... 5
2.6 Enzim dalam Industri Makanan dan Minuman ............................................... 6
2.7 Enzim Komersial dan Aplikasinya .................................................................. 7
2.8 Pengolahan Enzim ........................................................................................... 8
2.9 Legislasi Enzim ............................................................................................... 9
2.10 Immobilisasi Enzim ........................................................................................ 9
2.11 Faktor – Faktor yang mempengaruhi kerja Enzim .......................................... 9
2.12 Enzim dalam industri makanan dan minuman ............................................... 11
2.13 Enzim komersial dan aplikasinya .................................................................... 13
BAB III. PEMBAHASAN ............................................................................................. 14
3.1 Tempe ............................................................................................................... 14
3.2 Kecap ................................................................................................................. 19
3.3 Keju ................................................................................................................... 22
3.4 Yakult ................................................................................................................ 27
BAB IV. PENUTUP ...................................................................................................... 35
4.1 Kesimpulan ....................................................................................................... 35
4.2 Saran .................................................................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 36
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 1
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Biologi sel adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari tentang sel. Sel sendiri
adalah kesatuan struktural dan fungsional makhluk hidup. Sel merupakan penyusun
jaringan tumbuhan dan hewan. Segala aktivitas terjadi di sel, sehingga fungsi jaringan
pun dapat dilakukan dengan baik. Sel mengalami metabolisme. Metabolisme sendiri
merupakan total reaksi kimia yang terjadi didalam makhluk hidup untuk kelangsungan
hidupnya, dalam proses metabolisme diperlukan enzim. Enzim adalah polimer biologik
yang menganalisis lebih dari satu proses dnamik yang memungkinkan kehidupan seperti
yang kita kenal sekarang.
Pada tahun 1878, ahli fisiologi Jerman Wilhelm Kühne (1837–1900) pertama kali
menggunakan istilah "enzyme", yang berasal dari bahasa Yunani ενζυμον yang berarti
"dalam bahan pengembang" (ragi), untuk menjelaskan proses ini. Kata "enzyme"
kemudian digunakan untuk merujuk pada zat mati seperti pepsin, dan kata ferment
digunakan untuk merujuk pada aktivitas kimiawi yang dihasilkan oleh organisme hidup.
Pada tahun 1897, Eduard Buchner memulai kajiannya mengenai kemampuan
ekstrak ragi untuk memfermentasi gula walaupun ia tidak terdapat pada sel ragi yang
hidup. Pada sederet eksperimen di Universitas Berlin, ia menemukan bahwa gula
difermentasi bahkan apabila sel ragi tidak terdapat pada campuran. Ia menamai enzim
yang memfermentasi sukrosa sebagai "zymase" (zimase). Pada tahun 1907, ia menerima
penghargaan Nobel dalam bidang kimia "atas riset biokimia dan penemuan fermentasi
tanpa sel yang dilakukannya". Mengikuti praktek Buchner, enzim biasanya dinamai
sesuai dengan reaksi yang dikatalisasi oleh enzim tersebut. Umumnya, untuk
mendapatkan nama sebuah enzim, akhiran -ase ditambahkan pada nama substrat enzim
tersebut (contohnya: laktase, merupakan enzim yang mengurai laktosa) ataupun pada
jenis reaksi yang dikatalisasi (contoh: DNA polimerase yang menghasilkan polimer
DNA).
Penemuan bahwa enzim dapat bekerja diluar sel hidup mendorong penelitian pada
sifat-sifat biokimia enzim tersebut. Banyak peneliti awal menemukan bahwa aktivitas
enzim diasosiasikan dengan protein, namun beberapa ilmuwan seperti Richard Willstätter
berargumen bahwa proten hanyalah bertindak sebagai pembawa enzim dan protein
sendiri tidak dapat melakukan katalisis. Namun, pada tahun 1926, James B. Sumner
berhasil mengkristalisasi enzim urease dan menunjukkan bahwa ia merupakan protein
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 2
murni. Kesimpulannya adalah bahwa protein murni dapat berupa enzim dan hal ini secara
tuntas dibuktikan oleh Northrop dan Stanley yang meneliti enzim pencernaan pepsin
(1930), tripsin, dan kimotripsin. Ketiga ilmuwan ini meraih penghargaan Nobel tahun
1946 pada bidang kimia.
Penemuan bahwa enzim dapat dikristalisasi pada akhirnya mengijinkan struktur
enzim ditentukan melalui kristalografi sinar-X. Metode ini pertama kali diterapkan pada
lisozim, enzim yang ditemukan pada air mata, air ludah, dan telur putih, yang mencerna
lapisan pelindung beberapa bakteri. Struktur enzim ini dipecahkan oleh sekelompok
ilmuwan yang diketuai oleh David Chilton Phillips dan dipublikasikan pada tahun 1965.
Struktur lisozim dalam resolusi tinggi ini menandai dimulainya bidang biologi struktural
dan usaha untuk memahami bagaimana enzim bekerja pada tingkat atom.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimana sejarah penemuan enzim?
b. Jenis enzim apa saja yang sering digunakan dalam pangan?
c. Peranan suatu enzim dalam fermentasi produk pangan?
d. Apa manfaat dan fungsi enzim dalam kehidupan?
e. Apa yang dimaksud dengan enzim, komponen dan strukturnya?
f. Bagaimana cara kerja dari enzim?
g. Bagaimana sifat-sifat enzim?
h. Faktor apa yang mempengaruhi kerja enzim?
1.3 Tujuan
a. Mengetahui bagaimana sejarah penemuan enzim
b. Mengetahui peranan setiap enzim dalam suatu prodak fermentasi
c. Mengetahui jenis-jenis enzim
d. Mengetahui bagaimana manfaat dan fungsi suatu enzim dalam kehidupan
e. Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Pengantar Bioteknologi.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 3
BAB. II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Enzim
Enzim atau fermen (dalam bahasa yunani, en = di dalam dan zyme = ragi) adalah
senyawa organik yang tersusun atas protein, dihasilkan oleh sel, dan berperan sebagai
biokatalisator dalam reaksi kimia. Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan
organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang
berikatan dengan protein, berfungsi sebagai senyawa yang mempercepat proses reaksi
tanpa habis bereaksi dalam suatu reaksi kimia. Hampir semua enzim merupakan protein.
Enzim sangat penting dalam kehidupan, karena semua reaksi metabolisme
dikatalis oleh enzim. Jika tidak ada enzim, atau aktivitas enzim terganggu maka reaksi
metabolisme sel akan terhambat hingga pertumbuhan sel juga terganggu.
Pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai
substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda,
disebut produk. Jenis produk yang akan dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat,
yang disebut promoter. Semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat
berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah lintasan metabolisme yang ditentukan
oleh hormon sebagai promoter.
Dari hasil penelitian para ahli biokimia ternyata banyak enzim mempunyai gugus
bukan protein (kofaktor), jadi termasuk golongan protein majemuk. Sebagai contoh
enzim katalase terdiri atas protein dan ferriprotorfirin. Ada juga enzim yang terdiri dari
protein dan logam, misalnya askorbat oksidase adalah protein yang mengikat tembaga
.
2.2 Sifat Enzim
• Enzim dibentuk dalam protoplasma sel
• Enzim beraktifitas di dalam sel tempat sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di
tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim)
• Sebagian besar enzim bersifat endoenzim
• Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil
• Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion
• Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein
misalnya suhu, pH dll
• Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 4
• Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa
merubah keseimbangan reaksi
• Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun
setelah reaksi berlangsung
• Enzim bermolekul besar dan Enzim bersifat khas/spesifik
• Suhu: optimum 300C, minimum 0
0C, maksimum 40
0C
• Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe
• Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag
• pH, tergantung jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi masam, amilase kondisi netral,
tripsin kondisi basa)
• Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi
kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)
• Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya
• Air memacu aktifitas enzim, vitamin memacu aktifitas enzim
2.3 Susunan Enzim
Komponen utama enzim adalah protein
Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein structural
Tidak semua protein bertindak sebagai enzim
Komponen-komponen utama suatu enzim dapat dipisahkan dengan proses dialisis.
Bagian yang berupa protein tidak dapat melewati membran dialisis, sedangkan yang
bukan protein dapat melewati membran dialisis.
2.4 Lokasi Aktif Enzim
Tidak seluruh permukaan enzim aktif, dan bagian yang aktif relatif kecil. Bagian
aktif dari enzim adalah bagian yang dapat mengikat substrat.
1. Lokasi aktif enzim hanya merupakan bagian yang relatif sangat kecil dari seluruh
volume enzim. Sebagian besar residu asam amino tidak mengadakan kontak dengan
substrat.
2. Bagian aktif enzim merupakan bentuk tiga dimensi, karena itu bagian aktif enzim bukan
merupakan titik, garis atau bidang, tetapi merupakan bentuk tiga dimensi yang terdiri
dari residu asam amino. Contoh: Lisozim yang bagian aktifnya terdiri dari residu asam
amino pada nomor 35, 52, 62, 63, dan 101. Substrat harus memiliki susunan yang
sangat tepat/bentuk yang sangat tepat dengan bagian aktif enzim
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 5
2.5 Tata Nama dan Kekhasan Enzim
a. Tata nama enzim
Biasanya enzim mempunyai akhiran –ase. Di depan –ase digunakan nama
substrat di mana enzim itu bekerja., atau nama reaksi yang dikatalisis. Substrat adalah
senyawa yang bereaksi dengan bantuan enzim. Sebagai contoh enzim yang
menguraikan urea (substrat) dinamakan urease. Kelompok enzim yang mempunyai
fungsi sejenis diberi nama menurut fungsinya, misalnya hidrolase adalah kelompok
enzim yang mempunyai fungsi sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis. Secara ringkas,
sistem penamaan enzim menurut IUB dijelaskan sebagai berikut:
1) Reaksi dan enzim yang mengkatalisis membentuk 6 kelas, masing-masing
mempunyai 4-13 subkelas.
2) Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertama menunjukkan substrat dan kedua
ditambah dengan –ase yang menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisis. Contoh:
heksosa isomerase (subsrat: heksosa dengan reaksi isomerase).
3) Jika diperlukan, ditambah dengan informasi tambahan tentang reaksi dalam tanda
kurung di bagian akhir nama. Contoh: 1.1.1.37 L-malat:NAD+ oksidoreduktase
(dekarboksilasi).
4) Setiap enzim mempunyai nomor kode (EC) yang terdiri dari 4 nomor yaitu:
- Digit pertama : kelas tipe reaksi
- Digit kedua : subkelas tipe reaksi
- Digit ketiga : subsubkelas tipe reaksi
- Digit keempat : untuk enzim spesifik
Contoh: 2.7.1.1 diuraikan menjadi:
- Kelas 2 : transferase
- Subkelas 7 : transfer fosfat
- Subsubkelas 1 : alkohol merupakan akseptor fosfat
- Enzim spesifik 1 : heksokinase atau ATP:D-heksosa 6-
fosfotransferase.
Suatu enzim yang mengkatalisis pemindahan fosfat dari ATP ke gugus
hidroksil atom C ke enam molekul glukosa.
b. Kekhasan enzim
Suatu enzim bekerja secara khas terhadap suatu substrat tertentu. Kekhasan
inilah ciri suatu enzim. Ini berbeda dengan katalis lain (bukan enzim) yang dapat
bekerja terhadap berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja terhadap
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 6
berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja terhadap urea sebagai
substratnya. Ada juga enzim yang bekerja terhadap lebih dari suatu substrat namun
enzim tersebut tetap mempunyai kekhasan tertentu, misalnya enzim esterase
dapat menghidrolisir beberapa ester asam lemak, tetapi tidak dapat menghidrolisir
substrat lain yang bukan ester.
Kekhasan terhadap suatu reaksi disebut kekhasan reaksi. Suatu asam amino
tertentu sebagai substrat dapat mengalami berbagai reaksi dengan berbagai
enzim. Jadi, walaupun reaksi tersebut berjalan namun tiap enzim hanya bekerja pada
satu reaksi. Jadi, kekhasan reaksi bukan disebabkan oleh koenzim tetapi oleh
apoenzim.
Daya katalitik enzim sangat besar, yaitu mampu mempercepat reaksi kimia
minimal sejuta kali. Tanpa enzim, kecepatan sebagian besar reaksi kimia di dalam
sistem biologi sangatlah rendah sehingga tak dapat diukur.
Enzim sangat spesifik, baik terhadap terhadap jenis reaksi yang dikatalisisnya
maupun terhadap substrat atau reaktan yang diolahnya. Satu enzim biasanya
mengkatalisis satu jenis reaksi kimia saja, atau seperangkat reaksi yang sejenis. Dalam
reaksi enzimatik sangat jarang terjadi reaksi sampingan yang menyebabkan
terbentuknya hasil sampingan yang tak berguna.
2.6 Produksi Enzim
Produksi enzim secara industri saat ini sangat mengandalkan metode fermentasi
tangki dalam (deep tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai sumber bahan produksi
enzim dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:
a. Secara normal mempunyai aktivitas spesifik yang tinggi per unit berat kering produk.
b. Fluktuasi musiman dari bahan mentah dan kemungkinan kekurangan makanan
kaitannya dengan perubahan iklim.
c. Mikroba mempunyai karakteristik cakupan yang lebih luas, seperti cakupan pH, dan
resistansi temperatur.
d. Industri genetika sangat meningkat sehingga memungkinkan mengoptimalisasi hasil
dan tipe enzim melalui seleksi strain, mutasi, induksi dan seleksi kondisi
pertumbuhan, yang akhir-akhir ini, menggunakan inovasi teknologi transfer gen.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 7
2.7 Fungsi dan Cara Kerja Enzim
a. Fungsi enzim
Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk suatu proses biokimia yang
terjadi dalam sel maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi
108 sampai 1011 kali lebih cepat daripada suatu reaksi tersebut dilakukan tanpa
katalis. Peranan enzim dalam reaksi metabolisme adalah sebagai berikut:
1) Biokatalisator yaitu meningkatkan kecepatan reaksi kimia dengan
menurunkan energi aktivasinya tetapi tidak ikut bereaksi.
2) Modulator yaitu mengatur reaksi yang bersifat acak menjadi berpola.
Misalnya glukosa yang terbentuk selama proses fotosintesis. Jika konsentrasi
glukosa telah melebihi keseimbangan, maka akan terurai menjadi CO2 dan
H2O. Dengan adanya enzim, glukosa dapat diubah menjadi sukrosa atau
amilum. Dalam bentuk sukrosa dapat diedarkan ke seluruh jaringan melalui
floem dan disimpan dalam bentuk amilum.
b. Cara kerja enzim
1. Kompleks enzim substrat
Telah dijelaskan bahwa suatu enzim mempunyai kekhasan yaitu hanya
bekerja pada satu reaksi saja. Untuk dapat bekerja terhadap suatu zat atau substrat
harus ada hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat. Hubungan antara
substrat dengan enzim hanya terjadi pada bagian atau tempat tertentu saja. Tempat
atau bagian enzim yang mengadakan hubungan atau kontak dengan substrat
dinamai bagian aktif (active site). Hubungan hanya mungkin terjadi apabila bagian
aktif mempunyai ruang yang tepat dapat menampung substrat. Apabila substrat
mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka tidak dapat ditampung pada bagian
aktif suatu enzim.
1) Lock and key (gembok dan kunci)
Menurut teori kunci-gembok, terjadinya reaksi antara substrat dengan enzim
karena adanya kesesuaian bentuk ruang antara substrat dengan situs aktif (active
site) dari enzim, sehingga sisi aktif enzim cenderung
kaku. Substrat berperan sebagai kunci masuk ke dalam
situs aktif, yang berperan sebagai gembok, sehingga
terjadi kompleks enzim-substrat. Pada saat ikatan
kompleks enzim-substrat terputus, produk hasil reaksi
akan dilepas dan enzim akan kembali pada konfigurasi semula. Berbeda dengan
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 8
teori kunci gembok. Jika enzim mengalami denaturasi (rusak) karena panas,
maka bentuk sisi aktif berubah sehingga substrat tidak sesuai lagi.
2) Teori Kecocokan Induksi (Daniel Koshland)
Menurut teori kecocokan induksi reaksi antara enzim dengan substrat
berlangsung karena adanya induksi substrat terhadap situs aktif enzim
sedemikian rupa sehingga keduanya merupakan struktur yang komplemen atau
saling melengkapi. Menurut teori ini situs aktif tidak bersifat kaku, tetapi lebih
fleksibel.
2. Persamaaan Michaelis – Menten
Leonor Michaelis dan Maude Menten pada tahun 1913 mengajukan
hipotesis bahwa dalam reaksi enzim terjadi dahulu kompleks enzim-substrat yang
kemudian menghasilkan hasil reaksi dan enzim kembali. Secara sederhana hipotesis
Michaelis dan Menten itu dapat dituliskan sebagai berikut :
Enzim (E) + Substrat (S) kompleks enzim-substrat (ES)
Enzim (E) + Hasil reaksi (P)
Michaelis dan Menten berkesimpulan bahwa kecepatan reaksi tergantung
pada konsentrasi kompleks enzim-substrat [ES], sebab apabila tergantung pada
konsentrasi substrat [S], maka penambahan konsentrasi substrat akan menghasilkan
pertambahan kecepatan reaksi yang apabila digambarkan akan merupakan garis
lurus.
2.8 Penggolongan Enzim
Enzim digolongkan menurut reaksi yang diikutinya, sedangkan masing-masing
enzim diberi nama menurut substratnya, misalnya urease, arginase, dan lain-lain. Enam
golongan enzim tersebut adalah:
1) Oksidoreduktase
Enzim yang melaksanakan katalis dengan melibatkan reaksi oksidasi suatu
senyawa ataupun reduksi dengan senyawa lain.
2) Transferase
Enzim melaksanakan katalis reaksi yang mengalihkan suatu gugus yang
mengandung C, P, N, S suatu senyawa ke senyawa lain
3) Hidrolase
Enzim yang melaksanakan katalis pemecah hidroik atau sebaliknya
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 9
4) Liase
Enzim yang melaksanakan katalis pemusatan ikatan C-C, C-O, C-N dsb,
tanpa melibatkan hidrolisis atau oksidasi reduksi
5) Isomerase
Enzim yang melaksanakan katalis reaksi isomerisasi yang merupakan
penataan kembali atom yang membentuk suatu molekul
6) Ligase
Enzim yang melaksanakan katalis reaksi-reaksi pembentukan ikatan antara
dua moekul substrat yang terkait dengan pemusatan ikatan pirofosfat dalam ATP
atau senyawa energi tinggi lainnya
2.9 Legislasi Enzim
Lingkup pemikiran penting yang berhubungan dengan penentuan keamanan dari
enzim komerisal teruatam adalah :
a. Reaksi alergenik yang disebabkan oleh suatu protein yang ada dalam produk termasuk
protein enzim dan bahan lainnya.
b. Aktivitas katalisis dari enzim.
c. Terjadinya senyawa racun, seperti mikotoksin dan antibiotika.
2.10 Immobilisasi Enzim
Keuntungan immobilisasi enzim antara lain;
a. Memungkinkan penggunaan kembali enzim yang sudah pernah digunakan.
b. Ideal untuk proses berkelanjutan (continous procces).
c. Memungkinkan kontrol yang lebih akurat untuk proses katalisis.
d. Meningkatkan stabilitas enzim.
e. Memungkinkan pengambangan sistem reaksi multienzim
2.11 Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim
a. Inhibitor (penghambat)
Senyawa penghambat terikat secara kovalen dengan sisi aktif enzim atau ikatan
tersebut sedemikian kuat sehingga enzim menjadi tidak aktif.
Penghambatan Kompetitif : inhibitor mirip dengan subtrat sehingga dapat
menempati sisi aktif enzim. Contoh inhibitor malonat yang mirip dengan asam
suksinat. Dapat diatasi dengan penambahan jumlah substrat.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 10
Penghambatan Non-kompetitif : inhibitor tidak mirip dengan substrat tetapi
membuat lekukan atau terikat pada sisi enzim yang lain. Reaksi enzimatis dapat
terus berlangsung tetapi lebih lambat. Tidak dapat diatas dengan penambahan
jumlah substrat.
b. Suhu
Peningkatan suhu akan meningkatkan aktivitas enzim sampai pada suhu optimum.
Pada mamalia suhu optimum sekitar 37oC. semakin tinggi suhu maka kecepatan
reaksi enzimatis juga tinggi.
Pada suhu yang lebih tinggi protein akan mengalami denaturasi yang menyebabkan
sisi aktif berubah, sehingga secara gradual aktivitas enzim mengalami perubahan.
Pada suhu rendah, yaitu pada suhu pembekuan, enzim masih aktif. Misalnya lipase
dari Penicillium roqueforti masih memproduksi as. Lemak bebas dari santan pada
suhu -29oC.
Pada umumnya enzim-enzim bekerja sangat lambat pada suhu di bawah titik beku
c. pH
Enzim biasanya bekerja secara efesien dengan kisaran pH yang sempit. Pada
gambar menunjukkan bahwa enzim bekerja paling baik pada kondisi pH 6.5 – 7.5.
Pada kondisi keasaman atau kebasahan yang lebih tinggi enzim akan mengalami
denaturasi
d. Produk/hasil reaksi (dapat menghambat enzim).
e. Zat penggiat (aktivator), misalnya logam alkali, logam alkali tanah, Mn, Mg, dan Cl.
f. Konsentrasi Enzim
Sepanjang suhu dan pH serta jumlah substrat dalam kondisi optimum atau
tercukupi, maka peningkatan konsentrasi enzim akan diikuti oleh peningkatan reaksi.
g. Konsentrasi Substrat
Apabila konsentrasi enzim tetap sama maka pada kondisi maksimum
penambahan substrat tidak akan meningkatkan kecepatan reaksi, hal ini disebabkan
sisi aktif enzim sudah jenuh dengan substrat.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 11
2.12 Enzim dalam Industri Makanan dan Minuman
Beberapa contoh jenis enzim yang umum dan banyak digunakan dalam industri
makanan dan minuman antara lain :.
1) Laktase
Laktase adalah enzim likosida hidrolase yang berfungsi untuk memecah
laktosa menjadi gula penyusunnya yaitu glukosa dan galaktosa. Tanpa suplai atau
produksi enzim laktase yang cukup dalam usus halus, akan menyebabkan terjadinya
lactose intolerant yang mengakibatkan rasa tidak nyaman diperut (seperti kram,
banyak buang gas, atau diare) dalam saluran cerna selama proses pencernaan produk-
produk susu. Secara komersial laktase digunakan untuk menyiapkan produk-produk
bebas laktosa seperti susu. Ini juga dapat digunakan untuk membuat es krim dalam
pembuatan cream dan rasa produk yang lebih manis. Laktase biasanya diisolasi dari
yeast (Kluyveromyces sp.) dan fungi (Aspergillus sp.).
2) Katalase
Katalase adalah enzim yang dapat diperoleh dari hati sapi (bovine livers) atau
sumber mikrobial. Katalase digunakan untuk mengubah hidrogen peroksida menjadi
air dan molekul oksigen.
H2O2 + H2O2 2H2O + O2
Enzim ini digunakan secara terbatas pada proses produksi keju. Hidrogen peroksida
selain digunakan sebagai agen bleaching atau pemutih di industri kertas atau tekstil,
juga digunakan untuk melindungi buah dan sayuran segar dari bakteri patogen seperti
Salmonella atau E.coli, pasteurisasi produk susu, ataupun digunakan dalam sterilisasi
karton pembungkus jus atau susu segar sehingga tak perlu pendinginan.
3) Lipase
Lipase digunakan untuk memecah atau menghidrolisis lemak susu dan
memberikan flavour keju yang khas. Flavour dihasilkan karena adanya asam lemak
bebas yang diproduksi ketika lemak susu dihidrolisis. Selain pada industri pengolahan
susu Lipase juga digunakan pada industri lainnya.
Mikroba penghasil lipase antara lain adalah Pseudomonas aeruginosa, Serratia
marcescens, Staphylocococcus aureus dan Bacillus subtilis. Enzim lipase ini
digunakan sebagai biokatalis untuk memproduksi asam lemak bebas, gliserol, berbagai
ester, sebagian gliserida, dan lemak yang dimodifikasi atau diesterifikasi dari substrat
yang murah, seperti minyak kelapa sawit. Produk-produk tersebut secara luas
digunakan dalam industri farmasi, kimia dan makanan.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 12
Di samping itu, enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan emulsifier,
surfaktant, mentega, coklat tiruan. Aplikasi enzim lipase untuk sintesis senyawa
organik semakin banyak dikembangkan, terutama karena reaksi menggunakan enzim
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. Sampai saat ini lipase yang banyak
digunakan untuk keperluan reaksi sintesis adalah lipase komersial dari Rhizomucor
miehei dan Pseudomonas sp.
4) Protease
Protease adalah enzim yang berfungsi untuk menghidrolisis ikatan peptida dari
senyawa-senyawa protein dan diurai menjadi senyawa lain yang lebih sederhana (asam
amino). Enzim protease berfungsi melembekkan, melembutkan atau menurunkan
gluten yang membentuk protein. Contoh protease yang dapat dimanfaatkan adalah
bromelin dan papain sebagai bahan pengempuk daging.
5) Enzim Papain
Manfaat utama papain adalah pelunak daging. Daging dari hewan tua dan
bertekstur bisa menjadi lunak. Pada pH, suhu, dan kemurnian papain tertentu daya
pemecahan protein yang dimiliki papain dapat diintensifkan lebih jauh menjadi
kegiatan hidrolisis protein.
Manfaat lainnya adalah bahan perenyah pada pembuatan kue kering seperti
crackers, bahan penggumpal susu pada pembuatan keju, bahan pelarut glatin, dan
bahan pencuci lensa.
6) Enzim Selulase
Enzim selulase dapat digunakan untuk melembutkan sayur-sayuran dengan
mencernakan sebagian selulosa sayur itu, mengeluarkan kulit dari biji-bijian seperti
gandum, mengeluarkan agar-agar dari rumput laut dengan menguraikan dinding sel
daun rumput dan membebaskan agar-agar yang terkandung dalamnya.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 13
2.13 Enzim Komersial dan Aplikasinya
Terkadang kita ingin membatasi tingkat aktivitas sebuah enzim yang ditambahkan
tetapi tidak bisa dengan mudah menonaktifkan enzim tanpa mempengaruhi makanan.
Salah satu cara untuk mencapai hal ini adalah dengan mengimobilisasi enzim melalui
perlekatan ke permukaan sebuah membran atau objek lembam (iner) lainnya yang
bersentuhan dengan makanan yang sedang diolah. Dengan cara ini, waktu reaksi bisa
diregulasi tanpa enzim menjadi bagian dari makanan. Enzim-enzim yang diimobilisasi
seperti ini sekarang digunakan untuk menghidrolisis laktosa susu menjadi glukosa dan
galaktosa, untuk mengisomerisasi glukosa dari starch jagung menjadi fruktosa, dan pada
berbagai proses makanan industri lainnya.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 14
BAB III. PEMBAHASAN
3.1 Tempe
Tempe adalah makanan yang dibuat dari fermentasi terhadap biji kedelai atau
beberapabahan lain yang menggunakan beberapa jenis kapang Rhizopus, seperti Rhizopus
oligosporus, Rh. oryzae, Rh. stolonifer (kapang roti), atau Rh.
arrhizus, sehingga membentuk padatan kompak berwarna putih.
Sediaan fermentasi ini secara umum dikenal sebagai ragi tempe.
Warna putih pada tempe disebabkan adanya miselia
jamur yang tumbuh pada permukaan biji kedelai. Tekstur kompak juga disebabkan oleh
mise1ia jamur yang menghubungkan biji-biji kedelai tersebut. Banyak sekali jamur yang
aktif selama fermentasi, tetapi umumnya para peneliti menganggap bahwa Rhizopus
sp merupakan jamur yang paling dominan. Jamur yang tumbuh pada kedelai tersebut
menghasilkan enzim-enzim yang mampu merombak senyawa organik kompleks menjadi
senyawa yang lebih sederhana sehingga senyawa tersebut dengan cepat dapat
dipergunakan oleh tubuh.
Jamur Rhizopus oryzae merupakan jamur yang
sering digunakan dalam pembuatan tempe (Soetrisno,
1996). Jamur Rhizopus oryzae aman dikonsumsi karena
tidak menghasilkan toksin dan mampu menghasilkan asam
laktat (Purwoko dan Pamudyanti, 2004). Jamur Rhizopus
oryzae mempunyai kemampuan mengurai lemak kompleks menjadi trigliserida dan asam
amino (Septiani, 2004). Selain itu jamur Rhizopus oryzae mampu menghasilkan protease
(Margiono, 1992). Menurut Sorenson dan Hesseltine (1986), Rhizopus sp tumbuh baik
pada kisaran pH 3,4-6. Pada penelitian semakin lama waktu
fermentasi, pH tempe semakin meningkat sampai pH 8,4,
sehinggajamur semakin menurun karena pH tinggi kurang sesuai
untuk pertumbuhan jamur. Secara umum jamur juga membutuhkan
air untuk pertumbuhannya, tetapi kebutuhan air jamur lebih sedikit dibandingkan dengan
bakteri. Selain pH dan kadar air yang kurang sesuai untuk pertumbuhan jamur, jumlah
nutrien dalam bahan, juga dibutuhkan oleh jamur.
a. Rhizopus Oryzae meningkatkan gizi pangan
Pada tempe terdapat jamur Rhizopus oryzae yang mengalami fermentasi.
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 15
keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu
bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang
mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa
akseptor elektron eksternal.
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang
digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan
menghasilkan etanol (2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan
digunakan pada produksi makanan.
Persamaan Reaksi Kimia:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)
Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang
terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap
awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi
tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pembuatan tempe adalah sebagai
berikut:
a. Oksigen
Oksigen dibutuhkan untuk pertumbuhan kapang. Aliran udara yang terlalu
cepat menyebabkan proses metabolisme akan berjalan cepat sehingga dihasilkan
panas yang dapat merusak pertumbuhan kapang. Oleh karena itu apabila digunakan
kantong plastik sebagai bahan pembungkusnya maka sebaiknya pada kantong
tersebut diberi lubang dengan jarak antara lubang yang satu dengan lubang lainnya
sekitar 2 cm.
b. Uap air
Uap air yang berlebihan akan menghambat pertumbuhan kapang. Hal ini
disebabkan karena setiap jenis kapang mempunyai Aw optimum untuk
pertumbuhannya.
c. Suhu
Kapang tempe dapat digolongkan kedalam mikroba yang bersifat mesofilik,
yaitu dapat tumbuh baik pada suhu ruang (25-27oC). Oleh karena itu, maka pada
waktu pemeraman, suhu ruangan tempat pemeraman perlu diperhatikan.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 16
d. Keaktifan Laru
Laru yang disimpan pada suatu periode tertentu akan berkurang
keaktifannya. Karena itu pada pembuatan tape sebaiknya digunakan laru yang
belum terlalu lama disimpan agar dalam pembuatan tempe tidak mengalami
kegagalan.
Untuk membeuat tempe dibutuhkan inokulum atau laru tempe atau ragi
tempe. Laru tempe dapat dijumpai dalam berbagai bentuk misalnya bentuk tepung
atau yang menempel pada daun waru dan dikenal dengan nama Usar. Laru dalam
bentuk tepung dibuat dengan cara menumbuhkan spora kapang pada bahan,
dikeringkan dan kemudian ditumbuk. Bahan yang akan digunakan untuk sporulasi
dapat bermacam-macam seperti tepung terigu, beras, jagung, atau umbi-umbian.
Berdasarkan atas tingkat kemurniannya, inokulum atau laru tempe dapat
dibedakan atas: inokulum murni tunggal, inokulum campuran, dan inokulum murni
campuran. Adapun perbedaannya adalah pada jenis dan banyaknya mikroba yang
terdapat dan berperan dalam laru tersebut.
Mikroba yang sering dijumpai pada laru tempe adalah kapang jenis
Rhizopus oligosporus, atau kapang dari jenis R. oryzae. Sedangkan pada laru murni
campuran selain kapang Rhizopus oligosporus, dapat dijumpai pula kultur murni
Klebsiella.
Selain bakteri Klebsiella, ada beberapa jenis bakteri yang berperan pula
dalam proses fermentasi tempe diantaranya adalah: Bacillus sp., Lactobacillus sp.,
Pediococcus sp., Streptococcus sp., dan beberapa genus bakteri yang memproduksi
vitamin B12. Adanya bakteri Bacillus sp pada tempe merupakan kontaminan,
sehingga hal ini tidak diinginkan.
Pada tempe yang berbeda asalnya sering dijumpai adanya kapang yang
berbeda pula (Dwidjoseputro dan Wolf, 1970). Jenis kapang yang terdapat pada
tempe Malang adalah R. oryzae., R. oligosporus., R. arrhizus dan Mucor rouxii.
Kapang tempe dari daerah Surakarta adalah R. oryzaei dan R. stolonifer sedangkan
pada tempe Jakarta dapat dijumpai adanya kapang Mucor javanicus., Trichosporon
pullulans., A. niger dan Fusarium sp.
Masing-masing varietas dari kapang Rhizopus berbeda reaksi biokimianya,
hal ini terutama disebabkan adanya perbedaan dari enzim yang dihasilkan.
Pektinase hanya disintesa oleh R. arrhizus dan R. stolonifer. Sedangkan enzim
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 17
amilase disintesa oleh R. oligosporus dan R. oryzae tetapi tidak disintesa oleh R.
arrhizus.
Selama proses fermentasi, kedelai akan mengalami perubahan baik fisik
maupun kimianya. Protein kedelai dengan adanya aktivitas proteolitik kapang akan
diuraikan menjadi asan-asam amino, sehingga nitrogen terlarutnya akan mengalami
peningkatan. Dengan adanya peningkatan dari nitrogen terlarut maka pH juga akan
mengalami peningkatan. Nilai pH untuk tempe yang baik berkisar antara 6,3
sampai 6,5. Kedelai yang telah difermentasi menjadi tempe akan lebih mudah
dicerna. Selama proses fermentasi karbohidrat dan protein akan dipecah oleh
kapang menjadi bagian-bagian yang lebih mudah larut, mudah dicerna dan ternyata
bau langu dari kedelai juga akan hilang.
Kadar air kedelai pada saat sebelum fermentasi mempengaruhi pertumbuhan
kapang. Selama proses fermentasi akan terjadi perubahan pada kadar air dimana
setelah 24 jam fermentasi, kadar air kedelai akan mengalami penurunan menjadi
sekitar 61% dan setelah 40 jam fermentasi akan meningkat lagi menjadi 64%
(Sudarmaji dan Markakis, 1977).
Perubahan-perubahan lain yang terjadi selama fermentasi tempe adalah
berkurangnya kandungan oligosakarida penyebab flatulence. Penurunan tersebut
akan terus berlangsung sampai fermentasi 72 jam.
Selama fermentasi, asam amino bebas juga akan mengalami peningkatan
dan peningkatannya akan mencapai jumlah terbesar pada waktu fermentasi 72 jam
(Murata et al., 1967). Kandungan serat kasar dan vitamin akan meningkat pula
selama fermentasi kecuali vitamin B1 atau yang lebih dikenal dengan thiamin
(Shurtleff dan Aoyagi).
Adapun kadar senyawa kimia yang terkandung dalam tempe adalah sebagai
berikut :
1. Asam Lemak
Kandungan lemak pada tempe secara umum sebanyak 18-32%. Selama
proses fermentasi tempe, terdapat tendensi adanya peningkatan derajat
ketidakjenuhan terhadap lemak. Dengan demikian, asam lemak tidak jenuh
majemuk (polyunsaturated fatty acids, PUFA) meningkat jumlahnya. Asam
lemak tidak jenuh mempunyai efek penurunan terhadap kandungan
kolesterol serum, sehingga dapat menetralkan efek negatif sterol di dalam
tubuh.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 18
2. Vitamin
Dua kelompok vitamin terdapat pada tempe, yaitu larut air (vitamin B
kompleks) dan larut lemak (vitamin A, D, E, dan K). Tempe merupakan
sumber vitamin B yang sangat potensial. Jenis vitamin yang terkandung dalam
tempe antara lain vitamin B1 (tiamin), B2 (riboflavin), asam pantotenat, asam
nikotinat (niasin), vitamin B6 (piridoksin), dan B12 (sianokobalamin).
3. Mineral
Tempe mengandung mineral makro dan mikro dalam jumlah yang
cukup. Jumlah mineralbesi, tembaga, dan zink berturut-turut adalah 9,39; 2,87;
dan 8,05 mg setiap 100 g tempe.Kapang tempe dapat menghasilkan enzim
fitase yang akan menguraikan asam fitat (yang mengikat beberapa mineral)
menjadi fosfor dan inositol. Dengan terurainya asam fitat, mineral-mineral
tertentu (seperti besi, kalsium, magnesium, dan zink) menjadi lebih tersedia
untuk dimanfaatkan tubuh.
4. Anti Oksidan
Di dalam tempe juga ditemukan suatu zat antioksidan dalam
bentuk isoflavon. Seperti halnya vitamin C, E, dan karotenoid, isoflavon juga
merupakan antioksidan yang sangat dibutuhkan tubuh untuk menghentikan
reaksi pembentukan radikal bebas. Dalam kedelai terdapat tiga jenis isoflavon,
yaitu daidzein, glisitein, dan genistein. Pada tempe, di samping ketiga jenis
isoflavon tersebut juga terdapat antioksidan faktor II (6,7,4-trihidroksi
isoflavon) yang mempunyai sifat antioksidan paling kuat dibandingkan dengan
isoflavon dalam kedelai. Antioksidan ini disintesis pada saat terjadinya proses
fermentasi kedelai menjadi tempe oleh bakteri Micrococcus
luteus dan Coreyne bacterium.
5. Protein; Kandungan protein pada tempe sebanyak 35-45%
6. Karbohidrat; Kandungan karbohidrat pada tempe sebesar 12-30%
7. Air; Kandungan air pada tempe sebesar 7 %.
Rhizopus Oligosporus
Seperti telah dijelaskan bahwa jenis jamur yang lazim digunakan dalam pembuatan
tempe berasal dari kelompok Zygomycota. Spesifikasi jenis jamur dari kelompok tersebut
yang digunakan untuk tempe adalah Rhizopus Oligosporus dan Rhizopus Stolonifer. Namun,
secara umu, jenis jamur yang paling umum digunakan oleh petani tempe adalah jenis
Rhizopus Oligosporus. Jamur ini sering juga disebut dengan jamur benang. Karakteristiknya
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 19
berupa koloni abu-abu dengan sedikit degradasi coklat. Ketinggian jamur tempe ini bisa
mencapai 1 mm.
Rhizopus Oligosporus menghasilkan sebuah enzim bernama Fitase. Kerja enzim ini
adalah memecah Fitat dan membuat komponen senyawa makro pada kacang kedelai dilebur
atau dipecah menjadi kompenen mikro yang lebih sederhana. Hal ini yang menjadikan zat gizi
pada tempe jauh lebih mudah untuk diolah oleh tubuh kita. Jamur ini juga bisa
memfermentasikan substrat lainnya, memproduksi beberapa enzim (salah satu enzim yang
diproduksi yaitu enzim golongan protase) dan bahkan bisa digunkana untuk mengolah
beberapa jenis limbah.
3.2 Kecap
Kecap merupakan hasil pengolahan makanan secara fermentasi yang mempunyai aroma
dan cita rasa yang khas, berbentuk cairan, berwarna coklat muda
sampai kehitaman (Presscot dan Dunn‟s, 1981). Hartoyo (2004)
menggolongkan jenis-jenis kecap berdasarkan bahan dasarnya,
yaitu sebagai berikut:
Kecap Kedelai
Bahan dasarnya dari biji kedelai yang difermentasi menggunakan
jasa kapang (Aspergillus sp. dan Rhizopus sp.) hingga menjadi semacam „tempe‟.
Selanjutnya „tempe‟ direndam dalam larutan garam. Fermentasi tersebut jadi jika kadar
garam cukup tinggi, yaitu antara 15-20% sehingga merombak keseluruhan kedelai
menjadi kecap.
Kecap Ampas Tahu
Prinsipnya tidak jauh berbeda dengan kecap kedelai. Hanya saja pada tahap awal, di
mana ampas diolah terlebih dahulu menjadi tempe gembus. Tahap selanjutnya sama
dengan pembuatan kecap kedelai.
Kecap Keong Sawah
Keong sawah mengandung protein cukup tinggi (2-6%). Proses pembuatannya lebih
cepat dibandingkan pembuatan kecap kedelai. Hal ini kerena adanya proses enzimatis
(bromelin) yang hanya membutuhkan waktu 7-10 hari.
Kecap Ikan
Adalah kecap yang diolah dengan proses peragian yang lambat. Warna bening
kekuningan sampai coklat muda dan rasanya relatif asin. Pengolahannya dengan
menyusun ikan dalam bak dengan lapisan garam dalam keadaan tertutup. Dalam
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 20
penyimpanan selama 3 bulan tersebut berlangsung proses peragian. Selama itu pula
terjadi penambahan cairan. Cairan tersebut kemudian disaring dan didapatkan filtrat
kecap ikan.
Kecap Air Kelapa
Bahan dasarnya dari air kelapa. Proses pembuatannya lebih sederhana karena tidak
memerlukan proses fermentasi, hanya melalui tahap perebusan dan penambahan bumbu-
bumbu.Penambahan gula, garam, dan rempah-rempah digunakan terutama untuk
pembuatan kecap manis, dimana bumbu-bumbu yang ditambahkan dapat memantapkan
flavor produk akhir. Kombinasi bumbu yang ditambahkan tergantung selera, kebiasaan,
dan tujuan pembuatan kecap.
Mekanisme Proses Pembuatan Kecap
Dalam pembuatan kecap meliputi dua tahap, pertama merupakan tahap penjamuran
(fermentasi oleh kapang) dan fermentasi dalam larutan garam:
1. Penjamuran
Penjamuran merupakan fermentasi tahap awal dalam pembuatan kecap. Tujuan
utama dari penjamuran ini adalah untuk mengembangbiakkan jamur dan menghasilkan
enzim proteolitik dan amilolitik. Penjamuran ini berlangsung selama 3 hari dengan
suhu 20-30oC. hasil penjamuran ini biasa disebut koji (Zubaidah, 1998). Proses
penajmuran ini hampir sama dengan proses pembutan tempe dan biasanya digunakan
jamur tempe (Rhizopus oligosporus).
Pada fermentasi pertama (penjamuran) dihasilkan enzim protease yang
menghidolisis komponen protein 65-90% menjadi bentuk terlarut, aktivitas protease
optimal pada pH 20,5oC selama 5 hari. Selain enzim protease juga terdapat enzim a-
amilase yang merombak pati (polisakarida) menjadi glukosa sehingga terjadi kenaikan
gula reduksi. Selama penjamuran terjadi kenaikan pH karena adanya aktivitas enzim
proteolitik dan menghidrolis protein menjadi komponen peptida, pepton, dan asam-
asam amino (Rahayu, 1989).
Peningkatan mutu gizi dikarenakan aktivitas mikroba selama pengolahan dan
fermentasi, karena kapang menghidrolisis sebagian selulosa menjadi bentuk yang lebih
mudah dicerna. Protein dihidrolisis menjadi dipeptida, peptida dan asam-asam amino.
Lemak dipecah oleh enzim lipase menjadi asam lemak dan gliserol. Dan terjadinya
peningkatan kadar vitamin B12, asam fitat terutai sehingga fosfor dan biotin dapat
dimanfaatkan tubuh (Tofurky, 2001).
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 21
2. Fermentasi II (Perendaman dalam larutan garam)
Fermentasi dalam larutan garam dilakukan setelah proses penjamuran, dengan
perbandingan koji dengan larutan garam 1:2. mikroba utama pada fermentasi ini
adalah Aspergilus oryzae dan Aspergilus soyae, bakteri-bakteri asam laktat dan yeast
yang toleran terhadap kadar garam tinggi (Rahayu, 1989). Mekanisme fermentasi pada
tahap ini meliputi:
Fermentasi asam laktat oleh BAL (Bakteri Asam Laktat)
Terjadi pada 3-6 bulan pertama, protein dan karbohidrat oleh enzim yang
berasal dari Aspergillus oryzae (Zubaidah, 1998). Proses hidrolisis protein
terhambat pada saat terjadi pencampuran kedelai dengan larutan garam dan mulai
meningkat setelah fermentasi berlangsung 2 minggu (Kumalaningsih, 1990). Pada
konsentrasi garam tinggi (20%) BAL terutama Pediococcus soyae masih bisa
tumbuh baik dan menghasilkan asam laktat sehingga pH turun sampai 4,5. Bakteri
ini berperan dalam pembentukan aroma dan flavor spesifik pada kecap (Rahayu,
1989).
Fermentasi alcohol oleh khamir osmofilik (Saccaromyces rouxii)
Setelah fermentasi oleh BAL dimana pH turun menjadi 4,5 akan mendorong
pertumbuhan yeast (Saccaromyces rouxii). Yeast ini akan mengubah glukosa dan
maltosa menjadi etanol dan gliserol yang merupakan komponen penyedap aroma
dan flavor pada kecap. Perubahan ini terjadi setelah bulan ke-6 perendaman
(Rahayu, dkk, 1989).
Fermentasi Akhir
Fermentasi akhir merupakan penyempurnaan dimana khamir dan bakteri
melanjutkan fermentasi, dengan pH akhir 4,7 – 4,8 dengan kadar garam akhir 18%
sehingga menurunkan bahaya bakteri pembusuk.Selama fermentasi kedua
(penggaraman) berlangsung terjadi perubahan-perubahan senyawa protein, lemak,
dan karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana (matulessy, dkk, 1991). Dalam
fermentasi kecap hidrolisis protein menjadi senyawa yang lebih sederhana
disebabkan oleh aktivitas beberapa enzim, diantaranya enzim proteolitik yang akan
merubah protein menjadi asam-asam amino selanjutnya diubah menjadi amin, asam
keton, NH3, dan CO2 (Kumalaningsing, 1990).
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 22
3.3 Keju
Keju adalah sebuah makanan yang dihasilkan dengan memisahkan zat-zat padat
dalam susu melalui proses pengentalan atau koagulasi. Proses pengentalan ini dilakukan
dengan bantuan bakteri atau enzim yang disebut rennet. Hasil dari proses tersebut
nantinya akan dikeringkan, diproses, dan diawetkan dengan berbagai macam cara. Dari
sebuah susu dapat diproduksi berbagai variasi produk keju. Produk-produk keju
bervariasi ditentukan dari tipe susu, metode pengentalan, temperatur, metode
pemotongan, pengeringan, pemanasan, juga proses pematangan keju dan pengawetan.
Umumnya, hewan yang dijadikan sumber air susu adalah sapi. Air susu unta, kambing,
domba, kuda, atau kerbau digunakan pada beberapa tipe keju lokal.
Keju memiliki hampir semua kandungan nutrisi pada susu, seperti protein,
vitamin, mineral, kalsium, dan fosfor namun juga lemak dan kolesterol yang dapat
menyebabkan masalah kesehatan apabila dikonsumsi secara berlebihan. Besaran
kandungan lemak dalam keju tergantung pada jenis susu yang digunakan. Keju yang
dibuat dengan susu murni atau yang sudah ditambah dengan krim memiliki kandungan
lemak, kolesterol dan kalori yang tinggi. Keju sangat bermanfaat karena kaya akan
protein, terutama bagi anak kecil karena mereka membutuhkan protein yang lebih banyak
dibandingkan orang dewasa.
Asal usul
Masyarakat prasejarah mulai meninggalkan gaya hidup nomaden dan beralih
menjadi beternak kambing, domba maupun sapi. Karena kebersihan yang kurang, terkena
sinar matahari secara langsung atau terkena panas dari api maka susu dalam bejana
tersebut menjadi asam dan kental. Setelah dicoba ternyata susu tersebut masih dapat
dimakan, dan itulah pertama kalinya manusia menemukan keju krim asam (sour cream
cheese).
Keju krim manis (sweet cream cheese) juga ditemukan secara kebetulan. Sebuah
legenda yang menceritakan bahwa beberapa pemburu yang membunuh seekor anak sapi,
kemudian membuka perutnya dan menemukan sesuatu berwarna putih yang memiliki
rasa yang enak. Adanya enzim rennet di dalam perut sapi menyebabkan susunya menjadi
kental, sehingga menjadi apa yang kita sebut keju saat ini. Cerita lainnya mengatakan
bahwa keju ditemukan pertama kali di Timur Tengah oleh seorang pengembara dari
Arab. Pengembara tersebut melakukan perjalanan di padang gurun mengendarai kuda
dengan membawa susu di pelananya. Setelah beberapa lama, susu tersebut telah berubah
menjadi air yang pucat dan gumpalan-gumpalan putih. Karena pelana penyimpan susu
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 23
terbuat dari perut binatang (sapi, kambing ataupun domba) yang mengandung rennet,
maka kombinasi dari rennet, cuaca yang panas dan guncangan-guncangan ketika
mengendarai kuda telah mengubah susu menjadi keju, dan setelah itu orang-orang mulai
menggunakan enzim dari perut binatang untuk membuat keju.
Ada lima tahapan utama dalam pembuatan keju. Tahapan-tahapan tersebut adalah:
1. Pengasaman
Susu dipanaskan agar bakteri asam laktat, yaitu Streptococcus and
Lactobacillus dapat tumbuh. Bakteri-bakteri ini memakan laktosa pada susu dan
merubahnya menjadi asam laktat. Saat tingkat keasaman meningkat, zat-zat padat
dalam susu (protein kasein, lemak, beberapa vitamin dan mineral) menggumpal dan
membentuk dadih.
2. Pengentalan
Bakteri rennet ditambahkan ke dalam susu yang dipanaskan yang kemudian
membuat protein menggumpal dan membagi susu menjadi bagian cair (air dadih) dan
padat (dadih). Setelah dipisahkan, air dadih kadang-kadang dipakai untuk membuat
keju seperti Ricotta dan Cypriot hallumi namun biasanya air dadih tersebut dibuang.
Dadih keju dihancurkan menjadi butiran-butiran dengan bantuan sebuah alat yang
berbentuk seperti kecapi, dan semakin halus dadih tersebut maka semakin banyak air
dadih yang dikeringkan dan nantinya akan menghasilkan keju yang lebih keras.
Rennet mengubah gula dalam susu menjadi asam dan protein yang ada menjadi
dadih. Jumlah bakteri yang dimasukkan dan suhunya sangatlah penting bagi tingkat
kepadatan keju. Proses ini memakan waktu antara 10 menit hingga 2 jam, tergantung
kepada banyaknya susu dan juga suhu dari susu tersebut. Sebagian besar keju
menggunakan rennet dalam proses pembuatannya, namun zaman dahulu ketika keju
masih dibuat secara tradisional, getah daun dan ranting pohon ara digunakan sebagai
pengganti rennet.
3. Pengolahan dadih
Setelah pemberian rennet, proses selanjutnya berbeda-beda. Beberapa keju
lunak dipindahkan dengan hati-hati ke dalam cetakan. Sebaliknya pada keju-keju
lainnya, dadih diiris dan dicincang menggunakan tangan atau dengan bantuan mesin
supaya mengeluarkan lebih banyak air dadih. Semakin kecil potongan dadih maka
keju yang dihasilkan semakin padat.
4. Persiapan sebelum pematangan
Sebelum pematangan, dadih akan melalui proses pencetakan, penekanan, dan
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 24
pengasinan. Saat dadih mencapai ukuran optimal maka ia harus dipisahkan dan
dicetak. Untuk keju-keju kecil, dadihnya dipisahkan dengan sendok dan dituang ke
dalam cetakan, sedangkan untuk keju yang lebih besar, pengangkatan dari tangki
menggunakan bantuan sehelai kain. Sebelum dituang ke dalam cetakan, dadih tersebut
dikeringkan terlebih dahulu kemudian dapat ditekan lalu dibentuk atau diiris.
Selanjutnya, keju haruslah ditekan sesuai dengan tingkat kekerasan yang
diinginkan. Penekanan biasanya tidak dilakukan untuk keju lunak karena berat dari
keju tersebut sudah cukup berat untuk melepaskan air dadih, demikian pula halnya
dengan keju iris karena berat dari keju tersebut juga menentukan tingkat kepadatan
yang diinginkan. Meskipun demikian, sebagian besar keju melewati proses penekanan.
Waktu dan intensitas penekanan berbeda-beda bagi setiap keju.
Penambahan garam dilakukan setelah keju dibentuk agar keju tidak terasa tawar,
dan terdapat empat cara yang berbeda untuk mengasinkan keju.[4][9]
Bagi beberapa
keju, garam ditambahkan langsung ke dalam dadih. Cara yang kedua adalah dengan
menggosokkan atau menaburkan garam pada bagian kulit keju, yang akan
menyebabkan kulit keju terbentuk dan melindungi bagian dalam keju agar tidak
matang terlalu cepat. Beberapa keju-keju yang berukuran besar diasinkan dengan cara
direndam dalam air garam, yang menghabiskan waktu berjam-jam sehingga berhari-
hari.[4]
Cara yang terakhir adalah dengan mencuci bagian permukaan keju dengan
larutan garam; selain memberikan rasa, garam juga membantu menghilangkan air
berlebih, mengeraskan permukaan, melindungi keju agar tidak mengering serta
mengawetkan dan memurnikan keju ketika memasuki proses maturasi.
5. Pematangan
Pematangan (ripening) adalah proses yang mengubah dadih-dadih segar menjadi
keju yang penuh dengan rasa.[ Pematangan disebabkan oleh bakteri atau jamur
tertentu yang digunakan pada proses produksi, dan karakter akhir dari suatu keju
banyak ditentukan dari jenis pematangannya. Selama proses pematangan, keju dijaga
agar berada pada temperatur dan tingkat kelembaban tertentu hingga keju siap
dimakan. Waktu pematangan ini bervariasi mulai dari beberapa minggu untuk keju
lunak hingga beberapa hari untuk keju keras seperti Parmigiano-Reggiano. Beberapa
teknik sebelum proses pematangan yang dapat dilakukan untuk memengaruhi tekstur
dan rasa akhir keju:
Stretching: Dadih diusung dan lalu diadoni dalam air panas untuk
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 25
menghasilkan tekstur yang berserabut. Contoh keju yang melewati proses ini
adalah keju Mozzarella dan Provolone.
Cheddaring: Dadih yang sudah dipotong kemudian ditumpuk untuk
menghilangkan kelembaban. Dadih tersebut lalu digiling untuk waktu yang
cukup lama. Contoh keju yang mengalami proses ini adalahkeju Cheddar dan
Keju Inggris lainnya.
Pencucian: Dadih dicuci dalam air hangat untuk menurunkan tingkat
keasamannya dan menjadikannya keju yang rasanya lembut. Contoh keju
melewati proses pencucian adalah keju Edam, Gouda, dan Colby.
Pembakaran: Bagi beberapa keju keras, dadih dipanaskan hingga suhu
35 °C(95 °F)-56 °C(133 °F) yang kemudian mengakibatkan butiran dadih
kehilangan air dan membuat keju menjadi lebih keras teksturnya. Proses ini
sering disebut dengan istilah pembakaran (burning). Contoh keju yang
dipanaskan ulang adalah keju Emmental, keju Appenzeller dan Gruyère.
Rennet
Rennet adalah enzim yang digunakan dalam proses pembuatan keju (cheese)
yang terbuat dari bahan dasar susu. Susu adalah cairan yeng tersusun atas
protein yang terutama kasein yang dapat mempertahankan bentuk cairnya.
Rennet merupakan kelompok enzim protease yang ditambahkan pada susu
pada saat proses pembuatan keju. Rennet berperan untuk menghidrolisis kasein
terutama kappa kasein yan berfungsi mempertahankan susu dari pembekuan.
Enzim yang paling umum yang diisolasi dari rennet adalah chymosin.
Chymosin dapat diisolasi dari beberapa jenis binatang, mikroba atau sayuran,
akan chymosin yang berasal dari mikroorganisme lokal atau asli yang belum
mendapat rekayasa gebetik kadang aplikasinya dalam pembuatan keju atau
cheddar menjadi kurang efektif.
Fungsi Enzim Renin
Renin adalah enzim yang sangat penting untuk
pencernaan protein. Ini membantu mencerna susu pada
bayi muda. Enzim merupakan katalisator organik yang
dihasilkan dalam tubuh dari semua organisme hidup.
Tubuh manusia memproduksi sejumlah enzim berbeda. Enzim melaksanakan atau
mempercepat beberapa reaksi kimia dalam tubuh. Mereka memainkan peran penting
dalam metabolisme dan menjaga energi biokimia. Enzim diperlukan untuk mengatur
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 26
banyak proses tubuh yang vital seperti pencernaan, pernapasan, pembekuan darah atau
koagulasi, reproduksi serta proses pertumbuhan dan perkembangan. Renin adalah enzim
milik aspartik proteinase keluarga enzim. Hal ini dihasilkan dalam perut bayi muda. Hal
ini juga disebut sebagai chymosin atau rennet. Enzim ini sangat penting untuk pencernaan
ASI pada bayi muda.
Renin adalah enzim koagulasi diproduksi di lapisan dalam abomasum (perut
keempat) dari makan susu sapi. Hal ini juga diproduksi di dalam perut seekor kambing
atau domba. Beberapa sumber alternatif tanaman chymosin, terutama thistle dan jelatang
dan mikroba seperti jamur dan ragi. Sebagai enzim proteolitik, fungsi utama renin adalah
pengental susu. enzim Renin diproduksi dalam jumlah melimpah segera setelah
melahirkan. Produksi secara bertahap menurun dan digantikan oleh enzim pencernaan,
yang disebut pepsin.
Rennet diketahui memainkan peran penting dalam koagulasi dan pengentalan
susu. Susu dipisahkan menjadi cairan atau dadih dan semi-padat atau yogurt. Pengentalan
susu sangat penting untuk pencernaan protein susu dalam perut. Jika susu segera dihapus
dari perut dalam keadaan tercerna, maka bayi muda tidak akan mendapatkan keuntungan
dari protein susu. Koagulasi susu oleh rennet memungkinkan untuk waktu tetap lebih
lama dalam perut.
Bagaimana renin menyebabkan pengentalan susu? Renin diproduksi dalam bentuk
prorenin aktif. Setelah konsumsi susu, asam klorida pada saat ini asam lambung dalam
perut mengaktifkan prorenin dan mengubahnya menjadi bentuk aktifnya, renin. Ada
enzim caseinogen hadir dalam susu, yang memiliki empat jenis molekul. Renin
mengendapkan tiga dari mereka, yaitu alpha-s1 dan alpha-s2 kasein dan beta kasein,
dengan adanya kalsium dalam susu. Molekul keempat dalam enzim caseinogen, disebut
kappa kasein tidak dipicu oleh kalsium. Kappa kasein dikenal untuk mencegah
pengendapan alpha dan beta kasein. Karena koagulasi diperlukan, enzim renin
menonaktifkan kappa kasein. Dengan cara ini, susu digumpalkan dan dicerna dengan
baik, sehingga bayi muda mendapatkan segala kelebihan.
Suhu yang paling optimal yang diperlukan untuk reaksi susu dan renin adalah 37
derajat Celcius. Pada suhu yang lebih tinggi, molekul enzim renin memecah dan aksi
renin pada susu berhenti. Jika suhu turun, memperlambat laju reaksi. Karena aksinya
koagulasi susu, enzim renin umumnya diterapkan dalam industri makanan. Hal ini
banyak digunakan untuk produksi keju. Renin diperlukan untuk produksi keju diperoleh
terutama dari perut sapi serta dari sumber-sumber non-hewani lainnya. Tapi, untuk
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 27
produksi keju industri, sejumlah besar renin diperlukan. Oleh karena itu, metode rekayasa
genetika digunakan saat ini dalam rangka untuk mendapatkan jumlah yang lebih besar
dari enzim renin
.
3.4 Yakult
Susu fermentasi merupakan susu hasil proses fermentasi oleh bakteri asam laktat
(Lactic acid bacteria).
a. Manfaat Yakult
Dengan mengkonsumsi Yakult setiap hari berarti kita memasukkan sekurang-
kurangnya 6,5 milyar bakteri Lactobacillus casei Shirota strain hidup kedalam usus
kita. Usus kita memainkan peran yang penting dalam kesehatan kita. Bahkan proses
penuaanpun dimulai dari usus. Karena itu yang terpenting dalam menjaga kesehatan
adalah menjaga kesehatan usus. Mereka yang tidak tahan minum susu murni biasanya
dikarenakan kurangnya sekresi enzim galaktosidase. Enzim galaktosidase bertugas
untuk memecah gula susu (laktosa). Dengan berkurangnya enzim galaktosidase maka
akan banyak tersisa laktosa yang kemudian diuraikan oleh bakteri penghasil gas yang
terdapat di dalam usus. Menumpuknya gas berpotensi menyebabkan sakit perut,
perasaan kembung dan bahkan diare.Bakteri asam laktat menguraikan laktosa yang
tidak dapat terurai oleh galaktosidase menjadi asam laktat. Bakteri asam laktat ini
biasa disebut sebagai Probiotik karena mampu menstimulasi pertumbuhan
mikroorganisme baik lain yang tidak berbahaya bagi tubuh.
Meskipun demikian susu fermentasi ini tidak untuk bayi karena dapat menurunkan
derajat keasaman menjadi sangat rendah (pH=4), hal ini dapat melukai lambung bayi.
Manfaat Yakult adalah terletak pada bakterinya yang mampu hidup sampai
usus kita karena itu bakteri ini dapat memberikan manfaat seperti:
1. Mencegah gangguan pencernaan
2. Meningkatkan daya tahan tubuh
3. Meningkatkan jumlah bakteri berguna dalam usus
4. Mengurangi racun dalam usus
5. Membatasi jumlah bakteri yang merugikan dalam usus.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 28
b. Pembuatan Yakult
Yakult dibuat dengan cara memfermentasi campuran susu bubuk skim dan
glukosa menggunakan bakteri Lactobacillus casei Shirota strain, bakteri unggul hasil
seleksi dan temuan Dr. Minoru Shirota yang diteruskan sampai saat ini oleh Yakult
Central Institute for Microbiological Research.
Yakult dibuat dari bahan-bahan:
1. bakteri Lactobacillus casei Shirota strain hidup
2. susu bubuk skim
3. sukrosa dan glukosa.
4. perisa
5. air
Yakult tidak memakai bahan pengawet. Yakult dapat bertahan sejak
pembuatannya sampai dengan tanggal kadaluwarsanya karena:
1. asam laktat yang dihasilkan secara alami selama proses fermentasi dapat
memperpanjang umur simpannya.
2. pembuatannya secara hygienis
3. penyimpanannya pada suhu dibawah 10°C
c. Bakteri Lactobacillus casei Shirota strain
Lactobacillus casei Shirota strain adalah salah satu bakteri baik dalam tubuh
kita. Pada tahun 1930, almarhum Dr. Minoru Shirota, pendiri perusahaan Yakult, telah
berhasil mengkulturkan berbagai jenis bakteri asam laktat dan memilih satu jenis
bakteri yang bersifat paling tahan terhadap cairan pencernaan.
Di samping itu, Dr. Minoru Shirota juga memperkuatnya sehingga menjadi
strain baru yang unggul. Karena itu, berbeda dengan bakteri lain, bakteri ini dapat
menaklukkan berbagai hambatan fisiologis seperti asam lambung dan cairan empedu
sehingga dapat mencapai dan bertahan hidup dalam usus manusia.
Dari dalam usus bakteri ini membantu meningkatkan kesehatan kita dengan
cara mengaktifkan sel-sel kekebalan, meningkatkan jumlah bakteri berguna, dan
mengurangi jumlah bakteri yang merugikan.
Yakult merupakan produk susu fermentasi dengan menggunakan starter
tunggal yaitu Dornic atau 0,5% asam Lactobacillus casei. Kecepatan pertumbuhan
bakteri ini berkisar 50 laktat setelah 48 jam. Lactobacillus casei berbentuk batang
tunggal dan termasuk golongan bakteri heterofermentatif, fakultatif, mesofilik, dan
berukuran lebih kecil dari pada Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophillus,
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 29
dan Lactobacillus helveticus. Lactobacillus casei akan merubah ribosa menjadi asam
laktat dan asam asetat, perubahan ribosa diinduksi oleh faseketolase (Kurman, 1992).
Pembuatan yakult menurut Kurman (1992) adalah dengan cara susu
disterilisasi terlebih selama 3 sampai 4 detik, kemudian ditanamkan Lactobacillus C
selama empat hari. Nilai gizi yakult yaitucaseidahulu pada suhu 140 C, 1,2%, lemak
0,1%,protein (Strain shirota) diinkubasi pada suhu 37 mineral 0,3%, karbohidrat
16,5%, air 81,9%, dan nilai kalori tiap 100 g.
Menurut Margawani (1995), Lactobacilllus casei adalah galur unggul yang
mudah dan cocok untuk dikembangbiakkan dalam minuman dasar susu. Selain bakteri
ini mampu bertahan dari pengaruh asam lambung, juga mampu bertahan dalam cairan
empedu sehingga mampu bertahan hidup hingga usus halus.
d. Jenis fermentasi asam laktat
Fermentasi asam laktat terbagi menjadi dua jenis, yaitu homofermentatif
(sebagian besar hasil akhir merupakan asam laktat) dan heterofermentatif (hasil akhir
berupa asam laktat, asam asetat, etanol dan CO2).[2]
Secara garis besar, keduanya
memiliki kesamaan dalam mekanisme pembentukan asam laktat, yaitu piruvat akan
diubah menjadi laktat (atau asam laktat) dan diikuti dengan proses transfer elektron
dari NADH menjadi NAD+.[6]
. Pola fermentasi ini dapat dibedakan dengan
mengetahui keberadaan enzim-enzim yang berperan di dalam jalur metabolisme
glikolisis.
Pada heterofermentatif, tidak ada aldolase dan heksosa isomerase tetapi
menggunakan enzim fosfoketolase dan menghasilkan CO2.[5]
Metabolisme
heterofermentatif dengan menggunakan heksosa (golongan karbohidrat yang terdiri
dari 6 atom karbon) akan melalui jalur heksosa monofosfat atau pentosa fosfat.[5]
Sedangkan homofermentatif melibatkan aldolase dan heksosa aldolase namun tidak
memiliki fosfoketolase serta hanya sedikit atau bahkan sama sekali tidak
menghasilkan CO2. Jalur metabolisme dari yang digunakan pada homofermentatif
adalah lintasan merupakan bakteri homofermentatif adalah Streptococcus,
Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, dan Lactobacillus; sedangkan contoh
bakteri heterofermentatif adalah Leuconostoc dan Lactobacillus.
Glikolisis melibatkan banyak enzim, uraian lebih lengkapnya di bawah ini:
a. Jalur Glikolisis (Glukosa menjadi piruvat)
Glukosa memasuki lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa 6
fosfat (senyawa yang merupakan titik temu antar lintasan metabolik seperti
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 30
glikolisis, glukoneogenesis, lintasan pentosa fosfat, glikogenesis dan glikogenesis).
Pengambilan glukosa darah untuk fosforilasi ini untuk semua sel kecuali sel
parenkim hati dan Langerhans Pankreas dikatalisis oleh enzim Heksokinase. Di sel
sel parenkim hati dan Langerhans Pankreas ini fosforilasi glukosa dikatalisis oleh
enzim Glukokinase yang aktifitasnya dalam hati dapat dipicu dan dipengaruhi oleh
perubahan status gizi. Perbedaan antara kedua enzim tersebut adalah:
o Heksokinase
- Terdapat pada semua sel ekstrahepatik
- Memiliki afinitas yang tinggi terhadap glukosa (Km rendah)
- Berfungsi menjamin pasokan glukosa bagi jaringan dengan konsentrasi glukosa
yang rendah (0,1 mmol/L=2mg%), melalui fosforilasi semua glukosa yang masuk
ke dalam sel.
- Dihambat secara allosterik oleh produk reaksinya yaitu Glukosa 6 P
o Glukokinase
- Terdapat pada sel parenkim hati dan pankreas .
- Bekerja optimal pada konsentrasi glukosa darah diatas 10 mmol /L
- Berperan dalam pengaturan glukosa darah setelah makan
- Memiliki Km yang tinggi terhadap glukosa.
- Tidak dihambat oleh produk reaksinya.
- Merupakan enzim yang spesifik untuk glukosa
Langkah berikutnya pada glikolisis adalah isomerisasi glukosa 6 fosfat
menjadi fruktosa 6 fosfat.Isomerisasi glukosa 6 fosfat menjadi fruktosa 6 fosfat
adalah konversi aldosa menjadi ketosa. Reaksi ini dikatalisi enzim fosfoheksosa
isomerase. Kemudian fruktosa 6 fosfat difosforilasi oleh ATP menjadi fruktosa 1,6
bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase, suatu enzim allosterik dikontrol oleh ATP
dan beberapa metabolit lain. Fruktosa 1,6 bisfosfat selanjutnya di pecah oleh enzim
aldolase menjadi gliseraldehid 3 fosfat dan dihidroksiaseton fosfat yang segera
dapat dikonversi menjadi gliseraldehid 3 fosfat oleh enzim fosfotriosa isomerase.
Kemudian gliseraldehid 3 fosfat dikonversi menjadi 1,3 bisfosfogliserat(1,3 BPG )
oleh enzim gliseraldehid 3 fosfat dehidrogenase yang tergantung NAD. 1,3
bisfosfogliserat akan dioksidasi oleh enzim fosfogliserat kinase menjadi senyawa 3
fosfogliserat yang selanjutnya dikonversi menjadi 2 fosfogliserat oleh enzim
fosfogliserat mutase. Suatu enol dibentuk dari dehidrasi 2 fosfogliserat. Enzim
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 31
enolase, yang dapat dihambat oleh fluorida, mengkatalisis pembentukan
fosfoenolpiruvat yang akhirnya membentuk piruvat oleh kerja piruvat kinase.
Glikolisis Diatur Tiga Tahap Reaksi Noneikuilibrium
Pada jalur glikolisis ada 3 buah enzim yang mengkatalisis reaksi non
ekuilibrium yaitu reaksi yang pada keadaan fisioligis dianggap tidak reversibel
yaitu : Heksokinase (Glukokinase), Fosfofruktokinase, dan Piruvat kinase. Reaksi-
reaksi yang dikatalisis oleh enzim-enzim ini merupakan reaksi pada tempat-tempat
utama pengaturann glikolisis. Fosfofruktokinase, pengontrol terpenting pada
glikolisis, dihambat oleh kadar tinggi ATP dan sitrat dan diaktifkan oleh AMP dan
fruktosa 2,6 bisfosfat.Heksokinase dihambat oleh glukosa 6 fosfat yang
berakumulasi bila fosfofruktokinase tidak aktif. Piruvat kinase secara allosterik
dihambat oleh ATP dan alanin dan diaktifkan oleh fruktosa 1,6 bisfosfat Dalam sel
eritrosit, tahapan yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dapat dipintas
sehingga terjadi pembentukan senyawa 2,3- bisfosfogliserat. Enzim bisfosfogliserat
mutase, mengkatalisis proses konversi 1,3- bisfosfogliserat menjadi 2,3-
bisfosfogliserat. Senyawa 2,3- bisfosfogliserat kemudian dikonversi menjadi 3-
fosfogliserat oleh kerja enzim 2,3- bisfosfogliseat fosfatase suatu aktivitas enzim
yang juga diperlihatkan oleh kerja enzim fosfogliserat mutase. Tidak ada produksi
ATP kalau glikolisis mengambil jalur ini. 2,3- bisfosfogliserat yang terdapat
dengan konsentrasi yang tinggi dalam sel eritrosit akan membantu oksihemoglobin
melepas oksigen.
1. Reduksi Piruvat Menjadi Laktat
Dalam keadaan anaerob, piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat.
Reaksi dikatalisis oleh enzim Laktat Dehidrogenase
Piruvat + NADH + H+ Laktat + NAD +
Proses ini dapat dilihat pada otot rangka khususnya serabut putih, dimana kecepatan
organ tersebut dalam melaksankan pekerjaannya tidak dibatasi oleh kapasitas
oksigenasinya. Glikolisis di eritrosit walaupun dalam keadaan aerob selalu
berakhiran dengan senyawa laktat karena sel-sel eritrosit tidak mengandung
mitokhondria. Jaringan lain mencakup jaringan otak, traktus gastrointestinal,
medula ginjal, retina dan kulit, memperoleh sebahagian besar energinya dari
glikolisis dan menghasilkan laktat .
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 32
2. Oksidasi Piruvat Menjadi Asetil Ko A
Merupakan jalur irreversibel dari glikolisis ke Siklus Asam Sitrat.
Sebelum piruvat memasuki siklus asam sitrat , senyawa ini diangkut ke
mitokhondria melalui pengangkut piruvat khusus yang membantu pelintasan
membran internal mitokhondria. Di mitokhondria piruvat mengalami
dekarboksilasi oksidatif menjadi Asetil Ko A.
Reaksi ini dikatalisis beberapa enzim yang berbeda dan bekerja berurutan yaitu :
- Piruvat Dekarboksilase
- Dihidrolipoil Transasetilase
- Dihidrolipoil Dehidrogenase
Secara kolektif enzim tersebu diberi nama Kompleks Piruvat
Dehidrogenase , yang tergantung pada kofaktor vitamin Thiamin Difosfat. Tiamin
adalah anggota vitamin B kompleks yang penting. Piruvat dehidrogenase dihambat
oleh produknya, yaitu asetil KoA dan NADH.
3. Karboksilasi Piruvat Menjadi Oksaloasetat
Dikatalisis oleh Piruvat Dekarboksilase. Reaksi tergantung pada biotin.
Reaksi penting demi berlangsungnya terus Siklus Asam Sitrat dan tersedianya
substrat untuk proses Glukoneogenesis.
b. Energi Yang Terbentuk Pada Glikolisis
Oksidasi glukosa dalam keadaan aerob dan anaerob akan menghasilkan
sejumlah energi dalam bentuk ATP. Pada keadaan aerob sepanjang lintasan glikolisis
akan terbentuk molekul ATP pertama melalui reaksi fosforilasi yang dikatalisi oleh
enzim fosfogliserat kinase. Fosfogliserat kinase mengkatalisis transfer gugus fosfat
dari asil fosfat 1,3 BPG ke ADP. Pembentukan ATP berikut melalui reaksi fosforilasi
yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase.
Ini merupakan contoh fosforilasi pada tingkat substrat. Dari fosforilasi tingkat
substrat ini terbentuk masing?masing 2 molekul ATP. NAD yang merupakan aseptor
elektron pada oksidasi gliseraldehid 3 fosfat harus dihasilkan kembali agar glikolisis
dapat berlangsung terus NADH yang terbentuk sepanjang lintasan glikolisis akan
mentransfer elektronnya ke rantai pernapasan, direoksidasi menghasilkan kembali
NAD. Setiap 1 molekul NADH yang direoksidasi dalam rantai pernapasan akan
menghasilkan 3 molekul ATP , sehingga untuk 2 molekul NADH yang direoksidasi
akan menghasilkan 6 molekul ATP.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 33
Pada reaksi awal dari jalur glikolisis, 2 molekulATP telah terpakai sebagai
donor fosfat untuk reaksi yang dikatalisis oleh enzim heksokinase/glukokinase suntuk
menghasilkan senyawa glukosa 6 fosfat serta reaksi yang dikatalisis oleh enzim
fosfofruktokinase untuk menghasilkan senyawa fruktosa 1,6 fosfat.Piruvat sebagai
hasil oksidasi glukosa dalam keadaan aerob akan berpindah dari sitoplasma ke
mitokhondria.Disini dioksidasi menjadi Asetil Ko A. Untuk 1 molekul piruvat yang
dioksidasi menjadi asetil ko A akan menghasilkan 3 molekul ATP, jadi untuk 2
molekul piruvat yang dioksidasi akan menghasilkan 6 molekul ATP. Asetil ko A
sendiri akan dioksidasi fosforilasi melalui Kreb Cycle yang berdampingan dengan
rantai pernapasan membentuk 12 ATP. Akhirnya dari uraian diatas untuk, glikolisis 1
molekul glukosa pada keadaan aerob maka akan dihasilkan 38 molekul ATP .
Dalam keadaan anaerob, oksidasi glukosa hanya menghasilkan 2 molekul ATP.
Disini NADH yang terbentuk digunakan untuk mereduksi piruvat menjadi laktat oleh
kerja enzim Laktat Dehidrogenase.Sebagai konsekuensi, untuk memperoleh energi
dalam jumlah banyak, maka lebih banyak glukosa yang menjalani glikolisis pada
keadaan anaerob daripada keadaan aerob.
c. Siklus Asam Sitrat Sebagai Siklus Akhir Dalam Proses Pembentukan Energi
Pada Glikolisis
Fungsi utama siklus ini adalah untuk oksidasi asetil KoA menjadi CO2 dan
H2O. Senyawa asetil KoA yang dihasilkan pada glikolisis aerob akan memasuki
siklus ini untuk dioksidasi dan di fosforilasi berdampingan dengan rantai pernapa.
Reaksi yang terjadi pada hakekatnya merupakan reaksi kombinasi Asetil Ko A (C2)
dengan Oksaloasetat Asam Dikarboksilat (C4) membentuk Sitrat (C6). Reaksi meliputi
pelepasan 2 molekul CO2 dan senyawa Oksaloasetat dibentuk kembali disamping
molekul lain dapat keluar atau masuk pada siklus tersebut. Rangkaian reaksi
membebaskan sejumlah eikuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron
dari enzim dehidrogenase spesifik. Unsur eikuivalen pereduksi ini akan memasuki
rantai pernapasan . Di sini sejumlah ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidasi.
Proses bersifat aerobik karena memerlukan O2 sebagai pengoksidasi akhir dari unsur
eikuivalen pereduksi.
Enzim-enzim untuk siklus ini terdapat dalam matriks mitokhondria, baik dalam
bentuk bebas maupun terikat pada bagian internal membran mitokhondria. Ini
memudahkan perpindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 34
pernapasan yang terdapat pada membran mitokhondria sebelah. Enzim-enzimyang
terlibat dalam siklus ini yaitu :
- Sitrat sitase
- Akonitase
- Isositrat dehidrogenase
- ketoglutarat dehidrogenase kompleks
- Suksinat tiokinase
- Suksinat dehidrogenase
- Fumarase
- Malat dehidrogenase
Empat vitamin B kompleks yang larut air memeliki peranan untuk menjalani
fungsi siklus asam sitrat.Ke empat vitamin yang berperan dalam siklus ini adalah :
1. Riboflavin dalam bentuk flavin adenin dinukleotida (FAD)
2. Niasin dalam bentuk nikotinamida adenin dinukleotida (NAD)
3. Tiamin(B1) sebagai Tiamindifosfat
4. Asam Pantotenat sebagai bagian dari koenzim A.
ATP Yang Terbentuk Pada Siklus Asam Sitrat
Tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2 dihasilkan untuk setiap
molekul Asetil Ko A yang dikatabolisasi dalam satu putaran siklus asam sitrat.
Molekul ini akan dipindahkan ke rantai pernapasan dalam membran internal
mitokhondria. Unsur eikuivalen pereduksi NADH direoksidasi menghasilkan 3 ikatan
fosfat berenergi tinggi (ATP) melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalamproses
fosforilasi oksidatif. FADH2 menghasilkan 2 ikatan fosfat energi tinggi. Pada tingkat
siklus itu sendiri, saat Suksinil Ko A di ubah menjadi Suksinat
dihasilkan 1 ikatan fosfat energi tinggi. Jadi 12 molekul ATP akan dihasilkan untuk
setiap 1 putaran siklus asam sitrat.
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 35
BAB IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
a. Enzim adalah senyawa organik yang berperan sebagai katalis yaitu untuk
mempercepat proses dan reaksi kimia yang sedang berlangsung
b. Enzim bekerja secara spesifik pada satu jenis substrat. Namun, ada satu enzim yang
dapat bekerja pada beberapa jenis substrat.
c. Enzim sangat berguna untuk bagi manusia, hewan, dan tumbuhan. Oleh karena itu,
keberadaan enzim sangat dibutuhkan untuk kelangsungan kehidupan di alam ini.
d. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa
merubah keseimbangan reaksi .
e. Peningkatan suhu akan meningkatkan aktivitas enzim sampai pada suhu optimum.
Pada mamalia suhu optimum sekitar 37oC.
f. Pada umumnya enzim-enzim bekerja sangat lambat pada suhu di bawah titik beku
g. Enzim biasanya bekerja secara efesien dengan kisaran pH yang sempit.
h. Pada kondisi keasaman atau kebasaan yang lebih tinggi enzim akan mengalami
denaturasi.
i. Produk enzim dari mikroba harus memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan dengan
sifat racun dan aspek keamanan yang lain dengan legislasi.
j. Untuk mengatasi hambatan pemisahan enzim dari substratnya dan produk, serta enzim
yang sulit untuk digunakan secara berulang-ulang, maka dilakukan proses
immobilisasi.
4.2 Saran
a. Pemberian/penggunaan bakteri pada saat proses fermentasi harus sesuai dengan yang
substrat enzim yang dibutuhkan
b. Harus selalu memperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
Pengantar Bioteknologi- ENZIM DALAM FERMENTRASI 36
DAFTAR PUSTAKA
Albert Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga.
Campbel and Reece. 2002. Biologi Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.
John E. Smith. 1981. Biotechnology. London: Edward Arnold Publisher.
Primrose. 1987. Modern Biotechnology. London: Blackwell Scientific Publications.
http://anekamakalahkita.blogspot.com/2013/01/makalah-aplikasi-enzim-dalam.html
http://manfaattempe.blogspot.com/2010/01/fermentasi-tempe.html
http://sutikno.blog.uns.ac.id/2009/04/28/fermentasi-tempe/
Anonim a.2013.lactobacilus-casei. Dikutip dari:
http://www.slideshare.net/YAVYSTA/lacobacilus-casei
Anonim b.2013.yakult. Dikutip dari: http://alifaholic.blogspot.com/2011/05/laporan-ksl-
yakult.html
Anonim.c.2013.pembuatan yakult. Dikutip dari:
http://liasariwhatwhat.blogspot.com/2012/06/makalah-pembuatan-tape-dan-
yakult.html
Anonim.d.2013.enzim. Dikutip dari:
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1939/3/09E01869.pdf.txt
http://lordbroken.wordpress.com/2010/08/20/kecap/
http://yuphyyehahaa.blogspot.com/2011/06/peranan-enzim-dalam-pengolahan-roti.html
http://miiyanni.blogspot.com/2013/04/makalah-enzim.html
http://rickhalsaputra.blogspot.com/2012/09/keterlibatan-enzim-dalam-bahan-pangan.html
http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/13/peranan-rhizopus-oryzae-pada-industri-
tempe-dalam-peranan-peningkatan-gizi-pangan/