Eksopolisakarida (EPS) Pullulan Dari Berbagai Strain Aureobasidium pullulans Dan Optimasi Kondisi Fermentasi Untuk Produksi Pullulan

M IQBAL PRAWIRA.A

•Polisakarida = biopolimer yang banyak dimanfaatkan industri pangan dan bahan Farmasi.

•Sumber polisakaridaTumbuhan = pati, selulosa gum

umunya pada tumbuhan sebagai penyusun dinding sela tau sebagai cadangan makanan

Dari jenis rumput laut, algae dll.Dari mikroba Eksopolisakarida

PENDAHULUAN

•Donot et al. (2012) mengklasifikasi polisakarida yang dihasilkan oleh mikroorganisme dalam 3 kelompok tergantung letak keberadaanya di sel :

1. Sitosolic polisakarida meyediakan sumber karbon dan energi untuk Sel

2. Polisakarida yang menyusun dinding sel, termasuk peptidoglikan, techoid acids dan lipopolisakarida

3. Polisakarida yang keluar ke lingkungan ekstraseluler dalam bentuk kapsul atau biofilm, yang dikenal sebagai EPS.

•Pullulan merupakan EPS yang dihasilkan oleh fungi dari genus Aureobasidium.

•Awalnya dijuluki “black yeast” karena menghasilkan pigmet hitam yaitu melanin.

•Pullulan termasuk homopolisakarida dengan ikatan linear yang tersusun dari 3 glukosa maltriosa dengan ikatan : α-(1-4)-Glu-α(1-4)-Glu-α-(1-6) dan dalam bentuk lain (α-(1-4)-Glu-α(1-4)-Glu-α-(1-6)- Glu-α-(1-6)) maltotetraosa

•Produksi pullulan terjadi pada fase akhir eksponensial dan pada fase awal stasioner.

Struktur dan parameter kualitas Pullulan

Wave number (cm-1) Penentuan

Standar pullulan (sigma)

Pullulan dari A. pullulans RBF 4A3

3399.4 3397.7 O-H stretching

2924.7 2927.6 C-H stretching

1651.9 1652.2 O-C-O stretching

1418.6 1414.8 C-O-H stretching

1156 1155.7 C-O-C stretching

1022.1 1018.5 α-(1-6) –D-Glukosidik

852.8 849.5 α -D glukopiranosida

756 755.6 α-(1-4) –D-Glukosidik

Tabel 2. FTIR pullulan yang dihasilkan A.Pullulans RBF-4A3 dibandingkan dengan standart

Sumber : Choudhury et al. (2011)

Parameter Spesifikasi

Penampakan Serbuk putih, putih kekuning-kuningan

Kelarutan air (25 0C) Mudah terlarut

Aktivitas spesifik optis [α]D2O

(1% in water)

Minimum + 1600

Polipeptida (%) Maksimum 0,5

pH larutan 5-7

Mineral residu-ash (sulphated, %)

Maksimum 3

Moisture (loss on drying, %) Maksimum 6

Berat molekuler (kisaran, kDa) 100 -250

Tabel 1. kualitas dan parameter utama Pullulan

Sumber : Singh et al. (2008)

•sebagian besar fungsi EPS diproduksi MO melindunginya dari kondisi stress yang berasal dari lingkungan biotic maupun abiotik eg : suhu, pH.

•Microorganisms would like to surround themselves with a highly hydrated exopolysaccharide layer, which may protect itself from desiccation and against predation by protozoans.

Biosintesis pullulan

• EPS biosintesis dibagi dalam 3 tahap :

1. Asimilasi dari substrat carbon

2. Sintesis Intraselluler dari polisakarida

3. EPS merembes keluar dari sel

• Mekanisme biosintesis pullulan terdapat 3 enzim yang berperan aktif : α-phospoglucose mutase, uridine diphosphoglucose pyrophosphorylase (UDPG-pyrophosphorylase) dan Glucosyltransferase. Sumber : Cheng et al. (2011)

•Aureobasidium pullulans merupakan yeast hitam atau yeast yang serupa dengan fungi secara luas tersebar dan diperoleh dimanapun pada semua ekologi termasuk hutan, tanah, air laut, jaringan tanaman maupun hewan (Leathers, 2003 dalam Wu et al., 2012).

•Tidak seluruhnya strains Aureobasidium pullulans mempunyai kemampuan menghasilkan pullulan

Jenis Strain A. Pullulans terhadap produksi Pullulan

Tabel 3. Sumber Mikroba dari Pullulan

Sumber : Singh et al. (2008)

Permasalahan produksi pullulan

•Terbentuknya pigmen melanin pada pullulan

•Pengaruh inhibitor akibat tingginya konsentrasi gula

•Tingginya biaya produksi pullulan yang berhubungan dengan presipitasi dan recovery pullulan

Isolasi A. Pullulans strain terbaru dari berbagai sumber

Sumber : Singh et al. (2008)

•Isolasi A. pullulans dari Bunga Caesulia axillaris (Choudhury et al., 2011) A. pullulans RBF-4A3.

•Isolasi A. pullulans dari sampel lumpur laut dari laut kuning di daerah lianyunggang, Jiangsu, Cina (Wu et al., 2012) A.pullulans CJ001.

•Isolasi A. pullulans dari reaktor biogas skala lab yang beroperasi di North wyke research, barat daya Inggris (Ravella et al., 2010) berdasarkan pilogenetik strain A.pullulans yang diperoleh hampir mendekati dengan strain A.pullulans YS67.

•Aureobasidium pullulans RBF-4A3 memiliki sifat osmotolerant yaitu toleran terhadap konsentrasi tinggi sumber karbon (50% konsentrasi glukosa) dan mengkonversi secara efisien menjadi eksopolisakarida.

•Selain itu dihasilkan dan eksopolisakarida bebas melanin.

A. pullulans RBF-4A3

Sumber : Choudhury et al. (2011)

A. pullulans CJ001

• Pengamatan terhadap strain baru A. pullulans yang di isolasi dari reactor biogas dengan menggunkan flask (inkubasi T : 28 0C, digoyang pada 200 rpm, selama 4 hari) dengan medium dengan sumber karbon berbeda yaitu sukrosa, glukosa, xyilosa, selobiosa dan fruktosa menunjukan produksi EPS yang berbeda.selain itu juga digunakan sumber nitrogen yang berbeda.

• Percobaan pada tanki strire fermenter “fermac 200 fermenter” pada suhu 25 oCdan dilakukan pengadukan (300 rpm) selama 4 hari diperoleh hasil maksimum 40,1 g/l dengan produktivitas per hari sebesar 12,5 g/l yang dilakukan secara batch

A. pullulans isolasi dari bioreaktor gas

Sumber : Ravella et al. (2010)

• Produksi pullulan oleh Aureobasidium pullulans dipengaruhi oleh beberapa factor : jenis strain yang digunakan, sumber alami karbon pada medium, pH kultur, suhu inkubasi, dan konfigurasi bentuk fermenter. Selain itu yang lebih penting lagi adalah sumber nitrogen (N) dan jumlah konsentrasi yang digunakan (Zheng et al., 2008).

• Choudhury et al. (2012), menguji interaksi antara komponen komplek medium (yeast extract, peptone, dan glukosa) dengan level berbeda pada produksi pullulan oleh strain A. pullulans RBF-4A3.

• Penelitian menggunakan CCD (central composite design) sehingga bisa ditentukan level optimumnya.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI PULLULAN

• Penelitian Choudhury et al. (2012) melaporkan bahwa konsentrasi yeast extract memegang peranan kritis dan secara signifikan mempengaruhi produksi pullulan dibandingkan dengan pepton. Saat rasio konsentrasi yeast extracts di tingkatkan sedangkan konsentrasi pepton dan glukosa dibuat tetap, maka terjadi peningkatan yield pullulan.

• Kondisi optimum dari komposisi media untuk produksi pullulan dengan model statistic diprediksi pada kisaran konsentrasi glukosa 16,72%, 3% yeast extract, dan 1% pepton dengan produksi maksimal pullulan 68,0 g/l dimana kondisi aktualnya sebesar 70,4 g/l.

Two stage methods (kontrol pH control dan suhu)

Sumber : Xie et al. (2011)

KESIMPULAN

• Pullulan merupakan eksopolisakarida yang dihasilkan oleh Aureobasidium pullulans memiliki potensi untuk diaplikasikan pada produk pangan karena sifat fisik kimia dan kandungan bioaktifnya. Setelah penghambat produksi dan kualitas pullulan yaitu melanin telah dipecahkan, selanjutnya menekan biaya produksi pullulan yang lebih besar.

• Banyak metode yang telah digunakan untuk meningkatkan produksi pullulan. Salah satu metode yang dilakukan dengan meningkatkan aktivitas produksi pullulan dari isolasi strain terbaru dari berbagai sumber, optimasi sumber karbon dan nitrogen pada medium, serta kondisi pertumbuhan optimum Aureobasidium pullulans untuk memproduksi EPS.

Terima kasih

Tabel 3. Ringkasan aplikasi pullulan

Sumber : Cheng et al. (2011)