MAKALAH MIKRO.INDUSTRI PENGOLAHAN PANGAN“TEKNOLOGI ENZIM”

Disusun Oleh :

Decca A.S.P H0908066

Febrina thia H0908108

Lisawati B H0908116Hani yahdiyani H0908...Annastasya H0908...

ILMUDAN TEKNOLOGI PANGAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011

Teknologi Enzim

Hanya 1% dari enzim sejauh ini diidentifikasi diproduksi secara komersial

dan volume terbesar (35%) adalah protease untuk digunakan dalam pembuatan

deterjen. Namun, kemajuan dalam bioteknologi memiliki dampak yang signifikan

pada jumlah dan jenis enzim baru yang tersedia untuk digunakan dalam

pengolahan makanan atau produksi bahan khusus. Terdapat pertumbuhan yang

pesat dalam beberapa tahun terakhir dalam penggunaan enzim untuk mengurangi

biaya pengolahan, untuk meningkatkan hasil ekstrak dari bahan baku, untuk

memperbaiki penanganan bahan, dan meningkatkan daya simpan dan

karakteristik organoleptik makanan (Tabel 7.4). Keuntungan utama

dalam menggunakan enzim bukan modifikasi kimia yang Reaksi enzymic

dilakukan dibawah kondisi ramah suhu dan pH, dan sangat spesifik, sehingga

mengurangi jumlah reaksi dan produk samping. Pemilihan enzim yang tepat

untuk aplikasi tertentu bisa sulit dan pedoman metode untuk melakukan hal ini

diberikan oleh West (1988).

Enzim aktif pada konsentrasi rendah dan tingkat reaksi mudah dikontrol

dengan penyesuaian kondisi inkubasi. Rincian faktor yang mempengaruhi

aktivitas enzim dan tingkat reaksi dijelaskan oleh Whitaker (1972). Namun, biaya

dari kebanyakan enzim yang tinggi dan, dalam beberapa produk, enzim harus

diinaktivasi atau dihilangkan setelah pengolahan yang menambah biaya produksi.

Seperti protein lain, enzim dapat menyebabkan respon alergi pada beberapa

orang, dan mereka biasanya melapisi atau amobil pada bahan karier untuk

mengurangi risiko menghirup debu enzim oleh operator.

Tabel 7.3 Perubahan Kandungan Vitamin Pada Beberapa Bahan Makanan

Terpilih Selama Fermentasi

Tabel 7.4. Enzim yang Digunakan Dalam Pengolahan Bahan Pangan

7.2.1 Produksi Enzim dari Mikroorganisme

Enzim mikroba mempunyai aktivitas optimum di bawah kondisi serupa dengan

yang mengizinkan pertumbuhan optimum sel. Mereka baik disekresikan oleh sel

ke dalam media sekitarnya (produksi 'Ekstraselular') atau ditahan dalam sel

('intraseluler' enzim). produksi enzim ekstraselular terjadi baik dalam fase

logaritmik atau fase pertumbuhan stationar, sedangkan enzim intraselular yang

dihasilkan selama pertumbuhan logaritmik tetapi hanya dilepaskan ke medium

ketika sel-sel mengalami lisis pada fase stasioner atau penurunan (Gambar 7.1).

Persyaratan produksi enzim komersial dari mikro-organisme adalah sebagai

berikut:

Mikro-organisme harus tumbuh dengan baik pada substrat murah

Substrat harus tersedia dalam jumlah yang memadai, dengan kualitas yang

seragam

Mikro-organisme akan memberikan hasil enzim yang tinggi konstan dalam

waktu singkat

Metode pemulihan enzim harus sederhana dan murah

Penyusunan enzim harus stabil.

Enzim diproduksi oleh salah satu permukaan kultur pada substrat padat

(contohnya kulit beras, kulit buah, tepung kedelai atau tepung gandum) atau oleh

kultur tercelup menggunakan substrat cair (untuk contoh molase, hidrolisat pati

atau minuman fermentasi jagung ). Mineral khusus mungkin harus ditambahkan

ke dalam substrat untuk memaksimalkan produksi enzim. Kultur Terendam telah

menangani biaya lebih rendah dan resiko yang lebih rendah dari kontaminasi dan

lebih cocok untuk otomatisasi daripada substra yang padat . Pada metode batch,

inokulum tersebut akan ditambahkan ke substrat steril di 3-10% dari volume

substrat dan sel ditumbuhkan di bawah kondisi yang terkendali untuk 30-150 jam

dalam kapasitas mulai 1000-100 000 l. Mikroprosesor yang digunakan secara

otomatis mengontrol pH, oksigen terlarut, karbon dioksida dan suhu (Armiger

dan Humphrey, 1979).

Keberhasilan produksi enzim komersial tergantung pada maksimalnya

aktivitas mikro organisme- dan meminimalkan biaya substrat dan inkubasi dan

prosedur pemulihan. Enzim ekstraselular adipulihkan dari media fermentasi

dengan sentrifugasi, filtrasi, pengendapan fraksional, pemisahan kromatografi,

elektroforesis, pemisahan membran, pengeringan beku atau kombinasi metode ini

(Skinner, 1975). Enzim intraselular yang diambil dari sel yang terganggu dalam

homogeniser atau gilingan. Pemulihan lebih sulit dan hasilnya lebih rendah

daripada enzim ekstraseluler, karena beberapa enzim yang disimpan dalam massa

sel. Jika diperlukan, aktivitas spesifik enzim ditingkatkan dengan pengendapan

dengan aseton, alkohol atau sulfat amonium atau dengan ultrafiltrasi (Bab 6).

7.2.2 Aplikasi enzim dalam pengolahan makanan

Operasi batch digunakan secara luas jika biaya enzim rendah. Enzim

dicampur dengan makanan, diperbolehkan untuk mengkatalisis reaksi yang

diperlukan, dan kemudian ditahan dalam makanan atau dinonaktifkan oleh panas.

Dalam operasi kontinyu, enzim amobil didukung oleh materi:

• mikro-enkapsulasi di membran polimer yang menyimpan enzim, tetapi

• mengijinkan perjalanan substrat dan produk

• lampiran elektrostatik resin pertukaran ion

• adsorpsi pada koloid silika dan / atau ikatan silang dengan glutaraldehid

• ikatan kovalen polimer organik

• terperangkap dalam serat polimer (untuk triactetate misalnya selulosa

atau pati)

• co-polimerisasi dengan anhidrida maleat

• adsorpsi ke arang, poliakrilamida, atau kaca (Konecny, 1977).

Keuntungan utama dari immobilisasi enzim adalah bahwa enzim digunakan

lagi, maka pengolahan kontinu dan kontrol pH lebih dekat dan suhu optimal untuk

mencapai aktivitas optimal. Imobilisasi pada saat ini digunakan ketika enzim sulit

untuk mengisolasi atau mahal untuk mempersiapkan. Keterbatasan utama adalah:

Biaya yang lebih tinggi dari operator, alat dan pengendalian proses.

Perubahan pada pH dan reaksi kinetic dari enzim

Aktivitas yang hilang (kehilangan mencapai 25-60%).

Resiko terkontaminasi mikrobia

Dalam penggunaan, baik enzim imobilisasi dicampur dengan substrat cair

kemudian dihilangkan dengan cara sentrifugasi atau filtrasi dan dipakai lagi,

alkohol dilewatkan pada tempat enzim imobilisasi ke dalam reaktor. Enzim

imobilisasi harus memenuhi karakteristik sebagai berikut:

Hanya perlu waktu singkat untuk bereaksi

Stabil terhadap perbedaan suhu dan kondisi pengoperasian selama periode

tertentu (contoh: isomerase glukosa digunakan selama 1000 jam pada 60-

65oC)

Mampu beregenerasi

Ringkasan aplikasi makanan dari kelompok enzim utama ditunjukkan pada Tabel

7.5.

Tabel 7.5 Penggunaan Enzim Dalam Industri Pangan

Karbohidrase

Golongan enzim ini menghidrolisis polisakarida atau oligosakarida. Jenis yang

penting secara komersial antara lain:

• α-Amilase

• glukoamilase

• invertase

• laktase

• glukosa isomerase.

α-Amilase secara acak menghidrolisis ikatan α–(1→4) untuk mencairkan pati dan

memproduksi maltosa. α-Amilase tidak menghidrolisis ikatan α–(1→6),

sehingga meninggalkan dekstrin dengan berat molekul rendah dan oligosakarida

unhydrolyse. Produk ini digunakan sebagai pemberi rasa tawar, bahan fungsional

pada sup kering,makanan bayi dan saus. Enzim juga digunakan untuk

menghidrolisis pati terbatas untuk memproduksi lemak tiruan (*subtitusi lemak

rendah kalori). β-amilase adalah exoenzim yang menghilangkan unit maltose dari

rantai ujung amilosa yang nonreduksi. Dalam amilopektin, pembelahan berhenti

beberapa unit dari cabang α-1,6. Produk sirup maltosa dari pati gandum atau

kedelai yang memiliki aplikasi yang luas, contohnya, pembuatan bir, permen dan

produk roti.

Glukoamilase (atau amiloglukosidase) adalah enzim sakarifikasi yang

menghilangkan unit glukosa berturut-turut dari ujung nonreduksi molekul pati

dengan cepat pembelahan dari ikatan 1,4-α dan pembelahan lebih lambat dari

ikatan α-1,6. Berbeda dengan α- amylase, hidrolisis rantai linear dan cabang untuk

membentuk glukosa. Produk terasa manis, kemampuan fermentasi hidrolisat

dengan senyawa fungsional khusus, yang digunakan dalam produksi alcohol,

asam askorbat dan penisilin. Pati yang sering digunakan adalah jagung, gandum,

tapioka dan kentang (Olsen, 1993).

Preparat amilase jamur komersial, yang mengandung jumlah yang lebih

kecil dari fosfatase, glukoamilase dan protease, pati sakarifikasi ke jangkauan

yang lebih besar daripada amilase tunggal. Mereka menghasilkan maltose dalam

jumlah besar yang signifikan tanpa jumlah glukosa yang jumlahnya signifikan dan

digunakan dalam aplikasi berikut:

untuk menghilangkan asap pati dan untuk mengurangi viskositas pada jus

buah

untuk mengkonversi pati cokelat menjadi dekstrin untuk mengurangi

viskositas dan meningkatkan stabilitas sirup cokelat

untuk memproduksi sirup glukosa (Delrue, 1987)

untuk mengurangi viskositas adonan dan untuk mempercepat proses

fermentasi oleh yeast/ragi

untuk meningkatkan volume roti dengan memecah pati tergelatinisasi pada

suhu di atas suhu survivable/pertahanan oleh enzim-enzim (Law, 1990).

Bakteri amilase mencairkan pati pada suhu tinggi (Tabel 7.4). Mereka

digunakan untuk memproduksi sirup glukosa dan maltosa dan untuk

menggantikan gandum dalam pembuatan bir. Dalam proses ”baking” mereka

digunakan untuk meningkatkan produksi gas, warna, umur simpan dan

karakteristik roti. Glukoamilase digunakan untuk meningkatkan kadar alkohol dan

mengurangi kandungan karbohidrat bir, dengan mengubah dekstrin menjadi gula

fermentasi selama proses fermentasi. Hal ini juga digunakan dalam produksi cuka

dan ragi dari produk-produk berbasis pati.

Invertase menghidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Hal ini

digunakan untuk menghilangkan sukrosa dari makanan, untuk mencegah

kristalisasi pada molase, dan dalam produksi gula invert, permen kapas, minuman

keras dan makanan beku.penutup. Lactase (-D-galactosidase) menghidroisis

laktosa menjadi D-glucose and D-galactose. Hal itu digunakan untuk mencegah

kristalisasi dalam es krim dan konsentrat susu beku, dalam kultur starter untuk

keju, dan menyiapkan makanan-makanan bagi mereka yang menderita laktosa

intolerans (Bauer, 1986).

Glukosa isomerase digunakan untuk memproduksi pemanis sirup jagung

tinggi fruktosa (HFCS) dari glukosa. Proporsi yang berbeda dari fruktosa dan

glukosa disusun oleh penyesuaian dari waktu inkubasi dengan enzim. Dua Produk

ini banyak digunakan sebagai alternatif untuk sukrosa dalam industri roti dan gula

(Law, 1990): HFCS-42 dan HFCS-55, masing-masing berisi 42% dan 55%

fruktosa (berdasarkan berat kering). Aplikasi lain meliputi produksi dextrosa dari

pati jagung, jus buah dan klarifikasi anggur, penggantian glukosa dari telur putih,

inversi sukrosa dan chillproofing bir (Hultin, 1983).

Tingkat hidrolisis pati diukur dengan dekstrosa ekuivalen (DE).

Maltodekstrin (DE 15-25) digunakan sebagai pengisi, penstabil, pengental dan

pasta dalam berbagai makanan. Ketika hidrolisis dilanjutkan, berbagai pemanis

dapat dibuat, memiliki dekstrosa ekuivalen dari 40-45 (maltosa), 50-55 (maltosa

tinggi) dan 55-70 (sirup konversi yang tinggi). Siklodekstrin adalah molekul yang

mengandung 6-8 unit glukosa, terhubung bersama dalam sebuah cincin.

Siklodekstrin bisa mengikat molekul lain dalam rongga dan karena itu

menstabilkan, melarutkan atau mengendapkan senyawa lainnya. Mereka juga

banyak digunakan untuk enkapsulasi rasa dan aroma. Mereka dihasilkan dari pati

dengan menggunakan enzim cyclodextrin glycosyl transferase (CGT-ase)

(Pszczola, 1988; Nielsen, 1991).

Enzim Pektik

Ada tiga jenis enzim pektik: pektin esterase, dan pektin poligalakturonase dan

pectin lyase meskipun yang terakhir tidak digunakan secara komersial. Pektin

esterase menghidrolisis grup metoksil dari molekul pektin menjadi bentuk low-

metoksil pektin dan asam polygalacturonic (pektik). Poligalakturonase

menghidrolisis ikatan α-(1 -> 4) asam polygalacturonic untuk memproduksi

oligogalacturonans dan asam galacturonic. Poligalakturonase punya bentuk endo

maupun exo yang masing-masing menghidrolisis polimer secara acak dan

berurutan dari akhir. Endo-poligalakturonase lebih berguna karena lebih cepat

memproduksi depolymerisasi molekul pektin. Persiapan jamur enzim pektik,

khususnya dari Aspergillus spp., yang terdiri dari poligalakturonase, pektin

methylesterase, selulase, hemisellulase dan protease, digunakan untuk:

mempercepat tingkat filtrasi jus buah

menghilangkan pektin dari dasar buah sebelum standardisasi gel dalam

pembuatan selai

mencegah pembentukan gel yang tidak diinginkan dalam ekstrak buah dan

sayuran

standarisasi karakteristik pektin untuk variasi penggunaan sebagai pengental

memulihkan minyak jeruk

menstabilkan busa di jus buah.

(Rombouts dan Pilnik (1978), King (1991) dan Faigh (1995)).

Selulase dan hemisellulase

Persiapan jamur selulase, yang berisi sejumlah kecil dari hemisellulase dan

pektinase, bertindak pada ikatan α-(1 -> 6) unit glukosa dalam bentuk larutan

selulosa. Mereka digunakan untuk:

• meningkatkan filtrasi ekstrak vanili

• melembutkan sayuran sebelum memasak

• menghilangkan kulit kacang sebelum ekstraksi minyak untuk menghemat

energi

• Ekstrak senyawa rasa dari sayuran yang sebelumnya sulit dan mahal.

Hemisellulase menurunkan viskositas getah beberapa tanaman dengan

konversi D-xylans menjadi xylo-oligosakarida, D-xylosa dan L-arabinosa.

Mereka digunakan:

• untuk mengurangi viskositas konsentrat kopi

• dalam ekstraksi dan klarifikasi jus jeruk

• dalam hidrolisis apel dan anggur menjadi gula fermentasi

• untuk meningkatkan hasil dari minyak atsiri, rempah-rempah dan ekstrak

tumbuhan lainnya.

Protease

Protease diklasifikasikan menurut pH optimal mereka dalam tipe asam, netral dan

basa. Asam protease diproduksi sebagian besar oleh jamur, dan protease netral

dan basa dihasilkan oleh jamur dan bakteri (Tabel 7.4). Bakteri protease netral,

yang juga berpengaruh signifikan α-amilase dan aktivitas protease basa,

digunakan untuk menghidrolisis protein tanaman dan hewan dan untuk

meningkatkan rasa crackers dan penanganan adonan pizza. Jamur protease asam

yang memiliki berpengaruh signifikan pada kegiatan α-amilase digunakan untuk:

• menghidrolisis gluten untuk mengurangi waktu pencampuran, untuk membuat

adonan lebih lentur dan untuk meningkatkan volume dan tekstur roti

• tenderise daging

• menyiapkan produk daging cair

• mengurangi viskositas dan mencegah gelasi dari terkonsentrasi produk ikan

larut

• mengurangi waktu setting untuk gelatin tanpa mempengaruhi kekuatan gel.

Bromelain adalah campuran protease yang menghidrolisis protein tanaman

dan hewan menjadi asam amino dan peptida. Digunakan untuk:

• tenderise daging

• meningkatkan penanganan adonan pizza

• chillproof bir

• menghasilkan wafel, pancake dan wafer.

Papain dan ficin adalah protease yang memiliki kekhususan substrat yang

luas dan stabilitas pada suhu tinggi. Mereka digunakan untuk menghasilkan

perasa gurih untuk sup, untuk chillproof bir dan sebagai pelembut daging. Rincian

tindakan papain diberikan oleh Law (1990).

Rennet sebagian protein susu menggumpal untuk membentuk dadih kasein

dalam produksikeju (Bagian 7.2.1). Sebuah aktivitas proteolitik yang rendah

diperlukan untuk mencegahm pelarutan dari kasein dan untuk mencapai hasil

yang memadai rasa keju yang benar. Rennet anak sapi mahal dan menggunakan

protease mikroba oleh karena itu meningkat. Protease jamur memiliki aktivitas

lebih rendah daripada protease bakteri dan protease dari M. meihei atau

M.pusillus yang digunakan untuk waktu fermentasi pendek dan menengah.

Perkembangan pada rekombinan teknologi asamdeoksiri bonuklea (DNA)

diterapkan untuk memproduksi keju dijelaskan oleh Law (1986).

Chymosin adalah enzim pertama yang tersedia secara komersial dari

rekayasa genetika Kluyveromyces lactis dan Escherichia coli (Roller et al, 1991.).

Oksidase

Glukosa oksidase mengoksidasi glukosa dengan adanya oksigen untuk

membentuk asam glukonat.Hal ini digunakan untuk de-glukosa, dan karenanya

untuk menstabilkan produk telur,dan meningkatkan daya simpan botol bir,

minuman ringan dan makanan sensitif oksigen lainnya. Ini memiliki keunggulan

dibandingkan kimia anti-oksidan karena tidak kehilangan aktivitas dari waktu ke

waktu karena tidak dioksidasi sendirinya. Katalase terurai peroksida hidrogen

untuk membentuk air dan oksigen. Hal ini digunakan untuk menyediakan oksigen

untuk de-glukosa produk telur oleh oksidase glukosa.

Lipase menghidrolisis lemak dan ester asam lemak untuk membentuk

digliserida dan monogliserida. Persiapan yang berisi jumlah yang lebih kecil dari-

amilase dan protease yang digunakan untuk:

memperbaiki sifat mengocok albumin telur

memodifikasi atau solubilise lemak

memecah emulsi

meningkatkan rasa produk susu

menghasilkan asam lemak bebas dari lemak susu.

Asam lemak yang digunakan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan rasa

alami, dalam jumlah lebih besar untuk memberikan rasa mentega dan dalam

jumlah besar untuk memberikan rasa keju.Mereka digunakan dalam celupan rasa

keju, saus dan makanan ringan, keju diproses, sup, produk panggang dan kue

coklat. Lipase dari Candida cylindracea dan Mucor mehiei telah digunakan untuk

antar-esterify trigliserida dalam minyak sawit untuk mengubah kurva pelelehan

untuk satu yang mirip dengan mentega kakao dan dengan demikian meningkatkan

nilainya. Phospholipases digunakan untuk memperbaiki sifat-sifat pengemulsi dari

fosfolipid dan dapat digunakan dalam interesterifikasi untukmengubah sifat fisik

mereka (Law, 1990).

Enzim lainnya

Reduktase diacetyl mengubah rasa senyawa diacetyl untuk acetoinham

baru untuk meningkatkan rasa dalam bir(Eckett, 1985). Phosphodiesterases jamur

dapat digunakan untuk membuat peningkatan rasa 5-nukleotida yang menekankan

rasa daging dalam sup, sausdangravies. Enzim juga digunakan untuk debittering

produk buah, misalnya limoninase yang menghidrolisis komponen pahit dalam jus

jeruk atau nariniginase yang memecah naringin dalam jus jeruk. Pentosanas

emengkonversi pentosan ke D-xilosa dan L-arabinosa untuk mengurangi pembasian

roti, untuk mengurangi viskositas adonan,untuk meringankan remah roti gandum

dan mencegah dari pemisahan dari kerak selama memanggang. glucanases

mengkonversi glukan ke D-glukosa untuk memfasilitasi penyaringan jelai Wort

dalam proses pembuatannya.Stachyase mengkonversi stachyose dan rafinnoseke

monosakarida dalam 192 teknologi pengolahan makanan dapat mengurangi gas

dalam perut yang dihasilkan oleh makanan polongan. Tripsin protease

menghambat pengembangan rasa di oksidasi dalam susu dan kolagenase dan

elastase melembutkan dan melunakkan jaringa nikat pada daging. Contoh lain

aplikasi enzim dalam makanan pengolahan yang diberikan oleh Whitaker(1990).