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/