TUGAS PAPER BIOTEKNOLOGI PANGAN

MANFAAT APLIKASI

TEKNIK REKAYASA GENETIKA MIKROORGANISME

Disusun Oleh:

Anita Margareta (0711010093)

Desy Marshelina S (0711010013)

Irene Marcella Limanhadi (0711010025)

Novi Sintya Dewi (0711010047)

Eunike Agrivina (0711010023)

\

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIANFAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG

2009

BAB 1

PENGERTIAN, SEJARAH DAN PERKEMBANGAN

BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi berasal dari istilah latin, yaitu bio (hidup), teknos (teknologi,

penerapan), dan logos (ilmu), yang secara harafiah berarti ilmu yang menerapkan prinsip-

prinsip biologi. Bioteknologi adalah salah satu cara manusia untuk menghasilkan suatu

produk atau jasa menggunakan makhluk hidup atau sebagainya. Mikroorganisme atau

mikroba adalah makhluk hidup satu sel yang tidak dapat dilihat secara kasat mata. Dapat

berupa bakteri, jamur, atau alga satu sel. Peranan bioteknologi, diantaranya dalam bidang

pangan, kesehatan, pertanian, peternakan, lingkungan, dan pertambangan

(Maulana.2008). Ciri utama bioteknologi adalah:

Adanya benda biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan, atau hewan

Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri

Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian

Bioteknologi tradisional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroba,

proses biokimia, dan proses genetik alami seperti mutasi dan rekombinasi genetik.

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau

rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia. Bioteknologi

yang didasarkan pada manipulasi DNA dilakukan dengan memodifikasi gen-gen spesifik

dan memindahkannya pada organisme yang berbeda seperti bakteri, hewan, dan

tumbuhan.

Aplikasi bioteknologi mencakup berbagai aspek pada kehidupan manusia, seperti

aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan pengobatan. Pada bidang

pangan, beberapa contoh aplikasinya adalah: tempe, yang dibuat dari kedelai dengan

menggunakan jamur Rhizophus ; oncom, yang dibuat dari ampas kedelai dengan

menggunakan jamur Neurospora sitophila ; tapai, dibuat dari ketela pohon dengan

menggunakan khamir Saccharomyces cerevisiae ; keju dan yoghurt yang dibuat dari susu

sapi dengan menggunakan bakteri Lactobacillus . Dalam bidang kesehatan dan

pengobatan, beberapa contoh aplikasinya adalah antibiotik yang digunakan untuk

pengobatan yang diisolasi dari bakteri dan jamur, dan vaksin yang merupakan

mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat

untuk meningkatkan imunitas (Aryulina.2005).

Bioteknologi tradisional maupun modern telah menggunakan mikroorganisme

sebagai bagian suatu proses untuk menghasilkan produk dan jasa. Bioteknologi umumnya

menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast), dan kapang dengan alasan:

Pertumbuhan cepat

Sel-selnya mempunyai kandungan protein yang tinggi

Dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya, misalnya dari

limbah pertanian

Menghasilkan produk yang tidak toksik

Sebagai organisme hidup, reaksi biokimianya dikontrol oleh enzim organisme

itu sendiri sehingga tidak memerlukan tambahan reaktan dari luar

BAB 2

BIOTEKNOLOGI MIKROORGANISME

2.1 Penghasil Bahan Makanan

Beberapa jenis jamur dapat digunakan untuk menghasilkan zat pewarna makanan.

Jamur Neurospora sitophila (jamur pada oncom) misalnya, dapat menghasilkan zat warna

merah atau oranye. Zat warna ini merupakan zat pewarna alami yang lebih aman

dibandingkan dengan pewarna buatan karena tidak mengandung bahan sintetis.

Pada pembuatan roti, khamir/ragi Saccharomyces ditambahkan ke dalam adonan

tepung gandum sehingga terjadi proses fermentasi (tidak membutuhkan oksigen besar).

Persamaan reaksi fermentasi adalah sebagai berikut:

C6H12O6 + ragi = 2CO2 + 2H5OH + energi

Gelembung-gelembung gas CO2 yang terbentuk berguna untuk mengembangkan adonan

roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap.

Proses pembuatan tuak dan bir juga demikian. Bahan baku tuak dapat berupa

ketan, sedangkan bahan baku pembuatan bir berupa biji padi-padian yang dikecambahkan

dahulu kemudian dikeringkan. Kecambah yang kering ini kemudian dibuat tepung dan

akhirnya diberi ragi sehingga terjadi proses fermentasi. Asam cuka dapat diproduksi

melalui pertolongan bakteri asam cuka (acetobacter). Bahannya berupa gula, yang diubah

menjadi asam cuka. Air nira (mengandung gula) juga dapat berubah menjadi asam cuka

setelah disimpan beberapa lama, karena aktivitas bakteri asam cuka.

2.2 Penghasil Protein Sel Tunggal (PST)

PST merupakan protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme dan berada di

dalam sel mikroorganisme tersebut. Protein ini beratnya mencapai 80% dari berat total

sel. Mikroorganisme tersebut meliputi ganggang dan bakteri. Mikroorganisme memiliki

kemampuan reproduksi sangat cepat, sehingga dapat dihasilkan protein dalam jumlah

banyak dalam waktu yang singkat. Contoh dari mikroorganisme penghasil protein sel

tunggal adalah:

Bakteri Methylophyllus methylotropus. Protein dari bakteri ini memilikki

kandungan asam nukleat yang tinggi dan sulit dicerna oleh manusia, sehingga

diolah menjadi makanan ternak

Gangga hijau Chlorella. Ganggang hijau yang hidup di air tawar ini menghasilkan

protein yang dimanfaatkan untuk obat atau makanan tambahan (suplemen). Selain

Chlorella, ganggang spirulina juga diketahui merupakan sumber protein sel

tunggal. Spirullina memiliki kandungan asam nukleat yang rendah.

2.3 Penghasil Energi

Beberapa mikroorganisme melakukan proses fermentasi dan menghasilkan zat

organik misalnya senyawa etanol (alkohol). Pembuatan alkohol memerlukan bahan baku

berupa karbohidrat, misalnya gula tebu, singkong, atau zat tepung lainnya. Bahan baku

tersebut kemudian diberi mikroorganisme berupa sel ragi (Saccharomyces). Sel-sel ragi

merubah karbohidrat menjadi alkohol. Reaksi tersebut juga menghasilkan karbon

dioksida. Etanol merupakan bahan baku utama dari gasohol. Gasohol adalah bahan bakar

campuran bensin dengan etanol kering/absolut. Gasohol telah mulai digunakan untuk

mengurangi pemakaian bahan bakar fosil (Anonymousa, 2008).

Sumber energi alternatif lain adalah biogas. Biogas merupakan gas metana hasil

penguraian sampah organik secara anaerob oleh mikroorganisme. Sampah organik

dimasukkan dalam suatu tangki. Bakteri anaerob akan hidup di dalamnya dan mencerna

sampah menghasilkan metana yang kemudian disalurkan ke rumah-rumah untuk

memasak seperti halnya elpiji.

Keuntungan penggunaan biogas antara lain biaya pengolahan mesin yang murah

dibandingkan dengan bahan bakar minyak. Sisa pemrosesan dapat digunakan sebagai

pupuk, bebas asap, dan bahan bakunya selalu melimpah.

2.4 Penghasil Antibiotik

Antibiotik penisilin dihasilkan oleh jamur Pennicilium yang ditemukan secara

tidak sengaja oleh Alexander Flemming pada 1929. Ia mengamati bakteri yang

dipeliharanya tidak dapat hidup dalam tabung yang terkontaminasi jamur Penicillium.

Flemming menduga jamur tersebut menghasilkan zat antibiotik sehingga mikroorganisme

lain tidak dapat hidup di sekelilingnya. Setelah diteliti ternyata memang jamur ini

menghasilkan zat anti hidup yang kemudian diberi nama Penicillin. Penicillin digunakan

untuk mengobati berbagai infeksi oleh bakteri.

Untuk membunuh bakteri yang telah kebal terhadap Penisillin digunakan jamur

Cephalosporium yang menghasilkan antibiotik sefalosporin untuk obat radang paru-paru

dan jamur Streptomyces yang menghasilkan antibiotik streptomisin untuk obat TBC.

Sampai sekarang, telah dikenal sekitar 100 macam antibiotik. Jenis antibiotik

yang sudah dikenal diantaranya adalah penicillin, streptomycin, tetrasiklin, aeromisin,

kioromisetin, amfisin, dan sefalosporin. Penicillin dihasilkan oleh jamur Penicillin

notatum. Demikian juga antibiotik streptomycin dihasilkan oleh jamur Streptomyces

griceus. Sementara itu, antibiotik seperti tetrasiklin dan sefalosporin dihasilkan oleh

bakteri.

2.5 Pencerna Limbah

Proses pengolahan limbah rumah tangga dan pabrik dibantu oleh bakteri. Bakteri

akan mencerna limbah, sehingga hancuran limbah dapat dipisahkan antara endapan dan

pelarutnya. Endapan dapat diolah menjadi pupuk sedangkan airnya dapat dibuang ke

lingkungan. Dengan demikian air yang dibuang ke lingkungan sudah tidak mengandung

bahan-bahan pencemar yang meracuni lingkungan.

Macam bakteri pencerna limbah tergantung pada jenis limbahnya. Limbah yang

mengandung senyawa organik dapat dicerna oleh bakteri metanogen (penghasil biogas).

Limbah yang mengandung logam berat dapat dicerna oleh bakteri kemolitotrof (logam

berat yang diendapkan).

2.6 Pemilih Logam dan Bijinya

Pemanfaatan mikroorganisme untuk memisahkan logam dengan bijih logam

diterapkan di tambang logam. Ada beberapa bakteri kemosintesis yang hidup dari zat

anorganik seperti tembaga, besi, dan belerang. Bakteri kemosintesis adalah bakteri yang

dapat membuat senyawa organik dari senyawa anorganik dengan memanfaatkan energi

dari senyawa anorganik tersebut. Contoh bakteri kemosintesis diantaranya adalah:

Thiobacillus ferroxidan untuk memisahkan tembaga dari bijihnya.

2.7 Penghasil Asam Amino

Asam amino adalah senyawa penyusun protein. Gabungan beberapa senyawa

asam amino akan membentuk molekul protein. Asam amino tersebut ada yang bersifat

esensial bagi kita. Artinya tubuh kita tidak dapat memproduksi asam amino tersebut.

Asam amino yang esensial dapat kita peroleh dari makanan atau suplemen. Contoh

bakteri yang dapat menyusun asam amino essensial: Corinebacterium glutamicum, yang

mampu menghasilkan asam glutamat.

2.8 Meningkatkan Produksi Pertanian

Di akar tanaman polong terbentuk bintil-bintil akar karena terdapat bakteri

Rhizobium di dalamnya. Bakteri ini mampu menambat nitrogen dari udara. Sehingga

tanaman polong (kacang) memperoleh ”pupuk gratis” dari bakteri tersebut. Tanaman

memerlukan nitrogen untuk membentuk protein dan untuk pertumbuhan tanaman. Saat

ini telah ditemukan dan dikembangkan strain (galur) bakteri yang mampu menambat

nitrogen secara efektif. Strain bakteri tersebut diberi nama legin yang dapat disimpan dan

dibiakkan di dalam medium untuk dijual. Legin disebarkan di sawah agar tanaman

kedelai atau kacang dapat bersimbiosis mutualisme dengan bakteri tersebut

(Anonymousa.2008).

Hama dan penyakit sering menyerang tanaman. Penyemprotan dengan

menggunakan bahan kimia dapat mencemari lingkungan. Di alam terdapat berbagai

organisme yang dapat menginfeksi hama. Bakteri Bacillus thuringiensis misalnya, dapat

menyerang dan mematikan ulat yang menjadi hama tanaman. Maka bakteri tersebut

dikembangbiakan, kemudian disemprotkan ke lahan pertanian agar dapat mematikan ulat

hama tanaman. Pemberantasan hama tanaman dengan memanfaatkan jasa makhluk hidup

dikenal dengan pengendalian secara biologi atau pengendalian hayati.

2.9 Bidang Pertambangan

Kemampuan mikroorganisme untuk memisahkan logam dan batuan merupakan

bagian dari perkembangan bioteknologi dalam dunia pertambangan mineral. Tembaga,

uranium, dan emas secara efisien dapat diekstrak oleh bakteri Thiobacillus feroxidans

dari bijihnya. Penemuan ini selain dapat meningkatkan mutu logam mineral, juga dapat

mengurangi kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh aktivitas penambangan

(Maulana, 2008).

2.10 Pengembangan Obat Herbal

Bahan baku obat herbal yang terbatas karena sebagian besar bahan baku obat

herbal diambil dari tanaman induknya. Sehingga dikhawatirkan bahwa sumberdaya

hayati ini akan musnah disebabkan karena adanya kendala dalam budidayanya. Peranan

bioteknologi dalam budidaya, multiplikasi, rekayasa genetika, dan skrining mikroba

endofit yang dapat menghasilkan metabolit sekunder sangat penting dalam rangka

pengembangan bahan obat yang berasal dari tanaman obat ini. Bahkan dengan kemajuan

yang pesat dalam bidang bioteknologi ini telah dapat dihasilkan beberapa jenis tanaman

transgenik yang dapat memproduksi vaksin rekombinan.

1. Rekayasa Genetika

Kemajuan yang telah dicapai dalam bidang bioteknologi dan teknik DNA

rekombinan telah membantu mempercepat dan meningkatkan berbagai penelitian menuju

ke arah pemahaman tentang biosintesis dari metabolit sekunder. Berbagai penelitian telah

berhasil mengidentifikasi beberapa enzim yang berperan penting dalam jalan

metabolisme, dan telah berhasil dilakukan rekayasa dan manipulasi terhadap enzim-

enzim tersebut. Teknik rekayasa genetika dengan melakukan transformasi genetik telah

dilakukan untuk memanipulasi lebih dari 120 jenis spesies dari sekitar 35 famili tanaman

menggunakan perantara bakteri Agrobacterium ataupun transformasi langsung (Birch

RG., 1997).

Agrobacterium tumafaciens, dan Agrobacterium rhizogenes, merupakan bakteri

gram-negatif yang terdapat di dalam tanah yang menyebabkan tumor crown gall dan

hairy root pada tanaman. Bakteri Agrobacterium tumafaciens mengandung megaplasmid

yang berperan penting dalam induksi tumor tanaman yang diberi nama Ti plasmid.

Selama proses infeksi, T-DNA yang merupakan segmen penting dari Ti plasmid

ditransfer ke dalam nukleus sel yang terinfeksi dan terintegrasi ke dalam kromosom

hospesnya. Sedangkan bakteri A. rhizogenes dapat menginduksi proliferasi

multibranched di tempat akar yang terinfeksi sehingga disebut dengan “hairy root”.

Melalui infeksi ini dapat ditransfer T-DNA yang dikenal dengan root inducing plasmid

(Ri plasmid), dan kemudian dapat terintegrasi ke dalam kromosom sel tanaman (Nester

EW., et.al.,1984).

Kemampuan bakteri Agrobacterium tumafaciens, dan A. rhizogenes yang mampu

masuk ke dalam nukleus dan berintegrasi ke dalam kromosom tanaman inilah yang

dimanfaatkan oleh para peneliti bioteknologi untuk melakukan modifikasi secara genetik

guna meningkatkan produksi matabolit sekunder tanaman obat, baik tanaman dikotil

ataupun monokotil. Transformasi genetik terhadap tumbuhan obat telah banyak yang

berhasil dilakukan. Beberapa diantaranya adalah transformasi genetic menggunakan

Agrobacterium tumafaciens terhadap tanaman transgenic Azadirachta indica yang

mengandung rekombinan plasmid pTiA6, Atropa belladonna, dan Echinea purpurea dan

terbukti dapat meningkatkan komposisi alkaloid secara signifikan. Berbagai jenis

tanaman lain juga telah diteliti peningkatan kadar metabolit sekunder yang dihasilkannya

melalui transformasi genetik dengan Agrobacterium rhizogenes antara lain adalah

terhadap kultur sel/jaringan yang berasal dari tanaman Aconitum heterophyllum, Digitalis

lanata, Papaver somniferum L, dan Solanum aviculare.

2. Mikroba Endofit

Mikroba endofit adalah mikroba yang hidup di dalam jaringan tanaman pada

periode tertentu dan mampu hidup dengan membentuk koloni dalam jaringan tanaman

tanpa membahayakan inangnya. Setiap tanaman tingkat tinggi dapat mengandung

beberapa mikroba endofit yang mampu menghasilkan senyawa biologi atau metabolit

sekunder yang diduga sebagai akibat koevolusi atau transfer genetik (genetic

recombination) dari tanaman inangnya ke dalam mikroba endofit. Kemampuan mikroba

endofit memproduksi senyawa metabolit sekunder sesuai dengan tanaman inangnya

merupakan peluang yang sangat besar dan dapat diandalkan untuk memproduksi

metabolit sekunder dari mikroba endofit yang diisolasi dari tanaman inangnya tersebut.

Dari sekitar 300.000 jenis tanaman yang tersebar di muka bumi ini, masing-

masing tanaman mengandung satu atau lebih mikroba endofit yang terdiri dari bakteri

dan jamur. Sehingga apabila endofit yang diisolasi dari suatu tanaman obat dapat

menghasilkan alkaloid atau metabolit sekunder sama dengan tanaman aslinya atau

bahkan dalam jumlah yang lebih tinggi, maka tidak perlu menebang tanaman aslinya

untuk diambil sebagai simplisia, yang kemungkinan besar memerlukan puluhan tahun

untuk dapat dipanen. Berbagai jenis endofit telah berhasil diisolasi dari tanaman

inangnya, dan telah berhasil dibiakkan dalam media perbenihan yang sesuai. Demikian

pula metabolit sekunder yang diproduksi oleh mikroba endofit tersebut telah berhasil

diisolasi dan dimurnikan serta telah dielusidasi struktur molekulnya. Beberapa

diantaranya adalah :

- Mikroba endofit yang menghasilkan antibiotika Cryptocandin adalah antifungi

yang dihasilkan oleh mikroba endofit Cryptosporiopsis quercina yang berhasil diisolasi

dari tanaman obat Tripterigeum wilfordii, dan berhasiat sebagai antijamur yang patogen

terhadap manusia yaitu Candida albicans dan Trichopyton spp. Beberapa zat aktif lain

yang diisolasi dari mikroba endofit misalnya ecomycin diproduksi oleh Pseudomonas

viridiflava juga aktif terhadap Cryptococcus neoformans dan C.albicans. Ecomycin

merupakan lipopeptida yang disamping terdiri dari molekul asam amino yang umum juga

mengandung homoserin dan beta-hidroksi asam arpartat, sedangkan senyawa kimia yang

diproduksi oleh mikroba endofit Pseudomonas Syringae yang berhasiat sebagai anti ja-

mur adalah pseudomycin, yang dapat menghambat pertumbuhan Candida albicans dan

Cryptococcus neoformans. Pestalotiopsis micrispora, merupakan mikroba endofit yang

paling sering ditemukan di tanaman hutan lindung di seluruh dunia. Endofit ini meng-

hasilkan metabolit sekunder ambuic acid yang berhasiat sebagai antifungi. Phomopsicha-

lasin, merupakan metabolit yang diisolasi dari mikroba endofit Phomopsis spp. berhasiat

sebagai anti bakteri Bacillus subtilis, Salmonella enterica, Staphylococcos aureus, dan

juga dapat menghambat pertumbuhan jamur Candida tropicalis. Antibiotika berspektrum

luas yang disebut munumbicin, dihasilkan oleh endofit Streptomyces spp. strain NRRL

30562 yang merupakan endofit yang diisolasi dari tanaman Kennedia nigriscans, dapat

menghambat pertumbuhan Bacillus anthracis, dan Mycobacterium tuberculosis yang

multiresisten terhadap berbagai obat anti tbc. Jenis endofit lainnya yang juga meng-

hasilkan antibiotika berspaktrum luas adalah mikroba endofit yang diisolasi dari tanaman

Grevillea pteridifolia. Endofit ini menghasilkan metabolit kakadumycin. Aktifitas an-

tibakterinya sama seperti munumbicin D, dan kakadumycin ini juga berkhasiat sebagai

anti malaria.

- Mikroba endofit yang memproduksi antivirus Jamur endofit Cytonaema sp. Dapat

menghasilkan metabolit cytonic acid A dan B, yang struktur malekulnya merupakan

isomer p-tridepside, berhasiat sebagai anti virus. Cytonic acid A dan B ini merupakan

protease inhibitor dan dapat menghambat pertumbuhan cytomegalovirus manusia.

- Mikroba endofit yang menghasilkan metabolit sebagai antikanker Paclitaxel dan

derivatnya merupakan zat yang berkhasiat sebagai antikanker yang pertama kali dite-

mukan yang diproduksi oleh mikroba endofit. Paclitaxel merupakan senyawa diterpenoid

yang didapatkan dalam tanaman Taxus. Senyawa yang dapat mempengaruhi molekul

tubulin dalam proses pembelahan sel-sel kanker ini, umumnya diproduksi oleh endofit

Pestalotiopsis microspora, yang diisolasi dari tanaman Taxus andreanae, T. brevifolia,

dan T. wallichiana. Saat ini beberapa jenis endofit lainnya telah dapat diisolasi dari

berbagai jenis Taxus dan didapatkan berbagai senyawa yang berhasiat sebagai anti tumor.

Demikian pula upaya untuk sintesisnya telah berhasil dilakukan.

- Mikroba endofit penghasil zat anti malaria Colletotrichum sp. Merupakan endofit

yang diisolasi dari tanaman Artemisia annua, menghasilkan metabolit artemisinin yang

sangat potensial sebagai anti malaria. Disamping itu beberapa mikroba endofit yang

diisolasi dari tanaman Cinchona spp, juga mampu menghasilkan alkaloid cinchona yang

dapat dikembangkan sebagai sumber bahan baku obat anti malaria (Simanjuntak P., et.al.

2002).

- Endofit yang memproduksi antioksidan Pestacin dan isopestacin merupakan

metabolit sekunder yang dihasilkan oleh endofit P. microspora. Endofit ini berhasil

diisolasi dari tanaman Terminalia morobensis. Baik pestacin ataupun isopestacin

berhasiat sebagai antioksidan, dimana aktivitas ini diduga karena struktur molekulnya

mirip dengan flavonoid.

- Endofit yang menghasilkan metabolit yang berkhasiat sebagai antidiabetes.

Endofit Pseudomassaria sp menghasilkan metabolit sekunder yang bekerja seperti

insulin. Dalam uji praklinik terhadap binatang coba membuktikan bahwa aktivitasnya

sangat baik dalam menurunkan glukosa darah tikus yang diabetes. Hasil tersebut

diperkirakan dapat menjadi awal dari era terapi baru untuk mengatasi diabetes dimasa

mendatang (Zhang B. et.al.1999).

- Endofit yang memproduksi senyawa imunosupresif obat-obat imunospresif

merupakan obat yang digunakan untuk pasien yang akan dilakukan tindakan transplantasi

organ. Selain itu imunosupresif juga dapat digunakan untuk mengatasi penyakit

autoimum seperti rematoid artritis dan insulin dependent diabetes. Senyawa subglutinol

A dan B yang dihasilkan oleh endofit Fusarium subglutinans yang diisolasi dari tanaman

T. wilfordii, merupakan senyawa imunosupresif yang sangat poten (Lee,J., et.al. 1995).

BAB 3

BIOTEKNOLOGI MIKROORGANISME

PADA BAHAN PANGAN

Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses

fermentasi. Proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari

senyawa organik menjadi produk organik yang lebih sederhana. Aktivitas

mikroorganisme tersebut antara lain dalam fermentasi yang mengubah ampas tahu atau

kacang kedelai menjadi oncom, kacang kedelai menjadi tempe atau kecap, buah anggur

menjadi minuman anggur, dan ketan hitam atau putih menjadi arak hitam atau putih.

Mikroorganisme pada proses fermentasi dapat menyebabkan perubahan senyawa-

senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa-senyawa yang lebih

sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman Misalnya, oncom

dapat dibuat dari ampas tahu, singkong, kelapa, atau kacang tanah, dengan penambahan

mikroorganisme berupa neurospora. Neurospora mengeluarkan enzim amilase, lipase,

dan protease yang aktif selama proses fermentasi, juga menguraikan bahan-bahan dinding

sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi pada pembuatan oncom juga

menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

Makanan yang berasal dari mikroorganisme disebut protein sel tunggal (PST) atau

disebut juga single-cell-protein (SCP). Protein sel tunggal merupakan makanan kaya

protein yang berasal dari mikroorganisme. Awalnya, sekitar tahun 1960-an

mikroorganisme PST ditumbuhakan dalam medium yang mengandung minyak. Namun,

meningkatnya harga minyak pada tahun 1970 menyebabkan produksi PST dengan

medium minyak menjadi tidak menguntungkan lagi. Akhirnya, sampai saat ini

mikroorganisme PST ditumbuhkan dalam sirup glukosa, ampas buah-buahan, dan sisa

berbagai produk pertanian. Contoh mikroorganisme protein sel tunggal yaitu Fusarium

graminearum yang mengandung protein 45% dan lemak 13%. Fusarium sangat bergizi

seperti halnya daging, dan kelebihannya adalah kandungan serat yang tinggi dan bebas

kolesterol. Hifa jamur Fusarium merupakan makanan yang sangat bergizi, yang disebut

dengan mikoprotein. Merek dagang mikoprotein disebut Quorn. Quorn merupakan

produk seperti lembaran adonan kue. Quorn yang ditambah dengan berbagai warna dan

aroma dapat menghasilkan berbagai macam makanan, misalnya biskuit, bahan baku

untuk membuat sup dan minuman, juga dapat digunakan sebagai pengganti daging sapi

dan ayam Selain itu Quorn juga sering digunakan sebagai campuran untuk membuat

sosis.

JENIS-JENIS MIKROORGANISME DALAM BAHAN PANGAN:

BAB 4

APLIKASI BIOTEKNOLOGI MIKROORGANISME PADA BAHAN

PANGAN

Bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika

secara terpadu, untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia,

termasuk kebutuhan pangan.

Bioteknologi dalam produk susu, pada prinsipnya adalah memfermentasi susu

menghasilkan asam laktat. Beberapa contoh produknya adalah:

Keju: menggunakan Propiabacterium (bakteri asam laktat), yang berperan dalam

memberi rasa dan tekstur keju

Yoghurt: menggunakan Lactobacillus bulgaris sebagai pemberi rasa dan aroma,

dan Streptococcus thermophilus untuk menambah keasaman

Mentega: menggunakan mikroba Leuconostoc clemoris

Sedangkan aplikasinya dalam produk non susu beberapa diantaranya adalah:

Roti, asinan, dan alkohol (bir, anggur, wine, rum) oleh ragi

Kecap oleh Aspergillus oryzae

Nata de coco, oleh Acetobacter xilinum. Prinsipnya adalah pemecahan amilum

oleh mikroba menghasilkan gula, yang kemudian difermentasi

Cuka, oleh Acetobacter aseti, alkohol difermentasi dalam kondisi aerob

Selain dalam bidang pangan, bioteknologi dengan mikroorganisme juga diterapkan

dalam industri. Menurut Anonymousb 2008, beberapa contoh produknya adalah:

Asam sitrat, sebagai pemberi cita rasa, pengemulsi susu, dan antioksidan. Dapat

diproduksi dengan mikroba Aspergillus niger dengan substrat tetes gula dan sirup

fruktosa. Asam ini umumnya banyak terdapat pada jeruk

Vitamin. Vitamin B1 diproduksi oleh Assbya gossipii. Vitamin B12 diproduksi

oleh Propionibacterium dan Pseudomonas

Enzim.

Amilase digunakan dalam produksi sirup, kanji, glokosa. Glukosa

isomerase mengubah amilum menjadi fruktosa yang digunakan sebagai

pemanis makanan menggantikan sukrosa. Mikroba yang digunakan

Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis.

Protease digunakan antara lain dalam produksi bir, roti, protease

proteolitik berfungsi sebagai pelunak daging dan campuran deterjen untuk

menghilangkan noda protein. Mikroba yang digunakan adalah Aspergillus

oryzae, Bacillus subtilis.

Lipase digunakan antara lain dalam produksi susu dan keju untuk

meningkatkan cita rasa. Mikroba yang digunakan Aspergillus niger,

Rhizophus spp.

Asam amino lisin sebagai asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah

besar oleh ternak, dan asam glutamat sebagai bahan utama MSG (Mono

Sodium Glutamat), keduanya diproduksi oleh Corynobacterium

glutamicum

Cara pengolahan susu dengan produk akhir berupa yoghurt merupakan salah satu

bentuk bioteknologi sederhana. Yoghurt merupakan minuman segar hasil olahan susu

segar yang difermentasikan dengan cara menambahkan beberapa jenis mikroorganisme

Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillus. Yoghurt bermanfaat baik bagi

lambung dan usus yang terluka. Kadar kolesterol di dalam darah dapat diturunkan dengan

mengkonsumsinya sehingga dapat mencegah terjadinya penyumbatan pembuluh darah.

Secara garis besar, pengolahannya merupakan proses sederhana meliputi pasteurisasi,

pendinginan, inokulasi bakteri, pemeraman dan penyimpanan. Kualitas yoghurt

dipengaruhi oleh suhu dan lama pemeraman, presentase starter. Secara fisika dan

kimiawi, produk yoghurt yang baik adalah yang memiliki tekstur halus, kental dengan

cita rasa spesifik (agak asam) dan berbentuk seperti bubur atau es krim.

Bahan yang dibutuhkan untuk membuat yoghurt adalah susu sapi segar yang

layak minum. Alat yang digunakan: gelas plastik, termometer, lemari es, dll. Cara

membuatnya: Susu dipanaskan pada suhu 90ºC. Ini untuk mencegah kontaminasi dan

merupakan kondisi yang baik untuk inokulasi bakteri. Selain itu, perubahan kasein karena

pemanasan akan memberikan hasil akhir yang baik dengan kondisi yang seragam. Setelah

itu, susu didinginkan menjadi 43ºC kemudian diinokulasi dengan 2 % biakan starter

camouran L. bulgaricus dan S. thermophilus dan dipertahankan suhunya selama 3 jam

hingga diperoleh keasaman yang diinginkan (0,85 - 0,95 %) serta dicapai ph 4,5.

Terakhir, produk didinginkan menjadi 5ºC dan selanjutnya dapat dikemas.

Selain produk fermentasi, aplikasi yang lain yaitu meat designer. Meat designer

adalah daging yang mempunyai beberapa kriteria yaitu daging yang enak dan tidak amis,

tinggi proteinnya dengan komposisi asarn amino yang smentasi seimbang, bebas residu

obat dan mikrobia patogen, seimbang imbangan asam lemak jenuh dan tidak jenuh,

rendah kolesterol dan trigliserida (lemak).

Mengkonsumsi lemak seperti trigliserida dan kolesterol dalam jumlah yang

berlebihan dapat mengakibatkan berbagai penyakit seperti obesitas, atherosclerosis,

jantung koroner, stroke, kanker dan bahkan kelainan paru-paru. Dengan mengkonsumsi

daging dengan pertimbangan asam lemak jenuh dan asam. lemak tak jenuh yang baik

dapat mencegah penyakit-penyakit tersebut di atas serta dapat meningkatkan kecerdasan

pada anak-anak. Selain itu, kadar protein yang tinggi dengan komposisi asam amino yang

seimbang dalam daging sangat dibutuhkan bagi pertumbuhan sel-sel otak pada anak-anak

dan mencegah kerusakan sel-sel otak serta mengganti sel-sel tubuh yang telah mati.

Sementara daging yang bebas residu obat dan mikrobia patogen menjamin keamanan

konsumen dari akibat negatif yang ditimbulkannya. Dan terakhir, daging yang enak dan

tak amis dapat meningkatkan selera konsumen untuk mengkonsumsinya.

Untuk memproduksi Meat designer yang pertama adalah dengan memanfaatkan

mikrobia efektif. Mikrobia efektif merupakan sekelompok mikrobia baik dari jenis

bakteri, kapang, jamur d1l. yang berperan dalam. mengoptimalkan fungsi organ hewan

dan manusia, sehingga akan diperoleh pertumbuhan dan. perkembangan tubuh yang

optimal dan seimbang. Beberapa mikrobia efektif yang sangat terkenal dan telah banyak

digunakan baik sebagai feed additive pada. pakan ternak maupun produk fermentasi

makanan manusia antara lain adalah Lactobacillus bulgaricus, Saccaromyces cereviceae,

Rhyzopus oligosporus, Aspergllus niger, Bacillus subtilis, ragi roti d1l (Santoso.2005).

            Mikrobia efektif ini jika dikonsumsi akan menekan pertumbuhan mikrobia

patogen dalam, saluran. pencernaan, sehingga keseimbangan mikroflora dalam. saluran

pencernaan akan membaik. Dengan membaiknya. keseimbangan tersebut, maka proses

pencernaan dan penyerapan zat gizi akan optimal, sehingga produktivitas meningkat dan

mutu daging akan lebih baik. Oleh karena mikrobia efektif merupakan mikrobia alami

yang sudah terdapat dalam saluran pencernaan serta sangat berperan dalarn proses

metabolisme, zat gizi, maka penggunaan mikrobia ini sebagai pengganti antibiotika akan

dapat menghasilkan daging, telur dan susu yang bebas residu antibiotika dan obat-obatan

sintetik lainnya.

Mikrobia efektif akan menurunkan kadar lemak seperti kolesterol dan trigliserida

dalam daging broiler. Sebagai contoh penelitian tentang pemberian profuk fermentasi

ekstrak ikan mackerel. Pemberian produk fermentasi ini sebesar 2% dari total pakan pada

broiler mampu menurunkan kadar lemak karkas, dan kolesterol daging broiler. Turunnya

kolesterol daging, disebabkan oleh turunnya aktivitas enzim

3-hydroxy-3-methylglutaryi-CoA reductase di hati, suatu enzim pembatas dalam sintesis

kolesterol. Jadi rendahnya kolesterol daging ini disebabkan oleh turunnya sintesis

kolesterol di hati. Sementara itu rendahnya kadar trigliserida dan lemak total daging

broiler disebabkan oleh turunnya sintesis asam lemak di hati sebagai akibat turunnya

aktivitas enzim malat dan citrate cleavage enzyme di hati. Pernberian produk ini juga

meningkatkan kadar protein daging dengan asam amino yang seimbang serta

menghasilkan daging broiler yang bebas residu antibiotik dan senyawa sintetik lainnya.

Produk ini kaya akan polipeptida. Telah diketahui bahwa polipeptida seperti makrokortin

dan khemotaktik menghambat aktivitas enzim fosfolipase A2 yang bekerja melepas asarn

arakhidonat dari fosfolipid. Tampaknya peptida dalam produk ini juga berperan dalam

penurunan deposisi lemak dan sintesis kolesterol.

Bacillus subtilis ini banyak terdapat dalam produk seperti natto (tempe Jepang)

dan terasi. Pernberian Bacillus subtilis pada ternak secara berkesinambungan akan

menyebabkan inokulasi Bacillus subtilis dalam saluran pencernaan. Bacillus subtilis

dapat tinggal dan melekat pada dinding saluran pencernaan dan meningkatkan jumlah

Lactobacillus alami, dan kemudian akan menurunkan perturnbuhan mikrobia patogen

seperti Escherichia coli. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemberian kultur ini

sebesar 1% menurunkan kadar lemak total, trigliserida dan kolesterol dalam daging

broiler. Penurunan kadar trigliserida tersebut disebabkan antara lain oleh penurunan

sintesis asam lemak di hati. Penurunan kadar kolesterol daging dapat disebabkan oleh

penurunan sintesis kolesterol dan atau peningkatan sintesis asam empedu di hati. Namun

kultur ini tidak mampu meningkatkan kadar protein daging broiler.

            Pemberian mikrobia efektif juga mampu memodifikasi kandungan asam lemak

dalam daging. Suatu penelitian dimana kedelai difermentasi dengan Aspergillus

membuktikan hal ini. Pemberian produk fermentasi ini mampu meningkatkan kadar

protein dan abu serta menurunkan kadar lemak daging broiler. Suatu penelitian yang

dilakukan menunjukkan bahwa broiler yang diberi dedak yang difermentasi dengan

Rhizopus oligosporus menghasilkan daging dengan kadar asam lemak tak jenuh rantai

panjang (PUFA) yang meningkat. Telah diketahui bahwa mengkonsumsi PUFA seperti

DHA dan EPA dapat mencegah berbagai penyakit degeneratif

Untuk menghasilkan meat designer dengan metode kedua adalah program

pernbatasan pakan pada broiler. Pada dasarnya program pembatasan pakan merupakan

program untuk memberikan pakan pada temak sesuai dengan kebutuhan hiclup pokoknya

pada umur dan periode tertentu. Program ini didasarkan kepada asumsi bahwa pemberian

pakan secara terus menerus merupakan kondisi buatan, sedangkan pembatasan pakan

adalah upaya mengembalikan ternak pada kondisi alaminya. Dengan program yang tepat,

maka daging broiler yang dihasilkan berlemak (trigliserida dan kolesterol) yang rendah

tanpa menurunkan berat badannya. Program pembatasan model tersebut tidak mampu

menurunkan kolesterol karkas. Adanya program skip-a-day feeding selama 6 hari yang

kemudian diikuti dengan pemberian pakan bebas berprotein tinggi mampu menurunkan

kadar kolesterol karkas. Selain itu, program tersebut juga mampu meningkatkan kadar

protein karkas. Program ini juga mampu meningkatkan rasa dan kadar mineral serta

meningkatkan kekenyalan daging broiler. Rasa enak diduga disebabkan karena

meningkatnya kadar kalium dan asam glutamat dalam daging. Metode ketiga untuk

menghasilkan meat designer adalah pemberian tumbuhan obat sebagai feed additive,

contohnya daun katuk. Daun katuk kaya akan provitarnin A (β-karoten) dan vitamin C.

Suplementasi daun katuk dan ekstraknya akan meningkatkan kandungan β-karoten pada

karkas. β-karoten selain memberi warna kuning pada karkas, ia juga berfungsi sebagai

antioksidan. Di dalam tubuh β-karoten dapat diubah menjadi vitamin A. β-karoten juga

berfungsi sebagai penurun penimbunan lemak. Senyawa penting lain adalah PUFA,

saponin, tannin dan metilpiroglutamat. Telah diketahui bahwa PUFA, saponin dan tanin

merupakan senyawa aktif penurun lemak. Oleh sebab itu, tidaklah mengherankan jika

pernberian daun katuk dan ekstraknya secara drastris menurunkan kadar lemak

(trigliserida dan kolesterol) dalarn daging. Pernberian ekstrak daun katuk mampu

meningkatkan kadar PUFA dalarn daging. Seiain itu, senyawa metilpiroglutamat dalam

saluran pencernaan dapat diubah menjadi asarn glutamate. Asam glutamate ini berperan

dalarn sintesis asam amino lainnya dan merangsang sintesis protein dalam tubuh. Oleh

sebab itu, pemberian daun katuk dan ekstraknya akan meningkatkan kadar protein dalam

daging (Santoso.2005).

Pemberian daun katuk dan ekstraknya ternyata mampu meningkatkan rasa daging

dan menurunk-an bau amis daging. Senyawa aktif yang berperan bagi peningkatan rasa

daging diduga metilpiroglutarnat. Metil piroglutarnat dapat diubah menjadi asain

glutamate. Asam glutamate inilah yang merupakan senyawa aktif rasa pada. daging

avam. Selain itu, senyawa aktif lain yang berperan bagi peningkatan rasa daging adalah

kalium. Hasil penelitian menunjukkan bahwa daun katuk dan ekstraknya banyak

mengandung mineral kalium.

Selain daun katuk kami juga telah meneliti daunt u-chung, buah mengkudu dan

daun keji beling. Tumbuhan obat tersebut di atas ternyata sangat efektif untuk

menurunkan penimbunan lemak pada, ayam. Memang, penelitian yang intensif masih

sangat diperlukan untuk mengembangkan tumbuhan obat tersebut sebagai feed additive

pada ayam. Daun katuk dan ekstraknya juga mampu menurunkan konsentrasi

LDL-kolesterol dan meningkatkan konsentrasi HDL-kofesterol dalarn darah, sehingga

dapat disimpulkan bahwa daun katuk berpotensi mencegah penyakit atherosclerosis.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymousa.2008.Penggunaan Mikroorganisme Dalam

Bioteknologi.http://itsminedontdisturb.blogspot.com/2008/07/pendahuluan-

apakah-bioteknologi-itu.html diakses pada tanggal 26 September 2009

Anonymousb.2009.Penerapan Bioteknologi dalam Mendukung Kelangsungan Hidup

Manusia.http://www.crayonpedia.org/mw/Penerapan_Bioteknologi_Dalam_Mend

ukung_Kelangsungan_Hidup_Manusia_Melalui_Produksi_Pangan_9.1 diakses

pada tanggal 26 September 2009

Aryulina, Diah dkk.2005.Biologi dan Bioteknologi.Erlangga.Jakarta

Birch RG.1997. Plant transformation: Problem and strategies forpractical application. Ann RevPlant Physiol Plant Mol Biol. 48:297-326 phytic

fungus Cryptosporiopsis quercina. Microbiology 145: 1919-1926.

http://www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-content/uploads/2009/02/mikroba-endofit.pdf

diakses pada tanggal 26 September 2009

Lee,J. E. Lobkovsky, NB. Pliam, GA.Strobel, and J. Clardy.1995.Subglutinols A and B:

immunosuppressive compounds from the endophytic fungus Fusarium

subglutinans. J.Org.Chem. 60: 7076-7077.http://www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-

content/uploads/2009/02/mikroba-endofit.pdf diakses pada tanggal 26 September

2009

Nester EW, MP Gordon, RM Amasino, MF. Yanofsky.1984.Crown gall: a molecular andphysiological analysis. Ann Rev Plant Physiol. 35: 387-413.

http://www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-content/uploads/2009/02/mikroba-endofit.pdf

diakses pada tanggal 26 September 2009

Santoso, urip.2005.Bioteknologi Meat Designer.http://unib.ac.id/blog/urip_s/2009/04/16/bioteknologi-meat-designer di-akses pada tanggal 26 September 2009

Simanjuntak P.T dkk.2002.Isolasi dan kultivasi mikroba endofit penghasil senyawa

alkaloid kinkona dari Chinchona spp. J. Mikrobiol Indon. 7(2): 27-30.

http://www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-content/uploads/2009/02/mikroba-endofit.pdf

diakses pada tanggal 26 September 2009

Zhang,B et all.1999. Discovery af small molecule insulin mimetic with antidiabetic

activity in mice. Science 284: 974-981.http://www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-

content/uploads/2009/02/mikroba-endofit.pdf diakses pada tanggal 26 September

2009