FERMENTASI ENZIM

ENZIM ENZIM adalah katalis hayati Katalis, artinya walaupun dalam jumlah

sangat kecil mempunyai kemampuan untuk mempercepat berlangsungnya reaksi kimia

Hayati, enzim merupakan senyawa organik yang dihasilkan oleh sel hidup

Enzim yang dihasilkan sel terdiri dari : Ekso enzim/enzim ekstra seluler (diluar sel) Endo enzim/enzim indo seluler (didalam sel)

Fungsi utama ekso enzim adalah, melangsungkan perubahan seperlunya pada nutrient di luar sel sehingga memungkinkan nutrient tsb masuk ke dalam sel, misal amilase mengurai pati menjadi unit lebih kecil gula/glukosa

Endo enzim, mensintesis bahan seluler dan menguraikan nutrient untuk menyediakan energi yang dibutuhkan sel, misal heksokinase mengkatalisis fosforilase glukosa dan heksosa di dalam sel

SIFAT KIMIAWI DAN FISIK ENZIM Sifat fisik : Enzim adalah protein (pt) murni, atau

gabungan pt dengan gugus kimia lain Sifat kimia Enzim :

terdenaturasi oleh panas, terendapkan oleh etanol dan garam organik

dengan konsentrasi tinggi seperti Am. SulfatTidak terdialisis, tidak melewati membran

semipermeabel / membran selektifPt enzim bermolekul sangat besar, dengan

berat mol > 10.000 – 1 juta

Beberapa enzim merupakan gabungan pt enzim yang tidak aktif (apoenzim) dengan molekul organik bermolekul rendah (koenzim) menjadi holoenzim yang aktif

Beberapa koenzim mengandung vitamin, vit B1 (thiamin) merupakan komponen koenzim kokarboksilase, B2 (Riboflavin) – ribovlafin adenin dinukleotidase, B6 (Piridoksin) – piridoksal fosfat

Beberapa koenzim berupa ion logam berat dan disebut kofaktor, misal Fe2+ pada enzim katalase, ion lain Mn2+ Mg2+ Zn2+

Enzim bersifat tidak stabil, aktifitasnya berkurang/ hancur oleh kondisi fisik dan kimia

Dua Sifat penting enzim yaitu:Efisiensi katalitiknya tinggi Derajat kekhususannya tinggi

SIFAT DAN MEKANISME KERJA ENZIM

Fungsi utama enzim ad. Mengurangi hambatan energi aktivasi pada suatu reaksi kimia

Energi aktivasi ad. Jumlah energi yg dibutuhkan untuk membawa suatu substrat ke status reaksinya

Sintesis senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, dengan bantuan enzim reaksi nya menjadi lebih mudah, contoh :

Pati glucosa (enzim yang berperan adalah enzim amilase)

KONDISI YG MEMPENGARUHI PEMBENTUKAN ENZIM Berdasarkan pembentukannya, enzim

dikelompokan : enzim konstitutif, enzim yg selalu dihasilkan

oleh sel tanpa dipengaruhi substratenzim adaptif / terinduksi, enzim yg dihasilkan

oleh sel hanya sebagai tanggapan terhadap substrat tertentu, enzim ini hanya dibentuk bila dibutuhkan oleh sel

KONDISI YANG BERPENGARUH PADA TERBENTUKNYA ENZIM OLEH MIKROBA Yaitu :

SubstratpHSuhu

Jenis substrat pada pertumbuhan mikroba berpengaruh pada enzim yang dihasilkan, substrat amilum menghasilkan enzim amilasesubstrat pt menghasilkan enzim protease

Pengaruh pH pada pertumbuhan mikroba akan dihasilkan tipe enzim,Enzim pH asam : pH opt aktivasi enzim < 5Enzim pH netral : pH opt 5 - 7Enzim pH basa : pH opt > 7

Pengaruh suhu pada pertumbuhan mikroba akan dihasilkan tipe enzim, Enzim psikrofilik : temp opt aktivasi enzim

<0 – 15oC / 20oCEnzim mesofilik : 25 – 30oC / 35oCEnzim termofilik : 40 – >75oC / 95oC

Jenis enzim komersial Enzim banyak dibutuhkan di bidang industri

terutama untuk meningkatkan laju produksinya, Industr i:Farmasi/Kosmetik, Makanan,Tekstil, Kertas dll

Produksi enzim dari mikroba mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan produksi enzim yang berasal dari hewani atau tumbuhan, antara lain:Biaya lebih murahSubstrat lebih mudah didapat.Pertumbuhannya lebih cepat dan mudah

dikontrol

Mikroorganisme yang digunakan untuk memproduksi enzim secara efektif harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:Diutamakan mikroba penghasil enzim

ekstraseluler, isolasi enzim lebih mudahHarus stabil Dapat tumbuh di media yang murah Produktivitas enzim tinggi Tidak menghasilkan senyawa toksik atau

bebas dari senyawa antibiotik

Beberapa jenis kapang yang dapat menghasilkan enzim yang banyak digunakan di bidang industri (lihat Tabel 1)

Beberapa jenis bakteri dan Yeast yang dapat menghasilkan enzim yang banyak digunakan di bidang industri(lihat slide berikutnya)

Enzim Aplikasi Spesies yang menghasilkan

Alpha-amilase Pembuatan roti Aspergillus niger, A. oryzae, A. awamori

Glucoamilase Pembuatan susu fermentasi A. niger, A. foetidus, Rhizopus Foetidus

Lactase Bahan tambahan pada makanan Aspergillus oryzae, A. niger, Kluyveromyces lactis, K. fragilis, Torula cremoris

Invertase Industri gula-gula Aspergillus oryzae, A. niger, Saccharomyces cerevisiae

Pectinase Industri yang memproses buah-buahan

Aspergillus niger, A. wentii, Rhizopus sp.

Lipase Suplemen untuk lipase pankreas Penicillium roqueforti, Rhizopus delmar

Penicillin acylase Penicilin semisintetis Penicillium chrysogenum, Aspergillus ochraceus, Trichophyton mentagrophytes, dll

Asam protease Pembuatan roti, pembuatan bir Aspergillus saitoi, A. niger, A. oryzae, Trametes sanguineara, Mucor pusillus

Mikrobial rennin Pembuatan keju Endothia parasitica, Mucor meihei, M. pusillus

Selulosa Penelitian Trichoderma viride, Aspergillus niger

Cara KerjaKapang 2 jenis kapang :

A. niger dan A. oryzae

Media cair

Inkubasi pada suhu kamar, selama 7 hari

Produksi enzim

Pisahkan (saring) enzim dari kapang

Enzim terlarut dalam media

Freeze dryer

Berat kering enzim

Berat basah kapang

Biomassa kapang

Keringkan

Uji aktifitas enzim

3 jenis media cair :a. Limbah cair tapioka (media A)b. Tepung tapioka (media B)c. Pati murni (media C)

Jenis Bakteri penghasil enzim amilase :Basillus licheniformisB. amilolique faciensB. nattoB. subtilis marburgB. amilosacchariticus

Bahan baku pembuatan enzim amilase: Untuk 1 liter media cair : tepung jagung 40 g,

jagung giling 100 g, Corn steep liquor 65 mlUntuk 1 liter media cair : Tepung kentang 100

g, tepung gandum 50g, tepung kedele 20g, Na kaseinat 10g,

Cara kerja :Pada media cair steril 1 liter ditambah kan

inokulum bakteri 40% dalam botol fermentasi Inkubasi pada suhu ruang, di shaker, selama

2-4 hariUntuk isolasi enzim, dilakukan dengan cara :

Kultur fermentasi disentrifugasi 10.000 rpm, 20 menit, suhu 4oC

Filtrat/suspensi yang diperoleh di dialisis dengan larutan buffer fosfat, pH 7

Bila masih keruh, ulangi sentrifugasi dan di dialisis Filtrat jernih merupakan cairan enzim Pt enzim dipisahkan dengan Amonium sulfat

Enzim laktase

Jenis Yeast : Saccharomyces fragilis S. lactis Kluyveromyces fragilis

Media cair yang dibutuhkan : Untuk 1 liter media cair:

laktosa 150 g, K2HPO4 5g, (NH4)2SO4 0,5g. MgSO4 0,5g, Yeast ekstrak 5g,

Cara kerja :Pada media cair steril 1 liter ditambah kan

inokulum bakteri 40% dalam botol fermentasi Inkubasi pada suhu ruang, di shaker, selama

24 jamUntuk isolasi enzim, dilakukan dengan cara :

Kultur fermentasi disentrifugasi 3000 rpm, 20 menit, suhu 4oC

Endapan sel ditambah lar 0,5 M buffer fosfat pH 7, sehingga konsntrasi sel 200 mg/ml enzim dikeluarkankan dengan menambah toluen

2%, inkubasi t ruang, di shaker, 20 jam Sentrifugasi 10.000rpm, 15 mnt, t 4oC Filtrat/suspensi yang diperoleh di dialisis dengan

larutan buffer fosfat, pH 7, Filtrat jernih merupakan cairan enzim

Pt enzim dipisahkan dengan Amonium sulfat

Enzim protease digunakan untuk :

Industri : farmasi Industri keju : Koagulasi susu pada pembuatan

keju Pemrosesan makanan : sereal, buah, minuman,

dan roti Hidrolisis protein dalam industri daging, ikan,

dan proses pembuatan ikan Industri Detergen industri kulit

Protease : Aspergillus niger, A. milleus, A. flavus, A. oryzae Mucor pussilus, Rhizopus oligosporus. Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis

Protease, Pektinase: Bacillus cereus

Protease dan Hemiselulose : Aspergillus, Rhizopus dan Trichoderma sp.

Protease, amilase dan lipase : Bacillus subtilis

Media cair yang dibutuhkan untuk pembuatan Enzim Protease Dalam 1 liter limbah cair tahu,

ditambahkan : glukosa 1%; skim milk 1%; NaNO3 0,3%; K2HPO4 0,05%, MgSO4.7H2O 0,0025%

Media cair untuk enzim protease:Pati hidrolisat 50g, tepung kedele 20g, kasein

20g, Na2HPO4 3g dalam 1 liter aquades

Pati hidrolisat 150g, tepung biji kapas 30g, laktosa 4,3g, brewers yeast 7,2g, protein kedele 3,65g, KH2PO4 3g, MgSO4H2O 1,25g dalam 1 liter aquades

Tepung barley 100g, tepung kedele 30g, pH 9-10 dengan menambah Na2CO3

Protease

Merupakan enzim yang penting dalam industri Diantara macam-macam protease, protease pada bakteri yang paling tinggi kadarnya dibanding dengan yang terdapat pada hewan dan jamurBacillus sp merupakan salah satu spesies yang mengekskresikan enzim protease

Protease diaplikasikan pada industri pengolahan limbah, pengolahan makanan, laundry, industri pembuatan kulit imitasi

Kebutuhan global pada biokatalisis yang termostabel lebih tinggi dibandingkan dengan yang mesophiles

Protease yang termostabel lebih menguntungkan dibeberapa aplikasi karena dapat digunakan pada temperatur yang tinggi, menghasilkan reaksi yang cepat, mereduksi kontaminan mikroba.

B. licheniformis, B. macerans dan B. subtilis merupakan penghasil protease ekstraselluer yang baik pd temperatur tinggi.

Hal ini mengindikasikan bahwa spesies Bacillus memproduksi protease termostable yang netral dan alkaline, sehingga dapat diaplikasikan pd industri dan biotekhnologi

Bacillus liceniformes

Bacillus subtilis

Enzim Xelulase

Mikroba : Trichoderma viride, T. resei Medium cair 1 liter :

NaNO3 3g, KCl 0,5g, KH2PO4 1g, MgSO47H2O 0,5g, FeSO47H2O 0,01g Tween 80 1 ml, Protease pepton 0,5 g CMC 5g

Inkubasi 72 jam, t 30oC, dishaker

Enzim glukosa isomerase

Mikroba : Bacillus coagulans, Streptomyces sp Medium cair 1 liter :

xilosa 10g, Yeast Ekstrak 5g, NH4Cl 5g,

K2HPO4 7g,

MgSO47H2O 0,5g,

MnSO4H2O 0,04g,

Inkubasi 60 jam, t 50oC, dishaker