Food Ingredients and Enzymes of Microbial Origin Pendahuluan - Banyak metabolit mo dapat digunakan sbg BTM utk me nilai gizi, flavor, warna, dan tekstur (protein, aa esensial, vitamin, senyawa aroma, penguat flavor, peptida asin, peptida pemanis, pewarna, penstabil dan asam-asam organik). - Sumber: mo yg berperan dlm fermentasi, banyak tipe mo (juga alga). Protein mikrobia (SCP) - kapang, khamir, bakteri, dan alga: protein , da- ya cerna: 65-96%. - protein dari khamir: - lebih disukai scr komersial - daya cerna dan nilai biologis  - genera: Candida, Saccharomyces, dan Torulopsis.  Bakteri: Methylophilus - Keunggulan SCP drpd protein hewan: - tidak membutuhkan lahan luas - bahan baku dr limbah industri dan pertanian - dapat menjadi sumber vitamin B, karoten, dan KH. - Kelemahan SCP: - miskin bbrp aa esensial - kaya akan DNA dan RNA  asam urat - Pemanfaatan utk sumber protein manusia masih terbatas, kebanyakan utk hewan. Asam amino - Protein kebanyakan serealia defisien dlm satu atau lebih aa esensial (metionin, lisin dan tripto- fan)  solusi: suplementasi. - Bakteri yg diaplikasikan: BAL (lisin) Vitamin - Banyak vitamin ditambahkan pd pangan dan ju- ga digunakan scr reguler sbg suplemen  pasar besar (esp. Sebagian vitamin B dan vitamin C, D, dan E. - Sumber: sumber tanaman, sintesis, mo - Teknologi DNA rekombinan untuk me pro- duksi vitamin: tidak praktis dan ekonomis. Senyawa flavor dan penguat flavor - Yaitu yg berasosiasi scr langsung aroma dan ra- sa pangan yg diinginkan dan scr tidak langsung memperkuat bbrp flavor.

- - Mo yg menghasilkan berbagai tipe senyawa flavor: Lactococcus lactis, Bacillus subtilis, khamir dan kapang. - flavor: diasetil, asetaldehid, senyawa yg mgd N dan S, asam propionat, dan pirazin; terpena. - Bbrp penguat flavor skr digunakan utk mem- perkuat flavor dasar pangan: MSG oleh Cory- nebacterium glutamicus dan Micrococcus glu- tamicus; 5` nukleotida ( inosin monofosfat dan guanosin monofosfat) oleh Bacillus subtilis. - Bbrp peptida kecil spt lisilglisin memiliki rasa asin yang kuat  menggantikan NaCl, dgn tek- nologi DNA rekombinan. - Bbrp peptida manis spt monellin dan thauma- tin asal tanaman dpt diproduksi oleh mo mll kloning gen. - Produksi pemanis aspartam oleh mo sedang di- kembangkan. Pewarna - Banyak bakteri, khamir dan kapang mempro- duksi berbagai pigmen warna  aplikasi utk konsumsi manusia sedang dipelajari. - Contoh: astaxanthine dr khamir Phaffa sp.(me- rah)  aplikasi pd lobster, kepiting, ikan sal- mon dan trout. Pigmen merah dari Monascus sp. Telah lama di- aplikasi di Asia dlm fermentasi wine (beras) merah. - Produksi pigmen  reaksi multi tahap  tek- nik DNA rekombinan tidak layak. Penstabil - Berbagai polisakarida digunakan dlm sistem pangan sbg penstabil dan pengatur tekstur. - Kebanyakan berasal dr tanaman, dari mo: dekstran (Leuconostoc mesenteroides) utk es krim dan permen, gum xanthan (Xanthomonas campestris) sbg penstabil, - Dgn mengintroduksi gen penghidrolisis lak- tosa pd spesies Xanthomonas maka penstabil dapat diproduksi dr whey scr ekonomis. Asam-asam organik - Asam-asam organik dan garamnya digunakan utk memperbaiki rasa dan menjaga mutu. - Bbrp contoh: asam laktat (dari BAL), asam pro- pionat, asam asetat, asam askorbat, asam sitrat (memperbaiki rasa dan tekstur pd minuman; menstabilkan warna)  Aspergillus niger. -

- Enzim mikrobia banyak dipakai dlm pengolah- an pangan dan sgb BTM. - 80% enzim yg diproduksi (dollar basis) dipa- kai dlm industri makanan. - Keuntungan: a. substrat spesifik dpt dikonversi mjd produk spesifik mll. Reaksi 1 tahap b. produksi berbagai metabolit oleh sel dpt di- hindarkan. c. tahap reaksi dapat dikendalikan dgn mudah d. efisiensi enzim dapat ditingkatkan e. dapat didaur-ulang Enzim yg digunakan 3 dari 5 kelas enzim dipakai dlm industri makan- an: a. Hidrolase (hidrolisis ikatan C-C, C-O, C-N) b. Isomerase (isomerisasi, rasemisasi) c. Oksido-reduktase (oksigenasi, hidrogenasi) 1. -amilase, glukoamilase, glukoisomerase - Ketiganya dipakai utk memproduksi high fructose corn syrup dari pati. -amilase: hidrolisis pati pd posisi -1 scr acak dan menghasilkan oligosakarida (3 satuan heksosa atau lebih, dekstrin) glukoamilase: hidrolisis dekstrin mjd glukosa Glukoisomerase: konversi glukosa mjd fruk- tosa. - -amilase juga digunakan dlm pembuatan roti utk memperlambat staling 2. Katalase - Susu mentah dan telur cairan dapat diawet- kann dgn peroksida sebelum pasteurisasi, dhi peroksida harus dihidrolisis dgn katalase. 3. Selulase, hemiselulase, pektinase - Dipakai dlm proses ekstraksi jus jeruk 4. Invertase - Menghidrolisis sukrosa mjd gula-gula inversi dan meningkakan kemanisan - Aplikasi: pengolahan coklat 5. laktase - Whey tinggi kandungan laktosa - Laktosa  glukosa + galaktosa  alkohol 6. Lipase - Lipase bersama dgn bbrp protease dapat mem- percepat pembentukan flavor keju. 7. Protease - Dipakai dalam pengolahan banyak makanan - Utk melembutkan daging, mengekstrak protein ikan, memisahkan dan menghidrolisis kasein dlm pembuatan keju (rennet), meningkatkan flavor keju, dan mengu- rangi peptida pahit dlm keju.

Produksi enzim dgn teknologi DNA rekom- binan Faktor pembatas dlm memperoleh enzim dr Sumber tanaman dan hewan: - Suplai terbatas - Biaya tinggi - Kapang tumbuh relatif lambat drpd bakteri, khamir - Sebagian strain dapat menghasilkan mikotok- sin Ide: lebih mudah dan efektif biaya bila enzim yg skr diperoleh dr sb non bakteri, dpt dihasilkan oleh bakteri  dgn teknologi DNA rekombinan. - Faktor kritis: bakteri harus berasal dr daftar sta- tus GRAS. - Prinsip: isolasi mRNA  sintesis cDNA oleh reverse transkriptase  kloning cDNA dlm vektor plasmid  transformasi ke dlm sel inang  identifikasi klon positif  analisis ekspresi gen - Aplikasi: produksi rennin (dr sapi) dan selulase (dr kapang) oleh bakteri Enzim immobil - Permasalahan: enzim hanya dapat dipakai 1x - Solusi: bila molekul enzim menempel pd per- mukaan padat (terimmobilisasi), enzim dapat dipakai berkali-kali. - Keuntungan: bila harga enzim sangat mahal - Teknik yg dipakai: 1. Adsorpsi pd bhn padat - Tgt pd afinitas bhn pendukung utk molekul en- zim - Cara: menambahkan larutan enzim pd bhn pen- dukung (spt resin penukar ion) dan pencucian dr molekul yg tidak menempel. - Sifat: a. asosiasi sangat lemah b. molekul dpt didesorpsi dan terlepas

2. Ikatan kovalen - Mol enzim berikatan scr kovalen pd permuka- an padat (spt keramik berpori) oleh bahan ki- mia. - Molekul enzim dapat kontak dgn molekul substrat - Enzim lebih stabil 3. Entrapping - Molekul enzim terperangkap dlm gel polimer (spt alginat) yg memiliki ceöah utk substrat utk kontak dgn sisi katalitik - Enzim ditambahkan ke monomer sebelum po- limerisasi 4. Ikatan silang - Dgn cara membuat ikatan kimia amtar mol enzim utk membentuk agregat besar yg tidak larut - Sistem sangat stabil Kelemahan teknik immobilisasi enzim: - Menurunkan aktivitas enzim - Substrat tidak bisa diakses scr bebas oleh enzim - Tidak utk substrat berukuran besar - Bahan pendukung dapat terkontaminasi mo - Aplikasi lain: pd sel mikrobia Contoh: Aspergillus niger (utk asam sitrat dan asam glu- konat), Saccharomyces cerevisiae (utk minuman beralkohol), Lactobacillus sp. (utk asam laktat) Enzim thermostabil - Utk klp enzim yg dapat mengkatalisis reaksi pd suhu di atas 60 C - Laju reaksi enzim berganda setiap kenaikan su- hu 10 C  laju produksi dapat ditingkatkan  jumlah enzim dapat dikurangi - Peningkatan perpasangan ion dan ikatan H pd permukaan enzim (struktur 3 dimensi) dan pe- ningkatan dlm hidrofobisitas internal  ther- mostabilitas enzim meningkat. Enzim dlm pengolahan limbah pangan - Industri pangan: menghasilkan limbah cair dan padat dlm jumlah tinggi. - Metode pembuangan limbah menggunakan me- tode biologis, khemis dan fisik - Metode biologis  digesti anaerobik dan pro- duksi SCP - Ketersediaan enzim spesifik berbiaya rendah mrp insentif utama dlm aplikasinya dlm pengo- lahan limbah. - Contoh: polisakaridase, laktase, proteinase