TEKNOLOGI BIOINDUSTRI PROTEIN SEL TUNGGAL (SINGLE CELL PROTEIN)

KEBUTUHAN PROTEIN Jumlah penduduk dunia lebih dari 5.7 milyar Peningkatan 94 juta/tahun Jumlah penduduk dunia melebihi 10 milyar sebelum tahun 2050 25% penduduk dunia kelaparan dan malnutrisi Perubahan cuaca dunia, bencana alam dan perang telah mengganggu produksi dan distribusi bahan pangan

MIKROBA SEBAGAI SUMBER PROTEIN POTENSIAL Mikroba telah lama digunakan sebagai bahan pangan, misalnya tempe, oncom, jamur, dll. Dapat diproduksi dari bahan hasil samping/limbah pertanian. Mikroba juga mengandung karbohidrat, lemak, vitamin dan mineral. Dapat digunakan sbg protein supplement atau pakan ternak

MIKROBA MENGHASILKAN PROTEIN LEBIH EFFISIEN Organisme Waktu Penggandaan Sel Bakteri dan khamir Kapang dan alga Rumput dan tanaman Ayam Babi Ternak (muda) Manusia (muda) 20-120 menit 2-6 jam 1-2 minggu 2-4 minggu 4-6 minggu 1-2 bulan 3-6 bulan

MIKROBA MENGHASILKAN PROTEIN LEBIH EFFISIEN Sapi seberat 250 kg akan menghasilkan 200 g protein (daging) per hari, sedangkan 250 kg mikroba,secara teoritis, akan menghasilkan 25 ton protein per hari pada kondisi ideal. Tetapi mikroba banyak mengandung DNA dan RNA yang akan dirobah menjadi asam urat berlebihan dalam sistem metabolisme manusia, yang dapat menyebabkan batu ginjal.

KELEBIHAN MIKROBA SBG PENGHASIL SCP Mikroba dapat tumbuh cepat pd kondisi optimumnya (dapat menggandakan sel dalam waktu 0.4-1 jam) Mudah dimodifikasi secara genetik Memiliki kandungan protein tinggi Memerlukan luasan area yg kecil (bioreaktor) dan tidak tergantung iklim dan musim Dapat tumbuh pada berbagai substrat dari hasil samping/limbah pertanian

SUBSTRAT UNTUK SCP Substrat yg sudah diteliti antara lain gas, minyak bumi, methanol, ethanol, methana, dan n-alkana. Bioreaktor skala besar (75 ribu liter) telah dibangun oleh ICI (UK) utk memproduksi SCP (Pruteen) menggunakan bakteri Methylophilus methylotrophus pd substrat methanol. Hoechst (Germany), dan Mitsubishi (Jepang) menggunakan yeast (biasanya Candida utilis).

SUBSTRAT UNTUK SCP Molasses menggunakan Saccharomyces cerevisiae Whey keju menggunakan Kluyveromyces fragilis Limbah pati menggunakan kombinasi khamir Endomycopsis fibuligira dan Candida utilis

SUBSTRAT UNTUK SCP Methanol memiliki kelebihan a.l: komposisi tetap tidak tergantung musim, tidak toxin, mudah larut, tidak ada residu karbon pada biomassa. Kelemahan: Di AS, SCP belum ekonomis, harga SCP yg dihasilkan 2-5 kali harga tepung ikan. Di negara dimana metanol murah (Timur tengah) dan harga tepung ikan mahal, pilihan SCP lebih menarik.

SUBSTRAT UNTUK SCP Karbohidrat (dari limbah sulfit, molasses, whey, limbah buah-buahan, hidrolisat kayu atau hasil pertanian lain) menggunakan kapang Paecilomyces variotii. Digunakan utk pakan ternak dan unggas. Karbohidrat menggunakan kapang Fusarium utk menghasilkan mycoprotein (Quorn) utk konsumsi manusia, diproduksi oleh Rank-Hovis-Mc Dougall dg ICI (Marlow Foods).

SUBSTRAT UNTUK SCP Untuk konsumsi manusia, SCP lebih baik dibuat mengunakan substrat ethanol. Penggunaan n-alkana sebagai substrat sudah dihentikan krn diduga karsinogenik. SCP dapat dibuat menggunakan substrat dari hasil samping/limbah spt: bagassa, jerami, whey, molasses, kotoran ternak, dll. Penggunaan limbah memberi keuntungan ganda, yaitu pengurangan polusi dan produksi protein.

KELEBIHAN PENGGUNAAN LIMBAH ORGANIK UTK PRODUKSI SCP Mengurangi polusi lingkungan Tersedia dg harga murah Limbah dikonversi jadi protein yg bernilai ekonomi Dapat mengatasi kekurangan protein yg sebagian besar didapat dari impor Memungkinkan inovasi teknologi Sebagian limbah (selulosa, whey) sudah umum digunakan dalam pakan ternak.

MIKROBA UNTUK SCP Dapat memanfaatkan berbagai sumber C dan N Laju pertumbuhan cepat (20 menit-2 jam) Produktivitas tinggi Toleran thd pH dan Suhu Tidak patogenik dan tidak mengandung endotoxin Mudah dipisahkan dari media

MIKROBA UTK SCP Methanomonas methanolica Pseudomonas sp, Rhodopseudomonas Methylosinus trichosporum Alcaligenes faecalis Flavobacterium sp Acinetobacter sp Cellulomonas sp

CONVERSI METHANOL MENJADI SCP DI ICI PROCESS 1.72 CH3OH + 0.23 NH3 + 1.51 O2  1.0 CH1.68O0.36N0.22 + 0.72 CO2 + 2.94 H2O Laju pertumbuhan spesifik= 0.5/jam Densitas sel = 30 g sel kering/l Yield = 0.5 g sel/g substrat

LAJU PERTUMBUHAN DAN YIELD C6H12O6 + 0.96NH4OH 6CH1.56O0.54N0.16 + 3.72 H2O Yield = 0.25-0.61 g sel/g substrat Laju pertumbuhan= 0.321/h Yield dg substrat hidrokarbon=0.8-1.2 g/g Yield dg substrat methanol=0.4-0.6 g/g Yield dg substrat ethanol=0.75 g/g

RECOVERY PRODUK Ukuran sangat kecil (1-2 µm), density dekat dg air (1.003 g/cm3), densitas sel 10-30 g sel kering/L sehingga sulit disentrifugasi dan difilter. Krn itu sebelum disentrifugasi perlu di-aglomerasi dan di-flokulasi. Berikutnya di keringkan.

APLIKASI SCP Aplikasi SCP: Pakan ternak Pangan manusia Sbg konsentrat dan isolat protein fungsional utk digunakan dlm pangan

SYARAT MUTU Memiliki karakteristik nutrisional dan fungsional Flavor/aroma dapat diterima konsumen Asam nukleat harus rendah Bebas dari toxin, bakteri patogenik, logam berat dan residu kimia yg toxin

KOMPOSISI MYCOPROTEIN DIBANDING DAGING SAPI Komponen Mycoprotein Beef steak mentah Protein Lemak Serat Karbohidrat Abu RNA 47 14 25 10 3 1 68 30 Sekelumit 2

TEKNOLOGI PEMBUATAN SCP (SYMBA PROCESS, SWEDIA) Tahap I: Air limbah dari pabrik pengolahan kentang yg mengandung pati dipompakan melalui heat exchanger dan disterilisasi menggunakan steam injection Tahap II: Larutan pati steril dipompakan ke dalam bioreaktor I bersama khamir penghidrolisis pati (Endomycpsis fibuligira). Hidrolisat pati kemudian dipompakan ke bioreaktor II utk ditumbuhi Candida utilis.

TEKNOLOGI PEMBUATAN SCP (SYMBA PROCESS, SWEDIA) Tahap III: Sel kemudian dipanen mengunakan screening bergetar dan sentrifugasi. Sel yg dihasilkan dapat di-spray drying dan dikemas.

CONTOH PRODUKSI DRY YEAST

PERTIMBANGAN EKONOMI DAN PASAR Proses produksi SCP ditentukan (13- 57.55) oleh harga bahan baku. ICI Pruteen di Billingham, England dg kapasitas 50-75 ribu ton/tahun memerlukan biaya $70 juta. Harga jual produk $600 per ton, sedangkan harga soybean meal (44% protein) $125-190 per ton.

KESIMPULAN Bakteri dan Actinomycetes disukai sebagai mikroba utk SCP krn laju pertumbuhan cepat dan kandungan protein tinggi. Mikroba rekombinan telah meningkatkan efisiensi konversi substrat dan menghasilkan sel dengan densitas sampai 100 g/L. Perbandingan harga produksi dengan harga protein dari tanaman dan hewan akan menentukan daya saing SCP dibanding protein nabati atau hewani.