MAKALAH REKAYASA BIOPROSES “PROTEIN SEL TUNGGAL”
Disusun Oleh : Antonius Ginting (J0A2140 ) Endang Lestari (J1A214001) Zul Ihsan (J1A214005) Muammar Zaki (J1A214013) Paris P E Sitorus (J1A214027) Lurinse M Saragih (J1A214028) (J1A214028)
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JAMBI 2016
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan saat ini cenderung mengarah ke jalur bioteknologi, sangat banyak aspek yang berkembang di jalur ilmu yang satu ini. Seolah-olah menjadi sebuah trend yang sangat menarik di jaman ini. Dinegara yang sedang berkembang, anak anak sedang mengalami kekurangan protein,sehingga untuk mengatasi hal ini Protein Advisory Group bersama – sama WHO ( World Health Orrganization) perlu mmenuhi kekurangan makana pada umumnya, khususnya protein. Kualitas suatu protein ditentukan oleh kandungan asama amino. Kandungan asam amino sangat berhubungan dengan fungsi protein sel tunggal sebagai makanan tambahan dan sumber protein yang utama. Nuttrien Protein Sel Tunggal utama harus memenuhi kebutuhan gizi baik untuk manusia maupun hewan. Bioteknologi didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajarai tentang pemanfaatan makhluk hidup rekayasa genetik untuk keperluan hidup manusia. Saat ini trend pemanfaatan mekhluk rekayasa genetik ini cenderung terpusat pada mikroorganisme, karena mikroorganisme merupakan mahkluk berjasad renik yang memiliki waktu hidup yang relatif singkat, sehingga dapat dengan mudah diperoleh biomassa yang besar dan cara pengontrolan mikroba yang mudah. Sangat banyak sekali pemanfaatan mikroba di dunia industri kecil maupun besar, salah satunya adalah produksi protein sel tunggal yang potensial dijadikan lahan bisnis. Protein sel tunggal sendiri merupakan sel mikroba kering seperti daging, bakteri, ragi, kapang, dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai untuk konsumsi manusia atau hewan. Produk ini juga berisi bahan nutrisi lain, seperti karbohidrat, lemak, vitamin, dan mineral. B. Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah: 1. Untuk mengetahui pengertian protein sel tunggal dan bagaimana perkembangan produksi PST itu sendiri.
2. Untuk mengetahui produk yang dihasilkan dari proses protein sel tunggal beserta fungsi dari protein sel tunggal. 3. Untuk mengetahui sumber bahan baku beserta media untuk membuat produk PST. 4. Mengetahui proses produksi untuk membuat produk beserta pemnafaatanya dan faktor yang memepengaruhi laju proses produksi.
BAB II PEMBAHASAN
A. Pengertian dan Perkembangan Protein Sel Tunggal 1. Pengertian Protein Sel Tunggal
Protein sel tunggal adalah sel mikroba kering seperti ganggang, bakteri, ragi, kapang, dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai untuk konsumsi manusia atau hewan. Produk itu juga berisi bahan nutrisi lain,seperti karbohidrat,lemak,vitamin,dan mineral. Protein sel tunggal adalah bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari mikroba. Istilah protein sel tunggal (PST) digunakan untuk membedakan bahwa PST berasal dari organisme bersel tunggal atau banyak. Mikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai sumber protein untuk hewan atau pangan harus mendapat perhatian secara khusus. Mikroorganisme yang cocok antara lain memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit terhadap tanaman, hewan, dan manusia. Selain itu, nilai gizinya baik, dapat digunakan sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk yang dibutuhkan rendah. Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus; dari khamir Candida utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri.
2. Perkembangan Produksi Protein Sel Tunggal
Mengkonsumsi mikroba sebagai bagian makanan manusia bukan peristi wa baru. Sejak zaman purba, penduduk telah memakannya dalam bentuk lain. Misalnya, sel ragi yang merupakan komponen dalam adonan roti; bakteri asam laktat terkandung dalam keju; susu yang di fermentasi seperti yoghurt; dan saus yang difermentasi; dan kapang yakni bahan yang digunakan untuk membuat makanan dari kedelai dan ikan yang diragikan seperti tempe, oncom, dan pindang. Teknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal dari tahun 1879 di Inggris, diperkenalkannya adonan yang dianginkan untuk membuat ragi roti ( Saccharomyces cerevisiae ). Semasa Perang Dunia I di Jerman, ragi roti
dihasilkan untuk konsumsi sebagai tambahan protein penduduk. Molasse ( tetes ) dipakai sebagai sumber karbon dan energi untuk membiakkan ragi, sedangkan garam amonium dipakai sebagai sumber nitrogen. Pada tahun-tahun lebih akhir, kemajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi dan genetika mikroba telah banyak memperbaiki metoda untuk menghasilkan protein sel tunggal dari berbagai macam mikroba dan bahan mentah. Umpamanya, bakteri dengan kandungan protein yang tinggi sampai 72 persen atau lebih dapat dihasilkan terus menerus dengan menggunakan metanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang dibiakkan dalam media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi biaya energi untuk pengeringan. Produk protein sel tunggal sangat bergantung pada perkembangbiakan skala besar dari mikroorganisme tertentu yang diikuti dengan proses pendewasaan dan pengolahan menjadi bahan pangan Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutan Single Cell Protein (SCP) atau Protein Sel Tunggal. Menurut Tannembaum (1971), Protein Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme, seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang dan protozoa. Sebenarnya ada dua istilah yang digunakan untuk produk mikroba ini, yaitu PST (Protein Sel Tunggal) dan Microbial Biomass Product (MBP) atau Produk Biomassa Mikrobial (PBM). Bila mikroba yang digunakan tetap berada dan bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan PBM. Bila mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan PST. Kelebihan PST adalah sebagai berikut: a. laju pertumbuhan sangat cepat yaitu dalam ukuran jam dan masih bis a ditingkatkan lagi b. dapat menggunakan bermacam-macam media atau substrat c. produksi PST tidak bergantung iklim dan musim d. memiliki kandungan protein lebih tinggi daripada hewan dan tumbuhan.
3. Substrat dan Mikrobia untuk Protein Sel Tunggal
Substrat untuk produksi Protein sel Tunggal dapat menggunakan limbah industri, imbah pertanian baik imbah padat maupun limbah cair. Limbah cair dapat berupa melase, cairan whey susu, sulfite liquor. Limbah pertanian misalnya limbah pabrik
tahu,
lmabh
pabrik
tahu
yang
mengandung
selubiosa,
dan
gula.Karbondioksida dapat digunakan sebaga sumber karbon bagi algae dan hidrogen bakteri. Bakteri dan Fungi tertentu dapat menggunakan methan dan methanol. Pati dari hasil sisa pembuatan kertas dapat ditumbuhi Endomycopsis fibuliger dan Candida utilis dapat menghasilkan amilase. Setiap mikroorganisme yang mampu tumbuh menggunakan selulosa sebagai sumber karbon, dapat digunakan untuk mermbuat Protein Sel Tunggal. Bahan lain yang dapat digunakan adalah bahan yang mengandung gula dan mikroorganisme yang digunakan adalah Yeast. Pemilihan Yeast dapat digunakan untuk pembuatan protein sel t unggal yang digunakan untuk pembuatan protein sel tunggal dilakukan berdasarkan laju pertumbuhan, kemudahan pemeliharaan kultur, kesederhanaan medis dan kandungan protein serta gizinya, hal ini dimaksudkan karena protein sel tunggal digunakan sebagai sumber protein disamping berperan sebagai sumber mineral dan vitamin B. Jenis yeast yang dapat digunakan untuk pembuatan sel tunggal antara lain
:
Saccharomyces
cereviceae,
Kluvieromyces
lactis,
Candida
utilis,
Kluveromyces marxianus.
4. Kondisi Kultur Protein Sel Tunggal
Garam amonium atau nitrat biasanya digunakan untuk mempelajari sumber nitrogen oleh mikrobia. Kemudian pH medium untuk khamir perlu diatur asam (4,5 – 5,5), untuk bakteri membutuhkan pH netral ( 6,0 – 9,5), sedangkan untuk bakteri hijau biru, Spirulina maxima memerlukan pH basa (9-11). Temperatur optimum untuk pertumbuhan mikroba bervariasi ada yang tumbuh baik pada suhu antara 2840 °C . Produksi khamir ada media minyak gas dpreparasi dalam kondisi tidak steril ,demikian juga algae yang ditumbuhkan i dalam danau terbuka selalu terjadi kontaminasi bakteri dan protozoa. Apabila produksi protein sel tunggal menggunakan substrat hidrokarbon akan timbul banyak masalah karena kemungkinan berifat karsinogenik. Problemnya antara lain solubilitas hidrokarbon
rendah. balok yang mudah dibawa. Produk protein sel tunggal sangat bergantung pada perkembangbiakan skala besar dari mikroorganisme tertentu yang diikuti dengan proses pendewasaan dan pengolahan menjadi bahan pangan. Ada dua factor pendukug pengembangbiakan mikroorganisme untuk protein sel tunggal, yaitu: a. laju pertumbuhan sangat cepat jika dibandingkan dengan sel tanaman atau sel hewan dan waktu yang diperlukan untuk penggandaan relatif singkat; b. berbagai macam substrat yang digunakan bergantung pada jenis mikroorganisme yang digunakan. Langkah-langkah produk protein sel tunggal sebagai berikut. a. Pemilihan dan penyiapan sumber karbon, beberapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap bahan dasar yang diperlukan b. Penyiapan media yang cocok dan mengandung sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor, dan unsur-unsur lain yang penting c. Pencegahan kontaminasi media d. Pembiakan mikroorganisme yang diperlukan e. Pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi f. Penanganan lanjut biomassa Manfaat Protein Sel Tunggal
Protein sel tunggal dapat digunakan sebagai tambahan protein pada pangan, pelengkap protein pada paka ternak dan ramuan pangan yang berfungsi sebagi pembentuk citarasa. Dalam memproduksi protein sel tunggal, tidak memerlukan areal yang luas, tidak menibulkan limbah dan proses produksinya cepat, reproduksi mikroorganisme seperti khamir dan bakteri meimberikan hasil yang lebih besar setiap jam, sedangkan ganggangmemerlukan waktu kurang dari satu hari . Perrsamaan reaksi pembuatan protein sel tunggal ( PST) pada proses fermentasi
adalah sebagai berikut: C6H12O6
+
Sumber N
+
¾ O2
+
Mikroorganisme+ Mineral+Nutrien
Massa sel baru (PST) + C5H9NO4 + CO2 + H2O 5.NILAI NUTRISI PROTEIN SEL TUNGGAL
Komposisi mikroba yang berguna sebagai sumber makanan terdiri dari 10-15% purin atau base pirimidin. KOMPOSISI SEL MIKROBA (%) BERAT KERING
Fungi
Algae
Khamir
Bakteri
Filamentous Nitrogen
5 – 8
7,5 – 10
7,5 – 8,5
11,5-12,5
Lemak
2 – 8
7,0 – 208,
2,0 – 6,0
1,5-3
Abu
9 – 14
8,0 - 10
5,0 – 9,5
3,0-7
Asam Nukleat
-
3,0 - 8
6,0 - 12
8,0 - 16
B. Produk Yang Dihasilkan Dari Protein Sel Tunggal 1.Protein SelTunggal (PST) dari Pencampuran Limbah Cair Tahu, Ampas Tahu dan Air Kelapa
Pemanfaatan limbah cair tahu, ampas tahu dan air kelapa dengan variasi dan komposisi sebagai media tumbuh S.cerevieae, sehingga diketahui perbedaan kadar protein sel S.cereviceae dibandingkan dalam medium YEPD. Maka dengan pencampuran ketiga substrat tersebut dapatdihasilka PST yang mempunyai kadar protein yang tinggi dan limah yang sering dianggap sebagai sumber pencemaran dapat dimanfaatkan. Biakan murni S.cereviceae, limbah cair tahu, ampas tahu segar, air kelapa segar, ekstrak khamir, pepton, dekstrosa, akuades, NaOH 0,5 N, H2O, Na2CO3,CuSO4, K-Na-Tartrat,Folin-cioceltau dan Bovine Serum Albumine (BSA). Selama pembiakan 72 jam, S.cereviceae mengalami pertumbuhan yang cepat karena nutrien yang terkandung dalam medium tersedia dalam jumlah yang berlebih untuk dimanfaatkan S.cerevieae bagi pertumbuhannya. S.cerevieae memanfaatkan protein, karbon, mineral, diperoleh dari ekstrak khamir, pepton,
dekstrosa, limbah cair tahu, ampas tahu dan air kelapa. Menurut Machfud (1989), peningkatan jumlah sel
dan massa
sel
menandai
adanya pertumbuhan
mikroorganisme. Kemudian menurut Fardiaz (1987), semakin tinggi kecepatan pertumbuhan semakin banyak jumlah sel. Perbedaan jumlah sel S.cerevieae pada berbagai medium yang digunakan disebabkan oleh persediaan zat- zat nutrien yang terdapat dalam masing – masing medium tersebut. Menurut Amaria,dkk (2001) untuk tumbuh dan berkembangbiak S.cerevieae memerlukan unsur unsur seperti C,H, O, N, S, P, K dan berbagai mineral seperti Fe, Mg, Na, dan Mn. Waktu pembiakan 72 jam pada semua me dium memberikan jumlah sel yang banyak, karena pada masa tersebut laju pertumbuhan memasuki fase akhir logaritmik. Pada medium YEPD, limbah cair tahu dan air kelapa serta ditambah ampas tahu segar juga mengandung unsur – unsur yang diperlukan S.cerevieae untuk pertumbuhannya. Jumlah unsur – unsur tersebut lebih rendah dibandingkan medium YEPD dan beberapa masih dalam bentuk kompleks, sehingga tidak dapat digunakan oleh S.cerevieae. Pengukuran kadar protein dilakukan dengan menggunakan metode Lowry, dan Bovine Serum Albumine (BSA) sebaga larutan standart. Dari analisis yang dilakukan bahwa kadar protein sel antara medium YEPD dan limah cair tahu-ampas kelapa jam ke-72 menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan. Kadar protein teringgi pada medium limbah cair tahu dan air kelapa dengan pembanding 1:2 ditambah ampas tahu 2,5 gr yaitu sebesar 34,47 %. Kadar protein S.cerevieae dalam medium YEPD lebih tinggi dengan yang lainnya. Menurut Fardiaz, semakin baik nutrien di dalam substrat tempat tumbuhnya, maka pertumbuhan sel semakin cepat yang akan meningkatkan kadar protein sel. Selain itu kadar protein sel dipengaruhi oleh waktu pembiakan. Menurut Kuswardani dan Wijajaseputra (1998) waktu pembiakan yang terlalu singkat akan menghasilkan PST dalam jumlah rendah karena biokonversi komponen medium belum optimal. Sedangkan wakru pembiakan yang terlalu lama akan menyebabkan terjadinyan
penurunan
protein
yang
terakumulasi
dalam
PST
akibat
autobiodegradasi untuk memenuhi kebutuhan energinya sehubungan dengan ketersediaan nutrien dalam medium yang semakin tidak mencukupi.
Proses pembuatan PST dari Pencampuran Limbah Cair Tahu,
Ampas Tahu dan
Air Kelapa :
Medium YEPD dibuat dari campuran khamir , pepton, dekstrosa dan akuades. Semua bahan dimasukkan ke dala beker glass dan diaduk hingga homogen
Campuran tersebut dimasukkan kedalam botol sampai bolume 150 ml.
Botol ditutup dengan busa aluminium foil, kemudian disterilkan dengan autoklaf pada suhu 121°Celcius selama 15 menit
Selanjutnya medium didinginkan dan setelah dingin siap diinokulasikan
Analisis kadar protein dilakukan dengan dengan metode spektofotometer.
Serbuk sel sebanyak 0,5 gr dihaluskan dan ditambah akuades sampai volume 100 ml
Larutan disaring dan ditambah 100 ml akuades
Larutan diambil 1 ml Lowry D, Digojog dengan voretx dan didiamkan selama 15 menit pada suhu kamar
Kemudian larutan disaring dan ditambah 3 ml lowry E. Digojog dengan vortex dan didiamkan selama 15 menit pada suhu kamar
Diukur absorbansinya pada 590 nm. Kemudian dibuat kurva standart BSA dengan konsentrasi 0,06; 0,12; 0,18; 0,24; 0,3; mg/ml. Maka diperoleh regresi hubungan antara absorbansi dengan kosnsentrasi protein
2. Produksi Protein Sel Tunggal Spirulina.sp
Spirulina.sp merupakan cyanobacteria yang banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku industri makanan karena mengandung protein 60-71 %, lemak 8%, karbohidrat 16% dan vitamin. Spirulina.sp yang dikultur pada perlakuan penambahan pupuk kombinasi konsentrasi MET dengan pupuk urea dan perlakuan kontrol (walne) memiliki pola pertumbuhan dengan puncak populasi yang berbeda beda. Hasil pengujian kadar protein Spirulina.sp dapat diketahui bahwa perlakuan dengan komposisi MET 4% dan urea 100 ppm menunjukkan kadar protein sebesar20,99 %. Hal ini disebabkan karena terjadinya puncak pertumbuhan pada
hari keenam, memiliki kelimpahan sel yang paling tinggi.Hasil pengukuran nilai salinitas media kultur berkisar antara 20% - 27 % yang menyatakan bahwa salinitas yang optimal untuk pertumbuhan Spirulina.sp adalah berkisar antara 15- 30 %. Proses pembuatan PST Spirulina.sp Isolat Spirulina.sp diperoleh dari balaiBudidaya Air Payau Situbondo. Media dasar air laut yang digunakan diperoleh dari perariran pantai Kenjeran Surabaya.
Kemudian salinitas air laut dibuat 20 % dengan penambahan akuades
Sedangkan pupuk yang ditambahkan pada media kultur Spirulina sp. Terdiridari kombinasi konsentrasi Media Ekstrak Tauge (MET) dengan pupuk Urea dan kontrol berupa pupuk walne
Pembuatan MET dilakukan dengan merebus 500 gr tauge kacang hijau dalam 2500 ml akuades yang mendidih selama 1 jam kemudian disaring dengan kassa dan kapas. Konsentrasi MET yang digunakan yaitu 2 %, 4 % dan 6 % dibuat dari larutan stok v/v
MET yang telah dibuat kemudian dikombimasikan dengan pupuk urea komersil yang berbentuk serbuk dengan dosis 80 ppm pada media dasar air laut
3.Produksi Protein Sel Tunggal dari Limbah Nenas dengan Fermentasi
Limbah nenas banyak mengandung sukrosa, glukosa dan nutrisi lainnya, dan limbah nenas tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon pada proses fermentasi yang dapat menghasilkan protein sel tunggal. Pada sebuah penelitian akan dicoba pembuatan PST dari limbah nenas dengan proses fermentasi menggunakan yeast Saccharomyces cereviceae NO.
pH
Kadar Protein (g/500ml)
1
3
0,9468
2
3,5
0,9671
3
4
1,5176
4
4,5
2,4773
5
5
1,8975
6
5,5
1,2468
Dari tabel terlihat bahwa semakin besar pH 4,5 maka terjadi kenaikan protein hal
ini disebabkan karena kadar semakin besar pH maka semakin sesuai dengan kondisi pH yang dibutuhkan yeast dan setelah pH 4,5 kadar protein semakin menurun hal ini karena tekanan osmose larutan lebih besar maka dinding yeast akan pecah dan yast akan mati. Proses pembuatan PST dari limbah nenas dengan fermentasi : 1) Limbah kulit nenas dicuci kemudian diblender sampai halus,setelah itu disaring, cairan diambil dan dipanaskan sampa medidih, lalu didinginkan, larutan ini disebut dengan media fermentasi 2) Pembuatan starter Sukrosa sebanyak 22,4 gr dilarutkan dengan 100 ml aquades, pH larutan diatur sampai 5 lalu ditambah nutrisi berupa (NH 4)2S04 dan KH2PO4, larutan divariasikan pH nya, lalu disterilisasi dengan cara dipanaskan sampai 1 jam, dan kemudian didinginkan, setelah dingin, dimasukkan yeast Saccharomyces cereviceae kemudian diferenasi dengan cara dishaking selama 2 jam. 3) Fermentasi Media Fermentasi dimasukkan kedalam erlenmeyer lalu ditambah nutrisi (NH4)2S04 dan KH2PO4, lalu larutan divariasikan pHnya , lalu larutan disterilisasi dengan dipanaskan selama satu jam setelah itu didinginkan, larutan ditambah starter dan difermentasikan selama 2 hari. Setelah 2 hari larutan dianalisis kadar proteinnya.
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
1. Protein sel tunggal adalah bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari mikroba. Istilah protein sel tunggal (PST) digunakan untuk membedakan bahwa PST berasal dari organisme bersel tunggal atau banyak. 1. Produk protein sel tunggal sangat bergantung pada perkembangbiakan skala
besar
dari
mikroorganisme
tertentu
yang
diikuti
dengan
proses
pendewasaan dan pengolahan menjadi bahan pangan. 2. Protein sel tunggal dapat digunakan sebagai tambahan protein pada pangan,
pelengkap protein pada paka ternak dan ramuan pangan yang berfungsi sebagi pembentuk citarasa. 3. Dalam memproduksi protein sel tunggal, tidak memerlukan areal yang luas,
tidak menibulkan limbah dan proses produksinya cepat, reproduksi mikroorganisme seterti khamir dan bakteri meimberikan hasil yang lebih besar setiap jam, sedangkan ganggangmemerlukan waktu kurang dari satu hari .
DAFTAR PUSTAKA
Fardiaz,S.,1993. Mikrobiologi Pangan’’ PAU Pangan dan Gizi, Univesitas Gajah Mada, Yogyakarta Fardiaz,S 1987 Fisiologi Fermentasi . Bogor : PAU Pangan Dan Gizi IPB Sudarmadji,Kasmidjo, 1989’’Mikrobiologi Pangan’’PAU Pangan dan Gizi, Univesritas Gajah Mada, Yogyakarta
