Paper Produksi Enzim Protease

PAPER

“Produksi  Enzim Protease”

Oleh:

Devara Herayasa Fadhilla (111710101027)

Bella Cita Maharani (111710101057)

Rika Damayanti (111710101061)

Enzim merupakan protein yang berfungsi sebagai biokatalis dalam sel hidup. Enzim dihasilkan oleh sel-sel hidup, baik hewani maupun nabati. Bila digabungkan dengan bahan organik tertentu maka bisa mengubah susunan menjadi persenyawaan yang lebih sederhana, namun enzim itu tidak turut berubah. Sehingga enzim sering diartikan sebagai katalisator organik. Enzim sangat penting dalam kehidupan dan tidak ada organisme tumbuhan atau hewan yang dapat hidup tanpa enzim, maka tepung tidak akan memiliki sifat-sifat tertentu bila dalam biji gandum tidak ada enzim.

Ada dua jenis enzim yang sangat penting, yaitu diastase dan protease. Enzim protease berfungsi melembekkan, melembutkan atau menurunkan gluten yang membentu protein. Sehingga bila ingin memperoleh adonan roti yang baik maka sedikit enzim protease perlu disertakan.

Kelebihan enzim dibandingkan katalis biasa adalah (1) dapat meningkatkan produk beribu kali lebih tinggi; (2) bekerja pada pH yang relatif netral dan suhu yang relatif rendah; dan (3) bersifat spesifik dan selektif terhadap subtrat tertentu. Enzim telah banyak digunakan dalam bidang industri pangan, farmasi dan industri kimia lainnya. Dalam bidang pangan misalnya amilase, invertase, glukosa-isomerase, papain, dan bromelin, sedangkan dalam bidang kesehatan contohnya amilase, lipase, dan protease. Enzim dapat diisolasi dari hewan, tumbuhan dan mikroorganisme.

Protease merupakan enzim proteolitik yang mengkatalisis pemutusan ikatan peptida pada protein. Protease dibutuhkan secara fisiologi untuk kehidupan organisme pada tumbuhan, hewan maupun mikroorganisme. Protease terdiri dari asam aspartat, asam glutamik, cysteine metallo, serine, dan threonine. Protease tumbuhan yang dikenal antara lain papain, bromelain, dan keratinase. Protease hewan yang paling dikenal adalah tripsin, kimotripsin, pepsin dan rennin. Enzim-enzim ini dapat diperoleh dalam keadaan murni dengan jumlah besar.enzim protease dapat digambarkan dari rangkaian molekul-molekul penyusunnya berbentuk seperti pita.

Protease adalah enzim penting dan memiliki nilai ekonomi yang tinggi karena aplikasinya yang sangat luas. Industri pengguna protease di antaranya ialah industri deterjen, kulit, tekstil, makanan, hidrolisat protein, pengolahan susu, farmasi, makanan, bir, film, dan limbah. Oleh karena itu, tidak mengherankan apabila protease yang digunakan mencapai 60% dari total enzim yang diperjualbelikan di seluruh dunia.

Enzim protease merupakan salah satu enzim yang memiliki nilai komersial tinggi dan telah digunakan secara luas diberbagai bidang industri. Industri penyamakan kulit memanfaatkan enzim protease sebagai agensia bating (pengikis protein globular), didalam perdagangan dikenal dengan nama oropon atau enzylon. Telah dilakukan penelitian, membandingkan agensia bating enzim protease dari Aspergillus oryzae dengan standar oropon terhadap kadar protein kulit, serta menentukan penurunan kadar protein kulit dengan penggunaan berbagai konsentrasi enzim protease dari Aspergillus oryzae dan waktu bating. Kadar protein dianalisa dengan metode Kjeldahl. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa pada kondisi yang sama konsentrasi 1,00 % (b/b) dan waktu bating 60 menit, enzim protease dari Aspergillus oryzae dapat menurunkan kadar protein sebesar 19,55 %, sedangkan oropon 1,14 %. Dari berbagai konsentrasi enzim protease dari Aspergillus oryzae dan waktu bating, menunjukkan semakin tinggi konsentrasi enzim dan semakin lama waktu bating, penurunan kadar protein semakin meningkat.

 Mikroorganisme adalah sumber enzim yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan tanaman dan hewan. Sebagai sumber enzim, mikroorganisme lebih menguntungkan karena pertumbuhannya cepat, dapat tumbuh pada substrat yang murah, lebih mudah ditingkatkan hasilnya melalui pengaturan kondisi pertumbuhan dan rekayasa genetik, serta mampu menghasilkan enzim yang ekstrim. Adanya mikroorganisme yang unggul merupakan salah satu faktor penting dalam usaha produksi enzim. Oleh karena itu, penggalian mikroorganisme indigenous penghasil protease perlu dilakukan di Indonesia. Keragaman hayati yang tinggi memberikan peluang yang besar untuk mendapatkan mikroorganisme yang potensial untuk dikembangkan sebagai penghasil enzim.

Mekanisme protease adalah dengan mengubah sumber gula atau laktosa menjadi asam laktat. Protease memiliki daya katalitik yang spesifik dan efesien serta bekerja optimal pada suhu 70 ‘C. Laktosa yang menjadi sumber gula dipecah menjadi glukosa. Glukosa dioksidasi menjadi 2 piruvat melalui jalur Embden Mayerhoff Parnass (EMP) dan menghasilkan 2 ATP. NADH yang dihasilkan dari jalur itu digunakan untuk mereduksi piruvat menjadi asam laktat.

Berbagai jenis bakteri dan kapang dilaporkan mampu menghasilkan protease (Bacillus amylolique, B. licheniformis, B. subtilis, B. cereus, B. polymyxa, B. hermoproteolyticus, Mucor pusillus, M. miehei, Aspergillus orizae,A,sojae dan A. phoenicis), beberapa diantaranya telah digunakan untuk skala industri.

Termofilik sebagai salah satu jenis bakteri dapat tumbuh pada suhu tinggi di atas suhu tumbuh rata-rata bakteri mesofil yaitu 45^oC-70^oC. Oleh karena memiliki ciri khas demikian, maka bakteri ini sebagian besar tumbuh dan hidup pada daerah bersuhu tinggi, seperti sumber air panas, kawah gunung berapi, dan tempat pengomposan. Keuntungan dari bakteri ini adalah memiliki protein yang dapat bekerja pada kondisi lingkungan dengan suhu tinggi dimana protein/ enzim lain dapat mengalami denaturasi. Salah satu protease termostabil dapat dihasilkan dari mikroorganisme termofilik yaitu Bacillus subtilis.

Bacillus subtilis termasuk jenis Bacillus. Bakteri ini termasuk bakteri gram positif, katalase positif yang umum ditemukan di tanah. Bacillus subtilis mempunyai kemampuan untuk membentuk endospora yang protektif yang memberi kemampuan bakteri tersebut mentolerir keadaan yang ekstrim. Tidak seperti species lain seperti sejarah, Bacillus subtilis diklasifikasikan sebagai obligat anaerob walau penelitian sekarang tidak benar. Bacillus subtilis tidak dianggap sebagai patogen walaupun kontaminasi makanan tetapi jarang menyebabkan keracunan makanan. Sporanya dapat tahan terhadap panas tinggi yang sering digunakan pada makanan dan bertanggung jawab terhadap kerusakan pada roti.

Bacillus subtilis selnya berbentuk basil, ada yang tebal dan yang tipis. Biasanya bentuk rantai atau terpisah. Sebagian motil dan adapula yang non motil. Semua membentuk endospora yang berbentuk bulat dan oval.  Baccillus subtlis merupakan jenis kelompok bakteri termofilik yang dapat tumbuh pada kisaran suhu 45 °C – 55 °C dan mempunyai pertumbuhan suhu optimum pada suhu 60 °C – 80 °. 

Peningkatan suhu menyebabkan aktivitas enzim meningkat. Hal ini disebabkan oleh suhu yang makin tinggi akan meningkatkan energi kinetik, sehingga menambah intensitas tumbukan antara substrat dan enzim. Tumbukan yang sering terjadi akan mempermudah pembentukan kompleks enzim-substrat, sehingga produk yang terbentuk makin banyak. Pada suhu optimum, tumbukan antara enzim dan substrat sangat efektif, sehingga pembentukan kompleks enzim-substrat makin mudah dan produk yang terbentuk meningkat. Peningkatan suhu lebih lanjut akan menurunkan aktivitas enzim. Hal ini disebabkan karena enzim mengalami denaturasi. Enzim mengalami perubahan konformasi pada suhu terlalu tinggi, sehingga substrat terhambat dalam memasuki sisi aktif enzim.

B. subtilis tidak dianggap sebagai manusia patogen; dapat mencemari makanan tetapi jarang menyebabkan keracunan makanan. B. subtilis yang menghasilkan enzim subtilisin. B. subtilis spores dapat hidup yang ekstrim pemanasan yang sering digunakan untuk memasak makanan, dan bertanggung jawab untuk menyebabkan kekentalan yang lengket, membenang konsistensi yang disebabkan oleh bakteri produksi panjang rantai polisakarida dan manja dalam adonan roti.

B. subtilis dapat memproduksi sebuah endospore yang tahan terhadap faktor lingkungan seperti panas, asam, dan garam, yang dapat berada di dalam lingkungan dalam jangka waktu yang lama. Endospore adalah yang dibentuk pada saat gizi stres, memungkinkan organisme untuk terus berada di dalam lingkungan sampai kondisi menjadi baik. Sebelum proses untuk menghasilkan spora bakteri melalui proses produksi flagella dan mengambil DNA dari lingkungan.

 Bacillus subtilis adalah salah satu bakteri yang bersifat termofilik fakultatif. Telah dilaporkan bahwa bakteri ini dapat menghasilkan enzim protease. Protease merupakan enzim proteolitik yang mengkatalisis pemutusan ikatan peptida pada protein. Protease diisolasi dari  dan diuji pengaruh suhu pada aktivitasnya yaitu pada 35^oC-50^oC dengan menggunakan kasein sebagai substrat. Protease dipekatkan dengan metode liofilisasi. Kadar protein diuji dengan metode Bradford, sedangkan aktivitasnya diuji dengan metode Nakanishi menggunakan spektrofotometer. Kadar protein diperoleh 1.68 mg tiap 1 mg sel kering. Aktivitas optimumnya adalah 0.278 U/mg dan dicapai pada suhu 40^oC.

Media padat yang digunakan adalah media kompleks berupa agar nutrisi dengan takaran 40 g/L. Media cair dibuat menggunakan bahan – bahan yang terdiri dari (g/L) : cairan nutrisi 15, KH₂PO₄ 1, dan MgSO₄.7H₂O 0.5. Media tersebut dilarutkan dalam 20 mL, 100 mL, dan 1 L aquades. Media diatur pada pH 7 dengan menggunakan NaOH 0.1 M. Larutan kasein 1% dibuat dengan cara kasein dilarutkan pada buffer fosfat pH 7. Media dan larutan kasein ini disterilisasi pada 121^oC selama 15 menit.

Sel Bacillus subtilis yang digunakan dalam produksi enzim adalah pada saat fase log. Oleh karena itu diperlukan data untuk mengetahui fase pertumbuhan dari bakteri tersebut melalui data kurva pertumbuhannya. Data kurva pertumbuhan dibuat dengan biakan pada media padat bakteri diinokulasi pada media cair yang digunakan sebagai kultur awal. Kultur awal media cair ini bertujuan untuk menyeragamkan usia bakteri dari biakan padat.

Dalam produk pangan Enzim protease dapat digunakan sebagai pelembut daging bagi daging yang liat supaya mudah dikunyah, dan membantu menanggalkan kulit ikan dalam industri pengetinan ikanEnzim exolite yang termasuk dalam kelompok enzim protease ini juga digunakan di industri penyamakan kulit.