pertemuan 11 produksi_enzim.ppt

PRODUKSI ENZIM

Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.

Jasad Penghasil Enzim

Hewan Tumbuhan Protista

Jamur Ganggang Protozoa

Bakteri Arkaea

EnzimNomor

ECSumbe

r

Intra/ extra

-selule

r

Skala Produ

ksi

Manfaat

Industri

Katalase1.11.1.6

Liver I -Pangan

Kemotripsin

3.4.21.1

Pankreas

E - Kulit

Lipase3.1.1.3

Pankreas

E -Pangan

Renet3.4.23.4

Lambung

E + Keju

Tripsin3.4.21.4

Pankreas

E - Kulit

Enzim untuk Keperluan Industri yang Dihasilkan

oleh Hewan

EnzimNomor

ECSumber

Intra/ extra

-seluler

Skala Produksi

Manfaat

Industri

Aktinidin3.4.22.14

Buah Kiwi

E - Pangan

-Amylase 3.2.1.1Kecambah gandum

E +++ Bir

-Amylase 3.2.1.2Kecambah gandum

E +++ Bir

Bromelain3.4.22.4

Getah nanas

E - Bir

-Glukanase

3.2.1.6Kecambah gandum

E ++ Bir

Fisin3.4.22.3

Getah Ara

E - Pangan

Lipoksigenase

1.13.11.12

Kedelai I - Pangan

Papain3.4.22.2

Getah Pepaya

E ++ Daging


oleh Tumbuhan

EnzimNomor EC

Sumber

Intra/ extra

-seluler

Skala Produk

si

Manfaat

Industri

-Amylase

3.2.1.1

Aspergillus

E ++ Roti

Aminoasilase

3.5.1.14

Aspergillus

I -Farmasi

Glukoamilase

3.2.1.3

Aspergillus

E +++ Tepung

Katalase1.11.1.6

Aspergillus

I - Pangan

Selulase3.2.1.4

Trichoderma

E - Limbah

Dextranase

3.2.1.11

Penicillium

E - Pangan


oleh Jamur (1)

EnzimNomor EC

Sumber

Intra/ extra

-selule

r

Skala Produk

si

Manfaat

Industri

Glukosa oksidase

1.1.3.4

Aspergillus

I - Pangan

Laktase3.2.1.23

Aspergillus

E - Susu

Lipase3.1.1.3

Rhizopus

E - Pangan

Renet3.4.23.6

Mucor miehei

E ++ Keju

Pektinase3.2.1.15

Aspergillus

E ++Minuman

Pektin liase4.2.2.10

Aspergillus

E -Minuman

Protease3.4.23.6

Aspergillus

E + Roti

Rafinase3.2.1.22

Mortierella

I - Pangan


oleh Jamur (2)

EnzimNomor EC

Sumber

Intra/ extra

-selule

r

Skala Produ

ksi

Manfaat

Industri

Invertase

3.2.1.26

Saccharomyces

I/E -Gula-gula

Laktase

3.2.1.23

Kluyveromyces

I/E - Susu

Lipase3.1.1.3

Candida E -Pangan

Rafinase

3.2.1.22

Saccharomyces

I -Pangan


oleh Khamir

EnzimNomor

ECSumber

Intra/ extra

-seluler

Skala Produk

si

Manfaat Industri

-Amylase3.2.1.1

Bacillus E +++ Tepung

-Amylase3.2.1.2

Bacillus E + Tepung

Asparaginase3.5.1.1

Escherichia coli

I -Kesehatan

Glukosa isomerase

5.3.1.5

Bacillus I ++Sirup Fruktosa

Penisilin amidase

3.5.1.11

Bacillus I - Farmasi

Protease3.4.21.14

Bacillus E +++Detergen

Pululanasej 3.2.1.41

Klebsiella

E - Tepung


oleh Bakteri

Keunggulan Mikroba dalam Memproduksi Enzim Memproduksi enzim secara

konstitutif. Mensekresikan enzim ke

dalam medium pertumbuhan (enzim ekstraseluler).

Pada enzim yang tidak diproduksi secara konstitutif, mudah diinduksi dan murah.

Umumnya diketahui aman.

Kehendak Konsumen terhadap Enzim Diketahui aktivitasnya. Aktivitasnya bertahan cukup lama. Mudah disimpan (pada suhu kamar

atau pendingin sederhana). Tidak mengandung bahan (enzim

atau bukan enzim) yang mengganggu pemanfaatan enzim.

Tidak berbahaya terhadap pelaksana atau konsumen.

Kehendak Konsumen terhadap Enzim

Jenis mikroba yang dimanfaatkan untuk memproduksi enzim terbatas jumlahnya

Menumbuhkan Mikroba Lingkungan yang dibutuhkan

A. Kebutuhan fisikB. Kebutuhan kimia

Kebutuhan Fisik

1. SuhuPsikrofil : 0 - 15oC.Mesofil : 10 - 45oCThermofil : 40 - 70oC.Ekstrim Thermofil: 65 - 110oC.Setiap jasad memiliki suhu minimum, optimum, dan maksimum untuk pertumbuhannya

Kebutuhan Fisik

2. pHOptimum untuk kebanyakan bakteri adalah 6 - 8

Optimum untuk khamir adalah di sekitar 5

Asidofil tumbuh pada pH sangat rendah

Alkalinofil tumbuh pada pH tinggi

Kebutuhan Fisik 3. Tekanan Osmose

Sel pada umumnya hidup dalam larutan isotonik

Larutan hipertonik membuat sel terdehirasi

Digunakan untuk pengawetan makananHalofil

Halofil ekstrim dan halofil obligat (arkaea) membutuhkan kadar garam tinggi

Halofil fakultatif dapat tumbuh pada medium berkadar garam tinggi

Kebutuhan Kimia1. Karbon

Ototrof Karbon dari CO2.Heterotrof Karbon dari bahan organik

2. Nitrogen, sulfur, & fosforNitrogen untuk sintesis protein, DNA, RNA, ATP

Sulfur untuk sintesis beberapa asam amino & vitamin

Fosfor untuk sintesis asam nukleat, ATP, fosfolipida

Kebutuhan Kimia

3. OksigenDibutuhkan tetapi juga berbahaya bagi selDibutuhkan dalam respirasi

Berbahaya karena merupakan senyawa pengoksidasi

Kebutuhan Kimia Kasifikasi organisme berdasarkan

tanggapannya terhadap oksigenAerob obligat: butuh oksigen.Anaerob fakultatif: Tumbuh dengan maupun tanpa oksigen.

Anaerob obligat: Tumbuh hanya jika tanpa oksigen.

Anaerob aerotoleran: Dapat tumbuh ketika ada oksigen, tetapi tidak menggunakannya.

Mikroaerofil: Tumbuh pada kandungan oksigen rendah.

4. Unsur mikro: kalium, magnesium, kalsium, besi, tembaga, molybdenum, dan seng. Dibutuhkan sebagai kofaktor

5. Senyawa organik pemacu pertumbuhan

VitaminAsam aminoPurinPirimidin

Kebutuhan Kimia

Media Pembiakan 1. Defined Media

Komposisi kimia media diketahui Sering digunakan untuk

menumbuhkan mikroba fastidious 2. Complex Media

Komposisi kimia media tidak diketahui

Digunakan untuk menumbuhkan kebanyakan bakteri dan jamur

Media untuk Produksi Enzim Defined media tidak/jarang digunakan

untuk produksi skala besar kecuali jika enzim yang diproduksi berharga sangat mahal

Lebih disukai less-defined complex media yang tersusun atas bahan-bahan yang dipilih dengan pertimbangan beaya, ketersediaan, dan kandungannya.

Sering digunakan bahan-bahan yang berasal dari limbah atau produk samping industri pangan dan pertanian.

Diagram Alir Produksi Enzim

Pemisahan Sel dari Media Pertumbuhan Cair Sentrifugasi Filtrasi/Penyaringan

Sentrifugasi

Dasar pemisahan Perbedaan antara fasa cair dan padat

Ukuran partikel, Berat jenis partikel, Berat jenis bahan cair/larutan, Jari-jari sentrifus.

Filtrasi/Penyaringan

Dasar pemisahan adalah ukuran partikel.

Efisiensinya dibatasi oleh:Bentuk partikel Kemampuan partikel menahan tekanan

Kekentalan fasa cair

Pemecahan Sel

Energi yang dibutuhkan untuk memecahkan sel tergantung kepada tipe dan fisiologi organisme

Sel hewan dan beberapa bakteri gram-negatif (mis. Azotobacter) hanya membutuhkan perlakuan lunak (mis. Guncangan osmotik)

Khamir, alga hijau, miselium jamur dan beberapa bakteri gram-positif membutuhkan perlakuan yang lebih kuat karena memiliki struktur penguat.

Pemecahan menggunakan ultrasonik (1) Frekuensi tinggi (18 kHz - 1

MHz) Menghasilkan pergerakan sel

terbatas (kurang dari 50 mm) Kecepatan gerakan sedang

(beberapa m detik-1) Perbedaan kecepatan tinggi Percepatan sangat tinggi

Pemecahan menggunakan ultrasonik (2)

Energi mekanik. Aliran mikro dengan perbedaan kecepatan yang tinggi menghasilkan gesekan.

Pemecahan menggunakan ultrasonik (3)Kekuatan suara menghasilkan gelembung mikro.

Ledakan gelembung mikro menghasilkan energi yang memecahkan sel.

Pemecahan menggunakan ultrasonik (4)Banyak enzim yang peka terhadap getaran ultrasonik.

Kerusakan disebabkan oksidasi radikal bebas, oksigen radikal, dan hidrogen peroksida yang terbentuk (pemberian N2O mengurangi kerusakan).

Pemecahan menggunakan ultrasonik (5)Sisa-sisa partikel sel dapat menjadi

gangguan bagi proses selanjutnya. Sonikasi tetap merupakan metoda

pemecahan sel skala kecil yang populer.

Penggunaan partikel (1)

Pengocokan disertai keberadaan partikel kecil dari gelas atau logam (ukuran diameter 0,2 – 1,0 mm).

Sel pecah karena gesekan dan tumbukan dengan partikel.

Penggunaan partikel (2)

Kecepatan dan keefektivan pembebasan enzim tergantung kepada kecepatan kecepatan pengocokan, ukuran partikel, dan dimensi (ukuran) alat.

Sel berukuran besar akan lebih mudah pecah.

Homogenizers Tekanan Tinggi

Prinsip pemecahan adalah sel dikenai: Tekanan langsung Gesekan Perbedaan tekanan yang tinggiTidak sesuai untuk organisme berbentuk

benang tetapi digunakan secara luar untuk organisme bersel tunggal

Letak enzim di dalam sel menentukan keefektifan penggunaan homogenizer

Metoda LisisTermasuk metoda non-mekanis: Kondisi lunak. Tidak menyebabkan enzim menghadapi

gesekan dan panas. Murah. Termasuk dalam metoda ini

penggunaan perbedaan tekanan osmose, pembekuan – pelelehan (perbedaan suhu), pengeringan, lisis menggunakan enzim and lisis menggunakan senyawa kimia.

Penyebab-Penyebab Inaktivasi Enzim

Panas. Proteolisis. pH tak sesuai. Oksidasi. Keberadaan denaturan. Keberadaan inhibitor tak dapat

balik. Kehilangan kofaktor atau koenzim.

Faktor fisika yang dapat merusak enzim selama pemecahan sel

Panas

Semua metoda mekanis membutuhkan masukan energi yang besar sehingga menghasilkan panas. Pendinginan diperlukan untuk hampir semua proses isolasi enzim. Keberadaan substrat, senyawa analog substrat atau poliol dapat menstabilkan enzim.

Gesekan

Gaya gesek yang diperlukan untuk memecahkan sel dapat merusakkan enzim, terutama bila bersamaan dengan keberadaan logam berat dan/atau gelembung udara.

Busa Permukaan antara gas dan cairan yang ada di busa dapat merusak konformasi enzim.

Faktor kimia yang dapat merusak enzim selama pemecahan sel (1)

Protease

Pemecahan sel mengakibatkan pembebasan enzim-enzim pendegradasi yang merusak aktivitas enzim. Kecepatan pemrosesan bersama pendinginan dapat mengurangi kerusakan tersebut. Kerusakan juga dapat dikurangi dengan menambahkan protein lain yang murah sebagai substrat alternatif bagi enzim pendegradasi atau senyawa penghambat aktivitas enzim.

Senyawa kimia

Beberapa enzim dapat mengalami perubahan konformasi oleh keberadaan detergen dan/atau pelarut. Polifenol yang diperoleh dari tanaman adalah penghambat aktivitas enzim yang kuat. Masalah ini dapat diatasi menggunakan penyerap yang kuat seperti polivinilpirolidon, atau asam askorbat yang berfungsi mengurangi aktivitas polifenol oksidase.

Proteolisis (1)

Bisa disebabkan oleh protease yang dimiliki sel itu sendiri.

Bisa disebabkan oleh kontaminasi mikroba lain yang memproduksi protease.

Proteolisis (2)

Pemutusan satu ikatan peptida tidak terlalu merusak konformasi dan aktivitas protein, tetapi lebih mengakibatkan penurunan stabilitas konformasi enzim terhadap panas atau pH.

Protein yang telah mengalami pemutusan satu ikatan peptida dan terbuka lipatannya oleh pengaruh panas dan pH kemudian peka terhadap proteolisis.

Cara terbaik menghambat proteolisis adalah memisahkan/menghilangkan atau menghambat aktivitas protease.

Faktor kimia yang dapat merusak enzim selama pemecahan sel (2)

pH

Oleh karenanya diperlukan larutan penyangga. Keberadaan substrat, senyawa analog substrat atau poliol dapat menstabilkan enzim.

OksidasiDiperlukan senyawa pereduksi (misalnya asam askorbat, merkaptoetanol dan ditiotreitol).

Keracunan Logam Berat

Ion logam berat (misalnya besi, tembaga dan nikel) dapat berasal dari pengikisan alat pemecah sel. Enzim dapat dilindungi dari inaktivasi tak dapat balik dengan menambahkan senyawa pengkhelat seperti EDTA.

pertemuan 11 produksi_enzim.ppt

Documents