Pokok Bahasan X PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL Deskripsi singkat Di negara yang sedang berkembang anak-anak kekurangan protein. Untuk mengatasi hal ini Protein Advisory Group bersama-sarna WHO (World health Organization) perlu memenuhi kekurangan makanan pada umumnya, khususnya protein. Maka mikrobia digunakan untuk produksi makanan bagi manusia telah dilakukan seperti roti, keju, yogurt, kecap dan lain sehagainya. Sumber protein yang berasal dari mikrobia uniseluler dan multiseluler telah diproduksi sejak perang dunia pertama. Kualitas suatu protein ditentukan oleh kandungan asam amino. Kandungan asam amino protein sel tunggal perlu diketahui mengingat sangat berhubungan dengan fungsi protein sel tunggal sebagai makanan tambahan dan sumber protein utama. Nutrien Protein Sel Tunggal (PST) harus memenuhi kebutuhan gizi baik untuk manusia dan hewan. Kandungan asam nukleat Protein Sel Tunggal tidak boleh lebih dari 8,5% karena bila manusia kelebihan asam nukleat akan mengakibatkan timbulnya gangguan pencernaan, ginjal, gangguan kulit dengan terakumulasinya senyawa karsinogenik. Asam nukleat pada protein sel tunggal dapat diturunkan dengan cara diekstraksi rnenggunakan 10% sodium clorida, dengan pH 9,5 dan panas untuk menurunkan sampai konsentrasi 2 %. Kualitas protein dapat dibedakan berdasarkan uji layak yaitu PER (Protein Efficiency Ratio (PER) dan BV (Biological Value) serta protein digestivility.
Tujuan Instruksional Khusus Mahasiswa mampu menjelaskan tentang macam substrat, jenis mikrobia untuk PST, faktor-faktor yang mempengaruhi produksi PST, toksisitas, nilai nutrisi dan penurunan asam nukleat PST. A. Mikrobia sebagai makanan 1. Pemanfaatan mikrobia untuk produksi makanan bagi manusia telah lama dilakukan. Contoh : Roti, keju, yogurt, kecap, minuman beralkohol. 2. Mikrobia lebih menguntungkan bila dikembangkan sebagai sumber protein atau sebagai protein sel tunggal karena :
a. Kecepatan pertumbuhan lebih cepat dibandingkan hewan dan tumbuhan b. Pemeliharaannya
tidak
tergantung
musim,
lahan,
pengairan
dan
sebagainya. Kelemahan protein sel tunggal adalah kandungan asam nukleat tinggi, padahal manusia bila mengkonsumsi protein sel tunggal berlebihan, maka asam nukleat akan terakumulasi sehingga menimbulkan gangguan pencernaan, ginjal, kulit. B. Substrat dan mikrobia untuk PST Substrat untuk produksi PST dapat rnenggunakan Iimbah industri, limbah pertanian baik bentuk padat dan cair. Limhah cair meliputi melase, cairan whey susu, sulfite liquor. Limbah pertanian berbentuk padat misalnya limbah pabrik tahu, limbah pertanian yang mengandung selubiosa, gula. CO2 dapat digunakan sebagai sumber karbon bagi algae dan hidrogen bakteri. Bakteri dan fungi tertentu (Graphium, Trichoderma) dapat menggunakan methan dan methanol. Pati dari hasil sisa pembuatan kertas dapat ditumbuhi Endomycopsis fibuliger dan Candida utilis dapat rnenghasilkan amilase. Hidrokarbon digunakan sebagai substrat produksi PST oleh kebanyakan khamir dan fungi (Tabel). Genera
khamir
yang
mampu
menggunakan
hidrokarbon
alifatik
pertumbuhan n-alkana (paraffin)
1-alkena (olefin)
Candida, Mycotorula, Torulopsis,
Candida, Debaryomyces,
Cryptococcus, Pichia, Trichosporon,
Hasenula, Rhodotorula
Endomycopsis, Rhodotorula, Saccharomyces, Hasenula
untuk
Genera fungi felamentos yang mampu menggunakan hidrokarbon alifatik untuk pertumbuhan n-alkana (paraffin) Absidia
Gliocladum
Acremonium
Graphium
AspergilIus
Hellicostylum
Botrytis
Helminthosporium
Cephalosporium
Monilia
Chaetomium
Mucor
Chloridium
Oidiodendron
Cladosporium
Paecilomyces
Colletotricum
Penicellium
Cunninghamella
Rhizopus
Dematium
Scolecobasidium
Epicoccum
Spicaria
Fusarium
Syncephalastrum
1-alkena (olefin) Aspergillus Cephalosporium Cunninghamella Fusarium Helminthosporium Spicaria
Trichoderma
C. Kondisi Kultur Garam ammonium atau nitrat biasanva digunakan untuk mempelajari kebutuhan sumber nitrogen oleh mikrobia. Kemudian pH medium untuk pertumbuhan khamir perlu diatur asam (4,5-5,5), untuk bakteri membutuhkan pH netral (6,0-9,5), sedang untuk bakteri hijau biru, Spirulina maxima memerlukan pH basa (9-11). Temperatur optimum untuk pertumbuhan mikrobia bervariasi, ada yang tumbuh baik pada suhu antara 28-40° C. Produksi khamir ada media minyak gas dipreparasi dalam kondisi tidak steril, demikian juga algae yang ditumbuhkan di dalam danau terbuka, selalu terjadi kontaminasi bakteri dan protozoa. Apabila produksi protein sel tunggal menggunakan substrat hidrokarbon akan timbul banyak masalah karena kemungkinan bersifat karsinogenik. Problemnya antara lain solubilitas hidrokarbon rendah.
Sollubilitas n alkana dalam air pada temperatur 25°C Alkana
Konsentrasi larutan tidak jenuh (molar)
Heksana
1,1 x 10-4
Oktana
5,8 x 10-6
Dekana
3,3 x 10-7
Dodekana
1,7 x 10-8
Tetradekana
9,8 x 10-10
Faktor yang perlu diperhatikan didalam penggunaan fermentor yaitu : a. Media
c. Pertumbuhan sel
b. Kelarutan hidrokarbon
d. Gas untuk aerasi
Apabila hidrokarbon tidak mengandung O2 padahal sangat diperlukan untuk aerasi yaitu untuk bakteri sebesar 25% sedang khamir 30%. Penggunaan O2 untuk fermentasi hidrokarbon sebesar 2,5 - 3,5% kali, tetapi bila hidrokarbon dalam bentuk metan sampai 4 - 5 kali, bila dibandingkan dengan substrat glukosa. Evolusi panas biasanya diperlukan lebih banyak (Tabel). Pengaruh substrat dan pproduk sel terhadap kebutuhan oksigen dan pembebasan panas Pembebasan panas
Produk
Kebutuhan oksigen
sel (gr/l)
gr/100gr sel
Kcal/100 gr sel
Kj/100 gr sel
KH
0,5
67
30
1591
Khamir
n-alkana
1,0
197
799
3345
Bakteri
n-alkana
1,0
172
780
3266
Mikrobia
Substrat
Khamir
Susunan kimia sel yang dipanen dipengaruhi oleh sifat medium dan kondisi kultur Iainnya, misaInya perbandingan protein dan lemak dipengaruhi oleh perbandingan antar karbon dan nitrogen (C : N) dalam suatu medium. Apabila kandungan nitrogen mendium rendah maka pertumbuhan terbatas, tetapi lemak terakumulasi di dalam sel. Sebagai contoh kandungan lemak pada media yang mengandung nitrogen terbatas Rhodoturula mempunyai 60% lemak, Nocardia 70%, Chlorella 80 %.
D. Nilai nutrisi protein sel tunggal Komposisi mikrobia yang berguna sebagai sumber makanan terdiri dari 10– 15% purin atau base pirimidin (Tabel). Komposisi sel mikrobia (%) berat kering Fungi filamentous
Algae
Khamir
Bakteri
Nitrogen
5-8
7,5 - 10
7,5 - 85
11,5 - 2,5
Lemak
2-8
7,0 - 20
2,0 - 6,0
1,5 - 3
Abu
9 - 14
8,0 - 10
5,0 - 9,5
3,0 - 7
-
3,0 - 8
6,0 - 12
8,0 - 16
Asam nukleat
Kandungan asam amino mikrobia sebesar 70-80 % dan seluruh N sel mikrobia. Mikrobia dapat bersintesa asam amino essensial yang sangat berguna untuk pertumbuhan dan sumber nutrisi bagi manusia. Asam
amino
essensial
dari
bermacarm-macam
mikroorganisrne
bila
dibandingkan dengan gandum dan albumen telur dapat diamati pada tabel di bawah ini: Kandungan asam amino essensial dari jagung, albumin telur dan makanan dari mikrobia (gr/16 gr N) Asam amino
Jagung
Albumin telur
Lisin
2,8
Threonin
Makanan dari mikrobia 1
2
3
4
5
6
6,5
4,6
7,7
7,8
5,3
8,6
3,9
2,9
5,1
4,6
4,8
5,4
4,5
4,5
-
Sitein
2,5
2,4
0,4
-
0,9
0,3
-
-
Methionin
1,5
3,2
1,4
1,7
1,6
1,8
2,7
1,0
Tryptophan
1,1
1,6
1,4
1,0
1,3
-
1,1
1,25
Isoleucine
3,3
6,7
6,0
1,6
5,3
3,9
4,6
3,2
Keterangan: 1. Spirulina maximum 2. Saccharomyces cereviceae 3. Candida lipolytica 4. Psedomonas methanol 5. Alcaligenes europhus 6. Penicellium notatum
Kandungan vitamin yang berasal dari mikrobia (mg/100 berat kering) Morchella
Candida
hortensis
utilis
Thiamin
0,54
0,53
5,0 - 36
1,81
Riboflavin
1,31
4,50
3,6 - 4,2
4,82
Niacin
12,40
41,73
32,0 - 100
15,90
Piridoksin
2,62
3,34
2,5 - 100
14,30
As.Pantotenat
2,60
3,72
10,0
2,42
Kholin
4.61
-
-
968,00
As. Folat
1,09
2,15
1,5 - 8
-
Inositol
1,78
-
-
-
Biotin
0,015
0,23
0,5 - 1,8
-
Vitamin B12
0
0
0
0,96
As.
-
1,7
0,9 - 10
-
Vitamin
P
amino
S.cerevisiae
Methylomonas methanica
benzoat Konsumsi asam nukleat sebesar 2 gram/hari merupakan batas aman, mengingat bagi orang yang diberi asam nukleat dengan dosis aman setelah dilakukan uji klinis dan dibandingkan dengan penderita kencing batu, kandungan asam urat lebih besar dari pasien. Hubungan konsumsi asam nukleat dengan asam urat dalam serum dan air kencing As. Nukleat
Serum (mg/100ml)
Kandungan asam urat air kencing (mg/hari)
0
4,9
375
2
6,0
667
4
7,7
933
8
9,4
1.393
0
4,5
510
2,9
7,9
1.190
5,8
8,8
1.850
8,7
9,4
1.871
Catatan :
Kandungan normal asam urat dalam serum darah : 2-6 mg/100 ml air kencing : 300-700mgr/hari
Kebanyakan hewan mempunyai ensim urikase yang mampu memecah asam urat menjadi alantoin yang mempunyai kelarutan lebih besar, sehingga mudah dieksresikan bersama urine. ne. Hewan penghasil ensim urikase selain anjing, burung dan mamalia yang tidak termasuk primate. Tetapi babi tidak mampu mengakomodasi basa purin yaitu guanine sehingga babi mudah terkena penyakit ginjal. Pemecahan purin menjadi urea dan produk akhir sebagai sebagai ammonia. Pemecahan basa purin :
Penurunan kadar asam nukleat dalam protein sel tunggal tungga Kandungan asam nukleat dalam protein sel s tunggal yang terlalu tinggi akan menimbulkan hambatan nutrisi secara langsung pada manusia usaha untuk mengurangi kadar asam nukleat menggunakan beberapa cara antara lain : heat shock incubation lalu berkembang menjadi heat shock Bovin Pancreatic ribonuce bonucease, pengendapan rnenggunakan asam, asa dan hidrolisa pakai asam dan basa. Cara penurunan kandungan asam nukleat n Asam nukleat sangat mudah larut dalam dala larutan basa encer lebih mudah larut dalam air panas tapi sukar larut dalam air ingin, dan tidak larut dalam dala alkohol. Pemecahan asam nukleat nuk at dilakukan dengan secara kirniawi maupun secara ensimatis, cara pengendapan menggunakan zat kimia ki atau dengan sentrifugasi. gasi.
Latihan soal pokok bahasan X 1. Sebutkan tiga macam spesies mikrobia yang dapat dipakai sebagai sumber protein sel tunggal (PST)? 2. Mengapa protein sel tunggal tidak boleh mengandung asam nukleat lebih dari standard? 3. Jelaskan salah satu cara penurunan asam nukleat PST? 4. Apakah perbedaan antara Protein efficiency Ratio (PER) dan Protein Digestibility (PD)! 5. Apakah yang dimaksud dengan : a. Biological value b. Microbial food c. Heat Shocking incubation
