Definition List

Orang boleh pandai setinggi langit, tapi selama ia tidak menulis, ia akan hilang di dalam masyarakat dan dari sejarah. Menulis adalah bekerja untuk keabadian. - Pramoedya Ananta Toer

Protein Sel Tunggal

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah 

Protein sel tunggal adalah bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari mikroba. Istilah protein sel tunggal digunakan untuk membedakan bahwa Protein sel tunggal berasal dari organisme bersel tunggal atau banyak. Pemanfaatan mikroorganisme sehingga menghasilkan makanan berprotein tinggi secara komersial dimulai sejak Perang Dunia I di Jerman dengan memproduksi khamir torula. Operasi utama dalam produksi protein sel tunggal adalah fermentasi yang bertujuan mengoptimalkan konversi substrat menjadi massa microbial. 

Kecemasan akan kekurangan pangan dan malnutrisi di dunia pada tahun 1970-an telah meningkatkan perhatian pada sel tunggal. Sebagian besar dari bobot kering sel dari hampir semua spesies memiliki kandungan protein yang tinggi. Oleh karena itu, bobot kering sel tunggal memiliki nilai gizi yang tinggi. 

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 produksi 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.

Kulit ubi kayu yang diperoleh dari produk tanaman ubi kayu (Manihot esculenta Cranz atau Manihot utilissima Pohl) merupakan limbah utama pangan di negara-negara berkembang. Kandungan pati kulit ubi kayu yang cukup tinggi, memungkinkan digunakan sebagai sumber energi bagi mikroorganisme. Ragi adalah suatu inokulum atau starter untuk melakukan fermentasi dalam pembuatan produk tertentu.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut:
1. Apa yang dimaksud dengan protein sel tunggal?
2. Apa Kelebihan protein sel tunggal?
3. Bagaimana produksi protein sel tunggal tanpa berfotosintesa?
4. Bagaimana produksi protein sel tunggal hasil proses fermentasi kulit ubi kayu?

1.3 Tujuan Masalah

Sejalan dengan rumusan masalah diatas, makalah ini disusun dengan tujuan untuk mengetahui dan mendeskripsikan:
1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan protein sel tunggal.
2. Untuk mengetahui apa kelebihan protein sel tunggal.
3. Untuk mengetahui produksi protein sel tunggal tanpa fotositesis.
4. Untuk mengetahui proses produksi protein sel tunggal hasil proses fermentasi kulit ubi kayu.

BAB II

PEMBAHASAN


2.1 Pengertian Protein Sel Tunggal

Protein sel tunggal adalah mikroba kering seperti ganggang, bakteri, ragi, kapang, dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai untuk konsumsi manusia atau hewan. Produksi itu juga berisi bahan nutrisi lain, seperti karbohidrat, lemak, vitamin, dan mineral. Teknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal dari tahun 1879 di Inggris, dengan diperkenalkannya adonan yang dianginkan untuk membuat ragi roti (Saccharomyces cerevisiae). Sekitar tahun 1900, di Amerika Serikat diperkenalkan alat pemusing untuk memisahkan sel ragi roti dari adonan pembiakan.

Contoh penggunaannya antara lain Mikoprotein dari Fusarium, Substrat: tepung gandum dan ketan serta Spirulina dan Chlorella. Contoh diatas dipilih oleh para ilmuwan dalam mengembangkan protein sel tunggal disebabkan kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan dan memiliki pertumbuhan yang cepat dan tepat.

Kemajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi, dan genetika mikroba telah banyak memperbaiki metode untuk menghasilkan protein sel tunggal dari berbagai macam mikroba dan bahan mentah. Misalnya, bakteri dengan kandungan protein yang tinggi (72% lebih) dapat dihasilkan terus-menerus dengan menggunakan methanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang dibiakkan dalam media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi biaya energi untuk pengeringan.

Mikroba yang berfotosintesa dan yang tidak berfotosintesa dapat sama-sama dipakai untuk memproduksi protein sel tunggal. Sekurangnya mikroba ini memerlukan sumber karbon dan energi, sumber nitrogen, dan suplai unsur nutrisi lain, seperti fosfor, sulfur, besi, kalsium, magnesium, mangan, natrium, kalium, dan unsur jarang, untuk tumbuh dalam lingkungan air. Beberapa mikroba tidak dapat mensintesa asam amino, vitamin, dan kandungan seluler lain dari sumber karbon dan nitrogen sederhana. Dalam hal demikian, bahan-bahan tersebut harus juga disuplai agar mereka bisa tumbuh.

2.2 Kelebihan Protein Sel Tunggal

a. laju pertumbuhan sangat cepat yaitu dalam ukuran jam dan masih bisa ditingkatkan lagi
b. dapat menggunakan bermacam-macam media atau substrat
c. produksi protein sel tunggal tidak bergantung pada iklim dan musim
d. memiliki kandungan protein lebih tinggi daripada hewan dan tumbuhan.

2.3 Produksi Protein Sel Tunggal Tanpa Fotosintesa

Mikroba tidak berfotosintesa yang dibiakkan untuk memproduksi protein sel tunggal ialah seperti bakteri, kapang, ragi, dan jenis jamur lain. Mikroba ini hidup aerobosis dan karena itu harus cukup suplai oksigen agar bisa tumbuh karena termasuk karbon organis dan sumber energi. Selain itu juga merupakan sumber nitrogen, fosfor, sulfur, dan unsur mineral, yang sebelumnya disebut-sebut hanya diperlukan untuk pertumbuhan ganggang.

Pengubahan senyawa organik menjadi protein sel tunggal oleh mikroba yang tidak berfotosintesa dapat dibuat skemanya dengan persamaan reaksi berikut :
Karbon organik + nitrogen + mineral bahan nutrisi + oksigen →
Protein sel tunggal + karbon dioksida + air panas

Ragi

Ragi dapat ditumbuhkan pada beberapa macam substrat, meliputi karbohidrat, baik yang kompleks seperti pati, maupun sederhana seperti gula glukosa, sukrosa, dan laktosa. Dapat pula dipakai bahan mentah yang mengandung gula seperti sirup gula, tetes, dan air dadih keju. Beberapa ragi dapat tumbuh pada karbohidrat rantai lurus, yang dapat bersumber dari minyak bumu; dapat juga tumbuh pada etanolatau metanol. Selain itu sumber karbon, sumber nitrogen diperlukan pula. Nitrogen diperoleh dengan menambahkan amonia atau garam amonium ke media kultur. Bahan mineral juga perlu sebagai tambahan. 

Kebutuhan untuk memproduksi protein sel tunggal oleh ragi sama dengan yang diuraikan untuk memproduksinya oleh bakteri. Ragi harus memiliki waktu tumbuh sekitar 2 sampai 3 jam. Ia juga harus toleran terhadap pH dan suhu. Secara genetis juga harus stabil, sehingga hasilnya memuaskan. Tidak pula menyebabkan penyakit pada tumbuhan, hewan, atau manusia.

Kincir pengaduk merupakan jenis wadah yang paling banyak dipakai untuk menghasilkan protein sel tunggal pada ragi, tapi fermentor pengapungan udara dapat juga digunakan. Peragi pada kultur bakteri, panas pun dilepaskan selama pertumbuhan ragi, dan fermentor haruslah dilengkapi dengan sistem pendingin.

Fermentasi ragi dapat beroperasi dalam sistem adonan atau sistem kontinyu atau dengan cara yang disebut “adonan yang disuplai bahan nutrisi”. Pada adonan yang disuplai bahan nutrisi, makanan substrat dan bahan nutrisi lain ditambahkan secara berangsur, yang jumlahnya cukup untuk kebutuhan tumbuh ragi. Sementara itu harus dijaga agar konsentrasi bahan nutrisi setiap waktu selalu rendah. Metoda ini menghasilkan 3,5 sampai 4,5 persen produk berat kering, dibandingkan dengan 1,0 sampai 1,5 produk berat kering yang dihasilkan dengan sistem adonan. Sel yang dihasilkan dengan sistem adonan yang disuplai bahan nutrisi dipanen dengan cara seperti halnya jika diproduksi dengan adonan biasa.

Meskipun kultur sistem adonan dan sistem adonan yang diberi bahan nutrisi telah digunakan dalam memproduksi ragi roti selama bertahun-tahun, namun baru belakangan dapat dimonitor. Dengan demikian, pH dan konsentrasi susbtrat disesuaikan dengan operasi sistem kontinyu. Konsentrasi sel ragi sampai 16 persen (berat kering) diperoleh dengan kultur sistem kontinyu.

Ragi memiliki keuntungan dibandingkan dengan bakteri untuk memproduksi protein sel tunggal. Salah satu diantaranya, karena ragi toleran terhadap lingkungan yang lebih asam, dengan pH berkisar antara 3,5 dan 4,5 bukan agak netral seperti yang diperlukan bakteri. Akibatnya, proses ragi dapat berlangsung dalam media bersih tanpa harus steril, pada pH 4,0 sampai 4,5. Ini karena kebanyakan bakteri pencemar tak dapat tumbuh dengan baik dalam media asam ini. Selain itu, diameter sel ragi adalah sekitar 0,0005 cm, dibandingkan dengan bakteri 0,0001 cm. Karena besarnya, ragi itu dapat dipisahkan dari media tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap penggumpalan.

Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan oksigen kultur yang sedang tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap penggumpalan. Produksi protein sel tunggal pada ragi tergantung pada dipenuhinya kebutuhan oksigen kultur yang sedang tumbuh. Ragi yang tumbuh pada karbohidrat biasanya memerlukan sekitar 1 kilogram berat kering sel dan jika ditumbuhkan pada hidrokarbon diperlukan sekitar dua kali lebih banyak udara, yang disterilkan melalui suatu filter, dimasukkan ke dalam fermentor melalui layar atau pipa yang berlobang-lobang pada dasar wadah, atau dengan memasukkan udara lewat roda berputar, atau juga melalui pengapung udara, seperti yang digunakan untuk mengkultur sel bakteri.

Protein sel tunggal pada ragi dapat dihasilkan dalam suasana steril, maupun dalam suasana bersih tetapi tidak steril. Pada adonan biasa, atau adonan yang disuplai bahan nutrisi yang tidak perlu steril, sumber energinya dipakai karbohidrat. Media disterilkan dengan cara dialirkan melalui pertukaran panas, lalu dimasukkan ke dalam fermentor yang bersih. Pengontrolan pencemaran dilakukan ke dalam fermentor yang bersih. Pengontrolan pencemaran dilakukan dengan mengatur pH media pada 4,0 sampai 5,0, pemasukan udara yang steril, dan besar populasi mikroba pencemar yang sedikit. Pada beberapa fermentasi ragi sistem kontinyu yang menggunakan hidrokarbon atau etanol sebagai substrat, perlu suasana steril sempurna, agar didapat hasil memuaskan dan bermutu.

Candida utilis, yang dikenal sebagai ragi torula dan digunakan untuk tambahan pakan ternak dan konsumsi manusia, dibuat dari bahan mentah yang beraneka macam. Diantaranya adalah etanol, cairan limbah sulfit dari pabrik kertas, hidrokarbon berupa parafin normal, dan air dadih keju. Pure Culture Products Division of Hercules, Inc., memiliki pabrik protein tunggal dalam C. Ultis di Hutchinson, Minessota. Pabrik itu berkapasitas 6.800 ton setahun.

Pabrik itu dioperasikan dengan sistem kontinyu dan dalam suasana steril. Sebagai sumber energi dan karbon digunakan etanol. Sel ragi diangkat terus-menerus, dicuci, dan dikeringkan dengan semprotan. Produk ini dipakai untuk makanan. Selanjutnya dapat diproses untuk menghasilkan bumbu penyedap. Hasil biasa sekitar 0,7 metrik ton ragi kering untuk tiap metrik ton etanol yang terpakai. Kandungan protein produk itu berkisar antara 50 dan 55 persen.

Pabrik berskala komersial di Amerika Serikat dan Eropa juga menghasilkan C. Ultis dari cairan limbah sulfit. Dalam proses yang biasa, cairan sulfit yang mengandung campuran gula, dibubuhi kapur. Lalu dididihkan secara terbuka untuk membuat sulfur dioksida, sulfit, dan senyawa sulfur lain yang dapat menghambat pertumbuhan ragi. Pengoperasian harus dalam suasana bersih tapi tak perlu steril, seperti diuraikan sebelumnya. Produk diambil dengan sentrifugal, lalu dicuci dan dikeringkan. Dari cairan sulfit dapat diperoleh produk untuk makanan manusia atau pakan ternak, tergantung pada sistem proses dan kontrol kualitas produk yang diberlakukan. Dengan menggunakan cairan limbah sulfit, didapat hasil sekitar 1 metrik ton berat kering ragi untuk tiap 2 ton gula dalam cairan itu.

2.4 Produksi Protein Sel Tunggal Hasil Proses Fermentasi Kulit Ubi Kayu

Kulit ubi kayu yang diperoleh dari produk tanaman ubi kayu (Manihot esculenta Cranz atau Manihot utilissima Pohl) merupakan limbah utama pangan di negara-negara berkembang. Semakin luas areal tanaman ubi kayu diharapkan produksi umbi yang dihasilkan semakin tinggi yang pada gilirannya semakin tinggi pula limbah kulit yang dihasilkan. Setiap kilogram ubi kayu biasanya dapat menghasilkan 15 – 20 % kulit umbi.

Kandungan pati kulit ubi kayu yang cukup tinggi, memungkinkan digunakan sebagai sumber energi bagi mikroorganisme. Ragi adalah suatu inokulum atau starter untuk melakukan fermentasi dalam pembuatan produk tertentu. Ragi ini dibuat dari tepung beras, yang dijadikan adonan ditambah ramuan-ramuan tertentu dan dicetak dengan diameter ± 2 – 3 cm, digunakan untuk membuat arak, tape ketan, tape ketela (peuyeum), dan brem di Indonesia.

Secara tradisional bahan-bahan seperti laos (lengkuas), bawang putih, tebu kuning atau gula pasir, ubi kayu, jeruk nipis dicampur dengan tepung beras, lalu ditambah sedikit air sampai terbentuk adonan. Adonan ini kemudian didiamkan dalam suhu kamar selama 3 hari dalam keadaan terbuka, sehingga ditumbuhi khamir dan kapang secara alami. Setelah itu adonan yang telah ditumbuhi mikroba diperas untuk mengurangi airnya, dan dibuat bulatan-bulatan lalu dikeringkan.

Fermentasi dapat dilakukan dengan metode kultur permukaan dan kultur terendam. Kultur permukaan yang menggunakan substrat padat atau semi padat banyak digunakan untuk memproduksi berbagai jenis asam organik dan enzim. Fermentasi padat dengan substrat kulit umbi ubi kayu dilakukan untuk meningkatkan kandungan protein dan mengurangi masalah limbah pertanian. Produk fermentasi selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan atau suplemen produk pangan atau pakan.

Proses fermentasi ini selain untuk meningkatkan nilai gizi kulit ubi kayu juga untuk meningkatkan pendapatan masyarakat. Lebih jauh lagi produk fermentasi dapat dijadikan bahan pangan untuk mengatasi masalah kekurangan gizi.

Proses Pembuatan

1. Kulit umbi ubi kayu dibersihkan dan dicuci kemudian dirajang persegi, dan segera digunakan sebagai substrat pada proses fermentasi. 
2.  Kulit umbi ubi kayu yang telah siap untuk digunakan sebagai substrat, ditimbang sebanyak 100g dan dimasukkan ke dalam wadah plastik (fermentor) secara aseptis.
3. Proses fermentasi dibuat secara aerob, dan diinkubasi pada suhu ruang selama 8 hari.

Ragi tape yang digunakan sebagai inokulum mengandung jumlah total mikroba sebanyak 1,6 x 107 CFU/gram. Adapun isolat-isolat yang diperoleh dari ragi tersebut terdiri atas 4 macam isolat mikroba, yaitu dua isolat kapang dari genus Rhizopus dan dua isolat khamir yaitu satu dari genus Saccharomyces dan satu dari genus Schizosaccharomyces.

Sesuai dengan kandungan mikroba yang terdapat pada ragi tersebut, maka peranan mikroorganisme dalam proses fermentasi dibagi menjadi dua berdasarkan tahap fermentasi. Selama proses fermentasi kapang akan mengubah pati menjadi gula sederhana dan khamir akan mengubah gula menjadi alkohol dan senyawa lain. Kapang menghasilkan enzim-enzim α-amilase, β-amilase, dan glukoamilase, sedangkan khamir akan menghasilkan enzim invertase, zimase, karboksilase, maltase, melibiose, heksokinase, L-laktase, dehidrogenase, glukose-6-fosfat dehidrogenase dan alkohol dehidrogenase.


Jika anda ingin menjadi orang besar,
janganlah suka beromong besar,
kerjakanlah hal-hal yang kecil dahulu.
Related Post:

No comments:

Post a Comment

1. Mohon cantumkan sumber jika mengutip artikel
2. Share jika bermanfaat
3. Kritik, saran, dan pertanyaan Saudara sangat saya harapkan