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 mengahasilkan 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 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.
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 penggunaanna 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.
Umpamanya, bakteri dengan kandungan protein yang tinggi (72% lebih) dapat
dihasilkan terus-menerus dengan menggunakan methanol sebagai bahan mentah, dan
mikrobanya berupa ragi yang dibiakan 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
bias 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, suklrosa, dan laktosa. Dapat pula dipakai bahan mentah yang mengandung gula
seperti sirup gula, tetes, dan air diadih 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 baktetri. 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.
Dengan kincir pengaduk merupakan macam wadah yang
paling banyak dipakai untuk menghasilkan protein sel tunggal pada ragi, tapi
fermentor pengapungan udara dapat juga digunakan. Seperagi 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 konstrasi 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 karenakebanyakan bakteri pencemar tak
dapat tumbuh dengan baik dalam media asam ini. Selain itu, diameter sel ragi
adalah sekitar 0,0005cm, 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 padahidrokarbon diperlukan sekitar dua kali lebih banya.
Udara, yang disterilkan melalui suatu filter, dimasukkan ke dalam fermentor
melalui layar atau pipa yang berlobang-lobang pada dasar wadah, atau
engan pemasukan udara lewat roda berputar, atau juga memalui pengapung udara,
seperti digunakan untuk mengkultur sel bakteri.
Protein sel tunggal pada ragi dapat dihasilkan dalam
suasana steril, maupun dalam suasabersih tapi tak steril. Pada adonan biasa,
atau adonan yang disuplai bahan nutrisi yang tidak perlu steril, sumber
energinya dipakai karbohidrat. Media disterilkan dengan cara mengalirkan
melalui pertukaran panas, lalu dimasukkan ke dalam fermentor yang bersih.
Pengontrollan pencemaran dilakkan ke dalam fermentor yang bersih. Pengontrollan
pencemarandilakukan 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 hodrokarbon 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, danair 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 biasasekitar 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 membua sulfur dioksida, sulfit, dan senyawa
sulfur lain yang dapat menghambat pertumbuhan ragi. Perngoperasian 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 guladalam 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,
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.
Sumber:
Tidak ada komentar:
Posting Komentar