ENZIM
Enzim merupakan suatu produk dari atu
proses biologis yang merupakan kombinasi berbagai jenis enzim pencernaan antara
lain Alfa amilase, Beta gluconate, Pectinase, Celulase, Pullulanase,
Endoprotease dan lain-lain. Enzim dapat diperoleh dari tanaman, hewan dan
mikroba. Namun yang paling, menguntungkan adalah dari mikroba karena dapat
diproses dalam waktu singkat, mutunya lebih seragam dan harganya relatif murah.
Sifat umum enzim adalah sebagai katalisator untuk reaksi kimia pada sistem
biologis, dan pada hakekatnya semua reaksi biokimia dikatalis oleh enzim.
Akhir-akhir ini enzim banyak dipromosikan sebagai imbuhan pakan ternak yang
bertujuan untuk mengurangi atau menghancurkan faktor-faktor anti nutrisi yang
ada dalam pakan, meningkatkan daya cerna bahan pakan, meningkatkan ketersediaan
zat- zat gizi tertentu dan mengurangi masalah polusi akibat kotoran ternak.
Sehingga dengan penambahan enzim ke dalam
pakan bertujuan untuk mempercepat proses pencernaan dan mempertinggi penggunaan
pakan bagi tubuh.Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi aktivitas enzim adalah
konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, inhibitor/zat penghambat, temperatur,
dan derajat keasaman. Enzim menurut susunan kimianya termasuk protein. Seperti
halnya protein, enzim akan terdenaturasi oleh panas, terendapkan oleh etanol
dan garam-garam organik seperti amonium sulfat dan natrium sulfat serta tidak
dapat melewati membran semi permiabel atau tidak terdialisasi.
Sejak jaman dahulu manusia sudah mengenal Bioteknologi. Dahulu bioteknologi
diasumsikan berupa pengolahan makanan dan minuman menggunakan mikroba. Dahulu
bioteknologi hanya menghasilkan tempe, keju, anggur, yogurt, dsb. Seiring
dengan perkembangan jaman, Bioteknologi menghasilkan alkohol, penicilin, sampai
kemudian antibbodi monoklonal.
Bioteknologi itu sendiri merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu
pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan
melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa (Bull,
et all, 1982). Jasad hidup yang dimaksud dalam pengertian tersebut adalah agen
biologi. Bioteknologi di era modern sekarang banyak menghasilkan produk dalam
skala industri. Dalam memanfaatkan agen biologi, bioteknologi menggunakan
peranan penting enzim, sehingga enzim memegang peranan penting dalam industri.
Enzim adalah protein tidak beracun namun mampu mempercepat laju reaksi
kimia dalam suhu dan derajat keasaman yang lembut. Produk yang dihasilkannya
sangat spesifik sehingga dapat diperhitungkan dengan mudah. Walaupun berat
mikroba, seperti contohnya bakteri hanya mencapai sepersejuta gram, kemampuan
kimiawinya cukup mengagumkan. Selnya tersusun atas ribuan jenis zat kimia,
kebanyakan diantaranya bersifat sangat kompleks. Semua zat ini tentunya
dibangun dengan reaksi kimia dari bahan-bahan penyusun yang relatif sederhana
yang ditemukan mikroba di lingkungannya. Semua reaksi kimia harus terkoordinasi
secara harmonis dan protein yang disebut enzim memainkan peran utama pada
setiap tahap.
Enzim menjadi primadona industri bioteknologi saat ini dan di masa yang
akan datang karena melalui penggunaannya, energi dapat dihemat dan akrab dengan
lingkungan. Saat ini penggunaan enzim dalam industri makanan dan minuman,
industri tekstil, industri kulit dan kertas di Indonesia semakin meningkat. Dilaporkan,
enzim amilase yang digunakan dalam industri tekstil di Bandung - Jawa Barat,
jumlahnya tidak kurang dari 4 ton per bulan atau sekitar 2- 3 juta dolar
Amerika setiap bulannya dan semuanya diimpor.
Pengertian dan
Peranan Enzim
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator
(protein katalitik) untuk reaksi-reaksi kimia di dalam sistem biologi.
Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut serta dalam
reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reaksi telah selesai. Suatu katalis
adalah suatu agen kimiawi yang mengubah laju reaksi tanpa harus dipergunakan
oleh reaksi tersebut. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor,
diantaranya konsentrasi substrat, pH, suhu, dan inhibitor (penghambat).
(Campbell, 1987: 98).
Berbeda dengan katalisator nonprotein (H+, OH-,
atau ion-ion logam), tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi,
kerapkali hanya satu. Jadi enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena
semua reaksi biokimia perlu dikatalis oleh enzim, sehingga terdapat banyak
jenis enzim.
Menurut Smith (1981: 39), enzim merupakan komplek molekul
organik yang berada dalam sel hidup yang beraksi sebagai katalisdalam
mempercepat laju reaksi kimia. Tanpa enzim, tidak akan ada kehidupan. Meskipun
enzim hanya dibentuk dalam sel hidup, namun beberapa dapat dipisahkan dari
selnya dan melanjutkan fungsinya dalam kondisi in vitro.
Menurut Steve Prentis (1990: 12), enzim adalah
katalisator biologis, karena suatu katalisator merupakan suatu senyawa yang
mempercepat laju reaksi kimia. Hampir semua reaksi kimia yang penting bagi
kehidupan akan berlangsung sangat lambat tanpa adanya katalisator yang sesuai.
Bisa disimpulkan bahwa enzim merupakan senyawa organik
bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme
di dalam tubuh tanpa memperngaruhi keseimbangan reaksi. Dari beberapa
pengertian tersebut jelaslah bahwa enzim sangat berperan dalam sebagian besar
reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup, tak terkecuali mikroba yang banyak
digunakan sebagai agen biologi dalam bioteknologi.
Mekanisme
kerja enzim berlangsung dalam dua tahap. Banyak enzim menggunakan lebih dari
satu substrat tetapi untuk memahami prinsip dasar kerja enzim dengan mudah
dengan memperhatikan reaksi enzim dengan satu substrat seperti berikut
(Primrose, 1987: 40):
Enzim (E) + Substrat (S) ═ kompleks
═ enzim +
produk (P)
Substrat
(ES)
Segera
setelah enzim bergabung dengan substratnya, akan bebas kembali.
Gambar 1. Reaksi Enzim dan Substrat
Kemampuan enzim yang unik, spesifik terhadap substrat
meningkatkan penggunaannya dalam proses industri secara kolektif yang dikenal
dengan istilah teknologi enzim. Teknologi enzim mencakup produksi, isolasi,
purifikasi, menggunakan bentuk yang dapat larutdan akhirnya sampai pada
immobilisasi dan penggunaan enzim dalam skala yang lebih luas melalui sistem
reaktor.
Peranan teknologi enzim berkontribusi pada pemecahan
beberapa masalah vital di era modern seperti sekarang, misalnya produksi
makanan, kekurangan dan pemeliharaan energi, dan peningkatan lingkungan.
Teknologi baru ini dasarnya dari biokimia tetapi diterangkan lebih luas dengan
mikrobiologi, kimia, dan proses alat teknologi yang mendukung keberadaan sains.
- Sumber Enzim
Berbagai enzim yang digunakan secara komersial berasal dari jaringan
tumbuhan, hewan, dan dari mikroorganisme yang terseleksi. Enzim yang secara
tradisional diperoleh dari tumbuhan termasuk protease (papain, fisin, dan
bromelain), amilase, lipoksigenase, dan enzim khusus tertentu. Dari jaringan
hewan, enzim yang terutama adalah tripsin pankreas, lipase dan enzim untuk
pembuatan mentega. Dari jaringan hewan, enzim yang terutama adalah tripsin
pankreas, lipase, dan enzim untuk pembuatan mentega. Dari kedua sumber
tumbuhandan hewan tersebut mungkin timbul banyak persoalan, yakni: untuk enzim
yang berasal dari tumbuhan, persoalan yang timbulantara lain variasi musim,
konsentrasi rendah dan biaya proses yang tinggi. Sedangkan yang diperoleh dari
hasil samping industri daging, mungkin persediaan enzimnya terbatas dan ada
persaingan dengan pemanfaatan lain. Sekarang jelas bahwa banyak dari sumber
enzim yang tradisional ini tidak memenuhi syarat untuk mencukupi kebutuhan
enzim masa kini. Oleh karena itu, peningkatan sumber enzim sedang dilakukan
yaitu dari mikroba penghasil enzim yang sudah dikenal atau penghasil
enzim-enzim baru lainnya.
Program pemilihan produksi enzim sangat rumit, dan dalam hal tertentu jenis
kultivasi yang digunakan akan menentukan metode seleksi galur. Telah
ditunjukkan dahwa galur tertenttu hanya akan menghasilkan konsentrasi enzim
yang tinggi pada permukaan atau media padat, sedangkan galur yang lain memberi
respon pada teknik kultivasi terbenam (submerged), jadi teknik seleksi harus
sesuai dengan proses akhir produksi komersial.
Beberapa sumber enzim disajikan dalam tabel berikut:
Enzim
|
Sumber
|
α-amilase
|
Aspergillus oryzae
Bacillus
amyloliquefaciens
Bacillus licheniformis
|
β-glukonase
|
Aspergillus niger
Bacillus amyloliquefaciens
|
Glucoamylase
|
Aspergillus niger
Rhizopus sp
|
Glukosa isomerase
|
Arthobacter sp
Bacillus sp
|
Lactase
|
Kluyveromyces sp
|
Lipase
|
Candida lipolytica
|
Pectinase
|
Aspergillus sp
|
Penicilin acylase
|
Eschericia coli
|
Protease, asam
|
Aspergillus sp
|
Protease, alkali
|
Aspergillus oryzae
Bacillus sp
|
Protease, netral
|
Bacillus
amyloliquefaciens
Bacillus thermoproteolyticus
|
Pullulanase
|
Klebsiela aerogenes
|
Tabel 1. Enzim dan sumbernya (Primrose,
1987: 80)
- Produksi Enzim
Produksi enzim secara industri saat ini sangat mengandalkan metode
fermentasi tangki dalam (deep tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai
sumber bahan produksi enzim dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:
- Secara normal mempunyai aktivitas spesifik yang tinggi per unit berat kering produk.
- Fluktuasi musiman dari bahan mentah dan kemungkinan kekurangan makanan kaitannya dengan perubahan iklim.
- Mikroba mempunyai karakteristik cakupan yang lebih luas, seperti cakupan pH, dan resistansi temperatur.
- Industri genetika sangat meningkat sehingga memungkinkan mengoptimalisasi hasil dan tipe enzim melalui seleksi strain, mutasi, induksi dan seleksi kondisi pertumbuhan, yang akhir-akhir ini, menggunakan inovasi teknologi transfer gen.
Bahan mentah (raw material) untuk industri fermentasi enzim biasanya
terbatas pada unsur-unsur dimana bahan tersedia dengan harga yang murah, dan
aman secara nutrisi. Beberapa yang lazim menggunakan substrat amilum hidrolase,
mollase, air dadih, dan beberapa gandum.
Dalam produksi enzim, menggunakan batch untuk proses fermentasi
dengan aerasi yang baik (diagram 1), tetapi proses mungkin ditingkatkan dengan
memelihara satu atau beberapa komponen selama fermentasi.
Diagram 1.
Penggambaran tahap dalam persiapan produksi enzim cair
Beberapa enzim yang digunakan dalam skala industri adalah enzim ekstraseluler,
enzim yang secara normal dihasilkan oleh mikroorganisme sesuai dengan
substratnya dalam lingkungan eksternal dan dapat disamakan dengan enzim
pencernaan pada manusia dan hewan. Kemudian ketika mikroorganisme memproduksi
enzim untuk memisahkan molekul eksternal besar agar bisa dicerna biasanya
digunakan media fermentasi. Dalam fermentasi sari dari kultivasi mikroorganisme
tertentu, seperti contoh, bakteri, yeast atau filamentous jamur, dijadikan
sumber utama protease, amilase dan sedikit selolosa, lipase, dsb. Kebanyakan
industri enzim hidrolase mampu bertindak tanpa komplek kofaktor, yang segera
dipisahkan dari mikroorganisme tanpa merusak dinding sel dan larut dalam air.
Beberapa enzim intraseluler, sekarang juga banyak diproduksi secara industri
dan diantaranya glukosa oksidase untuk pengawetan makanan, asparginase untuk
terapi kanker, dan penicilin asilase untuk antibiotikTahap pemulihan standar
untuk enzim ekstraseluler seperti berikut: memindah mikroorganisme,
mengkonsentrasikan, penambahan bahan pengawet, standarisasi dan pengepakan.
Untuk ekstraksi enzim intraseluler memerlukan cara mekanis, fisik atau gangguan
kimiapada dinding sel atau membran.
Pada akhir proses fermentasi, kondisi ideal adalah cairan dengan
konsentrasi enzim tinggi, sebuah organisme biomass yang mudah dipisahkan.
Produk enzim yang aman sebaiknya mempunyai potensi alergi yang rendah, dan
dalam partikelnya terbebas dari kontaminan.
- Legislasi Enzim
Produk enzim dari mikroba harus memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan
dengan sifat racun dan aspek keamanan yang lain. Lingkup pemikiran penting yang
berhubungan dengan penentuan keamanan dari enzim komerisal teruatam adalah :
- Reaksi alergenik yang disebabkan oleh suatu protein yang ada dalam produk termasuk protein enzim dan bahan lainnya.
- Aktivitas katalisis dari enzim.
- Terjadinya senyawa racun, seperti mikotoksin dan antibiotika.
Mikroorganisme yang digunakan utuk memproduksi enzim dpat diklasifikasikan
menjadi 3 kelompok. Tergantung pada kelompoknya, maka ada tingkatan yang
berbeda dalam pengujian sifat racunnya. Kelompok mikroorganisme yang secara
tradisional digunakan dalam makanan dan mikroorganisme yang dianggap sebagai
kontaminan tidak berbahaya yang ada dalam makanan umumnya pengujian tidak
dibutuhkan. Tetapi mikroorganisme yang tidak termasuk dalam dua kelompok
tersebut perlu penyelidikan sifat racun yang lebih ekstensif.
Jadi, merupakan tugas produsen untuk dapat memenuhi spesifikasi tersebut.
- Immobilisasi Enzim
Sebagai molekul bebas yang laruut dalam air, enzim sulit dipisahkan dari
substrat dan produk, selain itu enzim sulit untuk digunakan secara
berulang-ulang. Dewasa ini, berbagai usaha telah dilakukan untuk mengatasi
hambatan tersebut, yaitu dengan proses immobilisasi enzim. Immobilisasi
biasanya dapat dianggap sebagai perubahan enzim dari yang larut dalam air,
keadaan bergerak menjadi keadaan tak bergerak yang tidak larut. Immobilisasi
mencegah difusi enzim ke dalam campuran reaksi dan mempermudah memperoleh
kembali enzim tersebut dari aliran produk dengan teknik pemisahan padat atau
cair yang sederhana.
Immobilisasi enzim dapat dicapai dengan mengikat enzim secara kovalen ke
permukaan bahan yang tak larut dalam air: pengikatan silang dengan bahan yang
cocok untuk menghasilkan partikel yang baru; penjebakan di dalam suatu matrik
atau gel yang permeabel terhadap enzim, substrat, dan produk; enkapsulasi; dan
dengan absorbsi pada zat pendukung.
Keuntungan immobilisasi enzim antara lain;
- Memungkinkan penggunaan kembali enzim yang sudah pernah digunakan.
- Ideal untuk proses berkelanjutan (continous procces).
- Memungkinkan kontrol yang lebih akurat untuk proses katalisis.
- Meningkatkan stabilitas enzim.
- Memungkinkan pengambangan sistem reaksi multienzim.
- Aplikasi Enzim
Ribuan tahun yang lalu proses seperti membuat bir, membuat roti, dan
produksi keju melibatkan enzim yang belum diketahui jenisnya. Dalam cara
konvensional ini, teknologinya dipercayakan pada konversi enzim sebelum bangun
pengetahuan yang koheren dikembangkan.
Di negara barat, industri menggunakan enzim pada produksi yeast dan ragi
dimana pembuatan bir dan roti secara tradisional sudah jarang dikembangkan.
Beberapa perkembangan awal biokimia dipusatkan pada fermentasi yeast dan
konversi energi pada glukosa. Di negara timur, industri yang sama memproduksi sake
dan banyak makanan fermentasi, semuanya dibuat dari filamentous fungi sebagai
sumber aktivitas enzim.
Pada tahun 1896, memperlihatkan permulaan yang sebenarnya dari teknologi
mikrobia enzim dengan pemasaran pertama takadiastase, campuran kasar
dari enzim hidrolitik yang disiapkan pada pertumbuhan jamur Aspergillus
oryzae pada tepung gandum. Perkembangan lebih lanjut dari penggunaan enzim
meningkatkan proses secara konvensional ke era baru. Meskipun sebagian besar
produksinya masih menghasilkan enzim kasar.
Sampai saat ini lebih dari 200 enzim telah diisolasi dari mikroorganisme,
tumbuhan dan hewan, tetapi kurang dari 20 macam enzim yang digunakan pada skala
komersial atau industri. Kini, produsen enzim komersial memasarkan enzim dalam
bentuk kasar karena proses isolasinya lebih sederhana, terutama digunakan dalam
makanan dan dalam industri detergen (menggunakan enzim amilase), industri roti
(menggunakan enzim proteinase), industri pembuatan bir (menggunakan enzim
betaglukanase, amiloglukosidase), industri tekstil (menggunakan enzim amilase),
industri kulit (menggunakan enzim tripsin), industri farmasi dan obat-obatan
(menggunakan enzim tripsin, enzim pankreatic tripsin).
REFERENSI
Albert
Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga.
Campbel
and Reece. 2002. Biologi Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.
John
E. Smith. 1981. Biotechnology. London: Edward Arnold Publisher.
Primrose.
1987. Modern Biotechnology. London: Blackwell Scientific Publications.
Artikel:
http://www.biotek.lipi.go.id/index.php?option=content&task=view&id=36. Diakses tanggal 10 September 2012.
http://ms.wikipedia.org/wiki/Enzim. Diakses tanggal 10 September 2012.