Upload
rathinurwigha
View
257
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ENZIM MIKROBIALEnzim Enzim Enzim Enzim Lipase Protease Selulase Amilase
ENZIM LIPASE
Enzim hidrolase untuk ester karboksilat yang mampu menghidrolisa tri-di dan monogliserida dengan adanya interfase antara substrat tidak larut air (lipid) dan fase akueous dimana enzim berada Skema : DAG + ALB MAG +ALB Gliserol +ALB tri, di, monogliserida, ALB = asam lemak
TAG +H2O DAG +H2O MAG + H2O TAG, DAG, MAG bebas
ENZIM LIPASE
Umumnya bersifat eksoselular terinduksi Berdasarkan kinerja dibagi 3 kelompok : Memecah seluruh molekul trigliserida menjadi asam lemak dan gliserol Menghidrolisis lemak pd posisi 1 atau 3 gliserida hasilkan digliserida Spesifik pada asam lemak ikatan rangkap C9
1.
2.
3.
SIFAT FISIKO KIMIA
Sisi aktif bersifat hidrofobik Terdiri dari trio residu asam amino serin,aspartat, histidin BM 2 -120kDa Aktivitas spesifik 500-1000 unit/mg protein Lipase murni adalah glikoprotein (2-15 % karbohidrat) residu glukosida utama adalah manosa, galaktosa, silosa dan heksosamina
APLIKASIIndustri Susu Kegunaan Hidrolisis lemak susu Meningkatkan aroma, , perpanjang umur simpan Meningkatkan aroma, percepat fermentasi Meningkatkan aroma dan merubah lemak Produk Flavoring agent (mis :butyric acid) Produk roti dan kue
Roti dan kue
Bir
Produk minuman beralkohol Produk olahan daging dan ikan
Daging dan ikan
APLIKASI (lanjutan)Industri Bumbu Kimia dan obat Kegunaan Memperbaiki tekstur Produk Mayonaise, seasoning
Minyak dan Transesterifikasi lemak, digesten minyak alami Mempermudah daya cerna minyak lemak dalam pangan Hidrolisislemak dan minyak, analisis asam lemak Menghilangkan noda minyak lemak ALB, DAG, MAG, gliserol Deterjen cucian dan penggunaan alat rumah tangga
Oleokimia
Deterjen
APLIKASI (lanjutan)Industri Kedokteran Kegunaan Analisis trigliserida dalam darah Mengubah lemak Hidrolisis lemak dalam jaringan Produk Diagnostik
Kosmetik Kulit Lain-lain
Produk kosmetik Produk kulit
Dekomposisi dan Pembersih pipa, pengubahan penanganan substansi minyak limbah cair dikombinasikan dengan enzim lainnya
Sumber Lipase Mikrobial
Bakteri Staphylococcus aureus, S. hyicus, Bacillus pumilus, Pseudomonas dan Moraxella Kapang P. camemberti, Geotrichum candidum, Mucor miehei, Humicola lanuginosa, A.niger, Rhizopus arrhizus Khamir Candida antartica, C. rugosa, C. cylindicaceae
Clear zone showed lipase activity
Proses FermentasiMedia utama yang diperlukan: 1. Unsur carbon pembentukan sel dan sumber energi 2. Unsur nitrogen pembentuk protoplasma dan dinding sel 3. Lipid membentuk struktur membran sekaligus sebagai induser dalam produksi lipase Komposisi nutrien tgt jenis m.o, contoh : bakteri : 40-70%, 13-34 % asam nukleat, 10-30% lipid Kapang berfilamen : 40-50 % protein, 410% asam nukleat, 1-50% lipid
Kondisi lingkungan untuk produksi Lipase
Aerasi dan agitasi Induser fungsinya energi dan asam amino tdk terbuang percuma krn memproduksi enzim yang tdk diperlukan Ditambah lipid agar lipase diproduksi Diberikan dlm kondisi terbatas nutrient Terhambat jika banyak terdapat monodan disakarida
Kondisi Kultivasi Lipase
Bisa dilakukan dengan kultivasi media padat atau cair Kondisi yang berpengaruh :pH, suhu, lama kultivasi (berhubungan dg siklus pertumbuhan m.o penghasil lipase) fase pertumbuhan eksponensial
Bacillus pumilus capable to produce protease and lipase depends on media
Media for protease consists of (w/v) 0.04% CaCl2, 0.02% MgCl2, 1% glucose, 0.5% peptone, 0.5% NaCl, 0.3% yeast extract (pH 7.0). The production medium for lipase comprised of (w/v) 0.01% MgSO4, 0.1% KH2PO4, 1.0% tween 20, 0.2% glucose, 0.5% peptone (pH 7.0).
Effect of temperature to protease and lipase production by B. pumilus
Effect of pH to protease and lipase production by B. pumilus
Protease and lipase production by B. pumilus during log phase
Protease
Lipase
Need longer time for lipase 1st stage growth of cell using glucose and 2nd stage lipase production using tween 80
Effect of various substrates for protease production by B. pumilus
Effect of various oils for lipase production by B. pumilus
1-Gingelly oil, 2- Coconut oil, 3- Groundnut oil, 4- Olive oil, 5- Castor oil
Lipase production by repeated batch fermentation with immobilized Rhizopus arrhizus
Medium composition (%): soybean flour 4.0 (w/v), peanut oil 1.0 (v/v), MgSO4 0.1 (w/v), K2HPO4 0.5 (w/v), (NH4)2SO4 0.2 (w/v) Incubation time : 96 hours Temperature : 26.5oC, 130 rpm
Immobilized mycelium of Rhizopus arrhizusImmobilized cells on polyurethane medium for culture before immoblized soybean flour, 1% peanut oil, 0.5% K2HPO4, 0.2% (NH4)2SO4, 0.1% MgSO4, 3%
26.5 C, 130 rpm, culture time 96 h.
Diagram of experimental equipment6
5
4 1 (1) medium reservoir; (2) fermentor; 2 3 (3) broth receiver; (4) peristaltic pump; (5) air distributing implement; (6) filter.
Proses HilirCairan fermentasi filotrasi atau sentrifugasi untuk pisahkan selnya Crude enzim pengendapan dg garam dan dialisa kromatografi penukar ion evaporasi liofilisai Analisis BM : Elektroforesis SDS
Definisi
Enzim yang mengkatalisa reaksi pemecahan reaksi hidrolisis proteinAsam amino Protease
Protein
AplikasiIndustri Roti-
Perbaiki tekstur adonan mengurangi waktu pencampuran meningkatkan volume roti Clarifier
Industri Bir dan Jus buah Kulit Industri deterjen Pengolahan daging Bidang kesehatan Pasta gigi Film dan fotografi Industri Keju
-Membersihkan -Senyawa
bulu
pembersih
-
pengempukan daging
membantu pencernaan -- pengobatan pada luka bakar-
Campuran enzim Recovery komponen perak Menggumpalkan susu
Jenis-jenis protease
Aminopeptidase Karboksipeptidase Protease Serin Protease thiol Protease Asam Protease Metal
Aminopeptidase
Hidrolisis asam amino Umumnya bakteri Gram Ada korelasi antara aktivitas aminopeptidase dg perbedaan komposisi jembatan antara peptida dalam peptidoglikan BM yang dihasilkan E coli 400 kDa pH optimum 7.5-10.5, stabil thd panas, aktivitas optimum butuh ion Mg2+, Ca2+
Aminopeptidase (lanjtn)
B. subtilis hasilkan 3 aminopeptidase ekstraseluler Aktivitas opt butuh ion Mn2+ Spesifik untuk L-aspartyl naphtylamida B. licheniformis aminopeptidase dg BM 34 kDa Butuh aktivator ion Co2+
Karboksipeptidase
Dihasilkan oleh Penicillium sp dan Pseudomonas sp Penicillium sp karboksipeptidase serin Butuh ion Zn2+ atau ion Co2+ untuk aktivitasnya
Protease Serin atau subtilisinProtease serin alkalin
Diproduksi bakteri dan kapang Aktif pada pH tinggi Sensitif thd diisopropylfosfloridat (DFP) Disebut juga subtilisin : Subtilisin carlsberg B.licheniformis, B.pumilus ; diinhibisi oleh diisopropylfosflorilidat dan phenyl methyl sulfonil fluorida, BM 27 277 Da, butuh ion Ca2+, tahan EDTA,pH optimum 8-9,inaktif pH< 5 dan > 11
Protease Thiol
Dibagi 2 : - Clostripsin Clostridium histolycum, BM 50 kDa, titik isoelektrik 4.8-4.9 - Protease Streptococcal Streptococcus sp, BM 32 kDa, titik isoelektrik 8,4 * pH optimum : netral * Aktivitas menurun dg DFP
Protease Asam
Dihasilkan oleh Aspergillus, Penicillium, Mucor dan Endothia pH optimum 3.0-4.0 Tahan DFP dan EDTA tapi sensitif thd diazoketon BM 30-40kDa
Protease Metal
Dibagi atas : protease netral, protease alkali, protease mycobacter I dan H Dapat dihambat EDTA Tahan DFP
Protease Netral
pH opt 7.0 B. subtilis, B. cereus, B. megaterium, B. stearothermophilus, Thermolisin adalah protease netral dari B. stearothermophilus, BM 34 kDa, mengandung 4 atom Ca untuk stabilitas thd panas, tahan 80oC selama 1 jam,
PROSES FERMENTASI
Keberhasilan produksi enzim tergantung dari - pemilihan media - kondisi kultivasi - spesies mikroba - metode pemurnian enzim
Teknik kultivasi umum Protease -
Kultivasi terendam dg media cair Kelebihan : Komposisi dan komponen media dapat diatur dg mudah Kondisi optimum mudah diatur Penggunaan substrat efisien Aerasi dapat disesuaikan Resiko kontaminasi kecil
Kekurangan kultivasi Cair
Adanya buih Sterilisasi intensif Konsentrasi produk relatif rendah Pemanenan mahal
Persyaratan media fermentasi dalam industri enzim
Kontinyuitas bahan Mudah didapat Harga murah Substrat efisien dipergunakan
Contoh yang umum digunakan: - Limbah cair tahu, whey susu,tepung kedelai, tepung biji kapas, beras pecah dll
Skema Umum Proses Produksi Enzim MikrobialPengembangan Inokulum Biomassa
Kultur Stok
Labu Kocok
Bioreaktor Inokulum
Cairan Fermentasi
Pemisahan Sel Crude Enzim
Sterilisasi Media
Formulasi Media
Ekstraksi Produk Pemurnian Produk Penanganan Limbah Cair
Bahan Baku Media
Bioreaktor
Pengemasan produk
Proses HilirCrude enzim pengendapan dengan (NH4)2SO4 dialisis kromatografi penukar ion evaporasi liofilisai Analisis BM : Elektroforesis SDS
Protease production from rice mills wastes using solid fermentation (Paranthaman, 2009)Microorganism : Aspergillus niger in PDA slant agar Inoculum : suspension of spores of 7 days cultures of A. niger Production of protease by solid fermentation media composition : - broken rice - 50 % mineral solution (g/100ml) : NH4NO3 0.5, KH2PO4 0.2, NaCl 0.1, MgSO4 0.1 Fermentation condition : 35oC, 120 hours
Downstream
The crude enzyme was extracted using tween 80 0.1 % in amount of 100 ml per 2 grams of fermented substrates homogenized in shaker 180 rpm for 1 hour filtration clear supernatan is the crude enzyme can be used for detergent and leather industry
Alkaline Protease Production by B. polymixa and B. cereus (Maal et al. 2009)
Microorganisms were isolated from various soil samples and adapted using alkaline skim milk medium pH 9 -11 Media used was various media containing milk protein such as milk showed the best result
ENZIM SELULASE
Penting dalam konversi limbah organik berselulosa menjadi glukosa Aplikasi : * PST, makanan ternak, etanol * Campuran karbohidrase dan selulase A. niger dpt digunakan untuk pengupasan udang serta kotoran kerang Mampu memutus ikatan beta 1, 4 glikosidik dalam selulosa, selodekstrin, selobiosa, dan turunan selulosa lain
KarakteristikMerupakan kompleks enzim yang bekerja bertahap atau bersama menguraikan selulosa menjadi glukosa Kebanyakan bersifat ekstraseluler Menghidrolisis substrat yang berBM tinggi Kelebihan enzim ekstraseluler : - relatif lebih stabil, tingkat kemurnian lebih tinggi, lebih mudah proses hilirnya * Merupakan enzim induksi : hanya diproduksi jika ada selulosa atau glukan lain dg ikatan beta 1,4 seperti selobiosa
MIKROORGANISME
Kapang Trichoderma viride/resei , T.koningii, A.terreus, A.niger, P.iriensis, P.verruculosum, P.fumiculosum, Myrothecium verrucaria, Fusarium solani, Phanerochyaete chrysosporium, Pellicularia filamentosa , Eupenicillium javanicum, dll
Yang paling banyak diteliti dan diproduksi komersil
T. viridae/reesei, A. niger
Karena : - Mampu tumbuh cepat - Yield tinggi
Pernah juga digunakan kultur campuran Aspergillus sp dg T. reesei
Bakteri penghasil selulase
Pseudomonas fluorescent var sellulosa Cellumonas Bacillus sp Clostridium thermocellum yield paling baik
Teknik Kultivasi Selulase
Kapang cair
kuiltivasi padat atau
-
-
Kultivasi padat : Hasil enzim per gram selulosa lebih tinggi Waktu lebih lama
Contoh komposisi media selulase dg kapang
(NH4)2SO4 1,4 g/l; KH2PO4 2,0 g/l, Urea 0.3 g/l, CaCl2 0.3 g/l, MgSO4.7H2O 0,3 g/L,FeSO4.7H2O 0.005 g/L, MnSO4.H2O 0.0016 g/l; ZnSO4.7H2O 0.0014 g/L, CaCl2 0.002 g/L, Protease pepton 0,75 g/L, Tween 80 (surfaktan) 2.02.0 g/l, Selulosa 7,5 g/L
Sumber karbon
Selulosa murni, turunan selulosa atau selulosa alami Selulosa alami dari limbah pertanian seperti limbah penggergajian kayu, tongkol jagung, sekam padi, bagasse, dll Selulosa murni yield lebih tinggi
Faktor yang berpengaruh
Jumlah selulosa dan tingkat kemurniannya Penggunaan nitrogen organik spt pepton, yeast ekstrak Penambahan urea Penggunaan surfaktan (tween 80) meningkatkan permeabilitas membran sel terhadap enzim shg sekresi enzim menjadi cepat sekresi enzim yang cepat akan meningkatkan sintesa enzim
Faktor yang berpengaruh (lanjutan)
pH media enzim menjadi inaktif jika pH terlalu asam; pH terlalu tinggi akan menurunkan rendemen selulase Kultivasi padat pH sulit diatur. Diatur dg penambahan buffer dg pH mendekati nilai pH untuk aktivitas optimum enzim pH 5-6) Suhu kapang A. niger : 25-28oC
Proses Hilir
Pengendapan protein Kromatografi Elektroforesis
ENZIM AMILASE
1. 2. 3.
Menyerang ikatan glikosidik secara acak di bagian molekul baik pada amilosa maupun amilopektin Tiga golongan : -amilase (endoamilase) -amilase (eksoamilase) Glukoamilase
-amilase
Menyerang ikatan glikosidik di bagian dalam molekul amilosa Hasilnya : oligosakarida dan maltosa
-amilase
Menyerang ikatan glikosidik pada bagian luar substrat Hasilnya maltosa dan dekstrin
Glukoamilase
Menghasilkan glukosa
Industri Gula Cair1. Peran enzim pada ind gula cair terbesar diantara industri lainnya 2. Gula cair digunakan untuk pengolahan bahan pangan, roti dan kue serta minuman ringan, dll
Suspensi patiGelatinasi Pati (95-105 0C) -Amilase bakteri (pH 6.0-6.6, 105oC, 5 mnt atau 95oC 1-2 jam Sakarifikasi -Amilase kapang + glukoamilase pH 5.0, 55oC, 42 jam Sirup Glukosa
Maltodekstrin Sakarifikasi Glukoamilase atau Sakarifikasi Glukoamilase+ Pululanase pH 4.0-4.5, 60oC, 48-72 jam Sirup Glukosa
Amilase kapang atau -amilase pH 5.5, 55oC, 42 jam
Kolom Penukar Ion Isomerisasi Sirup Maltosa Glukosa isomerase pH 7.5-8.5, 60-65oC, 2-4 jam Sirup Fruktosa Pemurnian Sirup Fruktosa Berkadar tinggi
Produksi Sirup GlukosaPati Sagu CaCO3 Pencampuran Suspensi Pati Sagu 30% NaOH Pengaturan pH 6.2 Gelatinisasi akuades
E-amilase1,75 U/g pati
Likuifikasi (90oC)Waktu Likuifikasi 210 mnt Hasil proses likuifikasi Rendemen sirup glukosa = 63,27%. Nilai ekuivalen dekstrosa = 98,9 %
AMG 0,3 U/g pati
Sakarifikasi(60oC, pH 4,5) Waktu Sakarifikasi 48 jam Hasil Proses Sakarifikasi
Arang Aktif 2 % bk pati
Dekolorisasi 1 jam 80 oC Penyaringan Sirup Glukosa
Gambar 1. Proses Hidrolisis Pati Sagu
Mikroorganisme dan Media
Bakteri B.licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. subtilis Media fermentasi : Pati, ekstrak khamir, tripton, MgCl2, KH2PO4, NaCl, (NH4)2SO4
PROSES HILIR
Enzim kasar pengendapan dg PEG-fosfat pengendapan dg aseton sentrifugasi Gel filtrasi