MAKALAH MIKROBIOLOGI INDUSTRI

“BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION OF VITAMIN”

ANGGOTA:

ACCESSTIA CHRISTY H0910001

ALIF LAILA INAYATI AZ ZAHRA H0910006

DESINTYA DWI HERDIANA H0910027

GILANG RAHMAWAN H0910033

RATIH NAWANGWULAN H0910059

SANDY AGUS RAHMANTO H0910066

PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

Vitamin, didefinisikan sebagai mikronutrien penting yang diperlukan dalam jumlah

yang tidak dapat disintesis oleh mamalia, yang sangat penting untuk metabolisme semua

organisme hidup dan disintesis oleh mikroorganisme atau tanaman. Vitamin kini semakin

sering diperkenalkan sebagai makanan / pakan aditif, seperti medis terapi agen, seperti

kesehatan alat bantu, dan juga sebagai alat bantu teknis. Saat ini, banyak makanan olahan,

pakan ternak, farmasi, kosmetik, dan bahan kimia mengandung vitamin ditambahkan atau

senyawa vitamin yang berhubungan.

Sebagian besar vitamin kini diproduksi industri dan banyak digunakan dalam

makanan, farmasi dan kosmetik. Saat ini, beberapa vitamin secara eksklusif diproduksi

melalui sintesis kimia, sementara beberapa orang lain yang diproduksi baik oleh sintesis

kimia atau melalui proses ekstraksi. Proses ini membutuhkan banyak energi, dan juga

tingginya biaya pembuangan limbah. Selain itu, proses ini telah menumbuhkan kesadaran

konsumen yang berkaitan dengan keamanan pangan aditif. Hal ini telah menyebabkan

meningkatnya minat dalam menggantikan proses-proses dengan proses bioteknologi.

Akibatnya, proses bioteknologi untuk produksi sebagian besar senyawa dengan cepat muncul

dan beberapa sudah bersaing dengan proses kimia yang ada.

BAB II

ISI

A. VITAMIN E

Vitamin Larut Lemak

Ada 4 jenis vitamin yang larut lemak, yaitu A, D, E dan K, beberapa vitamin

sudah dilaporkan dapat dibuat dengan bioteknologi seperti vitamin E dan K.

Berikut adalah diskusinya :

Vitamin E

Merupakan kumpulan dari komponen larut lemak dimana α-tocopherol

merupakan komponen terbanyak dan mempunyai aktivitas antioksidan paling

tinggi. Di manusia, α-tocopherol dipercaya mempunyai peranan penting dalam

mencegah dari pengaruh cahaya yang membuat kerusakan kulit, mata, penyakit

degeneratif seperti artheroskerosis, penyakit cardiovaskular dan kanker. Saat ini

α-tocopherol diproduksi dengan sintesis kimia dan ekstraksi dari minyak sayur.

Namun produksi dengan sisntesis kimia dan ekstraksi minyak sayur ini hanya

menghasilkan α-tocopherol dalam jumlah sedikit. Tidak seperti vitamin yang

lainnya, α-tocopherol sintesis struktur kimia nya tidak sama dengan yang berada

di alam. Struktur kimia sintetis dari campuran 8 stereo isomer secara umum

diketahui sebagai all-rac-α-tocopherol terdiri atas 4(2R) dan 4(2S) isomer.

Penelitian pada hewan dan manusia, menunjukan bahwa 2R isomer dapat lebih

mempertahankan; maka itu ketika dibandingkan dengan jumlah yang sama

ketersediaan dari alam dibanding dengan α-tocopherol sintetik adalah 2:1 lebih

lagi kesadaran konsumen yang semakin tinggi terhadap keamanan bahan

tambahan pangan telah menaikan permintaan terhadap antioksidan yang alami.

Beberapa strain dari microalgae air tawar Euglena gracilis Z dan microalgae

laut Dunaliella tertilecta dapat memproduksi α-tocopherol dengan konsentrasi

yang lebih tinggi dibandingkan sumber makanan yang terkenal sebagai sumber

vitamin. Peelitian untuk optimasi alfatokoferol sudah diketahui menggunakan

egracilis Z, dengan menggunakan :

1. Modification of culture condition.

2. Two step culture

3. Screening of favorable substrate.

Modification of culture condition. Dapat diketahui bahwa sel dengan

densitas tinggi menurunkan penetrasi cahaya pada tiap sel, menurunkan aktifitas

fotosintesis. Ini menyebabkan penurunan kondisi aerobic dan meningkatkan kadar

vitamin E. Kemudian konsumsi oksigen dan glukosa dari respirasi dapat

meningkatkan metabolisme heterotropik. Hasil dari sel densitas tinggi yang

ditumbuhkan secara fotoheterotrof dari fed-batch culture mencapai 1,21 mg/G

massa sel kering.

Two step culture. Produksi bersamaan akan betakaroten, vitamin C dan

vitamin E sudah berhasil dilakukan oleh E. Gracillis Z menggunakan two step

culture. Di step pertama dari batch culture, E. Gracillis Z di kultivasikan secara

fotoheterotrof di media Oda dan Hunter yang dimodifikasi dengan intensitas

cahaya tinggi. Ketika sel terlambat mencapai fase eksponensial mereka akan

terpisah, kemudian dicuci dan diresustensikan lagi dengan volume yang sama

kedalam medium Cramer dan Mayers untuk step kultivasi yang kedua. Two step

culture menggunakan sel densitas tinggi menghasilkan produktivitas antioksidan

yang tinggi.

Carbalo cardenas et al. Mempelajari produksi alfatokoferol menggunakan

Dunaliella tertiolecta dan Tetraselmis suesica untuk mengetahui pengaruh

ketersediaan cahaya. Ternyata penurunan cahaya tidak mempengaruhi jumlah

alfatokferol pada Dunaliella tertiolecta dan Tetraselmis suesica. Tidak ada

korelasi antara jumlah produksi alfatokoferol dan klorofil. Penambahan nitrat dan

fosfat kedalam kultur tetraselmis suesica dapat meningkatkan jumlah klorofil dan

alfa tokoferol, sehingga dapat diketahui bahwa komponen nutrisi dapat

meningkatkan produktivitas alfa tokoferol.

B. VITAMIN K

Menaquinon ( vitamin K2)

Ada 2 bentuk vitamin K di alam yaitu vitamin K1 (phylloquinone) yang diroduksi

dari tanaman, vitamin K2 ( Menaquinon, MK) yang disintesis dari bakteria, terdapat

di antar rantai 4 sampai 13 isoprene naphthoquinones. Komponen ini ditulis dengan

MK-n dimana n didenotasikan sebagai nomor unit isoprene.

Vitamin K merupakan kofaktor penting untuk konveri pasca translasi dari residu

asam glutamat dari protein tertentu dalam darah dan tulang menjadi asam karboksi

glutamat. Banyak peneliti yang secara ekstensif mempelajari produksi menaquinone

dari Bacillus subtilis.

Berikut adalah hasil penelitian tentang produksi vitamin K :

1. Kultur suplement pembersih dan mutasi Flavabacterium 182 µg/L MKBakteri

asam laktat dapat memproduksi menaquinone 29-123 µg/L MK-7, MK-8,

MK-9 dan MK-10

2. Fermentasi kedelai, natto, memproduksi menaquinone dimana komponen

utamanya menjadi MK-7 dan komponen minornya menjadi MK-6

3. Sato et al menyatakan bahwa diphenylamine- resistant mutant strain D2000-

41 dari Bacillus subtilis strain MH-1 yang diisolasi dari natto dapat

meningkatkan produksi MK-7.

4. Sumi mempelajari produksi vitamin K dengan fermentasi okara dengan 7

variasi natto bacili. Selama fermentasi konsentrasi MK-4 tidak berubah

sementara MK-7 menunjukan peningkatan. Konsentrasi tertinggi 36,6 µg/g

dari Chinese natto strain (Unnan SL-001), 14,2 dari Naruse; 11,9 dari Asahi;

6,8 dari Takahashi;1,9 dari Miyagino; 5,2 dari Nitto dan 1,9 dari Meguro

setelah inkubasi selama 4 hari pada suhu 37oC

C. VITAMIN B2 (RIBOFLAVIN)

Riboflavin

Riboflavin atau vitamin B2, digunakan untuk nutrisi manusia dan terapi serta

bahan tambahan pakan ternak.

Riboflavin sudah diproduksi secara komersil dari kimia sintetis, fermentasi dan

kombinasi fermentasi dengan kimia sintentis.

Meskipun bakteri ( Clostridium sp.) dan yeasts ( Candida sp.) penghasil yang

baik, Dua terkait erat ascomycete jamur, Eremothecium ashbyii dan Ashbya

gossypii, dianggap sebagai produsen riboflavin terbaik

Produksi fermentatif riboflavin

Fermentasi produksi Riboflavin dilakukan dalam kultur terendam. Faktor-faktor

seperti mikroba strain, sumber karbon, mineral, dan pH mempengaruhi produksi

fermentasi Riboflavin.

Fermentasi menggunakan Ashbya gossypii

hasil dari riboflavin lebih dari 15 g/L kaldu budaya di steril aerob tenggelam

fermentasi dari Ashbya gossypii dengan gizi medium yang mengandung molase

atau minyak nabati sebagai sumber karbon.

Fermentasi menggunakan Bacillus subtilis. Riboflavin biosintesis dipelajari di

Bacillus subtilis menggunakan genetika dan teknologi r-DNA. Kloning dan DNA

rantaian nukleotida menunjukkan bahwa enzim yang diperlukan untuk biosintesis

Riboflavin

Salah satu protein yang dikodekan oleh operon riboflavin Bacillus subtilis, RibA,

adalah enzim rate-limiting di riboflavin industri yang memproduksi strain.

Humbelin et al. (31) memperkenalkan tambahan satu salinan ribA gene ke lokus

sacB riboflavin produksi strain, dan dinyatakan constitutively dari promotor vegI

kekuatan menengah. Hal ini menyebabkan peningkatan riboflavin titers dan hasil

Riboflavin di glukosa sampai dengan 25%.

Fermentasi menggunakan Corynebacterium ammoniagenes. Peningkatan

strain untuk produksi riboflavin dibangun melalui teknik metabolik yang

menggunakan teknik DNA rekombinan di Corynebacterium ammoniagenes.

Fermentasi menggunakan Lactococcus lactis. Sybesma et al. (33)

dikembangkan Lactococcus lactis strain menggunakan langsung insersional dan

metabolisme teknik simultan berlebihan folat dan riboflavin. Lactis Lactococcus

MG 1363 terkena riboflavin analog roseoflavin. Ketahanan strain roseoflavin

(Lactococcus lactis CB010) menunjukkan biosintesis deregulasi riboflavin yang

mengakibatkan produksi riboflavin selain riboflavin konsumsi.

Proses yang dilakukan riboflavin

Riboflavin adalah pulih dari kaldu oleh sentrifugasi setelah inaktivasi

mikroorganisme oleh panas. Pasteurisasi kaldu memastikan bahwa sel-sel tidak

layak organisme produksi hadir dalam produk akhir. Setelah, sel massa

dipisahkan dari fermentasi kaldu oleh sentrifugasi. Diferensial sentrifugasi

menyebabkan pemisahan sel dan riboflavin kristal karena perbedaan dalam

ukuran dan sedimentasi perilaku. Riboflavin kemudian pulih dari kaldu bebas sel

dengan menggunakan penguapan dan pengeringan vakum.

D. VITAMIN B12 (COBALAMIN)

Istilah vitamin B12 banyak digunakan untuk menggambarkan senyawa dari

kelompok cobalamin. Bentuk alami yang adenosylcobalamin, methylcobalamin

dan hydroxocobalamin. Cyanocobalamin, dengan definisi vitamin B12. Vitamin

B12 ini diperoleh secara eksklusif oleh proses fermentasi. Selama kurun waktu

dua hingga tiga dekade, beberapa mikroorganisme telah digunakan untuk efisiensi

produksi vitamin b12. Daftar berbagai mikroorganisme memproduksi vitamin b12

dan masing-masing menghasilkan dilaporkan oleh martens et al.

Produksi vitamin B12 melalui fermentasi menggunakan Pseudomonas

dinitrificans

Pertumbuhan Pseudomonas dinitrificans dalam sintesisi cobalamin di

bawah kondisi aerob, jika kultur diberi suplemen kobalt dan 5,6 DBIM secara

langsung. Mengontrol oksigen terlarut dalam jumlah yang rendah berpengaruh

pada rasa. Beberapa vitamin B12 derivatif bisa diproduksi baik dari fermentasi

atau konversi kimia dari cyanocobalamin. Kultur diareasi sepanjang proses

fermentasi selama 2-3 hari pada suhu 30oC dan pH dijaga antara 6-7.

Produksi vitamin B12 bisa meningkat jika ada penguatan gen cobF-cobM

operon dan cobA-cobE dalam Pseudomonas denitrificans. Cara amplifikasi

didefinisikan sebagai peningkatan nomor kopi gen dengan menggunakan

multicopy plasmids. Peningkatan cobalamin sebanyak 30% karena amplifikasi

cobF-cobM kluster gen sedangkan peningkatan sebanyak 20% dengan

meningkatkan jumlah copy gen cobA dan cobE.

Ekspreksi beragam dari gen cobA pada Methanobacterium ivanovii adalah

dengan mengkode enzim untuk mencegah penghambatan substrat. Gen bluB,

bluE dan bluF dari Rhodobacter capsulatus dianjurkan untuk mengatasi

penghambatran substrat pada encoding cobA metiltransferase yang berfungsi

sebagai katalis langkah pertama sintesis vitamin B12. Sintesis DMBI seluler dapat

ditingkatkan secara signifikan dengan trans-expression dari gen bluB pada R.

capsulatus. Stimualsi produksi vitamin B12 adalah perantara baru yang diduga

untuk mengambil bagian (R)-1-amino-2-propanol pada formasi nucleotide loop

pada vitamin B12. Efek positif dari o-phospho-L-threonine ditemukan pada trans

expression dari bluE dan bluF gen pada R.capsulatus untuk produksi vitamin B12.

Formasi vitamin B terdiri dari asam nikotinat dan nikotinamida, thiamine,

vitamin B6 dan vitamin B12. Vitamin B ini bisa ditemukan pada fermentasi

tempe namun produksi vitamin B6 tidak ditemukan. Konsentrasi vitamin B12

meningkat secara signifikan dengan Citrobacter freundii, Klebsiella pneumoniae,

Pseudomonas fluorescens, dan Streptococcus sp pada kacang kedelai yang

direndam. Asam nikotinat dan nikotinamida diproduksi oleh Lactobaciluus spp.

dan Citrobacter freundii.

Methanogenes dapat digunakan untuk produksi pada vitamin B12 dan

memberikan beberapa keuntungan diantaranya :

- Konsentrasi vitamin B12 pada kaldu menjadi 10 kali lebih besar

daripada menggunakan asam propionat

- Hasil produk utama yaitu metana tidak mencegah pertumbuhan

methanogenes dan meningkatkan densitas sel.

- Methanol, CO2 dan asam asetat yang digunakan untuk substrat

biayanya murah, stabil dan bisa disubstitusi.

Methanogenes tumbuh lebih lambat dari mikroba aerobik sehingga

membutuhkan media fermentasi yang besar dan substrat yang mempunyai

kualifikasi long residence times. Zhang et. Al mempelajari fermentasi biogas dari

limbah cair alkohol untuk mengevaluasi proses pencernaan anaerobik dan vitamin

B12 sebagai byproduct . Pencernaan secara aerobik menggunakan methanogenes

aklimasi (menyesuaika dengan iklim) dapat ditunjukkan dengan continuosly

stirred tank (CSTR) dan fixed bed reactor yang dilengkapi dengan rock wool

sebagai material pembawa 55 C. Mereka juga mempelajari efek ion metal

ditambahkan ke kaldu kultur dengan methana dan formasi B12.

Produksi vitamin B12 adalah 2,92 mg/L pada kaldu di fixed bed

reactor dan dua kali lipat pada CSTR. Yang et. Al mempelajari kontinuitas

fermentasi metana dan produksi vitamin B12 pada fixed bed reactor yang

dilengkapi loofah. Loofah pembawa imobilisasi hampir 95% dari methanogen

yang menyebabkan bioreaksi yang lebih efektif. Fermentasi menggunakan

CO2/H2 methanogen aklimasi dikonduksi pada wadah fermentasi dengan reaksi

hidrolik (HRT) selama tiga dan enam hari. Dengan HRT tiga hari, laju produksi

metana dan konsentrasi vitamin B12 pada kultur kaldu dan kaldu cair adalah 6,18

L/L/h dan 2,88 mg/L sedangkan oada HRT selama 6 hari menghasilkan

konsentrasi vitamin B12 sebanyak 11,96 L/L/h dan 37,54 mg/L.

Inoue et al melaporkan produksi vitamin B12 dengan Acetobacterium

sp. dan strain resistan tetrachloromethane. Dari 800 isolat yang merupakan bakteri

anaerob yang dibuat secara tentatif ada 69 yang diisolasi dari sedimen laut yang

diseleksi dan digunakan untuk penelitian. Isolat ditumbuhkan pada metanol

diproduksi 11 mg cyanocobalamin per gram sel kering setela 7 hari kultivasi.

Strain tetrachloromethane resistan diperoleh dari perlakuan

ethylmethanesulphonate dan memproduksi 23 mg cyanocobalamin per gram sel

kering dalam 10µM tetrachloromethane. Bainotti mempelajari penghambatan

substrat secara kinetik dan produk pertumbuhan acetogen (Acetobacterium) pada

sekumpulan kultur menggunakan konsentrasi nutrien yang berbeda ada medium

basa. Produksi tertinggi 4,84 mg/L cobalamin dengan medium modifikasi

(ditambahkan dengan 2 gram/L ekstrak yeast).

Pemurnian vitamin B12

Proses pemisahan dan pemurnian pada proses fermentasi adalah ekstraksi,

filtrasi membran dan penyerapan. Proses downstream dari vitamin B12

Biomassa dipisahkan dengan cara sentrifugasi untuk mendapatkan

konsentrat massa sel yang kemudia dikeringkan. Cara lainnya adalah keseluruhan

isi dari fermentator dapat dikonsentrasikan atau dengan spray drying. Sel

mengelami lisis dengan cara pemanasan massa sel yang disentrifugasi dalam

larutan atau metode lain untuk memperoleh corrinoid. Corrinoid dikonversi

menjadi vitamin B12 atau cyanocobalamin dengan penambahan pottasium

cyanide biasanya dengan ditambah sodium nitrit dan dipanaskan.

Vitamin kemudian diperjelas dengan filtrasi, diberi perlakuan dengan zink

klorida kemudian diendapkan keluar dengan ditambahkan tannic acid/ cresol

untuk kemurnian 80% yang penggunaan bahan tambahan makanan hewni. Untuk

kemurnian yang lebih besar (dibutuhkan untuk farmasi) vitamin yang sudah

ditambah zink diekstraksi dengan pelarut organik seperti karbon tetraklorida

kemudian ditambahkan air dan butanol lalu dilanjutkan lagi dengan pelarut

organik. Selain itu proses adsorpsi seperti penukar ion, aluminium oksida atau

karbon aktif dapat digunakan vitamin B12 murni diperoleh dari kristalisasi setelah

penambahan pelarut organik.

Vitamin B12 termasuk dalam kelompok cobalamin memiliki bentuk alami yaitu

adenosylcobalamin, methylcobalamin, dan hydroxocobalamin. Cyanocobalamin

merupakan vitamin B12 yang sudah diproduksi secara industri ini tidak terdapat di alam.

Vitamin B12 bisa diperoleh dengan cara proses fermentasi. Perlakuan mutagenik sudah

terbukti dapat meningkatkan aktivitas tetapi dalam semua kasus perlu ditambahkan ion

cobalt dan 5,6 dimethylbenzimidazole (5,6 DMBI) ke dalam precursor seperti glycine

threonine dan aminopropanol.

Tabel 2. Spesies dari Mikroba Produsen dan Proses Mikrobiologi yang

direkomendasikan untuk Produksi Vitamin B12

Spesies mikrooganisme

Komponen utama kultur

medium

Kondisi fermentasi Produksi vitamin

B12/(mg/L)Propionibacterium

freudenreichiiGlucose Anaerobiosis, 5,6-

dimethyl benzimidazole

206.0

Rhodopseudomonas protamicus

Glucose 5,6-dimethyl benzimidazole

135.0

Propionibacterium shermanii

Glucose 5,6-dimethyl benzimidazole

60.0

Pseudomonas denitrificans

Sucrose Aerobiosis, betaine 60.0

Nocardia rugosa Glucose Aerobiosis 18.0

Rhizobium Sucrose Aerobiosis 16.5

cobalaminogenumMicromonospora sp. Glucose 5,6-dimethyl

benzimidazole11.5

Streptomyces olivaceus

Glucose 5,6-dimethyl benzimidazole

6.0

Nocardia gardneri Hexadecane Aerobiosis 4.5

Butyribacterium methylotrophicum

Methanol Anaerobiosis 3.6

Pseudomonas sp. Methanol 5,6-dimethyl benzimidazole

3.2

Arthrobacter hyalinus Isopropanol 5,6-dimethyl benzimidazole

1.1

1. Jalur Biosintesis Vitamin B12

Biosintesis vitamin B12 dibatasi untuk mikroorganisme. Sebagian besar

langkah-langkah dalam biosintesis vitamin B12 telah dicirikan pada Pseudomonas

denitrificans, Salmonella typhimurium dan Propionibacterium freudenreichii. Dua

jalur yang berbeda untuk biosintesis vitamin B12 di alam:

• Aerobik, atau lebih tepatnya jalur yang tergantung pada oksigen yang ditemukan

dalam organisme seperti P. Denitrificans.

• Anaerobik, jalur yang tidak tergantung pada oksigen diselidiki dalam organisme

seperti P. shermanii, Salmonella typhimurium dan Bacillus megaterium.

Gen pengkode enzim yang berkontribusi terhadap biosintesis cobalamin diberi

nama dengan awalan cob (aerob) dan awalan cbi (anaerob). Sebuah skema biosintesis

cobalamin dan perbedaan aerob dibandingkan dengan anaerob ditunjukkan pada

gambar 3.

Biosintesis semua turunan tetrapirol mulai dari C-5 kerangka glutamat. Pada langkah

pertama, ikatan tRNA glutamat direduksi menjadi glutamat-1-semialdehid oleh

glutamil-tRNA reduktase. Aldehida dikonversi dalam langkah kedua melalui

pergeseran intramolekul untuk membentuk asam 5-aminolevulinik. Dua molekul dari

asam 5-aminolevulinik dikondensasikan untuk menghasilkan molekul

porphobilinogen. Empat molekul porphobilinogen dipolimerisasi, diatur, kemudian

disikluskan untuk membentuk uroporphyrinogen III, perantara makrosiklik pertama.

Sementara dekarboksilasi dari uroporphyrinogen III mengarah ke biosintesis heme

dan klorofil, metilasi hasil uroporphyrinogen III di C-2 dan C-7 dalam sintesis

precorrin-2, sebuah dipyrrocorphin dimethylated yang juga perantara bersama

terakhir dalam sintesis koenzim F430 dan siroheme. Pada precorrin-2, dua jalur

untuk biosintesis kobalamin menyimpan, di jalur aerobik, precorrin-2 dimetilasi pada

C-20 dengan methyltransferase lebih untuk memberikan precorrin-3A, sementara di

jalur anaerobik, precorrin-2 ini dikhelasi dengan kobalt untuk memberikan kobalt-

precorrin-2, reaksi yang dikatalisis dalam S. enterica oleh CbiK.

Dengan demikian, jalur yang tergantung oksigen (aerob) dan yang tidak

tergantung oksigen (anaerob) untuk sintesis vitamin B12 cukup berbeda. Bagian jalur

anaerobik dimulai dengan penyisipan kobalt (Co2+) ke precorrin-2, sedangkan reaksi

khelasi di bagian aerobik terjadi setelah sembilan langkah reaksi sebelumnya.

Menariknya, dua kobalt-khelasasi digunakan untuk reaksi-reaksi berbeda dalam jalur

aerob khelatase membutuhkan ATP, berbeda dengan anaerob yang tidak memerlukan

energi tinggi setara. Perbedaan lainnya antara dua jalur tersebut adalah metode yang

digunakan untuk proses kontraksi cincin, dengan penghapusan C-20 dari cincin.

Dalam kondisi aerobik, C-20 atom precorrin-3A teroksidasi oleh oksigen molekul,

ditopang oleh cluster Fe4S4 mengandung protein (CobG), dengan penghilangan C-20

sebagai asetat. Dalam kondisi anaerobik, proses kontraksi cincin kemungkinan akan

dimediasi melalui ion kobalt kompleks dengan kemampuannya untuk asumsi berbeda

keadaan valensi (+1 sampai +3) untuk membantu dalam oksidasi, sehingga dalam

peghilangan C-20 sebagai asetaldehida.

Sementara jalur biosintesis vitamin B12 yang menyimpang pada precorrin-2, bergabung

kembali pada asam adenosilkobirat, yang diubah menjadi cobinamide oleh lampiran dari

sebuah lengan aminopropanol ke asam propionat sisi-rantai cincin D. Nukleotida loop yang

lebih rendah dihubungkan dengan mentransfer sisa fosforibosil mononukleotida asam

nikotinat untuk DMBI. Hasil α-ribosol akhirnya kovalen terkait dengan GDP-aktif

adenosilcobinamide, sehingga melepaskan GMP dan menimbulkan sepenuhnya produksi

koenzim molekul B12.

2. Fermentasi Produksi Vitamin B12 menggunakan Bakteri Propioni

Telah ditunjukkan bahwa spesies Propionibacteria memiliki potensi tertinggi

untuk mengakumulasi vitamin B12 intraseluler. Propionibacterium shermanii dan

Perbedaan Anaerob AerobOksigen Tidak bergantung BergantungPenyisipan cobalt (Co2+)

Langkah awal, tidak perlu energi tinggi

Setelah sembilan langkah reaksi sebelumnya, perlu ATP

Metode proses kontraksi cincin dengan penghapusan C-20 dari cincin

Dimediasi melalui ion kobalt kompleks dengan kemampuannya untuk membantu dalam oksidasi, sehingga dalam pelepasan C-20 sebagai asetaldehida

Atom C-20 dari precorrin 3A teroksidasi oleh O2, ditopang Fe4S4 mengandung protein (CobG), dengan pelepasan C-20 sebagai asam asetat

Propionibacterium freudenreichii yang paling banyak digunakan. Propionibacteria

menghasilkan vitamin B12 intraseluler dan mengeluarkan asam propionat terutama

dan asam asetat ekstraseluler. Semua strain Propionibacterium digunakan untuk

produksi vitamin B12 yang mikroaerofilik dan menghasilkan vitamin B12 dalam hasil

yang tinggi hanya di bawah konsentrasi oksigen yang sangat rendah. Bagaimanapun,

biosintesis DMBI membutuhkan oksigen. Oleh karena itu, bioproses produksi

vitamin B12 menggunakan strain-strain Propionibacterium dibagi menjadi dua tahap,

yaitu:

1. Dalam tiga hari pertama fermentasi, bakteri tumbuh secara anaerob untuk

menghasilkan cobamide prekursor vitamin B12, vitamin B12 antara kehilangan

bagian DMBI.

2. Selanjutnya, formasi vitamin B12 dilengkapi dengan aerasi lembut dari seluruh

kultur selama 1-3 hari, yang memungkinkan bakteri untuk melakukan sintesis

aerob dari DMBI dan menghubungkannya dengan cobamide. Selain itu, sangat

penting untuk menetralkan akumulasi asam propionat selama proses fermentasi

secara keseluruhan untuk mempertahankan produksi kultur pada pH = 7. Asam

propionat sebesar 10% dari volume fermentasi.

Quesada-Chanto et al. mengoptimalkan produksi asam propionat dan vitamin

B12 menggunakan Propionibacterium acidipropionici NRRL B3569 dalam kultur

berkelanjutan. Penyelidikan mereka menunjukkan bahwa dalam rentang konsentrasi

30-170 g/L sukrosa dalam media fermentasi, tidak ada hambatan substrat yang

signifikan terjadi. Dalam optimalisasi nilai pH, temperatur, dan aerasi, dibuktikan

bahwa kondisi untuk produksi asam propionat dan vitamin B12 produksi berbeda.

Sedangkan produksi yang optimal dari asam propionat berlangsung di bawah kondisi

sepenuhnya anaerob dengan nilai pH 6,5 dan suhu 37 °C, produksi optimal vitamin

B12 diperlukan suhu 40 °C dan kondisi aerob (aerasi 0,5 vvm pada 100 rpm) dengan

nilai pH 6,5.

Marwaha et al. telah mempelajari peran asam amino, betaine, dan kolin dalam

biosintesis vitamin B12 oleh tiga strain Propionibacterium, yaitu. P. shermanii 566, P.

shermanii dan Propionibacterium arl AKU 1251. Mereka dilengkapi media penyerap

whey dengan sebelas asam amino (0,05%, massa per volume). Betaine hidroklorida

dan kolin klorida pada massa per rasio volume 0,25, 0,50 dan 0,75% telah dievaluasi.

Betaine ditemukan stimulator yang lebih baik daripada kolin. Efek stimulasi dari

betaine dan kolin pada sintesis vitamin B12 pada strain Propionibacterium sp. dapat

dijelaskan mirip dengan kasus Pseudomonas denitrificans, yaitu senyawa tidak perlu

dimetabolisme menjadi stimulator dan bahkan tidak perlu masuk ke dalam sel untuk

menggunakan pengaruh mereka terhadap pembentukan produk.

Marwaha dan Sethi menggunakan limbah susu untuk produksi vitamin B12.

Propionibacterium shermanii 566 mensintesa 5,76 mg vitamin B12 per liter whey

yang mengandung 4% Laktosa ditambah dengan 0,5% (NH4)2HPO4 saat fermentasi

dilakukan pada suhu 30°C dibawah anaerobiosis untuk paruh pertama (84 jam)

diikuti oleh aerobiosis untuk paruh kedua fermentasi (84 jam). Metabolit mulai

terakumulasi pada akhir fase pertumbuhan maksimum (4 hari) dan berlangsung

hingga kurva mencapai plateau (7 hari). Pertumbuhan P. shermanii 566 juga

mengurangi kebutuhan oksigen biokimia (BOD) dari whey dengan lebih dari 90%,

sehingga mengurangi BOD dari limbah susu tanaman. Teknologi yang

dikembangkan adalah upaya berharga untuk memanfaatkan whey untuk produksi

vitamin B12 dan mengurangi masalah pencemaran air. P. shermanii dalam kondisi

kultur yang optimal ditemukan lebih baik daripada Propionibacterium arl AKU 1251

dalam fermentasi laktosa whey untuk pembentukan produk.

Yongsmith dan Chutima mempelajari produksi vitamin B12 oleh seluruh sel

Propionibacterium sp. strain arl AKU 1251 yang bergerak dalam gel alginat kalsium.

Produksi vitamin B12 dan pertumbuhan sel bergerak dapat ditingkatkan dengan

inkubasi dari sel-sel yang terjebak dalam medium yang mengandung konsentrasi

tinggi dari sumber karbon dan nitrogen. Kehadiran prekursor vitamin B12, yaitu sulfat

cobaltous dan 5,6-dimetil benzimidazole, bersama-sama dengan surfaktan Tween 80,

pada konsentrasi optimal secara nyata meningkatkan produksi vitamin B12, hasil

maksimal mencapai setinggi 20 mg/L dari medium.

Secara umum, hasil yang tinggi vitamin B12 telah dicapai dengan

memperlakukan mikroorganisme dengan agen mutagenik seperti sinar UV atau

reagen kimia dan memilih strain dengan keuntungan praktis, seperti stabilitas

genetik, tingkat pertumbuhan yang wajar dan ketahanan terhadap konsentrasi tinggi

perantara beracun dalam medium pertumbuhan.

Produksi senyawa tetrapyrrole dan vitamin B12 dengan menggunakan rekayasa

genetik Propionibacterium freudenreichii telah ditinjau oleh Murooka et al. Mereka

telah meninjau kemajuan rekayasa genetika di P. freudenreichii dalam beberapa

tahun terakhir, yang meliputi aspek-aspek molekul pembentukan senyawa

tetrapyrrole dan vitamin B12.

3. Masalah yang terkait dengan produksi vitamin B12

Masalah utama dalam produksi vitamin B12 yang menggunakan

Propionibacterium adalah penghambatan pertumbuhan dari sel karena akumulasi

metabolit penghambat seperti asam propionat dan asam asetat. Ken-ichiro et al

mempelajari berbagai pendekatan pengendalian konsentrasi asam propionat pada

tingkat rendah sebagai berikut:

a. Pengolahan/pertumbuhan secara periodik dimana konsentrasi oksigen terlarut

(DO) alternatif diubah antara 0-1 ppm,

b. Sistem daur ulang sel menggunakan modul hollow fiber (serat berongga),

c. Kultur campuran menggunakan Propionibacterium dan Ralstonia eutropha

dimana mikroorganisme terakhir mengasimilasi produksi asam propionat.

Telah ditemukan bahwa produktivitas vitamin B12 tertinggi menggunakan

sistem daur ulang sel, sedangkan jika kinerja dievaluasi berdasarkan jumlah produksi

vitamin B12 per unit volume dari media yang digunakan, sistem kultur campuran

memberikan nilai tertinggi. Kinerja P. Freudenreichii dalam fermentasi anaerobik,

aerobik dan periodik. Oksigen adalah sebuah kunci untuk peraturan metabolisme. Sel

dapat tumbuh lebih cepat selama periode lebih pendek (6 jam) setelah pergeseran

DO. Bagaimanapun, lama waktu fermentasi aerobik (lebih dari 6 jam) tidak

menguntungkan dalam pertumbuhan sel karena efek penghambat dari oksigen pada

sintesis sitokrom. Propionat tersebut membusuk segera dan piruvat terakumulasi

setelah pergeseran DO. DO rendah ditemukan menguntungkan dalam pertumbuhan

sel, dekomposisi propionat, dan menurunkan produksi asetat. Sebuah operasi siklik

baru dimana kondisi anaerobik dan aerobik yang alternatif dilaksanakan

dikembangkan dengan menguntungkan dalam rangka meningkatkan produksi

vitamin B12.

E. VITAMIN C (ASAM ASKORBAT)

L-asam askorbat merupakan metabolit yang penting bagi sebagian besar

mahluk hidup. Fungsi paling penting dari asam askorbat adalah untuk melindungi

jaringan dari produk-produk berbahaya yang bersifat oksidatif. L-asam askorbat

terutama digunakan dalam industri makanan, baik sebagai vitamin maupun sebagai

antioksidan. Sekitar 50% dari asam askorbat sintetis digunakan dalam suplemen

vitamin dan industri farmasi. Karena sifat antioksidan dan potensinya dalam

menstimulasi pembentukan kolagen, vitamin ini juga digunakan secara luas dalam

industri kosmetik. Pasar global saat ini dari asam askorbat melebihi US$ 585 juta

dengan pertumbuhan rata-ata per tahun 3%.

Saat ini, mayoritas produksi L-asam askorbat merupakan hasil sintesis melalui

proses Reichstein dengan menggunakan D-glukosa sebagai bahan dasar. Beberapa

proses menggunakan metode biokonversi telah diuraikan, namun karena rendemen

hasilnya rendah metode ini belum dikembangkan. Proses Reichstein melibatkan 6

tahap reaksi kimia dan satu tahap fermentasi untuk oksidasi D-sorbitol menjadi L-

sorbose. Rendemen L-asam askorbat dari glukosa yang diperoleh melalui proses

Reichstein adalah sekitar 50%. Proses ini membutuhkan energi yang besar karena

memerlukan temperatur dan/atau tekanan tinggi buat banyak tahapan. Sebagai

tambahan, sebagian besar transformasi kimia melibatkan pelarut organik dan

anorganik serta pereaksi seperti aseton, asam sulfat dan sodium hidroksida yang

cukup besar. Berdasarkan hal ini, dibutuhkan kontrol lingkungan secara langsung

terhadap proses, yang menimbulkan konsekuensi biaya yang signifikan pada

penanganan limbah. Faktor-faktor ekonomi ini telah mendorong ketertarikan pada

pemanfaatan biotransformasi dengan menggunakan mikroba dalam memproduksi L-

asam askorbat. Inovasi terbaru dalam proses fermentasi dan biokimia lanjut serta

teknologi DNA rekombinan memperluas pilihan yang tersedia untuk pemanfaatan

bioteknologi dalam produksi L-asam askorbat.

a. Proses fermentasi dengan menggunakan bakteri

Saat ini ada enam proses fermentasi dengan menggunakan bakteri untuk

produksi 2-keto-L-asam glukonat, suatu prekursor langsung dari L-asam askorbat.

Keenam proses tersebut memiliki jalur yang berbeda-beda dan diberi nama sesuai

perantara metaboliknya, yaitu jalur sorbitol, jalur L-idonic, jalur asam glukonat, jalur

2-keto-D-asam glukonat, jalur 2,5-diketo-D-asam glukonat, dan jalur 2-keto-L-asam

gulonic (2-KLG) melalui intermediet L-sorbosone (jalur sorbitol), dan oksidasi dari

D-glukosa menjadi 2-keto-L-gulonate melalui D-asam glukonat, 2-keto-D-asam

glukonat dan 2,5 diketo-D- asam glukonat (jalur 2-keto-D- asam glukonat).

a. Jalur sorbitol.

Dengan fermentasi sorbitol di transformasi menjadi 2-KLG melalui intermediet

(senyawa antara) L-sorbosone. Transformasi dilakukan oleh beberapa galur dari

genus Pseudomonas dan Acetobacter, yang mengkatalisa oksidasi dari L-sorbose

(dan/atau D-sorbitol) menjadi 2-KLG melalui suatu serial enzim dehidrogenase yang

ditempelkan pada membran, menuju pada pembentukan L-sorbosone. Oksidase final

menjadi 2-KLG adalah dikatalisa baik oleh membrane-bound atau cytosolic

sorbosone dehydrogenase, tergantung pada galur yang digunakan. Sugisawa et al.

mengisolasi kultur dari G.oxydans yang memproduksi sampai 60 g/L 2-KLG dari L-

sorbose atau D-sorbitol dengan tingkat konversi 60%.

Rekayasa genetika juga telah digunakan untuk perbaikan galur dalam usaha

meningkatkan rendemen hasil pada jalur D-sorbitol. Gluconobacter oxydans

merupakan spesies yang bisa dipilih untuk keperluan ini tapi lokasi subsellular

(cytosolic atau membran-bound) dari dehidrogenase yang dibutuhkan untuk konversi

dari D-sorbitol menjadi 2-KLG, bervariasi tergantung galur yang digunakan. Transfer

dari intermediet D-sorbitol kedalam sitoplasma dari galur-galur ini, yang merupakan

jalur intermediet dari siklus pentosa fosfat, terganggu dengan kurangnya keberadaan

cytosolic reductase. Untuk mengatasi masalah ini, membran-bound dehydrogenase

dari sumber alternatif telah diekspresikan dalam Gluconobacter oxydans hasil

rekayasa genetika untuk melengkapi atau menggantikan enzim-enzim cytosolic.

Sebagai contoh, membrane-bound sorbosone dehydrogenase dari galur Acetobacter

liquefaciens IFO 12258 telah diekspresikan dalam galur-galur OX4 dari

Gluconobacter oxydans, yang memiliki membrane-bound sorbitol dehydrogenase dan

sorbose dehydrogenase tapi tidak memiliki cytosolic dehydrogenase. Peningkata

perolehan 2-KLG dari keduanya yaitu L-sorbose (68 sampai 81%) dan L-sorbosone

(23 sampai 83%) teramati dalam galur-galur yang dihasilkan tapi tidak ada

peningkatan hasil dengan kondisi fermentasi.

Saito dkk telah mengisolasi Gluconobacter oxydans G624, yang mampu

mengkonversi D-sorbitol menjadi L-sorbose hampir secara kuantitatif melalui

membrane-bound sorbitol dehydrogenase, tapi tidak mampu mensintesa 2-KLG.

Membrane-bound sorbose dehydrogenase dan cytosolic sorbosone dehydrogenase

telah di klon dari suatu galur yang dapat memproduksi 2-KLG, yaitu Gluconobacter

oxydans T-100, dan diekspresikan dalam Gluconobacter oxydans G624. Setelah

otimisasi dari sistem ekspresi, suatu mutagenesis kimia dilakukan untuk memblok

metabolisme lebih lanjut dari 2-KLG menghasilkan galur Gluconobacter oxydans

yang memberikan hasil 2-KLG lebih dari 85%.

b. Pathway 2-keto-D-asam glukonat

Dalam pathway ini, D-glukosa ditransformasikan menjadi 2-KLG melalui asam

glukonat, 2-keto-D asam glukonat dan 2,5-diketo-asam D-glukonat (2,5-DKG).

Sampai saat ini, belum ada galur bakteri yang mampu mengkatalisa conversi secara

lengkap dari D-glc menjadi 2-KLG secara efisien yang berhasil diisolasi. Conversi ini

dilakukan dalam tiga langkah; setiap langkah dilakukan dengan menggunakan

mikroorganisme yang berbeda: (i) transformasi dari D-glucosa menjadi 2-keto-D-

asam glukonat: transformasi ini dilakukan dengan menggunakan Acetobacter

melanogenus dan Pseudomonas albosesamae. Beberapa galur Acetobacter juga

mensintesa 2-keto-D- asam glukonat; (ii) oksidasi dari 2-keto-D- asam glukonat:

oksidasi ini dilakukan oleh Bacterium hoshigaki dan Bacterium gluconicum

dengan2,5-DKG sebagai produk. Sebagai tambahan, Acetomonas albosesamae dapat

secara langsung mentransformasi D-glukosa menjadi 2,5-DKG; (iii) oksidasi dari 2,5-

asam DKG: Sonoyama dkk telah menjelaskan proses konversi dari 2,5-DKG menjadi

2-KLG. Galur-galur yang digunakan adalah dari genus Brevibacterium dan

Pseudomonas, dan perolehan maksimum diperoleh dari Brevibacterium

ketosoreductum. Penggunaan Corynebacterium juga disarankan.

Usaha-usaha ini kemudian dikembangkan dengan mengembangkan kapasitas

metabolik dari galur bakteri melalui rekayasa genetika. Anderson dkk mengklon suatu

gen cytosolic 2,5-DKG reductase dari Corynebacterium sp. Dan mengekspresikannya

dalam Erwinia herbicola. Organisme rekombinan mampu mensintesa 2-KLG dari D-

glukosa, tapi hasilnya sangat rendah (1 g/L 2-KLG dari 20 g/L D-glukosa). Hal ini

berkaitan dengan kebutuhan untuk transportasi dari intermediet antara ruang

periplasmic yang mengandung tiga enzim yang dibutuhkan untuk konversi D-glukosa

menjadi 2,5-DKG dan sitoplasma yang mengandung 2,5-DKG reductase yang

dibutuhkan untuk sintesis 2-KLG. Bagaimanapun, Grindley dkk menunjukkan bahwa

rekombinan E.citreus yang mengekspresikan 2,5-DKG reductase dari Corynebacteriu

sp dapat mengakumulasi 19,8 g/L 2-KLG dengan 49% efisiensi konversi dari glukosa.

Perbaikan perolehan ini didapatkan melalui optimisasi kondisi fermentasi, dan seleksi

secara hati-hati dari promotor yang mengontrol ekspresi dari gen 2,5-DKG reductase

dan dengan penggunaan galur mutan E. Citreus yang tidak dapat menggunakan 2,5-

DKG atau 2-KLG untuk pertumbuhan. Belakangan, proses in vitro dengan efisiensi

sangat tinggi untuk produksi 2-KLG melalui jalur ini telah dikuasai. Pada proses ini

glukosa dapat dikonversi menjadi 2-KLG dengan >60%, dengan produktivitas

keseluruhan 2 g (2-KLG)/L/h.

Biokonversi 2-KLG menjadi L-asam askorbat

Dalam proses konvensional, 2-KLG dikonversikan secara kimiawi menjadi L-

asam askorbat melalui dua jalur. Yang pertama melibatkan banyak tahapan termasuk:

Esterifikasi suatu derivatif 2-KLG dibawah kondisi sangat asam untuk

menghasilkan metil 2-keto-L-gulonate (MeKLG);

Reaksi MeKLG dengan suatu basa untuk menghasilkan garam logam askorbat

Pengolahan garam logam askorbat dengan suatu asam untuk memperoleh asam

askorbat.

Jalur kedua adalah suatu metode satu langkah yang melibatkan cyclization

katalisa asam dari KLG.

Secara komersial, kedua metode tidak diinginkan karena dibutuhkannya tahapan

kmia yang banyak (jalur pertama) atau penggunaan gas hidrogen klorida dalam

jumlah banyak atau kebutuhan peralatan proses yang sangat mahal (jalur kedua).

Untuk mengatasi masalah ini, beberapa metode telah ditemukan untuk konversi 2-

KLG menjadi asam askorbat. Hubbs menggunakan enzim hydrolase untuk

mengkonversi ester dari 2-KLG menjadi asam askorbat. Secara serupa, enzim-enzim

lactonase yang diisolasi dari Zymomonas mobilis, Escherichia coli dan Fusarium

oxysporium telah dilaporkan untuk mengkonversi 2-KLG menjadi asam askorbat. B

agaimanapun, kemungkinan untuk memperbaiki proses melalui disain reaktor yang

lebih baik dan perbaikan metode enzymatis dapat digunakan untuk meningkatkan

hasil.

Beberapa galur khamir seperti Candida blankii dan Cryptococcus dimennae juga

dapat mengkonversi 2-KLG menjadi asam askorbat. Bagaimanapun, ini memberikan

perolehan sangat rendah dengan akumulasi hanya 25 μ g/mL asam askorbat dalam

media dengan mengandung 5 mg/mL 2-KLG setelah inkubasi selama 48 jam. Dalam

kedua spesies, mutagenesis dari pathway katabolik dan investigasi lebih lanjut

terhadap kondisi kultur optimum dapat meningkatkan perolehan.

Proses fermentasi berbasis khamir untuk produksi asam askorbat

Penelitian terdahulu menyarankan bahwa sel khamir mengandung asam

askorbat. Bagaimanapun, pengujian ulang terhadap klaim ini yang dilakukan baru-

baru ini dengan menggunakan metodologi yang lebih baik menunjukkan bahwa

khamir tidak memiliki pathway biokimia untuk mensintesis vitamin C, tapi dapat

mensintesa asam D-erythroascorbic. Senyawa ini mempunyai fungsi antioksidan

yang serupa dalam khamir tapi tidak memiliki aktivitas antiscorbutik. Sel-sel

khamir , bagaimanapun, diketahui mampu mengakumulasi L-asam askorbat bila

diinkubasi dengan L-galaktosa, L-galactono-1,4-lactone atau L-galactono-1,4-lactone

intermediate dari pathway tanaman atau binatang.

Kumpulan bukti menunjukkan bahwa biosintesis dari L-asam askorbat dari

substrat ini dalam khamir terjadi melalui aktivitas enzym dari D-erythroascorboc

acid pathway. Terlebih, ekspresi dari D-arabinono-1,4-lactone oxidase dari

Sacharomyces cerevisae dala Escherichia coli dapat mengoverproduksi D-

erythroascorbic dan L-ascorbic acid bila disuply denganD-arabinono-1,4-lactone dan

D-galactono-1,4-lactone secara berturut-turut.

Sacharomyces cerevisae dan Zygogosaccaromyces bailii mengakumulasi L-

asam askorbat secara intrasellular bila diinkubasi dengan L-galaktosa. Ekspresi

berlebih dari D-arabinosa dehydrogenase dan D-arabinono-1,4-lactone oxidase dalam

Saccharomyces cerevisae menungkatkan kemampuan in secara signifikan.

Kenyatannya, glur rekombinan bahkan memperoleh kemampuan untyuk

mengakumulasi L- asam askotbat dalam media kultur. Hasil lebih baik dapat

diperoleh dengan ekspresi berlebih dari enzym tanaman L-galactose dehydrogenase

dari Arabidopsis thaliana.

Produksi L-asam askorbat menggunakan algae

Skatrud dan Huss menguraikan metode untuk produksi L-asam askorbat

dalam algae yang efisien. Metode melibatkan pertumbuhan awal dari Chlorella

pyrenoidosa ATCC 53170 dalam suatu fermentor dengan suatu sunber karbon yang

mencukupi untuk peryumbuhan sel sampai kepekatan intermediet. Pada tahap akhir,

tambahan sumber karbon diberikan secara bertahap atau secara kontinyu untuk

memelihara konsentrasi sumber karbon dibawah level yang ditetapkan diawal sampai

penambahan dihentikan. Ini menghasilkan produksi 1,45 g/L L asam askorbat.

Euglena gracilis Z adalah satu dari beberapa mikroorganisme yang secara simultan

memproduksi vitamin-vitamin antioksidan seperti ß-carotene (71 mg/L), vitamin C

(86,5 mg/L) dan vitamin E (30,1 mg/L).

F. VITAMIN H (BIOTIN)

Biotin (vitamin H) adalah kofaktor yang berperan dalam metabolisme mamalia.

Setiap harinya manusia dan hewan membutuhkan beberapa ratus microgram bitotin per

hari, sementara mikroba, tanaman, dan jamur dapat mensintesis koaktor mereka sendiri.

Biotin banyak ditambahkan pada makanan, pakan, dan produk kosmetik. Namun

kebanyakan biotin disintesis secara kimia yang menyebabkan beban lingkungan yang

berat. Fermentasi dipilih menjadi cara yang tepat untuk mensintesis biotin dalam jumlah

besar.

Jalur Sintesis Biotin

Sintesis biotin dilakukan dengan 4 strain bakteri, yaitu Bacillus subtilis, Bacillus

sphaericus, Escherichia coli, dan Sphingomonas sp. Biosintesis biotin dilakukan dengan

melewati tiga perantara yaitu asam 7-keto-aminopelargic (KAPA), asam 7,8-

diaminopelargic (DAPA) dan Dethiobiotin (DTB) yang digolongkan secara individu

atau kolektif sbagai vitamer atau vitamer total. Kelemahsilannya adalah pada langkah

terakhir, konversi dethiobiotin (DTB) ke biotin tidak dapat diselesaikan dengan cara

enzimatis, tetapi B. sphaericus dapat mengkonversi DTB menjadi biotin. Hal ini ini

disebabkan karena tindakan represif biotin terhadap enzim pensintesis biotin.

Gambar 2. Jalur sintesis biotin

Menurut Ogata et al., bakteri B. sphaericus, berkebalikan dengan E. coli dapat

mengkeskresikan sejumlah signifikan dari jalur sintesis biotin intermediet dari prekursor

asam pimelat. Sedangkan Ohsawa et al dan Gloecker et al mengemukakan bahwa B.

sphaericus sulit untuk diperbanyak karena tidak dapat mengutilisasi glukosa secara

efisien sebagai sumber karbon, dan amonia sebagai sumber nitrogen karena kebanyakan

hanya digunakan sebagai molekul organik. Brown et al. menggunakan strain

rekombinan E. coli dengan teknik genetik dan dapat menghasilkan vitamin dalam

jumlah besar.

Parameter yang dapat mempengaruhi vitamer dan formulasi biotinn adalah skala

kultur, tipe kultur, tahapan inokulasi, pH, suhu, oksigen terlarut, variasi konstituen

medium, dan penambahan prekursor. Dapat disimpulkan bahwa untuk dapat

menghasilkan biotin terbaik yaitu menggunakan 20 L fermentor dengan gliserol sebagai

sumber karbon. Asam casamino dapat mempengaruhi produksi vitamin dan strain

terbaik yang digunakan adalah E. coli. Kondisi pH dan suhu optimum secara berturut-

turut adalah 7 dan 370 C.

BAB III

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil dari jurnal “Biotechnological Production of Vitamin” adalah:

1. Proses microbial atau mikroalgal untuk produksi vitamin memiliki banyak

keuntungan dibandingkan dengan proses sintesis kimia.

2. Produk-produk dari proses kimia biasanya campuran racemic, sementara itu reaksi

fermentasi ataupun biokonversi menghasilkan senyawa enantiomeric yang

diinginkan.

3. Dengan tambahan kemajuan pada biokimia dan teknologi DNA bersama-sama

dengan revlusi genmik telah melebarkan opsi yang tersedia untuk eksploitasi

bioteknologi pada produksi vitamin.

4. Proses bioteknologi dan produk-produk hasilnya umumnya memiliki dampak

lingkungan yang positif dan merupakan daya tarik positif tersendiri bagi orang-orang.