ENZYME

Enzim adalah suatu produk dari proses biologis. Ada berbagai jenis enzim pencernaan antara lain Alfa Amilase, Beta Gluconate, Pectinase, Celulase, Pullulanase, Endoprotease dan yang lain-lainnya. Enzim dapat berasal dari tanaman, hewan dan mikroba. Namun yang paling, menguntungkan adalah dari mikroba karena dapat diproses dalam waktu yang singkat, mutunya lebih seragam dan harganya relatif lebi  murah.

Sifat umum dari 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 sebagai berikut  :

1. Konsentrasi substrat,

2. Lonsentrasi enzim,

3. Inhibitor/zat penghambat,

4. Temperatur, dan

5. 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 bio-teknologi. Dahulu bio-teknologi diasumsikan berupa pengolahan makanan dan minuman menggunakan mikroba. Bio-teknologi hanya menghasilkan tempe, keju, anggur, yogurt, dsb.

Seiring dengan perkembangan jaman, bio-teknologi menghasilkan alkohol, penicilin, sampai kemudian antibodi 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, jaman now 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 pada 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 non-protein (H+, OH-, atau ion-ion logam), tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi enzim adalah katalisator yang reaksinya 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 katalis dalam 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 bio-teknologi.

Mekanisme kerja enzim berlangsung dalam 2 (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, enzim akan bebas kembali.

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 larut dan 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 timbul antara 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 bahwa galur tertentu 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 :

1. Enzim αlfa-amilase :

Aspergillus oryzae

Bacillus amyloliquefaciens

Bacillus licheniformis

2. Enzim β-glukonase :

Aspergillus niger

Bacillus amyloliquefaciens

3. Enzim Gluco-amylase :

Aspergillus niger

Rhizopus sp

4. Enzim Glukosa Isomerase :

Arthobacter sp

Bacillus sp

Lactase

Kluyveromyces sp

5. Enzim Lipase :

Candida lipolytica

6. Enzim Pectinase :

Aspergillus sp

Penicilin acylase

Eschericia coli

7. Enzim Protease Asam :

Aspergillus sp

Protease, alkali

Aspergillus oryzae

Bacillus sp

8. Enzim Protease Netral :

Bacillus amyloliquefaciens

Bacillus thermoproteolyticus

9. Enzim Pullulanase :

Klebsiela aerogenes

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, tetapi proses mungkin ditingkatkan dengan memelihara satu atau beberapa komponen selama fermentasi.

Beberapa enzim yang digunakan dalam skala industri adalah enzim ekstraseluler, enzim yang secara normal dihasilkan oleh mikro organisme sesuai dengan substratnya dalam lingkungan eksternal dan dapat disamakan dengan enzim pencernaan pada manusia dan hewan. Kemudian ketika mikro organisme 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 mikro organisme 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 antibiotik. Tahap 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 :

1. Reaksi alergenik yang disebabkan oleh suatu protein yang ada dalam produk termasuk protein enzim dan bahan lainnya.

2. Aktivitas katalisis dari enzim.

Terjadinya senyawa racun, seperti mikotoksin dan antibiotika.

3. Mikroorganisme yang digunakan utuk memproduksi enzim dapat 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 larut 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 :

1. Pengikatan silang dengan bahan yang cocok untuk menghasilkan partikel yang baru.

2. Penjebakan di dalam suatu matrik atau gel yang permeabel terhadap enzim, substrat, dan produk.

3. Enkapsulasi; dan

4. Dengan absorbsi pada zat pendukung.

Keuntungan immobilisasi enzim antara lain :

1. Memungkinkan penggunaan kembali enzim yang sudah pernah digunakan;

2. Ideal untuk proses berkelanjutan (continous procces);

3. Memungkinkan kontrol yang lebih akurat untuk proses katalisis;

4. Meningkatkan stabilitas enzim;

5. 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

1. Albert Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga.

2. Campbel and Reece. 2002. Biologi Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.

3. John E. Smith. 1981. Biotechnology. London: Edward Arnold Publisher.

4. Primrose. 1987. Modern Biotechnology. London : Blackwell Scientific Publications.