Bioteknologi Konvensional dan Modern (Teknologi Bioproses) 

BIOTEKNOLOGI (MATERI BIOPROSES)

Oleh: Wahid Biyobe bersama Djumali Mangunwidjaja dan Ani Suryani

(dalam Buku: Teknologi Bioproses 2012)

Revolusi biologi yang diawali dengan penemuan struktur

sulur ganda (heliks) molekul DNA (asam deoksiribo nukleat) oleh Watson dan Crick (1953)

melejit pesat di pertengahan tahun 1970-an dengan berkembangnya rekayasa genetika.

Perkembangan ini menjadikan bioteknologi sebagai bidang antardisiplin yang memberi

harapan  untuk memecahakan problem yang dihadapi manusia. Padahal penerapan proses-

proses bioteknologis sebenarnya telah berabad-abad lamanya dikenal dan dibudidayakan oleh

umat manusia.

  

Di penghujung abad ke-20 bioteknologi telah menjadi salah satu penopang kegiatan industri

terutama di Negara-negara maju. Sebaliknya upaya pengembangan dan npenerpannya di

negara-negara berkembang masih banyak menghadapi masalah dan dilemma. Hal ini karena

bioteknologis memerlukan padat modal untuk penelitian dan penerapannya. Selain itu, juga

memerlukan dukungan sumberdaya manusia berupa pakar dan insinyur yang berkelayakan

tinggi.

Pengetahuan manusia tentang bioteknologi berawal dari pembuatan makanan dan minuman

secara fermentasi. Seni pembuatan pangan terfermentasi tersebut telah dikenal oleh

masyarakat Babilonia sejak 6.000 tahun SM, jauh sebelum Louis Pasteur mencetuskan

temuannya tentang peran mikroba atau jasad renik dalam fermentasi.

Minuman khas jepang (sake), bir, anggur, keju, yogurt, dan pangan

tradisionalIndonesia (tempe, oncom, acar, peda) merupakan contoh hasil proses bioteknologis

tradisional. Tahapan ini disebut bioteknologi generasi pertama atau era pra-pasteur. Tahapan

ini dicirikan oleh pemanfaatan atau pendayagunaan mikroba (bakteri, kapang, khamir) untuk

pengawetan dan atau pembuatan makanan/minuman. Sampai tahun 1940-an, penggunaan

mikroba juga dikembangkan untuk produksi bahan kimia (aseton-butanol, asam sitrat) dan

biomassa.

Bioteknologi generasi kedua dimulai ketika ditemukan penisilin oleh Fleming (1928/1929)

dan permulaan pengusahaannya dalam bentuk indutri pada tahun 1944. Pada era ini (dan

sampai seekarang) kegiatan bioteknologis diwarnai oleh proses produksi industri antibiotik,

vitamin, dan asam orgaanik dengan fermentasi. Masa tersebut dikenal pula sebagai era

antibiotik.

Bioteknologi generasi ketiga melejit secara pesat pada paruh tahun 1970-an dengan

diterapkannya rekayasa genetika untuk manipulasi dan memperbaiki sifat organisme sebagai

“agen” yang berperan penting dalam bioproses. Berbagai produk farmasi dan kedokteran

yang bernilai tinggi seperti interferon, hormon, dan vaksin diproduksikan berkat rekayasa

genetik ini. Teknologi hibridoma yang ditemukan oleh Kohler dan Milstein (1975) membuka

era ini untuk produksi antibodi monoklonal (Anonymous, 1990). Kekhasan ini menyebabkan

tahapan perkembangan ini dinamai bioteknologi baru.

Perkembangan proses bioteknologis tidak lepas dari peran enzim, suatu biokatalis.

Perkembangan yang pesat di bidang bioproses telah memberikan banyak manfaat bagi

manusia. Manfaat langsung yang dirasakan antara lain dihasilkannya berbagai produk dari

penerapan bioproses berskala industri atau komersial.

Perkembangan pnerapan bioproses yang pertama kali yaitu dalam proses produksi (bahan

pangan, kemudian berkembang ke bidang-bidang lain. Perkembangan yang sangat cepat yang

terjadi pada produksi asam amino yang menggunakan mikroba secara anaerobik. Dua contoh

produk yang dibuat secara besar-besaran yaitu monosodium glutamat yang digunakan sebagai

penyedap masakan dan lisin yang banyak digunakan sebagai bahan tambahan makanan

ternak. Penerapan bioproses di bidang teknologi pangan didasarkan bahwa mikroba

mempunyai kemampuan untuk meningkatkan bahan-bahan bermutu rendah menjadi bahan

pangan berprotein tinggi. Industri berskala besar mulai memanfaatkan fenomenan ini dengan

menumbuhkan Saccaromyces reveciae, khamir ini mulai digunakan secara tidak sengaja

dalam saos dan sop untuk konsumsi manusia. Hal yang sama kemudian terjadi dalam

produksi Candida arborea dan Candida utilis . keberhasilan pemanfaatan substrat (sumber

karbon) dari hasil-hasil pertanian berpati (gula), kemudian diikuti dengan penemuan proses-

proses baru. Pembuatan protein sel tunggal (PST) misalnya dapat dilakukan dengan

memanfaatkan berbagai jenis substrat seperti Petrolium (hidrokarbon), metana, metanol, dan

pati, meskipun hasilnya masih terbtas untuk pakan. Seiring dengan perkembangan bidang

bioteknologi, penerapan bioprose berkembang ke bidang-bidang lainseperti industri

pertanian, agroindustri, kimia, farmasi, bahan energi dan penanganan lingkungan.

Berikut ini akan dijelaskan beberapa produk bioteknologi yang menggunakan teknologi

bioproses dalam industri diantaranya:

1. Agroindustri

Penerapan bioproses di agroindustri antara lain diawali dengan pendayagunaan fermen

Tasi mikrobial untuk memproduksi bir, minuman anggur, dan pangan terfermentasi.

Perkembangan fermentasi bioproses terjadi sebagai suaru tradisi yang lebih merupakan seni

daripada teknologi, sampai beberapa dasawarsa terakhir. Pemahaman yang semakin baik

terhadap proses mikrobial mengarah kepada pengendalian kebusukan bahan pangan,

peningkatan keadaan dan kemampuan produksi dalam fermentasi serta penerapan dalam

produksi komoditas baru seperti protein sel tunggal (PST), penyedap masakan, gula cair, dan

koleokimia. Meskipun sulit memperkirakan dengan tepat dampak perkembangan bioproses di

agroindustri tetapi secara umum menunjukan keenderungan yang saling terkait.

1. metode tradisional dalam pengolahan pangan misalnya secara perlahan akan digantikan

oleh bioreaktor yang berisi sel-sel hewan, tanaman, atau mikroba.

2. berkembangnya teknik rekayasa genetika mendukung pemilihan teknologi ini agar dapat

digunakan dalam proses industri secara komersial. Contohnya yaitu asam sitrat yang

digunakan sebagai bahan tambahan kimiawi pada pangan, sekarang diproduksi besar-besaran

menggunakan proses mikrobial, sebagai pengganti proses ekstrasi jeruk. Teknologi yang

relatif baru dan mempunyai prospek yang baik adalah penerapan bioproses (enzim atau

mikroba) untuk menghasilkan oleokimia dari minyak nabati.

2. Produk khamir roti (baker’s yeast)

Meskipun berbagai teknologi proses telah berkembang dan diterapkan dalam pembuatan roti,

tetapi penggunaan khamir masih meruapakn pilihan utama yang paling banyak dipakai. Jenis

khamir yang paling banyak digunakan adalahSaccharomyces receviceae secara komersial

khamir roti telah diproduksi tahun 1846 dengan ditemukan proses wina oleh Moutner

menggunakan bahan dasar malt dan jagung. Dari 100 kg bahan baku dapat diperoleh 12 kg

khamir roti dan 28 kg alkohol. Perkembangan IPTEK dan proses wina tersebut telah

mengahasilkan konversi 100% dari bahan baku.

Selain dari tepung dan biji-bijian khamir roti dapat dibuat dari tetes sulpiteliquor etanol dan

metanol. Penggunaan etanol sebagai substrat dapat dihasilkan antara 50-74 kg khamir per 100

kg etanol (Oura, 1972). Dewasa ini, khamir roti dihasilkan terutama dari tetes tebu yaitu

unsur haranya diperkaya dengan penambahan berbagai sumber nitrogen (amonia atau garam-

garam amonium), sumber fosfor (amunium fosfat atau dalam bentuk superfosfat), dan juga

penambahan sumber vitamin.

3. Gula dan Hidrolisa Pati

Diantara jenis pati yang diproduksi secara besar-besaran yaitu jagung, tapioka, dam sagu.

Hidrolisa terhadap bahan pangan ini telah dilakukan oleh negara-negara maju. Sebagian besar

(60%) produk pati diperdagangkan sebagai gula yaitu sirup malt, glukosa, dan fruktosa.

Lebih dari 90% produksi gula ini ditujukan untuk bahan pemanis, dan beberapa di antaranya

untuk tujuan khusus. Biasanya ada produk yang disebut sebagai sirup glukosa yang

digunakan untuk pemanis pada industri pangan (permen, selai, dan pengalengan buah-

buahan).

4. Produk berprotein

Pemanfaatan biomassa mikrobial sebagai protein secara komersial dimulai sejak perang dunia

I di Jerman dengan memproduksi khamir Torula. Kecemasan akan kekurangan pangan dan

mal nutrisi di dunia pada tahun 1970-an telah meningkatkan perhatiaan pada PST (protein sel

tunggal). Bahan-bahan mikrobial sangat tinggi nilainya, terutama kandungan protein yang

merupakan sebagian besar dari bobot kering sel hampir semua spesies. Penggunaan protein

mikrobial untuk memenuhi kebutuhan dunia sudah menjadi bahan diskusi dan topik

penelitian sejak beberaapa dasawarsa yang lalu. Pemanfaatan protein mikrobial dapat

dilakukan secara tidak langsung, yaitu sebagai komponen protein dalam pakan ternak

sehingga mengurangi kebutuhan pemakaian bahan-bahan lain seperti kedelai dan tepung

ikan. Protein ini juga dapat digunakan secara langsung sebagai campuran pangan. Istilah

protein sel tunggal (PST) digunakan untuk membedakan bahwa protein ini berasal dari

organisme bersel tunggal atau banyak, tetapi sederhana. Biasanya jenis algalah yang sering

digunakan sebagai sumber PST seperti pada genus Chlorella, Scenedus, dan Spirulina.

5. Produk susu

Produk fermentasi utama yang dihasilkan dari peternakan adalah susu. Fermentasi susu

umumnya disebabkan oleh bakteri Streptococci dan Lactobacilli. Bakteri ini merombak

laktosa menjadi asam laktat. Reaksi-reaksi lain yang membedakan produk-produk fermentasi

susu. Produk-produk ini meliputi mentega-susu, krim asam, yogurt, dan keju.

5.1 Pembuatan keju

Dalam pembuatan keju, pembentukan gumpalan dengan kasein pada titik isolistrik (pH 4,6)

oleh asam laktat sangat penting. Untuk keju swiss, fermentasi asam propionat sangat penting

dalam pembentukan perisa khas. Kekhasan perisa mentega susu, susu-asam, dan minyak keju

ditentukan oleh fermentasi asam sitrat. Perisa dihasilkan dari suatu kesetimbangan

(perbandingan) diasetil asam propionat dan asetat serta senyawa terkait lainnya. Keju

merupakan produk-produk segar atau produk-produk dengan tingkat kematangan yang

beragam dan dibuat dari gumpalan susu. Berdasarkan cara dan proses pembuatan serta

cirinya, keju dapat dibedakan menjadi keju segar, keju segar berbentuk granula, harzev

cheese, emmental (swiss) cheese, dll.

5.2 Whey

Whey adalah hasil samping pembuatan keju. Pada masa lampau, whey dianggap sebagai

limbah industri. Perkembangan akhir-akhir ini whey telah dimanfaatkan untuk bahan pemanis

yang digunakan dalam industri kembang gula, es krim, dan produk konveksi lainnya.

5.3 Yogurt

Yogurt merupakan salah satu dari produksi fermentasi susu (sapi, kambing, dan domba).

Yogurt padat adalah satu produk susu berwarna putih dengan permukaan halus seperti

porselin. Yogurt mempunyai sifat konsistensi gel padat seperti krim, dapat dipotong, dan

tidak menghasilkan whey. Yogurt juga mempunyai bau asam laktat segar dengan rasa khas,

menyenangkan, kental, dan sedikit asin. Yogurt dihasilkan dari susu panas dengan tingkat

lemak yang beragam, krim, atau dari bahan padatan yang dibentuk dengan menggunakan

bakteri asam laktat, tergantung pada karakteristik hasil yang diinginkan. Sebagai produk yang

siap dikonsumsi, yogurt umumnya mengandung sejumlah besar bakteri yogurt yang masih

hidup. Pembuatan yogurt umumnya menggunakan bakteri Streptococcus

thermophillus dan Lactobacilus bulgaricus.

5.4 Mentega

Dari segi pembuatannya, mentega merupakan produk yang paling sederhana dalam

kelompoknya. Krim susu dipekatkan dari 30-32% menjadi 30-40% sesuai dengan komposisi

produk akhir yang diinginkan. Pengadukan krim ini merubah emulsi minyak dalam air

menjadi tipe air dalam minyak. Biakan mentega terseleksi dapat digunakan untuk membentuk

perisa dan mempertahankan mutu. Perbaikan perisa dihasilkan dari pengembangbiakan

khusus spesies bakteri yang dipilih berdasarkan kemampuannya membentuk senyawa perisa

yang diinginkan. Biakan yang pertama kali digunakan adalah Streptococcus lactis dan

sebangsanya. Kemudian, biakan campuran S. Lactis yaitu Leuconostoc

citrovorum danL.dextrainicum.

5.5 Susu mentega berkultur

Susu mentega merupakan produk susu asam yang bernilai tinggi yang diperoleh dari hasil

samping pembuatan mentega asam. Selain itu, juga dapat diperoleh dari bagian-bagian

pengasaman whey krim-manis yang tertinggal setelah pemisahan mentega krim manis.

Susu mentega atau susu mentega berkultur (cultured butter milk) disiapkan dengan

mengasamkan susu mentega asli, atau lebih umum , susu skim dengan suatu biakan starter S.

Cremonis dan bakteri aroma (L. citrovorum atau L. dextranicum). Kedua tipe mikroba ini

sangat penting untuk menghasilkan kekhasan perisa dan aroma mentega,

tetapi Streptococci jauh lebih berperan. Fungsi Streptococci laktat dalam starter adalah untuk

menghasilkan asam laktat yang diperlukan dalam pembentukan citarasa asin yang diinginkan,

pembentukan curd, dan menurunkan pH sampai titik tertentu sehingga bakteri aroma

menghasilkan asam mudah menguap yang maksimum.

5.6 Krim asam berkultur dan kefir

Produk ini dibuat dengan cara mirip dengan pembuatan susu mentega berkultur. Susu

diinokulasi dengan 0,5-1% starter mentega dan diinokulasi sehingga keasaman mencapai

0,6%. Kandungan lemak krim diatur menjadi 10% atau 20-25%. Kemudian, dihomogenkan

dan diinkubasi pada suhu 18-20C dengan 2-4% biakan berkrim. Setelah sekitar 9 jam, pH

mencapai 4,9-5,1. selanjutnya, produk didinginkan hingga 40C, dipak, dan disimpan di tempat

yang dingin. Sedangkan kefir pertama kali ditemukan dari susu sapi, susu kambing, dan susu

domba. Biasanya kefir banyak di produksi di rusia. Kefir memang tidak sepopuler yogurt.

Kefir mengandung 0,8-1% asam laktat, 0,3-0,8% etanol, dan karbondioksida. Alkohol dan

karbondioksida bersama-sama dengan sejumlah kecil biasetil, asetaldehida, dan aseton

berperan nyata terhadap karakteristik rasa penyegar. Biakan kefir atau biji kefir (kefir grains)

yang juga disebut sebagai ”Juwawut Nabi” oleh orang islam adalah rumpun kacang kapri

yang putih kekuningan sebear walnut (sejenis kacang) dan menyerupai bunga kol. Bahan ini

mengandung sedikit sekali polisakarida terlarut, tetapi banyak mengandung polisakarida

kefiran dan kasein peenggumpal asam yang berisi simbiosis mikroflora. Selain khamir

fermentasi laktosa, seperti Saccharomyces kefir dan Candida kefir (5-10% biakan), juga

terdapat Lactobacilli homo dan letero-fermentative (misalnyaL.kefir), Streptococci asam

laktat mesofilik, serta Leuconostoc. Campuran kefir yang digunakan tergantung proses, iklim,

atau susu yang digunakan.

Sumber referensi:

Mangunwidjaja, Djumali dan Suryani. 1994. Teknologi Bioproses.

                                      Jakarta: Penebar Swadaya

http://wahid-biyobe.blogspot.com/2012/03/bioteknologi-konvensional-dan-modern.html