Protein Sel Tunggal Untuk Ternak (Makalah)
-
Upload
albertazumbi -
Category
Documents
-
view
1.037 -
download
45
Transcript of Protein Sel Tunggal Untuk Ternak (Makalah)
DAFTAR ISI
Daftar Isi ..................................................................................... 1
Pendahuluan
Latar Belakang.................................................................................... 2
Pengertian PST................................................................................... 2
Isi
Faktor yang mempengaruhi seleksi dan substrat PST........................ 3
Substrat dan Mikroorganisme dalam PST.......................................... 7
Kelebihan dan Kelemahan PST.......................................................... 11
Aplikasi Produk PST ......................................................................... 12
Penutup
Kesimpulan ..................................................................................... 18
1
Pendahuluan
Pemanfaatan protein mikroorganisme dalam bentuk Protein Sel Tunggal (PST)
telah dikembangkan sejak tahun 1910 di Berlin. PST dari Khamir telah yang dikenal
dengan sebutan “food yeast” telah diproduksi selama perang Dunia I dan II. Dalam
perang dunia II ”food yeast” digunakan di Jerman, Jepang dan Rusia dalam bentuk
tepung, pasta, sirup atau dikeringkan. “Food Yeast” disamping merupakan sumber
protein juga sumber zat gizi yang lain seperti lemak, vitamin dan mineral. Dengan
semakin meningkatnya harga pakan ternak karena masih impor dan diperburuk
dengan kondisi alam dan cuaca yang semakin tidak menentu diharapkan Protein Sel
Tunggal ini dapat dimanfaatkan pula bagi pakan ternak di Indonesia.Dengan
pemanfaatan PST maka efisiensi pakan diharapkan dapat terwujud karena berbagai
kelebihan dari PST itu sendiri.
Pengertian Protein Sel Tunggal
Protein Sel Tunggal merupakan istilah yang digunakan untuk protein kasar
murni yang berasal dari mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana,
seperti bakteri, khamir, jamur, ganggang dan protozoa. PST dapat berupa isolat
protein sel atau semua komponen sel.
Produksi PST mempunyai keuntungan dibandingkan produksi protein nabati
atau hewani karena hal-hal sebagai berikut :
1. Produksi protein lebih cepat dan efisien dibandingkan produksi protein nabati
atau hewani.
2. Nilai gizi PST lebih tinggi dibandingkan protein nabati karena komposisi
asam amino lebih lengkap.
2
3. Produksi PST tidak memerlukan tempat yang luas dibandingkan produksi
protein nabati atau hewani.
4. Produksi PST tidak dipengaruhi kondisi luar karena kondisi fermentasi dapat
diatur
5. Proses produksi PST fleksibel karena dapat digunakan berrbagai substrat dan
mikroorganisme
Produksi dan penggunaan PST juga mempunyai kelemahan-kelemahan
sebagai berikut :
1. Kandungan asam nukleat tinggi. Kandungan asam nukleat
dalam tubuh manusia akan diubah menjadi asam urat sebagai produk akhir.
Kandungan asam urat yang terlalu tinggi dalam tubuh manusia dapat
merangsang gejala penyakit tulang (encok) namun belum diketahui pada
ternak.
2. Dinding sel mikroorganisme kadang-kadang mengandung komponen yang
tidak dapat dicerna dan bersifat racun atau menyebabkan alergi. Beberapa
mikoorganisme juga memproduksi toksin yang berbahaya, misalnya aflatoksin
oleh beberapa kapang.
3. Mikroorganisme mungkin mengadsorbsi komponen beracun atau
karsinogenik yang terdapat di dalam substrat, misalnya hidrokarbon rantai
ganjil dan bercabang, komponen aromatik polisiklik dan sebagainya.
4. Fluktuasi harga dan persediaan substrat yang tidak tetap. Biaya penyediaan
subtrat meliputi 40 – 50 % dari total biaya produksi PST.
3
Faktor-faktor yang mempengaruhi seleksi mikroorganisme dan substrat dalam produksi PST
Faktor-faktor yang mempengaruhi seleksi mikroorganisme dan substrat dalam
produksi PST banyak sekali. Faktor-faktor tersebut antara lain meliputi :
1. Faktor nutrisi
Kandungan proten kasar dan asam amino dari mikroorganiosme merupakan
sumbangan nutrisi terbesar. Kandungan lisin dari PST umumnya lebih tinggi
dari tanaman sehingga dapat mensuplai kekurangan lisin. Kandungan protein
kasar PST bervariasi tergantung mikroorganisme yang digunakan seperti
terlihat pada tabel 1.
Tabel 1. Kandungan Protein Kasar PST dari Beberapa Mikroorganisme
Tipe Mikroorganisme % PK
Khamir 50 – 55
Bakteri 50 – 80
Ganggang 20 – 80
Kapang 15 – 45
Kandungan asam nukleat juga bervariasi tergantung mikroorganisme yang
digunakan dalam produksi PST. Kandungan Asam nukleat dalam ganggang : 4
– 6 %, dalam bakteri 10 – 16 %, dalam khamir 6 – 10 % dan dalam kapang 2,5
– 6 %. Kandungan asam nukleat dalam mikroorganisme merupakan kendala
pemanfaatan produk PST sebagai pangan.
4
2. Faktor teknologi Pakan
Faktor teknologi pangan PST dapat dilihat dari warna, aroma, tekstur,
kelarutan dan kesejajaran dengan bahan pangan lain. Faktor tersebut
merupakan dukungan bagi PST dari segi nutrisi sebagai pengganti protein.
Nutrisi dan kuantitas teknologi PST dapat dimaksimumkan melalui proses
pencucian, dehidrasi dan pemanasan yang berguna untuk mematikan sel . Hal
ini tergantung dari tipe substrat yang digunakan dan tingkat bau (aroma)
myang dapat ditoleransi pada produka akhir serta daya racunnya.
Masalah lain dalam produksi PST adalah adanya sel yang masih hidup dan
berproduksi dalam usus. Masalah ini dapat diatasi dengan pemberian panas
untuk mematikan sel, seperti pada system “High Temperature Short Time”
(HTST).
3. Faktor Sosial
Faktor sosial kendala penggunaan PST adalah kandungan asam nukleat yang
tinggi yang menyebabkan terbentuknya asam urat dan menaikkan pembuangan
urine. Masalah ini tidak berarti bila jumlah konsumsi PST kecil dan baru
menjadi masalah bila konsumsui PST mencapai jumlah yang besar.
Upaya untuk menekan kandungan asam nukleat dilakukan dengan jalan
pemanasan mendadak (“heat shock”) untuk memecah RNA dan
menghancurkan penghambat pembentukan protein.
4. Faktor Ekonomi
Banyak alternatif proses untuk memproduksi PST. Tabel 2 memperlihatkan
“material balance” dalam memproduksi PST melalui fermentasi dari substrat
hidrokarbon dan karbohidrat.
5
Tabel 2. “material balance” produksi PST melalui fermentasi dari substrat hidrokarbon dan karbohidrat.
Substrat input (lb) output sel (lb) Substrat O2
Hidrokarbon 100 200 100(CH2)Karbohidrat 200 67 100(CHO)
Berdasar taberl 2, dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan massa sel yang
sama (100 lb), substrat karbohidrat membutuhkan dua kali jumlah substrat
hidrokarbon (200 lb) meskipun fermentasi hidrokarbon membutuhkan oksigen tiga
kali dari jumlah yang dibutuhkan dalam fermentasi karbohidrat. Dalam hal ini secara
ekonomi penggunaan hidrokarbon dianggap lebih hemat.
6
Substrat dan Mikroorganisme dalam produksi PST
Substrat yang dapat digumakan dalam produksi pST bervariasi, diantaranya
adalah :
1. Molases dari pabrik gula atau hidrolisa pati
2. Cairan sulfit dari pabrik kertas
3. Hidrolisat asam dari kayu
4. Limbah pertanian (kulit buah, limbah tanaman pertanian, limbah industri
pangan)
5. Metana
6. Metanol dan etanol sebagai sumber kkarbon bagi khamir
7. Parafin atau alkana
8. Minyak bumi
9. Gas pembakaran sebagai sumber CO2 bagi ganggang.
Pertimbangan pemilihan substrat adalah kandungan nutrisi yang dibutuhkan
mikroorganisme, jumlah substrat secara kuantitatif dan kontinyu ketersediannya serta
harga substrat.
Mikroorganisme yang biasa digunakan dalam memproduksi PST adalah
bakteri, kapang, khamir dan ganggang. Masing-masing mikroorganisme mermpunyai
kelebihan dan kelemahan jika digunakan dalam produksi PST.
Bakteri penggunaanya dalam produksi PST sangat terbatas karena mempunyai
kelemahan sebagai berikut :
1. Penerimaan bakteri sebagai pangan oleh ternak sangat rendah
2. Ukuran sel bakteri sangat kecil sehingga sukar dipanen
7
3. Kandungan asam nukleat bakteri lebih tinggi dibanding mikroorganisme yang
lain.
Keuntungan penggunaan bakteri dalam produksi PST adalah : bakteri dapat tumbuh
pada berbagai substrat, waktu regenerasi cepat dan kandungan protein kasarnya lebih
tinggi dibanding mikroorganisme yang lain.
Penggunaan kapang dan khamir untuk produksi PST secara umum mempunyai
keuntungan dibandingkan dengan bakteri dan ganggang karena sifat-sifatnya sebagai
berikut :
1. Penerimaan produksi PST dari kapang dan khamir oleh ternak lebih baik.
2. Kandungan asam nukleat lebih rendah
3. Ukuran sel kapang dan khamir lebih besar sehingga lebih mudah dipanen dan
konsesntrasinya lebih tinggi
4. Dapat tumbuh pada substrat dengan pH rendah
Kelemahan penggunaan kapang dan khamir disbanding bakteri adalah : kandungan
protein kasar lebih rendah setrta waktu regenarasi yang lebih lama disbanding bakteri.
Penggunaan ganging untuk produksi PST sangat terbatas karena mempunyai
kelemahan sebagai berikut :
1. Memerlukan suhu yang hangat dan banyak sinar matahari serta membutuhkan
CO2
2. Dinding selnya tidak dapat dicerna.
Sedangkan kelebihan produksi PST dari ganggang dibanding bakteri adalah :
penerimaan produksi PST oleh ternak lebih baik, kandungan asam nukleat lebih
rendah dan ukuran sel gangganglebih besar sehingga lebih mudah dipanen.
Berbagai contoh mikroorganisme dan substrat dalam produksi PST dapat dilihat pada
table 3.
8
Tabel 3. Berbagai Jenis Mikroorganisme dan Substrat dalam Produksi PST
Mikroorganisme Substrat
KhamirSaccharomyces cerevisiae Molases, (pemecah heksosa) Hidrolisat biji-bijian
Kluyveromyces fragilis Whey(pemecah laktosa)
Candyda lipolytica Petrolium alkana, minyak bumi
C. utilis Cairan sulfit(pemecah pentosa dan heksosa)
Geotrichum candidum Karbohidrat dan komponen lain
Kapang
Aspergillus fumigatus LimbahTrichoderma viride Limbah, kertas, kayu
Fusarium sp Biji-bijian
Bakteri
Hydrogenomonas sp H2 dan CO2
Cellulomonas sp Selulosa
Methylophilus methylotrophus Metanol sumber karbon dan Amonia sumber NitrogenActinomyces sp Serat, limbah
Thermomonaspora fusca pulp kayu
Ganggang
Scenedesmus acutus air, gas pembakaran sebagai Sumber CO2
Spirulina maxima
9
Karakteristik yang penting dalam seleksi mikroorganisme dalam produksi PST
adalah : kecepatan dan kemampuan tumbuh, mudah dalam pemeliharaan kultur,
membutuhkan media yang sederhana, serta kandungan protein kasar dan kualitas gizi
yang lain dalam mikroorganisme.
10
Kelebihan dan Kelemahan PST secara singkat
1. Untuk memproduksi PST diperlukan areal yang luasnya lebih kecil dibandingkan
dengan metode pertanian konvensional.
2. PST mutlak tidak tergantung pada pertanian atau musim panen.
3. Pembuatan PST lebih mudah dan tidak menimbulkan masalah penanganan limbah,
sebab hampir semua produk PST dapat dikonsumsi serta limbah yang dihasilkan
hanya dalam bentuk panas.
4. Dalam proses produksinya PST mempunyai laju pertumbuhan yang cepat.
Reproduksi mikroorganisme seperti bakteri dan khamir dapat memberikan hasil yang
berlipat ganda setiap jamnya.
5. Berbagai macam substrat dapat digunakan tergantung pada jenis mikroba yang
digunakan. Keleluasaan itu juga dalam pemilihan bahan baku, yaitu memanfaatkan
bahan (limbah) bermutu rendah.
Kelemahan
1. Kandungan asam nukleat yang tinggi dapat membahayakan kesehatan.
2. Dalam PST mungkin terdapat senyawa toksik.
3. Lambatnya pencernaan sel mikroba dalam usus dapat mengakibatkan alergi.
11
Aplikasi produksi PST
Aplikasi produksi PST sangat banyak dan bervariasi. Berikut ini disajikan
contoh aplikasi produksi PST.
PST dari Karbohidrat
Sumber karbohidrat yang sering digunakan dalam produksi PST adalah
molasses, cairan sulfit dari pabrik kertas, whey susu dan pati. Mikrobia yang
digunakan adalah : Saccharomyces cerevisiae. Substrat yang digunakan berupa
campuran :
1. Molases
2. Nitrogen dalam bentuk garam ammonium, urea, kecambah malt,
3. Garam anorganik (fosfat)
4. faktor Pertumbuhan (dalam bentuk ekstrak sayuran atau vitamin)
Kondisi fermentasi : pH diatur 4,3- 4,5 dengan suhu 30 C. Selama
pertumbuhan khamir dilakukan aerasi dengan kecepaytan tinggi untuk mencegah
fermentasi alcohol. Molases ditambahkan secara bertahap sampai konsentrasi gula
dipertahankan 0,5 – 1,5%.
Setelah 4 – 5 kali siklus pertumbuhan, khamir disentrifus dalam bentuk krim
dan dipres dalam penyaring untuik menghilangkan cairannya. Kumpulan khamir
dibentuk butiran dengan penambahan minyak nabati dan dikeringkan pada suhu
rendah sampai kadar air kurang dari 8 %.
Hasil produksi PST ini mempunyai sifat :
1. Menghasilkan yield yang tinggi (mencapai 56,7 g BK khamir per 100 g
glukosa)
12
2. warna muda dan aroma segar
3. Stabil dalam penyimpanan
4. Mempunyai sifat genetic sel khamir yang stabil.
Produksi PST dari Alkana
Alkana dapat dikatabolisme oleh sejumlah khamirserta beberapa genus kapang
dan bakteri. Spesies-spesies khamir yang dapat digunakan untuk memproduksi pST
dari alkana adalah :
1. Candida tropicalis
2. Candida oleophila
3. Saccharomycopsis lipolytica
Kelemahan penggunaan alkana ialah sifatnya yang tidak mudah larut dalam air.
Selama pertumbuhan dalam bioreaktor sistem impelller atau sistem “airlift” terbentuk
banyak butiran alkana yang berukuran 1-100μm yang tetap tersuspensi. Sel-sel yang
tumbuh pada alkana kaya akan lipiddan mungkin lipid ini memegang peranan dalam
transfer alkana melalui membran sel.
Dalam proses produksi skala besar telah digunakan 2 macam produk petrolium
sebagai bahan baku, yaitu :
1. Minyak diesel atau minyak bakar, mengandung 10-25% alkana (C15-C30)
2. Alkana C10-C13 atau C13-C17 yang diperoleh dari minyak diesel.
Proses ini didasarkan pada satuan proses “batch” sebesar 4000 ton/tahun. Kedalam
larutan nutrient ditammbahkan garam-garam (ton per 4000 ton PST per tahun) :
PO4(208), K+ (72), Mg2+ (8), Mn2+ ((2), Zn2+ (4,08), Fe2+ (1,6), dan gas NH3
(560). Gas amoniak berfungsi sebagai sumber Nitogen dan pengatur pH.
Amonia dan udara disterilkan dengan menggunakan penyaring>alkana dan
garam-garam disterilkan dengan uap. Fermentasi dilakukan dengan kondisi yang
13
konstan dalam bioreaktor yang beroperasi paling sedikit 300 jam pada suhu 30ºC.
Proses ini memerlukan 2,2 kg oksigen/kg biomassa> Panas yang terbentuk (6000
Kkal/kg biomassa) harus dipindahkan dengan kecepatan 4,4 x 10 6 kcal/jam.
Pemanenan hasil mencakup pemekatan sampai 15% bahan padat menggunakan
separator, diikuti dengan penguapan sampai 25% bahan padat kemudian dilakukan
pengeringan semprot.
Produksi PST dari Metana
Metana dapat diperoleh dalam bentuk gas murni. Bakteria yuang
mengoksidasi metana digolongkan sebagai metilotropik obligat. Bakteri ini hanya
tumbuh pada substrat dengan satu atom karbon (metana, metanol, metilamin,
formaldehida atau formiat). Spesies bakteri tersebut adalah :
1. Methylomonas methanica
2. Methylococcus capsulatus
3. Methylovibrio soehngenii
14
4. Methanomonas margaritae
Dengan menggunakan Methylococcus capsulatus akan dihasilkan 0,4 g berat kering
sel/lt. Dengan “yield” 1,00 –1,03 gram berat kering/gram metana.
Produksi PST dari Metanol
Jenis-jenis mikroorganisme yang dapat digunakan untuk produksi PST dari
metanol adalah :
1. Bakteri (Arthrobacter, Bacilus, Hyphomicrobium, Klebsiella, Micrococcus,
Protaminobacter, Pseudomonas, Rhodopseudomonas, Streptomyces, Vibrio)
2. Khamir ( Candida boidini, Candida parapsilosis, Hansenula henricii,
Torulopsis memodendra, Pichia haplophila, Torulopsis glabrata, T.
molischiana)
3. Kapang (Gliocladium delinquescens, Paeocilomyces varioti, Trichoderma
lignorum).
Sistem produksi PST dari metanol dikembangkan perusahaan kimia jerman
“Farbwerke Hoechst” yang menggunakan “Loop fermenter” Tubular kapasitas 40
meter kubik> produktivitas PST sebesar 3-5 gram/lt/jam. Diperoleh pada suhu 38-
40ºC, pH 6,8 (melalui penambahan NH+) dengan konsentrasi metanol dalam keadaan
“steady state” 0,005% dan laju dilusi 0,3 jam. Kebutuhan oksigen adalah 1,6 kg / kg
biomassa. Dan energi spesifik transfer oksigen 2 kg oksigen / kwh Komposisi
medium yang digunakan adalah :
H3PO4 (0,17%), Na2SO4 (0,017%), K2SO4 (0,11%), MgSO4.7H2O (0,017%),
FE(so4)2).H2O (0,007%) daan CaCO3 (0,01%).
15
Produksi PST dari Limbah
Air limbah industri yang berasal dari proses pengolahan selulosa, kopi, pati,
pengolahan makanan dan pabrik kertas dapat digunakan untuk memproduksi PST.
Mikroorganisme yang dapat digunakan adalah : Candida utilis, C. tropicalis,
Chaetonium cellulolyticum dan Paecilomyces varioti.
Proses kontinyu menggunakan Paecilomyces varioti.dengan laju difusi 0,2 jam
dan medium yang mengandung 32 gram gula pereduksi/ lt sebanyak 55% gula
dikonversi menjadi biomassa. Hasil yang diperoleh adalah 2,7-2,8 kg / meter kubik.
Proses kontinyu menggunakan limbah air yang berasal dari pabrik pengolahan
makanan telah dilaporkan mampu memproduksi 1 – 1,5 ton sel kering Candida utilis
per hari. Banyaknya limbah yang digunakan adalah 120 –150 meter kubik. Suhu 33
ºC, pH 4 dan fermentasi berlangsung kontinyu periode waktu paling lama 3,5 bulan.
16
Penutup
Meskipun PST mempunyai kelemahan tetapi PST juga mempunyai kelebihan-
kelebihan yang tidak terdapat pada sumber protein lain.Lahirnya produk-produk PST
seperti Sun Chorella, Spirulina dll, merupakan bukti bahwa PST bisa diterima sebagai
pangan. Pada penelitian-penelitain yang ada PST dapat digunakan sebagai subtitusi
protein tepung kedelai dan tepung ikan pada pakan ternak.Diharapkan ditemukan
adanya teknologi baik, guna mendukung PST sebagai sumber pangan masa depan
tidak hanya bagi manusia tapi dapat dimanfaatkan juga bagi ternak.Penelitian lebih
lanjut akan PST sebagai pakan ternak tentu akan sangat bermanfaat dan dapat menjadi
alternatif maupun solusi bagi dunia peternakan.
18