PROTEIN SEL TUNGGAL (PST)

KELOMPOK 1 :

Muhammad Ilham (D1C012033)

Christi Yanthy J.S (D1C012043)

Ekni Suci Novriyenti (D1C011036)FAK

ULT

AS

TE

KN

OL

OG

I PE

RTA

NIA

NU

NIV

ERSITA

S JAM

BI 2014

LATAR BELAKANG

Ketakutan akan kekurangan pangan dan malnutrisi di dunia pada tahun 1970-an sudah meningkatkan perhatian pada sel tunggal. Sebagian besar dari bobot kering sel dari hampir semua spesies memiliki kandungan protein yang tinggi. sehingga, bobot kering sel tunggal memiliki nilai gizi yang tinggi.

Protein sel tunggal adalah bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari mikroba. Istilah protein sel tunggal (PST) digunakan untuk membedakan bahwa protein sel tunggal berasal dari organisme bersel tunggal atau banyak.

Mikroorganisme yang cocok antara lain memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit, keracunan terhadap tanaman, hewan, dan manusia. Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus, dari khamir Candida utylis, dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum, maupun dari bakteri.

Fermentasi mempunyai pengertian aplikasi metabolisme mikroba untuk mengubah bahan baku menjadi produk yang bernilai lebih tinggi, seperti asam-asam organik, protein sel tunggal, antibiotika dan biopolimer.

Protein Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana, seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang dan protozoa.

pembahasan

Ada 2 istilah yang digunakan dalam mikroba tersebut, yaitu :

PST (Protein Sel Tunggal) : apabila mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan protein sel tunggal (PST).

Microbial Biomass Product (MBP) atau Produk Biomassa Mikrobial (PBM) : Apabila mikroba yang digunakan tetap berada dan bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan PBM

Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus; dari khamir Candida utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri. Protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen disebut mikroprotein.

Ada dua faktor pendukug pengembangbiakan mikroorganisme untuk protein sel tunggal, yaitu:

laju pertumbuhan sangat cepat jika dibandingkan dengan sel tanaman atau sel hewan dan waktu yang diperlukan untuk penggandaan relatif singkat;

berbagai macam substrat yang digunakan bergantung pada jenis mikroorganisme yang digunakan.

Penggunaan bakteri dalam pembuatan PST ada kekurangan dan kelebihan. Kekurangan dan kelebihan tersebut antara lain :

Ukuran sel bakteri sangat kecil sehingga sukar dipanen

Penerimaan bakteri sebagai pangan oleh ternak sangat rendah

Kandungan asam nukleat bakteri lebih tinggi dibanding mikroorganisme yang lain.

Bakteri dapat tumbuh pada berbagai substrat Waktu regenerasi cepat

Kandungan protein kasarnya lebihtinggi dibanding mikroorganisme yang lain

Penggunaan ganggang untuk produksi PST sangat terbatas karena mempunyai kelemahan dan kelebihan sebagai berikut :

Memerlukan suhu yang hangat dan banyak sinar matahari serta membutuhkan Co2.

Dinding selnya tidak dapat dicerna.

Penerimaan produksi PST oleh ternak lebih baik

Kandungan asam nukleat lebih rendah

Ukuran sel ganggang lebih besar sehingga lebih mudah dipanen.

Penggunaan kapang dan khamir untuk produksi PST sangat terbatas karena mempunyai kelemahan dan kelebihan sebagai berikut :

kandungan protein kasar lebih rendah

waktu regenarasi yang lebih lama dibanding bakteri

Penerimaan produksi PST dari kapang dan khamir oleh ternak lebih baik.

Kandungan asam nukleat lebih rendah.

Ukuran sel kapang dan khamir lebih besar sehingga lebih mudah dipanen dan konsesntrasinya lebih tinggi.

Dapat tumbuh pada substrat dengan pH rendah

Faktor-faktor yang mempengaruhi seleksi mikroorganisme dan substrat dalam memproduksi protein sel tunggal (PST) sebagai berikut :

1. Faktor NutrisiKandungan proten kasar dan asam amino dari mikroorganiosme

merupakan sumbangan nutrisi terbesar. Kandungan lisin dari protein sel tunggal umumnya lebih tinggi dari tanaman sehingga dapat mensuplai kekurangan lisin.

2. Faktor TeknologiPakan Faktor teknologi pangan PST dapat dilihat dari warna, aroma, tekstur,

kelarutan dan kesejahjaran dengan bahan pangan lain bahan 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.

3. Faktor SosialFaktor 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 danmenghancurkan penghambat pembentukan protein.

4. Faktor Ekonomiproses untuk memproduksi PST menggunakan “material balance”

dalam memproduksi PST melalui fermentasi dari substrat hidrokarbon dan karbohidrat dapat dilihat dari tabel.

Mikroba yang berfotosintesa dan yang tidak berfotosintesa dapat sama-sama dipakai untuk memproduksi protein sel tunggal. Mikroba ini memerlukan sumber karbon dan energi, sumber nitrogen, dan suplai unsur nutrisi lain, seperti fosfor, sulfur, besi, kalsium, magnesium, mangan, natrium, kalium dan unsur jarang, untuk tumbuh dalam lingkungan air.

Ganggang dan bakteri tergolong mikroba berfotosintesa yang digunakan untuk memproduksi protein sel tunggal. Pertumbuhan berfotosintesa ganggang yang diinginkan, seperti Chlorella, Scenedesmus, dan Spirulina, adalah menurut reaksi sebagai berikut :

Cahaya

Karbon dioksida + air + ammonia atau nitrat + mineral → sel ganggang + oksigen

Konsentrasi karbondioksida di udara sekitar 0,03 %, ini tidak cukup untuk menunjang pertumbuhan ganggang untuk menghasilkan protein sel tunggal. Tambahan karbon dioksida bisa didapat dari karbonat atau bikarbonat yang terdapat dalam kolam alkalis, gas yang keluar selama pembakaran atau dari pembusukan bahan organik dalam air buangan kota dan limbah industri

Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berfotosintesa

Sumber nitrogen untuk produksi ganggang adalah seperti garam ammonium, nitrat, atau nitrogen organis yang terbentuk oleh oksidasi air buangan kota dalam kolam. Fosfor dan bahan mineral lain biasanya terdapat dalam air alam dan air limbah dan konsentrasinya telah cukup untuk pertumbuhan ganggang.

Intensitas cahaya dan suhu merupakan faktor penting untuk pertumbuhan ganggang. Suhu haruslah diatur di atas 20ºC pada hampir sepanjang tahun. Ganggang biasanya ditanam dalam kultur campuran yang tidak terlalu steril. Karena itu, kolam buatan di tempat terbuka di daerah semi tropik, tropik atau kering merupakan sistem yang paling cocok untuk pertanaman ganggang. Bahan untuk membangun kolam adalah seperti semen, plastik, atau serat kaca pelapis. Kolam harus cukup besar karena pertumbuhan ganggang terjadi terutama pada daerah setebal 20 cm atau 30 cm saja dan di tempat ini intensitas cahaya terbesar.

Bakteri yang berfotosintesa digunakan untuk menghasilkan protein sel tunggal ialah seperti bakteri dari genus Rhodopseudomnas, dan ini dapat pula ditumbuhkan dalam air buangan kota atau limbah industri.

Produksi Protein Sel Tunggal dalam Mikroba Berfotosintesa

Mikroba tidak berfotosintesa yang dibiakkan untuk memproduksi protein sel tunggal ialah seperti bakteri, kapang, ragi, dan jenis jamur lain. Mikroba ini hidup aerobosis dan karena itu harus cukup suplai oksigen agar bisa tumbuh karena termasuk karbon organis dan sumber energi. Selain itu juga merupakan sumber nitrogen, fosfor, sulfur, dan unsur mineral.

Pengubahan senyawa organik menjadi protein sel tunggal oleh mikroba yang tidak berfotosintesa dapat dibuat skemanya dengan persamaan reaksi berikut :

Karbon organik + nitrogen + mineral bahan nutrisi + oksigen → Protein sel tunggal + karbon dioksida + air panas.

Produksi Protein Sel Tunggal Tanpa Berfotosintesa

Banyak spesies bakteri yang baik untuk memproduksi protein sel tunggal. Salah satu ciri bakteri yang cocok untuk ini ialah tumbuhnya cepat, waktu berbiakannya pendek, masa selnya kebanyakan dapat jadi dua kali lipat dalam waktu 20 menit sampai 2 jam. Sebagai bandingan, waktu berbiak ragi adalah 2 sampai 3 jam, dan kapang serta jamur tinggi 4 sampai 16 jam.

Spesies bakteri yang tampaknya lebih banyak memproduksi protein sel tunggal, paling baik tumbuh dalam media yang sedikit asam netral, dengan pH 5 sampai 7. Bakteri itu juga harus dapat toleran terhadap suhu dalam rentang 35 sampai 45° C, karena panas dilepaskan selama bakteri itu tumbuh. Spesies bakteri tak dapat digunakan untuk memproduksi protein sel tunggal, jika itu bersifat patogen bagi tumbuhan, hewan, atau manusia.

BAKTERI

Ragi dapat ditumbuhkan pada beberapa macam substrat, meliputi karbohidrat, baik yang kompleks seperti pati, maupun sederhana seperti gula glukosa, suklrosa, dan laktosa. Dapat pula dipakai bahan mentah yang mengandung gula seperti sirup gula, tetes, dan air diadih keju. Selain itu sumber karbon, sumber nitrogen diperlukan pula. Nitrogen diperoleh dengan menambahkan amonia atau garam amonium ke media kultur. Bahan mineral juga perlu sebagai tambahan.

Kebutuhan untuk memproduksi protein sel tunggal oleh ragi sama dengan yang diuraikan untuk memproduksinya oleh bakteri. Ragi harus memiliki waktu tumbuh sekitar 2 sampai 3 jam. Ia juga harus toleran terhadap pH dan suhu. Secara genetis juga harus stabil, sehingga hasilnya memuaskan. Tidak pula menyebabkan penyakit pada tumbuhan, hewan, atau manusia.

RAGI

Ragi memiliki keuntungan dibandingkan dengan bakteri untuk memproduksi protein sel tunggal. Salah satu diantaranya, karena ragi toleran terhadap lingkungan yang lebih asam, dengan pH berkisar antara 3,5 dan 4,5 bukan agak netral seperti yang diperlukan bakteri. Akibatnya, proses ragi dapat berlangsung dalam media bersih tanpa harus steril, pada pH 4,0 sampai 4,5. ini karena kebanyakan bakteri pencemar tak dapat tumbuh dengan baik dalam media asam ini. Selain itu, diameter sel ragi adalah sekitar 0,0005cm, dibandingkan dengan bakteri 0,0001 cm. Karena besarnya, ragi itu dapat dipisahkan dari media tumbuh dengan cara sentrifugal, tanpa memerlukan tahap penggumpalan.

RAGI

Produksi protein sel tunggal pada kapang sekarang ini memakai metoda yang sama dengan yang dipakai untuk membuat bahan sama pada ragi. Gula sederhana atau bahan mentah yang mengandungnya cocok sebagai substrat bagi berbagai macam kapang. Konsentrasi karbohidrat dalam media biakan biasanya sekitar 10 persen. Sebagai  sumber nitrogen dan tambahan mineral yang dimasukkan kedalam media, biasa dipakai amonia atau garam amonium. Angka pertumbuhan kapang dan jamur  tinggi. Waktu tumbuh antara 4 sampai 16 jam, biasanya lebih rendah daripada bakteri dan ragi. Kapang dan jamur tinggi tumbuh subur pada suhu 25 sampai 360C dan pada pH 3,0 sampai 7,0. Namun kebanyakan ditanam pada pH dibawah 5,0. Ini perlu untuk mengurangi sebanyak mungkin pencemaran bakteri.

Kapang dan jamur tinggi

Nilai Ekonomi Produksi Protein Sel Tunggal

Faktor yang mempengaruhi kelayakan produksi protein sel tunggal dari segi ekonomi meliputi:

Biaya mendirikan fasilitas produksi.

Biaya mnyediakan bahan mentah, energi tenaga kerja, pemeliharaan, penanggulangan limbah, dan turunnya harga tahunan.

Jauhnya letak pabrik dari pemasok bahan mentah serta untuk pemasaran produk.

Produksi PST dapat berupa isolat protein sel atau semua komponen sel karena hal-hal sebagai berikut :

Produksi protein lebih cepat dan efisien dibandingkan produksi protein nabati atau hewani.

Nilai gizi PST lebih tinggi dibandingkan protein nabati karena komposisiasam amino lebih lengkap.

Produksi PST tidak memerlukan tempat yang luas dibandingkan produksi protein nabati atau hewani.

Produksi PST tidak dipengaruhi kondisi luar karena kondisi fermentasi dapat diatur.

Proses produksi PST fleksibel karena dapat digunakan berbagai substrat dan mikroorganisme.

Produksi dan penggunaan PST juga mempunyai kelamahan-kelemahan sebagai berikut :

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).

Dinding sel mikroorganisme kadang kadang mengandung komponen yang tidak dapat dicerna dan bersifat racun atau menyebabkan alergi. Beberapa mikroorganisme juga memproduksi toksin yang berbahaya, misalnya aflatoksin oleh beberapa kapang.

Mikroorganisme mungkin mengadsorbasi komponen beracun atau karsinogenik yang terdapat didalam substrat, misalnya hidrokarbon rantai ganjil dan bercabang, komponen aromatic dan sebagainya.

Fluktuasi harga dan persediaan sustrat yang tidak tetap, Biaya penyediaan substrat meliputi 40-50 % dari total biaya produksi PST.