TUGAS MATA KULIAH
TEKNOLOGI ENZIM
 |
PERANAN ENZIM GLUKOAMILASE DAN PULLULANASE PADA PROSES SAKARIFIKASI PEMBUATAN HFCS
Disusun oleh:
Annisa Ardilasari 08/268858/TP/09183
Jesika Riyanselina 08/268860/TP/09184
Rosemerry Fatmawati 08/268895/TP/09196
Anastasia Nita Primasari 08/269004/TP/09217
Paula Kiki Oktaviana 08/269028/TP/09224
JURUSAN
TEKNOLOGI PANGAN DAN HASIL PERTANIAN
FAKULTAS
TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS
GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2011
PERANAN
ENZIM GLUKOAMILASE DAN PULLULANASE PADA PROSES SAKARIFIKASI PEMBUATAN HFCS
HFCS
(High Fructose Corn Syrup) adalah pemanis yang biasa digunakan untuk makanan
dan minuman yang ditemukan oleh peneliti dari Jepang. HFCS adalah sirup jagung
yang telah mengalami proses enzimatis bertujuan untuk meningkatkan kandungan
fruktosa. Produk HFCS antara lain HFCS
90 (90% fruktosa dan 10% glukosa) dan HFCS 55 serta HFCS 45. Tingkat kemanisan
HFCS 55 ekuivalen dengan sukrosa biasanya digunakan untuk pembuatan softdrink.
Sedangkan HFCS 45 memiliki tingkat kemanisan yang lebih rendah dan digunakan
untuk perisa buah, minuman non karbonasi, dan produk dengan karakteristik
khusus sepeti produk-produk yang mengalami fermentasi dan memiliki titk beku
rendah.
HFCS
yang diolah dari jagung manis dengan kualitas tinggi memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan dengan sukrosa, yaitu:
·
lebih murah dan sumber
jagung yang melimpah,
·
lebih mudah dicampur
karena berbentuk cairan,
·
lebih unggul karena
memiliki masa simpan lebih lama.
Dengan diperkenalkannya enzim mikroba di
industri makanan yaitu glukoamilase, diperoleh beragam manfaat produk, seperti
menghasilkan produksi lebih banyak, tingkat kemurnian tinggi dan kristalisasi
mudah. Hal ini menyebabkan banyak prabik
produksi glukosa berubah dari hidrolisis asam menjadi hidrolisis
enzimatik. Sebagai contoh, dibandingkan dengan proses asam, proses
enzimatik pencairan memotong biaya uap sebesar 30%, abu sebesar 50% dan by-produk
sebesar 90%.
Dari 1973 dan seterusnya, dengan
perkembangan glukosa isomerase amobil, produksi industri sirup tinggi fruktosa
menjadi layak. Jenis sirup khusus yang tidak bisa diproduksi menggunakan
hidrolisis kimia konvensional dapat dibuat seluruhnya dengan proses enzimatik.
Enzim adalah katalis ideal untuk industri
pati. Prosesnya menggunakan peralatan sederhana, dan pengaturan suhu dan
nilai pH dilakukan untuk menghasilkan reaksi yang dapat mempengaruhi
pembentukan rasa dan warna. Selanjutnya, reaksi enzim yang mudah dikontrol
dan dapat dihentikan bila tingkat konversi pati yang diinginkan tercapai.
Tergantung pada enzim yang digunakan dan
dengan mengendalikan reaksi enzim, berbagai produk dapat diproduksi untuk
memenuhi hampir semua kebutuhan industri makanan. Sirup dan pati yang
dimodifikasi dengan komposisi yang berbeda dan dapat diperoleh sifat fisik yang
diinginkan. Sirup digunakan untuk berbagai bahan makanan misalnya minuman
ringan, gula, produk daging, produk panggang, es krim, saus, makanan bayi, dan
buah kaleng.
Sirup glukosa
dalam praktek komersial yang disebut
glukosa, yang diperoleh dengan
menghidrolisis tepung terutama dari gandum, jagung
(jagung) dan kentang. Metode dan
tingkat hidrolisis (konversi) mempengaruhi komposisi karbohidrat
akhir, oleh karena itu mmemiliki banyak sifat fungsional. Derajat hidrolisis biasanya
didefinisikan sebagai ekuivalen
dekstrosa (DE), yaitu
kekuatan mengurangi sebagai persentase dari dekstrosa murni, dihitung berdasarkan berat kering.
Awalnya, konversi asam digunakan untuk menghasilkan
sirup glukosa. Namun karena kekhususannya, saat ini lebih banyak digunakan enzim untuk
hidrolisis. Dengan cara ini, sirup glukosa tailor-made
dengan spektrum gula tertentu dapat diproduksi.
Enzim
yang digunakan dalam pembuatan HFCS antara lain:
·
Alfa-amylase
·
Glukoamilase
·
Beta-amilase
·
Isoamilase dan
pullulanase
Paper
ini akan menjelaskan peranan enzim
glukoamilase dan pullulanase dalam proses
sakarifikasi pembuatan HFCS.
Pembuatan
HFCS dapat dilakukan dengan tersedianya substrat pati jagung dan enzim
isomerase yang mampu mengubah glukosa menjadi fruktosa. Secara garis besar
dalam pembuatan HFCS terdiri dari tiga tahap, yaitu:
- Pertama,
proses perubahan pati menjadi oligosakarida (likuifikasi)
- Kedua,
perubahan oligosakarida menjadi glukosa (sakarifikasi)
- Ketiga,
proses perubahan glukosa menjadi fruktosa (isomerasi).
Berikut skema produksi HFCS:
 |
1. Likuifikasi
Proses ini bertujuan untuk mengubah
suspensi pekat granula pati menjadi larutan dekstrin yang larut pada viskositas
rendah untuk memudahkan penanganan dalam alat-alat pemindah serta memudahkan
pengubahan menjadi glukosa dengan enzim glukoamilase.
Slurry pati jagung (30-40%) dimasukkan
ke dalam pompa, digelatinisasi dan diatur pHnya hingga 5,3-6,5 dan suhunya
105-1100C ditambahkan termamyl (bakteri thermophilic α-amylosa)
0,3-0,6 kg termamyl/ton pati serta cofactor Ca2+ (CaCl2)
yang berfunsi untuk meningkatkan toleransi enzim amilase terhadap panas. Pada
tahap tersebut seluruh pati telah diubah sehingga nilai dekstro-eqivalen (DE)
sekitar 15-20, dan viskositasnya menurun (semakin cair).
Produk dari proses liquifikasi
adalah campuran dari beberapa oligosakarida yang mengandung sedikit mono,di-,
dan trisakarida yang biasa digunakan dalam sweetening
process.
2. Saccharifikasi
Proses
ini bertujuan untuk mengubah oligosakarida yang telah dihasilkan menjadi
D-glukosa dengan menggunakan enzim glukoamilase. Semakin banyak enzim yang
digunakan, semakin cepat hidrolisa oligosakarida berlangsung. Namun, apabila
enzim yang digunakan berlebihan akan menyebabkan reaksi pembalikan yang
menghasilkan maltose dan maltotriosa.
Pada
proses ini, slurry pati hasil likuifikasi didinginkan hingga 600C
untuk mencapai suhu optimal proses sakarifikasi. Juga ditambahkan asam
hidroklorat sampai pH 4,0-4,5 yang merupakan pH optimum aktivitas enzim glukoamilase.
Proses sakarifikasi berlangsung selama 48-72 jam. Produk akhir berupa glukosa
dengan nilai DE mencapai 95-98.
Menggunakan
enzim AMG pada tangki sakarifikasi selama 40-48 jam, pada suhu 60oC, dan
diperoleh cairan gula dengan DE 36-42. Cairan gula ini selanjutnya dilakukan
penyaringan melalui penyaring karbon aktif, untuk menghilangkan warna
(pemucatan) kemudian cairan jernih dilakukan pemisahan mineral dalam kolom
penukar ion (ion exchanger) secara sed berturut-turut : kation, anion,
kation masing-masing selama 1-2 jam. Dari kolom ini dihasilkan sirup dengan
konsentrasi gula 25 -30 % (DE 93-95). Untuk menghasilkan sirup dengan
konsentrasi gula 78-82%, sirup ini dilakukan penguapan (evaporasi) dalam triple
effect evaporator . Selanjutnya sirup glukosa ditampung dalam tangki
penampungan. Sirup glukosa menjadi bahan baku untuk produk gula dan turunannya
3. Refining
sirup dekstrosa
Sebelum
masuk tahap isomerasi, slurry pati hasil sakarifikasi dimurnikan dengan
filtrasi, melewatkannya pada karbon aktif, ion-exchange dan pengentalan kembali
dengan evaporator. Semua tahapan tersebut untuk memurnikan slurry pati dan
menghilangkan serat-serat jagung dan residu protein atau mineral yang tidak
dibutuhkan lagi.
Proses
refining dimulai dengan proses filtrasi. Filtrasi dilakukan secara vakum. Sirup
yang telah disaring dipompakan kedalam kolom karbon aktif dan ion-exchange
dalam bentuk seri untuk lebih memurnikan sirup. Tahap berikutnya adalah
pengentalan kembali dengan menggunakan evaporator.
4. Isomerisasi
Proses ini bertujuan untuk mengubah
D-glukosa yang dihasilkan dari proses sebelumnya menjadi D-fruktosa dengan
enzim glucose isomerase. Banyaknya fruktosa yang dihasilkan akan menunjukkan
tingkat kemanisan HFCS yang dihasilkan.
Dalam industri yang berskala besar,
proses isomerasi dilakukan pada sembilan kolom reaktor (fixed bed, densiflow)
dan beberapa ‘immobilized enzym’ kolom reaktor. Enzim dalam kolom secara cepat
berubah secara isomerasi. Kadar sirup glukosa harus diatur selalu tetap yaitu
antara 42,5-43% agar ‘flowrate’nya konstan.
5. Refining
HFS
Tahap terakhir adalah pemekatan dalam multiple
effect evaporator, sehingga diperoleh sirup fruktosa dengan kadar bahan kering
71% dan gula campuran 92-95%. Sirup HFS yang diperoleh disaring lagi,
dipanaskan pada suhu dibawah kolol HFS untuk meningkatkan kekentalan sirup
sehingga mencapai kadar padatan 71%, disaring lagi baru ditampung ke dalam
tangki-tangki penyimpanan.
ENZIM
GLUKOAMILASE
Glukoamilase adalah salah
satu enzim
kelas yang berperan dalam proses sakarifikasi pati
(sejenis karbohidrat).
Serupa dengan enzim beta-amilase, glukoamilase dapat memecah struktur pati
yang merupakan polisakarida kompleks berukuran besar menjadi molekul
yang berukuran kecil. Pada umumnya, enzim ini bekerja pada suhu 45-60 °C
dengan kisaran pH
4,5-5,0.
Mekanismenya
adalah glukoamilase akan memotong ikatan alfa-1,4 pada molekul pati. Enzim ini
juga dapat memecah ikatan alfa-1,6, tetapi pada frekuensi yang lebih rendah.
Hasil utama pemecahannya adalah glukosa, suatu bentuk sederhana dari molekul karbohidrat
berjumlah atom C 6.[
Enzim AMG®E adalah
enzim glukoamilase (exo-amilase), yang menghidrolisis ikatan alfa-1,4 serta ikatan
alfa-1,6 di pati cair
(amilosa dan amilopektin).
Hasil hidrolisis diproses secara bertahap. Pati
tersebut dipecah menjadi glukosa, yang telah memisahkan diri dari ujung non-reducing dari molekul substrat. Maltotriose dan
maltosa terhidrolisis pada tingkat yang lebih rendah dari sakarida, dan ikatan-1,6 dipecah lebih lambat dari ikatan-1,4. Akhirnya,
diperoleh konversi dari pati menjadi glukosa. Oleh karena itulah, AMG disebut sebagai 'amilase
saccharifying'. AMG E diproduksi oleh
strain genetik dimodifikasi
Aspergillus niger
dan tersedia dalam cairan dari dengan aktivitas standar.
Pengukuran aktivitas yang sering digunakan untuk amyloglucosidase
adalah AGU (unit
amyloglucosidase), yang merupakan
jumlah enzim yang menghidrolisa satu micromole maltosa per menit pada
25°C dalam kondisi standar.
Berikut
adalah gambar struktur enzim glukoamilase:
ENZIM
PULLULANASE
Pululunase
adalah enzim
pemecah ikatan α-1,6 pada gugus makromolekul karbohidrat,
seperti pati. Ikatan
α-1,6 berperan dalam pembentukan struktur percabangan pada karbohidrat. Bersama
dengan enzim alfa-amilase, pululunase dapat menghasilkan pemotongan
molekul karbohidrat yang sempurna. Enzim ini dapat diperoleh pada ekstrak beras dan kacang-kacangan.
Beberapa jenis mikroorganisme mesofilik juga dapat menyintesis enzim
ini, seperti Klebsiella, Escherichia coli,
Streptococcus,
Bacillus,
dan Streptomyces.
Pullulanase
(pullulanase-6-glucanohydrolase) adalah enzim yang menghidrolisa ikatan
alfa-1,6 glikosidik, yang telah dihidrolisis sebagian dengan alfa-amylase,
disediakan paling sedikit dua unit glukosa di rantai sisi. Saat amilopektin
diberi perlakuan dengan pullulonase, dihasilkan fragmen amilosa linier.
Menggunakan panas stabil dan asam stabil dalam kombinasi dengan enzim
sakarifikasi membuat reaksi konversi pati lebih efisien. Dalam penelitian
Norman mendeskripsikan bahwa pullulanase Proenzym tepat digunakan untuk
memotong pati setelah likuifaksi.
Berikut
adalah gambar struktur 3 dimensi
enzim pullulanase:
 |
PERANAN ENZIM DALAM
SAKARIFIKASI
Maltodekstrin
(DE 15-25) dihasilkan
dari pati cair secara komersial untuk sifat reologinya.
Maltodekstrin digunakan dalam industri pangan sebagai pengisi, stabilisator, pengental, pasta dan lem. Ketika
saccharified dengan hidrolisis lebih lanjut menggunakan glukoamilase atau jamur alfa-amilase berbagai pemanis dapat
diproduksi, setelah DE dalam
rentang 40-45 (maltosa),
50-55 (maltosa tinggi),
55-70 (sirup konversi
yang tinggi). Menerapkan serangkaian
enzim termasuk beta-amilase, glukoamilase dan
pullulanase sebagai enzim debranching, sirup konversi
tingkat menengah yang memiliki isi
maltosa hampir 80% dapat diproduksi.
Glukosa berkadar tinggi 95-97% dapat
diproduksi dari bahan baku pati kebanyakan (jagung, gandum, kentang, tapioka,
gandum dan beras). Efek aksi amylases dan pemecahan enzim ditunjukkan pada Gambar
9.6 dan 9.7a dan b
.
KESIMPULAN
Sebagai
pati termodifikasi, HFCS menunjukkan lebih dari sekedar pemanis buatan. Banyak
produk makanan dan kimia yang dihasilkan dari penggunaan pati sebagai bahan
mentah untuk perubahan enzim. Hal tersebut telah diperlihatkan bahwa pada
langkah penting pada perubahan pati, likuifikasi, sakarifikasi, dan isomerasi
mungkin membawa kepada produk-produk yang bernilai jika pemrosesan dan
enzimologi dilakukan dari tahap ke tahap.
