Tujuan Instruksional Khusus : •Mahasiswa dapat menjelaskan metode-metode imobilisasi pada enzim yang dapat diterapkan pada industri pengolahan pangan
TEKNOLOGI IMOBILISASI ENZIM
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
Kelemahan sifat enzim :Tidak stabil
Biaya isolasi dan pemurnian tinggi
Pemakaian ulang sulit terutama dalam bentuk larutan Enzim yang belum mengalami perubahan struktur dapat
dipakai berulang
Stabilisasi enzim dilakukan dengan cara merubah struktur
kimiawi enzim sehingga enzim tetap aktif dan tidak rusak oleh pengaruh lingkungan seperti oksidasi, perubahan pH, suhu, proteolisis, hidrolisis
Enzim bebas mudah membuka (oleh pengaruh suhu)
aktivitas menurun
Denaturasi enzim menyebabkan : Penurunan aktivitas enzim Kerusakan total (aktivitas = 0)
terjadi karena perubahan ikatan kovalen (oksidasi gugus asam amino reaktif dan hidrolisis) serta perubahan non kovalen
Pada perubahan non kovalen yang tidak dapat balik, struktur
enzim dapat menutup kembali tapi dengan pola yang salah sehingga fungsi hayatinya tidak dapat diperoleh kembali.
Untuk mengatasi kekurangan penggunaan enzim konvensional
imobilisasi enzim
Enzim yang terimobilisasi : enzim yang secara fisik dan kimia tidak
bebas bergerak sehingga dapat dikendalikan kapan enzim harus kontak dengan substrat.
Dasar teknologi imobilisasi : membuat konformasi aktif enzim tahan
terhadap lingkungan
Cara-cara imobilisasi enzim :
Metode Pengikatan dengan bahan penyangga Metode ikatan silang
Metode penjeratan
tercapai struktur granula padat yang stabil
Enzim yang terimobilisasi :
Dapat dipakai berulang karena stabilitasnya lebih terjaga Mudah dipisahkan dari larutan pereaksi karena enzim
tidak larut
Cara pemisahan enzim terimobilisasi dari substrat :
- sentrifusi - filtrasi
Cara pemakaian berulang enzim imobil :
- digunakan di dalam kolom dan mengalirkan substrat ke dalam kolom
- diikat sebagai kompleks pada suatu lempeng berpori - ditempatkan dalam membran ultrafiltrasi
- diikat pada suatu bead (granula) kaca atau polimer plastik
Enzim yang diperoleh dapat digunakan kembali pada proses selanjutnya
Stabilisasi konformasi enzim melalui pengikatan dengan bahan penyangga
Stabilisasi konformasi enzim melalui pengikatan silang
Stabilisasi konformasi enzim karena terlindung oleh suatu matriks polimer
Stabilisasi konformasi enzim karena terlindung oleh proses kopolimerisasi gel
Sistem imobilisasi enzim : a)Enzim diadsorpsi secara non-kovalen pada sebuah partikel yang tidak larut
b)Enzim diikat secara kovalen pada partikel yang larut c)Enzim dijerat pada partikel yang tidak dapat larut melalui sebuah polimer
d)Enzim diikat pada sebuah
Metode imobilisasi dapat diterapkan pada :
- satu jenis enzim - multienzim
- sel mikroba penghasil enzim - kultur sel hewan dan tanaman
Imobilisasi untuk enzim intraseluler : mahal dan tidak efisien
dilakukan imobilisasi sel sehingga enzimnya tidak perlu diekstrak dari sel penghasil.
Teknik imobilisasi sel disukai pada proses yang melibatkan
reaksi sintesis dan degradasi, dimaka kofaktor enzimnya terdapat di dalam sel itu sendiri.
Untuk enzim yang memerlukan kofaktor, imobilisasi enzim
dilakukan bersama-sama (koimobilisasi) dengan kofaktornya.
PENGGUNAAN ENZIM IMOBIL SECARA KOMERSIAL PENGGUNAAN ENZIM IMOBIL SECARA KOMERSIAL
Glukosa isomerase di dalam pembuatan gula cair untuk
merubah glukosa fruktosa
Laktase imobil : hidrolisis laktosa dalam whey
glukosa + galaktosa susu berlaktosa rendah
Amiloglukosidase : menguraikan komponen laktosa dalam
whey meningkatkan pemanfaatannya dalam pembuatan es krim dan produk olahan susu.
L-amino asilase yang diisolasi dari A.oryzae teknik
imobilisasi : pengikatan ionik pada DEAE-Sephadex (Dietilaminoetil Sepharosa Dextrin) menguraikan gugus asetil dari asam amino bentuk L dalam produksi asam L methionin.
PENGGUNAAN ENZIM IMOBIL SECARA KOMERSIAL... PENGGUNAAN ENZIM IMOBIL SECARA KOMERSIAL...
Enzim galaktosidase imobil mengkatalisa hidrolisis
komponen antinutrisi golongan oligosakarida (contoh : rafinosa) yang dapat menimbulkan gas dan diare pada leguminosa.
Nutrisi susu kedele diperbaiki dengan penambahan enzim galaktosidase imobil.
Katalase imobil untuk menguraikan sisa H2O2 yang diberikan
pada pasteurisasi dingin.
Aplikasi dalam pembuatan elektroda enzim yang digunakan
untuk analisis komponen kimia tertentu.
METODE IMOBILISASI ENZIM
METODE IMOBILISASI ENZIM
1.Metode Pengikatan SilangDidasarkan pada pembentukan ikatan melintang di antara
sel-sel dengan bantuan pereaksi bifungsional atau multifungsional
Contoh pereaksi bifungsional : glutaraldehida, diazobenzidin,
1,5-difluoro 2,4 dinitrobenzene, trikloro-S-triazin, 2,4-Diisotiosianat toluen, heksametilenn diisosianat.
Yang paling banyak digunakan : glutaraldehida [ ] glutaraldehida yang biasa digunakan 0,2-0,6% dan [ ]
enzim 50-200 mg/ml.
Pembentukan basa Schiff pada reaksi glutaraldehida dengan sisi
glutaraldehida
Berbagai pereaksi multifungsional yang dimanfaatkan dalam membuat enzim imobil
2. Metode Pengikatan dengan Bahan Penyangga
Didasarkan pada pengikatan enzim langsung pada pembawa yang
tidak larut air dengan 4 metode penyerapan : fisik, ionik, logam dan kovalen.
Adsorpsi fisik : mudah dan murah
Bahan penyanga : aluminium hidroksida, karbon aktif, tanah lempung, kolagen, gelas, tanah diatom dan hidroksi apatit.
Pengikatan enzim dengan ikatan ion lebih stabil
Bahan penyangga : DEAE (Dietilaminoetil) Selulosa,
DEAE-Sephadex, Amberlit IRA (penukar ion), CM-DEAE-Sephadex, dekstran sulfat dan Amberlit IRC (penukar kation)
Pengikatan enzim dengan logam yang dapat mencengkeram
(chelating) contoh : titanium klorida
Metode pengikatan dengan ikatan kovalen diperlukan kondisi
lingkungan yang kompleks, tapi enzim imobilnya lebih stabil.
Bagian enzim yang diikat polimer penyangga merupakan gugus
fungsional asam amino penyusun yang bebas dan tidak atau belum diikat pada rantai polipeptida protein enzim, misal : - gugus fungsional pada lisin
- gugus –SH atau S-S pada sistein - gugus fenol pada tirosin - gugus imidazol pada histidin - gugus karboksil bebas pada aspartat
Beberapa gugus fungsional polimer penyangga dan protein enzim yang berikatan secara kovalen
3. Metode Penjeratan
Menjerat enzim secara langsung ke dalam matriks polimer
atau dibungkus dalam membran semipermiabel dengan erat sehingga enzim menjadi tidak bebas dan menjalankan fungsi katalitiknua di dalam kisi-kisi polimer tersebut.
Enzim diperangkap secara fisik bukan kimiawi sehingga
penurunan aktivitas enzim lebih kecil dibanding pengikatan secara kimia.
Sarana penempatan enzim dapat berbentuk gel, bentuk
serabut kapiler atau suatu mikrokapsul.
Bahan penjerat yang banyak digunakan adalah gel yang sudah
berbentuk polimer seperti : kolagen, gelatin, agar, alginat, karagenan dan kitosan.
Dapat juga berbentuk mikrokapsul yang dibuat dari polimer
organik seperti nitroselulosa, polistiren, polivinil asetat.
Enzim dicampur dengan larutan polimer pada konsentrasi yang
tepat campuran dipaksa menetes secara fisik ke dalam larutan ion atau pelarut organik tergantung jenis polimernya.
Jika polimer yang digunakan adalah polianion seperti Na
Alginat atau CMC, campuran diteteskan dalam larutan ion logam Ba 2+ atau Ca 2+, sehingga terbentuk struktur bundar
berpori yang dapat menangkap molekul enzim.
Tingkat porositas dan efektivitas motode imobilisasi tergantung
pada konsentrasi polimer, ion logam penangkap dan konsentrasi enzim sendiri.
Imobilisasi enzim dengan polianion berpa Na-Alginat paling
banyak disukai karena murah dan mudah imobilisasi dilakukan pada suhu kamar dengan menggunakan larutan CaCl2 sebagai ion penetral dan diperoleh enzim imobil yang
terperangkap dalam padatan Ca Alginat.
Komponen Ca penting dalam mempertahankan struktur
padatan.
Jika Ca terlarut oleh senyawa pengkelat atau digantikan oleh
kation lain seperti Mg 2+ atau K+, struktur enzim imobil akan
pecah atau rusak.
Polimer lain seperti gelatin, kolagen, agar atau
kappa-karagenan biasanya dijadikan media pemerangkap enzim dengan metode pengendapan polimer akan mengendap jika pH, suhu, salinitas atau kekuatan ion larutan diubah-ubah.
Untuk memperoleh struktur gel polimer yang lebih stabil sering
Cara pembuatan enzim imobil di dalam perangkap agar atau
kappa-karagenan :
Larutan enzim dicampur dengan larutan agar/karagenan
pada suhu 45-50o C.
Suhu campuran didinginkan sehingga terbentuk
gel/padatan
Cara lain membuat struktur padatan agar :
Menambahkan ion monovalen seperti K+, Rb+, Cs+ dan NH4+
atau senyawa amino dan pelarut organik seperti metanol dan aseton.
Struktur fisik gel diperkuat dengan bantuan tanin atau
glutaraldehid.
Bentuk padatan yang diperoleh diperkecil ukurannya hingga
diperoleh ukuran yang diinginkan.
Biasanya enzim imobil ini dikeringkan dengan spray drying
kemudian digiling dan diayak untuk memperoleh ukuran granula enzim yang diinginkan.
Enzim imobil bersama polimer pemerangkap yang masih basah
dapat diekstrusi melalui suatu lubang kecil dengan diameter < 1mm sebelum dikeringkan sehingga diperoleh granula enzim imobil yang bebas debu.
Pada metode penjeratan dengan struktur serabut, digunakan
polimer yang dapat membentuk serabut seperti selulosa triasetat di dalam pelarut organik seperti kloroform, karbon tetraklorida dsb larutan ini akan membentuk emulsi dengan larutan enzim yang lebih polar.
Jika emulsi yang terbentuk disemprotkan dengan proses
ekstruksi ke dalam cairan penggumpal seperti toluene, akan terbentuk endapan polimer dalam bentuk serabut dengan enzim yang terperangkap di dalam bentuk serabut tersebut.
Bentuk serabut/filamen lebih tahan terhadap pengaruh asam
atau alkali 27 penggunaannya terbatas pada enzim yang tahan terhadap pelarut organik dan larutan penggumpal serta enzim yang molekul substratnya relatif kecil sehingga dapat berdifusi melalui struktur padatan filamen untuk dapat bereaksi dengan enzim tersebut.
Pada teknologi imobilisasi dengan mikrokapsulasi, enzim
dibuat imobil dalam bentuk kapsul berukuran kimro yang dibuat dari polimer organik.
Membran kapsul dibuat permiable terhadap substrat maupun
produk
terbatas pada enzim dengan substrat yang berukuran kecil
Polimer yang digunakan untuk membuat kapsul : nitroselulosa,
polistiren, polivinil asetat.
Polimer dilarutkan di dalam pelarut organik kemudian
diendapkan dengan pelarut lain yang tidak dapat bercampur dengan pelarut tadi, misal : gabungan eter-xylene atau kloroform-eter.
PERUBAHAN SIFAT ENZIM OLEH PROSES IMOBILISASI PERUBAHAN SIFAT ENZIM OLEH PROSES IMOBILISASI
Tergantung dari jenis proses imobilisasi
Akibat yang merugikan : turunnya aktivitas spesifik enzim Manfaat yang menyebabkan metode ini berkembang :
Meningkatnya stabilitas enzim
Meningkatnya daya tahan terhadap kondisi lingkungan
yang ekstrim seperti pH dan suhu tinggi.
Jika substrat atau produk yang dihasilkan sensitif terhadap pH
maka metode imobilisasi memungkinkan untuk memilih jenis polimer pengikat yang sesuai sehingga kisaran pH optimum enzim imobil sesuai dengan pH stabilitas substrat dan produknya.
PERUBAHAN SIFAT ENZIM OLEH PROSES IMOBILISASI... PERUBAHAN SIFAT ENZIM OLEH PROSES IMOBILISASI...
Suhu optimum enzim imobil meningkat karena biasanya proses
imobilisasi meningkatkan daya tahan enzim terhadap suhu.
Pemerangkapan enzim akan melindungi enzim dari pengaruh
