NAMA : ALIF ALFIANDI MASKUR DOSEN : Dr. ARHAM RUSLI, S.Pi., M.Si MATA KULIAH : BIOTEKNOLOGI PANGAN
Enzim Amilase: Penerapan dan Pemanfaatannya dalam Produk Pangan
1. Pengertian Enzim
Enzim atau biokatalisator adalah katalisator organik yang dihasilkan oleh sel.Enzim sangat penting dalam kehidupan, karena semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Jika tidak ada enzim, atau aktivitas enzim terganggu maka reaksi metabolisme sel akan terhambat hingga pertumbuhan sel juga terganggu.
Reaksi-reaksi enzimatik dibutuhkan agar bakteri dapat memperoleh makanan/ nutrient dalam keadaan terlarut yang dapat diserap ke dalam sel, memperoleh energi Kimia yang digunakan untuk biosintesis, perkembangbiakan, pergerakan, dan lain-lain.
A. Nomenklatur Enzim
Biasanya enzim mempunyai akhiran –ase. Di depan –ase digunakan nama substrat di mana enzim itu bekerja., atau nama reaksi yang dikatalisis. Misal : selulase, dehidrogenase, urease, dan lain-lain. Tetapi pedoman pemberian nama tersebut diatas tidak selalu digunakann. Hal ini disebabkan nama tersebut digunakan sebelum pedoman pemberian nama diterima dan nama tersebut sudah umum digunakan. Misalnya pepsin, tripsin, dan lain-lain.
Dalam Daftar Istilah Kimia Organik (1978), akhiran –ase tersebut diganti dengan –asa.
B. Struktur Enzim
Pada mulanya enzim dianggap hanya terdiri dari protein dan memang ada enzim yang ternyata hanya tersusun dari protein saja. Misalnya pepsin dan tripsin.Tetapi ada juga enzim-enzim yang selain protein juga memerlukan
komponen selain protein. Komponen selain protein pada enzim dinamakan kofaktor. Koenzim dapat merupakan ion logam/ metal, atau molekul organik yang dinamakan koenzim. Gabungan antara bagian protein enzim (apoenzim) dan kofaktor dinamakan holoenzim.
Enzim yang memerlukan ion logam sebagai kofaktornya dinamakan metaloenzim.. Ion logam ini berfungsi untuk menjadi pusat katalis primer, menjadi tempat untuk mengikat substrat, dan sebagai stabilisator supaya enzim tetap aktif.
Enzim atau biokatalisator adalah katalisator organik yang dihasilkan oleh sel.Enzim sangat penting dalam kehidupan, karena semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Jika tidak ada enzim, atau aktivitas enzim terganggu maka reaksi metabolisme sel akan terhambat hingga pertumbuhan sel juga terganggu.
Reaksi-reaksi enzimatik dibutuhkan agar bakteri dapat memperoleh makanan/ nutrient dalam keadaan terlarut yang dapat diserap ke dalam sel, memperoleh energi Kimia yang digunakan untuk biosintesis, perkembangbiakan, pergerakan, dan lain-lain.
Enzim yang memerlukan ion logam sebagai kofaktornya dinamakan metaloenzim.. Ion logam ini berfungsi untuk menjadi pusat katalis primer, menjadi tempat untuk mengikat substrat, dan sebagai stabilisator supaya enzim tetap aktif.
2. Pengertian Enzim Amilase
Amilase (alfa, beta dan glukoamilase) merupakan enzim yang penting dalam bidang pangan dan bioteknologi. Amilase dapat diperoleh dari berbagai sumber seperti tanaman, binatang dan mikroorganisme. saat ini sejumlah enzim amilae telah diproduksi secara komersial. Penggunaan mikrobia dianggap lebih prosepektif karena mudah tumbuh, cepat menghasilkan dan kondisi lingkungan dapat dikendalikan.
Produksi enzim amilase dapat menggunakan berbagai sumber karbon.
Contoh-contoh sumber karbon yang murah adalah sekam, molase, tepung
jagung, jagung, limbah tapioka dan sebagainya. Jika digunakan limbah sebagai substrat, maka limbah tadi dapat diperkaya nutrisinya untuk mengoptimalkan produksi enzim. Sumber karbon yang dapat digunakan sebagai suplemen antara laian: pati, sukrosa, laktosa, maltosa, dekstyrosa, fruktosa, dan glukosa. Sumber nitrogen sebagai suplemen antara lain: pepton, tripton, ekstrak daging, ekstrak khamir, amonium sulfat, tepung kedelai, urea dan natrium nitrat.
Dalam proses produksi selain bahan baku, maka yang juga perlu diperhatikan adalah mikrobia yang dipakai dan faktor lingkungan. Parameter- parameter yang perlu diperhatikan adalah suhu dan lama inkubasi, kelembapan, pH awal, jumlah inokulum dan sebagainya.
pada akhir fermentasi maka biomass padat yang dihasilakn dicampur dengan aquadest dan digojog kuat (blender) kemudian disaring. Ampas yang ada dicampur lagi dengan aquadest dan diperlakukan sama. filtrat yang diperoleh kemudian disentrifugasi 10.000 rpm selama 15 menit dan supernatan yang jenrnih digunbakan sebagai sumber enzim kasar.
Sumber enzim kasar dapat diukur aktivitas enzimnya denngan cara campur enzim dengan larutan soluble starch 1% dalam bufer sodium asetat 0,1 M (pH 6,0) pada suhu 50 C selama 5 menit. Ukur glukosa yang dihasilkan.
Satu unit aktivitas dijabarkan sebagai jumlah enzim yang memberikan 1 mg glukosa per menit pada 50 C.
Enzim amilase adalah suatu katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Enzim yang berfungsi untuk memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air. Secara umum, amilase dibedakan menjadi tiga berdasarkan hasil pemecahan dan letak ikatan yang dipecah, yaitu alfa-amilase, beta- amilase, dan glukoamilase.
· α-amilase (alpha-amylase, 1,4-alpha-D-glucan glucanohydrolase, pancreatic alpha-amylase, α-amilase, PA) adalah salah satu enzim yang berperan dalam proses degradasi pati, sejenis makromolekul karbohidrat.
Struktur molekuler dari enzim ini adalah α-1,4-glukanohidrolase. Bersama dengan enzim pendegradasi pati lain, pulpulanase, α-amilase termasuk ke
dalam golongan enzim kelas 13 glikosil hidrolase (E.C.3.2.1.1). α-amilase ini memiliki beberapa sisi aktif yang dapat mengikat 4 hingga 10 molekul substrat sekaligus.
· β-amilase (E.C 3.2.1.2) merupakan enzim golongan hidrolase kelas 14 yang digunakan dalam proses sakarifikasi pati (sejenis karbohidrat).
Sakarifikasi banyak berperan dalam pemecahan makromolekul karbohidrat.
Pemecahan makromolekul karbohidrat ini akan menhasilkan molekul karbohidrat rantai pendek (sederhana).
· Glukoamilase (E.C 3.2.1.3) adalah salah satu enzim kelas 15 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 beukuran kecil. Pada umumnya, enzim ini bekerja pada suhu 45 – 60 C dengan kisaran pH 4,5 – 5,0.
3. Tempat Kerja dan Cara Kerja Enzim Amilase
· Alpha-amilase
Alpha-amilase pada umumnya aktif bekerja pada kisaran suhu 25 C – 95 C. Penambaha ion kalsium dan klorida dapat meningkatkan aktivitas kerja dan menjaga kestabilan enzim ini. Alfa-amilase akan memotong ikatan glikosidik α-1,4 pada molekul.
· Beta-amilase
Beta-amilase akan memotong ikatan glikosidik pada gugus amilosa, amilopektin, dan glikogen. Amilosa merupakan struktur rantai dari pati, sedangkan amilopektin merupakan struktur percabangan dari pati. Hasil pemotongan oleh enzim ini akan didominasi oleh molekul maltosa dan beta- limit dekstrin. Dalam industri pangan, pembentukan senyawa beta-limit dekstrin seringkali dihindari karena membentuk viskositas atau kekentalan yang pekat.
Glukoamilosa
Glukoamilosa 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 pemecahan adalah glukosa, suatu bentuk sederhana dari molekul karbohidrat berjumlah atom C 6.
4. Cara Mendapatkan Enzim Amilase
· Alfa-amilase
o Enzim alpha-amilase dapat diperoleh dari berbagai macam sumber diantaranya :
o Bisa dalam bentuk tepung malt, gandum yang berkecambah o Bisa berasal dari bakteri bacillus Bacillus subtilis
o Disintesa kapang Rhizopus oligosporus dan Rhizopus oryzae o Bisa berasal dari cacing tanah
o Pakai cendawan Aspergillus sp
o Bisa berasal dari pancreas sapi dan babi
o Banyak terdapat di air ludah dan pencernaan manusia
· Beta-amilase
Enzim beta-amilase banyak ditemikan pada tanaman tingkat tinggi, seperti gandum, ubi, dan kacang kedelai. Di samping itu, beta-amilase juga dapat ditemukan pada beberapa mikroorganisme, antara lain Pseudomonas, Basillus, Sterptococcus, dan Clostridium thermosulfurigenes. Enzim yang berasal dari C. Thermosulfurigenes umumnya lebih disukai karena memiliki toleransi suhu dan pH yang lebih tinggi.
· Glukoamilase
Enzim ini memiliki peranan yang cukup besar di dalam metabolisme energi di berbagai jenis organisme. Oleh karena itu, enzim ini banyak ditemukan pada beragam jenis tanaman dan mikriorganisme, seperti Saccharomyces, Endomycopsis, Aspergillus, Penicillium, Mucor, dan Clostridium.
Enzim amilase adalah enzim yang berperan dalam menghidrolisis pati menjadi gula sederhana seperti glukosa dan maltosa. Ada beberapa jenis amilase, termasuk alfa-amilase, beta-amilase, dan glukoamilase, yang masing- masing memiliki fungsi spesifik dalam proses penguraian pati. Berikut adalah penerapan dan pemanfaatan enzim amilase dalam industri pangan.
Penerapan Enzim Amilase
1. *Industri Roti*
Amilase digunakan untuk memecah pati dalam tepung menjadi gula sederhana yang menjadi makanan bagi ragi. Ini membantu dalam fermentasi, memperbaiki tekstur, volume, dan cita rasa roti. Dengan adanya amilase, roti menjadi lebih empuk dan memiliki pori-pori yang lebih baik.
2. *Produksi Bir*
Dalam pembuatan bir, amilase membantu mengubah pati dari biji-bijian (seperti barley) menjadi gula yang kemudian difermentasi oleh ragi untuk menghasilkan alkohol dan CO2. Proses ini esensial untuk mendapatkan bir dengan kadar alkohol dan rasa yang diinginkan.
3. *Produksi Gula dan Sirup*
Amilase digunakan untuk menghidrolisis pati dari jagung atau kentang menjadi sirup glukosa dan fruktosa. Sirup ini digunakan dalam berbagai produk makanan dan minuman sebagai pemanis, karena memiliki tingkat kemanisan yang tinggi dan stabilitas yang baik.
4. *Industri Tekstil*
Dalam industri tekstil, amilase digunakan untuk menghilangkan pati dari kain yang digunakan sebagai ukuran selama proses tenun. Ini membantu dalam mendapatkan tekstur kain yang lebih halus dan nyaman untuk dipakai.
Pemanfaatan Enzim Amilase dalam Produk Pangan
1. *Peningkatan Tekstur dan Volume Roti*
Amilase membantu dalam fermentasi adonan, menghasilkan lebih banyak gas yang membuat roti lebih empuk dan berpori. Hal ini penting untuk kualitas roti yang diinginkan konsumen.
2. *Produksi Minuman Beralkohol*
Amilase berperan penting dalam penguraian pati menjadi gula fermentable, esensial dalam proses pembuatan bir dan wiski. Ini menentukan rasa, kekuatan, dan karakteristik minuman beralkohol tersebut.
3. *Pembuatan Makanan Bayi*
Amilase digunakan untuk memecah pati dalam makanan bayi, membuatnya lebih mudah dicerna. Ini sangat penting untuk kesehatan dan kenyamanan pencernaan bayi yang masih sensitif.
4. *Produksi Produk Susu Fermentasi*
Dalam produksi yoghurt dan keju, amilase dapat digunakan untuk mengatur kekentalan dan rasa produk akhir. Penggunaan amilase
memungkinkan pembuatan produk dengan konsistensi dan rasa yang disukai konsumen.
5. *Makanan dan Minuman Instan*
Amilase membantu dalam produksi makanan dan minuman instan seperti sup dan saus dengan meningkatkan kecepatan rehidrasi dan melarutkan pati.
Produk instan menjadi lebih praktis dan mudah disiapkan tanpa mengurangi kualitas rasa.
6. *Pembuatan Pati Termodifikasi*
Amilase digunakan untuk memproduksi berbagai jenis pati termodifikasi yang digunakan sebagai pengental, pengemulsi, dan stabilisator dalam berbagai produk pangan. Ini memberikan fleksibilitas dalam pengembangan produk pangan yang inovatif.
Manfaat Penggunaan Amilase dalam Produk Pangan
1. *Efisiensi Produksi*
Amilase mempercepat proses pemecahan pati, meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi waktu pemrosesan. Ini sangat menguntungkan bagi produsen dalam hal biaya dan waktu.
2. *Peningkatan Kualitas Produk*
Produk akhir memiliki tekstur, rasa, dan tampilan yang lebih baik berkat penggunaan amilase. Hal ini penting untuk memenuhi ekspektasi konsumen yang tinggi terhadap kualitas produk pangan.
3. *Kesehatan Pencernaan*
Produk yang mengandung enzim amilase dapat lebih mudah dicerna, yang baik untuk konsumen dengan masalah pencernaan. Ini membuka pasar baru
4. *Konsistensi Produk*
Penggunaan amilase memastikan bahwa produk memiliki kualitas yang konsisten dari batch ke batch. Ini penting untuk membangun kepercayaan konsumen terhadap merek dan produk.
PERANAN ENZIM PADA PRODUK ROTI
Enzim mempunyai peranan penting dalam pengolahan pangan. Banyak produk pangan yang melibatkan enzim selama proses pengolahannya seperti yoghurt, keju, bir, roti, dan jus buah. Pada pengolahan roti, ditambahkan enzim untuk meningkatkan mutu roti dan mempercepat proses pengembangan adonan.
Tahapan proses pengolahan roti dan formulasi adonan roti sangat bervariasi antara satu industri dengan industri lainnya. Namun proses pengolahan roti secara umum dibagi menjadi menjadi tiga tahapan utama:
- pencampuran bahan menjadi adonan roti (mixing),
Pada proses pencampuran bahan menjadi adonan roti terjadi proses transfer massa yang intensif. Dalam proses ini akan terjadi kontak enzim dengan substrat yang berupa struktur amilosa dalam pati terlarut dan apabila reaksi ini dapat berjalan baik akan dihasilkan gula-gula sederhana seperti glukosa dan maltosa. Peranan gula-gula sederhana dalam produk roti yakni sebagai substrat (sumber karbon) bagi yeast selama proses fermentasi adonan
roti, memperbaiki nilai gizi dan nilai sensoris produk roti, dan menambah kelembapan pada produk roti selama proses moulding.
Enzim α -amylase berperan untuk merusak granula pati menghasilkan amilosa yang terlarut sebagai substrat enzim pada degradasi amilosa selanjutnya. Selama proses hidrolisis molekul pati, juga dihasilkan dextrin.
Amilolisis atau hidrolisis amilosa dalam molekul pati yang terbatas dapat memberikan efek yang positif terhadap tekstur adonan roti, sehingga teksturnya menjadi menjadi lebih lembut. Proses amilolisis yang terlalu intensif dapat menyebabkan adonan roti kehilangan air (dehidrasi) dan dextrin yang terbentuk jumlahnya banyak, hal ini dapat menyebabkan adonan roti menjadi lengket. Pada proses pencampuran perlu dilakukan optimasi penambahan α-Amilase, suhu, waktu pencampuran adonan untuk memperoleh menentukan karekteristik adonan tang terbentuk.
-fermentasi adonan roti (dough/bulk fermentation)
Maltosa dan glukosa sangat penting keberadaannya dalam produk roti.Adanya penmabahan glukoamilase dapat meningkatkan terbentuknya glukosa lebih cepat karena mampu mengaktifkan yeast sehingga mempercepat waktu fermentasi.
- pemanggangan adonan roti yang telah dibentuk dalam oven (baking).
Pada saat awal proses pemanggangan adonan roti (baking) terjadi penurunan tingkat viskositas suatu adonan roti disamping itu juga akan terjadi peningkatan aktivitas enzim yang berperanan aktif dalam pengembangan adoanan roti. Ketika suhu pemanggangan mencapai suhu 56⁰C maka akan terjadi proses gelatinisasi pati dan memudahkan terjadinya reaksi hidrolisis amilosa dalam molekul pati atau amilolisis. Hidrolisis molekul pati yang mulai tergelatinisasi akan membentuk senyawa dextrin dan senyawa gula sederhana lainnya, dan pada saat yang bersamaan akan terjadi proses pelepasan air (dehidrasi). Hal ini akan berkontribusi secara lanjut terhadap kelengketan adonan roti (crumb stickiness) yang dihasilkan dan meningkatnya intensitas warna kulit roti (crust color). Pada saat pemangangan terjadi
perubagan warna kulit roti menjadi coklat yang merupakan hasil reaksi Maillard. Peningkatan konsentrasi senyawa gula sederhana akan mempengaruhi intensitas warna kulit roti. retrogradasi. Pengerasan dapat pula terjadi karena adanya ikatan silang pati protein.
a. Amilase
Tujuan utama dari penggunaan enzim amylase ini adalah memperbaiki proses fermentasi adonan roti (dough leavening) dalam proses pembuatan roti dan memperbaiki mutu simpan dari produk roti tersebut (keeping quality) dengan mempertahankan kesegaran dari produk roti yang lebih lama. α- Amilase (E.C 3.2.1.1) merupakan enzim yang dapat menghidrolisis secara acak ikatan α-1,4-O-glikosidik dari molekul pati, glikogen, dan polisakarida lain sehingga dapat menghasilkan senyawa dekstrin, oligosakarida, maltosa dan glukosa. Enzim amilase digunakan dalam proses pengolahan roti apabila produsen produk roti menginginkan pengembangan volume adonan roti (loaf) yang lebih besar. Amilase akan lebih aktif bekerja apabila diterapkan pada proses pengembangan adonan roti dengan menggunakan baker’s yeast.
Apabila digunakan bahan pengembang seperti (baking powder) maka keefektifitasan enzim amylase tidak akan memberi pengaruh yang signifikan untuk memperbaiki mutu produk roti.
Mutu simpan dari produk roti menjadi parameter yang sangat penting hal ini dikarenakan mutu produk roti yang baik adalah produk roti tersebut tetap segar walaupun telah disimpan dalam jangka waktu lama. Pengerasan pada roti selama penyimpanan tidak diinginkan. Penambahan amilase akan mendegradasi pati menjadi senyawa dextrin sehingga kristalisasi pati yang dapat menyebabkan proses pengerasan pada produk roti tidak terjadi.
Senyawa dextrin dapat menghambat proses pengerasan produk roti karena adanya dekstrin akan mencegah terjadinya ikatan silang antara molekul pati- protein. Formasi senyawa dextrin yang terlarut ini mempunyai hubungan yang erat dengan proses pengerasan pada produk roti, sehingga semakin tinggi
jumlah dextrin yang terbentuk selam proses degradasi molekul pati tersebut maka laju pengerasan pada produk roti dapat terhambat secara signifikan.
Dengan penerapan dan pemanfaatan yang luas dalam industri pangan, enzim amilase memainkan peran kunci dalam meningkatkan kualitas dan efisiensi produksi berbagai produk pangan. Keberadaan amilase dalam proses produksi pangan memberikan banyak keuntungan, mulai dari peningkatan efisiensi hingga kualitas produk yang lebih baik, sehingga sangat penting bagi industri pangan modern.
