REVIEW JURNAL ENZIM PANAGANOPEN JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY STUDI KINETIKA FERMENTASI TEBU MENGGUNAKAN SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Disusun Oleh:Nama: Aluh KarmilaNim: J1A013003

PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGANFAKULTAS TEKNOLOGI PANGAN DAN AGROINDUSTRIUNIVERSITAS MATARAM2015

KATA PENGANTARPuji dan syukur kita panjatkan kepada Allah SWT. Salawat dan salam kita kirimkan kepada junjungan kita, Nabi Muhammad SAW, karena atas karunia-Nyalah review ini dapat diselesaikan yang insyaallah tepat pada waktunya. Dalam review ini akan dibahas tentang kinetika fermentasi tebu menggunakan enzim yang dihasilkan oleh saccharomyces serevisiae dan aplikasi Saccharomyces cerevisiae pada fermentasi wine dari markisa kuning serta penggunaan sisa ragi Saccharomyces cerevisiae pada bir untuk ekstraksi -glukan dari dinding sel Saccharomyces cerevisiaePenulis menyadari bahwa review ini masih terdapat banyak kekurangan. Akhirnya, kritik, saran, dan masukan yang membangun sangat penulis butuhkan untuk dijadikan pedoman dalam penulisan ke arah yang lebih baik lagi. Serta rasa Terimakasih penulis ucapkan kepada berbagai pihak yang telah membantu melengkapi isi dari review ini. Semoga review ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amiin.

Mataram, 15 Oktober 2015

Penyusun

DAFTAR ISIHALAMAN JUDUL iKATA PENGANTAR iiDAFTAR ISI iiiPENDAHULUAN 1METODE PENELITIAN 4PEMBAHASAN 6KESIMPULAN 12

LAMPIRANiii

SEBUAH STUDI KINETIKA FERMENTASI TEBU MENGGUNAKANSACCHAROMYCES CEREVISIAEPENDAHULUANLatar Belakang dan Tujuan PenelitianFermentasi biomassa menggunakan enzim yang cocok untuk mendapatkan alkohol dalam beberapa tahun terakhir menarik perhatian pemegang saham di sektor industri. Alkohol dari sumber nabati berguna sebagai komponen bio-diesel terbarukan serta untuk produksi berbagai bahan kimia yang bermanfaat seperti surfaktan, pelarut untuk cat, penghilang noda, tinta dan perekat. Selain itu, alkohol digunakan untuk tujuan pengobatan, farmasi, penyedap dan minuman. Ogunye dan Susu telah melakukan penelitian fermentasi pada jus nanas, sementara Holberg menyelidiki pada jus anggur. Pada semua penelitian ini, informasi kinetik yang diperlukan untuk produksi industri yang masih kurang. Namun, nilai gizi yang terdapat pada jus tebu per 28,35 g jus tebu meliputi: energi (111,13 kJ), karbohidrat (27,5 g), protein (0,27 g), kalsium (11,23 mg), besi (0,37 mg), kalium (41,96 mg), dan natrium (17,01 mg). Fitur utama dari enzim adalah bahwa enzim sangat efektif sebagai katalis-menyediakan alternatif dan rute yang sederhana lebih dari katalis kimia. Reaksi katalis enzim biasanya ditandai dengan tingkat nilai yang sangat tinggi dari urutan 104-109 dan spesifisitas yang tinggi. Penentuan aktivitas spesifik Saccharomyces cerevisiae terhadap tebu adalah tujuan utama dari penelitian ini.Teori Fermentasi KinetikEnzim [E] dikatalisasi reaksi yang melibatkan substrat tunggal [S], tingkat bervariasi linear dengan konsentrasi substrat pada konsentrasi rendah (kinetika urutan pertama) dan pada konsentrasi tinggi; tingkat menjadi independen dari konsentrasi substrat (Zeroth kinetika orde). Atas dasar ini, skema reaksi dapat dinyatakan dalam rumus.

di mana[E] = enzim (ragi)[S] = substrat,[ES] = enzim - substrat kompleks, dan[P], produk.K1 lebih lanjut adalah tetapan laju untuk pembentukan kompleks [ES], K1 dekomposisi kompleks ES untuk E dan S, dan K2, konstanta katalitik atau jumlah omset enzim. Karena dalam kebanyakan reaksi enzim, substrat jauh lebih besar dari enzim dan konsentrasi [ES] jauh lebih sedikit dibandingkan dengan substrat, menerapkan pendekatan steady state untuk [ES] kompleks diberikan oleh:

Sementara laju pembentukan produk (Rp) adalah:

dimana Km, konstanta Michaelis diberikan oleh

Tingkat maksimum atau batas tingkat, Vmax reaksi dianggap tingkat di mana semua molekul enzim dalam bentuk kompleks [ES] yaitu [E]o = [ES]. Oleh karena itu Vmax sebanding dengan [E]o.

Subtitusi ke Persamaan (5) dalam Persamaan (3) memberikan

Dari Lineweaver Burk dan [9], kebalikan dari Persamaan (6) adalah:

di mana Vmax dan km dapat dievaluasi dari sebidang 1/vo vs 1/[S] sementara k2 pada prinsipnya diperoleh dari plot Vmax dibandingkan [E]o (Persamaan (5). Selain itu, Michaelis Menten juga dianggap bahwa tingkat awal pembentukan produk vo diberikan oleh;

Atas dasar tingkat menentukan langkah dan keseimbangan nilai-nilai [E] = [E] o - [ES]; [S] o - [ES] pada waktu t. Dari pertimbangan persamaan 4, jika k-1 >> k2, karena itu km = ks = k-1 / k1 dapat diperlakukan sebagai disosiasi konstan (ks) i.e .: ks = k-1 / k1 = [E] [S] / [ES]

Memperluas dan membagi berdasarkan [ES] memberikan:

Substitusi Persamaan (10) ke dalam Persamaan (8) memberikan:

Kebalikan dari vo memberikan:

Sebuah pertimbangan Persamaan (7) dan (12) membuktikan bahwa: Vmax = k2 [E]o. Harus dicatat bahwa, km bisa disamakan dengan ks hanya bila k-1 >> k2. Dalam kondisi ini, km dianggap sebagai ukuran kekuatan [ES] kompleks: dan km = k-1 / k1 dari Persamaan (4).Ketika k1 sangat kecil, km besar menunjukkan mengikat lemah antara enzim dan substrat.BAHAN DAN METODE2.1. Bahan eksperimentalTebu, pH meter standar dengan larutan buffer yang sesuai (buffer 4) dan ragi (Saccharomyces cerevisiae). Wadah fermentasi, botol dan alat pengukur suhu air.2.2. Persiapan Jus TebuTebu dicuci, dikupas, dipotong- potong, dan ditumbuk dalam mortir. Serat kemudian secara manual pemeras dengan tangan hingga sari-sari tebu atau jus tebu keluar. Jus diperoleh, disterilkan dengan pemanasan dalam aluminium pada suhu 90oC selama 40 menit dan kemudian didinginkan. Setelah pendinginan, 3000 cm3 diperoleh dari 5,632 kg tebu. Jus disaring dan dimasukkan 3% Natrium metabisulfit, (Na2S2O5) untuk menghambat pertumbuhan jenis yang tidak diinginkan dari mikroorganisme seperti bakteri asam asetat, khamir asing dan kapang. Setelah itu jus dipindahkan ke dalam wadah fermentasi.2.3. Prosedur percobaanWadah/bejana fermentasi dicuci dan kemudian disterilkan dengan larutan 3% Natrium Metabisulfit selama 5 menit. 1000 cm3 jus disterilisasi pada suhu 90oC dan diatur pH sesuai yang dibutuhkan dengan penambahan senyawa 0,1 M HCl atau 0,1 M NaOH. Tujuh botol substrat disiapkan untuk masing-masing tujuh kali pengambilan sampel pada 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, dan 210. Sampel difermentasi dalam botol polimer disegel dengan tabung yang terhubung untuk estimasi produksi gas. 1 gr ragi ditambahkan ke masing-masing fermentor. Substrat dan ragi dicampur dengan kocokan dan ragi dibiarkan aktif selama 20 menit. CO2 yang keluar dicegah dengan menyegel lubang udara dengan sol jelly. CO2 yang dihasilkan di setiap botol disegel dikumpulkan dalam air dan diukur dengan titrasi, dengan 0.1 M larutan NaOH menggunakan indikator fenolftalein.

2.3.1. Penentuan Pengaruh SuhuPengaruh suhu pada kinetika fermentasi ditentukan dengan menjaga faktor-faktor lain seperti konsentrasi substrat, pH jus, konsentrasi ragi, dan waktu konstan fermentasi. Suhu bervariasi antara 30oC 42oC, menggunakan bak air.2.3.2. Penentuan Pengaruh Konsentrasi SubstratDalam menentukan pengaruh konsentrasi substrat pada kinetika fermentasi, semua faktor-faktor lain seperti suhu, pH, konsentrasi ragi, dan waktu fermentasi yang dijaga. Konsentrasi substrat bervariasi antara 20-80 (v/v%).2.3.3. Penentuan Pengaruh PHKonsentrasi substrat, suhu, waktu fermentasi dan konsentrasi ragi disimpan konstan dalam menentukan pengaruh pH pada kinetika fermentasi. pH meter yang telah distandarisasi dengan larutan buffer 4. pH bervariasi dengan penambahan 0,1 M H2SO4 atau 0,1 M NaOH dengan nilai pH yang dibutuhkan dan diukur dengan pH meter. pH jus bervariasi antara 3,0-6.0 (pH).2.3.4. Penentuan Pengaruh Ragi KonsentrasiPengaruh konsentrasi ragi pada fermentasi ditentukan dengan memvariasikan konsentrasi ragi antara 1-7 (w/v%).2.3.5. Penentuan Tingkat FermentasiTingkat fermentasi diukur sebagai volume CO2 yang dihasilkan pada interval 30 menit dari waktu.

Hasil dan PembahasanData tentang pengaruh suhu, konsentrasi substrat, pH, dan konsentrasi ragi pada fermentasi tebu dengan Saccharomyces cerevisiae disajikan dalam Tabel 1-4.Tabel 1. Pengaruh suhu pada laju fermentasi menggunakan50 (v / v%) substrat, ragi 1.0 (w/v%), dan pH 5.0.Pengaruh suhu: Data pada pengaruh suhu pada tingkat fermentasi ditun-jukkan pada Tabel 1 dan diplot pada Gambar 1 sebagai tingkat fermentasi terhadap suhu (C). Hal ini diamati bahwa tingkat produksi CO2 meningkat hingga 36oC dan kemudian menurun. Hasil lebih lanjut menunjukkan bahwa meskipun ada berbagai suhu ketika enzim aktif, ada kisaran sempit suhu (35C-36C) di mana aktivitas enzim maksimal. Plot mengisyaratkan reaksi dua tahap yang dikuatkan oleh rilis cepat dari CO2 pada tahap awal fermentasi, diikuti oleh penurunan atau slow release gas. Kenaikan awal di tingkat dengan suhu diharapkan fungsi dari peningkatan energi kinetik rata-rata dari molekul. Namun, peningkatan lebih lanjut dalam suhu di luar 36C akan memicu kerusakan struktur enzimatik karena getaran termal peningkatan enzim.Gambar 1. Variasi tingkat fermentasi dengan suhu substrat menggunakan 50 (v/v%) substrat, ragi 1.0 (w/v%), dan pH 5.0.

Tabel 2. Pengaruh konsentrasi substrat pada laju fermentasimenggunakan 1.0 (w / v%) ragi, di 30C dan pH 5.0.Pengaruh konsentrasi substrat: Data pada pengaruh konsentrasi substrat pada laju fermentasi ditunjukkan pada Tabel 2 dan pada Gambar 2. Gambar tersebut menunjukkan bahwa tingkat fermentasi bervariasi dalam proporsi konsentrasi substrat hingga 50 (v/v% ). Namun, peningkatan konsentrasi lebih lanjut dalam substrat tidak berpengaruh pada laju reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa pada tahap awal reaksi, semua enzim akan aktif hingga jenuh dan karena itu peningkatan lebih selanjutnya pada penambahan konsentrasi substrat tidak dapat meningkatkan tingkat fermentasi. Plot menunjukkan bahwa ada berbagai konsentrasi ketika enzim aktif.Gambar 2. Variasi tingkat fermentasi dengan konsentrasi substrat menggunakan 1.0 (w/v%). Ragi, di 30oC dan pH 5.0.

Tabel 3. Pengaruh pH pada tingkat fermentasi menggunakan50 (v/v%) substrat, 1.0 (w / v%) ragi, di 30oC.Pengaruh pH: Tingkat fermentasi meningkat sehubungan dengan pH (yaitu, 3,0-5,5). Data yang ditunjukkan pada Tabel 3 dan diplot sebagai tingkat fermentasi terhadap pH (Gambar 3). Hasil ini sesuai dengan kisaran pH optimal Saccharomyces cerevisiae 4,5-5,5. Di luar kisaran pH optimum, sel-sel enzim kurang toleran terhadap lingkungan pH dan kurang aktif dan kurang efisien dalam konversi substrat. Angka tersebut menunjukkan bahwa ada pH maksimal pada aktivitas enzim.Gambar 3.Variasi tingkat fermentasi dengan ph substrat menggunakan 50 (v/v%) substrat, 1.0 (w/v%), pada 30C.

Pengaruh konsentrasi ragi: Data pada pengaruh konsentrasi ragi pada tingkat fermentasi ditunjukkan pada Tabel 4 dan diplot pada Gambar 4 sebagai tingkat fermentasi terhadap konsentrasi ragi (w/v%). Hal ini menunjukkan bahwa meskipun ada berbagai konsentrasi ragi, (enzim) tetap aktif.Tabel 4. Pengaruh konsentrasi ragi pada tingkat fermentasi meng-gunakan 50 (v/v%) substrat, di 30C, dan pH 5.0.

Gambar 4. Variasi laju fermentasi dengan konsentrasi ragi (w/v%) menggunakan 50 (v/v%) substrat, pada 30 C dan pH 5.0.

Tabel 5. Nilai dari k dan n untuk fermentasi tebu menggunakan Saccharomyces cerevisiae.Pada Tabel 5 dan table 6 akan ditampilkan parameter kinetik: ting-kat keseluruhan k konstan, urutan n reaksi awal, tingkat maksimum fermentasi Vmax, katalitik konstan. Hal ini terlihat (Tabel 5) bahwa laju k keseluruhan konstanta terhadap suhu (1,35-min 1); konsentrasi substrat (1,53-min 1); konsentrasi ragi (1,13 min-1) dan pH (1,87 min-1). Tabel 5 lebih lanjut menunjukkan bahwa laju reaksi sangat tergantung pada konsentrasi substrat dan semua kondisi lain seperti suhu, konsentrasi ragi dan pH memiliki ketergantungan tingkat rendah, melainkan membatasi satu di kisaran optimum. Yang paling penting, parameter kinetik sangat dihargai dalam proses fermentasi ditunjukkan pada Tabel 6. Tingkat maksimum fermentasi Vmax menjadi 2,0102 M-1. Nilai tersebut merupakan kecepatan maksimum.Tabel 6. Parameter kinetika untuk fementation tebu menggunakan Saccha-romyces cerevisiae.

Disosiasi ks konstan 2.74 103 kompleks enzim-substrat. Km konstan 2.74 103M, yang biasanya digunakan untuk mengkarakterisasi sistem enzim-substrat tertentu. km sama dengan konsentrasi substrat yang diperlukan untuk memberikan setengah kecepatan maksimum. Nilai km dalam penelitian ini cukup besar (Tabel 6) dengan mengacu pada nilai-nilai km diketahui yang terletak di antara 10-1 dan 10-6 M. Nilai besar menunjukkan bahwa ikatan antara enzim dan substrat sangat lemah sehubungan dengan tebu dan Saccharomyces cerevisiae [E]. Nilai besar km yang diperoleh hanya mungkin dapat dilakukan jika dekomposisi konstan k-1 dari ES untuk E + S jauh lebih besar dari k2, konstanta katalitik seperti yang terlihat dari data pada Tabel 6; dan juga jika tingkat pembentukan k1 konstan kompleks ES dari E dan S adalah sangat kecil. -K 1 yang >> k2, karena itu km = ks = k-1/k1 menegaskan nilai-nilai km (2,74103) dan ks = 2,74103 ditunjukkan pada Tabel 6. Mengingat nilai k2 (1,81 10-1 min-1) pada Tabel 6, k2 sering terletak di antara 0,5 dan 104S-1. Hal ini menunjukkan bahwa langkah kesetimbangan yang melibatkan k-1 termodinamika lebih disukai dari langkah 2 yang melibatkan k2 (konstanta katalitik). Aktivitas spesifik adalah unit aktivitas enzim per gram protein (ragi). Hal ini ditemukan untuk menjadi 110-1. Sebuah unit enzim diambil menjadi jumlah yang akan mengkatalisis reaksi dari unit substrat per menit. Kegiatan demikian spesifik dalam kaitannya dengan enzim adalah rasio aktivitas enzim dengan berat total enzim hadir dalam campuran. Hal ini diperoleh dengan menyilangkan fermentasi terhadap enzim dan konsentrasi ragi.Aplikasi Saccharomyces cerevisiae juga diteliti pada proses pembuatan wine markisa kuning pada jurnal Dampak strain ragi komersial pada fermentasi anggur dan pembentukan metabolit dari markisa kuning (Passiflora edulis Sims F. flavicarpa Degener) dengan tujuan penelitian yaitu untuk meneliti dampak dari strain ragi komersial pada fermentasi kinetik dan pembentukan metabolit, untuk asam organik misalnya, asetaldehida, keto asam (piruvat dan -ketoglutarat), gliserol dan alkohol lebih tinggi dari anggur markisa. Metode penelitian yang dilakukan yaitu dengan pembuatan jus markisa, persiapan ragi dengan tiga konsentrasi yang berbeda, proses fermentasi, proses analisa dan terakhir dilakukan analisa statistik. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah percobaan dengan tiga strain ragi komersial yang berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda-beda pada komposisi dan senyawa aroma yang mudah menguap dari wine markisa kuning. Ketiga strain ragi dapat menghasilkan wine markisa kuning berkualitas baik dan beraroma wine khas buah.Pengaplikasian Saccharomyces cerevisiae juga diteliti pada jurnal optimasi eta-glukan ekstraksi dari limbah bir saccharomyces cerevisiae menggunakan autolisis, enzim, ultasonik dan kombinasi enzim-perlakuan ultasonik dengan tujuan penelitian yaitu untuk untuk mengetahui kondisi optimum untuk ekstraksi -glukan dari dinding sel S. cerevisiae oleh autolisis, enzim, USG dan dikombinasikan metode enzim-USG. Metode penelitian yang dilakukan yaitu prosedur untuk mempersiapkan -glukan dari jamur menghabiskan, optimalisasi gangguan dinding sel, metode analisis, perhitungan dinding sel khamir. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah beta-Glucan yang diperoleh dari ragi sisa fermentasi bir memiliki sifat yang bermanfaat bagi produksi pangan. Penggunaan ragi sisa fermentasi bir untuk isolasi -glukan ditujukan untuk industri makanan yang akan menunjukkan nilai teknologi dan nilai ekonomis pabrik minuman bir.

KESIMPULANPersilangan plot telah menunjukkan bahwa pada tingkat maksimum, 13 w/v% ragi memerlukan 44 v/v% substrat untuk fermentasi; sementara pada setengah tingkat maksimum, 5 w/v% ragi fermentasi 27 v/v% dari substrat. Informasi ini praktis penting bagi insinyur proses fermentasi.Percobaan dengan tiga strain ragi komersial yang berbeda menunjukkan pengaruh yang berbeda-beda pada komposisi dan senyawa aroma yang mudah menguap dari wine markisa kuning. Semua tiga takaran ragi dapat menghasilkan wine markisa kuning berkualitas baik dan berkontribusi aroma wine khas buah. Strain A dan B menunjukkan parameter fermentasi yang paling beragam dan diproduksi konsentrasi tinggi etil ester asam lemak, yang berkontribusi terhadap bau yang sangat harum seperti aroma khas buah pada wine markisa kuning. Namun, takaran ragi B juga menghasilkan konsentrasi tinggi asetaldehida, asam asetat dan ester asetat dalam wine markisa kuning. Takaran ragi C mengembangkan jumlah tertinggi asam dan keto asam laktat, terutama piruvat dan -ketoglutarat, yang memiliki implikasi untuk stabilitas anggur dan kualitas.Sebagai hasil dari penelitian yang luas, yang bisa diharapkan meningkatkan penerapan -glukan dalam produksi pangan dalam waktu dekat. beta-Glucan yang diperoleh dari ragi sisa fermentasi bir memiliki sifat yang bermanfaat bagi produksi pangan. Penggunaan ragi sisa fermentasi bir untuk isolasi -glukan ditujukan untuk industri makanan yang akan menunjukkan nilai teknologi dan nilai ekonomis pabrik minuman bir. Dengan tujuan melestarikan struktur -glukan dan bioaktivitas, enzim dan ekstraksi USG adalah salah satu metode yang potensial.