ENZIM DALAM INDUSTRI PANGAN 1

1. Pendahuluan

• Enzim adalah molekul protein yang dihasilkan oleh setiap sel hidup.• Semua reaksi kehidupan hanya dapat berlangsung jika ada enzim.• Sifat enzim : 1) biokatalisator, 2) Efisien, 3) Selektif.• Penggolongan enzim menurut International University of

Biochemistry : 1. Oksidoreduktase2. Transferase3. Hidrolase4. Liase5. Isomerase6. Ligase

• Komponen enzim : Protein (apoenzim) sebagai komponen utama, dan Logam sebagai koenzim.

• Aktivitas enzim dipengaruhi lingkungan: pH, suhu, pelarut, kekuatan ion, inhibitor dan aktivator.

• Penggunaan enzim : 1) Enzim komersial untuk keperluan industri. 2) Riset, para ahli pangan menggunakan berbagai enzim untuk memperbaiki teknologi pangan dan memanfaatkan sumber pangan baru.

• Teknologi imobilisasi enzim mampu meningkatkan daya tahan enzim dan efisiensi penggunannya.

Sifat umum enzim :1. Efisiensi katalisis lebih dari 104-106 mol subtrat per menit pada To

rendah yakni 25-50oC. Pengaruhnya bagi teknologi pangan :a. Menguntungkan pengolahan panganb. Sangat merugikan penyimpanan pangan.2. Masih aktif pada To oCSebab : a. kemampuan katalisis

b. Energi aktivasi Penting : Pengetahuan bagaimana mengaktifkan enzim.3. Aktivitas sangat spesifik- Bekerja hanya pada subtrat tertentu. Katalisator anorganik

umumnya tidak spesifik.- Keuntungan :Dapat mengubah bahan pangan secara spesifik.4. Aktivitas yang sangat spesifik dan sensitif untuk reaksi tertentu,

cocok untuk analisis pangan

2. Nomenklatur Enzim• Dua jenis nama : 1) Nama umum/trivial, 2) Nama Sistematik.• Sistematik :a. Pemberi nama: Commission on Nomenclature and Classification

of Enzymes (Bagian dari : International Union of Biochemistry).b. Cara penamaan : - 4 nomor

- Dipisahkan oleh titikNomor 1 : - Kelas/kategori enzim - Ada 6 kelas yakni : (Oksidoreduktase, transferase, hidrolase,

Liase, Isomerase, Ligase).Nomor 2 : Sub kelas (subtrat atau jenis reaksi).Nomor 3 : Tipe aktivitas enzim. Misal Ko-enzim NAD+

Nomor 4 : Nomor seri dalam sub kelas.

Contoh : -amilase (nama trivial)

E. C. 3. 2. 1. 2. : - 1,4-glukan moltohidrolase (nama sistematik).

Enzyme CommissionSuatu hidrolaseSubtrat : karbohidratJenis KHO : Glukan (KHO terdiri dari unit-unit glukose)Merupakan enzim ke-4 yang diberi nama dalam seri tertentu.

Kelas-Kelas Enzim1. Oksidoreduktase- enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi.- Nama trivial : dehidrogenase, oksidase, peroksidase.2. TransferaseEnzim yang mengkatalisis transfer gugus asam amino, karboksil,

fosforil dari molekul satu ke molekul lain.3. Hidrolase- Enzim yang memutuskan ikatan antara atom C dan atom

lain, dengan memasukkan 1 molekul H2O.- Nama trivial : esterase, peptidase, amilase, fosfatase,

pepsin, tripsin.4. LiaseEnzim yang memutuskan ikatan C-C, C-S dan C-N (terkecuali

ikatan peptida)

5. Isomerase- Enzim yang mengkatalisis penyusunan kembali secara intra

molekuler.- Nama trivial : Epimerase, rasemase, Mutase.6. Ligase- Enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan-ikatan C dengan

atom-atom O, S, N dll.

Enzim-Enzim Penting Dalam Pengolahan Pangan1. Hidrolase (paling banyak).2. Oksidoreduktase3. IsomeraseFisiologi pasca panen/potong : semua enzim penting.

Enzim terdiri dari :Holo-enzim : apo enzim + (ko faktor/ko enzim/gugus prostetik).Holo-enzim : enzim secara keseluruhanApo enzim : Bagian protein dari enzimKo faktor/ ko enzim : senyawa yang diperlukan enzim untuk melangsungkan reaksi yang

dikatalisis. Dapat berupa molekul organik kecil tahan panas, misalnya vitamin.

Contoh Piruvat DH. Ko faktor : asam lipoat, Tiamin pirofosfat, FAD Dapat berupa mineral, contoh Cu pada fenolase. Umumnya mudah lepas dari apo enzim. Gugus prostetik : ko faktor yang terikat dengan kuat pada apo

enzim.

3. Struktur Enzim

- Umumnya enzim merupakan molekul besar

- Hanya bagian kecil yang perlu untuk aktivitas katalisis yaitu sisi aktif.

Bagian enzim yang dapat mengikat substrat atau gugus prostetik.

Bentuk 3 dimensinya ditentukan oleh susunan asam aminonya.

Pada sisi akktif hanya dapat masuk substrat/gugus prostetik yang struktur 3 dimensinya cocok. Reaksi sangat spesifik.

4. Peranan Enzim Dalam Teknologi Pangan

1. Dalam pemasakan/Pematangan Buaha. Reaksi pati ke gula : bahan menjadi manis.b. Menguraikan senyawa pektin : buah menjadi lunak.c. Sintesis pigmen : Timbul warna-warna buah matang.d. Sintesis zat-zat aroma.2. Setelah Pemanenan/Pemotongan Hewan, enzim terus aktif

sehingga bisa lewat masak/busuk.3. Proses Fermentasi : Enzim dihasilkan oleh mikroorganisme.Contoh: Pembuatan tape, anggur, bir dan tempe.4. Dalam Proses pengolahan enzim dapat ditambahkan dalam

bentuk murni.Contoh : a. Hidrolisis pati ke dekstrin, ke sirup.

b. Pelunakan daging: papain, bromelin.c. Klarifikasi sari buah buah-buah anggur.d. Koagulasi susu dalam pembuatan keju dengan renin.5. Dalam proses pengolahan perlakuan pemasakan berfungsi untuk :a.Membunuh mikroorganisme patogen dan pembusuk.b.Inaktivasi enzim (blansing)Tujuan: Meperpanjang masa simpan.

5. Spesifitas Enzim Aktivitas katalitik enzim sangat selektif. Artinya suatu enzim

umumnya mengkatalisis :a. Sejumlah kecil reaksi-reaksi kimia.b. Sering juga hanya 1 jenis reaksi.Contoh :a. Tripsin : Memecah ikatan peptida pada sisi karboksilat dari

residu lisin atau arginin.b. Amilase: memutus ikatan glikosidik -1,4. Tingkat spesifitas enzim berbeda-beda. Jenis-jenis spesifitas enzim :1. Spesifitas stereokimia. Bekerja pada isomer-isomer optik

tertentu, misal: D-asam amino atau L-asam amino.

2. Spesifitas kelompok/fungsional. Memutuskan ikatan gugus fungsional tertentu.

Contoh: Tripsin, protease yang hanya aktif pada ikatan peptida pada sisi karboksilat dari arginin atau lisin.

3. Spesifitas rendah : Enzimyang tidak membedakan jenis substrat, tetapi hanya spesifik pada ikatan yang akan diputus.

4. Spesifitas absolut : - Enzim yang menyerang satu jenis substrat (tunggal)- Mayoritas enzim termasuk golongan ini. Contoh : a. Enzim laktat dehidrogenas

LaktatL(+)-A laktat A piruvat

DH

B . Lipase: Memutus ikatan ester a lemak-alkohol dari senyawa ester organik antara lain trigliserida.

c. Maltase: Menguraikan maltosa menjadi 2 molekul -D-Glukosa.

6. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim1. Konsentrasi enzim2. Konsentrasi substrat: makin rendah konsentrasi substrat,

makin cepat reaksi.3. Suhu: Kecepatan reaksi meningkat hingga tercapai suhu

tertentu, diatas suhu tsb reaksi akan menurun kembali.4. Keberadaan aktivator dan inhibitor

7. Pengaruh pH

• Enzim bersifat amfolitik:mempunyai konstanta disosiasi pada gugus asam maupun basa, terutama pada gugus residu terminal karboksil dan gugus terminal amonianya. Sehingga pH dapat mempengaruhi kecepatan reaksi karena :

1. pH dapat mempengaruhi subtrat2. pH dapat mengakibatkan perubahan-perubahan pada enzim.3. pH enzim dapat mengakibatkan denaturasi protein.Setiap jenis enzim mempunyai pH optimum sendiri, tapi

umumnya berkisar antara 4,5-8,9.Contoh enzim yang mempunyai pH optimum ekstrim:- Pepsin : pH 1.8- Arginase: pH 10,0

• Pada kisaran pH ekstrem, baik asam maupun basa, terjadi inaktivasi enzim yang irreversible. Pada kisaran yang lain, inaktivasi masih bersifat reversible.

pH Optimum Berbagai Enzim- Rennin : pH 4,5- Pepsin : pH 1,8- Tripsin : pH 8,0-9,0- Amilase : pH 4,8 - Invertase : pH 5,0- Pektin-esterase : pH 6,5-8,0

• pH optimum hanya berlaku untuk suatu substrat tertentu saja. Jika suatu enzim dapat bekerja pada berbagai substrat, pH optimumnya juga berbeda2.

Contoh : enzim metil esterase (kapang) pH opt 5,0 Enzim sama (kacang merah) pH opt 8,5

• Pengendalian pH:1. Industri pangan: pengaturan pH ditujukan untuk mendapat

keaktifan enzim maksimal.2. Proses pengolahan pangan, keaktifan enzim tertentu tidak

dikehendaki, sehingga harus dicegah/dihambat.Contoh: Browning akibat enzim fenolase dihambat dengan

penurunan pH hingga 3,0 (pH opt fenolase 6,5). Ditambahkan as sitrat, asam malat dll.

• Pengaruh Garam: peningkatan kadar elektrolit mempengaruhi tk kelarutan protein.

“Salting in”: penggunaan larutan garam untuk melarutkan beberapa jenis protein.

“Salting out”: beberapa jenis larutan garam (amonium sulfat) digunakan supaya protein/enzim tidak larut (untuk mengisolasi protein)

8. Enzim Yang Menghidrolisis Karbohidrat

Enzim karbohidrase: Amilase, invertase, laktase, selulase, pektin ometil esterase (pemecah esterase).

1. Amilase- Berfungsi memecah pati atau glikogen- Banyak terdapat pada hasil tanaman atau hewan. Misal: -

amilase (memecah pati secara acak dari tengah atau dari bagian dalam molekul; endoamilase), -amilase (menghidrolisis dari bagian luar; eksoamilase), Glukoamilase (memisahkan glukosa dari terminal gula non pereduksi substrat pati).a. -amilase (-1,4 glukan-4-glukanhidrolse, EC 3.2.1.1) terdapat pada tanaman, jaringan mamalia, mikroba.

-amilase murni dapat diperoleh dari : malt (barley), ludah manusia dan pankreas.

-amilase dapat diisolasi dari: Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis.- Cara kerja melalui 2 tahap:1. Degradasi amilosa menjadi maltosa dan maltotriosa yang terjadi secara

acak. Reaksi cepat, viskositas rendah.2. Relatif sangat lambat yaitu pementukan glukosa dan maltosa sebagai

hasil akhir, caranya tidak acak.b. -amilase (-1,4 glukan maltohidrolase, EC 3.2.1.2) terdapat pada

tanaman.- Dapat diisolasi dari: kecambah barley, ubi jalar, kacang kedelai.- Enzim -amilase memecah ikatan glikosida -1,4 pada pati dan

glikogen dengan membalikkan konfigurasi karbon anomeri (C1) glukosa dari menjadi . Karena perubahan konfigurasi dari menjadi , maka disebut -amilase.

- Enzim -amilase secara alami terdapat dalam terigu membantu pemecahan pati menjadi maltosa, senyawa yang akan digunakan oleh ragi untuk membentuk gas karbondioksida dan etanol.

c. Glukoamilase- Memecah pati dari luar dengan mengeluarkan unit-unit

glukosa dari bagian ujung pereduksi polimer pati.- Hasil reaksi hanya glukosa.- Diproduksi oleh: Aspergillus dan Rhizopus.

2. Invertase- Menghidrolisis sukrosa pada gula bukan pereduksi,

menjadi fruktosa yang sangat manis (lebih manis dari sukrosa).

- Disebut invertase: hasil hidrolisis terjdi invertase yaitu perubahan arah putaran optik.

- Nama lain: inverten, sakarase, sukrase.- Hidrolisis sukrosa sesungguhnya dikatalisis oleh 2 enzim :

1. -D-glukosidase2. -D-fruktofuranosidase- Enzim invertase diisolasi dari ragi saccharromyces cerevisiae

dan S carlbergensis.- Penggunaan invertase dlm industri pangan: industri sirup.- Hidrolisis larutan pekat sukrosa akan menghasilkan sirup

lebih manis dengan kandungan padatan terlarut yang lebih tinggi.

3. Laktase- Menghidrolisis gula susu (laktosa : 4-0-(-D-galaktopirase-

D-glukopiranosa).- Hidrolisis 1 mol laktosa menghasilkan 1 mol galaktosa dan

1 mol glukosa.- Laktase disebut -galaktosidase (EC 3.2.1.2.3)

- Sumber laktase: tanaman (peach dan apel), hewan (bagian usus jejunum), bakteri (E coli), Kapang (Aspergillus oryzae).

- Penggunaan laktase dalam industri:a. Mengurai laktosa dengan enzim ini hingga kadar laktosa

hanya tinggal 25% dari semula.b. Fermentasi susu (yoghurt), mengurangi laktose intolerance

(gejala akibat tidak tahan terhadap laktosa).4. Enzim Pektin- Pektin = jaringan tanaman (sayuran dan buah-buahan). Terdiri

dari asam pektat/asam galakturonat dengan gugus karboksil yang masih bebas dan asam pektinat yang sebagian karboksilnya telah teresterkan.

- 2 macam : 1) depolimerase, 2) pektin esterase/inponifikasi.

a. Enzim Depolimerase, dibagi lagi:1. Enzim yang memerlukan substrat asam pektinat1. a. Polimetilgalakturonase (PMG)- Endo PMG- Ekso PMG1. b. Pektin Liase (PL)- Endo PL- Ekso PL2. Enzim yang memerlukan substrat asam pektat2.a. Poligalakturonase (PG)- Endo PG- Ekso PG2.b. Pektin Liase (PAL)- Endo PAL- Ekso PAL

b. Pektin Esterase (PE)- Enzim yang menghidrolisis ester metil pada asam

galakturonat.- Terdapat : bakteri (Xantomonas campestris, tomat, anggur,

bawang, kapang (comiophera carebella).- Penggunaan : stabilitas sari buah, klarifikasi anggur.

Selulase- Polimer glukosa dengan ikatan -1,4- Selulase= -1,4 glukan-4-glukanohidrolase (EC 3.2.1.4)- Sumber: kapas, kayu- 3 jenis selulase :

1. Faktor C1, yaitu faktor yang masih belum jelas benar peranannya, diperlukan utk menghancurkan selulase dalam bentuk kristal dengan tingkat polimerisasi tinggi.

2. -glukonase; ekso--1,4-glukonase (serupa glukoamilase), dan Endo- -1,4-glukonase (menghidrolisis molekul selulase secara acak, atau disebut faktor Cx).

3. -glukosidase (afinitasnya tinggi terhadap molekul kecil).Reaksi :Selilase Selulase reaktif Selobiose glukosa C1 Cx -glukosidase

Selulase jarang digunakan dlm industri pangan. Mikroorganisme yang digunakan untuk mendapatkan selulase : Myrothecium verrucaria, Penicilium pusillum, Trichoderma viridae, T resie, T koningii, Fusarium aolani.

9. Protease- Enzim yang dapat memecah protein- Klasifikasi :1. Gol. Pertama : Enzim protease serin (bersifat endopeptidase,

memecah ikatan peptida dari dalam). Contoh : tripsin, kimotripsin, elastase dan subtilin.

2. Gol. Kedua: Enzim protease sulfhidril (mengandung gugus sulfhidril pada lokasi aktif). Enzim ini dihambat oleh oksidator, alkilator dan logam berat. Contoh : papain, bromelin, fisin.

3. Gol. Ketiga: Protease metal (aktif jika ada metal; Mg, Zn, Fe, Hg, Co, Ni dll). Enzim ini dihambat oleh EDTA (Ethylene Tetra Acetic Acid). Contoh: karboksipeptidase A, aminopeptidase.

4. Gol. Keempat: Protease asam. Pada lokasi aktifnya terdapat 2 gugus karboksil. Keaktifannya dihambat p-bromofenosil bromida. Contoh: pepsin, rennin, protease kapang.

Jenis Protease dan Sumbernya1. Papain (getah pepaya)2. Bromelain (usus)3. Ficin (buah fig)4. Mikroorganisme : aspergillus oryzae, actin myosin, bacillus subtilis.

Papain- Penggunaan: Mengempukkan daging, bir tahan dingin (chilled

proof beer).- Getah pepaya : papain, kimopapain, lisozim.- Kestabilan enzim papain pH 5,0.

Bromelin- Diisolasi dari sari/batang nenas, banyak digunakan dalam

proses chilled proofing beer.- Bir (keruh) sebab protein yang terdapat pada bir. Dengan

papain/bromelin protein akan terurai menjadi senyawa terlarut, sehingga jika bir didinginkan tidak lagi keruh.

Renin- Digunakan dalam proses pembuatan keju.- Sumbr : lambung anak sapi, anak domba, anak kambing.- Renin/kimosin (EC 3.4.2.3.4).- Renet: renin dalam bentuk kasar (dari lambung hewan,

kapang; Mucer pusillus, M michci dan Endothia parasitica).- Suhu optimum pembentukan gel : 40oC.

renin

K-kasein Glycopeptida + para K kaseinCa2+

Gumpalan/gel

- Penggunaan industri pangan: Pembuatan roti/baking, pengempukan daging, ekstraksi minyak.

10. EsteraseRCO-OR + H2O RCOOH + ROH

Ester asam alkoholContoh : enzim esterase (EC 3.1.1.1) karbolik ester hidrolase.- Enzim ini bekerja dalam hidrolisis minyak/lemak.

11. Lipase- Fungsi : mengkatalisis hidrolisis ester karboksilat, mengkatalisis trigliserida

menjadi digliserida dan asam lemak.- Lipase: aktif dlm emulsi minyak dalam air- Esterase: aktif baik pada larutan/emulsi.

12. Oksidoreduktase- Enzim yag mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi.- Contoh: glukosa oksidase, katalase, peroksidase, ascorbic acid oksidase,

lipogenase.