Materi IPA Bioteknologi Pangan

Materi IPA Bioteknologi Pangan - Bioteknologi merupakan istilah yang asing bagi sebagian orang. Namun perlu diketahui bahwa bioteknologi merupakan bidang kajian dalam ilmu biologi yang sifatnya dinamis. Karena bioteknologi ini merupakan bidang kajian yang tergolong baru dalam pengakjian biologi. Disebut dinamis karena perkembangannya akan mengikuti perkembangan zaman. Dengan semakin bertambahnya waktu dapat diperkirakan zaman akan semakin canggih yang akhirnya kelak berdampak pada perkembangan bioteknologi ini.

A. Definisi bioteknologi

Bioteknologi berasal dari istilah Latin, yaitu Bio(hidup), teknos (teknologi = penerapan), dan logos (ilmu). Artinya, ilmu yang mempelajari penerapan prinsip-prinsip biologi. Dalam arti luas, bioteknologi ialah memanipulasi organisme atau komponen organisme tersebut untuk melakukan tugas – tugas praktis atau menghasilkan produk yang bermanfaat. Dengan kata lain, bioteknologi merupakan pemanfaatn organisme dan agen- agen biologis untuk menghasilkan barang atau jasa untuk kepentingan manusia. Hal itu berhubungan dengan pemanfaatan organisme atau komponen selulernya secara terarah dan terkontrol yang melibatkan multidisiplin serta merupakan palikasi terpadu antara mikrobiologi, biokimia, biologi sel, fisiologi, genetika molekuler, rekayasa genetika, dan teknik kimia.

Menurut Perhimpunan Bioteknologi Eropa, bioteknologi diartikan sebagai penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa kimia secara terpadu dengan tujuan untuk penerapan teknologi dari kapasitas mikroba dan sel-sel jaringan yang dibiakkan. Dalam penerapan yang lain, bioteknologi saat sekarang biasa untuk rekayasa genetik. Rekayasa genetik merupakan usaha mengubah atau memanipulasi bahan atau materi genetik organisme secara invitro dengan menambah, mengganti, mengurangi, atau memodifikasi gen sehingga didapatkan organisme dengan ciri kemampuan yang baru. Gen-gen yang digunakan untuk rekayasa genetik dapat berasal dari organisme sejenis atau organisme yang berbeda jenis tanpa mengenal batas spesies. Rekayasa genetik dilakukan dengan cara yang disebut teknik rekombinan DNA. Teknik ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan peralatan yang canggih.

Berdasarkan dua pengertian bioteknologi tersebut, maka bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika secara terpadu untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia. Biokimia mempelajari struktur kimiawi organisme. Adapun rekayasa genetika adalah aplikasi genetik dengan mentransplantasi gen dari satu organisme ke organisme lain. Ciri-ciri utama bioteknologi sebagai berikut.

a. Adanya agen biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan, atau hewan.

b. Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri.

c. Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian.

Objek kajian dan aplikasi bioteknologi mulai dari produksi makanan yang difermentasi, bahan kimia berupa antibiotika, enzim, etanol, asam cuka, asam sitrat, hingga produksi energi seperti biogas, fiksasi nitrogen, dan penemuan minyak. Saat ini, aplikasi bioteknologi tidak hanya pada mikroorganisme saja, namun pada tumbuhan dan hewan.

B. Sejarah perkembangan bioteknologi

Bioteknologi telah dimanfaatkan di segala bidang, antara lain di bidang industri, kesehatan, pertanian, dan pengelolaan lingkungan. Sebenarnya, pemanfaatan mikroorganisme telah dilakukan sejak dahulu kala. Misalnya, untuk membuat roti dan bir telah dimulai sejak 6.000 tahun SM dan pemanfaatan ragi untuk membuat roti yang mengembang dimulai sejak 4.000 tahun SM. Pada tahun 1512, tiga bahan kimia yang penting, yaitu aseton, butanol, dan gliserol diperoleh dari bakteri. Tahun 1797, Edward Jenner menggunakan mikroorganisme hidup untuk menghasilkan vaksin penyakit cacar. Tahun 1928, Alexander Fleming menemukan penisilin dari jamur Penicilium, tetapi produksi secara besar baru dilaksanakan pada tahun 1944. Pada ahun 1962, dimulai penggabungan uranium dengan bantuan mikrobia.

Louis Pasteur

Bioteknologi makin berkembang setelah kemampuan mikroorganisme melakukan fermentasi berhasil diselidiki. Penelitian mengenai fermentasi dipelopori oleh Louis Pasteur sehingga ia dianggap sebagai Bapak Bioteknologi. Semula bioteknologi dikembangkan dalam kondisi yang tidak steril

Sekitar tahun 1940 diperkenalkan teknik sterilisasi kultivasi massa mikroorganisme untuk menjamin bahwa proses biologis tertentu dapat berlangsung tanpa kontaminasi mikroorganisme. Caranya, dengan terlebih dahulu melakukan sterilisasi media dan bioreaktor serta menggunakan peralatan yang menghindari masuknya kontaminan sehingga hanya biokatalis yang diinginkan saja yang ada dalam reaktor. Sedangkan, perkembangan Bioteknologi secara modern terjadi setelah penemuan struktur DNA sekitar tahun 1950 yang diikuti dengan penemuan-penemuan lainnya. Penemuan ekspresi gen, enzim pemotong DNA, menciptakan DNA rekombinan dengan menggabungkan DNA dari dua organisme yang berbeda, dan kloning merupakan contoh Bioteknologi modern.

Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan dan minuman adalah sebagai berikut.

a. Pembuatan Tape

Tape merupakan makanan hasil fermentasi yang mengandung alkohol. Makanan ini dibuat dari beras ketan ataupun singkong dengan jamur Endomycopsis fibuligera, Rhizopus oryzae, ataupun Saccharomyces cereviceae sebagai ragi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk meng- hasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis dan strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain:

bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik;
memperhitungkan macam dan banyak ragi yang digunakan;
memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus);
memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun);
memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya.
Adakalanya pembuatan tape ketan dilanjutkan yang akhirnya akan menghasilan brem, baik untuk diminum atau untuk kue.

b. Pembuatan Tempe

Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat. Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan dihasilkan antibiotika yang akan mencegah penyakit perut seperti diare.

c. Pembuatan Oncom

Oncom merupakan makanan yang dikenal di kawasan Jawa Barat. Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

d. Pembuatan Kecap

Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam. Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu. Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp. Coba Anda perhatikan beberapa kecap di pasaran, ada yang kental, ada pula yang encer. Kecap yang kental karena banyak ditambahkan gula merah, gula aren, atau gula kelapa, sedangkan kecap yang encer dikarenakan mengan- dung lebih banyak garam. Ada juga kecap ikan, kecap udang, dan sebagainya. Itu bisa dilakukan karena selama proses pembuatan ada penambahan sari ikan ataupun sari udang ke dalamnya.

e. Pembuatan Asinan Sayuran

Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fer- mentasi asam. Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus. Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.

f. Pembuatan Roti

Jika Anda makan roti atau donat, pernahkah Anda berpikir bila pembuatan roti atau donat itu sebenarnya juga melalui proses fermentasi? Proses fermentasi ini dibantu dengan bantuan yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Jika Anda mempunyai kesempatan memperhatikan pembuatan roti atau donat, maka adonan tepung akan mengembang. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi. Hasilnya seperti yang Anda lihat roti akan berwarna kekuningan dan lembut, tetapi jika tidak beruntung roti akan keras dan padat (bantat).

g. Pembuatan Keju

Pada umumnya keju disukai banyak orang. Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino.

Pada umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar. Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam. Misalnya, keju romano, parmesan sebagai keju sangat keras, keju cheddar, swiss sebagai keju keras yang berperan Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yang berperan Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yang berperan Pennicilium camemberti.

h. Pembuatan Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman yang terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah sehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah.

Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38oC–44oC atau selama 12 jam pada suhu 32oC. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.

i. Minuman Berakohol

Anggur dan bir merupakan sebagian dari contohnya. Mikroorganisme yang digunakan adalah khamir dari genus Saccharomyces. Minuman yang sangat terkenal yaitu anggur sebenarnya adalah buah anggur yang sudah mengandung gula sehingga dapat digunakan secara langsung oleh ragi selama proses fermentasi. Pada proses pembuatan minuman ini sudah tidak diperlukan tambahan gula lagi, apabila ingin menambah cita rasa dapat ditambahkan buah-buahan dan gula secukupnya.

Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang bersifat asam laktat karena buah anggur mengandung asam malat yang tinggi. Bakteri tersebut akan mengubah asam malat menjadi asam laktat yang lemah dan proses ini disebut fermentasi malolaktat sehingga hasil minumannya memiliki rasa yang lebih baik dan sedikit asam.

Bir sebenarnya merupakan produk yang berasal dari tepung biji padi-padian yang difermentasi oleh ragi. Hanya ragi tersebut tidak bisa menggunakan tepung itu secara langsung. Cara pembuatannya, yaitu biji padi-padian dibiarkan untuk berkecambah terlebih dahulu, kemudian dikeringkan lalu digiling, hasilnya disebut dengan malt yang berupa glukosa dan maltosa, dan proses perubahan tersebut dinamakan dengan malting. Selanjutnya baru difermentasi oleh ragi menjadi etanol dan karbondioksida.

j. Protein Sel Tunggal (PST)

Mengingat jumlah penduduk yang semakin meningkat dan masalah penyediaan bahan pangan yang semakin berkurang terasa adanya ketidakseimbangan antara hasil pertanian dan kebutuhan, bahkan sumber protein yang belum mencapai sasaran sehingga diperlukan cara baru melalui teknologi dengan hasil teknoprotein yang dinamanakan Protein Sel Tunggal (PST).Protein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme misalnya ganggang, bakteri dan berada di dalam sel mikroorganisme tersebut, coba Anda buka kembali pelajaran kelas X. Mikroorganisme tersebut memiliki protein yang beratnya mencapai 80 % dari berat total sel. Jika mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan reproduksi yang sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang singkat.

Materi IPA Bioteknologi Pangan