Bioteknologi Dengan Menggunakan Mikroorganisme

Pada umumnya bioteknologi menggunakan bantuan mikroorganisme memiliki keuntungan karena dapat tumbuh dengan cepat, mengandung protein dimana cukup tinggi, dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya misalnya dari limbah dapat menghasilkan produk yang tidak toksik dan reaksi biokimianya dapat dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri. Bioteknologi dengan menggunakan bantuan mikroorganisme dapat menghasilkan makanan dan minuman, penghasil obat, pembasmi hama tanaman, pengolah limbah, pemisah logam dari bijih logam.

1. Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan dan Minuman

Proses fermentasi dari suatu organisme dapat mengubah suatu makanan dan minuman. Ingatlah kembali pelajaran Metabolisme, proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari suatu senyawa organik & menjadi produk organik yang lebih sederhana. Mengapa mikroorganisme dijadikan sebagai sumber makanan? Hal tersebut disebabkan mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat & juga massa mikroba minimal mengandung 40% protein dan memiliki kandungan vitamin & mineral yang tinggi. Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan & minuman adalah sebagai berikut:

a. Bioteknologi 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 atau mikroorganisme pembantu proses fermentasi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah & putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk menghasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis & strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain:

a. bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik;
b. memperhitungkan macam & banyak ragi yang digunakan;
c. memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus);
d. memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun);
e memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya.

Adakalanya pembuatan tape ketan jika dilanjutkan yg akhirnya akan menghasilan brem, baik untuk diminum atau untuk kue.

b. Bioteknologi Pembuatan Tempe

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

c. Bioteknologi Pembuatan Oncom

Pernahkan Anda makan oncom? Oncom merupakan makanan yg 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 yg merupakan pewarna alami. Mikroorganisme Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yg 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 & berbagai ester yg beraroma sedap.

d. Bioteknologi Pembuatan Kecap

Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam. Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yng berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yng terjadi, tergantung pada waktu.

Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan bantuan mikroorganisme jamur Aspergillus wentii & Rhizopus sp. Coba Anda perhatikan beberapa kecap di pasaran, ada yng kental, ada pula yng encer. Kecap yng kental karena banyak ditambahkan gula merah, gula aren, atau gula kelapa, sedangkan kecap yng encer dikarenakan mengandung 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. Bioteknologi Pembuatan Asinan Sayur

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

Bagaimana cara membuat asinan sayuran? Untuk mengetahuinya lakukan percobaan berikut ini:

Tujuan : Membuat asinan sayuran
Alat dan Bahan : 

1. Kubis segar
2. Pisau
3. Stoples atau wadah yang bersih
4. Garam dan air

Cara Kerja :

1. Sediakan kubis segar sekitar 1-2 kg, rajang/iris-iris menjadi kecil dan tempatkan ke dalam tempat bersih yang ditutup misalnya stoples.
2. Tambahkan air bersih secukupnya ke dalam stoples, sampai menggenangi permukaan kubis.
3. Tambahkan garam dapur 2,5%, aduk hingga rata.
4. Bagian atas tempat ditutup dengan lembaran plastik yang diikat hingga tidak ada lubang untuk udara luar memasukinya.
5. Setelah 3 – 5 hari, ukurlah nilai derajat keasaman dengan menggunakan kertas pH. Jika sudah asam berarti proses tersebut sudah selesai & siap digunakan. Dapat juga ditambahkan bumbu sesuai, dengan selera.

Catatan :
Jika derajat keasamannya sudah sesuai, berarti prosesnya berjalan dengan baik & di dalam tempat didapatkan banyak asam organik, khususnya asam laktat yang dapat dipergunakan untuk pengawetan bahan makanan, sayuran, atau buah-buahan. Cobalah Anda membuat asinan dengan menggunakan buah misalnya mentimun!

f. Bioteknologi 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 mikroorganisme yeast atau mikroorganisme khamir yaitu sejenis jamur. Jika Anda mempunyai kesempatan memperhatikan pembuatan roti atau donat, maka adonan tepung akan mengembang. Mengapa bisa mengembang?

Mikroorganisme Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbondioksida & alkohol. Gas karbondioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang & ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi. Hasilnya seperti yang Anda lihat roti akan berwarna kekuningan & lembut, tetapi jika tidak beruntung roti akan keras & padat (bantat), coba Anda pikirkan!

g. Bioteknologi Pembuatan Keju

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

Pada umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yg 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 yg berperan adalah mikroorganisme Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yg berperan adalah mikroorganisme Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yg berperanadalah mikroorganisme Pennicilium camemberti.

h. Bioteknologi Pembuatan Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman yng terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yng 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 yng lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan mikroorganisme bakteri Lactobacillus bulgaricus dan mikroorganisme Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38^oC – 44^o C atau selama 12 jam pada suhu 32^oC. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yng membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yng diinginkan.

Yoghurt mengandung jutaan mikroorganisme bakteri menguntungkan sehingga sanggup menekan bakteri yng merugikan dalam saluran pencernaan, yoghurt juga lebih mudah dicerna dibandingkan susu biasa.

Beberapa jenis makanan hasil fermentasi dapat Anda lihat pada Tabel berikut ini!

Tabel Makanan Hasil Fermentasi dan Mikroorganisme yang berperan di dalamnya

i. Bioteknologi Minuman Beralkohol
Coba Anda sebutkan minuman yng beralkohol! Anggur & bir merupakan sebagian dari contohnya. Mikroorganisme yng digunakan adalah khamir dari genus Saccharomyces. Minuman yng sangat terkenal yaitu anggur sebenarnya adalah buah anggur yng 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 & gula secukupnya.

Bakteri yng digunakan adalah bakteri yng bersifat asam laktat karena buah anggur mengandung asam malat yng tinggi. Bakteri tersebut akan mengubah asam malat menjadi asam laktat yng lemah & proses ini disebut fermentasi malolaktat sehingga hasil minumannya memiliki rasa yng lebih baik dan sedikit asam. Coba Anda perhatikan proses pembuatannya pada Gambar berikut ini!

Proses pembuatan minuman anggur

Bir sebenarnya merupakan produk yg berasal dari tepung biji padi-padian yg 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 yg berupa glukosa & maltosa, dan proses perubahan tersebut dinamakan dengan malting. Selanjutnya baru difermentasi oleh ragi menjadi etanol dan karbondioksida.

j. Bioteknologi Protein Sel Tunggal (PST)
Mengingat jumlah penduduk yg semakin meningkat & masalah penyediaan bahan pangan yg semakin berkurang terasa adanya ketidakseimbangan antara hasil pertanian & kebutuhan, bahkan sumber protein yg belum mencapai sasaran sehingga diperlukan cara baru melalui teknologi dengan hasil teknoprotein yg dinamanakan Protein Sel Tunggal (PST).

Protein sel tunggal merupakan protein yg dihasilkan oleh mikroorganisme misalnya ganggang, bakteri & berada di dalam sel mikroorganisme tersebut. Mikroorganisme tersebut memiliki protein yg beratnya mencapai 80% dari berat total sel. Jika mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan reproduksi yg sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yg banyak dalam waktu yg singkat.

Protein sel tunggal

Contohnya :
a. Mikroorganisme Ganggang hijau Chlorella. Ganggang ini hidup di air tawar yng menghasilkan protein yng dapat dimanfaatkan untuk makanan tambahan.

b. Mikroorganisme Ganggang Spirulina juga merupakan sumber protein sel tunggal.

c. Mikroorganisme Bakteri Methylophillus methylotrophus, bakteri ini memilik kandungan protein, yaitu asam nukleat (asam inti) yng tinggi dimana sulit dicerna, dapat diolah dan digunakan sebagai makanan ternak.

Jenis mikroorganisme atau mikroba penghasil PST

2. Mikroorganisme Penghasil Obat
Mikroorganisme juga dapat membantu di bidang kesehatan yaitu dalam pengobatan, misalnya digunakan untuk antibiotik dan vaksin.

a. Antibiotik
Antibiotik sebenarnya merupakan suatu zat kimia hasil dari mikroorganisme dimana dapat menghambat pertumbuhan atau mematikan mikroorganisme lainnya. Pembuatan antibiotik ini harus dalam lingkungan steril agar terhindar dari kontaminasi yng mungkin terjadi, sehingga pertumbuhan mikroorganisme yg diinginkan dapat optimal dan menghasilkan produk yng optimal juga. Antibiotik ini pertama kali ditemukan oleh Alexander Fleming yg diberi nama Penicilin yang dihasilkan oleh Penicillium. Jamur ini hidup dengan menyerap makanan dari lingkungan dimana digunakan untuk metabolisme, bahkan dapat menghasilkan zat yng disekresikan ke lingkungannya & dapat membunuh mikroorganisme lain. Beberapa kelompok dari antibiotik adalah sebagai berikut.

1) Penicilin
Penicilin ini dapat menghambat infeksi dengan mencegah terbentuknya dinding sel bakteri sehingga tidak membahayakan sel manusia. Jadi, apabila Anda sakit disebabkan oleh bakteri atau virus, maka penggunaan antibiotik ini tidak ada gunanya.

Komponen utama penicilin adalah penisilin G yg dapat diubah menjadi bentuk-bentuk lain. Penicilin G terdegradasi oleh asam lambung sehingga lebih baik penicilin diberikan melalui suntikan. Ada juga jenis penicilin yg tidak dipengaruhi oleh asam lambung, dapat berupa sirup atau tablet.

2) Tetrasiklin
Perlu Anda ketahui tetrasiklin dihasilkan dari mikroorganisme bakteri Streptomycin aureofaciens. Tetrasiklin mengikat kalsium & diakumulasi dalam tulang & gigi yang sedang berkembang. Tetrasiklin aktif melawan bakteri yang memiliki larutan yang sama dengan penicilin.

3) Sefalosporin
Sefalosporin dihasilkan oleh mikroorganisme jamur Cephalosporium. Sefalosporin yang terbaru sangat efektif untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin.

4) Eritromisin
Eritromisin bermanfaat untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin atau dapat digunakan untuk pasien yang alergi terhadap penicilin.

5) Vaksin
Pada masa ini berjuta-juta orang melakukan vaksinasi terutama bagi anak-anak yang masih kecil. Vaksin telah membantu dalam pencegahan serangan penyakit. Vaksin berasal dari mikroorganisme yang telah dilemahkan atau dimatikan. Vaksin pada umumnya dimasukkan dengan suntikan atau oral ke dalam tubuh manusia agar aktif melawan mikroorganisme tersebut. Contohnya, vaksin disentri, tetanus, dan lain-lain.


3. Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman

Salah satu cara untuk mengurangi pencemaran lingkungan adalah penggunaan mikroorganisme sebagai pengendali hayati dalam membasmi hama tanaman. Pengendalian hama dapat digunakan dengan musuh alam; misalnya mikroorganisme bakteri di tanah dan tanaman yaitu Bacillus thuringiensis. Bakteri ini dikembangkan menjadi insektisida mikrobial, yang menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga, yaitu larva atau ulat serangga.

Tahukah Anda, Mikroorganisme Bacillus thuringiensis sekarang ini dikembangkan dengan campuran tertentu, dapat sebagai perekat dan langsung disemprotkan pada tanaman pertanian.

Saat ini telah ditemukan bakteri yang mampu membersihkan limbah beracun sekaligus menghasilkan listrik. Dapat digunakan untuk menjalankan peralatan listrik berdaya rendah. Penelitian dilakukan oleh Charles Miliken & Harold May dari Universitas Kedokteran Carolina Selatan. Desulfitobacteria berhasil mengungkap kemampuannya untuk menghancurkan & mengatasi polutan yang paling bermasalah yaitu PCB (Poychlorinated biphenyl) dan beberapa larutan kimia.

4. Mikroorganisme Yang Berperan Dalam Bidang Industri

a. Sebagai Penghasil Energi

Minyak bumi dan batu bara semakin lama akan semakin habis karena merupakan sumber daya alam tidak dapat diperbarui dan cadangannya semakin tipis. Apabila kebutuhan manusia meningkat apa yang akan terjadi? Saat ini sudah dikembangkan gas bio sebagai penghasil energi. Apa yang dimaksud dengan gas bio? Gas bio merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak dengan tangki fermenter.

Prosesnya mikrooganisme mencerna kotoran menjadi gas metana, gas ini kemudian dapat dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi seperti gas elpiji. Limbahnya sangat baik untuk pupuk tanaman. Agar lebih jelas lihat Gambar berikut:

Pembuatan gas bio

b. Sebagai Pencerna Limbah

Limbah organik di rumah tangga, industri, pasar pada umumnya dibuang ke sungai yang dapat mengakibatkan pencemaran. Mikroorganisme dapat mengolah limbah melalui penguraian secara aerob dan anaerob. Secara aerob pada beberapa mikroorganisme (bakteri, protista, dan jamur) yang menguraikan materi organik dari limbah menjadi mineral-mineral, gas-gas, dan air. Hal tersebut membutuhkan banyak oksigen. Pemrosesan limbah ada dua materi, yaitu menggunakan lumpur aktif dan proses menggunakan saringan tetes.

Sistem pengolahan dengan lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair yaitu mikroorganisme bakteri aerobik dalam suatu bak limbah yang telah diberi aerasi, bertujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Sedangkan sistem pengolahan dengan saringan tetes merupakan pengolahan limbah cair yang menggunakan biofilum yang merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar bak limbah. Hamparan tersebut berupa tumpukan arang, plastik, dan kerikil. Penguraian secara anaerob merupakan proses biologis gas bio (gas metan= CH₄). Gas bio dapat berguna sebagai sumber energi alternatif yaitu pembakaran untuk menghasilkan listrik.

Tahukah Anda bahwa mikroorganisme bakteri dapat mencerna limbah? Bakteri tersebut dimasukkan dalam bak yang berisi limbah yang diberi lubang untuk masuknya udara (aerator), sehingga limbah akan terurai dan dapat dibuang ke lingkungan yang airnya sudah dipisahkan dari endapannya. Misalnya limbah logam berat yaitu Chromium, limbah tersebut dapat direduksi oleh bakteri mikroorganisme Enterobacter cloaceae sehingga tidak akan membahayakan lagi bagi manusia.

c. Sebagai Pemisah Logam Berat

Pemisahan logam dari bijinya

Bakteri mikroorganisme Thiobacillus ferroxidans dan mikroorganisme Thiobacillus oxidans termasuk khemolitotrof, yaitu mikroorganisme bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di tempat pertambangan, peranannya sangat penting karena dapat mengekstraksi berbagai jenis logam. Bakteri ini dapat memperoleh energinya dari oksidasi zat anorganik, yaitu besi dan belerang. Bakteri ini juga dapat tumbuh dengan subur dalam lingkungan tanpa adanya zat organik, dia mampu mengekstrak karbon secara langsung dari karbon dioksida di atmosfer. Pemanfaatan mikroorganisme ini untuk memisahkan logam dari bijih logam yang diterapkan di tambang logam karena logam tidak bisa dimanfaatkan jika terikat dengan bijihnya.

d. Penghasil Asam Amino
Pada makanan sering ditambahkan monosodium glutamat, yaitu sebagai penambah cita rasa. Tahukah Anda lebih dari 165.000 ton asam glutamat telah digunakan untuk pembuatan monosodium glutamat. Asam-asam amino itu antara lain lisin, lisin ini terdapat pada manusia, hanya tingkatnya rendah. Bakteri yang dapat menghasilkan asam amino adalah mikroorganisme Corinebacterium glutamicum mampu untuk menghasilkan asam glutamat. Untuk itu mikroorganisme ini digunakan sebagai menjadi produk utama industri, yaitu penghasil asam amino.

e. Meningkatkan Produksi Pertanian
Apa manfaat dari mikroorganisme bakteri Rhizobium pada tanaman polong? Coba ingat kembali! Bakteri ini mampu menambat nitrogen sehingga tanaman akan menjadi subur. Saat ini telah dikembangkan strain (galur) bakteri yang mampu menambat nitrogen secara efektif yang dinamakan legin. Legin dapat disimpan dan dibiarkan ke dalam medium untuk dijual. Caranya yaitu dengan menyebarkannya di ladang dengan tujuan agar tanaman polong dapat bersimbiosis dengan bakteri ini.

Bakteri mikroorganisme Bacillus thuringiensis telah dikembangbiakkan karena kemampuannya untuk mematikan ulat yang menjadi hama tanaman, dengan cara menyemprotkan ke lahan pertanian. Hal ini merupakan cara pengendalian biologi atau hayati yang tidak menimbulkan pencemaran.

f. Penghasil Alkohol
Coba Anda amati produk dari etanol dan spirtus yang ada di pasaran saat ini. Jika Anda terkena spirtus, maka spirtus akan segera menguap karena mengandung alkohol. Tahukah Anda sebenarnya alkohol? Alkohol ini merupakan hasil fermentasi dari khamir, yaitu mikroorganisme Saccharomyces cereviceae. Mikroorganisme tersebut dapat mengubah karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida.

Banyak sekali manfaat alkohol, di antaranya sebagai bahan bakar mesin karena mempunyai kelebihan mesin dapat menyala lebih lama, tidak menyebabkan polusi, dan tidak meningkatkan kadar karbondioksida di atmosfer.