ENZIM LIPASE

BAB I

PENDAHULUAN

Enzim adalah golongan protein yang disintesis oleh sel hidup dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator dalam setiap reaksi metabolisme yang terjadi pada organisasi hidup. Enzim juga merupakan biokatalisator yang menunjang berbagai proses industri. Hal ini disebabkan enzim mempunyai efisiensi dan efektifitas yang tinggi, reaksinya tidak menimbulkan produk samping, serta dapat digunakan berulangkali dengan teknik amobilisasi (Lehninger, 1995).

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.

1.      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.

2.      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. Untuk memproduksi enzim dalam jumlah besar dan mempunyai aktivitas yang tinggi, perlu diperhatikan faktor-faktor penting seperti kondisi pertumbuhan, cara isolasi, serta jenis substrat yang digunakan. Kondisi pertumbuhan yang menunjang produksi enzim secara maksimal adalah pH, suhu inkubasi, waktu inkubasi, dan komposisi media pertumbuhan harus mengandung sumber energi, sumber karbon, sumber nitrogen dan mineral (Wang, 1979).

Pengunaan enzim dalam bioteknologi modern semakin berkembang secara cepat. Banyak industri-industri yang telah memanfaatkan kerja enzim, meliputi industri pangan dan non pangan. Salah satu jenis enzim yang mempunyai peran penting dan tidak ada bandingan dalam pertumbuhan bioteknologi adalah enzim lipase. Enzim ini memiliki sifat khusus dapat memecahkan ikatan ester pada lemak dan gliserol. Selain itu, lipase mempunyai kemampuan mengkatalis reaksi organik baik didalam media berair maupun dalam media non air (Sumarsih, 2004). Enzim lipase sangat berperan dalam pemisahan asam lemak dan pelarutan noda minyak pada alat industri agar minyak dapat dilarutkan dalam air. Beberapa reaksi yang dikatalisis oleh enzim lipase diantaranya adalah reaksi hidrolisis, alkoholisis, esterifikasi,dan interesterifikasi (Dosanjh dan Kaur, 2002).

Disamping dari tanaman dan hewan, dewasa ini lipase mulai diproduksi dari berbagai mikroorganisme. Keuntungan memproduksi enzim dari mikroorganisme menurut Suhartono (1989) adalah produksi enzim dapat ditingkatkan dalam skala besar dalam ruangan yang relatif terbatas. Bakteri merupakan salah satu mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim lipase, karena bakteri memiliki kemampuan hidup di berbagai lingkungan yang terdapat kandungan makanan atau nutrisi yang kompleks.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

Dewasa ini, enzim adalah senyawa yang umum digunakan dalam proses produksi. Enzim yang digunakan pada umumnya berasal dari enzim yang diisolasi dari bakteri. Penggunaan enzim dalam proses produksi dapat meningkatkan efisiensi yang kemudian akan meningkatkan jumlah produksi.

Lipase (triacylglycerol hydrolase, E.C. 3.1.1.3) merupakan enzim yang penting pada industri lemak dan minyak, yaitu untuk mengubah bentuk fisik dan kimia minyak dan lemak alami menjadi produk yang bernilai tambah lebih tinggi (Elisabeth dan Siahaan, 2000, Ronne, T.H., et.al., 2005, Wang, et.al., 2006, Liu, et.al., 2007) sebagai contoh yang telah berhasil dengan baik yaitu modifikasi minyak dari tumbuhan menjadi lemak kakao subtitusi yaitu minyak sawit dengan stearin kelapa sawit, ataupun dengan mengganti sebagian dengan lemak sapi, minyak bunga matahari yang dilakukan secara interesterifikasi enzimatis (Macrae, 1983; Forssell, et.al., 1992; Bloomer, et.al., 1990; Khumalo, et.al., 2002).

Pemanfaatan enzim lipase di dalam industri pangan maupun non pangan semakin meningkat. Pada industri pangan, lipase banyak digunakan dalam industri susu (hidrolisis lemak susu), industri roti dan kue (meningkatkan aroma dan memperpanjang umur simpan), industri bir (meningkatkan aroma dan mempercepat fermentasi), industri bumbu (meningkatkan kualitas/tekstur), serta pengolahan daging dan ikan (meningkatkan aroma dan mengubah lemak). Sedangkan pada industri non pangan, lipase digunakan pada industri kimia dan obat-obatan (transesterifikasi minyak alami), industri oleokimia (hidrolisis lemak/minyak), industri detergen (melarutkan spot minyak/lemak), industri obat-obatan (mempermudah daya cerna minyak/lemak dalam pangan), kedokteran (analisis trigliserida dalam darah), industri kosmetik (mengubah lemak), dan industri kulit (mengubah lemak dalam jaringan lemak). Pemanfaatan lipase pada industri lemak dan minyak untuk mengubah bentuk fisik dan kimia minyak dan lemak alami menjadi produk yang bernilai tambah lebih tinggi (Khumalo, et.al., 2002).

Lipase diklasifikasikan sebagai enzim hidrolase yang menghidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas, gliserida parsial (monogliserida), digliserida dan gliserida (Macrae, 1983). Aplikasi lipase untuk hidrolisis, interesterifikasi dan esterifikasi telah menjadi objek penelitian, dengan perhatian utama pada aplikasi minyak dan lemak. Lipase dapat digunakan dengan baik sebagai biokatalis dalam proses biologis (Dosanjh and Kaur, 2002).

Lipid terstruktur adalah triasil gliserol yang mengandung campuran asam lemak berantai pendek, medium, atau keduanya dan berantai panjang yang sebaiknya dalam molekul gliserol yang sama supaya menunjukkan potensi maksimalnya (Akoh, 1988). Lipid terstruktur berdasarkan lokasi asam lemak dibedakan menjadi lipid terstruktur spesifik (LSS) dan lipid terstruktur non-spesifik (LS). LS adalah minyak dan lemak termodifikasi atau sintetik mengandung asam lemak berantai panjang dan medium atau pendek. LSS adalah minyak dan lemak termodifikasi atau sintetik mengandung asam lemak berantai panjang dan medium atau pendek, dimana masing-masing kelompok menempati secara spesifik pada posisi sn-2 atau sn-1,3 dari kerangka gliserol. LS dapat diproduksi dengan interesterifikasi kimia (randominisasi) atau enzimatik. Namun LSS hanya dapat diproduksi melalui interesterifikasi enzimatik menggunakan enzim lipase regiospesifik (Xu, 2000). Pada akhir-akhir ini produk baru berupa LSS memperoleh perhatian dunia di bidang teknologi pangan dan gizi. Bahkan sintesis LSS dapat melalui ester asam lemak misalnya metil atau etil ester asam lemak yang dapat digunakan pula untuk biodiesel atau bahan baku industri oleokimia.

                                                              BAB III

PEMBAHASAN

A.    Lipase

Enzim lipase atau asilgliserol hidrolase (E.C 3.1.1.3) merupakan enzim yang dapat menghidrolisis rantai panjang trigliserida.  Keterangan dari kode enzim ini adalah :

  3  Hydrolases

    1  Acting on ester bonds

      1  Carboxylic-ester hydrolases

        3  triacylglycerol lipase

Enzim ini memiliki potensi untuk digunakan memproduksi asam lemak, yang merupakan prekursor berbagai industri kimia. Lipase diklasifikasikan sebagai enzim hidrolase yang menghidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas, gliserida parsial (monogliserida), digliserida dan gliserida seperti pada gambar berikut.

 

Produksi asam lemak secara industri menggunakan katalis kimia menghasilkan efek samping bagi lingkungan. Selain itu enzim lipase telah banyak dikenal memiliki cakupan aplikasi yang amat luas dalam bidang bioteknologi, seperti biomedikal, pestisida, pengolahan limbah, industri makanan, biosensor, detergen, untuk industri kulit dan industri oleokimia (memproduksi asam lemak dan turunannya).

Lipase sebagai katalis untuk reaksi esterifikasi dapat diperoleh dari species mikrobia ataupun tanaman. Nelson dkk. (1996) melakukan ”screening” lipase dari banyak spesies mikroba dalam kemampuannya melakukan transesterifikasi trigleserida dengan alkohol rantai pendek menjadi alkil ester. Lipase Mucor miehei ternyata paling efisien mengubah trigliserida menjadi alkil ester dengan alkohol primer, sedangkan lipase dari Candida antartica paling efisien untuk transesterifikasi trigliserida dengan alkohol sekunder menghasilkan alkohol ester bercabang. Lipase ini juga terbukti efektif untuk transesterifikasi minyak nabati dan bahan baku lain yang mengandung asam lemak tinggi menjadi derivat alkil ester.

B.     Sisi aktif enzim lipase

Lipase juga disebut dengan serin hidrolase yang bekerja pada urutan G-X₁-S-X₂-G, dimana G-glycine, S-serine, X₁-histidin dan X₂-asam glutamat atau aspartat. Fungsi biologis dari lipase adalah mengkatalisis proses hidrolisis dari triacylglycerols  menjadi asam lemak bebas.  Gambar beikut dapat dilihat struktur 3 dimensi dari enzim lipase.

Dari gambar diatas dapat dilihat komponen sisi aktiv dari enzim lipase yang teridiri dari Serin-77, Aspartat-133 dan Histidin-156. Berikut adalah struktur dari asam amino serin, aspartat dan histidin.

   

Interaksi residu Asp atau Glu bermuatan negatif memungkinkan residu tersebut untuk bertindak sebagai basis umum yang dapat menangkap sebuah proton dari gugus hidroksil situs aktif Serin. Sehingga dihasilkan ion alkoksida yang nukleofilik terhadap residu Serin untuk menyerang gugus karbonil substrat ester membentuk perantara asil-enzim. Komponen penting lainnya untuk mekanisme katalitik adalah oxyanion-hole yang terdiri dari donor ikatan H (kebanyakan ikatan kelompok N-H). Lubang oxyanion membantu untuk menstabilkan reaksi antara selama katalisis ketika oksigen karbonil membawa muatan parsial negatif.

Proses aktivasi serin oleh histidin dan asp/glu lipase dapat digambarkan seperti dibawah ini.

C.  Mekanisme Hidrolisis Triasilgliserol

Secara umum proses pemutusan ikatan ester oleh lipase dapat digambarkan seperti berikut ini.

Dari gambar di atas maka dapat kami tuliskan mekanisme reaksi dari hidrolisis triasilgliserol secara umum seperti berikut ini.

D.    Aplikasi enzim lipase

1.      Lipase dalam industri susu

Lipase digunakan secara ekstensif dalam industri susu untuk hidrolisis lemak susu. Aplikasi saat ini meliputi peningkatan rasa keju, percepatan pematangan keju, pembuatan produk keju-suka, dan lipolisis lemak mentega, dan cream. Sedangkan penambahan lipase terutama lisis rantai pendek (C4 dan C6) asam lemak yang mengarah ke pengembangan rasa, aroma tajam, pelepasan rantai menengah (C12 dan C14) asam lemak cenderung memberikan rasa sabun untuk produk . Selain itu, asam lemak bebas mengambil bagian dalam reaksi kimia sederhana di mana mereka memulai sintesis bahan rasa lain seperti aceto-asetat, ß-keto asam, metil keton, ester rasa, dan lactones.

2.      Lipase dalam deterjen

 Penggunaan enzim dalam sabun bubuk masih tetap menjadi pemasaran terbesar untuk industri enzyme. Tren di seluruh dunia terhadap suhu pencucian yang lebih rendah telah menyebabkan permintaan jauh lebih tinggi untuk formulasi deterjen rumah tangga. program skrining terakhir intensif, diikuti oleh manipulasi genetik, telah menghasilkan pengenalan beberapa persiapan yang cocok, misalnya, Novo Nordisk's Lipolase (lipase Humicola disajikan dalam Aspergillus oryzae).

3.       Lipase di industri oleokimia

 Ruang lingkup penerapan lipase pada industri oleokimia sangat besar karena menghemat energi dan meminimalkan degradasi termal selama hidrolisis, glycerolysis, dan alcoholysis. Miyoshi Minyak dan Lemak.Co Jepang, melaporkan penggunaan komersial cylindracea lipase Candida dalam produksi sabun. Pengenalan generasi baru enzim murah dan sangat termostabil dapat mengubah keseimbangan ekonomi yang mendukung penggunaan lipase.

Kecenderungan saat ini di industri oleokimia adalah suatu gerakan menjauh dari menggunakan pelarut organik dan emulsifiers. Berbagai reaksi yang melibatkan hidrolisis, alkoholisis, dan glycerolysis telah dilakukan langsung dalam campuran substrat menggunakan berbagai lipase amobil. Ini telah menghasilkan produktivitas yang tinggi serta terus menerus menjalankan proses. Hidrolisis enzimatis mungkin menawarkan harapan terbesar untuk membelah lemak tanpa investasi yang besar dalam peralatan mahal serta pengeluaran dalam jumlah besar energy termal.

4.      Lipase dalam sintesis trigliserida

 Nilai komersial lemak tergantung pada komposisi asam lemak dalam struktur mereka. Sebuah contoh khas dari campuran trigliserida tinggi nilai-asimetris adalah mentega kakao. Potensi lipase 1,3-regiospecific untuk pembuatan pengganti mentega, coklat diakui oleh Unilever dan Fuji Oil. Ulasan komprehensif pada teknologi ini, termasuk analisis komposisi produk yang ditemukan. Pada prinsipnya, pendekatan yang sama berlaku untuk sintesis banyak lainnya terstruktur triglycerides properti memiliki dietic atau nutrisi yang berharga, lemak misalnya, susu manusia. Ini trigliserida dan lemak fungsional serupa mudah diperoleh dengan acidolysis dari fraksi minyak kelapa sawit yang kaya 2-palmitoil gliserol dengan asam lemak tak jenuh (s). Acidolysis, dikatalisis oleh lipase 1,3-spesifik, digunakan dalam penyusunan produk nutrisi penting yang umumnya mengandung lemak rantai asam menengah. Lipase sedang diselidiki secara ekstensif sehubungan dengan modifikasi minyak bernilai tinggi asam lemak tak jenuh ganda seperti asam arakidonat, asam eicosapentaenoic, dan asam docosahexaenoic. Pengayaan substansial di kandungan asam lemak tak jenuh ganda fraksi mono-gliserida telah dicapai oleh alkoholisis lipase-katalis atau hydrolysis.

5.      Lipase dalam sintesis surfaktan

 Poligliserol dan karbohidrat ester asam lemak banyak digunakan sebagai detergen industri dan sebagai pengemulsi dalam berbagai besar formulasi makanan (spread yang rendah lemak, saus, es krim, mayonnaises). Enzymic sintesis surfaktan fungsional yang sama telah dilakukan pada suhu sedang (60-80 ° C) dengan regioselectivity sangat baik. Adelhorst et al telah melakukan esterifikasi pelarut-bebas dari sederhana alkil-glikosida menggunakan asam lemak cair dan lipase amobil antarctica Candida. Fregapane et al diperoleh mono-dan di-esters dari monosakarida dalam hasil tinggi, menggunakan asetal gula sebagai bahan awal. Lipase dari A. terreus mensintesis biosurfaktan oleh transesterifikasi antara minyak alami dan gula alcohol. Lipase juga dapat mengganti phospholipases dalam produksi lysophospholipids. Lipase Miehei Mucor telah digunakan untuk transesterifikasi fosfolipid dalam berbagai alcohol primer dan sekunder. Lipase juga mungkin berguna dalam sintesis berbagai macam surfaktan bio-degradable amfoter, ester asam amino yaitu berbasis, dan amides.

6.      Lipase dalam sintesis bahan-bahan untuk produk perawatan pribadi

  Unichem Internasional baru-baru ini meluncurkan produksi palmitat isopropyl miristat, isopropil, dan 2-ethylhexyl palmitate untuk digunakan sebagai emolien dalam produk perawatan pribadi seperti minyak kulit dan krim anti sinar matahari, dan sabun mandi. Ester Wax memiliki aplikasi serupa dalam produk perawatan pribadi dan sedang diproduksi secara enzimatis, menggunakan lipase C. cylindracea, dalam sebuah batch bioreactor.

7.      Lipase di farmasi dan bahan kimia pertanian

 Utilitas lipase dalam penyusunan synthons kiral baik diakui dan didokumentasikan. Beberapa proses baru saja dikomersialkan yang telah dijelaskan oleh Sainz-Diaz et al., dan Davis et al. Resolusi asam 2-halopropionic, bahan awal untuk sintesis herbisida phenoxypropionate, adalah proses berdasarkan esterifikasi selektif (S)-isomer dengan butanol, yang dikatalisis oleh lipase pankreas babi dalam hexane anhidrat. Contoh lain yang mengesankan dari aplikasi komersial lipase dalam resolusi campuran rasemat adalah hidrolisis epoxyester alcohol. Produk reaksi, ester (R)-glisidil dan (R)-glycidol dapat segera dikonversi ke (R) - dan (S)-glycidyltosylates yang intermediet menarik bagi penyusunan optik blocker ß aktif-dan berbagai macam produk lainnya . Sebuah teknologi yang sama telah dikomersialisasikan untuk menghasilkan 2 (R), glycidate 3 (S)-methylmethoxyphenyl, yang intermediate kunci dalam pembuatan obat kardiovaskular optik Diltiazem murni.

Lipase memiliki aplikasi sebagai katalis industri untuk resolusi alkohol rasemat dalam penyusunan beberapa prostaglandin, steroid, dan analog nukleosida carbocyclic. Regioselective modifikasi senyawa organik polifungsional daerah lain belum berkembang pesat aplikasi lipase, khususnya di bidang AIDS treatment. Lipase dari A. carneus  dan A. terreus menunjukkan kemo-dan regiospecificity di hidrolisis peracetates dari farmasi penting polifenolik compounds. Lipase juga berguna dalam sintesis dari sucralose sweetner buatan oleh hidrolisis regioselective dari Octa-acetylsucrose.

8.      Lipase dalam sintesis polimer

Stereoselektivitas lipase berguna untuk sintesis polymer optik aktif. Polimer ini adalah reagen asimetris, dan digunakan sebagai pernyerap. Di bidang kristal cair, monomer yang sesuai dapat dibuat dengan transesterifikasi lipase-katalis dari alcohol, yang dengan alkohol rasemat bisa disertai dengan resolution. Penggunaan glycidyltosylates kiral untuk persiapan crystal feroelektrik cair juga telah dilaporkan. Dengan demikian, enzim ini telah melakukan diversifikasi penggunaan komersial, baik dalam hal skala dan proses. Lipase telah bekerja dengan sukses di industri makanan serta teknologi tingkat tinggi dalam produksi bahan kimia dan farmasi. Selanjutnya, enzim ini memiliki potensi di bidang baru, untuk lipase misalnya telah berhasil telah digunakan dalam pembuatan kertas - ternyata, perlakuan pulp dengan lipase menghasilkan produk yang berkualitas tinggi dan kebutuhan pembersihan berkurang. Demikian pula, enzim juga telah digunakan dalam hubungan dengan koktail mikroba untuk pengobatan limbah lemak yang kaya dari pabrik es krim.

BAB IV

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Dari pembahasan dapat ditarik kesimpulan bahwa:

1.      Enzim adalah golongan protein yang disintesis oleh sel hidup dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator dalam setiap reaksi metabolisme yang terjadi pada organisasi hidup. Enzim juga merupakan biokatalisator yang menunjang berbagai proses industri. Hal ini disebabkan enzim mempunyai efisiensi dan efektifitas yang tinggi, reaksinya tidak menimbulkan produk samping, serta dapat digunakan berulangkali dengan teknik amobilisasi.

2.      Enzim lipase atau asilgliserol hidrolase (E.C 3.1.1.3) merupakan enzim yang dapat menghidrolisis rantai panjang trigliserida.

3.      Aplikasi enzim lipase dapat dilihat pada keberadaannya dalam susu, deterjen, industry oleokimia, sintesis trigliserida, surfaktan, sintesis bahan-bahan untuk produk perawatan pribadi, farmasi dan bahan kimia pertanian,  dan sintesis polimer.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2011, Enzim. http://www.scribd.com. Diakses pada tanggal 19 september 2011.

Dosanjh, N.S., dan Kaur, J. 2002. Immobilization, Stability and esterification Studies of A Lipase From Bacillus sp. Journal Biotechnology and Applied Biochemistry. Vol. 36. Hlm 7-12. Punjab University. Chandigarh.

Lehninger, A.L. 1995. Dasar-dasar Biokimia I. Erlangga. Jakarta.

Sumarlin, 2010, Enzim Lipase dari Mikroba. Universitas Haluoleo. Kendari.

Wang, I.C. 1979. John Wiley and Sons. Fermentation and Enzymes Technology. New York.