Diabetes menjadi salah satu penyakit dengan penderita terbanyak di Indonesia. Hal ini disebabkan, baik penderita diabetes tipe 1 maupun tipe 2, keduanya tidak dapat mengontrol kadar gula darah. Pada diabetes tipe 1, tubuh tidak memproduksi insulin sama sekali di mana sistem kekebalan tubuh akan menyerang dan menghancurkan sel-sel pembuat insulin di pankreas. Sedangkan pada diabetes tipe 2, tubuh masih bisa memproduksi insulin secara terbatas.
Insulin merupakan hormon yang membantu mengubah glukosa dari makanan menjadi energi. Ketika insulin dalam tubuh tidak cukup, glukosa akan menumpuk dalam darah sehingga menyebabkan penyakit diabetes. Diabetes tipe 1 juga dipengaruhi oleh faktor genetik banyak diderita oleh anak-anak. Tipe 2 ini sering menyerang orang dewasa dengan umur lebih dari 30 tahun dengan dengan keluhan obesitas dan hipertensi. Oleh karena itu, penderita diabetes sangat disarankan untuk menjalani pola hidup sehat dengan salah satunya mengkonsumsi pemanis non glukosa.
Tingginya permintaan pasar terhadap gula meningkatkan produksi industri pemanis, terutama untuk glukosa dan fruktosa. Fruktosa lebih manis daripada glukosa dan lebih aman untuk metabolisme tubuh. Selain itu, fruktosa lebih cocok sebagai pemanis umtuk pasien diabetes karena perlahan-lahan diserap kembali oleh lambung dan tidak mempengaruhi kadar glukosa dalam darah.
Fruktosa dapat diproduksi dari pati melalui hidrolisis dan proses isomerisasi enzimatik. Produk hidrolisis kemudian di isomerisasi dengan enzim glukosa isomerase untuk menghasilkan HFS (High Fructose Syrup). HFS digunakan sebagai pemanis dalam makanan kaleng, makanan olahan, produk susu, dan minuman berkarbonasi. HFS lebih disukai untuk digunakan dalam industri makanan karena tidak menimbulkan masalah kristalisasi seperti halnya sukrosa atau gula pada umumnya.
Konversi glukosa menjadi fruktosa dengan menggunakan enzim glukosa isomerase bebas dirasa tidak ekonomis dikarenakan enzim bersifat intraseluler (tersimpan di dalam sel) dan proses pemurniannya sangat sulit serta biayanya mahal. Masalah ini dapat dipecahkan jika enzim tersebut tidak dapat bergerak (imobil). Produksi HFS saat ini umumnya menggunakan metode imobilisasi, bukan menggunakan enzim glukosa isomerase bebas.
Saat ini sel yang diimobilisasi telah digunakan sebagai metode alternatif selain imobilisasi enzim. Imobilisasi enzim membutuhkan proses yang lama dan menghabiskan waktu. Selain itu, biaya untuk membuat dan pemurnian enzimnya sangat tinggi, di mana hal ini yang tidak diperlukan dalam imobilisasi sel. Pemanasan sel-sel mikroba pada imobilisasi sel dapat bertindak sebagai matriks yang mengisolasi enzim untuk reaksi isomerisasi secara berulang.
Imobilisasi sel untuk produksi enzim memiliki beberapa keuntungan, yaitu kemudahan untuk memisahkan massa sel dari cairan untuk kemungkinan penggunaan kembali, memfasilitasi kerja terus menerus selama periode yang lama, meningkatkan produktivitas bioreaktor dan memastikan efisiensi katalisis yang lebih tinggi. Lebih lanjut, penggunaan sel yang diimobilisasi sebagai katalis/enzim di industri dapat menguntungkan dibandingkan dengan proses fermentasi secara batch.
Enzim glukosa isomerase dihasilkan dari mikroorganisme Streptomyces sp., Bacillus sp, Actinoplanes sp dan Arthrobacter sp. Sejak tahun 1992-sekarang Pusat Riset Rekayasa Molekul Hayati / Research Center for Bio-Molecule Engineering (BIOME) Universitas Airlangga, telah mengembangkan teknologi immobilized cell, co-immobilized cell dan cell engineering sebagai konvertor glukosa menjadi fruktosa dengan bahan baku pati yang mudah diperoleh di pasaran.
Hasil penelitian tersebut yang menggunakan Streptomyces griseus sebagai penghasil enzim glukosa isomerase yaitu: dengan cara menyederhanakan tahap produksi fruktosa dari pati melalui proses imobilisasi dan co-imobilisasi enzim glukoamilase dengan matriks alginate, mengoptimalkan produksi glukosa isomerase dengan penambahan induser xilosa dan glukosa, serta meningkatkan produksi enzim glukosa isomerase dengan metode mutasi menggunakan sinar UV. Dari mutasi tersebut memperlihatkan varian S. griseus mampu menghasilkan enzim glukosa isomerase 3X lebih banyak.
Penelitian terakhir BIOME menggunakan metode pemanasan sel imobil menghasilkan suhu optimal S. griseus dan variannya, yaitu 80°C, waktu optimal produksi fruktosa S. griseus 28 jam dan variannya 24 jam, serta dapat digunakan kembali menghasilkan fruktosa untuk sel S. griseus 6 × 28 jam dan variannya 5 × 24 jam. Imobilisasi sel S. griseus dan variannya dengan metode pemanasan berpotensi sebagai konvertor untuk produksi fruktosa. (*)
Penulis: Ni Nyoman Tri Puspaningsih
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
DOI: http://dx.doi.org/10.21161/mjm.191544.
One Asmarani, Januar Rachmawati, Suci Rahayu, Sylvia Aulia Rahmah, Purkan and Ni Nyoman Tri Puspaningsih (2019). Heating cell immobilization of Streptomyces griseus and its variant for economical fructose production. Malaysian Journal of Microbiology, Vol 15(4), 2019, pp. 289-293.
