12
c
Gaptista et al. 2006.
d
Chandel et al. 2006.
e
Krishna et al. 1998.
f
Swain et al. 2007.
g
Judoamidjojo et al. 1987.
2.4 Khamir
Khamir adalah mikroorganisme bersel tunggal, berbentuk oval tidak beraturan dan berukuran antara 5-20
μ Paturau, 1981. Fungsi utama khamir dalam pembuatan etanol adalah mengubah gula dalam substrat menjadi etil
alkohol dan CO
2
. Menurut Frazier 1977, enzim yang dihasilkan oleh khamir adalah enzim invertase yang berfungsi sebagai pemecah sukrosa menjadi
monosakarida glukosa dan fruktosa serta enzim zimase yang mengubah monosakarida tersebut menjadi etanol pada proses fermentasi.
Khamir termasuk kelompok kapang dan umumnya membelah diri dengan pertunasan. Tunas ini tumbuh sampai ukurannya mendekati ukuran induk, dan
kemudian sel anak memisahkan diri. Pada kondisi tumbuh tertentu, tunas tidak memisahkan diri dari sel induk, sehingga suatu sel yang panjang dan bercabang
terbentuk. Pada kondisi optimal khamir dapat membagi diri setelah 45 menit, tetapi kadang – kadang juga setelah 90 – 120 menit.
S. s cerevisiae merupakan “Top Yeast” di dunia. Hal ini dikarenakan, S.
cerevisiae banyak digunakan dalam membantu kehidupan manusia baik untuk
industri maupun rumah tangga. Penggunaan S. cerevisiae diantaranya untuk membuat beer atau minuman beralkohol maupun roti.
Produktivitas sel khamir merupakan fungsi dari konsentrasi glukosa, konsentrasi oksigen dan konsentrasi etanol beberapa variabel kontrol juga
berpengaruh seperti suhu dan pH. Glukosa merupakan reaktan dasar untuk metabolisme khamir. Menurut Judoamidjojo et al. 1989, pemecahan zat gula
seperti glukosa oleh khamir dapat terjadi secara anaerobik fermentasi atau aerobik respirasi. Tetapi proses yang lebih tipikal adalah pemecahan anaerobik
yang dikenal juga sebagai fermentasi alkohol. Pada kondisi aerobik, pemecahan gula mengikutsertakan oksigen atmosfir
melalui beberapa lintasan proses. Pada respirasi oksidasi sempurna dari glukosa
13
menghasilkan CO
2
dan air, sedang oksidasi tidak sempurna diikuti oleh akumulasi asam dan lain-lain produk intermediet.
Khamir dapat tumbuh pada suhu yang cukup bervariasi dari 0 C sampai 47
C. Secara umum dianggap bahwa khamir dapat tumbuh dengan baik pada suasana asam, yaitu pH 3.5 sampai 3.8 yang dapat menghambat sebagian bakteri.
Toleransi asamnya adalah selang pH 2.2 sampai 8.0.Mekanisme pembentukan etanol oleh khamir melalui sebuah jalur Embden-Meyerhof-Parnas Pathway atau
lebih dikenal dengan jalur glikolisis. Alur dari tahap glikolisis tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Hasil dari glikolisis atau EMP pathway adalah memecah glukosa menjadi dua molekul piruvat. Proses yang terjadi dalam jalur glikolisis adalah sebagai
berikut: 1.
Langkah pertama pada tahap glikolisis adalah reaksi phosphorilasi dari glukosa menjadi glukosa-6-phosphat G-6P dengan bantuan enzim
hexokinase; pada tahap ini, satu molekul ATP digunakan dan satu molekul ADP dihasilkan;
2. Selanjutnya glukosa-6-phosphat G-6P dikonversi menjadi fruktosa-6-
phosphat F-6P dengan menggunakan enzim phosphoglukose isomerase; 3.
Fruktosa-6-phosphat F-6P selanjutnya dikonversi menjadi fruktosa-1,6- bisphosphat oleh enzim phosphofructokinase; pada tahap ini pun satu
molekul ATP digunakan dan satu molekul ADP dihasilkan; 4.
Tahap selanjutnya adalah pemecahan fruktosa-1,6-bisphosphat oleh enzim aldolase menjadi dihidroxyacetone phosphat DHAP dan
glyceraldehydes-3-phosphat GA-3P; tahap ini merupakan salah satu tahap penting dalam proses glikolisis dimana C
6
dirubah menjadi 2C
3
; DHAP dan GA-3P merupakan senyawa yang memiliki susunan molekul
yang sama; GA-3P langsung digunakan dalam tahap selanjutnya glikolisis dan DHAP dikonversi menjadi GA-3P oleh enzim triose phosphat
isomerase; 5.
Glyceraldehydes-3-phosphat GA-3P dioksidasi dengan penambahan phosphat inorganic Pi menjadi 1,3-diphospho-glycerat 1,3-dP-GA oleh
enzim glyceraldehyde-3-phosphat dehydrogenase;
14
Glucose
Hexokinase
Glucose 6-phosphate
ATP
ADP
Fructose 6-phosphate
Phosphofructokinase
aldolase
ATP
ADP
Phosphoglucose isomerase
Fructose 1,6-bisphosphate
Dihydroxyacetone phosphate
Glyceraldehhyde 3-phosphate
2 molecules
Triose phosphate
isomerase
2 NAD
+
+ 2P1 2 NADH + 2
H
+ O
OH H
H H
O H
OH H
OH H
CH
2
OH
O OH
H H
H O
H OH
H OH
H CH
2
-OPO
3
2-
O CH
2
OH OH
OH H
H OH
CH
2
-OPO
3
2- H
O CH
2
-OPO
3
2- OH
OH H
H OH
CH
2
-OPO
3
2- H
C H
C OH
HC O
H H
OPO
3
2-
1,3-Bisphosphoglycerate 2 molecules
2 ATP
2 ADP
Glyceraldehide 3-phosphate
dehydrogenase
Phosphoglycerate kinase
3-Phosphoglycerate 2 molecules
2-Phosphoglycerate 2 molecules
2 H
2
O
Phosphoenolpyruvate 2 molecules
2 ATP
2 ADP
Pyruvate 2 molecules
Phosphoglycero- mutase
Enolase
Pyruvate kinase
C H
C OH
C O
H H
OPO
3
2- 2- O
3
PO
C H
C OH
C O
H H
OPO
3
2- -O
C H
C 2- O
3
PO C
O H
H OPO
3
2- -O
C H
C 2- O
3
PO C
O H
H -O
C O
C C
O H
H H
-O C
O C
C H
OH H
H OPO
3
H- H
Gambar 2 Tahap glikolisis Embden-Meyerhof-Parnas Pathway Crueger Anneliese 1984.
15
CH
3
C COOH
O
CH
3
HC O
acetaldehyde CH
3
CH
2
OH CO
2
ethanol pyruvate
+
Pyruvate decarboxylase NADH
NAD+ Alcohol
dehydrogenase
6. 1,3-diphospho-glycerat melepaskan satu grup phosphat untuk membentuk
ATP dari ADP dan kemudian dikonversi menjadi 3-phosphoglycerate 3P- GA oleh enzim 3-phosphoglycerate kinase;
7. 3-phosphoglycerate 3P-GA selanjutnya dikonversi menjadi 2-
phosphoglycerate 2G-PA oleh enzim phosphoglyceromutase; 8.
Langkah selanjutnya adalah proses dehidrasi dari 2- phosphoglycerate 2G-PA menjadi phosphemol pyruvate PEP oleh enzim enolase.
9. Langkah terakhir dari glikolisis adalah dephosphorelasi phosphemol
pyruvate PEP menjadi pyruvat oleh enzim pyruvat kinase; pada tahap ini dibentuk sebuah molekul ATP.
Reaksi setelah pembentukan DHAP dan GA-3P selama proses glikolisis berlangsung sebanyak dua kali. Pyruvat yang merupakan produk akhir dari
tahap glikolisis ini merupakan metabolit kunci pada proses metabolisme. Secara keseluruhan, reaksi dari proses glikolisis adalah sebagai berikut:
Setelah melalui tahap glikolisis, pyruvat yang terbentuk kemudian dirubah menjadi asetaldehide dan CO
2
oleh enzim pyruvate decarboxylase, setelah itu oleh enzim alcohol dehydrogenase, asetaldehide tersebut dirubah menjadi alkohol.
Gambar 3 Proses pembentukan etanol dari pyruvat.
Glukosa + 2 ADP + 2 NAD
+
+ 2 Pi Æ2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + H
+
16
Ln konsentrasi bi
om assa
Waktu
Fase adaptasi
Fase logexponensial
F as
e per tum
buhan l am
bat Fase stasioner
2.5 Kinetika Fermentasi
