5
Di tempat-tempat yang biasa dilalui oleh luwak yaitu di atas batu atau tanah yang keras, seringkali ditemukan tumpukan kotorannya dengan aneka biji-bijian yang tidak tercerna di dalam
perutnya. Menurut Cranbrook 1987, pencernaan luwak terlihat begitu singkat dan sederhana, sehingga biji-biji tersebut keluar lagi dengan kondisi utuh karena luwak memilih buah yang telah
masak untuk menjadi santapannya. Maka terkenal istilah kopi luwak dari Jawa, yang menurut petani diperoleh dari biji kopi hasil pilihan luwak dan telah mengalami ‘proses’ melalui pencernaannya.
Buah kopi yang dimakan oleh luwak hanya kopi yang telah benar-benar matang. Buah kopi yang dimakan oleh luwak tidak mengalami pencernaan secara sempurna. Namun, bagian buah yang
dicerna hanya pada bagian kulit buah yang berwarna merah saja, kemudian meninggalkan biji yang masih utuh terlapisi oleh kulit kerasnya kulit tanduk. Kopi luwak sudah mengalami proses
fermentasi secara alami di dalam pencernaan hewan luwak. Proses fermentasi alami dalam perut luwak memberikan perubahan komposisi kimia pada biji kopi dan dapat meningkatkan kualitas rasa
kopi, karena selain berada pada suhu fermentasi optimal, juga dibantu dengan enzim dan bakteri yang ada pada pencernaan luwak. Mutu kopi hasil hewan luwak lebih baik dari pada kopi fermentasi
biasanya karena adanya enzim tripsin dibentuk dalam kelenjar ludah dan pepsin yang dihasilkan organ pangkreas. Biji kopi hasil fermentasi oleh luwak dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Biji kopi hasil fermentasi luwak dalam penangkaran Sumber : Buldani 2011
2.3 FERMENTASI MEDIA PADAT
Salah satu metode yang dapat dilakukan untuk meningkatkan nilai tambah pada limbah kulit kopi adalah penggunaannya dalam pengolahan secara biologis dengan fermentasi. Menurut Winarno
et al. 1980, fermentasi adalah proses metabolisme dengan bantuan enzim dari mikroba jasad renik untuk melakukan proses oksidasi, reduksi, hidrolisis, dan reaksi kimia lainnya, sehingga terjadi
perubahan kimia pada suatu substrat organik dengan menghasilkan produk tertentu yang diinginkan. Fermentasi pada dasarnya merupakan suatu proses enzimatik dimana enzim yang bekerja
mungkin sudah dalam keadaan ter-isolasi yaitu dipisahkan dari selnya atau masih terikat di dalam sel tersebut. Reaksi enzim dapat terjadi sepenuhnya di dalam sel karena enzim yang bekerja berada di
dalam sel intraselular dan dapat pula terjadi di luar sel ekstraselular. Enzim pemecah makromolekul pada umumnya bersifat ekstraselular, yaitu diproduksi di dalam sel kemudian
dikeluarkan ke substrat di sekeliling sel tersebut. Makromolekul yang menjadi substrat utama untuk kebutuhan mikroba fermentasi perlu dipecah menjadi bentuk senyawa yang lebih sederhana, disinilah
peran enzim-enzim ekstraselular. Contohnya yaitu makromolekul pati dipecah oleh amilase sehingga berubah menjadi glukosa yang dapat masuk ke dalam sel untuk metabolisme sel Fardiaz 1989.
Menurut medianya proses fermentasi dibedakan menjadi dua, yaitu fermentasi media padat dan fermentasi media cair. Fermentasi media padat merupakan proses fermentasi yang substratnya tidak
6
larut dan tidak mengandung air bebas, tetapi kandungan airnya mencukupi kebutuhan mikroba tersebut. Fermentasi media padat telah banyak diterapkan pada berbagai proses fermentasi karena
proses fermentasi media padat sudah lebih awal dikenal dibandingkan dengan fermentasi media cair. Menurut Senez 1979, beberapa produk yang dihasilkan dari fermentasi medium padat antara lain
adalah glukosa, etanol, bioetanol dan asam sitrat serta produk tradisional seperti tempe yang banyak dimanfaatkan sebagai bahan pangan.
Menurut Satiawiharja 1984 fermentasi media padat biasanya menggunakan substrat tunggal, seperti biji-bijian utuh atau limbah padat yang mengandung karbohidrat, protein, lemak dan mineral.
Oleh sebab itu, penambahan zat lain yang diperlukan biasanya hanya air. Zat hara lainnya yang tidak dikandung oleh substrat dapat ditambahkan bersama air yang digunakan untuk melembabkan substrat,
sehingga mempunyai kesederhanaan dalam persiapan medianya. Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam melakukan persiapan proses fermentasi media padat, diantaranya sifat substrat
yaitu terutama derajat kristalisasi dan polimerisasinya, dan sifat mikroorganisme karena masing- masing mikroorganisme mempunyai kemampuan yang berbeda dalam memecah komponen substrat
untuk keperluan metabolisme. Perbedaan lebih spesifik antara fermentasi media padat dan media cair menurut Rimbault 1998 disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Perbedaan fermentasi media cair dan fermentasi media padat
Faktor Fermentasi media cair
Fermentasi media padat
Substrat Media cair dengan nutrisi
larut air Media padat dengan nutrisi
larut dan tidak larut air Higienitas kondisi
Harus steril dan aseptis Tidak harus steril
Konsumsi air Lebih tinggi
Lebih rendah Panas yang dihasilkan
Lebih merata Kurang merata
Penggunaan aerasi buatan
Mutlak Tidak mutlak
Pengendalian pH Lebih mudah
Lebih sukar Pengocokan
Diperlukan Tidak diperlukan
Konsentrasi produk Lebih rendah
Lebih tinggi Homogenitas kultur
Lebih baik Kurang baik
Sumber : Rimbault 1998
2.4ENZIM
Enzim merupakan unit fungsional dari metabolisme sel. Enzim bekerja dengan urutan yang teratur, mengkatalisis ratusan reaksi bertahap yang menguraikan molekul nutrien, yaitu reaksi yang
menyimpan dan mengubah energi kimiawi, serta membuat makromolekul sel dari prekursor sederhana Lehninger 1988. Menurut Suhartono 1989, sumber enzim adalah organisme hidup yaitu pada
tanaman, hewan dan mikroba, karena fungsi alamiah enzim adalah sebagai katalisator di dalam reaksi kehidupan. Walaupun demikian, enzim dari mikroba mempunyai kecenderungan lebih banyak dipakai
saat ini disebabkan beberapa alasan antara lain adalah kemudahan pertumbuhan, produktivitas yang tinggi, sifat yang dapat diubah ke arah yang lebih menguntungkan dan berkembangnya pengetahuan
mengenai teknik fermentasi, mutasi dan rekayasa genetik. Enzim adalah protein yang mengkatalisa berbagai reaksi kimia. Senyawa kompleks enzim
berasal dari sel hidup dan berfungsi sebagai katalis dalam reaksi-reaksi yang terlibat dalam
7
metabolisme makhluk hidup. Enzim relatif peka terhadap kondisi lingkungan seperti pH, suhu dan adanya beberapa bahan organik dan anorganik Considine 1983.
Berdasarkan tipe reaksi yang dikatalisanya, Winarno 1983 menyatakan bahwa semua enzim dapat dibagi menjadi enam kelompok besar, yaitu kelompok enzim oksidoreduktase, transferase,
hidrolase, liase, isomerase dan ligasse. Enzim oksidoreduktase adalah enzim yang dapat mengkatalisa reaksi oksidasi atau reduksi suatu bahan. Enzim transferase adalah enzim yang ikut serta dalam reaksi
pemindahan transfer suatu radikal atau gugus. Enzim hidrolase mengkatalisa hidrolisa suatu substrat atau pemecahan substrat dengan pertolongan air. Enzim isomerase mengkatalisa reaksi-reaksi
isomerisasi. Enzim ligase bekerja mengkatalisa pembentukan ikatan-ikatan tertentu. Menurut Webb 1979, ada dua tipe enzim berdasarkan tempat berlangsungnya reaksi, yaitu
enzim ekstraseluler dan enzim intraseluler. Enzim ekstraseluler melangsungkan reaksi di luar sel, sedangkan enzim intraseluler melangsungkan reaksinya di dalam sel. Fungsi utama dari enzim
ekstraseluler yaitu mengubah senyawa-senyawa yang berada dalam media di sekitar sel, sehingga dapat dimanfaatkan oleh sel tersebut, contohnya adalah protease dan amilase yang menguraikan
protein dan pati menjadi unit-unit yang lebih sederhana. Enzim intraseluler antara lain berperan melakukan sintesis bahan seluler yang diperlukan oleh sel, contohnya adalah heksokinase
mengkatalisis fosforilasi glukosa dan heksosa senyawa-senyawa gula sederhana di dalam sel. Aunstrup 1979 menyatakan bahwa enzim merupakan senyawa kimia yang kompleks, tetapi
metoda yang digunakan untuk memproduksi enzim ekstraseluler sangat sederhana yaitu mikroorganisme dibiakkan pada media yang cocok dan selanjutnya diperoleh enzim. Metoda umum
untuk memproduksi enzim ekstraseluler terdiri atas tiga tahap, yaitu produksi strain, fermentasi dan pemanenan. Faktor yang paling penting dalam memproduksi enzim ekstraseluler adalah kombinasi
yang optimum dari pada strain mikroorganisme terpilih, kondisi fermentasi yang cocok dan metoda pemanenan yang tepat.Selain itu, enzim ekstraseluler berada dalam kondisi yang relatif murni dalam
biakan cair, sedangkan enzim intraseluler memerlukan cara pemisahan dan pemurnian yang lebih rumit.
2.5ENZIM SELULASE
Menurut Mandels et al. 1976, selulase merupakan enzim yang sangat penting peranannya dalam proses biokonversi limbah-limbah organik berselulosa menjadi glukosa, makanan ternak dan
etanol. Prinsip utama produksi selulase yaitu dihasilkan oleh mikroorganisme yang diinkubasi dalam substrat yang diperkaya dengan nutrien pendukung seperti nitrogen dan fosfat. Mikroorganisme
berperan sebagai pemecah glukosa yang terdapat dalam substrat. Aktivitas mikroorganisme sangat dipengaruhi kondisi lingkungan pada saat inkubasi seperti kandungan nutrien, oksigen bagi organisme
aerob dan derajat keasaman pH. Selulosa C
6
H
10
O
5
n adalah polisakarida karbohidrat yang terdiri atas monomer beta-glukosa. Selulosa merupakan komponen struktural utama dari tumbuhan dan tidak dapat dicerna oleh manusia.
Hidrolisis selulosa oleh aktifitas tanaman sendiri sangat terbatas. Tetapi sejumlah kapang dan bakteri yang hidup dari substrat hasil-hasil pertanian dapat menghasilkan sejenis enzim selulase yang dapat
menghidrolisis selulosa menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Enzim selulase merupakan kumpulan dari beberapa enzim yang bekerja bersama untuk hidrolisis selulosa. Mikroorganisme
tertentu menghasilkan partikel yang dinamakan selulosom. Partikel inilah yang akan terdisintegrasi menjadi enzim-enzim, yang secara sinergis mendegradasi selulosa Belitz et al. 2008.
8
Selulase merupakan enzim kompleks yaitu bekerja secara sinergis satu sama lain. Menurut Miyamoto 1997, selulase terdiri dari tiga komponen enzim yang penting yaitu endoglukanase,
selobiohidrolase da n β-glukosidase, yaitu :
1. Endoglukanase Enzim ini berfungsi memotong secara acak ikatan selulosa menjadi selooligosakarida.
Enzim ini aktif menyerang pada bagian selulosa yang tersubstitusi seperti CMC. 2. SelobiohidrolaseEksoglukanase
Enzim ini menyerang ujung rantai selulosa non-pereduksi dan membebaskan selobiosa dari rantai selulosa.
3. β-glukosidase Enzim ini menghidrolisis selobiosa menjadi glukosa. Skema hidrolisis oleh selulase
disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skema hidrolisis enzimatik selulosa oleh kompleks selulase Enari 1983 Gambar 3 menunjukkan hidrolisis selulosa oleh kompleks selulase yang tahapannya adalah :
1. Endoglukanase menyerang daerah amorf pada selulosa dan membuka rantai selulosa sehingga memberi jalan untuk selobiohidrolase.
2. Selobiohidrolase melepaskan selobiosa dari ujung rantai selulosa. 3. Endoglukanase menyerang lapisan kedua selulosa yang diikuti oleh kerja selobiohidrolase.
4. β-glukosidase menghidrolisis selooligosakarida dan selobiosa menghasilkan glukosa.
2.6 ENZIM PROTEASE
