Pengertian Bioteknologi dan Penerapannya dalam Membuat Pangan

Ilustrasi.(Freepik)

PADA Bab 7 pelajaran IPA Kelas IX Semester 2 kita akan belajar tentang bioteknologi. Banyak teknologi yang dikembangkan oleh manusia untuk memenuhi kebutuhan hidupnya dengan memanfaatkan makhluk hidup, misalnya dengan memanfaatkan bakteri dan jamur. Salah satu contoh olahan makanan yang memanfaatkan jamur ialah tempe. 

Pernahkah kamu makan tempe atau makanan olahan dari tempe? Tempe ialah salah satu bahan makanan yang dibuat dari fermentasi kedelai dengan bantuan jamur yang terdapat pada ragi. Tahukah kamu, ternyata tempe lebih mudah dicerna oleh tubuh dibandingkan kedelai?

Tahukah kamu bahwa tempe memiliki kandungan antioksidan yang mampu menangkal radikal bebas penyebab kanker? Jika perhatikan struktur tempe, kamu akan menemukan benang-benang putih pada tempe. Benang-benang tersebut disebut dengan hifa. 

Hifa merupakan tubuh jamur yang membentuk jejaring. Keberadaan hifa menyatukan butiran biji kedelai yang satu dengan yang lainnya, sehingga menjadi struktur yang lebih kompak dan padat yang kita kenal sebagai tempe. 

Tempe dapat dikelompokkan menjadi salah satu produk bioteknologi karena dalam proses pembuatan tempe melibatkan suatu mikroorganisme. Selain tempe, apa saja makanan sehari-hari yang merupakan produk bioteknologi? Apakah produk bioteknologi hanya berupa makanan saja? Untuk mengetahui jawaban pertanyaan tersebut, ayo kita pelajari bab ini yang dilansir dari dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 2 yang ditulis Siti Zubaidah dkk.

Pengertian bioteknologi dan perkembangannya

Bioteknologi berasal dari kata bio dan teknologi. Bio berarti makhluk hidup. Teknologi berarti suatu cara (alat) untuk memudahkan manusia dalam memecahkan masalah atau membuat produk yang berguna.

Bioteknologi dapat didefinisikan sebagai penggunaan organisme atau bagian dari organisme untuk membuat suatu produk atau jasa, sehingga dapat menyejahterakan manusia. Bioteknologi mulai berkembang pesat sejak 1857, setelah Louis Pasteur menemukan hasil fermentasi yang dilakukan oleh mikroorganisme.  

Pada 1920, proses fermentasi yang melibatkan mikroorganisme sudah banyak digunakan untuk membuat larutan kimia, seperti pembuatan alkohol. Bioteknologi yang memanfaatkan secara langsung mikroorganisme seperti bakteri maupun jamur secara langsung, enzim yang dihasilkan mikroorganisme, dan melibatkan proses fermentasi untuk menghasilkan produk atau jasa disebut dengan bioteknologi konvensional. Contoh produk bioteknologi konvensional misalnya tempe, tapai, roti, keju, dan yoghurt.

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, bioteknologi juga terus berkembang menjadi bioteknologi modern. Dalam bioteknologi modern melibatkan prinsip biokimia, biologi molekuler, dan rekayasa genetika. Bioteknologi modern tidak terlepas dari penemuan enzim-enzim yang membantu dalam proses rekayasa genetika. Melalui teknik rekayasa genetika, para ahli bidang bioteknologi dapat menyusun pola gen sehingga menghasilkan organisme yang sifat-sifatnya sesuai dengan yang diharapkan. Misalnya, melalui rekayasa genetika dapat dihasilkannya ikan yang memiliki ukuran lebih besar dari ukuran ikan normal. 

Teknik rekayasa genetika dikenal juga dengan istilah teknik DNA rekombinan, yaitu proses mengkombinasikan DNA suatu organisme ke dalam DNA organisme lain. Organisme yang menggunakan bagian gen dari organisme lain di dalam tubuhnya dikenal dengan istilah organisme transgenik. Tumbuhan, hewan, dan bakteri transgenik tidak hanya digunakan untuk keperluan penelitian tetapi juga memenuhi kebutuhan di bidang medis, pertanian, dan peternakan.

Bioteknologi pangan

Bioteknologi pangan adalah bioteknologi yang digunakan untuk menghasilkan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme. Beberapa contoh produk bioteknologi di bidang pangan yaitu tapai, yoghurt, keju, tempe, kecap, roti, dan minuman beralkohol. Penjelasan mengenai proses pembuatan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme sebagai berikut.

a. Tapai.

Tapai dibuat dengan memanfaatkan mikroorganisme yang ada dalam ragi tapai. Salah satu mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan tapai ialah khamir Saccharomyces cerevisiae. 

Selain Saccharomyces cerevisiae, jamur Aspergillus sp., dan bakteri Acetobacter aceti juga berperan dalam pembuatan tapai. Mikroorganisme yang terdapat pada ragi tapai memiliki peranan yang sinergis. Artinya, mikroorganisme tersebut akan bekerja bersama untuk mengubah bahan baku dari singkong atau beras ketan menjadi tapai. 

Keterangan gambar: (a) Tapai singkong, (b) Khamir Saccharomyces cerevisiae.

Selama pembuatan tapai terjadi pemecahan (hidrolisis) amilum atau pati menjadi glukosa. Proses ini dibantu oleh jamur Aspergillus sp. Proses inilah yang membuat tapai berasa manis. Glukosa yang dihasilkan dari proses tersebut difermentasi menjadi alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisiae. 

Proses ini menyebabkan tapai memiliki aroma yang khas. Proses fermentasi yang dilakukan mikroorganisme dalam pembuatan tapai merupakan respirasi anaerob. Artinya dalam prosesnya tidak dibutuhkan oksigen.

Apakah ketika memakan tapai kamu merasakan rasa masam? Dari mana rasa masam tersebut? Rasa masam pada tapai disebabkan ada kandungan asam cuka (asam asetat). Asam cuka dihasilkan dari proses fermentasi alkohol oleh bakteri Acetobater aceti secara aerob (dalam keadaan terdapat oksigen). Fermentasi ini terjadi ketika 
pembungkus tapai terbuka. Oleh karena itu, agar tapai yang dihasilkan tidak terlalu masam, dalam pembuatan tapai harus ditutup rapat. 

Keterangan gambar: Perubahan kimia yang terjadi dalam pembuatan tapai.

Oh iya, sebagai tambahan pengetahuan, perlu diketahui bahwa bioetanol merupakan bahan bakar kendaraan yang ramah lingkungan dan dapat diperbarui. Bioetanol masih terus dikembangkan untuk menggantikan bensin yang diperkirakan beberapa puluh tahun lagi akan habis. 

Bioetanol dibuat melalui proses fermentasi alkohol yang prinsipnya sama dengan yang terjadi dalam pembuatan tapai. Artinya, kamu juga dapat membuat bioetanol dari singkong sebagai bahan bakar kendaraan.

b. Yoghurt.

Yoghurt merupakan makanan yang dihasilkan dari proses fermentasi susu dengan bantuan bakteri. Yoghurt kaya akan protein, kalsium, vitamin A, B, C, E, dan vitamin K. 

Mengonsumsi yoghurt secara teratur memiliki banyak manfaat untuk kesehatan, di antaranya dapat meremajakan kulit, membantu proses pencernaan, menjaga jantung tetap sehat, mencegah hipertensi, mengurangi risiko osteoporosis, mengatasi jerawat, dan mengurangi kolesterol. 

Keterangan gambar: Yoghurt. Dok Freepik.

Proses fermentasi susu menjadi yoghurt melibatkan peranan bakteri asam laktat, misalnya Lactobacillus casei, Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus, dan Bifidobacteria. Dalam pembuatan yoghurt, susu harus dididihkan terlebih dahulu pada suhu 85-90 derajat Celsius agar bakteri-bakteri lain mati dan protein dalam susu terdenaturasi (mengalami kerusakan). 

Bakteri asam laktat mampu mengubah laktosa yang terkandung dalam susu menjadi asam laktat. Asam laktat inilah yang menyebabkan rasa masam pada yoghurt. 

Akibat dihasilkan asam laktat, pH menjadi turun. Turunnya pH juga menyebabkan denaturasi protein dan  pelepasan kalsium serta fosfat dari protein kasein susu. Akibatnya, protein kasein menjadi tidak stabil dan mengalami pengendapan. Proses tersebut yang menyebabkan yoghurt memiliki tekstur yang kental. 

c. Keju.

Keju merupakan makanan yang dihasilkan dari proses koagulasi atau pengentalan protein kasein susu. Selama  proses pembuatan, susu biasanya dibuat dalam kondisi asam dan ditambahkan rennet.

Pengasaman susu dapat dilakukan dengan menambahkan bakteri asam laktat seperti Lactococcus sp., Lactobacillus bulgaricus, dan Streptococcus thermophillus.

Keterangan gambar: Berbagai tipe keju. Dok Freepik.

Rennet merupakan kompleks enzim yang dihasilkan dalam perut hewan ruminansia (hewan memamah biak) yang komponen penyusun utamanya ialah enzim renin atau enzim chymosin. Enzim renin merupakan kelompok enzim protease yang mampu memutuskan ikatan peptida dalam protein yang menghubungkan asam amino satu dengan yang lain. 

Enzim inilah yang berperan penting dalam pemisahan dan pengentalan protein kasein dalam susu, sehingga terbentuk bagian padat yang disebut dengan dadih (curd). Bagian yang cair disebut dengan air dadih (whey). Dadih inilah yang akan diproses lebih lanjut melalui proses pematangan dan pengemasan sehingga terbentuk 
olahan makanan yang dikenal dengan keju.

Selain menggunakan rennet, untuk menggumpalkan protein kasein dapat menggunakan enzim protease yang dihasilkan oleh tumbuhan, semisal tumbuhan kaper (Capparis spinosa L.), utrika (Urtica dioica L.), cinera (Carduus nutans L.), dan malva (Malva sylvestris), serta enzim protease dari jamur Rhizomucor miehei.

d. Tempe.

Tempe adalah makanan tradisional khas Indonesia yang sering dikonsumsi dan menjadi salah satu makanan favorit. Pada dasarnya proses produksi tempe menggunakan teknik fermentasi. 

Fermentasi dilakukan dengan menumbuhkan jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus pada biji kedelai. Pada proses pertumbuhannya, jamur akan menghasilkan benang-benang yang disebut dengan hifa. Benang-benang itu mengakibatkan biji-bijian kedelai saling terikat dan membentuk struktur yang kompak.

Keterangan gambar: (a) Tempe, (b) Struktur mikroskopis jamur Rhizopus oryzae.

Pada waktu pertumbuhannya, jamur juga akan menghasilkan suatu enzim protease yang dapat menguraikan kompleks protein yang ada pada kedelai menjadi asam amino yang lebih mudah dicerna oleh tubuh kita. Inilah alasan yang menjadikan tempe lebih mudah dicerna oleh tubuh kita daripada kedelai.

e. Kecap.

Kecap merupakan salah satu produk hasil bioteknologi yang terbuat dari kacang kedelai. Secara tradisional proses pembuatan kecap melibatkan proses hidrolisis dan fermentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, dan Aspergillus wentii. 

Di Jepang, proses fermentasi dalam pembuatan kecap juga melibatkan Saccharomyces cerevisiae dan spesies Lactobacillus untuk menghasilkan aroma khas. Pada tahap awal pembuatan kecap, kedelai dicuci hingga bersih, kemudian direbus hingga matang. 

Selanjutnya, kedelai yang telah direbus ditaburi dengan kultur jamur. Kemudian, dicampur air garam dengan jumlah tertentu. Setelah beberapa waktu, jamur akan berkembang, menghasilkan enzim yang mampu menghidrolisis amilum menjadi gula sederhana dan menghidrolisis protein menjadi asam amino. 

Gula sederhana dan asam amino akan mengalami reaksi membentuk ikatan amino-glikosida sehingga menghasilkan warna cokelat gelap. Dari proses tersebut, akan terbentuk campuran butiran biji kedelai dan cairan kental berwarna cokelat gelap. 

Keterangan gambar: (a) Kacang kedelai yang telah ditumbuhi jamur Aspergillus sojae, (b) Fermentasi kacang kedelai.

Selanjutnya, campuran ini disaring untuk memisahkan cairan dengan butiran biji kedelai. Cairan cokelat gelap tersebut selanjutnya dipanaskan untuk mematikan jamur maupun bakteri. Cairan inilah yang dinamakan kecap, yang biasanya dikemas dalam botol.

f. Roti.

Roti merupakan makanan yang terbuat dari bahan dasar utama tepung terigu dan air. Roti sudah dikenal oleh masyarakat seluruh dunia. 

Selain tepung terigu dan air, masih banyak komposisi yang ditambahkan ke dalam adonan roti. Perbedaan komposisi ini menyebabkan roti sangat beragam, baik jenis, bentuk, ukuran, dan teksturnya. 

Keterangan gambar: Aneka roti. Dok Freepik.

Ketika kamu memakan roti atau kue donat, pernahkah kamu berpikir bagaimana proses pembuatan roti dan donat? Pembuatan roti dan donat memanfaatkan peristiwa fermentasi yang dibantu oleh Saccharomyces cerevisiae. 

Fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces cerevisiae menghasilkan banyak gas karbon dioksida dan sedikit alkohol. Gas karbon dioksida akan membuat adonan roti mengembang, sedangkan alkohol akan menghasilkan aroma khas pada adonan roti. 

Gas karbon dioksida yang terperangkap dalam adonan akan memuai saat adonan dimasukkan ke oven, sehingga membuat roti semakin mengembang, dan meninggalkan rongga dalam roti. Peristiwa ini yang membuat tekstur roti lebih menarik, lebih ringan, dan lebih mudah untuk dikonsumsi. 

g. Minuman beralkohol.

Bioteknologi juga banyak dimanfaatkan dalam pembuatan minuman beralkohol, semisal bir dan wine. Bir merupakan minuman beralkohol yang terbuat dari biji serealia, sedangkan wine terbuat dari ekstrak buah anggur. 

Pembuatan minuman beralkohol juga melibatkan proses fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces. Jenis Saccharomyces dan jenis bahan baku yang berbeda mampu menghasilkan aroma dan rasa yang khas pada jenis-jenis minuman beralkohol. 

Lama proses fermentasi memengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan. Semakin lama proses fermentasi minuman, semakin tinggi kandungan alkoholnya.

Selain tapai, yoghurt, keju, tempe, kecap, dan roti, masih banyak produk bioteknologi dalam bidang pangan. Sebut saja nata de coco, asam cuka, mentega, dan minuman tuak. (Z-2)