MAKALAH MIKROBIOLOGI INDUSTRI “BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION OF VITAMIN”
ANGGOTA: ACCESSTIA CHRISTY H0910001 ALIF LAILA INAYATI AZ ZAHRA H0910006 DESINTYA DWI HERDIANA H0910027 GILANG RAHMAWAN H0910033 RATIH NAWANGWULAN H0910059 SANDY AGUS RAHMANTO H0910066
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013
BAB I PENDAHULUAN
Vitamin, didefinisikan sebagai mikronutrien penting yang diperlukan dalam jumlah yang tidak dapat disintesis oleh mamalia, yang sangat penting untuk metabolisme semua organisme hidup dan disintesis oleh mikroorganisme atau tanaman. Vitamin kini semakin sering diperkenalkan sebagai makanan / pakan aditif, seperti medis terapi agen, seperti kesehatan alat bantu, dan juga sebagai alat bantu teknis. Saat ini, banyak makanan olahan, pakan ternak, farmasi, kosmetik, dan bahan kimia mengandung vitamin ditambahkan atau senyawa vitamin yang berhubungan. Sebagian besar vitamin kini diproduksi industri dan banyak digunakan dalam makanan, farmasi dan kosmetik. Saat ini, beberapa vitamin secara eksklusif diproduksi melalui sintesis kimia, sementara beberapa orang lain yang diproduksi baik oleh sintesis kimia atau melalui proses ekstraksi. Proses ini membutuhkan banyak energi, dan juga tingginya biaya pembuangan limbah. Selain itu, proses ini telah menumbuhkan kesadaran konsumen yang berkaitan dengan keamanan pangan aditif. Hal ini telah menyebabkan meningkatnya minat dalam menggantikan proses-proses dengan proses bioteknologi. Akibatnya, proses bioteknologi untuk produksi sebagian besar senyawa dengan cepat muncul dan beberapa sudah bersaing dengan proses kimia yang ada.
BAB II ISI A. VITAMIN E
Vitamin Larut Lemak
Ada 4 jenis vitamin yang larut lemak, yaitu A, D, E dan K, beberapa vitamin sudah dilaporkan dapat dibuat dengan bioteknologi seperti vitamin E dan K. Berikut adalah diskusinya : Vitamin E Merupakan kumpulan dari komponen larut lemak dimana α-tocopherol
merupakan komponen terbanyak dan mempunyai aktivitas antioksidan paling tinggi. Di manusia, α-tocopherol dipercaya mempunyai peranan penting dalam
mencegah dari pengaruh cahaya yang membuat kerusakan kulit, mata, penyakit degeneratif seperti artheroskerosis, penyakit cardiovaskular dan kanker. Saat ini α-tocopherol diproduksi dengan sintesis kimia dan ekstraksi dari minyak sayur.
Namun produksi dengan sisntesis kimia dan ekstraksi minyak sayur ini hanya menghasilkan α-tocopherol dalam jumlah sedikit. Tidak seperti vitamin yang lainnya, α-tocopherol sintesis struktur kimia nya tidak sama dengan yang berada
di alam. Struktur kimia sintetis dari campuran 8 stereo isomer secara umum diketahui sebagai all-rac-α-tocopherol terdiri atas 4(2R) dan 4(2S) isomer. Penelitian pada hewan dan manusia, menunjukan bahwa 2R isomer dapat lebih mempertahankan; maka itu ketika dibandingkan dengan jumlah yang sama ketersediaan dari alam dibanding dengan α-tocopherol sintetik adalah 2:1 lebih
lagi kesadaran konsumen yang semakin tinggi terhadap keamanan bahan tambahan pangan telah menaikan permintaan terhadap antioksidan yang alami. Beberapa strain dari microalgae air tawar Euglena gracilis Z dan microalgae laut Dunaliella tertilecta dapat memproduksi α-tocopherol dengan konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan sumber makanan yang terkenal sebagai sumber vitamin. Peelitian untuk optimasi alfatokoferol sudah diketahui menggunakan egracilis Z, dengan menggunakan :
1.
Modification of culture condition.
2.
Two step culture
3.
Screening of favorable substrate.
Modification of culture condition. Dapat diketahui bahwa sel dengan densitas tinggi menurunkan penetrasi cahaya pada tiap sel, menurunkan aktifitas fotosintesis. Ini menyebabkan penurunan kondisi aerobic dan meningkatkan kadar vitamin E. Kemudian konsumsi oksigen dan glukosa dari respirasi dapat meningkatkan metabolisme heterotropik. Hasil dari sel densitas tinggi yang ditumbuhkan secara fotoheterotrof dari fed-batch culture mencapai 1,21 mg/G massa sel kering. Two step culture. Produksi bersamaan akan betakaroten, vitamin C dan vitamin E sudah berhasil dilakukan oleh E. Gracillis Z menggunakan two step culture. Di step pertama dari batch culture, E. Gracillis Z di kultivasikan secara fotoheterotrof di media Oda dan Hunter yang dimodifikasi dengan intensitas cahaya tinggi. Ketika sel terlambat mencapai fase eksponensial mereka akan terpisah, kemudian dicuci dan diresustensikan lagi dengan volume yang sama kedalam medium Cramer dan Mayers untuk step kultivasi yang kedua. Two step culture menggunakan sel densitas tinggi menghasilkan produktivitas antioksidan yang tinggi. Carbalo cardenas et al. Mempelajari produksi alfatokoferol menggunakan Dunaliella tertiolecta dan Tetraselmis suesica untuk mengetahui pengaruh ketersediaan cahaya. Ternyata penurunan cahaya tidak mempengaruhi jumlah alfatokferol pada Dunaliella tertiolecta dan Tetraselmis suesica. Tidak ada korelasi antara jumlah produksi alfatokoferol dan klorofil. Penambahan nitrat dan fosfat kedalam kultur tetraselmis suesica dapat meningkatkan jumlah klorofil dan alfa tokoferol, sehingga dapat diketahui bahwa komponen nutrisi dapat meningkatkan produktivitas alfa tokoferol. B. VITAMIN K
Menaquinon ( vitamin K2)
Ada 2 bentuk vitamin K di alam yaitu vitamin K1 (phylloquinone) yang diroduksi dari tanaman, vitamin K2 ( Menaquinon, MK) yang disintesis dari bakteria, terdapat di antar rantai 4 sampai 13 isoprene naphthoquinones. Komponen ini ditulis dengan MK-n dimana n didenotasikan sebagai nomor unit isoprene. Vitamin K merupakan kofaktor penting untuk konveri pasca translasi dari residu asam glutamat dari protein tertentu dalam darah dan tulang menjadi asam karboksi glutamat. Banyak peneliti yang secara ekstensif mempelajari produksi menaquinone dari Bacillus subtilis. Berikut adalah hasil penelitian tentang produksi vitamin K : 1. Kultur suplement pembersih dan mutasi Flavabacterium 182 µg/L MKBakteri asam laktat dapat memproduksi menaquinone 29-123 µg/L MK-7, MK-8, MK-9 dan MK-10 2. Fermentasi kedelai, natto, memproduksi menaquinone dimana komponen utamanya menjadi MK-7 dan komponen minornya menjadi MK-6 3. Sato et al menyatakan bahwa diphenylamine- resistant mutant strain D200041 dari Bacillus subtilis strain MH-1 yang diisolasi dari natto dapat meningkatkan produksi MK-7. 4. Sumi mempelajari produksi vitamin K dengan fermentasi okara dengan 7 variasi natto bacili. Selama fermentasi konsentrasi MK-4 tidak berubah sementara MK-7 menunjukan peningkatan. Konsentrasi tertinggi 36,6 µg/g dari Chinese natto strain (Unnan SL-001), 14,2 dari Naruse; 11,9 dari Asahi; 6,8 dari Takahashi;1,9 dari Miyagino; 5,2 dari Nitto dan 1,9 dari Meguro setelah inkubasi selama 4 hari pada suhu 37oC C. VITAMIN B2 (RIBOFLAVIN)
Riboflavin
Riboflavin atau vitamin B2, digunakan untuk nutrisi manusia dan terapi serta bahan tambahan pakan ternak. Riboflavin sudah diproduksi secara komersil dari kimia sintetis, fermentasi dan kombinasi fermentasi dengan kimia sintentis. Meskipun bakteri ( Clostridium sp.) dan yeasts ( Candida sp.) penghasil yang baik, Dua terkait erat ascomycete jamur, Eremothecium ashbyii dan Ashbya gossypii, dianggap sebagai produsen riboflavin terbaik
Produksi fermentatif riboflavin
Fermentasi produksi Riboflavin dilakukan dalam kultur terendam. Faktor-faktor seperti mikroba strain, sumber karbon, mineral, dan pH mempengaruhi produksi fermentasi Riboflavin. Fermentasi menggunakan Ashbya gossypii
hasil dari riboflavin lebih dari 15 g/L kaldu budaya di steril aerob tenggelam fermentasi dari Ashbya gossypii dengan gizi medium yang mengandung molase atau minyak nabati sebagai sumber karbon. Fermentasi menggunakan Bacillus subtilis .
Riboflavin biosintesis dipelajari di
Bacillus subtilis menggunakan genetika dan teknologi r-DNA. Kloning dan DNA rantaian nukleotida menunjukkan bahwa enzim yang diperlukan untuk biosintesis Riboflavin Salah satu protein yang dikodekan oleh operon riboflavin Bacillus subtilis, RibA, adalah enzim rate-limiting di riboflavin industri yang memproduksi strain. Humbelin et al. (31) memperkenalkan tambahan satu salinan ribA gene ke lokus sacB riboflavin produksi strain, dan dinyatakan constitutively dari promotor vegI kekuatan menengah. Hal ini menyebabkan peningkatan riboflavin titers dan hasil Riboflavin di glukosa sampai dengan 25%.
Fermentasi menggunakan Corynebacterium ammoniagenes .
Peningkatan
strain untuk produksi riboflavin dibangun melalui teknik metabolik yang menggunakan teknik DNA rekombinan di Corynebacterium ammoniagenes. Fermentasi
menggunakan
Lactococcus
lactis .
Sybesma et al. (33)
dikembangkan Lactococcus lactis strain menggunakan langsung insersional dan metabolisme teknik simultan berlebihan folat dan riboflavin. Lactis Lactococcus MG 1363 terkena riboflavin analog roseoflavin. Ketahanan strain roseoflavin (Lactococcus lactis CB010) menunjukkan biosintesis deregulasi riboflavin yang mengakibatkan produksi riboflavin selain riboflavin konsumsi. Proses yang dilakukan riboflavin
Riboflavin adalah pulih dari kaldu oleh sentrifugasi setelah inaktivasi mikroorganisme oleh panas. Pasteurisasi kaldu memastikan bahwa sel-sel tidak layak organisme produksi hadir dalam produk akhir. Setelah, sel massa dipisahkan dari fermentasi kaldu oleh sentrifugasi. Diferensial sentrifugasi menyebabkan pemisahan sel dan riboflavin kristal karena perbedaan dalam ukuran dan sedimentasi perilaku. Riboflavin kemudian pulih dari kaldu bebas sel dengan menggunakan penguapan dan pengeringan vakum.
D. VITAMIN B12 (COBALAMIN)
Istilah vitamin B12 banyak digunakan untuk menggambarkan senyawa dari kelompok cobalamin. Bentuk alami yang adenosylcobalamin, methylcobalamin dan hydroxocobalamin. Cyanocobalamin, dengan definisi vitamin B12. Vitamin B12 ini diperoleh secara eksklusif oleh proses fermentasi. Selama kurun waktu dua hingga tiga dekade, beberapa mikroorganisme telah digunakan untuk efisiensi produksi vitamin b12. Daftar berbagai mikroorganisme memproduksi vitamin b12 dan masing-masing menghasilkan dilaporkan oleh martens et al.
Produksi vitamin B12 melalui fermentasi menggunakan Pseudomonas dinitrificans
Pertumbuhan Pseudomonas dinitrificans dalam sintesisi cobalamin di bawah kondisi aerob, jika kultur diberi suplemen kobalt dan 5,6 DBIM secara langsung. Mengontrol oksigen terlarut dalam jumlah yang rendah berpengaruh pada rasa. Beberapa vitamin B12 derivatif bisa diproduksi baik dari fermentasi atau konversi kimia dari cyanocobalamin. Kultur diareasi sepanjang proses fermentasi selama 2-3 hari pada suhu 30oC dan pH dijaga antara 6-7. Produksi vitamin B12 bisa meningkat jika ada penguatan gen cobF-cobM operon dan cobA-cobE dalam Pseudomonas denitrificans. Cara amplifikasi didefinisikan sebagai peningkatan nomor kopi gen dengan menggunakan multicopy plasmids. Peningkatan cobalamin sebanyak 30% karena amplifikasi cobF-cobM kluster gen sedangkan peningkatan sebanyak 20% dengan meningkatkan jumlah copy gen cobA dan cobE. Ekspreksi beragam dari gen cobA pada Methanobacterium ivanovii adalah dengan mengkode enzim untuk mencegah penghambatan substrat. Gen bluB, bluE dan bluF dari Rhodobacter capsulatus dianjurkan untuk mengatasi penghambatran substrat pada encoding cobA metiltransferase yang berfungsi sebagai katalis langkah pertama sintesis vitamin B12. Sintesis DMBI seluler dapat ditingkatkan secara signifikan dengan trans-expression dari gen bluB pada R. capsulatus. Stimualsi produksi vitamin B12 adalah perantara baru yang diduga untuk mengambil bagian (R)-1-amino-2-propanol pada formasi nucleotide loop pada vitamin B12. Efek positif dari o-phospho-L-threonine ditemukan pada trans expression dari bluE dan bluF gen pada R.capsulatus untuk produksi vitamin B12. Formasi vitamin B terdiri dari asam nikotinat dan nikotinamida, thiamine, vitamin B6 dan vitamin B12. Vitamin B ini bisa ditemukan pada fermentasi tempe namun produksi vitamin B6 tidak ditemukan. Konsentrasi vitamin B12 meningkat secara signifikan dengan Citrobacter freundii, Klebsiella pneumoniae,
Pseudomonas fluorescens, dan Streptococcus sp pada kacang kedelai yang direndam. Asam nikotinat dan nikotinamida diproduksi oleh Lactobaciluus spp. dan Citrobacter freundii. Methanogenes dapat digunakan untuk produksi pada vitamin B12 dan memberikan beberapa keuntungan diantaranya : -
Konsentrasi vitamin B12 pada kaldu menjadi 10 kali lebih besar
daripada menggunakan asam propionat -
Hasil produk utama yaitu metana tidak mencegah pertumbuhan
methanogenes dan meningkatkan densitas sel. -
Methanol, CO2 dan asam asetat yang digunakan untuk substrat
biayanya murah, stabil dan bisa disubstitusi. Methanogenes tumbuh lebih lambat dari mikroba aerobik sehingga membutuhkan media fermentasi yang besar dan substrat yang mempunyai kualifikasi long residence times. Zhang et. Al mempelajari fermentasi biogas dari limbah cair alkohol untuk mengevaluasi proses pencernaan anaerobik dan vitamin B12 sebagai byproduct . Pencernaan secara aerobik menggunakan methanogenes aklimasi (menyesuaika dengan iklim) dapat ditunjukkan dengan continuosly stirred tank (CSTR) dan fixed bed reactor yang dilengkapi dengan rock wool sebagai material pembawa 55 C. Mereka juga mempelajari efek ion metal ditambahkan ke kaldu kultur dengan methana dan formasi B12. Produksi vitamin B12 adalah 2,92 mg/L pada kaldu di fixed bed reactor dan dua kali lipat pada CSTR. Yang et. Al mempelajari kontinuitas fermentasi metana dan produksi vitamin B12 pada fixed bed reactor yang dilengkapi loofah. Loofah pembawa imobilisasi hampir 95% dari methanogen yang menyebabkan bioreaksi yang lebih efektif. Fermentasi menggunakan CO2/H2 methanogen aklimasi dikonduksi pada wadah fermentasi dengan reaksi hidrolik (HRT) selama tiga dan enam hari. Dengan HRT tiga hari, laju produksi metana dan konsentrasi vitamin B12 pada kultur kaldu dan kaldu cair adalah 6,18
L/L/h dan 2,88 mg/L sedangkan oada HRT selama 6 hari menghasilkan konsentrasi vitamin B12 sebanyak 11,96 L/L/h dan 37,54 mg/L. Inoue et al melaporkan produksi vitamin B12 dengan Acetobacterium sp. dan strain resistan tetrachloromethane. Dari 800 isolat yang merupakan bakteri anaerob yang dibuat secara tentatif ada 69 yang diisolasi dari sedimen laut yang diseleksi dan digunakan untuk penelitian. Isolat ditumbuhkan pada metanol diproduksi 11 mg cyanocobalamin per gram sel kering setela 7 hari kultivasi. Strain
tetrachloromethane
resistan
diperoleh
dari
perlakuan
ethylmethanesulphonate dan memproduksi 23 mg cyanocobalamin per gram sel kering dalam 10µM tetrachloromethane. Bainotti mempelajari penghambatan substrat secara kinetik dan produk pertumbuhan acetogen (Acetobacterium) pada sekumpulan kultur menggunakan konsentrasi nutrien yang berbeda ada medium basa. Produksi tertinggi 4,84 mg/L cobalamin dengan medium modifikasi (ditambahkan dengan 2 gram/L ekstrak yeast). Pemurnian vitamin B12
Proses pemisahan dan pemurnian pada proses fermentasi adalah ekstraksi, filtrasi membran dan penyerapan. Proses downstream dari vitamin B12
Biomassa dipisahkan dengan cara sentrifugasi untuk mendapatkan konsentrat massa sel yang kemudia dikeringkan. Cara lainnya adalah keseluruhan isi dari fermentator dapat dikonsentrasikan atau dengan spray drying. Sel mengelami lisis dengan cara pemanasan massa sel yang disentrifugasi dalam larutan atau metode lain untuk memperoleh corrinoid. Corrinoid dikonversi
menjadi vitamin B12 atau cyanocobalamin dengan penambahan pottasium cyanide biasanya dengan ditambah sodium nitrit dan dipanaskan. Vitamin kemudian diperjelas dengan filtrasi, diberi perlakuan dengan zink klorida kemudian diendapkan keluar dengan ditambahkan tannic acid/ cresol untuk kemurnian 80% yang penggunaan bahan tambahan makanan hewni. Untuk kemurnian yang lebih besar (dibutuhkan untuk farmasi) vitamin yang sudah ditambah zink diekstraksi dengan pelarut organik seperti karbon tetraklorida kemudian ditambahkan air dan butanol lalu dilanjutkan lagi dengan pelarut organik. Selain itu proses adsorpsi seperti penukar ion, aluminium oksida atau karbon aktif dapat digunakan vitamin B12 murni diperoleh dari kristalisasi setelah penambahan pelarut organik. Vitamin B12 termasuk dalam kelompok cobalamin memiliki bentuk alami yaitu adenosylcobalamin, methylcobalamin, dan hydroxocobalamin. Cyanocobalamin merupakan vitamin B12 yang sudah diproduksi secara industri ini tidak terdapat di alam. Vitamin B12 bisa diperoleh dengan cara proses fermentasi. Perlakuan mutagenik sudah terbukti dapat meningkatkan aktivitas tetapi dalam semua kasus perlu ditambahkan ion cobalt dan 5,6 dimethylbenzimidazole (5,6 DMBI) ke dalam precursor seperti glycine threonine dan aminopropanol. Tabel 2. Spesies dari Mikroba Produsen dan Proses Mikrobiologi yang direkomendasikan untuk Produksi Vitamin B 12 Spesies mikrooganisme
Komponen utama kultur medium
Kondisi fermentasi
Propionibacterium freudenreichii
Glucose
Rhodopseudomonas protamicus Propionibacterium shermanii
Glucose
Pseudomonas denitrificans Nocardia rugosa
Sucrose
Anaerobiosis, 5,6dimethyl benzimidazole 5,6-dimethyl benzimidazole 5,6-dimethyl benzimidazole Aerobiosis, betaine
Glucose
Aerobiosis
Glucose
Produksi vitamin B12/(mg/L)
206.0 135.0 60.0 60.0 18.0
Sucrose
Aerobiosis
16.5
Glucose
11.5
Hexadecane
5,6-dimethyl benzimidazole 5,6-dimethyl benzimidazole Aerobiosis
Butyribacterium methylotrophicum Pseudomonas sp.
Methanol
Anaerobiosis
3.6
Methanol
3.2
Arthrobacter hyalinus
Isopropanol
5,6-dimethyl benzimidazole 5,6-dimethyl benzimidazole
Rhizobium cobalaminogenum Micromonospora sp. Streptomyces olivaceus Nocardia gardneri
Glucose
6.0 4.5
1.1
1. Jalur Biosintesis Vitamin B12
Biosintesis vitamin B 12 dibatasi untuk mikroorganisme. Sebagian besar langkah-langkah dalam biosintesis vitamin B 12 telah dicirikan pada Pseudomonas denitrificans , Salmonella typhimurium dan Propionibacterium freudenreichii. Dua
jalur yang berbeda untuk biosintesis vitamin B 12 di alam: • Aerobik, atau lebih tepatnya jalur yang tergantung pada oksigen yang ditemukan
dalam organisme seperti P. Denitrificans. • Anaerobik, jalur yang tidak tergantung pada oksigen diselidiki dalam organisme
seperti P. shermanii, Salmonella typhimurium dan Bacillus megaterium. Gen pengkode enzim yang berkontribusi terhadap biosintesis cobalamin diberi nama dengan awalan cob (aerob) dan awalan cbi (anaerob). Sebuah skema biosintesis cobalamin dan perbedaan aerob dibandingkan dengan anaerob ditunjukkan pada gambar 3.
Biosintesis semua turunan tetrapirol mulai dari C-5 kerangka glutamat. Pada langkah pertama, ikatan tRNA glutamat direduksi menjadi glutamat-1-semialdehid oleh glutamil-tRNA reduktase. Aldehida dikonversi dalam langkah kedua melalui pergeseran intramolekul untuk membentuk asam 5-aminolevulinik. Dua molekul dari asam
5-aminolevulinik
dikondensasikan
untuk
menghasilkan
molekul
porphobilinogen. Empat molekul porphobilinogen dipolimerisasi, diatur, kemudian disikluskan untuk membentuk uroporphyrinogen III, perantara makrosiklik pertama. Sementara dekarboksilasi dari uroporphyrinogen III mengarah ke biosintesis heme dan klorofil, metilasi hasil uroporphyrinogen III di C-2 dan C-7 dalam sintesis precorrin-2,
sebuah dipyrrocorphin dimethylated yang juga perantara bersama
terakhir dalam sintesis koenzim F430 dan siroheme. Pada precorrin-2, dua jalur untuk biosintesis kobalamin menyimpan, di jalur aerobik, precorrin-2 dimetilasi pada C-20 dengan methyltransferase lebih untuk memberikan precorrin-3A, sementara di jalur anaerobik, precorrin-2 ini dikhelasi dengan kobalt untuk memberikan kobalt precorrin-2, reaksi yang dikatalisis dalam S. enterica oleh CbiK. Dengan demikian, jalur yang tergantung oksigen (aerob) dan yang tidak tergantung oksigen (anaerob) untuk sintesis vitamin B 12 cukup berbeda. Bagian jalur
anaerobik dimulai dengan penyisipan kobalt (Co 2+) ke precorrin-2, sedangkan reaksi khelasi di bagian aerobik terjadi setelah sembilan langkah reaksi sebelumnya. Menariknya, dua kobalt-khelasasi digunakan untuk reaksi-reaksi berbeda dalam jalur aerob khelatase membutuhkan ATP, berbeda dengan anaerob yang tidak memerlukan energi tinggi setara. Perbedaan lainnya antara dua jalur tersebut adalah metode yang digunakan untuk proses kontraksi cincin, dengan penghapusan C-20 dari cincin. Dalam kondisi aerobik, C-20 atom precorrin-3A teroksidasi oleh oksigen molekul, ditopang oleh cluster Fe 4S4 mengandung protein (CobG), dengan penghilangan C-20 sebagai asetat. Dalam kondisi anaerobik, proses kontraksi cincin kemungkinan akan dimediasi melalui ion kobalt kompleks dengan kemampuannya untuk asumsi berbeda keadaan valensi (+1 sampai +3) untuk membantu dalam oksidasi, sehingga dalam peghilangan C-20 sebagai asetaldehida. Perbedaan Oksigen Penyisipan cobalt (Co2+)
Anaerob Tidak bergantung Langkah awal, tidak perlu energi tinggi
Aerob Bergantung Setelah sembilan langkah reaksi sebelumnya, perlu ATP Metode proses Dimediasi melalui ion Atom C-20 dari precorrin kontraksi cincin kobalt kompleks dengan 3A teroksidasi oleh O2, dengan kemampuannya untuk ditopang Fe4S4 penghapusan C- membantu dalam oksidasi, mengandung protein 20 dari cincin sehingga dalam pelepasan (CobG), dengan pelepasan C-20 sebagai asetaldehida C-20 sebagai asam asetat Sementara jalur biosintesis vitamin B 12 yang menyimpang pada precorrin-2, bergabung kembali pada asam adenosilkobirat, yang diubah menjadi cobinamide oleh lampiran dari sebuah lengan aminopropanol ke asam propionat sisi-rantai cincin D. Nukleotida loop yang lebih rendah dihubungkan dengan mentransfer sisa fosforibosil mononukleotida asam nikotinat untuk DMBI. Hasil α-ribosol akhirnya kovalen terkait dengan GDP-aktif adenosilcobinamide, sehingga melepaskan GMP dan menimbulkan sepenuhnya produksi koenzim molekul B 12. 2. Fermentasi Produksi Vitamin B12 menggunakan Bakteri Propioni
Telah ditunjukkan bahwa spesies Propionibacteria memiliki potensi tertinggi untuk mengakumulasi vitamin B 12 intraseluler. Propionibacterium shermanii dan
Propionibacterium freudenreichii yang paling banyak digunakan. Propionibacteria
menghasilkan vitamin B 12 intraseluler dan mengeluarkan asam propionat terutama dan asam asetat ekstraseluler. Semua strain Propionibacterium digunakan untuk produksi vitamin B 12 yang mikroaerofilik dan menghasilkan vitamin B 12 dalam hasil yang tinggi hanya di bawah konsentrasi oksigen yang sangat rendah. Bagaimanapun, biosintesis DMBI membutuhkan oksigen. Oleh karena itu, bioproses produksi vitamin B12 menggunakan strain-strain Propionibacterium dibagi menjadi dua tahap, yaitu: 1. Dalam tiga hari pertama fermentasi, bakteri tumbuh secara anaerob untuk menghasilkan cobamide prekursor vitamin B 12, vitamin B12 antara kehilangan bagian DMBI. 2. Selanjutnya, formasi vitamin B 12 dilengkapi dengan aerasi lembut dari seluruh kultur selama 1-3 hari, yang memungkinkan bakteri untuk melakukan sintesis aerob dari DMBI dan menghubungkannya dengan cobamide. Selain itu, sangat penting untuk menetralkan akumulasi asam propionat selama proses fermentasi secara keseluruhan untuk mempertahankan produksi kultur pada pH = 7. Asam propionat sebesar 10% dari volume fermentasi. Quesada-Chanto et al . mengoptimalkan produksi asam propionat dan vitamin B12 menggunakan Propionibacterium acidipropionici NRRL B3569 dalam kultur berkelanjutan. Penyelidikan mereka menunjukkan bahwa dalam rentang konsentrasi 30-170 g/L sukrosa dalam media fermentasi, tidak ada hambatan substrat yang signifikan terjadi. Dalam optimalisasi nilai pH, temperatur, dan aerasi, dibuktikan bahwa kondisi untuk produksi asam propionat dan vitamin B 12 produksi berbeda. Sedangkan produksi yang optimal dari asam propionat berlangsung di bawah kondisi sepenuhnya anaerob dengan nilai pH 6,5 dan suhu 37 °C, produksi optimal vitamin B12 diperlukan suhu 40 °C dan kondisi aerob (aerasi 0,5 vvm pada 100 rpm) dengan nilai pH 6,5. Marwaha et al . telah mempelajari peran asam amino, betaine, dan kolin dalam biosintesis vitamin B 12 oleh tiga strain Propionibacterium, yaitu. P. shermanii 566, P. shermanii dan Propionibacterium arl AKU 1251. Mereka dilengkapi media
penyerap whey dengan sebelas asam amino (0,05%, massa per volume). Betaine
hidroklorida dan kolin klorida pada massa per rasio volume 0,25, 0,50 dan 0,75% telah dievaluasi. Betaine ditemukan stimulator yang lebih baik daripada kolin. Efek stimulasi dari betaine dan kolin pada sintesis vitamin B 12 pada strain Propionibacterium sp. dapat dijelaskan mirip dengan kasus Pseudomonas denitrificans , yaitu senyawa tidak perlu dimetabolisme menjadi stimulator dan
bahkan tidak perlu masuk ke dalam sel untuk menggunakan pengaruh mereka terhadap pembentukan produk. Marwaha dan Sethi menggunakan limbah susu untuk produksi vitamin B 12. Propionibacterium shermanii 566 mensintesa 5,76 mg vitamin B 12 per liter whey
yang mengandung 4% Laktosa ditambah dengan 0,5% (NH 4)2HPO4 saat fermentasi dilakukan pada suhu 30°C dibawah anaerobiosis untuk paruh pertama (84 jam) diikuti oleh aerobiosis untuk paruh kedua fermentasi (84 jam). Metabolit mulai terakumulasi pada akhir fase pertumbuhan maksimum (4 hari) dan berlangsung hingga kurva mencapai plateau (7 hari). Pertumbuhan P. shermanii 566 juga mengurangi kebutuhan oksigen biokimia (BOD) dari whey dengan lebih dari 90%, sehingga mengurangi BOD dari limbah susu tanaman. Teknologi yang dikembangkan adalah upaya berharga untuk memanfaatkan whey untuk produksi vitamin B12 dan mengurangi masalah pencemaran air. P. shermanii dalam kondisi kultur yang optimal ditemukan lebih baik daripada Propionibacterium arl AKU 1251 dalam fermentasi laktosa whey untuk pembentukan produk. Yongsmith dan Chutima mempelajari produksi vitamin B 12 oleh seluruh sel Propionibacterium sp. strain arl AKU 1251 yang bergerak dalam gel alginat kalsium.
Produksi vitamin B 12 dan pertumbuhan sel bergerak dapat ditingkatkan dengan inkubasi dari sel-sel yang terjebak dalam medium yang mengandung konsentrasi tinggi dari sumber karbon dan nitrogen. Kehadiran prekursor vitamin B 12, yaitu sulfat cobaltous dan 5,6-dimetil benzimidazole, bersama-sama dengan surfaktan Tween 80, pada konsentrasi optimal secara nyata meningkatkan produksi vitamin B 12, hasil maksimal mencapai setinggi 20 mg/L dari medium. Secara umum, hasil yang tinggi vitamin B 12 telah dicapai dengan memperlakukan mikroorganisme dengan agen mutagenik seperti sinar UV atau reagen kimia dan memilih strain dengan keuntungan praktis, seperti stabilitas
genetik, tingkat pertumbuhan yang wajar dan ketahanan terhadap konsentrasi tinggi perantara beracun dalam medium pertumbuhan. Produksi senyawa tetrapyrrole dan vitamin B 12 dengan menggunakan rekayasa genetik Propionibacterium freudenreichii telah ditinjau oleh Murooka et al . Mereka telah meninjau kemajuan rekayasa genetika di P. freudenreichii dalam beberapa tahun terakhir, yang meliputi aspek-aspek molekul pembentukan senyawa tetrapyrrole dan vitamin B 12. 3. Masalah yang terkait dengan produksi vitamin B 12
Masalah
utama
dalam
produksi
vitamin
B 12 yang
menggunakan
Propionibacterium adalah penghambatan pertumbuhan dari sel karena akumulasi metabolit penghambat seperti asam propionat dan asam asetat. Ken-ichiro et al mempelajari berbagai pendekatan pengendalian konsentrasi asam propionat pada tingkat rendah sebagai berikut:
a. Pengolahan/pertumbuhan secara periodik dimana konsentrasi oksigen terlarut (DO) alternatif diubah antara 0-1 ppm,
b. Sistem daur ulang sel menggunakan modul hollow fiber (serat berongga), c. Kultur campuran menggunakan
Propionibacterium dan Ralstonia eutropha
dimana mikroorganisme terakhir mengasimilasi produksi asam propionat. Telah ditemukan bahwa produktivitas vitamin B 12 tertinggi menggunakan sistem daur ulang sel, sedangkan jika kinerja dievaluasi berdasarkan jumlah produksi vitamin B12 per unit volume dari media yang digunakan, sistem kultur campuran memberikan nilai tertinggi. Kinerja P. Freudenreichii dalam fermentasi anaerobik, aerobik dan periodik. Oksigen adalah sebuah kunci untuk peraturan metabolisme. Sel dapat tumbuh lebih cepat selama periode lebih pendek (6 jam) setelah pergeseran DO. Bagaimanapun, lama waktu fermentasi aerobik (lebih dari 6 jam) tidak menguntungkan dalam pertumbuhan sel karena efek penghambat dari oksigen pada sintesis sitokrom. Propionat tersebut membusuk segera dan piruvat terakumulasi setelah pergeseran DO. DO rendah ditemukan menguntungkan dalam pertumbuhan sel, dekomposisi propionat, dan menurunkan produksi asetat. Sebuah operasi siklik baru dimana kondisi anaerobik dan aerobik yang alternatif dilaksanakan
dikembangkan dengan menguntungkan dalam rangka meningkatkan produksi vitamin B12. E. VITAMIN C (ASAM ASKORBAT)
L-asam askorbat merupakan metabolit yang penting bagi sebagian besar mahluk hidup. Fungsi paling penting dari asam askorbat adalah untuk melindungi jaringan dari produk-produk berbahaya yang bersifat oksidatif. L-asam askorbat terutama digunakan dalam industri makanan, baik sebagai vitamin maupun sebagai antioksidan. Sekitar 50% dari asam askorbat sintetis digunakan dalam suplemen vitamin dan industri farmasi. Karena sifat antioksidan dan potensinya dalam menstimulasi pembentukan kolagen, vitamin ini juga digunakan secara luas dalam industri kosmetik. Pasar global saat ini dari asam askorbat melebihi US$ 585 juta dengan pertumbuhan rata-ata per tahun 3%. Saat ini, mayoritas produksi L-asam askorbat merupakan hasil sintesis melalui proses Reichstein dengan menggunakan D-glukosa sebagai bahan dasar. Beberapa proses menggunakan metode biokonversi telah diuraikan, namun karena rendemen hasilnya rendah metode ini belum dikembangkan. Proses Reichstein melibatkan 6 tahap reaksi kimia dan satu tahap fermentasi untuk oksidasi D-sorbitol menjadi Lsorbose. Rendemen L-asam askorbat dari glukosa yang diperoleh melalui proses Reichstein adalah sekitar 50%. Proses ini membutuhkan energi yang besar karena memerlukan temperatur dan/atau tekanan tinggi buat banyak tahapan. Sebagai tambahan, sebagian besar transformasi kimia melibatkan pelarut organik dan anorganik serta pereaksi seperti aseton, asam sulfat dan sodium hidroksida yang cukup besar. Berdasarkan hal ini, dibutuhkan kontrol lingkungan secara langsung terhadap proses, yang menimbulkan konsekuensi biaya yang signifikan pada penanganan limbah. Faktor-faktor ekonomi ini telah mendorong ketertarikan pada pemanfaatan biotransformasi dengan menggunakan mikroba dalam memproduksi L- asam askorbat. Inovasi terbaru dalam proses fermentasi dan biokimia lanjut serta teknologi DNA rekombinan memperluas pilihan yang tersedia untuk pemanfaatan bioteknologi dalam produksi L-asam askorbat. a. Proses fermentasi dengan menggunakan bakteri
Saat ini ada enam proses fermentasi dengan menggunakan bakteri untuk produksi 2-keto-L-asam glukonat, suatu prekursor langsung dari L-asam askorbat. Keenam proses tersebut memiliki jalur yang berbeda-beda dan diberi nama sesuai perantara metaboliknya, yaitu jalur sorbitol, jalur L-idonic, jalur asam glukonat, jalur 2-keto-D-asam glukonat, jalur 2,5-diketo-D-asam glukonat, dan jalur 2-keto-L-asam gulonic (2-KLG) melalui intermediet L-sorbosone (jalur sorbitol), dan oksidasi dari D-glukosa menjadi 2-keto-L-gulonate melalui D-asam glukonat, 2-keto-D-asam glukonat dan 2,5 diketo-D- asam glukonat (jalur 2-keto-D- asam glukonat). a. Jalur sorbitol.
Dengan fermentasi sorbitol di transformasi menjadi 2-KLG melalui intermediet (senyawa antara) L-sorbosone. Transformasi dilakukan oleh beberapa galur dari genus Pseudomonas dan Acetobacter , yang mengkatalisa oksidasi dari L-sorbose (dan/atau D-sorbitol) menjadi 2-KLG melalui suatu serial enzim dehidrogenase yang ditempelkan pada membran, menuju pada pembentukan L-sorbosone. Oksidase final menjadi 2-KLG adalah dikatalisa baik oleh membrane-bound atau cytosolic sorbosone dehydrogenase, tergantung pada galur yang digunakan. Sugisawa et al. mengisolasi kultur dari G.oxydans yang memproduksi sampai 60 g/L 2-KLG dari Lsorbose atau D-sorbitol dengan tingkat konversi 60%. Rekayasa genetika juga telah digunakan untuk perbaikan galur dalam usaha meningkatkan rendemen hasil pada jalur D-sorbitol. Gluconobacter oxydans merupakan spesies yang bisa dipilih untuk keperluan ini tapi lokasi subsellular (cytosolic atau membran-bound) dari dehidrogenase yang dibutuhkan untuk konversi dari D-sorbitol menjadi 2-KLG, bervariasi tergantung galur yang digunakan. Transfer dari intermediet D-sorbitol kedalam sitoplasma dari galur-galur ini, yang merupakan jalur intermediet dari siklus pentosa fosfat, terganggu dengan kurangnya keberadaan cytosolic reductase. Untuk mengatasi masalah ini, membran-bound dehydrogenase dari sumber alternatif telah diekspresikan dalam Gluconobacter oxydans hasil rekayasa genetika untuk melengkapi atau menggantikan enzim-enzim cytosolic. Sebagai contoh, membrane-bound sorbosone dehydrogenase dari galur Acetobacter liquefaciens
IFO 12258 telah diekspresikan dalam galur-galur OX4 dari
Gluconobacter oxydans, yang memiliki membrane-bound sorbitol dehydrogenase dan
sorbose dehydrogenase tapi tidak memiliki cytosolic dehydrogenase. Peningkata perolehan 2-KLG dari keduanya yaitu L-sorbose (68 sampai 81%) dan L-sorbosone (23 sampai 83%) teramati dalam galur-galur yang dihasilkan tapi tidak ada peningkatan hasil dengan kondisi fermentasi. Saito dkk telah mengisolasi Gluconobacter oxydans G624, yang mampu mengkonversi D-sorbitol menjadi L-sorbose hampir secara kuantitatif melalui membrane-bound sorbitol dehydrogenase, tapi tidak mampu mensintesa 2-KLG. Membrane-bound sorbose dehydrogenase dan cytosolic sorbosone dehydrogenase telah di klon dari suatu galur yang dapat memproduksi 2-KLG, yaitu Gluconobacter oxydans T-100, dan diekspresikan dalam Gluconobacter oxydans G624. Setelah otimisasi dari sistem ekspresi, suatu mutagenesis kimia dilakukan untuk memblok metabolisme lebih lanjut dari 2-KLG menghasilkan galur Gluconobacter oxydans yang memberikan hasil 2-KLG lebih dari 85%. b. Pathway 2-keto-D-asam glukonat
Dalam pathway ini, D-glukosa ditransformasikan menjadi 2-KLG melalui asam glukonat, 2-keto-D asam glukonat dan 2,5-diketo-asam D-glukonat (2,5-DKG). Sampai saat ini, belum ada galur bakteri yang mampu mengkatalisa conversi secara lengkap dari D-glc menjadi 2-KLG secara efisien yang berhasil diisolasi. Conversi ini dilakukan dalam tiga langkah; setiap langkah dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme yang berbeda: (i) transformasi dari D-glucosa menjadi 2-keto-Dasam glukonat: transformasi ini dilakukan dengan menggunakan Acetobacter melanogenus dan Pseudomonas albosesamae. Beberapa galur Acetobacter juga
mensintesa 2-keto-D- asam glukonat; (ii) oksidasi dari 2-keto-D- asam glukonat: oksidasi ini dilakukan oleh Bacterium hoshigaki dan Bacterium gluconicum dengan2,5-DKG sebagai produk. Sebagai tambahan, Acetomonas albosesamae dapat secara langsung mentransformasi D-glukosa menjadi 2,5-DKG; (iii) oksidasi dari 2,5asam DKG: Sonoyama dkk telah menjelaskan proses konversi dari 2,5-DKG menjadi 2-KLG. Galur-galur yang digunakan adalah dari genus Brevibacterium dan Pseudomonas,
dan
perolehan
maksimum
diperoleh
dari Brevibacterium
ketosoreductum . Penggunaan Corynebacterium juga disarankan.
Usaha-usaha ini kemudian dikembangkan dengan mengembangkan kapasitas metabolik dari galur bakteri melalui rekayasa genetika. Anderson dkk mengklon suatu gen cytosolic 2,5-DKG reductase dari Corynebacterium sp. Dan mengekspresikannya dalam Erwinia herbicola. Organisme rekombinan mampu mensintesa 2-KLG dari Dglukosa, tapi hasilnya sangat rendah (1 g/L 2-KLG dari 20 g/L D-glukosa). Hal ini berkaitan dengan kebutuhan untuk transportasi dari intermediet antara ruang periplasmic yang mengandung tiga enzim yang dibutuhkan untuk konversi D-glukosa menjadi 2,5-DKG dan sitoplasma yang mengandung 2,5-DKG reductase yang dibutuhkan untuk sintesis 2-KLG. Bagaimanapun, Grindley dkk menunjukkan bahwa rekombinan E.citreus yang mengekspresikan 2,5-DKG reductase dari Corynebacteriu sp dapat mengakumulasi 19,8 g/L 2-KLG dengan 49% efisiensi konversi dari glukosa. Perbaikan perolehan ini didapatkan melalui optimisasi kondisi fermentasi, dan seleksi secara hati-hati dari promotor yang mengontrol ekspresi dari gen 2,5-DKG reductase dan dengan penggunaan galur mutan E. Citreus yang tidak dapat menggunakan 2,5DKG atau 2-KLG untuk pertumbuhan. Belakangan, proses in vitro dengan efisiensi sangat tinggi untuk produksi 2-KLG melalui jalur ini telah dikuasai. Pada proses ini glukosa dapat dikonversi menjadi 2-KLG dengan >60%, dengan produktivitas keseluruhan 2 g (2-KLG)/L/h. Biokonversi 2-KLG menjadi L-asam askorbat Dalam proses konvensional, 2-KLG dikonversikan secara kimiawi menjadi Lasam askorbat melalui dua jalur. Yang pertama melibatkan banyak tahapan termasuk:
Esterifikasi suatu derivatif 2-KLG dibawah kondisi sangat asam untuk menghasilkan metil 2-keto-L-gulonate (MeKLG);
Reaksi MeKLG dengan suatu basa untuk menghasilkan garam logam askorbat
Pengolahan garam logam askorbat dengan suatu asam untuk memperoleh asam askorbat. Jalur kedua adalah suatu metode satu langkah yang melibatkan cyclization
katalisa asam dari KLG.
Secara komersial, kedua metode tidak diinginkan karena dibutuhkannya tahapan kmia yang banyak (jalur pertama) atau penggunaan gas hidrogen klorida dalam jumlah banyak atau kebutuhan peralatan proses yang sangat mahal (jalur kedua). Untuk mengatasi masalah ini, beberapa metode telah ditemukan untuk konversi 2KLG menjadi asam askorbat. Hubbs menggunakan enzim hydrolase untuk mengkonversi ester dari 2-KLG menjadi asam askorbat. Secara serupa, enzim-enzim lactonase yang diisolasi dari Zymomonas mobilis, Escherichia coli dan Fusarium oxysporium telah dilaporkan untuk mengkonversi 2-KLG menjadi asam askorbat. B agaimanapun, kemungkinan untuk memperbaiki proses melalui disain reaktor yang lebih baik dan perbaikan metode enzymatis dapat digunakan untuk meningkatkan hasil. Beberapa galur khamir seperti Candida blankii dan Cryptococcus dimennae juga dapat mengkonversi 2-KLG menjadi asam askorbat. Bagaimanapun, ini memberikan perolehan sangat rendah dengan akumulasi hanya 25 μ g/mL asam askorbat dalam media dengan mengandung 5 mg/mL 2-KLG setelah inkubasi selama 48 jam. Dalam kedua spesies, mutagenesis dari pathway katabolik dan investigasi lebih lanjut terhadap kondisi kultur optimum dapat meningkatkan perolehan. Proses fermentasi berbasis khamir untuk produksi asam askorbat
Penelitian terdahulu menyarankan bahwa sel khamir mengandung asam askorbat. Bagaimanapun, pengujian ulang terhadap klaim ini yang dilakukan baru baru ini dengan menggunakan metodologi yang lebih baik menunjukkan bahwa khamir tidak memiliki pathway biokimia untuk mensintesis vitamin C, tapi dapat mensintesa asam D-erythroascorbic. Senyawa ini mempunyai fungsi antioksidan yang serupa dalam khamir tapi tidak memiliki aktivitas antiscorbutik. Sel-sel khamir , bagaimanapun, diketahui mampu mengakumulasi L-asam askorbat bila diinkubasi dengan
L-galaktosa,
L-galactono-1,4-lactone
atau
L-galactono-1,4-lactone
intermediate dari pathway tanaman atau binatang. Kumpulan bukti menunjukkan bahwa biosintesis dari L-asam askorbat dari substrat ini dalam khamir terjadi melalui aktivitas enzym dari D-erythroascorboc
acid pathway. Terlebih, ekspresi dari D-arabinono-1,4-lactone oxidase dari Sacharomyces cerevisae dala Escherichia coli dapat mengoverproduksi
D-
erythroascorbic dan L-ascorbic acid bila disuply denganD-arabinono-1,4-lactone dan D-galactono-1,4-lactone secara berturut-turut. Sacharomyces cerevisae dan Zygogosaccaromyces bailii mengakumulasi Lasam askorbat secara intrasellular bila diinkubasi dengan L-galaktosa. Ekspresi berlebih dari D-arabinosa dehydrogenase dan D-arabinono-1,4-lactone oxidase dalam Saccharomyces cerevisae menungkatkan kemampuan in secara signifikan. Kenyatannya,
glur
rekombinan
bahkan
memperoleh
kemampuan
untyuk
mengakumulasi L- asam askotbat dalam media kultur. Hasil lebih baik dapat diperoleh dengan ekspresi berlebih dari enzym tanaman L-galactose dehydrogenase dari Arabidopsis thaliana. Produ ksi L -asam askor bat menggun akan al gae
Skatrud dan Huss menguraikan metode untuk produksi L-asam askorbat dalam algae yang efisien. Metode melibatkan pertumbuhan awal dari Chlorella pyrenoidosa ATCC 53170 dalam suatu fermentor dengan suatu sunber karbon yang mencukupi untuk peryumbuhan sel sampai kepekatan intermediet. Pada tahap akhir, tambahan sumber karbon diberikan secara bertahap atau secara kontinyu untuk memelihara konsentrasi sumber karbon dibawah level yang ditetapkan diawal sampai penambahan dihentikan. Ini menghasilkan produksi 1,45 g/L L asam askorbat. Euglena gracilis Z adalah satu dari beberapa mikroorganisme yang secara simultan memproduksi vitamin-vitamin antioksidan seperti ß-carotene (71 mg/L), vitamin C (86,5 mg/L) dan vitamin E (30,1 mg/L).
F. VITAMIN H (BIOTIN)
Biotin (vitamin H) adalah kofaktor yang berperan dalam metabolisme mamalia. Setiap harinya manusia dan hewan membutuhkan beberapa ratus microgram bitotin per hari, sementara mikroba, tanaman, dan jamur dapat mensintesis koaktor mereka sendiri. Biotin banyak ditambahkan pada makanan, pakan, dan produk kosmetik. Namun
kebanyakan biotin disintesis secara kimia yang menyebabkan beban lingkungan yang berat. Fermentasi dipilih menjadi cara yang tepat untuk mensintesis biotin dalam jumlah besar. Jalur Sintesis Biotin
Sintesis biotin dilakukan dengan 4 strain bakteri, yaitu Bacillus subtilis, Bacillus sphaericus, Escherichia coli, dan Sphingomonas sp. Biosintesis biotin dilakukan dengan
melewati tiga perantara yaitu asam 7-keto-aminopelargic (KAPA), asam 7,8diaminopelargic (DAPA) dan Dethiobiotin (DTB) yang digolongkan secara individu atau kolektif sbagai vitamer atau vitamer total. Kelemahsilannya adalah pada langkah terakhir, konversi dethiobiotin (DTB) ke biotin tidak dapat diselesaikan dengan cara enzimatis, tetapi B. sphaericus dapat mengkonversi DTB menjadi biotin. Hal ini ini disebabkan karena tindakan represif biotin terhadap enzim pensintesis biotin.
Gambar 2. Jalur sintesis biotin
Menurut Ogata et al., bakteri B. sphaericus, berkebalikan dengan E. coli dapat mengkeskresikan sejumlah signifikan dari jalur sintesis biotin intermediet dari prekursor asam pimelat. Sedangkan Ohsawa et al dan Gloecker et al mengemukakan bahwa B. sphaericus sulit untuk diperbanyak karena tidak dapat mengutilisasi glukosa secara
efisien sebagai sumber karbon, dan amonia sebagai sumber nitrogen karena kebanyakan hanya digunakan sebagai molekul organik. Brown et al. menggunakan strain rekombinan E. coli dengan teknik genetik dan dapat menghasilkan vitamin dalam jumlah besar. Parameter yang dapat mempengaruhi vitamer dan formulasi biotinn adalah skala kultur, tipe kultur, tahapan inokulasi, pH, suhu, oksigen terlarut, variasi konstituen medium, dan penambahan prekursor. Dapat disimpulkan bahwa untuk dapat menghasilkan biotin terbaik yaitu menggunakan 20 L fermentor dengan gliserol sebagai sumber karbon. Asam casamino dapat mempengaruhi produksi vitamin dan strain terbaik yang digunakan adalah E. coli. Kondisi pH dan suhu optimum secara berturutturut adalah 7 dan 370 C.
BAB III KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari jurnal “Biotechnological Production of Vitamin” adalah:
1. Proses microbial atau mikroalgal untuk produksi vitamin memiliki banyak keuntungan dibandingkan dengan proses sintesis kimia. 2. Produk-produk dari proses kimia biasanya campuran racemic, sementara itu reaksi fermentasi ataupun biokonversi menghasilkan senyawa enantiomeric yang diinginkan. 3. Dengan tambahan kemajuan pada biokimia dan teknologi DNA bersama-sama dengan revlusi genmik telah melebarkan opsi yang tersedia untuk eksploitasi bioteknologi pada produksi vitamin. 4. Proses bioteknologi dan produk-produk hasilnya umumnya memiliki dampak lingkungan yang positif dan merupakan daya tarik positif tersendiri bagi orang-orang.
