Biotechnology in Flavor Production

More than 7,000 different compounds were identified and found in some 400 foodstuffs. Hundreds of these indigenous flavor compounds are isolated as natural flavor that used in food industry. Chemosynthesis of artificial flavor offends the consumers that tend to choose the safer ‘natural’ flavor. Extraction and isolation of flavor compounds from plant is one way to produce ‘natural’ flavor compounds which more expensive than chemosynthesis of artificial flavor. Involving biotechnology in production of flavor may reduce the high expense spent to recover the flavor from plant. Industrial application of biotechnology through gene expression, mutagenesis, whole-cell bio-catalysis, and others fermentation processes could find biocatalitic process to produce ‘natural’ flavor compounds. Use of the technology wisely gives cheaper process and safe products.

 

Senyawa flavor (aroma dan citarasa) sangat penting dan turut menentukan perkembangan industri makanan dan minuman. Senyawa tersebut menentukan sifat organoleptik yang merupakan salah satu atribut mutu makanan/minuman dan menentukan pasar produk tersebut. Ada dua kelompok flavor, yaitu kelompok senyawa indigenus (indigenous flavor) dan kelompok senyawa yang sengaja ditambahkan ke dalam produk makanan/minuman. Senyawa flavor indigenus berasal dari bahan baku makanan itu sendiri atau terbentuk di dalam makanan selama proses pengolahan. Sampai sekarang dilaporkan sedikitnya 7.000 senyawa flavor ditemukan di dalam 400 jenis bahan pangan (www.axxence.de). Kelompok senyawa flavor yang kedua adalah senyawa flavor yang sengaja ditambahkan untuk memperbaiki mutu sensoris (flavor) makanan atau minuman tersebut. Senyawa flavor ini termasuk ke dalam bahan tambahan makanan. Kelompok senyawa ini ada yang ‘alami’ (natural) dan sintetis/artificial. Senyawa flavor ‘alami’, sering juga disebut dengan bio-flavor, merupakan senyawa yang dihasilkan dari ekstraksi tanaman/hewan atau diproduksi secara mikrobiologis. Jenis flavor ini sering diperdagangkan dalam bentuk crude flavor maupun pure flavor. Flavor sintetis merupakan senyawa yang dibentuk secara kimia. Senyawa flavor sintetis mempunyai sifat sensoris yang sama dengan senyawa flavor ‘alami’.
Penggunaan senyawa flavor oleh industri pangan ditujukan untuk memperkuat flavor produk atau untuk membentuk flavor produk yang spesifik yang pada akhirnya dapat meningkatkan mutu sensoris produk tersebut. Selain itu, produksi flavor juga disesuaikan dengan keinginan konsumen. Bahkan sekarang ini ada kecenderungan konsumen menginginkan satu flavor dapat digunakan pada lebih dari satu jenis makanan. Secara umum, produksi jenis flavor oleh industri pangan dilakukan melalui pertimbangan mutu, ekonomi, dan keinginan konsumen, sehingga penelitian-penelitian flavor juga mengarah pada, selain nilai ilmiah, nilai ekonomis produk dan keinginan konsumen. 
C:\Users\farah\Pictures
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gambar 1. Sintesis vanillin dari eugenol dengan menggunakan bakteri Pseudomonas sp. HR 199 yang dimodifikasi secara genetic. Enzim yang relevan terlibat diperlihatkan dengan nama gennya ada dalam lingkaran oval
(Schrader et al., 2004).
 
Dengan demikian hasil-hasil penelitian flavor haruslah sesuai dengan kebutuhan industri dan pada akhirnya untuk kepuasan konsumen. Penggunaan senyawa flavor sintetis sering masih menjadi pilihan industri pangan karena lebih murah dibandingkan dengan senyawa flavor ‘alami’.
Dekade belakangan ini, perkembangan penggunaan senyawa flavor mengarah pada penggunaan senyawa flavor ‘alami’ karena kekhawatiran konsumen akan bahaya penggunaan senyawa flavor sintetis. Meningkatnya kepedulian konsumen terhadap keamanan dan kesehatan menyebabkan meningkatnya permintaan akan penggunaan senyawa flavor ‘alami’. Dampak terhadap kesehatan sudah menjadi pertimbangan industri flavor maupun industry makanan/minuman yang banyak menggunakan senyawa flavor. Selain berfungsi untuk memperbaiki flavor produk, senyawa flavor ‘alami’ sering mempunyai fungsi kesehatan lain (Berger, 2009), seperti sebagai:
• Antimikrobial (vanillin, komponen minyak atsiri),
• Antifungal dan antiviral (beberapa senyawa alkanolida),
• Antioksidan (vanillin, eugenol dan lain-lain).
• Pengatur tekanan darah (2-[E]-hexenal), atau
• Bahan anti-inflammatory (1,8-cineole).
Peningkatan permintaan akan senyawa flavor ‘alami’ memacu penelitian-penelitian flavor yang mengarah pada produksi flavor ‘alami’ dengan biaya yang lebih rendah. Produksi senyawa flavor melalui proses biokatalis dalam industri sudah mulai dilakukan untuk mengatasi menurunnya permintaan senyawa flavor yang diproduksi secara kimia.
 
Peran Bioteknologi
Dewasa ini pemanfaatan bahan ‘alami’ yang berhubungan dengan makanan dilakukan untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Label ‘‘alami’’ (‘natural’) merupakan label yang ampuh digunakan untuk memasarkan produk yang dibutuhkan konsumen. Produk ‘alami’ dipercaya aman untuk dikonsumsi, bahkan produk tersebut termasuk ke dalam GRAS (generally recognized as safe) sehingga aman untuk dikonsumsi. Produksi senyawa flavor dari ekstrak tanaman, proses biokatalis maupun penerapan rekayasa genetik terhadap tanaman maupun ekspresi gen ke dalam sel bakteri atau yeast sudah mulai dilakukan secara komersial. Beberapa produk senyawa flavor yang diproduksi secara komersial dapat dilihat pada Tabel 1.
 
Untuk memperoleh senyawa flavor yang ‘alami’, ekstraksi dan isolasi senyawa flavor dari tanaman banyak dilakukan oleh industri flavor. Senyawa flavor ini mempunyai nilai ekonomis yang lebih tinggi dibandingkan dengan senyawa flavor sintetis. Kesulitan ekstraksi atau destilasi terjadi apabila kandungan senyawa flavor yang rendah, sehingga tidak dapat dilakukan produksi senyawa flavor dengan cara ekstraksi dan destilasi yang sederhana. Dengan demikian, diperlukan teknologi dengan biaya yang lebih tinggi untuk mengekstrak dan mengisolasi senyawa flavor tersebut. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi mengarah pada teknik rekayasa genetik terhadap tanaman untuk dapat menghasilkan komponen flavor yang lebih tinggi atau mengekspresikan gen yang bertanggungjawab terhadap produksi flavor itu sehingga dapat diproduksi secara mikrobiologis dengan produktivitas yang tinggi. Teknik modern biologi molekuler dan rekayasa proses, seperti ekspresi gen, mutagenesis, biokatalis dengan menggunakan sel mikroba (whole-cell biocatalysis) dan proses rekayasa lainnya, dapat menghasilkan lebih banyak proses biokatalisis untuk produksi senyawa flavor (Schrader et al., 2004). Aplikasi biokatalisis secara industri untuk produksi senyawa flavor ‘alami’ dapat dilakukan untuk produksi vanillin, Ύ-decalactone, asam-asam karboksilat, senyawa C6 aldehyda and senyawa alcohol, senyawa ester dan 2-phenylethanol. Dalam reviewnya Rabenhorst et al. membahas keterkaitan bioteknologi dengan aplikasi industri senyawa flavor tersebut.
 
Produk senyawa flavor melalui proses menggunakan sel mikroba maupun rekayasa genetik bersaing dengan proses produksi dengan ekstraksi langsung dari tanaman. Beberapa pertimbangan yang diperlukan untuk penerapan bioteknologi dalam proses produksi senyawa flavor adalah gabungan antara pertimbangan ilmiah dan komersial, seperti:
• Senyawa flavor bernilai tinggi yang terkandung di dalam tanaman yang tidak mungkin dilakukan dengan cara ekstraksi atau destilasi klasik,
• Bahaya produk kemosintesis, konsumen merasa lebih aman mengkonsumsi produk ‘‘alami’’. Sebagai contoh: di Eropa 90% senyawa flavor yang digunakan di dalam produk minuman adalah senyawa ‘‘alami’’ (80% di US) (Berger, 2009),
• Biokatalis sangat selektif (chemo-, regio-, stereo- ), dan
• Biokatalis diterima sebagai proses yang ‘alami’ (white biotechnology).
 
Glutamat dalam bentuk monosodium glutamate (MSG) merupakan salah satu produk senyawa penguat flavor (flavor enhancer) yang sudah banyak dan umum diproduksi di berbagai negara. Sebagian besar produk ini diproduksi secara mikrobiologis melalui fermentasi bahan yang mengandung gula menjadi glutamate dengan menggunakan bakteri (Corynebacterium glutamicum). Di Indonesia
 
Acetaldehydea                                                Citronellyl estersb                                      2-Heptanonea                                        2-Octanone
Acetoina                                                                 n-Decanala                                                   n-Hexanal                                          4-Octanolidea
Acetophenone                                                    4-Decanolidea                                           2-(E)-Hexenal/ol                                    1-Octen-3-ola
Anethol                                                                 5-Decanolidea                                       3-(Z)-Hexenol/acetateb                            2-Pentanonea
Anisyl acetate                                                  2-Decenolactonea                                         4-Hexanolidea                                   i-Pentyl alcohola
Benzaldehydea                                               Dimethyl pyrazines                4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone                i-Pentyl estersb
Benzyl butanoatea                                           4-Dodecanolidea                                                  Indole                                        Phenylacetaldehydea
n-Butyl estersb                                                 5-Dodecanolidea                                             ß-Iononea                                     1-Phenylethyl acetatea
n-Butanola                                                            Ethyl acetatea                                                     Maltol                                               n-Propanola
i-Butyl alcohola                                                  Ethyl benzoateb                                                Methionala                                2-Propenyl hexanoatec
i-Butyl estersb                                                    Ethyl butanoatea                                      Methyl anthranilatea                                  n-Propyl esters
i-Butanala                                               Ethyl 2,4-(E,Z)-decadienoateb                 2-Methylbutanoic acid/estersa                        Raspberry ketone
d-Carvone                                                  Ethyl 2-methylbutanoatea                                 3-Methylbutanala                                        Sclareolidea
ß-Caryophyllene                                           Ethyl phenylacetatea                                       Methyl salycilate                                 4-Undecalactonea
Cinnamic acida                                                     Farnesol                                                   n-Nonanal/ola                                         2-Undecanonea
Cinnamic alcohola                                                 Fenchol                                                    2-Nonanonea                                               Vanillina
Cinnamaldehydea                                             Furfuryl thiola                                               Nootkatonea
Cinnamyl estersb                                           Geranyl acetateb                                               n-Octanal
Citronellol                                                               n-Heptanal                                                   3-Octanol
 
*Berger, 2009; aKemungkinan dapat berasal dari proses bioteknologi;
Berasal dari ekstrak tanaman; cTidak ditemukan di alam.
 

 

 

beberapa perusahaan MSG menggunakan tetes (molase) tebu sebagai substrat dalam proses produksi glutamat. Dengan proses rekayasa genetika dan rekayasa medium pertumbuhan bakteri tersebut dapat memproduksi glutamat dalam jumlah yang banyak.
 
Banyak senyawa flavor yang sedang diteliti untuk bisa dikembangkan dan diaplikasikan pada proses industri. Vanillin merupakan salah satu senyawa flavor yang dapat dikembangkan untuk diproduksi secara mikrobiologis. Vanillin dapat diproduksi dengan mengekstrak buah vanili. Ekstraksi vanillin dari buah vanili memerlukan biaya yang tinggi, sehingga produksi vanillin sintetik masih tinggi. Setiap tahun diproduksi lebih dari 10.000 ton vanillin secara kimia. Hal ini dipicu oleh permintaan vanillin yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Menurut survey perkembangan produk baru 2012 (2012 New Products Development Survey) yang dipublikasikan oleh Zegler (2012), penggunaan flavor vanillin menduduki 10 besar dan terjadi peningkatan penggunaan (9%) dari tahun 2010 untuk produk minuman. Peningkatan 9% ini sama dengan peningkatan flavor apel dan peningkatan ini paling tinggi dibandingkan dengan flavor lain yang digunakan untuk minuman.
 
Akibat permintaan flavor vanillin yang tinggi dan terus meningkat, maka usaha produksi vanillin secara mikrobiologis terus diteliti untuk dapat dikembangkan agar biaya
produksi vanillin dapat lebih murah, setidaknya biaya produksi sama dengan proses sintesis kimia. Proses produksi secara bioteknologi didasarkan pada biokonversi asam ferulat, isoeugenol atau eugenol dengan mengaplikasikan bakteri, fungi atau mikroorganisme lain yang direkayasa secara genetika. Mikroorganisme yang sedang diteliti secara intensif adalah Amycolatopsis sp. dan Pseudomonas sp. Bakteri Pseudomonas sp. dapat mengkonversi eugenol melalui asam ferulat menjadi vanillin. Dengan mengganggu gen vdh (vanillin dehydrogenase) bakteri tersebut dapat mengkonversi eugenol menjadi vanillin (lihat Gambar 1). Eugenol merupakan substrat yang murah dan mudah diperoleh di Indonesia. Karena proses ini melibatkan organism yang dimodifikasi secara genetik (genetically modified organism/GMO), maka diperlukan penelitian yang intensif agar produk vanillin yang dihasilkan aman untuk dikonsumsi.
 
Keamanan Produk Bioteknologi
Faktor kesehatan masih menjadi prioritas konsumen dalam memilih makanan. Penggunaan bahan-bahan alami dalam proses produksi makanan mempunyai pangsa pasar yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Demikian pula penggunaan senyawa flavor ‘alami’ masih menjadi pilihan masyarakat sebelum memilih senyawa flavor sintetis. Permintaan konsumen terhadap senyawa flavor alami merupakan salah satu faktor pemicu meningkatnya keinginan industri minuman menggunakan flavor alami dalam produknya (Zegler, 2012).
 
Proses bioteknologi yang dapat diaplikasikan dalam proses industri produksi flavor meliputi proses ekstraksi dan isolasi langsung dari tanaman, isolasi senyawa flavor dari proses fermentasi, dan menggunakan mikroorganisme yang dimodifikasi secara genetik dalam proses produksi senyawa flavor. Ekstraksi dan isolasi senyawa flavor langsung dari tanaman atau melalui proses fermentasi merupakan proses yang biasa dilakukan, bahkan sudah dilakukan secara tradisional secara turun-temurun. Dengan demikian proses ini dapat menghasilkan senyawa flavor yang aman untuk digunakan di industri pangan dan termasuk GRAS. Kombinasi antara proses fermentasi dan ekstraksi senyawa flavor dapat meningkatkan produksi senyawa flavor. Dalam hal ini, proses fermentasi dapat memaksimalkan recovery senyawa flavor pada saat proses ekstraksi.
 
Senyawa flavor yang diproduksi secara mikrobiologis yang menggunakan GMO masih menjadi perdebatan antara pro dan kontra. Namun demikian, perkembangan bioteknologi yang mengarah pada biologi molekuler begitu pesat dewasa ini. Perkembangan ini menyebabkan berkembangnya makanan transgenik atau makanan yang mengandung ingredien transgenik, termasuk flavor. Pengembangan produk flavor dengan proses yang menggunakan GMO perlu mempertimbangkan aspek kesehatan dari produk tersebut. Penggunaan teknologi secara bijaksana akan menghasilkan proses produksi yang lebih murah dan produk yang aman.
 
Referensi
• Berger, R.G. 2009. Biotechnology of flavor – the next generation. Biotechnol. Lett. 31: 1651-1659.
• Krings, U. and Berger, R.G. 1998. Biotechnological production of flavors and fragrances. Appl. Microbiol. Biotechnol. 49: 1-8.
• Schrader, J., Etschmann, M.M.W., Sell, D., Hilmer, J.M. and Rabenhorst, J. 2004. Applied biocatalysis for the synthesis of natural flavour compounds –current industrial processes and future prospects. Biotechnol. Lett. 26: 463-472.
• Zegler, J. 2012. 2012 new product development survey. Beverage Industry, January 2012: 56-66
 
Nyoman Semadi Antara, Ph.D.
Professor on Food and Agroindustrial Technology
Laboratory of Bioindustry
Faculty of Agricultural Technology, Udayana University
 
(FOODREVIEW INDONESIA | VOL. VII/NO. 5/MEI 2012)
 

Artikel Lainnya

  • Jan 22, 2018

    Produk Roti Berlabel Khusus Menjadi Tren di Eropa

    Selain klaim-klaim kesehatan, Euromonitor (2015) juga mencatat di sektor roti di Eropa bahwa sebagian besar produk bakeri menjual label khusus karena melihat bahwa konsumen Eropa akan membayar lebih untuk produk semacam itu. Produk seperti roti vegetarian, bersertifikat kosher atau halal pun bermunculan sebagai alternatif meski pangsa pasarnya masih terbatas. Namun demikian, tren makanan sehat tetap masih yang utama. ...

  • Jan 20, 2018

    Preferensi Konsumen Terhadap Produk Bakeri

    Konsumen mempunyai kriteria tertentu terhadap mutu roti terutama kesegaran (freshness) dan aroma roti. Bread staling merupakan perubahan fisiko-kimia yang kompleks yang terjadi secara perlahan sehingga menyebabkan pengerasan crumb dan pelunakan crust sehingga roti kehilangan kesegarannya. Oleh karenanya sangat penting untuk menjaga kelembutan roti sehingga kesegaran roti dapat terjaga dalam waktu yang lebih lama. Di samping itu, tingkat kesukaan konsumen terhadap roti juga berbeda-beda, misalnya roti sandwich Inggris mempunyai struktur crumb yang lembut dan tekstur sangat halus, namun tidak populer di Perancis yang menyukai baguettes dengan crust yang renyah, berlubang besar dan crumb yang kenyal.  ...

  • Jan 19, 2018

    Perlunya Pendekatan Keamanan Pangan untuk Kontaminan Hasil Proses

    Menurut Codex Alimentarius, kontaminan merupakan setiap substansi yang tidak sengaja ditambahkan ke dalam bahan pangan atau pakan yang akan muncul sebagai hasil proses produksi, pengolahan, penyiapan, pengemasan, transportasi dan penyimpanan sebelum distribusi, ataupun hasil dari kontaminasi lingkungan. Pengertian tersebut tidak termasuk bagian serangga, rambut, hewan pengerat, dan bahan dari lingkungan eksternal lainnya. ...

  • Jan 18, 2018

    Peran Lipase dan Glukosa Oksidase dalam Pembuatan Roti

    Lipase dan Glukosa Oksidase merupakan dua enzim yang diaplikasikan pada pembuatan roti. Lipase menghidrolisis ikatan ester pada asilgliserol menghasilkan mono- dan digliserida, serta asam lemak bebas. Aplikasi lipase komersial relatif baru dibandingkan dengan enzim yang lain. Sebagian besar lipase komersial berasal dari jamur. Lipase spesifik terutama meningkatkan kekuatan dan stabilitas adonan. Gluten dari tepung terigu yang diperlakukan dengan lipase lebih kuat dan lebih elastis. Oleh karenanya, lipase dapat menjadi alternatif pengganti bahan kimia untuk penguatan adonan dan emulsifier. ...

  • Jan 16, 2018

    Penambahan Hidrokoloid Perbaiki Sifat Sensoris Bakeri dari Tepung Termodifikasi

    Selain gluten, komponen lain yang juga sangat penting untuk bakeri adalah pati. Penambahan pati berhubungan dengan struktur, kadar air, umur simpan, hasil dan juga biaya produksi. Secara sensoris, pati mempengaruhi rasa, tekstur dan mouthfeel produk. Pati dapat memengaruhi kekentalan serta crispness produk pangan. Oleh karena tepung termodifikasi mengandung kadar pati yang jauh lebih tinggi daripada terigu (amilosa > 25%), maka tentunya produk yang dihasilkan akan memiliki karakteristik pengembangan, kelarutan, penyerapan air dan gelatinisasi yang berbeda. Secara sensoris produk yang dihasilkan dengan penambahan tepung modifikasi cenderung memiliki tekstur yang lebih keras atau padat, kurang elastis, mudah patah dan keras (Yuwono, dkk, 2013).  ...