Jenis Sumber Nitrogen Organik bagi Proses Fermentasi

Penulis: Swaathika A/P Suresh, Ts. Dr. Abdullah Amru Indera Luthfi

Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Ketua Sub-bidang (Teknologi Fermentasi),
Pusat Penyelidikan Teknologi Proses Mampan (CESPRO),
Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina, UKM

Proses fermentasi adalah kaedah penting dalam penghasilan pelbagai produk bio. Pertumbuhan mikroorganisma dalam fermentasi bergantung kepada penyediaan sumber nitrogen yang mencukupi. Nitrogen merupakan sumber nutrien penting yang diperlukan untuk mensintesis protein, asid nukleik dan komponen sel yang lain. Terdapat dua jenis sumber nitrogen yang boleh digunakan untuk proses fermantasi iaitu sumber organik dan sumber nitrogen bukan organik. Mikroorganisma boleh menggunakan kedua-dua sumber bukan organik dan sumber nitrogen organik. Artikel ini membincangkan beberapa jenis sumber nitrogen organik yang popular yang boleh digunakan dalam proses fermentasi, termasuk ekstrak yis, hampas kacang soya dan dedak padi untuk menggantikan sumber nitrogen yang mahal seperti ekstrak yis.

Sumber nitrogen organik ialah sebatian atau bahan yang mengandungi nitrogen dan berasal daripada bahan organik. Sumber-sumber ini menyediakan nitrogen dalam bentuk sebatian organik, seperti asid amino, peptida, protein dan molekul organik yang mengandungi sumber nitrogen lain. Selain itu, sumber nitrogen organik memainkan peranan penting dalam meningkatkan pertumbuhan mikrob dan aktiviti metabolik semasa fermentasi. Lazimnya, sumber nitrogen organik digunakan bagi proses fermentasi. Hal ini kerana, sumber nitrogen bukan organik mempunyai nutrien yang kurang walaupun ia mempunyai kualiti yang stabil, komposisi tunggal dan boleh digunakan dengan cepat Manakala, sumber nitrogen organik kaya dengan nutrien dan komposisi kompleks, seperti protein, peptida, asid amino bebas, gula, lemak dan faktor pertumbuhan, yang boleh menggalakkan pertumbuhan cepat mikroorganisma, memendekkan tempoh penapaian dan memanjangkan tempoh penghasilan asid.

Di samping itu, nitrogen organik menawarkan campuran kompleks sebatian organik yang hampir menyerupai persekitaran nutrien semula jadi untuk mikroorganisma. Sebatian ini lebih mudah diasimilasikan dan digunakan oleh mikroorganisma berbanding sumber bukan organik, di samping turut meningkatkan pertumbuhan sel dan aktiviti metabolismenya. Banyak sumber nitrogen organik boleh didapati dengan mudah daripada sumber pertanian, perindustrian atau mikrob. Ianya kos efektif dan mudah didapati berbanding dengan garam nitrogen bukan organik yang lebih mahal.

Salah satu jenis sumber nitrogen organik yang popular adalah ekstrak yis. Ekstrak yis adalah ekstrak larut air yang dihasilkan daripada aliran sisa yis seperti yis pembuat roti, Candida utilis, Candida tropicalis dan Kluyveromyces marxianus. Ia mengandungi pelbagai nutrien seperti asid amino, peptida, vitamin, dan mineral yang penting untuk pertumbuhan mikrob. Kelebihan penggunaan ekstrak yis termasuk kos yang rendah, kandungan protein yang tinggi dan keserasian dengan mikroorganisma dalam proses fermentasi. Selain itu, ekstrak yis kaya dengan vitamin, seperti vitamin B-kompleks (cth., tiamin, riboflavin, niasin) dan biotin. Vitamin ini bertindak sebagai kofaktor untuk tindak balas enzim dan memainkan peranan penting dalam metabolisme tenaga dan biosintesis. Komposisi ekstrak yis berbeza-beza bergantung kepada keadaan dan proses pembuatan serta strain yis tertentu yang digunakan. Sebagai contoh, ekstrak yis melalui pengisaran mekanikal memberikan kandungan protein setinggi 64.1%, kandungan lemak 1.32% dan kandungan asid ribonukleik (RNA) pada 4%. Manakala ekstrak yis yang dihasilkan melalui fermentasi mengandungi protein sekitar 52%, kandungan lemak sekitar 3% dan kandungan RNA sekitar 6%. Secara keseluruhan, ekstrak yis ialah sumber nitrogen organik yang digunakan secara meluas dan berkesan dalam proses fermentasi, menyediakan nutrien yang diperlukan untuk menyokong pertumbuhan mikrob dan pengeluaran metabolit.

Tambahan pula, hampas kacang soya adalah sumber nitrogen organik yang lebih murah. Ia adalah hasil sampingan yang diperoleh selepas mengekstrak minyak daripada kacang soya dan digunakan secara meluas sebagai bahan makanan ternakan yang kaya dengan protein. Hampas kacang soya mengandungi sejumlah besar sebatian organik, termasuk protein, asid amino, peptida dan nutrien lain. Sebatian organik ini menjadikannya sumber nitrogen organik yang berharga untuk pertumbuhan mikrob dan metabolisme dalam proses penapaian. Dalam fermentasi, hampas kacang soya boleh ditambah ke dalam medium penapaian untuk menyediakan sumber nitrogen organik untuk mikroorganisma yang terlibat. Protein dan asid amino yang terdapat dalam hampas kacang soya berfungsi sebagai sumber nutrien untuk pertumbuhan mikrob, menyokong aktiviti metabolisme dan penghasilan metabolit yang dikehendaki. Komposisi  kacang soya berbeza-beza bergantung kepada faktor seperti sumber hampas kacang soya dan kaedah pemprosesan. Ia biasanya mengandungi sekitar 40-50% protein, bersama-sama dengan karbohidrat, lipid, vitamin dan mineral.

Dedak padi juga merupakan sumber nitrogen organik yang popular dalam proses fermentasi. Dedak padi ialah hasil sampingan pemprosesan beras yang kaya dengan nutrien. Dedak padi kaya dengan karbohidrat, serat, protein, lipid, mineral, dan beberapa unsur surih (fosforus, kalsium, magnesium, kalium, dan mangan). Proses pengekstrakan dan penyimpanan mempengaruhi ekstrak dedak padi dan kualiti minyak dedak padi. Dedak padi yang mewakili 5–8% daripada jumlah bijirin mengandungi mineral termasuk besi, fosforus dan magnesium masing-masing sebanyak 11% dan 13% protein dan kira-kira 11.5% serat.

Kesimpulannya, sumber nitrogen organik seperti ekstrak yis, hampas kacang soya dan dedak padi memainkan peranan penting dalam proses fermentasi. Ia menyediakan sumber nutrien yang penting seperti asid amino, peptida dan protein yang diperlukan oleh mikroorganisma untuk pertumbuhan dan sintesis metabolisme. Penggunaan sumber nitrogen organik yang sesuai dapat meningkatkan pertumbuhan mikrob dan menghasilkan produk fermentasi yang diinginkan. Selain itu, kebolehlaksanaan ekonomi dan ketersediaan sumber-sumber ini menjadikan sumber nitrogen organik sebagai pilihan yang ideal dalam industri fermentasi. Dengan memahami pentingnya sumber nitrogen organik dalam fermentasi, kita dapat terus mengoptimumkan keadaan proses fermentasi untuk menghasilkan produk bio yang lebih baik dan berkualiti.