IPA Biologi : Bioteknologi Pangan

A. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI
 

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungsi, virus, dll) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Bioteknologi memanfaatkan  bakteri, ragi, kapang, alga, sel tumbuhan, atau jaringan hewan. Digunakan untuk pemanfaatan organisme/bahan yang diperoleh dari organisme agar menghasilkan produk yang bermanfaat bagi kepentingan manusia. Bioteknologi merupakan gabungan dari beberapa ilmu, diantaranya:

- Biokimia

- Mikrobiologi

- Mikologi

- Fisiologi

- Genetika

- Biologi melekuler

- Kimia

Tempe dan tapai merupakan contoh bioteknologi konvensial. Biasanya dilakukan hanya berdasarkan pengalaman yang didapat secara turun menurun tanpa memahami bagaimana prinsip pembuatannya. Sebalikanya pada bioteknologi modern, para ahli telah melakukan penelitian yang meliputi proses yang terjadi pada organisme yang digunakan. Saat ini telah dikembangkan berbagai penerapan bioteknologi, contohnya teknik rekombinasi gen, kultur jaringan, hidroponik, radiasi, dan inseminasi buatan.

B. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN

1.   Bioteknologi Pertanian

          Berikut cara-cara peningkatan produksi pengan yang termasuk dalam lingkup bioteknologi pertanian:

1. Kultur jaringan

          Kultur berarti budidaya, jaringan berarti sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama. Jadi, kultur jaringan (tissue culture) berarti membudidayakan suatu jaringan makhluk hidup menjadi individu baru yang mempunyai sifat sama seperti induknya.

          Pelaksanaan teknik kultur jaringan tumbuhan dilakukan berdasarkan teori sel seperti yang dikemukakan oleh Schleiden dan Schwann, yaitu sel tumbuhan mempunyai kemampuan totipotensi. Totipotensi adalah kemampuan setiap tumbuhan jika diletakkan dalam lingkungan yang sesuai akan tumbuh menjadi tumbuhan sempurna.

          Jaringan meristem adalah jaringan yang terdiri atas sel-sel yang selalu membelah, dindingnya tipis, belum mempunyai penebalan dari zat pektin, plasmanya penuh, dan vakuolanya kecil.

          Teknik kultur jaringan sebenarnya sangat sederhana, yaitu suattu sel/irisan jaringan tanaman yang disebut eksplan secara aseptik diletakkan dan dipelihara dalam medium padat atau cair yang telah berisi nutrisi. Dengan pemberian nutrisi, sebagian sel pada permukaan irisan akan membentuk gumpalan sel yang disebut kalus. Kalus dapat dipisah-pisahkan, kemudian dipindahkan kedalam medium khusus sehingga tumbuh membentuk tanaman kecil yang berakar, berbatang, dan berdaun (planlet).

2. Pembastaran (Persilangan)

          Pembastaran merupakan perkawinan antara 2 individu tanaman yang berbeda varietas, tetapi masih dalam 1 spesies. Sebagai contoh, pada varietas X yang memiliki sifat produksi gabah tinggi dan tidak cepat rebah dikawinkan dengan padi varietas Y yang memiliki sifat tahan hama dan umur panen pendek. Dari perkawinan ini, dapat dihasilkan padi varietas baru yang memiliki sifat perpaduan dari keduanya, yaitu produksi gabah tinggi, tahan lama, tidak cepat rebah, dan umur panen pendek. Para ahli pemuliaan tanaman di Indonesia telah berhasil menciptakan tanaman pangan varietas unggul dengan menggunakan cara ini. Contoh tanaman pangan varietas unggul tersebut adalah padi IR 8, IR 5, IR 20, PB 5, dan PB 8.

3. Teknologi Nuklir

          Pemanfaatan teknologi nuklir untuk meningkatkan produksi pangan antara lain sebagai berikut.

a. Mutasi Tanaman untuk Mendapatkan Varietas Unggul

          Varietas unggul diperoleh dengan cara meradiasi sel atau jaringan tanaman sehingga terjadi perubahan gen yang dapat menyebabkan perubahan sifat makhluk hidup. Contoh varietas unggul yang menggunakan teknologi ini adalah Atomita I-IV.

b. Pemberantasan Hama Tanaman

          Sinar radioaktif untuk pemberantasan hama bertujuan untuk memandulkan hama jantan. Pupa serangga radiasi sehingga menghasilkan serangga jantan yang mandul. Radiasi dari radioaktif menyebabkan sperma yang dihasilkan tidak dapat membuahi sel telur, sehingga tidak dapat menghasilkan keturunan. Keseimbangan ekosistem tidak akan terganggu karena penurunan populasi hama terjadi lambat dan bertahap.

c. Pengawetan Makanan

          Sinar radioaktif dalam pengawetan makanan bertujuan untuk menghambat pertunasan, memperpanjang masa simpan, mengurangi bakteri pembusuk pada daging, membebaskan rempah-rempah dari kuman, dan mengendalikan kuman penyebab penyakit pada makanan.

d. Mengetahui Masa Pemupukan yang Paling Baik

          Tanaman mempunyai masa pertumbuhan yang berbeda. Maka perlu pemupukan yang tepat sesuai dengan masa pertumbuhan. Melalui unsur radioaktif, dapat diketahui masa yang paling tepat untuk melakukan pemupukan.

4. Pengelolaan Lahan Pertanian

Pengelolaan lahan pertanian dilakukan dengan 2 cara, yaitu ekstensifikasi yang merupakan usaha mempperluas lahan pertanian dan intensifikasi yang merupakan usaha meningkatkan kualitas dan kuantitas hasil pertanian pada lahan terbatas. Intensifikasi dilaksanakan dengan menerapkan Panca Usaha Tani, yaitu:

a. Pengolahan Tanah

          Agar tanah mampu menyediakan bahan berupa air dan unsur hara, maka tanah harus gembur dan cukup rongga udara, mampu menahan air, kaya unsur hara, cukup mengandung bahan organik, dan mempunyai kadar asam dan basa tertentu. Pengelolaan tanah yang baik adalah dengan cara dicangkul/membajak sawah, membangun sumur artesis didaerah gurun, membuat terasering pada lahan miring, mengatur jarak tanam, dan mengatur pola tanam.

b. Penggunaan bibit unggul

          Bibit unggul adalah bibit yang mempunyai sifat-sifat unggul, seperti berproduksi tinggi, tidak cepat rebah, tahan hama, umur panen pendek, tahan kekeringan, dan tahan terhadap tanah asam.

c. Pemupukan

          Tujuan pemupukan adalah mengembalikan unsur hara yang hilang. Yang perlu diperhatikan dalam pemupukan adalah dosis, masa pertumbuhan dan jenis pupuk.

d. Pengairan yang baik

          Pada lahan tadah hujan, pengairan tergantung pada hujan sehingga dibuatlah bendungan untuk mengairi sawah.

e. Pemberantasan Hama, Gulma, dan Penyakit

          Dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu secara biologis menggunakan pemangsa hama tersebut,secara kimiawi dengan menggunakan pestisida, secara ekologis dengan mengadakan rotasi tanaman, dan radiasi dengan memandulkan hewan jantan.

5. Teknologi Hidroponik

Hidroponik merupakan metode bercocok tanam tanpa tanah. Media-media tanamnya berupa kerikil, pasir, sabut kelapa, potongan kayu, dll. Suatu tanaman dapat tumbuh tanpa tanah, asalkan diberikan cukup air dan garam-garam mineral. Keberhasilan hidroponik tergantung pada kebersihan wadah, media, dan tanaman yang digunakan. Salah satunya dengan dipanaskan atasu dicuci sehingga bebas dari penyakit. Setelah media dan wadah hidroponik dibersihkan, barulah ditanami tanaman. Keuntungan menggunakan teknik hidroponik antara lain:

- Hasil tanaman berkualitas tinggi.

- Bebas hama penyakit.

- Tidak memerlukan tanah yang luas.

- Tidak harus mengikuti musim tanam.

- Penggunaan air dan pupuk menjadi lebih hemat.

6. Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika merupakan suatu usaha memanipulasi sifat genetik suatu makhluk hidup untuk menghasilkan makhluk hidup yang memiliki sifat yang diinginkan. Dapat dilakukan dengan menambah, mengurangi, atau menggabungkan dua materi genetik (DNA) yang berasal dari dua organisme berbeda. Hasil penggabungan dua materi genetik yang berasal dari 2 organisme disebut DNA rekombinan. Organisme hasil dari rekayasa genetika disebut Organisme transgenik.

2. Bioteknologi Bahan Makanan

1. Tempe

          Proses pembuatan tempe sebagai berikut. Kedelai dicuci, direndam semalam pada suhu 25ºC, keesokannya kulit kedelai dikupas serta air rendamannya dibuang. Biji kedelai kemudian direbus selama 30 menit. Kemudian didinginkan, lalu biji kedelai diinokulasi dengan jamur Rhizopus oryzae. Lalu, biji kedelai tersebut dibungkus dengan daun pisang/kantong plastik dan diinkubasi selama 2 hari. Setelah 2 hari, terbentuklah tempe.

2. Roti

          Proses pembuatan roti adalah sebagai berikut. Tepung terigu yang telah ditambahkan air, garam, dan gula diberi khamirSaccharomyces cerevisiae. Kemudian adonan roti didiamkan selama 1 jam. Selama 1 jam tersebut, khamir Saccharomyces cerevisiaemelakukan fementasi alkohol yang menghasilkan etanol, karbon dioksida, dan energi. Setelah 1 jam, adonan roti dipanggang dalam oven. Panas oven menyebabkan gas mengembang sehingga adonan berkembang dan ukurannya bertambah besar, juga menguapkan etanol dan membunuh khamir. Hasilnya akan terbentuk roti yang berwarna kuning dan lembut.

3. Yoghurt

          Yoghurt merupakan produk susu yang mengalami fermentasi. Proses pembuatannya diawali dengan memanaskan susu pada suhu 90ºC selama 15-30menit. Tujuannya adalah untuk mematikan semua bakteri didalam susu. Kemudian susu didinginkan sampai 43ºC dan dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan streptococcus thermohpillus. Lalu diinkubasikan selama 3 jam sampai pH 4-4,5. Pada inkubasi tersebut dihasilkan asam laktat yang membuat yoghurt berasa asam.

4. Keju

          Merupakan makanan yang dibuat dari protein susu (kasein). Proses pembuatannya diawali dengan proses pemanasan susu pada suhu 90ºC selama 15-30 menit (pasteurisasi) untuk membunuh bakteri patogen. Setelah itu, susu ditambahkan bakteri Lactobacillus bulgaricusdan streptococcus thermophillus untuk mengubah laktosa menjadi asam laktat. Asam ini membuat susu menjadi asam sehingga dapat menggumpalkan protein susu (kasein), maka terbentuk tahu (dadih) susu, masih bersifat lunak dan tidak dapat diolah sehingga perlu dilakukan proses selanjutnya. Selanjutnya adalah penyempurnaan pembentukan tahu susu dengan pemberian enzim renin. Renin menyebabkan kasein susu mengendap dan membentuk tahu susu seperti agar-agar. Kemudian, air dadih dibuang dan tahu susu dipres dan dipadatkan sehingga terbentuk keju.

5. Protein Sel Tunggal

          Mikroorganisme dipilih sebagai sumber bahan pangan protein karena mikroorganisme tumbuh sangat cepat, siklus hidup pendek, tidak membutuhkan lahan yang luas, mempunyai kadar protein tinggi (40-80% dari berat sel), protein yang dihasilkan bermutu tinggi dan dapat tumbuh diberbagai media. Mikroorganisme banyak digunakan sebagai protein sel tunggal adalah Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis, Chrorella, dan Spirulina.

3. Bioteknologi Peternakan

1. Hibridisasi

          Hibridisasi merupakan perkawinan antara 2 individu hewan yang mempunyai 2 sifat beda, tetapi masih dalam 1 spesies. Sebagai contoh, sapi A memiliki sifat berdaging gemuk dikawinkan dengan sapi B yang menghasilkan air susu yang banyak, maka dapat dihasilkan individu sapi baru yang memiliki sifat daging gemuk dan menghasilkan susu banyak. Sapi santa gertrudis, sapi brangus, domba marino, dan ayam leghorn merupakan contoh hewan yang dihasilkan melalui hibridisasi.

2. Inseminasi Buatan

          Inseminasi buatan merupakan proses pembuahan dengan bantuan manusia. Proses pembuatannya sebagai berikut. Sperma dari hewan jantan unggul ditampung didalam cawan petri. Kemudian dimasukkan kedalam alat inseminasi buatan. Sebelum sperma dimasukkan kedalam rahim betina unggul, anus dan usus besar hewan betina dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran. Kemudian, tangan yang melakukan inseminasi buatan dimasukkan kedalam anus untuk meraba letak rahim hewan betina. Lalu alat inseminasi buatan dimasukkan melalui alat kelamin hewan betina itu dan sperma disuntikan secara perlahan-lahan.

          Inseminasi buatan memiliki beberapa keunggulan, yaitu:

- Sperma dari hewan pejantan unggul dapat disimpan

- Sperma dari satu pejantan dapat membuahi banyak hewan betina

- Meningkatkan angka kelahiran dengan cepat

3. Rekayasa Genetika

          Tidak hanya dapat digunakan dibidang pertanian, tetapi juga dapat digunakan dibidang peternakan, contohnya:

1. Beberapa sapi perah yang disuntik dengan hormon pertumbuhan sapi (Bovine Growth Hormone) yang dibuat menggunakan bakteriEscherichia coli untuk meningkatkan produksi susu dan perolehan bobot daging ternak.

2. Beberapa ikan, seperti ikan salmon yang diberi gen hormon pertumbuhan asing sehingga hanya dalam jangka waktu setahun pertumbuhannya dapat mencapai ukuran yang biasanya membutuhkan waktu 2-3 tahun.

C. PENERAPAN BIOTEKNOLOGI SEDERHANA

Produk bioteknologi sudah dikenal baik oleh masyarakat seperti tape, tempe, brem bali, bir, anggur, cuka, keju, yoghurt, dan roti. Proses ini sudah dikenal orang sejak lama. Seiring dengan perkembangan teknologi pendukungnya, proses pengolahannya sudah dikembangkan lebih modern di pabrik-pabrik dalam produksi yang besar. Namun secara sederhana kita dapat menerapkan proses tersebut.

1. Tempe Kedelai

Tempe kedelai adalah bahan makanan hasil fermentasi biji kedelai oleh kapang (jamur). Jenis jamur yang digunakan biasanya jenis Rhizopus oligosporus, karena memiliki aktivitas enzim proteolitik (pengurai protein) tinggi. Dibandingkan tempe dari bahan lain, seperti dari kecipir, lamtoro, ampas tahu, benguk, maka tempe kedelai lebih dikenal oleh masyarakat. Telah diakui dunia bahwa tempe adalah makananasli Indonesia yang kandungan gizinya patut diperhitungkan. Cara pemanfaatan tempe antara lain digoreng, disayur lodeh, oseng-oseng, kering tempe, tempe burger, rolade tempe, dan sebagainya.

Tempe digemari orang bukan hanya rasanya yang gurih dan lezat, tetapi juga karena kaya gizi. Dengan kadar protein 18,3 per 100 gram, merupakan alternatif sumber protein nabati. Selain itu, tempe kedelai juga mengandung beberapa asam amino yang diperlukan tubuh manusia.

2. Tape Singkong

Yang dimaksud tape adalah suatu hasil yang dibuat dari bahan-bahan sumber pati, seperti ubi, singkong, dan beras ketan, dengan diberi ragi dalam proses pembuatannya.

Singkong adalah salah satu jenis umbi-umbian yang cukup banyak dikenal masyarakat Indonesia. Umbi tanaman singkong selain dapat dikonsumsi langsung juga dapat dibuat tapioka, gaplek, kerupuk, tape, dan sebagainya.

Tape singkong dapat diolah lebih lanjut menjadi minuman alkohol, sirup glukosa, sari tape, asam cuka, dan sebagainya.

3. Hidroponik

Dalam bidang pertanian, bioteknologi memberi andil dalam usaha pemenuhan kebutuhan makanan. Beberapa hasil bioteknologi dalam bidang pertanian antara lain kultur jaringan, hidroponik, pembuatan tumbuhan kebal hama, dan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen sendiri.

Pada bagian ini kita akan mempelajari teknik tanam dengan sistem hidroponik, karena di antara hasil bioteknologi bidang pertanian, teknik ini paling memungkinkan untuk kita lakukan.

Hidroponik (hydroponics) adalah cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanamnya. Di kalangan umum, istilah ini dikenal sebagai “bercocok tanam tanpa tanah”. Termasuk juga bercocok tanam di dalam pot atau wadah lainnya yang menggunakan air atau bahan yang bersifat porus, seperti pecahan genting, pasir kali, kerikil, spons, sabut kelapa, arang kayu, dan sebagainya.

Istilah hidroponik lahir tahun 1936, untuk memberi hasil percobaan DR.WF.Gericke, seorang agronomis dari Universitas California, USA. Hasil percobaannya berupa tomat setinggi 3 meter yang penuh buah dan ditanam dalam bak berisi mineral hasil uji cobanya. Maka sejak itu hidroponik berarti hydros adalah air dan ponics untuk menyebut pengerjaan atau bercocok tanam. Dalam perkembangannya hidroponik tidak lagi sebatas di laboratorium saja, tetapi dengan teknik yang sederhana dapat diterapkan siapa saja, termasuk ibu rumah tangga.

a.  Keunggulan hidroponik
Kelebihan sistem tanam hidroponik antara lain sebagai berikut.
1)  Perawatan lebih praktis dan gangguan hama lebih terkontrol.
2)  Pemakaian pupuk lebih hemat.
3)  Tanaman hidroponik dapat tumbuh lebih pesat dengan keadaan tidak kotor dan tidak rusak.
4)  Beberapa jenis tanaman bisa dibudidayakan di luar musim.
5)  Tanaman hidroponik dilakukan pada lahan atau ruang yang terbatas, misalnya: di atap, dapur, atau garasi.

b.  Metode hidroponik
Pada dasarnya metode hidroponik dibagi menjadi 2 bagian, yaitu:
1)  Hidroponik substrat
Metode ini tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat (bukan tanah) yang dapat menyerap atau menyediakan nutrisi, air, dan oksigen serta mendukung akar tanaman seperti halnya fungsi tanah. Media yang dapat digunakan dalam hidroponik substrat antara lain batu apung, pasir, serbuk gergaji, atau gambut.
Media tanam sebelum digunakan harus dilakukan sterilisasi dahulu. Cara paling umum dilakukan adalah dengan penguapan atau dengan bahan kimia.
Larutan nutrisi atau pupuk diberikan dengan cara disiramkan atau dialirkan melalui sistem irigasi, setiap pemberian larutan nutrisi, harus dapat melembapkan barisan tanaman secara seragam. Banyaknya penyiraman tergantung dari pertumbuhan tanaman, jenis substrat, dan iklim. Permukaan substrat yang kasar dan tidak teratur harus lebih sering disiram.
2)  Hidroponik NFT (Nutrient Film Technique)
Metode ini dilakukan dengan cara meletakkan akar tanaman pada lapisan air yang dangkal. Air tersebut dialirkan dan mengandung nutrisi sesuai kebutuhan tanaman. Perakaran berkembang di dalam larutan nutrien.

c.   Larutan nutrien
Larutan nutrien atau zat hara, adalah makanan bagi tanaman yang berupa campuran garam-garam pupuk yang dilarutkan dan diberikan secara teratur. Karena pada sistem hidroponik, media tanam hanya sebagai penopang akar, sehingga garam-garam pupuk harus mengandung semua unsur yang diperlukan tanaman.
Zat-zat hara untuk keperluan hidroponik dapat diperoleh di pasaran dalam bentuk formula yang sudah jadi, seperti Hyponex atau Margaflor.

d.  Merakit hidroponik
Jenis tanaman yang dapat ditanam secara hidroponik, baik di kebun maupun di rumah antara lain, cabai, paprika, tomat, asparagus, bunga kol, seledri, selada, semangka, labu, jagung manis, terung, dan tanaman hias.

D. DAMPAK NEGATIF PENGGUNAAN BIOTEKNOLOGI
1. Dampak terhadap Lingkungan

Selain membawa keuntungan bagi manusia, aplikasi bioteknologi ternyata menimbulkan akibat buruk oleh penerapan teknologi tersebut. Contohnya, pembuatan tempe atau kecap dalam skala besar dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Air limbah dan kulit kedelai dari proses pembuatan tempe, apabila dibiarkan tergenang dalam waktu cukup lama, limbah tersebut mengubah lingkungan menjadi tidak sehat. Jika air limbah itu dibiarkan mengalir ke dalam kolam-kolam ikan atau ke lahan-lahan persawahan, kehidupan ikan atau tanaman akan terganggu, bahkan bisa mati. Selain meracuni organisme yang hidup di dalam air, limbah ini juga menimbulkan bau yang tidak enak. Untuk itu maka perlu ditangani secara baik agar tidak mencemari lingkungan.

2. Dampak Sosial

Produk minuman beralkohol seperti bir, anggur, wiski, dan air tape terkadang juga menimbulkan dampak yang buruk bagi lingkungan. Dampak tersebut berupa kebiasaan meminum minuman beralkohol tersebut sehingga mabuk. Minuman beralkohol bila diminum dalam jumlah banyak bersifat memabukkan dan menyebabkan kantuk karena menekan aktivitas otak.

Alkohol juga bersifat candu. Orang yang sering minum alkohol dapat menjadi ketagihan dan sulit untuk meninggalkan kebiasaan minum minuman beralkohol. Walaupun tidak beracun, alkohol dapat menimbulkan angka kematian yang tinggi, misalnya pengemudi kendaraan yang dalam keadaan mabuk menimbulkan kecelakaan lalu lintas.

Alkohol yang terdapat dalam minuman beralkohol kadarnya bermacam-macam. Secara alami alkohol hasil fermentasi kadarnya 12-15 % karena pada larutan yang berkadar sebesar ini ragi akan mati. Tetapi melalui proses penyulingan dapat diperoleh alkohol sampai 95,5%.

D. USAHA MENGATASI DAMPAK PENERAPAN BIOTEKNOLOGI

Beberapa usaha yang dapat dilakukan untuk mengurangi/mengatasi akibat buruk penggunaan bioteknologi antara lain:

1. Penanganan limbah tempe, yang secara sederhana dapat dilakukan dengan cara:

a.  Menampung dan menyaring limbah/air limbah tempe ke dalam sebuah bak. Kemudian bak ditutup agar tidak menimbulkan bau.

b.  Kemudian, mengalirkan air limbah yang sudah disaring ke bak pengumpul. Pada bak ini, air limbah yang berasal dari beberapa kali proses pembuatan tempe akan bercampur secara merata dan seragam.

c.   Terakhir, mengalirkan air limbah yang berasal dari bak penampung, ke bak kedap udara dan selanjutnya diendapkan selama 20 hari. Di dalam bak kedap udara, benda-benda (polutan) berat yang dapat membahayakan lingkungan diuraikan oleh mikroorganisme secara alami sehingga menjadi tidak berbahaya.

2.  Untuk minuman beralkohol dikenai cukai atau pajak yang tinggi sehingga harganya mahal. Akibatnya tidak sembarang orang dapat mengonsumsi. Selain itu juga secara rutin diadakan penyitaan dan pemusnahan minum-minuman keras terutama yang berkadar alkohol tinggi.

3.  Di   beberapa   negara   untuk   mengurangi kecelakaan, pengemudi mobil di tes kadar alkohol dalam darahnya.