Oleh: Kavadya Syska, S.P., M.Si. (Dosen Bidang Teknologi Pangan – Food Technologist, Universitas Nahdlatul Ulama)
Laktulosa, salah satu prebiotik bernilai tinggi, semakin diminati dalam industri pangan karena manfaat kesehatannya yang signifikan. Salah satu metode yang menjanjikan untuk produksi laktulosa adalah isomerisasi enzimatik laktosa menggunakan cellobiose 2-epimerase (CE). Namun, penerapan metode ini terhambat oleh afinitas substrat yang rendah dan preferensi CE untuk melakukan epimerisasi dibandingkan isomerisasi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk memahami dan memperbaiki mekanisme pengikatan substrat CE guna meningkatkan efisiensi isomerisasi laktosa menjadi laktulosa.
Dalam penelitian ini, residu asam amino 372W dan 308W diidentifikasi sebagai elemen penting dalam pengenalan disakarida pada CE berdasarkan analisis struktur kristal dari superfamili N-acetyl-glucosamine 2-epimerase. Dengan menggunakan metode mutasi terarah pada situs pengikatan ini, para peneliti melakukan modifikasi untuk meningkatkan aktivitas isomerisasi enzim. Hasilnya, tujuh mutan dengan aktivitas isomerisasi yang lebih tinggi berhasil ditemukan. Salah satu mutan terbaik, yakni CsCE/Q371E, menunjukkan peningkatan afinitas substrat yang signifikan dengan nilai Km menurun dari 417.5 mM menjadi 269.65 mM, serta aktivitas isomerisasi yang meningkat hingga 3.3 kali lipat dibandingkan enzim aslinya.
Penelitian ini juga melibatkan simulasi dinamika molekuler yang mengungkapkan bahwa penggantian Gln-371 dengan Glu memperkuat jaringan ikatan hidrogen dan mengubah interaksi antara situs aktif dengan substrat. Perubahan ini meningkatkan stabilitas substrat di dalam enzim dan menggeser arah katalisis ke isomerisasi laktosa, bukan epimerisasi. Penemuan ini sangat penting karena menunjukkan peran kunci dari pengikatan substrat terhadap kinerja katalitik CE, yang sebelumnya kurang dipahami.
Dari sudut pandang Teknologi Pangan, penelitian ini membuka peluang besar bagi industri untuk mengadopsi pendekatan produksi laktulosa yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan. Saat ini, sebagian besar produksi laktulosa menggunakan proses kimia yang kurang efisien dan tidak ramah lingkungan. Dengan adanya modifikasi enzim yang meningkatkan isomerisasi secara signifikan, metode enzimatik ini berpotensi menjadi alternatif yang lebih bersih dan efisien dalam skala industri.
Selain itu, pengembangan enzim dengan afinitas substrat yang lebih baik dan preferensi isomerisasi ini juga dapat diaplikasikan pada produksi prebiotik lain yang memerlukan konversi disakarida. Proses ini tidak hanya meningkatkan produktivitas tetapi juga memperkuat nilai keberlanjutan dalam rantai produksi pangan. Teknologi ini dapat diintegrasikan ke dalam proses industri tanpa memerlukan perubahan besar pada infrastruktur yang ada, menjadikannya pilihan yang praktis dan ekonomis.
Secara keseluruhan, inovasi dalam rekayasa enzim ini memberikan dampak signifikan terhadap produksi prebiotik seperti laktulosa, yang tidak hanya berkontribusi pada kesehatan konsumen tetapi juga mendukung upaya keberlanjutan di sektor pangan. Penelitian ini tidak hanya memperluas pemahaman kita tentang mekanisme molekuler pengikatan substrat, tetapi juga membuka jalan bagi aplikasi komersial yang lebih luas di masa depan.
