menggunakan KCKT
Profil standar xilan (Birch Wood Xylan) pada KCKT
Profil xilan perlakuan suhu pemanasan 130 oC pada KCKT
X il an 2. 8 1
Profil xilan perlakuan suhu pemanasan 140 oC pada KCKT
Lampiran 18. Analisis xilosa 121oC, 0.5 jam, siklus pemanasan sekali sesudah hidrolisis enzimatik pada KCKT
Profil standar xilosa pada KCKT
Profil xilosa 121 oC, 0.5 jam, siklus pemanasan sekali setelah hidrolisis enzimatik pada KCKT
Isolat BAL Media
Ulg 10 10 Jumlah Koloni Rata-rata 10 10 10 Jumlah Koloni Rata-rata
Formulasi (cfu/ml) (Log/ml) (cfu/ml) (log/ml)
L. plantarum kik m-MRSB 1 76 10 7.6 x 106 6.9 7.0 ± 0.11 87 17 2 8.7 x 107 7.9 8.2 ± 0.31 110 6 1.1x 107 7.0 81 18 4 8.1 x 107 7.9 2 70 9 7 x 107 6.8 169 83 7 2.291 x 108 8.4 117 13 1.17x 107 7.1 294 90 9 3.491 x 108 8.5 MRSB 1 103 11 1.03 x 107 7.0 7.3 ± 0.50 TBUD TBUD 37 3.7x 109 9.6 9.5 ± 0.16 104 12 1.04 x 107 7.0 TBUD TBUD 27 2.7x 109 9.4 2 111 21 1.11x 107 7.0 TBUD TBUD 19 1.9 x 109 9.3 104 15 1.04 x 108 8.0 TBUD TBUD 45 4.5 x 109 9.7 XOS 1 85 14 8.5 x 106 6.9 7.0 ± 0.04 TBUD 41 6 4.1x 108 8.6 8.4 ± 0.32 Oven 104 16 1.04 x 107 7.0 TBUD 48 7 4.8 x 108 8.7 2 86 14 8.6 x 106 6.9 142 17 3 1.42 x 108 8.2 89 20 8.9 x 106 6.9 111 14 3 1.11x 108 8.0 XOS 1 129 35 1.49 x 107 7.2 7.2 ± 0.03 TBUD 45 13 4.5 x 108 8.7 8.6 ± 0.18 Otoklaf 136 53 1.72 x 105 7.2 TBUD 33 10 3.3x 108 8.5 2 131 40 1.55 x 107 7.2 TBUD 78 12 7.8 x 108 8.9 134 45 1.63 x 107 7.2 TBUD 31 7 3.1 x 108 8.5 Keterangan :
m-MRSB = MRS Basis (Tanpa Glukosa)
MRSB = Media deMan Rogosa Sharpe Komersial
XOS Oven = m-MRSB+ 1% XOS dari perlakuan pemanasan oven suhu 130oC, selama 30 menit, siklus pemanasan sekali
XOS Otoklaf = m-MRSB+1% XOS dari perlakuan pemanasan otoklaf, suhu 121oC, lama pemanasan 0.5 jam, siklus pemanasan sekali. TBUD = Tidak bisa untuk dihitung
Lampiran 20. Uji sifat prebiotik XOS terhadap pertumbuhan Bifidobacteriumlongum ATCC 15707
0 jam 24 jam
Isolat BAL Media
Ulg 10 -5 10-6 Jumlah Koloni Rata-rata 10 -6 10-7 10-8 Jumlah Koloni Rata-rata
Formulasi (cfu/ml) (log/ml) (cfu/ml) (log/ml)
B. longum m-MRSB 1 TBUD 3 3 x 106 6.5 6.6 ± 0.52 56 23 7 7.2 x 107 7.9 8.1 ± 0.21 ATCC 15707 TBUD 5 5 x 106 6.7 63 31 14 8.5 x 107 7.9 2 TBUD 12 1.2 x 106 6.1 112 82 23 1.76 x 108 8.2 195 35 2.09 x 107 7.3 108 76 25 1.88 x 108 8.3 MRSB 1 111 11 1.11 x 107 7.0 7.2 ± 0.12 TBUD 162 10 1.62 x 109 9.2 9.1 ± 0.10 131 35 1.51 x 107 7.2 TBUD 159 9 1.59 x 109 9.2 2 182 11 1.82 x 107 7.3 TBUD 121 9 1.21 x 109 9.1 189 37 2.05 x 107 7.3 TBUD 102 7 1.02 x 109 9.0 XOS 1 TBUD 29 2.9 x 107 7.5 7.3 ± 0.16 216 54 27 2.68 x 109 9.4 9.0 ± 0.56 Oven TBUD 23 2.3 x 107 7.4 175 47 17 2.02 x 109 9.3 2 126 11 1.26 x 107 7.1 TBUD 25 15 2.5 x 108 8.4 168 28 1.78 x 107 7.3 TBUD 21 15 XOS 1 TBUD 34 3.4 x 107 7.5 8.1 ± 0.66 179 90 14 2.45 x 109 9.4 9.3 ± 0.09 Otoklaf TBUD 42 4.2 x 107 7.6 116 56 20 1.56 x 109 9.2 2 165 37 3.7 x 108 8.6 180 70 6 2.27 x 109 9.4 186 67 6.7 x 108 8.8 187 62 23 2.26 x 109 9.4 Keterangan :
m-MRSB = MRS Basis (Tanpa Glukosa).
MRSB = Media deMan Rogosa Sharpe Komersial.
XOS Oven = m-MRSB+ 1% XOS dari perlakuan pemanasan oven suhu 130oC, selama 30 menit, siklus pemanasan sekali
XOS Otoklaf = m-MRSB+1% XOS dari perlakuan pemanasan otoklaf, suhu 121oC, lama pemanasan 0.5 jam, siklus pemanasan sekali. TBUD = Tidak bisa untuk dihitung
DEVY NURUL NATHALIA. Xylooligosaccharide Production of Corncobs as Prebiotic Candidate by High Temperature Heating and Enzymatic Hydrolysis. Under direction of Prof. Dr. Ir Betty Sri Laksmi Jenie, MS., Dr. Dra. Suliantari, MS., and Dr. Ir Nur Richana, MSi.
Corncob waste is a rich xylan source that can be utilized as raw material for xylooligosaccharides (XOS) production. XOS is a potential prebiotic and has high economic value. Two corn varieties i.e. Bisi and Pioneer were first analyzed for its hemicellulose, cellulose and lignin contents and xylan yield to choose the corn variety to be studied. Process technology for XOS production was studied using available equipment such as oven. Xylooligosaccharide (XOS) from corncob was produced in two stages i.e. xylan extraction by heating at high temperatures in oven or autoclave as comparison, followed by enzymatic hydrolysis. Analysis of two corncob varieties showed that Pioneer variety contained higher hemicellulose content (34.98%) and xylan yield (18.32%) than Bisi variety (12.28% and 10.22%, respectively), therefore Pioneer variety was chosen as raw material for XOS production. Corncob particles were soaked in dilute acid (1 g/l H2SO4) for 12 h at 60 oC, filtered and washed with tap water and then heated in oven or autoclave. Before oven heating, The corncobs were added with water at various ratios (1:1 – 1:5) and then heated in oven at various temperature (130 oC, 140 oC, 150 oC for 0.5 h) and autoclave at 121oC for 0.5, 1, 1.5 and 2 h with one and two heating cycles. During heating, the total sugar and reducing sugar were increase, while the degree of polymerization was decrease. The results showed that heating in oven to extract the xylan was affected by the ratios of corncobs and aquadest and heating temperatures. Oven heating (130-150 o
C) with optimum ratio of corncobs and aquadest (1:3) successfully increased the xylan content from 3.98% up to 18.21 – 19.46% while repeated heating cycle (two cycles) did not affect the xylan content. Heating the corncobs with aquadest (at the ratio of 1:3) in oven at 130 oC for 0.5 h produced 18.98% xylan and enzymatic conversion of the xylan by xylanase significantly increased the XOS content from 19.60% up to 44.06%. Heating the corncobs in autoclave (121 oC, 0.5 h) followed by enzymatic conversion produced higher XOS content (65.67%). The corncob XOS could stimulate the growth of Lactobacillus plantarum kik and Bifidobacterium longum ATCC 15707 by 1.2 until 1.7 unit log, indicating the prebiotic properties. Cookies prebiotic produced by addition of 5% (based on wheat flour) had higher hardness texture (1256 gf) than control without XOS (1067 gf).
1.1 Latar Belakang
Jagung (Zea mays L.) merupakan tiga kelompok besar makanan pokok di Indonesia, selain beras dan terigu. Tanaman jagung merupakan salah satu komoditas strategis dan bernilai ekonomis serta mempunyai peluang untuk dikembangkan karena peranannya sebagai sumber utama karbohidrat dan protein. Oleh karena itu produksi jagung selama dua dekade terakhir terus mengalami peningkatan yang cukup tinggi. BPS (2010) melaporkan produksi jagung dari tahun 2008, 2009 dan 2010 berturut-turut adalah 16.3 juta ton, 17.63 juta ton dan 18.36 juta ton pipilan kering. Varietas jagung yang dikembangkan cukup beragam, seperti varietas unggul lokal, varietas hibrida sampai varietas komposit (unggul dan lokal) yang dihasilkan oleh Badan Litbang Pertanian maupun oleh instansi lain dan swasta. Varietas jagung lokal yang banyak dikembangkan saat ini adalah Bisi, Bisma dan Pioneer (Pulau Jawa), Lamuru dan Srikandi Putih (Maros) (Sudarno, 2003).
Seiring dengan peningkatan produksi jagung di Indonesia limbah tongkol jagung yang dihasilkan juga mengalami peningkatan. Akan tetapi pemanfaatan limbah tongkol jagung saat ini masih sangat terbatas dan belum diolah secara optimal. Pada saat ini limbah tongkol jagung umumnya digunakan sebagai pakan ternak, pengganti kayu bakar ataupun media untuk budidaya jamur.
Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang dihasilkan dari proses pemipilan jagung. Menurut Koswara (1991) bobot tongkol jagung sekitar ± 30% dari bobot total yang besarnya dipengaruhi oleh varietas jagungnya, sedangkan sisanya adalah kulit dan biji jagung. Jika dikonversi terhadap produksi jagung maka ketersediaan tongkol jagung pada tahun 2009 sekitar 4.9 juta ton atau sekitar 5.1 juta ton, tahun 2010 (Richana et al., 2004).
Tongkol jagung merupakan bahan berlignoselulosa (kadar serat 38.99%) yang mengandung xilan tertinggi dibandingkan limbah pertanian lain. Xilan dapat diperoleh dari limbah pertanian seperti tongkol jagung
(12.9%), kulit biji kapas (10.2%), bagas tebu (9.6%), sekam (6.3%) dan kulit kacang (6.3%) (Richana et al., 2004). Hasil serupa dilaporkan oleh Parajo et al. (2004) yang menggunakan alat parr reactor, dimana kandungan xilan tertinggi diperoleh pada tongkol jagung (31.1 ± 0.3%) dibandingkan sekam barley (26.8 ± 0.14%), sekam padi (15.6 ± 0.4%), dan eucalyptus (16.6 ± 0.3%). Oleh karena itu, limbah tongkol jagung berpotensi sebagai sumber bahan baku xilan untuk selanjutnya dikonversi menjadi xilooligosakarida (XOS).
Xiloligosakarida (XOS) merupakan salah satu bentuk oligosakarida yang dapat digunakan sebagai sumber prebiotik oleh probiotik (Pangsri, 2008). Oligosakarida dengan rantai sisi manosa dapat menghalangi pelekatan mikroorganisme patogen (seperti Escherichia coli, Helicobacter pylori dan Salmonella Typhimurium) pada dinding usus (Sheerman, 2008). Selain itu manfaat XOS sebagai salah satu bentuk oligosakarida, berperan sebagai prebiotik yang dapat menstimulasi secara selektif pertumbuhan dan atau aktivitas probiotik didalam usus besar seperti Lactobacillus dan atau Bifidobacterium.
Potensi limbah tongkol jagung sebagai sumber bahan baku xilan untuk produksi XOS mendorong upaya pengembangan dan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan paket teknologi tepat guna produksi XOS yang dapat diaplikasikan di industri dengan peralatan yang lebih mudah diperoleh. Produksi xilan dari tongkol jagung dapat dilakukan melalui ekstraksi kimia. Richana et al. (2007), melaporkan bahwa proses ekstraksi dan delignifikasi tongkol jagung varietas Bisma dapat menghasilkan rendemen xilan sebesar 12%. Menurut Vazquez et al. (2000) produksi XOS dari tongkol jagung dapat dilakukan melalui tiga tahap yaitu 1) perlakuan fraksinasi kimia dengan menggunakan larutan alkali (NaOH, KOH, Ca(OH)2) sehingga material lignoselulosa menjadi isolat xilan, 2) degradasi xilan secara hidrolisis melalui pengukusan dengan air atau asam mineral, dan 3) konversi xilan secara enzimatik. Yoshida et al. (1994) melakukan konversi xilan menjadi XOS melalui perendaman tongkol jagung dengan larutan natrium hipoklorit (NaOCl) dan dilanjutkan dengan hidrolisis enzimatik.
Penelitian Yang et al. (2005) menunjukkan bahwa xilan dari tongkol jagung sebesar 34.80 (g/100 g) melalui pemanasan dengan menggunakan otoklaf (135 oC, 30 menit) dan dilanjutkan dengan hidrolisis enzimatik (xilanase 10 U/g tongkol jagung, 50 oC, 24 jam) menghasilkan XOS sebesar 67.70 (g/100 g) (67.70%). Produksi XOS yang lebih tinggi (78%) dilaporkan oleh Vasquez et al. (2006) dari xilan tongkol jagung (30.60% berat kering) yang dipanaskan dengan tekanan tinggi (proses hidrotermal) menggunakan peralatan parr reactor (suhu 202 oC, tekanan 1900 bar).
1.2 Perumusan Masalah
Produksi jagung di Indonesia mengalami peningkatan, sehingga limbah tongkol jagung menjadi tinggi, sementara pemanfaatan dan pengolahan di tingkat petani masih sangat terbatas. Tongkol jagung mengandung xilan yang tinggi dan berpotensi untuk ditingkatkan nilai tambahnya dengan diproses lebih lanjut menjadi XOS yang bersifat prebiotik.
Penggunaan peralatan parr reactor dapat mengkonversi xilan menjadi XOS cukup tinggi (78%) (Vasquez et al., 2006), akan tetapi peralatan tersebut masih kompleks, sehingga sulit diaplikasikan di industri pangan skala menengah maupun skala kecil. Dalam penelitian ini akan dipelajari modifikasi proses dengan peralatan yang lebih sederhana yaitu produksi XOS dari tongkol jagung dengan proses pemanasan menggunakan oven yang dilanjutkan hidrolisis enzimatik. Proses ekstraksi xilan tongkol jagung menggunakan oven dengan siklus pemanasan berulang (satu dan dua kali) belum pernah dilaporkan, oleh karena itu perlu diteliti optimasi proses pemanasan meliputi suhu dan siklus pemanasan yang dapat menghasilkan kadar xilan yang tinggi.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah untuk :
1. Memperoleh suhu dan siklus pemanasan optimum dalam oven yang menghasilkan kadar xilan tinggi.
2. Memperoleh lama dan siklus pemanasan dalam otoklaf yang optimal untuk menghasilkan kadar xilan tinggi.
3. Memperoleh XOS dari hasil hidrolisis xilan oleh xilanase. 4. Menguji sifat prebiotik XOS berdasarkan viabilitas probiotik 5. Aplikasi XOS dalam pembuatan kukis prebiotik.
1.4 Hipotesis
Hipotesis pada penelitian ini adalah :
1. Suhu pemanasan tongkol jagung yang semakin tinggi (130, 140, 150 oC) dan siklus pemanasan berulang dalam oven dapat meningkatkan kadar xilan yang dihasilkan.
2. Pemanasan berulang tongkol jagung dalam otoklaf akan meningkatkan kadar XOS.
3. XOS tongkol jagung berpotensi sebagai kandidat prebiotik dengan meningkatkan viabilitas probiotik.
4. XOS tongkol jagung dapat diaplikasikan pada pembuataan kukis prebiotik.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memperoleh teknologi proses produksi XOS yang dapat diaplikasikan dengan menggunakan peralatan yang lebih mudah diperoleh seperti oven. Produksi XOS tongkol jagung yang dihasilkan dapat diaplikasikan pada berbagai jenis produksi pangan fungsional.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jagung dan Tongkol Jagung
Tanaman jagung (Zea mays L.) termasuk ke dalam famili rumput- rumputan (graminae). Tanaman ini (Gambar 1) di Negara Indonesia sudah dikenal sejak 400 tahun lalu.
Klasifikasi tanaman jagung (Zea mays L.) Divisi : Spermatophyta
Sub Divisi : Angiospermae Kelas : Monocotyledonae Bangsa : Graminales
Suku : Graminae
Marga : Zea
Jenis : Zea mays L.
Tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji (Koswara, 1991).
Pada saat ini jagung varietas Bisi dan Pioneer terus dikembangkan. Jagung Bisi adalah jenis varietas hibrida, rata-rata produksinya 8.9 ton/ha pipilan kering (Kuruseng, 2008). Jagung varietas hibrida merupakan hasil perkawinan antara kedua jenis jagung yang terdiri dari galur murni, sehingga terjadi perpaduan sifat unggul. Varietas hibrida mempunyai potensi hasil tinggi, daya adaptasi luas, pertumbuhan dan hasil tanaman yang lebih seragam, tahan penyakit bulai dan karat daun. Perbedaan penampilan (fenotipe) dari berbagai varietas hibrida (perbedaan pada beberapa komponen pengamatan) diakibatkan pengaruh genetik dan lingkungan. Pengaruh genetik merupakan pengaruh keturunan yang dimiliki oleh setiap galur sedangkan pengaruh lingkungan adalah pengaruh yang ditimbulkan oleh habitat dan kondisi lingkungan (Kuruseng, 2008).
Tongkol jagung sebagian besar mengandung selulosa, hemiselulosa dan xilan yang memiliki potensi untuk pengembangan produk masa depan. Menurut Johnson (1991) limbah tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (15-30%) (Tabel 1). Komposisi kimia tersebut membuat tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme. Komponen penyusun hemiselulosa terbesar adalah xilan yang memiliki ikatan rantai ß- 1,4-xilosida, dan biasanya tersusun atas 150-200 monomer xilosa (Sunna dan Antranikian, 1997). Xilan terdapat hampir pada semua tanaman, khususnya limbah tanaman pangan seperti tongkol jagung, bagas tebu, jerami padi, dedak gandum, dan biji kapas. Tongkol jagung memiliki kandungan xilan yang lebih tinggi dibanding sekam, bekatul, ampas pati garut, dan onggok (Richana et al., 2004).
Tabel 1. Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Analisis
Varietas Tongkol Jagung (% bk)
Pioneer 3394a) Bisi b) Pioneer (P-21) b)
Kadar Air 9.4 13.00 17.24
Kadar Abu 1.5 1.36 1.76
Kadar Protein 2.5 1.78 1.73
Kadar Lemak 0.5 1.51 1.18
Karbohidrat by diff. 95.50 95.15 95.17
Kadar Serat Kasar 32 34.59 35.42
Kadar Hemiselulosa 36 29.4 16.89
Kadar Selulosa 41 52.66 61.41
Kadar Lignin 6 13.1 19.89
Kadar Bahan lainnya - 17.84 19.04
Kadar Xilan 30 - - Keterangan : a) Johnson (1991) b) Darliah (2008)
2.2 Xilan
Struktur dinding sel tanaman terdiri dari material lignoselulosa yang tersusun dari lignin, selulosa dan hemiselulosa. Xilan termasuk ke dalam hemiselulosa (Gambar 2) (Vasquez et al., 2000). Xilan adalah komponen utama yang terkandung dari tanaman hemiselulosa diantaranya batang kapas, tongkol jagung, dan batang tebu. Diantara beberapa sumber biomassa yang lain, tongkol jagung yang paling banyak dilaporkan sebagai sumber xilooligosakarida yang potensial (Yang et al., 2005 ; Richana et al., 2004 ; Pangsri, 2008). Kandungan xilan pada tongkol jagung dapat meningkat sampai dengan 40g/100g (40%), jumlah tertinggi yang dapat dicapai dibandingkan dari beberapa jenis tanaman pertanian lainnya (Yang et al., 2005).
Gambar 2. Struktur lignoselulosa material pada dinding sel tumbuhan (Krafstoffe, 2008)
Xilan merupakan komponen penyusun hemiselulosa terbesar yang merupakan polimer dari pentosa atau xilosa dengan ikatan ß-1,4 dan tersusun atas 150-200 monomer xilosa dimana unit struktur sering disubstitusi pada posisi C2 atau C3 dengan arabinofuranosil, asam 4-O- metilglukuronik, asetil atau fenolik (Moure et al., 2006). Hemiselulosa merupakan polimer dari monomer gula (gula-gula anhidro) yang dapat dikelompokkan menurut penyusunnya yaitu heksosa (glukosa, manosa, dan galaktosa), pentosa (xilosa, arabinopirosa, arabinofuranosa), asam heksuronat (glukoronat, metilglukoronat dan galakturonat) dan deoksi heksosa (rhamnosa dan fruktosa). Rantai utama hemiselulosa dapat terdiri atas satu macam monomer saja (homopolimer), misalnya xilan atau dapat
Selulosa Lignin
Hemiselulosa
terdiri dari lebih monomer (heteropolimer), misalnya 4-O- metilglukoronoxilosa glukomanan (Kulkarni et al., 1999).
Xilan (Gambar 3) merupakan heteropolisakarida, yang dapat dihidrolisis oleh enzim xilanase menjadi D-xilosa. Gugus utamanya terdiri dari D-xilosa dan percabangannya terdiri dari rantai L-arabinofuranosa yang dihubungkan oleh posisi O-3 dari residu D-xilosa dan D-glukuronat atau O- 2-metil-D asam glukuronat yang dihubungkan ke posisi O-2. Beberapa residu D-xilosa adalah asetil.
Gambar 3. Struktur molekul xilan (Vazquez et al., 2006).
Xilan sering ditemukan dalam keadaan berinteraksi antara lignin dan komponen karbohidrat lainnya pada dinding sel tumbuhan. Xilan dapat larut dalam larutan alkali (NaOH atau KOH 2-15%) dan air (Yang et al., 2005). Selain itu xilan merupakan komponen nonselulosa polisakarida terbanyak yang terdapat pada kayu keras dan tumbuhan tahunan, dengan persentase 20-35 % dari total berat kering. Xilan digunakan oleh beberapa jenis fungi, bakteri, khamir yang dapat memproduksi enzim xilanase untuk diubah menjadi XOS.
Xilan mempunyai banyak kegunaan antara lain sebagai bahan baku industri untuk campuran bahan pembuat resin dan nilon. Selain itu hidrolisis xilan menghasilkan furfural yang digunakan sebagai bahan pelarut industri minyak bumi, pelarut reaktif untuk resin fenol, disinfektan serta bahan awal untuk memproduksi berbagai bahan kimia dan polimer lainnya (Richana et al., 2007). Kemurnian xilan dapat dianalisis menggunakan KCKT (Kromatografi Cair Kinerja Tinggi).
2.3 Xilanase
Xilanase berpotensi besar untuk diaplikasikan di industri, yang utamanya digunakan untuk biokonversi lignoselulosa menjadi gula, etanol, dan subtansi yang berguna, seperti jus dan wine untuk memperbaiki kualitas nutrisi, makanan ternak dan untuk mengolah kembali limbah pada proses pembuatan kertas menjadi lebih bermanfaat (Viikari et al., 2001). Gula sederhana dapat dihasilkan melalui proses hidrolisis. Menurut Garrote et al. (2007) hidrolisis enzimatik adalah suatu cara yang baik untuk memproduksi gula dari bahan lignoselulosa karena tidak adanya hasil samping.
Xilanase merupakan enzim hidrolisis yang mendegradasi xilan. Xilanase dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu β–xilosidase, eksoxilanase dan endoxilanase. Xilosidase memiliki kemampuan untuk menghidrolisis xilooligosakarida rantai pendek menjadi xilosa. Eksoxilanase memutus rantai polimer pada ujung-ujung reduksi (Reilly, 1991). Enzim xilanase contohnya adalah endoxilanase (1,4-ß-D-xilan xilanohidrolase, E.C. 3.2.1.8) dan ß-xilosidase (1,4-ß-xylan xilohidrolase, E.C. 3.2.1.3.7) yang merupakan hidrolisis xilooligomers (Liu et al., 2008). Beberapa faktor yang mempengaruhi produksi xilanase antara lain komposisi media nutrisi, karakteristik substrat sebelum diberi perlakuan dan kondisi fermentasi (Velkova et al., 2007). Pemilihan substrat dan komposisi nutrisi pada media merupakan faktor penting untuk kesuksesannya dalam memproduksi enzim xilanase. Komponen substrat yang sangat diperlukan adalah karbon dan sumber energi agar menghasilkan xilanase yang tinggi (Velkova et al., 2007).
Xilanase dapat dihasilkan dari bakteri, fungi maupun khamir antara lain Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Streptomyces, Bacillus, Aureobasidium, Fusarium, Chaetomium, Phanerochaete, Rhizomucor, Humicola, Talaromyces, Cryptococcus dan Trichoderma viridae (Velkova, 2007; Nwodo et al., 2008).
2.4 Xilooligosakarida (XOS)
Xilooligosakarida (XOS) secara alami terdapat dalam buah, sayuran, bambu, madu dan susu. XOS dapat diproduksi pada skala industri dari bahan baku yang kandungan xilannya tinggi. Xilooligosakarida adalah gula oligomer (oligosakarida) yang disusun dari unit xilosa (Gambar 4) (Dominguez et al. 2003). Produksi XOS dapat dihasilkan melalui hidrolisis
enzimatik xilan oleh enzim β-xilanase (Gambar 4) (Akpinar et al., 2007).
Xilooligosakarida mempunyai nilai jual tinggi yang umumnya ditambahkan sebagai ingridien sehingga menjadi pangan fungsional, dan berpotensi sebagai sumber prebiotik (Akpinar et al., 2007). Xilooligosakarida merupakan oligosakarida yang tidak dapat dicerna yang bermanfaat untuk kesehatan, karena memiliki efek karsinogenik yang rendah, memperbaiki mikroflora di dalam usus dan mempunyai mekanisme di dalam saluran pencernaan seperti serat pangan (dietary fiber) sehingga dapat dijadikan sebagai sumber prebiotik (Dominguez et al., 2003 ; Yang et al., 2005).
Gambar 4. Struktur XOS (Akpinar et al., 2007)
2.5 Pengaruh asam terhadap rantai xilan
Larutan asam berpengaruh terhadap kondisi rantai xilan. Asam adalah katalis non spesifik yang akan memotong rantai selulosa secara acak menjadi bentuk yang lebih sederhana (Tsao et al., 1978). Perendaman H2SO4 encer di tahap awal (pretreatment) bertujuan sebagai proses delignifikasi.Menurut Muawanah (2006) dan Shofiyanto (2008), kandungan
Hidrolisis β-xilanase
Xilooligosakarida Xilan
utama penyusun tongkol jagung adalah lignoselulosa. Perendaman tongkol jagung dalam asam encer (H2SO4) bertujuan untuk delignifikasi (proses penghilangan lignin) sehingga dapat mempermudah pelepasan hemiselulosa pada saat hidrolisis xilan dalam oven, agar nantinya dapat meningkatkan efisiensi kerja enzim dalam menghidrolisis xilan. Hemiselulosa dapat rusak dan larut dalam proses delignifikasi karena strukturnya yang amorf sehingga mudah dimasuki pelarut (Fengel dan Wegener, 1995). Menurut Vazques et al., (2000) delignifikasi merupakan perlakuan pendahuluan terhadap bahan baku (pretreatments) yang tujuannya untuk menghilangkan bahan-bahan lignin yang dapat menghambat proses ekstraksi xilan. Proses delignifikasi dapat dilakukan secara kimiawi melalui proses pelarutan dengan alkali, H2SO4 dan asam klorat. Disamping itu juga dapat dilakukan secara enzimatik dengan mikroorganisme maupun secara fisik dengan pemanasan uap, atau penggilingan (Fengel dan Wegener, 1995). Perendaman dengan asam encer juga dapat menghidrolisis hemiselulosa menjadi komponen- komponen monomernya yang terdiri dari D-glukosa, D-manosa, D- galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa dan sejumlah kecil L-ramnosa disamping menjadi asam D-glukuronat, asam 4-O-metil-D-glukuronat dan asam D- galakturonat, karena rantai ikatan hemiselulosa relatif mudah dihidrolisis oleh asam (Sjostrom, 1995). Menurut Richana (2006), rantai xilan bercabang dan strukturnya tidak berbentuk kristal sehingga lebih mudah dimasuki pelarut dibanding selulosa.
Menurut Vasquez et al. (2000) proses pretreatment dengan asam encer bertujuan untuk melonggarkan ikatan glikosidik antara molekul lignoselulosa sehingga pada saat pemanasan, memudahkan proses ekstraksi xilan. Pemecahan molekul hemiselulosa khususnya xilan dihambat oleh tingginya derajat polimerisasi dan kandungan lignin yang membungkus molekul hemiselulosa. Hidrolisis xilan sulit terjadi selama derajat polimerisasi dan kandungan lignin yang belum berkurang (Shofiyanto, 2008).
2.6 Pengaruh alkali terhadap rantai xilan
Pada umumnya larutan alkali (KOH, NaOH, atau NaOCl) digunakan untuk proses delignifikasi maupun ekstraksi xilan. Larutan alkali berpengaruh terhadap gugus-gugus ujung dalam polisakarida rantai xilan sehingga membentuk asam karboksilat (Sjostrom, 1995). Menurut Fengel dan Wegener (1995) hidrolisis alkali menyebabkan ikatan glikosida terputus, dan menghasilkan gugus pereduksi baru dibagian ujung rantai polisakarida. Jenis-jenis ikatan yang dapat diputus oleh larutan alkali adalah ikatan ester (bersifat labil terhadap alkali) dan ikatan glikosida. Richana et al. (2007) proses delignifikasi tongkol jagung varietas Bisma dilakukan dengan menggunakan NaOCl. Menurut Fengel dan Wegener (1995) karena pelarut tersebut mengandung ion-ion hipoklorit yang mampu memecah ikatan eter dalam stuktur lignin.
Menurut Casey (1960) kelebihan menggunakan alkali aktif untuk hidrolisis karena bersifat selektif dan bekerja aktif menghilangkan bahan- bahan non selulotik terutama lignin pada suhu, tekanan, dan konsentrasi yang sesuai. Hidrolisis dengan larutan alkali mempunyai fungsi menetralkan suasana asam dan melarutkan hasil dekomposisi lignin yang telah terurai pada tahap klorinasi (Siagian, 1965), namun menurut Fengel dan Wegener (1995) hidrolisis alkali prosesnya jauh lebih lambat daripada hidrolisis asam.
Menurut Lee (2005) perlakuan dengan larutan alkali dapat mengurangi kandungan lignin, dan memutus ikatan antara hemiselulosa dan lignin. Larutan alkali yang sering digunakan adalah NaOH dan NaOCl. Menurut Sjostrom (1995) NaOH merupakan alkali yang paling kuat dalam mendegradasi struktur dinding sel.
Shofiyanto (2008) proses delignifikasi tongkol jagung dengan menggunakan larutan NaOH 1% selama 5 jam pada suhu 28oC dapat menurunkan kandungan lignin dari 12.57% b.k menjadi 11.25% b.k sedangkan ekstraksi selulosa dengan menggunakan NaOH 15% selama 24 jam pada suhu 28 oC dapat meningkatkan kandungan selulosa dari 21.73% b.k menjadi 77.08% b.k. Perendaman dengan NaOH menyebabkan
terlarutnya hemiselulosa, dan lignin sehingga yang tersisa hanya selulosa yang intrafibril mengembang sehingga luas permukaan spesifiknya meningkat.
Anggraini (2003) delignifikasi dengan menggunakan NaOCl menyebabkan lignin larut dalam larutan NaOCl sehingga yang tersisa adalah selulosa dan hemiselulosa yang berupa padatan. Delignifikasi dilakukan untuk meningkatkan efisiensi kerja enzim pada saat menghidrolisis xilan.
2.7 Produksi XOS
Produksi XOS dari xilan yang terdapat di dalam bahan yang mengandung lignoselulosa, umumnya dapat dilakukan melalui metode kimia, metode fisik, metode enzimatik atau kombinasi dari metode kimia, fisik dan enzimatik (Gambar 8). Yoshida et al. (1994) melakukan produksi XOS dari beberapa bahan yang mengandung lignoselulosa melalui metode kimia dan enzimatik yaitu xilan diekstraksi dengan larutan asam mineral atau larutan alkali seperti KOH atau NaOH dan dihidrolisis menjadi XOS