UCAPAN TERI MAKASI H
DAFTAR LAMPIRAN
A. KLASIFIKASI DAN KOMPOSISI UDANG
Udang termasuk ke dalam filum Artopoda, kelas Crustacea, ordo Decapoda dan Sub ordo Natania. Sub ordo ini terdiri dari tiga famili yaitu Segestiade, Palaemodae dan Penaidae (Sarwono, 1993). Tubuh udang terdiri atas tiga bagian besar, yaitu kepala dan dada (cephalathorax), badan atau bagian perut (abdomen) dan ekor. Seluruh tubuhnya terdiri atas ruas-ruas yang terbungkus oleh kerangka luar (eksoskeleton) yang terbuat dari semacam zat tanduk (kitin) yang diperkeras oleh bahan kapur CaCO3. Jumlah ruas pada badan udang terdiri atas 13 ruas yaitu lima ruas kepala dan delapan ruas dada. Skema susunan tubuh udang windu dapat dilihat pada Gambar 1. Keterangan : 1. Cepalothorax 5. Pleopoda 2. Rostum 6. Telson 3. Antena 7. Uropoda 4. Periopoda
a, b, c, d, e : ruas abdomen ke-1, ke-2, ke-3, ke-4, ke-5
5
Kulit udang mengandung komposisi kitin yang lebih baik dibandingkan dengan limbah udang secara keseluruhan. Perbandingan ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi kulit dan limbah udang windu Komposisi1)
(%b/b)
Kulit Udang Limbah Udang 2)
Protein 16,9 35,8 Lemak 0,6 9,9 Serat 23,6 16,5 Kitin 23,5 15,9 Abu 63,6 38,1 Sumber : No et al. (1989) 1)
penentuan berdasarkan bobot kering 2)
limbah udang terdiri dari kepala, kulit dan ekor
Pada limbah kulit udang, kandungan kitin cukup besar yaitu 23,5%. Hal ini menyebabkan limbah kuit udang berpotensi sebagai bahan baku dalam memproduksi kitin. Selain itu, dalam limbah kulit udang juga terdapat protein sebesar 16,9% dan mineral (abu) sebesar 63,6%, sehingga dalam pemurnian kitin komponen tersebut perlu dihilangkan. Komponen-komponen tersebut perlu dihilangkan untuk menghasilkan produk kitin yang bermutu tinggi sehingga molekul-molekulnya menjadi lebih halus dan kelarutannya lebih rendah. Proses penghilangan protein (deproteinasi) diduga dapat menyebabkan pengurangan lemak dan logam dalam kulit udang, karena lemak dapat berasal dari lemak yang terikat dengan protein (lipoprotein), sehingga setelah protein terdegradasi maka lemak dapat terlepas dari kulit udang (Rohani, 2000).
B. KITIN
Kitin merupakan senyawa biopolimer berantai panjang dan tidak bercabang. Tiap rantai polimer terdiri dari 2000 hingga 5000 unit
6
monomer yang terpaut melalui ikatan β-1,4 glikosida. Unit monomer kitin mempunyai rumus molekul C18H12O5 dengan kadar C, H, N, O berturut-turut 47%, 6%, 7% dan 40% (Bastaman, 1989).
Struktur kitin sama dengan selulosa, yaitu ikatan yang terjadi antara monomernya terangkai dengan glukosida pada posisi β-1,4. Perbedaannya dengan selulosa adalah gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon nomor dua, pada kitin digantikan dengan gugus asetamina (-NHCOCH3), sehingga kitin dapat menjadi polimer berunit N-Asetil glukosamin. Struktur kimia kitin dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Struktur berulang kitin (Bough, 1975)
Menurut Angka dan Suhartono (2000), kitin yang diperoleh dari berbagai sumber memiliki struktur yang sama, kecuali ikatannya dengan protein dan kalsium karbonat yang merupakan dua komponen lain pada kulit udang. Setelah protein kalsium dan kalsium karbonat dari kulit udang dihilangkan dengan pemberian garam dan basa, maka tinggallah kitin yang berbentuk materi kaku dan berpori yang relatif tahan terhadap perlakuan kimia dan infeksi mikroba. Komposisi kulit udang berdasarkan proses pengupasan dapat dilihat pada Tabel 2.
7
Tabel 2. Komposisi (% bobot kering) kulit udang berdasarkan proses pengupasan
Sumber Komposisi (%) bobot kering)
Protein Kitin Kalsium Karbonat
Pengupasan Tangan 27,2 57,4 15,3
Pengupasan Mekanis 22 42,3 35,7
Sumber : Angka dan Suhartono (2000)
Kitin adalah penyusun kerangka luar serangga, Moluska dan Crustacea. Diduga terdapat 37,3 ribu ton kitin per tahun yang diperoleh dari kulit kerang, kepiting dan udang, sehingga memungkinkan untuk digunakan sebagai bahan baku industri (Yang et al., 2000).
Menurut Stephen (1995), kitin merupakan padatan amorf berwarna putih, dapat terurai secara hayati (biodegradable), terutama oleh bakteri penghasil enzim lisozim dan kitinase. Sifat kitin yang tidak beracun menyebabkan kitin banyak digunakan untuk keperluan pakan ternak dan kesehatan misalnya sebagai benang bedah.
Menurut Svitil et al. (1997), kitin dibedakan karena susunan rantai Nasetil-D-glukosamin yaitu α, , dan , derajat deasetilasi serta adanya ikatan silang seperti dengan protein dan glukan. Kitin dalam tubuh organisme terdapat dalam tiga bentuk kristal dan dibedakan atas susunan rantai molekul yang membangun kristalnya yaitu α-kitin (rantai antiparalel), -kitin (rantai paralel) dan -kitin yang terdiri atas tiga rantai (Angka dan Suhartono, 2000 ; Rudal, 1969).
Sebagai material pelindung Crustacea, kitin terdapat sebagai mukopolisakarida yang berasosiasi dengan kalsium karbonat dan berikatan kovalen dengan protein (Austin, 1984). Masih menurut (Austin, 1984), tidak semua protein berikatan kovalen dengan kitin. Sebagian besar protein berikatan secara fisik. Jumlah protein yang terikat secara kovalen dengan kitin setiap jenis Crustacea tidak sama seperti dapat dilihat pada Tabel 3. Menurut Muzi (1990), perbedaan jumlah protein yang terikat secara kovalen akan mempengaruhi mudah tidaknya proses deproteinasi. Oleh karena perbedaan antara jumlah protein total dengan jumlah protein
8
yang terikat secara kovalen, maka tidak ada proses deproteinasi yang optimum untuk setiap jenis Crustacea (Muzi, 1990).
Tabel 3. Persentase kadar kitin dan protein pada Crustacea (Austin, 1981)
C. DEPROTEINASI
Deproteinasi adalah proses penghilangan kadar protein pada suatu bahan. Ikatan peptida yang menghubungkan asam-asam amino pada molekul protein akan diputus dalam proses ini dengan reaksi hidrolisis. Menurut Sumaatmadja (1975), pada reaksi hidrolisis ikatan peptida, protein akan diuraikan menjadi peptida-peptida sederhana dan asam amino, dan bila asam-asam amino diuraikan lebih jauh membentuk gugus asam karboksilat dan amina. Reaksi yang akan terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.
R1 H R2 R1 H R2
C C N C + H-O-H -C-C-OH + H-N-C-
H O H H O H
Gambar 3. Reaksi hidrolisis protein (Sumaatmadja, 1975)
Menurut Girindra (1986), hidrolisis protein dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu sebagai berikut.
Crustacea Kitin (%) Total Protein (%)
Protein Terikat Kovalen (%) Kepiting biru 14,9 16,4 5,3 Kepiting batu 18,1 14,1 5,7 Kepiting merah 27,6 12,3 3,1 Kepiting ladam 26,4 73,3 27,9 Udang laut 27,2 34,4 16
9
1. Hidrolisis dengan Asam
Hidrolisis asam dilakukan dengan menggunakan asam anorganik kuat contohnya HCl dan dipanaskan dengan suhu mendidih serta dapat juga dilakukan dengan tekanan diatas satu atmosfer. Hidrolisis ini dilakukan dalam beberapa jam.
2. Hidrolisis dengan Basa
Hidrolisis basa dilakukan dengan menggunakan basa kuat seperti NaOH dan KOH, juga dilakukan pada suhu tinggi dalam beberapa jam.
3. Hidrolisis dengan Enzim
Hidrolisis enzim dilakukan dengan menggunakan enzim yang dihasilkan oleh mikroba penghasil protease seperti Bacillus licheniformis.
Hidrolisis protein secara enzimatis tidak seperti hidrolisis dengan asam atau basa. Hidrolisis menggunakan enzim dapat mencegah terjadinya kerusakan produk. Selain itu menurut Muchtadi et al. (1992), penggunaan enzim untuk suatu proses lebih menguntungkan karena kerja enzim sangat spesifik, sehingga tidak didapatkan reaksi samping atau hasil samping yang tidak dikehendaki. Bila mempergunakan enzim, tidak diperlukan suhu yang ekstrim seperti pada cara kimiawi, sehingga dapat lebih menghemat energi, dan yang juga menguntungkan yaitu dalam pemisahan produk yang dihasilkan aman dari bahan-bahan kimia sintetik yang umumnya bersifat toksik.
D. FERMENTASI
Fermentasi adalah proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan mikroba. Proses ini dapat berlangsung dalam lingkungan aerob atau anaerob, tergantung dari sifat
10
mikroba. Proses fermentasi akan berlangsung secara optimum dengan mengatur kondisi optimum dari mikroba untuk tumbuh (Rachman,1992).
Fermentasi dapat dilakukan dengan metode kultur terendam (media cair) dan kultur permukaan (media padat). Dewasa ini proses fermentasi untuk memproduksi berbagai produk lebih banyak menggunakan teknik kultur terendam, walau demikian kultur permukaan yang menggunakan media padat masih banyak digunakan untuk memproduksi berbagai jenis asam organik dan enzim (Rachman, 1992).
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi adalah sebagai berikut.
1. Suhu
Setiap spesies bakteri tumbuh pada suatu kisaran suhu tertentu. Bakteri psikrofil tumbuh pada 0-30˚C, mesofil 25-40˚C, dan termofil pada suhu 50˚C atau lebih. Suhu tersebut mempengaruhi pertumbuhan atau peningkatan massa sel, reproduksi dan semua aktivitas yang dilakukan oleh mikroba. Suhu yang rendah dapat memperlambat aktivitas metabolisme, sedangkan suhu tinggi sampai batas tertentu akan mempercepat aktivitas sel. Suhu yang tinggi melebihi suhu maksimum akan menyebabkan kerusakan sel yang menyebabkan proses metabolisme menurun. Bacillus licheniformis tumbuh pada suhu maksimum 50-55˚C dan suhu minimum 15˚C (Gordon, 1972).
2. pH
Nilai pH optimum pertumbuhan bagi kebanyakan bakteri terletak antara 6,5-7,5. Namun beberapa spesies bakteri dapat tumbuh dalam keadaan sangat asam ataupun sangat basa. Bagi kebanyakan bakteri, nilai pH minimum dan maksimum ialah 4 dan 9. Bakteri yang tumbuh pada suasana asam disebut asidofilik, pada susana netral disebut neutrofilik dan pada suasana basa disebut alkalifilik. Kondisi pH lebih dipengaruhi oleh komposisi media dan senyawa-senyawa asam atau basa yang dihasilkan dalam pertumbuhannya. Bacillus licheniformis
11
3. Komposisi Media
Secara umum, media fermentasi menyediakan semua nutrien yang dibutuhkan oleh mikroba untuk memperoleh energi, pertumbuhan, bahan pembentuk sel dan biosintesis produk-produk metabolisme. Tergantung pada jenis mikroba dan produk yang akan diproduksi, setiap fermentasi memerlukan media tertentu karena bila media tidak sesuai dapat menyebabkan perubahan hasil metabolisme mikroba.
Senyawa-senyawa sumber karbon dan nitrogen merupakan komponen terpenting dalam media fermentasi, karena sel-sel mikroba dan berbagai produk fermentasi sebagian besar terdiri dari unsur karbon dan nitrogen. Di samping itu media fermentasi juga harus mengandung air, garam-garam anorganik dan mineral. Mineral seperti magnesium, fosfat, kalium, sulfur, kalsium dan kromium merupakan komponen penting dalam media fermentasi. Pemberian unsur tersebut ke dalam media fermentasi harus diperhatikan agar tidak melebihi kebutuhan. Konsentrasi nutrien yang terlalu tinggi dapat menghambat metabolisme (Rachman,1992).
Sumber nutrien yang digunakan sebagai media fermentasi harus memiliki syarat dapat memproduksi produk atau biomassa dengan hasil maksimum dan laju reaksi yang juga maksimum, mutu harus konsisten, murah dan tersedia sepanjang tahun, dan juga tidak menimbulkan masalah terhadap aerasi, agitasi, ekstraksi dan pemurnian serta perlakuan limbah. Sumber karbon yang biasa digunakan dalam media yaitu glukosa, sedangkan sumber nitrogennya dapat berasal dari ekstrak daging sapi, ekstrak khamir, garam triamonium sitrat dan sumber mineral lain seperti K2HPO4, Na asetat.3H2O, MgSO4.7H2O dan MnSO4 .4H2O (Atlas,1995).
E. PROTEASE
Protease dinamakan juga enzim peptidase, karena enzim protease bekerja dalam pemecahan molekul protein dengan memutuskan ikatan peptida (Girindra, 1986). Menurut Suhartono (1989), dilihat dari letak
12
pemecahan ikatan peptida, protease dibedakan menjadi eksoprotease dan endoprotease. Eksoprotease menguraikan protein dari ujung rantai, sehingga dihasilkan satu asam amino dan sisa peptida. Pada tingkat lanjut, enzim ini akan menghasilkan sejumlah asam amino. Golongan endoprotease menguraikan ikatan peptida dari bagian dalam rantai protein, sehingga dihasilkan peptida dan polipeptida. Oleh karena itu kebanyakan endoprotease hanya akan menghasilkan asam amino dalam jumlah terbatas.
Berdasarkan aktivitas pH optimumnya, protease digolongkan menjadi protease asam, netral dan basa (alkalin). Protease asam banyak dihasilkan oleh kapang dan khamir, tetapi jarang ditemukan pada bakteri. Enzim ini mempunyai pH optimum 3-4. Protease alkalin mempunyai pH optimum sekitar 9-11 (Ward, 1983).
Bacillus licheniformis merupakan bakteri yang potensial sebagai penghasil protease. Jenis protease yang dihasilkan oleh bakteri ini adalah enzim ekstraselular yang tergolong proteinase serin alkali (Aunstrup, 1978). Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Bisping (2004), yang hasilnya disampaikan pada Discussion Forum Program Prospect Of Chitin Production And Application In Indonesia, Jakarta. September 14th 2005, Bacillus licheniformis, secara khusus galur F11 sangat potensial untuk digunakan dalam penelitian selanjutnya karena bersifat termofil yang banyak digunakan untuk produksi enzim industri. Selain itu proses fermentasi menggunakan Bacillus licheniformis dapat dijalankan tanpa tahap sterilisasi dengan suhu tinggi dan dapat menggunakan pH optimum Bacillus licheniformis untuk menghasilkan protease.
Protease yang dihasilkan oleh Bacillus licheniformis merupakan golongan endoprotease netral dan basa (alkalin) yang telah dapat dimurnikan dan dikristalkan. Enzim ini termasuk dalam protease serin karena mengandung gugus serin pada sisi aktifnya. Enzim ini bekerja sebagai endopeptida dan dihambat kuat oleh senyawa
diisopropil-13
fluorofosfat (DFP) karena adanya reaksi DFP dengan gugus hidroksi dari residu serin pada sisi aktif (Aunstrup,1978).
Bacillus licheniformis menghasilkan dua jenis protease, yang aktif pada pH netral sedangkan yang lainnya pada pH alkali. Protease yang dihasilkan oleh Bacillus licheniformis dikenal dengan nama Subtilisin Carlberg, yang diisolasi pertama kali oleh Guntelberg Lang dan Ottensen pada tahun 1953 (Ward,1983). Subtilisin Carlberg mempunyai pH optimum untuk aktivitasnya pada pH 8,0 sampai 11,0 dan stabil pada pH 5,0 hingga 10,0 pada suhu 25˚C. Enzim ini tahan sampai suhu 50˚C selama satu jam pada pH 8,5 serta dapat diinaktifkan dengan cepat pada pH di bawah 5,0 dan di atas 11,0 (Ward, 1983).
14