PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Fery Mutia Rahayu Pratiwi. F34102106. Produksi Xilanase dari Streptomyces sp. Pada Substrat Xilan Tongkol Jagung. Di bawah bimbingan: Titi Candra Sunarti dan Anja Meryandini.
RINGKASAN
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah pertanian yang melimpah dewasa ini. Tongkol jagung diketahui mengandung xilan yang dapat digunakan sebagai sumber karbon bagi mikroorganisme penghasil xilanase, dan substrat untuk produksi xilooligosakarida. Varietas Bisma digunakan pada penelitian ini yang merupakan salah satu jagung unggulan untuk pakan ternak yang banyak diproduksi petani. Pada penelitian ini dilakukan pemanfaatan tongkol jagung untuk produksi xilanase dari beberapa isolat Streptomyces sp. dengan menggunakan xilan tongkol jagung sebagai media tumbuh dan analisis komposisi produk hasil hidrolisis xilan tongkol jagung oleh xilanase yang dihasilkan.
Ekstraksi xilan dari tongkol jagung menggunakan pelarut alkali. Ekstraksi xilan dapat memberikan rendemen xilan sebanyak 10.9% dan memungkinkan xilan yang dihasilkan mempunyai warna coklat bersih. Xilan hasil ekstraksi digunakan sebagai substrat untuk memproduksi xilanase dengan substrat pembanding adalah xilan oatspelt. Xilanase yang dihasilkan oleh Streptomyces sp. digunakan untuk menghidrolisis xilan sehingga menghasilkan xilooligosakarida. Streptomyces yang digunakan adalah isolat 234P-16, isolat SKK1-8 dan isolat 45I-3 koleksi Dr. Ir. Yulin Lestari, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Isolat 234P-16, isolat SKK1-8 dan isolat 45I-3 menggunakan xilan tongkol jagung sebagai substrat dapat untuk pertumbuhan namun aktivitas xilanase dari xilan tongkol jagung lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan xilan oatspelt. Aktivitas xilanase tertinggi pada isolat 234P-16 dan 45I-3 terdapat pada penggunaan konsentrasi 1% substrat xilan tongkol jagung. Isolat SKK1-8 menghasilkan aktivitas xilanase semakin tinggi dengan bertambahnya konsentrasi substrat. Namun demikian, aktivitas spesifik yang tertinggi isolat SKK1-8 terdapat pada konsentrasi substrat xilan 1%.
Fery Mutia Rahayu Pratiwi. F34102106. Xylanase Production from Streptomyces sp. On Corncob Xylan. Under the guidance of Titi Candra Sunarti dan Anja Meryandini.
SUMMARY
Corncob is one of the agriculture waste which abundance now days. Corncob is known contained xylan which can be used as a carbon source for microorganism of xylanase producer, and can be used as substrate to produce the xylooligosaccharide. Corncob of Bisma variety used at this research because this variety is one of the superior maize which variety is planted a lot by the farmer. The aim of this research is to produce xylanase from Streptomyces sp. by using corncob xylan as substrate and to analyze the composition of the corncob xylan hydrolyzed by xylanase.
Xylan extraction from corncob is done by using alkaline as solvent. Xylan extraction from corncob could give the yields as 10.9% and had clean brown colour. Corncob xylan is used as substrate to produce the xylanase, compared to oatspelt xylan . Xylanase which produced by Streptomyces sp. is used for hydrolyzing xylan to produce xylooligosaccharide. The strains of Streptomyces sp. which used in this research are strain 234P-16, strain SKK1-8 and strain 45I-3 from Dr. Yulin Lestari collection.
Strain 234P-16, strain SKK1-8 and strain 45I-3 grown on corncob xylan as substrate resulting higher level xylanase activity compared to the oatspelt xylan. The highest xylanase activities for strain 234P-16 and 45I-3 produced from corncob xylan substrate with 1% concentration. Strain SKK1-8 has higher xylanase activity by the increasing of substrate concentration. Anyway, the highest specific activity of strain SKK1-8 produced from 1% of xylan.
PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
Lahir di Purworejo, 9 Februari 1984 Tanggal lulus : 1 September 2006
Menyetujui, Bogor, September 2006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Purworejo, Jawa Tengah pada tanggal 9 Februari 1984 dari ayah bernama Wijonarto dan ibu bernama Sri Wati. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Riwayat pendidikan penulis dimulai pada tahun 1990 di Sekolah Dasar (SD) Negeri 1 Wonosobo dan lulus pada tahun 1996. Pada tahun 1996 sampai 1999 penulis mengikuti pendidikan di Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 1 Wonosobo dan melanjutkan ke Sekolah Menengah Umum (SMU) Negeri 1 Purworejo dari tahun 1999 sampai 2002.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
“Produksi Xilanase dari Streptomyces sp Pada Substrat Xilan Tongkol Jagung” merupakan hasil karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, September 2006 Yang Membuat Pernyataan,
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, MSi. dan Dr. Anja Meryandini, MS. atas segala bantuan dan bimbingannya serta Dr. Ir. Endang Warsiki yang telah memberikan kritik dan saran kepada penulis. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Papa, Bunda, Dik Bayu, Dik Wikan, keluarga Pakde dan Bude Kayadiono, keluarga Om dan Bulik Toyo atas dorongan semangat, dan kasih sayang serta bantuan moril dan materiil yang sangat berharga bagi penulis.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada staf laboran Laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, staf laboran Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi, rekan-rekan TIN 39, rekan-rekan Biologi 39, rekan-rekan di Wisma Maharlika Atas tersayang serta rekan-rekan maupun keluarga yang tidak dapat disebutkan satu-persatu atas bantuannya. Ungkapan terima kasih khusus kepada Aprilia Naomi, Sita, Hendro, Inda Setyowati, Okiana, Nurul, Fatmawati, Hani, Novianti, Diny dan Hani Hermawan atas semangat yang selalu ditularkan dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan namun penulis mengharapkan semoga dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan dan memberikan sumbangan yang berarti bagi dunia ilmu pengetahuan dan teknologi.
Bogor, 1 September 2006
ii DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR LAMPIRAN ... vi
I. PENDAHULUAN ... 1
A. LATAR BELAKANG ... 1
B. TUJUAN ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
A. TONGKOL JAGUNG ... 3
B. HEMISELULOSA ... 5
C. XILAN ... 6
D. Streptomyces sp. ... 7
E. XILANASE ... 8
F. XILOOLIGOSAKARIDA ... 11
III. BAHAN DAN METODE ... 13
A. BAHAN DAN ALAT ... 13
B. METODE PENELITIAN ... 13
1. Penelitian Pendahuluan ... 13
2. Penelitian Utama ... 14
C. TATA LAKSANA PENELITIAN ... 14
1. Penelitian Pendahuluan ... 14
2. Penelitian Utama ... 18
a. Produksi Xilanase ... 18
(1) Peremajaan Kultur ... 18
(2) Penyiapan Media Produksi ... 18
(3) Pengamatan Xilanase ... 19
(a) Aktivitas Xilanase ... 19
(b) Aktivitas Spesifik Xilanase ... 19
c. Karakterisasi Produk Hidrolisis ... 20
(1) Total Gula ... 20
(2) Gula Pereduksi ... 20
(3) Derajat Polimerisasi ... 20
(4) Kromatografi Lapis Tipis ... 20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22
A. PENELITIAN PENDAHULUAN ... 22
1. Analisis Komposisi Kimia Tongkol Jagung ... 22
2. Ekstraksi Xilan dari Tongkol Jagung ... 23
B. PENELITIAN UTAMA ... 29
1. Produksi Xilanase ... 29
2. Hidrolisis Xilan Tongkol Jagung oleh Xilanase ... 37
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
A. KESIMPULAN ... 43
B. SARAN ... 43
VI. DAFTAR PUSTAKA ... 44
PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Fery Mutia Rahayu Pratiwi. F34102106. Produksi Xilanase dari Streptomyces sp. Pada Substrat Xilan Tongkol Jagung. Di bawah bimbingan: Titi Candra Sunarti dan Anja Meryandini.
RINGKASAN
Tongkol jagung merupakan salah satu limbah pertanian yang melimpah dewasa ini. Tongkol jagung diketahui mengandung xilan yang dapat digunakan sebagai sumber karbon bagi mikroorganisme penghasil xilanase, dan substrat untuk produksi xilooligosakarida. Varietas Bisma digunakan pada penelitian ini yang merupakan salah satu jagung unggulan untuk pakan ternak yang banyak diproduksi petani. Pada penelitian ini dilakukan pemanfaatan tongkol jagung untuk produksi xilanase dari beberapa isolat Streptomyces sp. dengan menggunakan xilan tongkol jagung sebagai media tumbuh dan analisis komposisi produk hasil hidrolisis xilan tongkol jagung oleh xilanase yang dihasilkan.
Ekstraksi xilan dari tongkol jagung menggunakan pelarut alkali. Ekstraksi xilan dapat memberikan rendemen xilan sebanyak 10.9% dan memungkinkan xilan yang dihasilkan mempunyai warna coklat bersih. Xilan hasil ekstraksi digunakan sebagai substrat untuk memproduksi xilanase dengan substrat pembanding adalah xilan oatspelt. Xilanase yang dihasilkan oleh Streptomyces sp. digunakan untuk menghidrolisis xilan sehingga menghasilkan xilooligosakarida. Streptomyces yang digunakan adalah isolat 234P-16, isolat SKK1-8 dan isolat 45I-3 koleksi Dr. Ir. Yulin Lestari, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Isolat 234P-16, isolat SKK1-8 dan isolat 45I-3 menggunakan xilan tongkol jagung sebagai substrat dapat untuk pertumbuhan namun aktivitas xilanase dari xilan tongkol jagung lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan xilan oatspelt. Aktivitas xilanase tertinggi pada isolat 234P-16 dan 45I-3 terdapat pada penggunaan konsentrasi 1% substrat xilan tongkol jagung. Isolat SKK1-8 menghasilkan aktivitas xilanase semakin tinggi dengan bertambahnya konsentrasi substrat. Namun demikian, aktivitas spesifik yang tertinggi isolat SKK1-8 terdapat pada konsentrasi substrat xilan 1%.
Fery Mutia Rahayu Pratiwi. F34102106. Xylanase Production from Streptomyces sp. On Corncob Xylan. Under the guidance of Titi Candra Sunarti dan Anja Meryandini.
SUMMARY
Corncob is one of the agriculture waste which abundance now days. Corncob is known contained xylan which can be used as a carbon source for microorganism of xylanase producer, and can be used as substrate to produce the xylooligosaccharide. Corncob of Bisma variety used at this research because this variety is one of the superior maize which variety is planted a lot by the farmer. The aim of this research is to produce xylanase from Streptomyces sp. by using corncob xylan as substrate and to analyze the composition of the corncob xylan hydrolyzed by xylanase.
Xylan extraction from corncob is done by using alkaline as solvent. Xylan extraction from corncob could give the yields as 10.9% and had clean brown colour. Corncob xylan is used as substrate to produce the xylanase, compared to oatspelt xylan . Xylanase which produced by Streptomyces sp. is used for hydrolyzing xylan to produce xylooligosaccharide. The strains of Streptomyces sp. which used in this research are strain 234P-16, strain SKK1-8 and strain 45I-3 from Dr. Yulin Lestari collection.
Strain 234P-16, strain SKK1-8 and strain 45I-3 grown on corncob xylan as substrate resulting higher level xylanase activity compared to the oatspelt xylan. The highest xylanase activities for strain 234P-16 and 45I-3 produced from corncob xylan substrate with 1% concentration. Strain SKK1-8 has higher xylanase activity by the increasing of substrate concentration. Anyway, the highest specific activity of strain SKK1-8 produced from 1% of xylan.
PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN PRODUKSI XILANASE DARI Streptomycessp. PADA SUBSTRAT XILAN TONGKOL JAGUNG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
FERY MUTIA RAHAYU PRATIWI F34102106
Lahir di Purworejo, 9 Februari 1984 Tanggal lulus : 1 September 2006
Menyetujui, Bogor, September 2006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Purworejo, Jawa Tengah pada tanggal 9 Februari 1984 dari ayah bernama Wijonarto dan ibu bernama Sri Wati. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Riwayat pendidikan penulis dimulai pada tahun 1990 di Sekolah Dasar (SD) Negeri 1 Wonosobo dan lulus pada tahun 1996. Pada tahun 1996 sampai 1999 penulis mengikuti pendidikan di Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 1 Wonosobo dan melanjutkan ke Sekolah Menengah Umum (SMU) Negeri 1 Purworejo dari tahun 1999 sampai 2002.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :
“Produksi Xilanase dari Streptomyces sp Pada Substrat Xilan Tongkol Jagung” merupakan hasil karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, September 2006 Yang Membuat Pernyataan,
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, MSi. dan Dr. Anja Meryandini, MS. atas segala bantuan dan bimbingannya serta Dr. Ir. Endang Warsiki yang telah memberikan kritik dan saran kepada penulis. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Papa, Bunda, Dik Bayu, Dik Wikan, keluarga Pakde dan Bude Kayadiono, keluarga Om dan Bulik Toyo atas dorongan semangat, dan kasih sayang serta bantuan moril dan materiil yang sangat berharga bagi penulis.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada staf laboran Laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, staf laboran Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi, rekan-rekan TIN 39, rekan-rekan Biologi 39, rekan-rekan di Wisma Maharlika Atas tersayang serta rekan-rekan maupun keluarga yang tidak dapat disebutkan satu-persatu atas bantuannya. Ungkapan terima kasih khusus kepada Aprilia Naomi, Sita, Hendro, Inda Setyowati, Okiana, Nurul, Fatmawati, Hani, Novianti, Diny dan Hani Hermawan atas semangat yang selalu ditularkan dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan namun penulis mengharapkan semoga dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan dan memberikan sumbangan yang berarti bagi dunia ilmu pengetahuan dan teknologi.
Bogor, 1 September 2006
ii DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR LAMPIRAN ... vi
I. PENDAHULUAN ... 1
A. LATAR BELAKANG ... 1
B. TUJUAN ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
A. TONGKOL JAGUNG ... 3
B. HEMISELULOSA ... 5
C. XILAN ... 6
D. Streptomyces sp. ... 7
E. XILANASE ... 8
F. XILOOLIGOSAKARIDA ... 11
III. BAHAN DAN METODE ... 13
A. BAHAN DAN ALAT ... 13
B. METODE PENELITIAN ... 13
1. Penelitian Pendahuluan ... 13
2. Penelitian Utama ... 14
C. TATA LAKSANA PENELITIAN ... 14
1. Penelitian Pendahuluan ... 14
2. Penelitian Utama ... 18
a. Produksi Xilanase ... 18
(1) Peremajaan Kultur ... 18
(2) Penyiapan Media Produksi ... 18
(3) Pengamatan Xilanase ... 19
(a) Aktivitas Xilanase ... 19
(b) Aktivitas Spesifik Xilanase ... 19
c. Karakterisasi Produk Hidrolisis ... 20
(1) Total Gula ... 20
(2) Gula Pereduksi ... 20
(3) Derajat Polimerisasi ... 20
(4) Kromatografi Lapis Tipis ... 20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22
A. PENELITIAN PENDAHULUAN ... 22
1. Analisis Komposisi Kimia Tongkol Jagung ... 22
2. Ekstraksi Xilan dari Tongkol Jagung ... 23
B. PENELITIAN UTAMA ... 29
1. Produksi Xilanase ... 29
2. Hidrolisis Xilan Tongkol Jagung oleh Xilanase ... 37
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
A. KESIMPULAN ... 43
B. SARAN ... 43
VI. DAFTAR PUSTAKA ... 44
iv DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Komposisi Kimia Tongkol Jagung ... 4
Tabel 2. Karakteristik Jagung Varietas Bisma ... 5
Tabel 3. Klasifikasi Enzim Berdasarkan Reaksi yang Dikatalisis ... 9
Tabel 4. Komposisi Media agar ... ... 18
Tabel 5. Isolat Streptomyces sp. yang Telah Dikarakterisasi ... 18
Tabel 6. Komposisi Media Cair untuk Produksi Xilanase ... 19
Tabel 7. Komposisi Kimia Tongkol Jagung ... 22
Tabel 8. Komposisi Serat Tongkol Jagung Sebelum dan Setelah Delignifikasi ... 26
Tabel 9. Perbandingan Aktivitas Xilanase antara Substrat Xilan Oatspelt dan Substrat Xilan Tongkol Jagung Ternak ... 33
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Diagram Alir Proses Ekstraksi Xilan ... 15 Gambar 2. Diagram Alir Proses Purifikasi Xilan ... 17 Gambar 3. Neraca Massa Proses Ekstraksi Xilan ... 23 Gambar 4. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16, SKK1-8, dan 45I-3 dengan
Media Xilan Oatspelt 0.5% ... 31 Gambar 5. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3
(C) pada Media dengan Beberapa Konsentrasi Substrat Xilan
Tongkol Jagung ... 32 Gambar 6. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16 pada Media dengan Substrat
5% Xilan Oatspelt dan Xilan Tongkol Jagung ... 34 Gambar 7. Aktivitas Xilanase Isolat 45I-3 pada Media dengan Substrat
0.5% Xilan Oatspelt dan Xilan Tongkol Jagung ... 35 Gambar 8. Aktivitas Xilanase Isolat SKK1-8 pada Media dengan Substrat
0.5% Xilan Oatspelt dan Xilan Tongkol Jagung ... 35 Gambar 9. Kurva Aktivitas Spesifik Xilanase Harian Isolat 234P-16,
SKK1-8, dan 45I-3 pada Media dengan Substrat 0.5%
Xilan Oatspelt ... 36 Gambar 10. Kurva Aktivitas Spesifik Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B)
dan 45I-3 (C) pada Media dengan Beberapa Konsentrasi
Substrat Xilan Tongkol Jagung ... 36
Gambar 11. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C)
dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt ... 38 Gambar 12. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan
Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C)
dengan Substrat Xilan Tongkol Jagung 0.5% ... 39 Gambar 13. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan
Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C)
dengan Substrat Xilan Tongkol Jagung 1% ... 39 Gambar 14. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan
Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C)
vi DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Pohon Industri Jagung ... 49 Lampiran 2. Prosedur Karakterisasi Bahan Baku ... 50 Lampiran 3. Prosedur Uji Aktivitas Xilanase ... 54 Lampiran 4. Kurva Standar Xilosa untuk Penentuan Aktivitas Xilanase ... 57 Lampiran 5. Prosedur Pengujian Kadar Protein untuk Penentuan Aktivitas
Spesifik Xilanase ... 58 Lampiran 6. Kurva Standar Protein untuk Penentuan Aktivitas Spesifik
Xilanase ... 60 Lampiran 7. Prosedur Penentuan Total Gula ... 61 Lampiran 8. Kurva Standar Total Gula ... 62 Lampiran 9. Kromatografi Lapis Tipis Metode Stahl (1969) ... 63 Lampiran 10. Tabel Total Gula, Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi ... 64 Lampiran 11. Gambar Hasil Kromatografi Lapis Tipis ... 66 Lampiran 12. Nilai Rf hasil TLC ... 69
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Limbah hasil pertanian jumlahnya semakin meningkat dewasa ini dan menimbulkan masalah lingkungan. Hal tersebut merupakan akibat dari peningkatan bidang pertanian dan industri pertanian. Masalah pencemaran yang ditimbulkan oleh limbah hasil pertanian dapat ditanggulangi dengan biokonversi limbah pertanian tersebut dengan menggunakan mikroorganisme. Berbagai macam limbah hasil pertanian pada umumnya masih mengandung sejumlah nutrient sehingga masih dapat dimanfaatkan sebagai medium pertumbuhan mikroorganisme.
Salah satu limbah pertanian yang melimpah yaitu tongkol jagung. Masyarakat pada umumnya hanya memanfaatkan tongkol jagung sebagai pakan ternak atau bahan bakar. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik produksi jagung tahun 2000 mencapai 9.20 juta ton, tahun 2002 mencapai 9.82 juta ton dan tahun 2004 produksi jagung mencapai 11,35 juta ton sehingga limbah tongkol jagung dapat diasumsikan juga mengalami peningkatan.
Produksi jagung (Zea mays L.) mengalami peningkatan karena jagung merupakan salah satu komoditas strategis yang ekonomis dan berpeluang besar untuk dapat dikembangkan menjadi bahan lain. Jagung juga merupakan sumber utama karbohidrat dan protein setelah beras. Jagung mempunyai nilai ekonomis yang tinggi dan prospek baik untuk investasi. Jagung dapat digunakan menjadi berbagai macam bahan baku industri seperti beras jagung, tepung jagung, minyak jagung, gula jagung dan methanol. Pada Lampiran 1 disajikan pohon industri jagung menurut Anonim (2005a).
Tongkol jagung merupakan bagian dari buah jagung yang telah diambil bijinya. Tongkol jagung adalah lignoselulosa. Menurut Maynard et al. (1983), tongkol jagung mengandung komponen serat sebesar 35,5%. Bahan berlignoselulosa mempunyai kandungan hemiselulosa, selulosa, dan lignin.
2 tongkol jagung dapat digunakan sebagai media tumbuh mikroorganisme untuk menghasilkan xilanase. Salah satu organisme penghasil xilan yang dapat tumbuh adalah Streptomyces sp. (Richana 2002). Potensi xilanase sangat besar diantaranya dapat dimanfaatkan dalam industri kertas sebagai pemutih (Mountfort dan Asher 1989), energi biomasa, industri kimia (Gauthier et al. 2005), mengolah pakan ternak sehingga menambah daya pencernaan ternak, mengkonversi substansi lignoselulosa menjadi bahan bakar (Li et al. 1993), dan menghidrolisis xilan menjadi gula xilooligosakarida sebagai pemanis dan zat aditif makanan (Vazquez et al. 2000). Mengingat manfaat xilanase yang cukup potensial maka diperlukan kajian produksi xilanase dari tongkol jagung.
B. TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Produksi xilanase dari beberapa isolat Streptomyces sp. dengan menggunakan xilan tongkol jagung sebagai media tumbuh.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. JAGUNG
Anonim (2005b) menyebutkan bahwa tanaman jagung merupakan salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian dari keluarga rumput-rumputan. Tanaman jagung ini berasal dari Amerika yang tersebar ke Asia dan Afrika melalui kegiatan bisnis orang-orang Eropa ke Amerika. Bangsa Portugal menyebarluaskannya tanaman jagung ke Asia termasuk Indonesia sekitar abad ke-16. Orang Belanda menamakan tanaman jagung ”mais” dan orang Inggris menamakannya ”corn”. Di Indonesia, daerah-daerah penghasil utama tanaman jagung adalah Jawa Tengah, Jawa Barat, Jawa Timur, Madura, D.I. Yogyakarta, Nusa Tenggara Timur, Sulawesi Utara, Sulawesi Selatan, dan Maluku. Sistimatika tanaman jagung adalah sebagai berikut:
Kingdom : Plantae Divisio : Spermatophyta Sub Divisio : Angiospermae
Classis : Monocotyledon
Ordo : Graminae
Familia : Graminaceae
Genus : Zea
Spesies : Zea mays L.
Anonim (1982) menyebutkan bahwa tanaman jagung dapat diolah menjadi berbagai macam bahan baku industri maupun produk jadi seperti grits, tepung jagung, maizena, sirup jagung, dan homini. Limbah buah jagung yaitu tongkol jagung dapat dimanfaatkan juga sebagai bahan baku industri dengan proses biomass refining berdasarkan separasi fraksi-fraksi kimianya (Garrote et al. 2002).
Menurut Koswara (1991), tanaman jagung terdiri atas kelobot (kulit), biji dan tongkol. Biji jagung tersusun dalam tongkol dengan susunan teratur memanjang dan ditutup oleh seludang (klobot). Terdapat juga susunan biji yang teratur (mozaik). Diameter tongkol adalah 3-5 cm dan mengandung 300-1000 biji.
4 gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji serta merupakan modifikasi dari cabang dan mulai berkembang pada ruas-ruas batang. Tongkol utama umumnya terdapat pada ruas batang keenam sampai delapan dari atas dan pada ruas-ruas di bawah biasanya terdapat lima sampai tujuh tongkol yang tidak berkembang secara sempurna (Koswara 1991).
Maynard dan Loosli (1993) menyebutkan bahwa komposisi kimia tongkol jagung terdiri atas 35.5% serat kasar, 2.5% protein, 0.12% kalsium, 0.04% fosfor dan zat-zat lainnya sebesar 38.16%. Lebih lanjut, Aninom (1981) menyatakan bahwa tongkol jagung mengandung selulosa (40%), hemiselulosa (36%) dan lignin (16%) serta zat-zat lainnya (8%). Menurut Cho et al. (1996) tongkol jagung mempunyai komponen utama yaitu xilan.
Tongkol jagung memiliki komposisi kimia seperti yang disajikan pada Tabel 1 berikut:
Tabel 1. Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Komponen Komposisi (%)
Air 9.6 Abu 1.5
Protein Kasar 2.5
Lemak Kasar 0.5
Serat Kasar 32
NDF 83 Hemiselulosa 36
Selulosa 41 Lignin 6 Xilan 30 Pektin 3 Pati 0.014 Sumber : Lorenz dan Kulp (1991)
Tabel 2. Karakteristik Jagung Varietas Bisma
Karakter Keterangan Tanggal/tahun pelepasan 4 September 1995
SK Mentan 585/kpts/TP.240/9/95
Asal Persilangan pool 4 dengan bahan introduksi disertai seleksi selama 5 generasi
Golongan Bersari bebas
Umur 50% keluar rambut ± 60 hari
Batang Tegap, tinggi medium (± 190 cm)
Daun Panjang dan lebar
Tongkol Besar dan silindris
Biji Setengah mutiara (semi flint)
Warna daun Hijau tua
Warna biji Kuning
Warna janggel Kebanyakan putih
Kelobot Menutup tongkol dengan cukup baik (±95%)
Baris biji Lurus dan rapat
Perakaran Baik
Kerebahan Tahan rebah
Jumlah baris/tongkol 12-18 baris Bobot 1000 biji ± 307 g
Rata-rata hasil ± 5.7 ton/ha pipilan kering Potensi hasil ± 7.0 – 7.5 ton/ha pipilan kering
Ketahanan penyakit Tahan penyakit kerat dan bercak daun serta bulai
Pertumbuhan Baik untuk dataran rendah sampai ketinggian 500 m dpl
Pemulia Subandi, Rudy Setyono, A. Sudjono (Alm), Hadiatmi.
Sumber : Suharti (2004)
B. HEMISELULOSA
Sebagian besar bahan selulosa yang ditemui di alam mengandung tiga komponen utama yaitu selulosa, lignin dan hemiselulosa dengan perbandingan sekitar 4: 3: 3, sering juga disebut dengan istilah lignoselulosa. Besarnya perbandingan antara ketiga komponen tergantung dari jenis tanaman (Fengel dan Wegener 1984).
6 mengandung galaktosa dan sejumlah hemiselulosa mengandung senyawa tambahan asam uronat.
Hemiselulosa memiliki sifat-sifat yaitu tidak tahan terhadap perlakuan panas strukturnya amorf dan mudah dimasuki pelarut dapat diekstraksi menggunakan alkali dan ikatannya lemah sehingga mudah dihidrolisis. Berbeda dengan selulosa yang merupakan homopolisakarida, hemiselulosa merupakan heteropolisakarida (Fengel dan Wegener 1995).
Menurut Gong et al. (1981) hemiselulosa selalu digambarkan sebagai polisakarida yang membangun dinding sel tanaman yang bergabung dengan selulosa dalam jaringan lignin. Gabungan hemiselulosa dengan selulosa dan lignin menghasilkan dinding sel yang teguh dan bersifat lentur. Hemiselulosa sebagai ikatan pendek rantai heteropolisakarida mudah dihidrolisis.
Menurut Gong et al. (1981) biasanya hemiselulosa terbentuk dari D-xilan, L-arabino-D-xilan, L-arabino-D-galaktan, L-arabino-D-glukorono, L-O-metil-D-glukorono-D-xilan, L-arabino-(4-O-metil-D-glukorono)-D-xilan, D-gluko-D-mannan dan D-galakto-D-gluko-D-D-gluko-D-mannan.
Jenis dan jumlah heteroselulosa ini sangat beragam. Hal ini menyebabkan sulitnya menentukan komposisi gula yang dihasilkan hemiselulosa. Setiap jenis hemiselulosa terdiri atas D-xilosa sebagai rantai utama dan L-arabinosa pada rantai lainnya.
Selain komponen selulosa, komponen hemiselulosapun sangat potensial untuk dimanfaatkan. Fraksi hemiselulosa dari biomassa saat ini belum banyak digunakan sebagai sumber bahan bakar dan bahan kimia. Padahal kandungan hemiselulosa cukup besar, yaitu 10 sampai 40% dari kandungan karbohidrat dan lignin sebagai residu kehutanan dan pertanian (Suhadi dan Nastiti 1989).
C. XILAN
Menurut Kubata et al. (1994), kandungan tertinggi xilan dari tanaman adalah 35% dari total bobot kering. Sebagai komponen utama hemiselulosa, xilan diprediksikan 20 hingga 30% bobot kering dari residu agrikultural.
Xilan merupakan substrat yang paling efektif untuk memproduksi xilanase. Xilosa, glukosa dan sellobiosa menyebabkan produksi xilanase tidak efektif (Mountfort dan Asher 1989).
Ekstraksi xilan dari tongkol jagung telah dilakukan oleh Anggraini (2003) dengan menggunakan pelarut NaOH 15%. Secara umum tahapan proses ekstraksi xilan dari tongkol jagung adalah sebagai berikut:
1. Tahap persiapan bahan
Tongkol jagung dikeringkan di bawah sinar matahari atau dioven hingga mencapai kadar air 5%. Tongkol jagung yang telah kering digiling dengan menggunakan mesin penggiling berukuran 40 mesh.
2. Delignifikasi
Proses delignifikasi dilakukan terhadap bubuk tongkol jagung hasil penggilingan dengan pelarut natrium hipoklorit (NaOCl) karena pelarut tersebut mengandung ion-ion hipoklorit yang mampu memecah ikatan karbon dalam struktur lignin. Proses delignifikasi dilakukan selama 5 jam pada suhu ruang.
3. Ekstraksi xilan
Pada proses ekstraksi xilan, padatan hasil delignifikasi direndam dalam larutan NaOH 10% selama 24 jam pada 28 oC. Kemudian dilakukan penyaringan. Filtrat yang dihasilkan diukur pH-nya dan diasamkan dengan HCl 6 N hingga pH 4.5-5. Setelah diasamkan, dilakukan sentrifugasi selama 30 menit dengan kecepatan putaran 4000 rpm untuk memisahkan endapan yang mengandung xilan dengan supernatan. Xilan dalam endapan dapat dipisahkan dengan disentrifuse pada kecepatan putar 4000 rpm selama 30 menit.
D. Streptomyces sp
8 Sebagian besar sekresi proteinnya merupakan enzim yang dapat menghidrolisis material organik kompleks untuk bertahan hidup (Gauthier et al. 2005).
Streptomyces merupakan bakteri berfilamen, memproduksi sejumlah
metabolit sekunder dan protein ekstraselular, serta termasuk dalam enzim hidrolase yang dapat mendegradasi polisakarida seperti xilan, selulosa dan kitin (Tsujibo et al. 2004).
Genus Streptomyces termasuk ke dalam kelas aktinomiset yang menunjukkan sebuah perkembangan daur hidup kompleks dengan cabang miselium vegetatif yang menyatu pada substrat dengan bentuk miselium aerial yang memiliki hipa berdiameter lebih besar. Streptomyces memiliki spora sebagai reproduksi aseksual (Hardisson dan Manzanal 1976).
E. XILANASE
Hemiselulase adalah kelompok enzim yang mempunyai kemampuan menghidrolisis hemiselulosa. Hidrolisis sempurna dari berbagai hemiselulosa dapat dipantau dari jumlah D-xilosa, L-arabinosa dan asam D-glikuronat yang dihasilkan. Karena kemampuannya dalam menghidrolisis xilan, maka hemiselulase juga biasa disebut xilanase (Krisnasari 2003).
Xilanase mendegradasi xilan yang merupakan komponen utama hemiselulosa. Penelitian Gauthier et al. (2005) menggunakan Streptomyces lividans, menunjukkan diproduksinya xilanase yang berbeda dan semuanya menunjukkan aktivitas xilanase yang telah mendapat perhatian khusus karena kegunaan potensialnya seperti untuk pemutih pulp dan kertas, energi biomasa, industri kimia (Gauthier et al. 2005), mengolah pakan ternak sehingga menambah daya pencernaan dan mengkonversi substansi lignoselulosa menjadi bahan bakar dan makanan (Li et al. 1993).
dilakukan, untuk meningkatkan jumlah dan kecepatan hidrolisis bahan lignoselulosik (Gong et al. 1981).
Enzim adalah biokatalis yang diproduksi oleh sel hidup. Reaksi biokimia spesifik dalam proses metabolik sel disebabkan oleh enzim. Aksi enzim sangat spesifik pada substrat dan sering kali banyak enzim yang berbeda dibutuhkan sehingga terbentuk kerjasama dan keberhasilan reaksi metabolik yang dilakukan oleh sel hidup. Faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim adalah pH, suhu, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim dan waktu inkubasi. Suhu meningkatkan aktivitas enzim sampai suhu optimum setelah itu protein enzim akan terdenaturasi dan terjadi inaktivasi. Begitu pula halnya dengan pH, pada pH optimum aktivitasnya akan maksimum sedangkan di luar pH optimum aktivitas enzim akan turun. Konsentrasi substrat dan enzim juga waktu inkubasi yang bertambah akan meningkatkan aktivitas enzim sampai tingkat tertentu setelah itu aktivitasnya tetap (Wijaya 2001).
[image:32.612.130.506.422.577.2]Klasifikasi enzim secara internasional berdasarkan atas reaksi yang dikatalisis menurut Lehninger (1982) disajikan pada Tabel 3 berikut yaitu:
Tabel 3. Klasifikasi Enzim Berdasarkan Reaksi yang Dikatalisis Kelas Jenis Reaksi yang Dikatalisa Oksidoreduktase Pemindahan elektron
Transferase Reaksi pemindahan gugus fungsional
Hidrolase Reaksi hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke air)
Liase Penambahan gugus di dalam molekul menghasilkan bentuk isomer
Isomerase Pemindahan gugus di dalam molekul menghasilkan bentuk isomer
Ligase Pembentuk ikatan C-C, C-S, C-O dan C-N oleh reaksi kondensasi yang berkaitan dengan penguraian ATP.
Gula sederhana dapat dihasilkan oleh proses hidrolisis. Hidrolisis enzimatis adalah suatu cara yang baik untuk memproduksi gula dari bahan lignoselulosik karena tidak adanya hasil samping (Gong et al. 1981).
10 xilanase. Xilanase dapat terproduksi lebih banyak dan dapat lebih aktif pada substrat dengan rantai utama xilosa yang panjang (Kubata et al. 1994). Biosintesis enzim xilanolitik diinduksi oleh xilan atau xilobiosa dan terhalangi oleh adanya glukosa (Tsujibo et al. 2004).
Penelitian Li et al. (1993) menghasilkan xilosa dan xilobiosa sebagai produk akhir, sementara oligosakarida muncul sebagai produk intermediet saat degradasi xilan menggunakan Aureobasidium pullulans Y-2311-1. Disimpulkan dari penelitian tersebut bahwa xilanase yang dihasilkan merupakan endo-β -xilanase.
Penelitian lain yang menggunakan Neocallimastix frontalis menunjukkan tidak ada xilosa yang terproduksi sehingga disimpulkan bahwa xilobiase tidak terdapat dalam komponen xilanase yang dihasilkan oleh Neocallimastix frontalis (Mountfort dan Asher 1989).
Produksi xilanase akan semakin turun dengan semakin meningkatnya konsentrasi xilan setelah konsentrasi optimum pada media kultur. Produksi xilanase juga dapat semakin turun karena adanya akumulasi gula terlarut pada media kultur. Akumulasi pentosa bersama dengan turunnya aktivitas xilanase selama pertumbuhan pada konsentrasi media xilan yang semakin meningkat menunjukkan bahwa gula-gula mempengaruhi regulasi enzim. Dilakukan percobaan dengan tidak menambah xilan pada media kultur dan ditambahkan xilosa, pertumbuhan Neocallimastix frontalis sangat cepat namun xilanase yang dihasilkan menjadi kecil (Mountfort dan Asher 1989).
menghasilkan xilosa sebagai produk utama dan sejumlah kecil oligosakarida-oligosakarida rantai pendek. Adapun enzim-enzim yang termasuk dalam kelompok endoxilanase adalah enzim yang memutus ikatan-ikatan -1-4 pada bagian dalam dari rantai xilan secara teratur. Keheterogenan substrat menyebabkan terdapat berbagai macam enzim yang dikelompokkan pada endoselulase. Kelompok enzim yang dapat memutus titik-titik cabang dapat digunakan untuk menghasilkan xilosa.
Secara umum xilanase menyerang rantai xilosidik bagian dalam pada rangka dasar dan -xilosidase melepaskan residu xilosil dengan serangan arah ke ujung dari xilooligosakarida (Cho et al. 1996).
Xilanase aktif pada suhu 55 oC dengan pH 9. Pada suhu 60 oC dengan pH normal xilanase diketahui lebih stabil (Cho et al. 1996). Salah satu media pertumbuhan bagi bakteri penghasil xilanase adalah berupa media alkali dengan pH dibuat sekitar 10,5. dengan bahan-bahan yang dibutuhkan adalah polypepton, yeast extract, K2HPO4, MgSO4.7H2O, xilan oatspelt, NaCl, NH4Cl, Na2HPO4
(Nakamura et al. 1993). Nakamura et al. (1993) juga menyebutkan bahwa xilanase menunjukkan aktivitas yang baik pada kisaran pH antara 4 sampai dengan 11 dan pH optimal yang bisa dilakukannya adalah pada pH 9 di mana suhu aktifitasnya pada kisaran 50 oC.
F. XILOOLIGOSAKARIDA
Nama karbohidrat, merupakan "hidrat karbon", mempunyai formula glukosa C6H12O6 atau biasa disebut sebagai C6(H2O)6. Kini perkataan karbohidrat
12 Peningkatan jumlah bakteri ini akan menekan pertumbuhan bakteri pembusuk yang merugikan yakni Escherichia coli dan Streptococcus faecalis (Anonim 2005d).
Richana (2002) menyebutkan bahwa xilooligosakarida merupakan polimer dari xilan atau xilosa. Xilooligosakarida merupakan hasil hidrolisis xilanase terhadap xilan. Xilooligosakarida mempunyai manfaat sebagai pemanis buatan rendah kalori, protein sel tunggal dan probiotik (Widiastuti 2004).
Xilooligosakarida dapat dihasilkan karena kerja endoxilanase terhadap xilan yaitu pada arabinoglukuronoxilan dan glukuronoxilan. Xilooligosakarida yang dihasilkan dengan derajat polimerisasi 3 hingga 6 kemudian dihidrolisis oleh
III. BAHAN DAN METODE
A. BAHAN DAN ALAT
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
a. Tongkol jagung varietas Bisma yang berasal dari Balai Penelitian Bioteknologi, Cimanggu, Bogor.
b. Kultur mikroorganisme Streptomyces sp. isolat 234P-16, isolat SKK1-8 dan isolat 45I-3 koleksi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
c. Bahan kimia untuk karakterisasi bahan baku yaitu NaOH, HCl, H2SO4,
campuran metil merah dan biru, CuSO4, Na2SO4, etanol, aseton, aquades,
larutan detergen netral (NDS), dan larutan detergen asam (ADS).
d. Bahan kimia untuk ekstraksi xilan yaitu NaOCl, NaOH, HCl dan etanol teknis, air aquades, air.
e. Bahan kimia untuk memproduksi xilanase dan hidrolisis xilan yaitu agar-agar, xilan oatspelt, xilan tongkol jagung, sukrosa, ekstrak khamir, larutan buffer sitrat fosfat, asam dinitrosalisilat (DNS), aquades, fenol, dan H2SO4.
f. Bahan kimia untuk Kromatografi Lapis Tipis (KLT) adalah isopropanol, etil asetat, aquades, anisaldehid, asam asetat dan H2SO4 serta Thin Layer
Chromatography (TLC) plate dari Merck.
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian diantaranya adalah:
Hammer mill, neraca analitik, autoclave, erlenmeyer, gelas piala, gelas ukur, labu
kjedahl dan alat-alat gelas lain, pipet, desikator, oven, tanur, sentrifuse, pH meter, shaker, penyaring vakum, kertas saring, cawan porselin, cawan alumunium, dan chamber untuk KLT.
B. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu: 1. Penelitian Pendahuluan
14 Ekstraksi xilan dari tongkol jagung dengan menggunakan metode yang digunakan dalam Anggraini (2003) dan rendemen xilan optimum.
2. Penelitian Utama
Pada tahap ini dilaksanakan penelitian sebagai berikut:
a. Produksi xilanase dengan substrat xilan oatspelt (sebagai pembanding) dan xilan tongkol jagung.
b. Hidrolisis xilan tongkol jagung dan xilan oatspelt (sebagai pembanding) menggunakan xilanase dari prosedur a.
c. Karakterisasi hasil hidrolisis dari prosedur b meliputi gula pereduksi, total gula, derajat polimerisasi dan analisis kualitatif dengan menggunakan Kromatografi Lapis Tipis.
C. TATA LAKSANA PENELITIAN 1. Penelitian Pendahuluan
Persiapan bahan yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu dengan pengeringan tongkol jagung hingga besar kadar air ± 5% dan menggiling tongkol jagung menggunakan hammer mill sehingga menjadi bubuk dengan ukuran 40 mesh.
Karakterisasi bahan baku bubuk tongkol jagung meliputi kadar air, kadar abu, kadar serat kasar, kadar protein, kadar lignin, kadar selulosa dan kadar hemiselulosa. Prosedur karakterisasi bahan baku dapat dilihat pada Lampiran 2.
Ekstraksi xilan dari tongkol jagung berdasarkan penelitian Anggraini (2003) dengan menggunakan pelarut NaOH 15%. Secara umum tahapan proses ekstraksi xilan dari tongkol jagung adalah sebagai berikut:
a. Delignifikasi
b. Ekstraksi Xilan
Pada proses ekstraksi xilan, padatan hasil delignifikasi direndam dalam larutan NaOH 15% selama 24 jam pada 28 oC. Kemudian dilakukan penyaringan. Filtrat yang dihasilkan diukur pH-nya dan diasamkan dengan HCl 6 N hingga pH 4.5-5. Setelah itu dilakukan sentrifugasi selama 30 menit dengan kecepatan putaran 4000 rpm untuk memisahkan endapan yang mengandung xilan dengan supernatan. Xilan dalam endapan dapat dipisahkan dengan disentrifuse pada kecepatan putar 4000 rpm selama 30 menit.
c. Purifikasi Xilan
Proses purifikasi dilakukan dengan merendam xilan ke dalam NaOH 4% dan disaring. Setelah penyaringan, filtrat diasamkan dengan HCl 6 N hingga pH 4.5-5 selanjutnya disentrifugasi dengan kecepatan putar 4000 rpm selama 30 menit. Endapan yang dihasilkan dilarutkan ke dalam etanol 95%, disentrifugasi kembali dan dikeringkan pada suhu 50
o
C.
[image:38.612.168.409.463.718.2]Diagram alir proses delignifikasi dan ekstraksi xilan dapat dilihat pada Gambar 1 sedangkan purifikasi xilan dapat dilihat pada Gambar 2.
Perendaman dalam NaOCl 1% (10 l) selama 5 jam pada suhu 28 oC
Pencucian Lignin
Penyaringan
Pengeringan pada suhu 50 oC selama 48 jam
16 Gambar 1. Diagram Alir Proses Ekstraksi Xilan
Perendaman dalam NaOH 15% 3 l selama 24 jam pada suhu 28 oC
Filtrat
Pengasaman dengan HCl 6 N hingga pH 4.5-5
Sentrifugasi (4000 rpm selama 30 menit)
Endapan (Hemiselulosa A)
Sentrifugasi (4000 rpm selama 30 menit) Etanol :
endapan = 1: 3
Filtrat
Sentrifugasi (4000 rpm
selama 30 menit)
Supernatan Etanol
Filtrat
Xilan
Hemiselulosa B
Dilarutkan dalam aquades (1:12,5 b/v)
Sentrifugasi (6000 rpm, 30 menit) Supernatan Crude xylan
Filtrasi A
Gambar 2. Diagram Alir Proses Purifikasi Xilan Dilarutkan dalam NaOH 4%
hingga terendam Endapan
Filtrasi Kotoran
Filtrat
Pengasaman dengan HCl 6 N hingga pH 4,5-5
Sentrifugasi (4000 rpm, 30 menit) Supernatan Endapan
Etanol 1.5 l
Sentrifugasi (4000 rpm, 30 menit) Supernatan
Xilan murni
Pengeringan pada Oven 50 oC selama 12 Jam
18 2. Penelitian Utama
a. Produksi Xilanase
Produksi Xilanase dilaksanakan dengan tahapan sebagai berikut: (1) Peremajaan Kultur
[image:41.612.189.403.303.388.2]Peremajaan kultur yaitu dengan mengkulturkan tiga isolat Streptomyces sp. ke dalam media agar xilan oatspelt. Komposisi media agar yang digunakan sesuai disajikan pada Tabel 4. Pengkulturan ketiga isolat pada media agar-agar minimal selama 5 hari. Karakteristik isolat Streptomyces sp. yang akan digunakan dalam penelitian disajikan dalam Tabel 5.
Tabel 4. Komposisi Media agar
Bahan Jumlah (%)
Agar-agar 1.5
Xilan oatspelt 0.5
Sukrosa 10.3
Ekstrak khamir 1
Sumber : Hendarwin (2005)
Tabel 5. Isolat Streptomyces sp. yang telah dikarakterisasi Kode
Isolat
Asal pH Optimum
Xilanase
Suhu Optimum
Xilanase
Masa Inkubasi
Isolat
SKK1-8 Sukabumi 6 50 oC 12 hari
234P-16 Padang 5 90 oC 10 hari
45I-3 Kalimantan 5 50 oC 12 hari
Sumber: Hendarwin (2005)
(2) Penyiapan Media Produksi
xilan oatspelt dinokulasilasikan sebanyak 2 ”cockbor” koloni pada media cair dengan volume 100 ml dalam erlenmeyer 500 ml dan diinkubasi pada shaker selama 10-12 hari pada suhu 28 oC.
Tabel 6. Komposisi media cair untuk produksi xilanase
Bahan Media Produksi (% b/v) Xilan oatspelt atau
Xilan tongkol jagung
0.5 0.5, 1.0, dan 1.5
Sukrosa 10.3
Ekstrak khamir 1.0
(3) Pengamatan Xilanase (a) Aktivitas Xilanase
Aktivitas xilanase diekspresikan dalam unit (U) sebagai jumlah enzim yang dibutuhkan untuk melepaskan 1 mol ekuivalen reduksi xilosa per menit. Metode pengujian aktivitas xilanase disajikan dalam Lampiran 3. Aktivitas xilanase pada penelitian ini berdasarkan kurva standar xilosa pada Lampiran 4. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan aktivitas xilanase antara substrat xilan oatspelt dengan xilan tongkol jagung. (b) Aktivitas Spesifik Xilanase
Aktivitas spesifik xilanase merupakan perbandingan antara aktivitas xilanase dengan kadar protein ektrak kasar xilanase. Kadar protein diperoleh dengan menggunakan metode Bradford (1976). Prosedur pengujian kadar protein untuk penentuan aktivitas spesifik xilanase disajikan dalam Lampiran 5. Aktivitas spesifik xilanase pada penelitian ini berdasarkan kurva standar protein pada Lampiran 6.
b. Hidrolisis Xilan menggunakan Xilanase
20 larutan buffer substrat 10 ml dan larutan buffer 9 ml. Hasil pencampuran ekstrak enzim kasar, larutan substrat buffer dan larutan buffer tersebut ditempatkan pada erlenmeyer dan diinkubasikan pada suhu optimum masing-masing isolat. Hasil hidrolisis xilan diambil sebanyak 1 ml setiap jamnya selama 5 jam inkubasi dan dididihkan untuk inaktivasi enzim.
c. Karakterisasi Produk Hidrolisis (1) Total Gula
Total gula hasil hidrolisis xilanase ditetapkan berdasarkan metode fenol asam sulfat (Apriyantono 1989) dengan prinsip bahwa gula sederhana, oligosakarida, polisakarida dan turunannya dapat bereaksi dengan fenol dalam asam sulfat pekat menghasilkan warna oranye yang stabil. Penetapan total gula dijelaskan dalam Lampiran 7. Nilai total gula pada penelitian ini berdasarkan kurva standar total gula pada Lampiran 8.
(2) Gula Pereduksi
Gula pereduksi diukur menggunakan metode DNS (Miller 1959). Prinsip pengukuran yaitu larutan DNS akan bereaksi dengan gula pereduksi menghasilkan warna oranye. Semakin banyak gula pereduksi maka warna oranye akan semakin pekat. Penetapan gula pereduksi disajikan dalam Lampiran 3.
(3) Derajat Polimerisasi
Derajat polimerisasi menyatakan perbandingan antara total gula dengan gula pereduksi dengan rumus hitung sebagai berikut:
Total gula (mg/ml) Derajat polimerisasi =
Gula pereduksi (mg/ml) (4) Kromatografi Lapis Tipis
22 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. PENELITIAN PENDAHULUAN
1. Analisis Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Hasil analisis komponen kimia terhadap tongkol jagung disajikan pada Tabel 7.
Tabel 7. Komposisi Kimia Tongkol Jagung
Komponen Presentase (% b.k.) Presentase (% b.b.)
air - 5.39
abu 1.62 1.53
lemak 3.02 2.86
protein 2.41 2.28
serat kasar 38.07 36.02
Karbohydrat (by difference) 54.73 51.93
Hasil analisis komposisi kimia tongkol jagung di atas berbeda dengan hasil analisis kimia dari penelitian oleh Widyani (2002) yang menyatakan bahwa kadar air tongkol jagung 6.43%, kadar abu 1.86%, kadar serat 25.43%. Menurut Anggraini (2003) dan Widyani (2002), perbedaan komposisi kimia tongkol jagung dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti perbedaan varietas, tempat tumbuh, kelembaban dan cuaca saat pemanenan.
2. Ekstraksi Xilan dari Tongkol Jagung
Penggunaan serbuk tongkol jagung yang akan diekstraksi berukuran 40 mesh sesuai dengan yang digunakan dalam penelitian Widyani (2002) agar semakin luas permukaan tongkol jagung yang dapat dikenai pelarut sehingga xilan yang dihasilkan dapat lebih optimal.
Tongkol jagung diekstraksi dengan menggunakan metode asidifikasi pada penelitian Anggraini (2003). Neraca massa dapat dilihat pada Gambar 3 berikut:
Penyaringan
Pengeringan pada suhu 50 oC selama 48 jam Perendaman selama 5 jam
pada suhu 28 oC
Pencucian
Bubuk tongkol jagung 40 mesh (1000 g) k.a. 5.40%
Air 16000 g
Bubuk tongkol jagung (1680 g)
Air Air + Lignin
Perendaman selama 24 jam pada suhu 28 oC
Filtrasi
Filtrat (2542 g)
Ampas (1540 g) Bubuk tongkol jagung kering
( 897 g) k.a. 7.1% NaOCl 1%
(10 l = 11165 g)
24 Supernatan
Etanol 95% (2850 g = 3 l)
NaOH 4% (2 l = 2123 g)
Supernatan Pengasaman
hingga pH 4.5-5 HCl 6 N
(141 g)
A
Endapan (Hemiselulosa A) (1430 g)
Sentrifugasi (4000 rpm selama 30 menit) Filtrat
Sentrifugasi (6000 rpm, 30 menit)
Endapan ( 1298 g)
Sentrifugasi 4000 rpm 30 menit
Kotoran Crude xylan
(1315 g)
Aquades (5 l = 5000 g) Sentrifugasi (4000 rpm
selama 30 menit) Supernatan
Pengasaman hingga pH 4,5-5
Endapan (1103 g) Etanol 95%
(1.5 l = 1425 g )
Sentrifugasi (4000 rpm, 30 menit)
Filtrat (1180 g)
) HCl 6 N
78 g
Gambar 3. Neraca Massa Proses Ekstraksi Xilan
Tahap awal proses ekstraksi adalah delignifikasi. Delignifikasi adalah proses penghilangan lignin sehingga diharapkan hanya selulosa dan hemiselulosa saja yang terdapat pada bahan. Lignin perlu dihilangkan karena menghalangi pemanfaatan hemiselulosa (xilan) secara optimal sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan mikroba (Agustine 2005).
Selama delignifikasi, bagian lignin kayu dibuat larut dengan reaksi substitusi yang mengubah dan merusak dan juga dengan reaksi oksidatif. Natrium klorit telah lama digunakan sebagai pelarut dalam delignifikasi (Fengel dan Wegener 1984). Pada delignifikasi digunakan NaOCl (natrium hipoklorit) 1%. Anggraini (2003) dan Widyani (2002) menyatakan bahwa ion-ion hipoklorit pada NaOCl dapat memecahkan ikatan karbon dalam struktur lignin. Agustine (2005) menyatakan bahwa NaOCl merupakan oksidan kuat. Delignifikasi dengan NaOCl
Supernatan
Air + etanol
Loss (19 g) Sentrifugasi (6000 rpm, 30 menit)
Xilan murni (1096 g )
Pengeringan dengan Oven 50 oC 12 jam
Xilan murni kering (128 g)
Pengayakan dengan saringan 80 mesh
Xilan murni kering (109 g ) k.a. 5.9%
26 menyebabkan ikatan yang terbentuk antara lignin dan polisakarida terbuka sehingga pemanfaatan hemiselulosa xilan oleh bakteri menjadi lebih mudah.
[image:49.612.135.507.246.308.2]Lignin umumnya tidak pernah ditemui dalam bentuk sederhana diantara polisakarida-polisakarida dinding sel, tetapi selalu bergabung atau berikatan dengan polisakarida tersebut (Fengel dan Wegener 1984). Tabel 8 berikut menyajikan kandungan lignin, selulosa dan hemiselulosa dalam tongkol jagung sebelum maupun setelah delignifikasi.
Tabel 8. Komposisi Serat Tongkol Jagung Sebelum dan Setelah Delignifikasi Komposisi Sebelum Delignifikasi (%) Setelah Delignifikasi (%)
Kadar lignin 23.74 19.21
Kadar selulosa 65.96 44.36
Kadar hemiselulosa 10.82 30.38
Kadar lignin tongkol jagung adalah 23.74%. Nilai tersebut menyatakan kandungan lignin yang besar, sedangkan menurut Anggraini (2003) 15.12%. Subramaniyan dan Prema (2002) menyebutkan bahwa kayu mempunyai kandungan lignin 20-30%. Menurut Fengel dan Wegener (1984) jumlah lignin yang terdapat dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi. Dalam spesies kayu, kandungan ligninnya berkisar antara 20 hingga 40%. Menurut Fengel dan Wegener (1984), kadar selulosa pada kayu berkisar antara 40 hingga 50%. Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tumbuhan dan merupakan komponen kayu terbesar. Dengan demikian, memungkinkan kadar selulosa tongkol jagung yang besar yaitu 65.96%.
Menurut Subramaniyan dan Prema (2002), kadar hemiselulosa pada kayu adalah 20-30%. Kadar hemiselulosa tongkol jagung dalam penelitian ini adalah yang paling kecil diantara komponen serat lainnya yaitu 10.82%.
Hal tersebut menyebabkan lignin tidak terpisah sempurna dari selulosa dan hemiselulosa. Menurut Fengel dan Wegener (1984), komponen lignin, selulosa dan hemiselulosa tidak dapat dipisahkan secara sempurna meskipun menggunakan pemisahan dan pemurnian yang khusus. Pada selulosa yang telah dimurnikan selalu ditemui lignin, begitu pula kebalikannya pada lignin yang telah dimurnikan.
Kadar selulosa setelah delignifikasi diketahui menjadi lebih rendah daripada sebelum delignifikasi yaitu dari 65.96% menjadi 44.36%. Hal tersebut dapat disebabkan karena mikrofibril selulosa dalam suatu matriks hidrofobik dibungkus oleh lignin secara fisik (Agustine 2005) sehingga menyebabkan selulosa ikut terlarut bersama lignin yang hilang. Turunnya kadar selulosa setelah delignifikasi dapat juga disebabkan pengujian kadar selulosa menggunakan metode Van Soest yaitu menggunakan larutan ADF. Pengujian menggunakan larutan ADF berdasarkan prinsip bahwa yang terukur merupakan komponen yang tidak larut dalam larutan ADF. Dengan demikian terdapat kemungkinan kandungan selulosa dalam bahan ada yang ikut larut bersama larutan ADF.
Kadar hemiselulosa setelah delignifikasi menjadi meningkat dari 10.82% menjadi 30.38%. Anggraini (2003) menyebutkan bahwa selama delignifikasi, terjadi pula terlarutnya hemiselulosa dan selulosa oleh NaOCl. Xilan ikut larut juga dalam pelarut namun jumlahnya lebih sedikit daripada selulosa, karena xilan relatif tahan pada kondisi delignifikasi menggunakan NaOCl (Sjostrom 1995 dalam Anggraini 2003). Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa (Luthi et al. 1990, Leathers 1996) sedemikian sehingga karena xilan yang ikut hilang bersama terlarutnya lignin sedikit menyebabkan presentase hemiselulosa setelah delignifikasi meningkat.
Delignifikasi juga menyebabkan perubahan fisik berupa perubahan warna bahan menjadi kuning kecoklatan. Pada akhir delignifikasi dilakukan pencucian dengan air dan pengeringan bahan yang bertujuan agar sampel lebih bersih dari lignin dan mengoptimalkan tahap ekstraksi xilan selanjutnya.
28 mudah larut dalam air serta dapat memberikan rendemen xilan yang tinggi. Digunakan pelarut NaOH 15% pada suhu ruang selama 24 jam berdasarkan penelitian Anggraini (2003). Selanjutnya filtrasi dilakukan untuk memisahkan hemiselulosa dengan selulosa. Widyani (2002) menyatakan bahwa β-selulosa dan
-selulosa ikut larut dalam NaOH. β-selulosa dapat terendapkan dengan penetralan menggunakan HCl 6 N, namun -selulosa tetap larut dalam NaOH meskipun telah dinetralkan. HCl 6 N ditambahkan hingga pH 4.5-5 karena menurut Anggraini (2003), prinsip dari ekstraksi xilan metode asidifikasi dilakukan berdasarkan sifat xilan yang tidak larut dalam larutan asam. Oleh karena itu selanjutnya dilakukan separasi lagi dengan sentrifugasi selama 30 menit dengan kecepatan 4000 rpm sehingga dihasilkan endapan berupa xilan (hemiselulosa A). Untuk menghasilkan xilan dengan kemurnian lebih baik maka bahan dilarutkan kembali dalam etanol 95% dan diendapkan lagi dengan sentrifugasi kembali (Anggraini 2003).
Tahap berikutnya dari ekstraksi xilan ini adalah tahap purifikasi karena mannan atau glikan yang berbobot molekul tinggi serta sebagian material lain ikut terendapkan selama asidifikasi sehingga purifikasi diperlukan agar memperoleh fraksi xilan yang lebih homogen (Adam 1965 dalam Anggraini 2003). Proses purifikasi tetap melibatkan NaOH, HCl dan etanol. Berdasarkan metode dalam Anggraini (2003), digunakan NaOH 4% karena mengacu pada sifat xilan yang mudah larut dalam larutan alkali dan dinetralkan kembali menggunakan HCl 6 N serta didispersikan kembali pada etanol sehingga komponen-komponen terlarut lainnya dapat dihilangkan.
Pengeringan dengan menggunakan oven selama 12 jam dan dengan suhu 50 oC bertujuan agar xilan yang dihasilkan lebih mudah dan aman dalam penyimpanan. Digunakan suhu 50 oC karena pada penelitian ini telah dikeringkan pada suhu 30 oC namun tidak mengalami perubahan selama 48 jam dan suhu 50
o
C tidak terlalu panas karena hemiselulosa (xilan) tidak tahan panas (Sjostrom 1995 dalam Anggraini 2003). Ebringerova et al. (1998) melakukan ekstraksi pada suhu 50-60 oC sehingga tidak terjadi degradasi xilan.
memperluas permukaan sumber karbon (xilan) diperlukan agar dapat meningkatkan kecepatan atau laju hidrolisis.
Rendemen xilan yang dihasilkan dari penelitian ini adalah 10.9%. Hal tersebut sesuai dengan penelitian Widyani (2002) yang menghasilkan rendemen xilan berkisar antara 7.64 sampai 12.94% dan penelitian Anggraini (2003) yang menghasilkan rendemen xilan berkisar antara 7.31 sampai 11.45%.
B. PENELITIAN UTAMA 1. Produksi Xilanase
Produksi xilanase menggunakan tiga jenis bakteri Streptomyces sp. yang telah dikarakterisasi pada penelitian Hendarwin (2005). Bakteri tersebut yaitu isolat 45I-3, 234P-16 dan SKK1-8 yang memiliki kemampuan xilanolitik dengan adanya zona bening di sekitar koloni pada media agar-agar xilan.
Ruiz-arribas et al. (1995) menyatakan bahwa suatu studi dari beberapa xilanolitik sistem memperlihatkan bahwa biasanya lebih dari satu xilanase diproduksi oleh masing-masing mikroorganisme. Sistem multienzim tersebut memperkirakan bahwa beberapa xilanase mungkin mempunyai fungsi khusus untuk menunjukkan efektivitas dari hidrolisis xilan.
30 hampir semua komponen termasuk gula, alkohol, asam amino, asam organik dan komponen aromatik. Hal tersebut dilakukan Streptomyces dengan memproduksi enzim hidrolitik ekstraselular (Richana 2002).
diekspresikan dalam unit (U) sebagai jumlah enzim yang dibutuhkan untuk melepaskan 1 mol ekuivalen reduksi xilosa per menit (Yang et al. 2005).
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Waktu (hari)
A
k
ti
v
ita
s X
il
a
n
a
se
(u
n
it/
m
l)
[image:54.612.135.446.140.362.2]234P-16
SKK1-8
45I-3
Gambar 4. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16, SKK1-8, dan 45I-3 dengan Media Xilan Oatspelt 0.5%
Widiastuti (2004) mengatakan bahwa struktur kimia xilan sangat bervariasi sesuai jenis tumbuhan dan hal tersebut sesuai dengan bervariasinya xilanase yang diproduksi masing-masing isolat yang mempunyai aktivitas hidrolitik berbeda-beda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketiga isolat mempunyai kurva produksi yang berbeda-beda dan terdapatnya juga perbedaan antara kurva produksi yang menggunakan xilan oatspelt dan yang menggunakan xilan tongkol jagung. Hendarwin (2005) menjelaskan bahwa terdapat keragaman fisiologi diantara ketiga isolat yang digunakan dalam hal memanfaatkan xilan sebagai sumber karbon.
32 optimum pada masing-masing isolat menggunakan substrat xilan tongkol jagung terjadi pada hari yang sama seperti pada substrat xilan oatspelt.
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Waktu (hari) A kt iv it a s X il a na se ( uni t/ m l)
A pada X.T.J. 0.5% A pada X.T.J. 1% A pada X.T.J. 1.5%
B pada X.T.J. 0.5% B pada X.T.J. 1% B pada X.T.J. 1.5%
[image:55.612.134.453.140.374.2]C pada X.T.J. 0.5% C pada X.T.J. 1% C pada X.T.J. 1.5%
Gambar 5. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C) pada Media dengan Beberapa Konsentrasi Substrat Xilan Tongkol Jagung
Pada beberapa titik seperti diperlihatkan Gambar 5 aktivitas xilanase menurun atau tidak menunjukkan aktivitas yang konstan naik seperti diperlihatkan aktivitas xilanase isolat SKK1-8 dengan media menggunakan xilan tongkol jagung, juga pada isolat 45I-3 dengan media menggunakan substrat xilan tongkol jagung maupun xilan oatspelt. Hal tersebut dipengaruhi selain dipengaruhi fisiologi sel, juga disebabkan oleh tingginya aktivitas pada media produksi yang dapat berubah-ubah. Jika aerasi pada media tinggi, maka aktivitas bakteri menjadi tinggi pula mengkibatkan aktivitas xilanase yang dihasilkan juga tinggi.
Tabel 9. Perbandingan Aktivitas Xilanase antara Substrat Xilan Oatspelt dan Substrat Xilan Tongkol Jagung Ternak
Aktivitas xilanase (unit/ml) Isolat Substrat xilan
tongkol jagung
Substrat xilan oatspelt
234P1-6 0.191 0.23 SKK1-8 0.196 0.651
45I-3 3.436 5.369
Tabel 9 memperlihatkan bahwa dengan substrat xilan oatspelt 0.5% menghasilkan aktivitas xilanase lebih tinggi dalam unit/ml dibandingkan dengan substrat xilan tongkol jagung. Hal tersebut dapat menunjukkan bahwa ekstrak kasar enzim xilanase dapat lebih menghidrolisis xilan oatspelt dibandingkan menghidrolisis xilan dari tongkol jagung sehingga gula pereduksi yang terukur pada xilan oatspelt lebih tinggi dibandingkan xilan tongkol jagung. Ruiz-Arribas et al. (1995) menyatakan bahwa aktivitas xilanase tertinggi bakteri didapat dengan substrat spesifik berupa xilan oatspelt. Penelitian Ruiz-arribas et al. (1995) tersebut menggunakan Streptomyces halstedii JM8. Xilan tongkol jagung diketahui masih mengandung komponen lain selain xilan sehingga hal tersebut dapat menjelaskan bahwa xilanase yang dihasilkan mempunyai kerja yang spesifik terhadap xilan.
34 jagung menyebabkan turunnya pembentukan pentosa. Pada konsentrasi substrat yang tinggi, kemungkinan terjadi reduksi kandungan air pada media cair. Menurut Mountfort dan Asher (1989) produksi xilanase akan semakin turun dengan semakin meningkatnya konsentrasi xilan pada media kultur. Produksi xilanase semakin turun karena adanya akumulasi gula terlarut pada media kultur yang menjadi inhibitor enzim seperti yang ditulis dalam Irawadi (1991) bahwa xilosa selain merupakan produk hidrolisis, juga merupakan inhibitor bagi -xilosidase. Aktivitas -xilosidase akan menurun dengan meningkatnya jumlah rantai xilooligosakarida.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Waktu (hari)
A
k
ti
v
ita
s X
il
a
n
a
se
(u
n
it/
m
l)
[image:57.612.135.454.275.507.2]234P-16 pada X.T.J. 0.5%
234P-16 pada X.T.J. 1%
234P-16 pada X.T.J. 1.5%
234P-16 pada X.Oatspelt 0.5%
Gambar 6. Aktivitas Xilanase Isolat 234P-16 pada Media dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt dan 0.5% Xilan Tongkol Jagung
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Waktu (hari)
A
k
ti
v
ita
s X
il
a
n
a
se
(u
n
it/
m
l)
[image:58.612.137.453.81.311.2]SKK1-8 pada X.T.J. 0.5%
SKK1-8 pada X.T.J. 1%
SKK1-8 pada X.T.J. 1.5%
SKK1-8 pada X.Oatspelt 0.5%
Gambar 7. Aktivitas Xilanase Isolat SKK1-8 pada Media dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt dan 0.5% Xilan Tongkol Jagung
0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Waktu (hari)
A
k
ti
v
ita
s X
il
a
n
a
se
(u
n
it/
m
l)
45I-3 pada X.T.J. 0.5%
45I-3 pada X.T.J. 1%
45I-3 pada X.T.J. 1.5%
45I-3 pada X.Oatspelt 0.5%
Gambar 8. Aktivitas Xilanase Isolat 45I-3 pada Media dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt dan 0.5% Xilan Tongkol Jagung
[image:58.612.135.453.385.619.2]36 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Waktu (hari) A k ti v ita s S p es ifi k X il a n a se (u n it /m g )
[image:59.612.136.451.80.324.2]234P-16 S. X. Oatspelt SKK1-8 S. X. Oatspelt 45I-3 S. X. Oatspelt
Gambar 9. Kurva Aktivitas Spesifik Xilanase Harian Isolat 234P-16, SKK1-8, dan 45I-3 pada Media dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt
0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Waktu (hari) A k ti v ita s S p es ifi k X il a n a se (u n it/ m g )
A pada S.X.T.J. 0.5% A pada S.X.T.J. 1% A pada S.X.T.J. 1.5%
B pada S.X.T.J. 0.5% B pada S.X.T.J. 1% B pada S.X.T.J. 1.5%
C pada S.X.T.J. 0.5% C pada S.X.T.J. 1% C pada S.X.T.J. 1.5%
[image:59.612.135.454.391.646.2]Gambar 9 dan Gambar 10 memperlihatkan aktivitas spesifik xilanase. Aktivitas spesifik dapat diperoleh setelah pengukuran kadar protein enzim dan aktivitas enzim (unit/ml) dibagi kadar protein enzim (mg/ml). Dari pengukuran aktivitas spesifik, diketahui bahwa xilanase mempunyai aktivitas spesifik yang sangat tinggi pada masing-masing isolat. Namun, kurva yang dihasilkan (Gambar 9) tetap menunjukkan bahwa isolat yang 45I-3 mempunyai aktivitas yang paling tinggi pada media dengan substrat oatspelt xilan disusul isolat SKK1-8 kemudian isolat 234P-16. Aktivitas spesifik pada media dengan substrat xilan tongkol jagung (Gambar 10) juga tetap memperlihatkan bahwa isolat SKK1-8 mempunyai aktivitas yang paling tinggi pada media dengan subtrat tongkol jagung disusul 45I-3 kemudian 234P-16. Gambar 10 menunjukkan bahwa aktivitas spesifik pada masing-masing isolat yang paling tinggi adalah pada konsentrasi substrat xilan tongkol jagung 1%. Yang et al. (2005) menyatakan bahwa semakin tinggi aktivitas U/g maka gula pereduksinya akan semakin tinggi pula. Hal tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 9 bahwa aktivitas enzim yang tinggi (unit/ml) maka aktivitas spesifiknya akan tinggi pula. Pada Isolat SKK1-8 yang ditumbuhkan pada substrat xilan tongkol jagung aktivitas spesifik yang paling tinggi dihasilkan pada konsentrasi 1% bukan pada 1.5% karena produksi protein yang tinggi pada konsentrasi 1.5%.
2. Hidrolisis Xilan Tongkol Jagung oleh Xilanase
Total gula hasil hidrolisis xilanase selama 5 jam ditetapkan berdasarkan metode fenol dengan prinsip bahwa gula sederhana, oligosakarida, polisakarida dan turunannnya dapat bereaksi dengan fenol dalam asam sulfat pekat menghasilkan warna oranye yang stabil. Total gula merupakan seluruh gula bebas yang dilepaskan dari hidrolisis xilan menggunakan enzim xilanase. Dapat berupa oligosakarida dan monosakarida. Tabel total gula disajikan pada Lampiran 10.
38 bahwa kisaran total gula pada konsentrasi substrat 0.5% adalah 87.62 mg/ml (Lampiran 10), pada konsentrasi substrat 1% adalah 151.48 mg/ml (Lampiran 10), dan pada konsentrasi 1.5% adalah 182.61 mg/ml (Lampiran 10). Semakin tingginya konsentrasi substrat menunjukkan bahwa total gula yang diperoleh semakin naik. Hal tersebut dapat terjadi karena dengan semakin tingginya konsentrasi substrat maka kandungan polisakarida maupun turunannya juga meningkat. 0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 1 2 3 4 5
Jam ke-G u la Pe re d u k s i (m g /m l) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 D e ra ja t P o li m e ri s a s i
GP A GP B GP C
[image:61.612.135.444.237.473.2]DP A DP B DP C
Gambar 11. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C) dengan Substrat 0.5% Xilan Oatspelt.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5
Jam ke-G u la P e re d u k s i (m g /m l) 0 10 20 30 40 50 60 D e ra ja t P o lim e ris a s i
GP A GP B GP C
[image:62.612.137.451.81.329.2]DP A DP B DP C
Gambar 12. Gula Pereduksi dan Derajat Polimerisasi yang Dihasilkan Xilanase Isolat 234P-16 (A), SKK1-8 (B) dan 45I-3 (C) dengan Substrat Xilan Tongkol Jagung 0.5%.
0 10 20 30 40 50
0 1 2 3 4 5
Jam ke-G u la P e re duk s i (m g /m l) 0 20 40 60 80 100 120 D e ra ja t P o li m e ri sa si
GP A GP B GP C
DP A DP B DP C
[image:62.612.136.447.392.631.2]40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
