Tugas Terstruktur Kimia Pangan I
Aktivitas Enzim Bromelin dari Ekstrak Kulit Nenas
Dosen : Herastuti
Disusun Oleh :
1. Amelia Puspasari S.(A1M011013)
2. Amrul Hamzah (A1M011032)
3. Chandra Murnihandayani (A1M011036)
4. Felia Agustina (A1M011043)
5. Stefanus Mega P (A1M011057)
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL FAKULTAS PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
2011
BAB I
Pendahuluan
A. Latar Belakang
masyarakat karena proses penanaman, pemeliharaan sampai waktu panen tidak terlalu rumit. Buah ini termasuk dalam golongan buah yang bersifat mudah rusak dan busuk, sehingga tidak tahan disimpan dalam jangka waktu yang lama. Buah nenas banyak dimanfaatkan, baik dalam skala industri besar, menengah, kecil bahkan rumah tangga. Buah nenas dalam skala industri umumnya dimanfaatkan dalam pembuatan sari buah, jem, jelly, serta proses lainnya.
Sayangnya, pemanfaatan tanaman nanas oleh masyarakat pada umumnya hanya terbatas pada daging buahnya saja. Sedangkan bagian yang lain seperti batang, bonggol, daun, mahkota dan kulitnya hanya dibuang sebagai limbah, umumnya belum dimanfaatkan secara optimum bahkan hanya digunakan sebagai pakan ternak.
Padahal telah diketahui bahwa daging, batang, dan bonggol nenas mengandung enzim bromelin.
Menurut Whitaker (1991), tanaman nenas mengandung enzim bromelin, yaitu suatu enzim proteolitik yang dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis protein dan memiliki banyak manfaat. Bagian-bagian tanaman nenas yang telah berhasil diisolasi enzim bromelinnya adalah daging buah (Utami, 2010; dan Gautam et al., 2010), batang (Gautam et al., 2010), dan bonggol (Sangi, 1989).
Dalam makalah ini, akan dibahas tentang metode Ekstraksi enzim bromelin dari batang nenas, sedangkan karakteristik enzim bromelin yang diamati, adalah aktivitas, kadar protein dan struktur enzim bromelin, serta kegunaannya, khususnya didunia pangan. Diharapkan dengan memahami metode ekstraksi, karakteristik dan kegunaan enzim bromelin dari batang nenas, dapat memberikan nilai tambah dalam pemanfaatan nenas serta mengurangi permasalahan limbah tanaman nenas.
B. Tujuan
1. Mengetahui Metode Ekstraksi Enzim Bromelin 2. Mengetahui Kadar Protein Enzim Bromelin 3. Mengetahui Aktivitas Enzim Bromelin 4. Mengetahui Struktur Kimia Enzim Bromelin
BAB II
Tinjauan Pustaka
Nenas (Ananas comosus (L) Merr) merupakan salah satu jenis buah yang gemar dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Buah ini termasuk dalam golongan buah yang bersifat mudah rusak dan busuk, sehingga tidak tahan disimpan dalam jangka waktu yang lama. Buah nenas banyak dimanfaatkan, baik dalam skala industri besar, menengah, kecil bahkan rumah tangga. Buah nenas dalam skala industri umumnya dimanfaatkan dalam pembuatan sari buah, jem, jelly, serta proses lainnya. Selain manfaat seperti yang disebutkan sebelumnya, buah nenas juga dimanfaatkan untuk diambil enzim bromelainnya.
Ciri-ciri umum tanaman nenas yaitu batangnya pendek, tebal, bergerigi dan pucuknya meruncing tajam, berserat banyak, akarnya pendek, tebal, tumbuh di sela-sela ketiak daun, bertangkai panjang yang tingginya kurang lebih 30 cm (Muljohardjo, 1984).
Buah
Gambar 2.1 Tanaman nanas (David, 2010)
Taksonomi tanaman nenas menurut Muljohardjo (1984), adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae
Buah nanas segar yang sudah matang ditandai dengan warna kekuningan, dapat dimanfaatkan sebagai makanan yang dapat langsung dikonsumsi sebagai sumber vitamin A atau retinol sebanyak 39 mg/100 g, dan juga sumber vitamin C sekitar 24 mg/100 g (Muljohardjo, 1984). Kandungan gizi buah nanas segar tiap 100 gram bahan adalah kalori 52,00 kal, protein 0,40 g, lemak 0,20 g, karbohidrat 16,00 g, fosfor 11,00 mg, zat besi 0,30 mg, vitamin A 130,00 SI, vitamin B1 0,08 mg, vitamin C 24,00 mg, air 85,30 g, dan bagian dapat dimakan (Bdd) 53,00 % (Direktorat Gizi Depkes R.I (1981) dalam Rukmana (1996)).
Menurut Raina (2011), buah nenas mengandung gizi cukup tinggi dan lengkap, seperti protein, lemak, karbohidrat, mineral, dan vitamin. Menurut Whitaker (1991), nenas juga mengandung enzim bromelin, yaitu suatu enzim yang dapat menghidrolisis ikatan peptida pada kandungan protein atau pada polipeptida menjadi molekul yang lebih kecil atau asam amino. Enzim bromelain memiliki sifat yang mirip dengan enzim proteolitik atau mempunyai sifat menghidolisa protein lainnya, seperti enzim rennin (renat), papain, dan fisin. Penggunaan enzim bromelin dalam industri dapat memperkecil biaya produksi, dibanding menggunakan enzim sejenisnya yang tergolong mahal dan tersedia dalam jumlah yang terbatas.
Kandungan enzim bromelin tertinggi terdapat pada bagian daging buah masak, yaitu 0,080-0,125 % (Anonim, 2009a). Untuk mendapatkannya dari buah nenas diperlukan proses isolasi enzim bromelain. Pada tahap akhir, enzim bromelain dilakukan proses pengeringan. Enzim bromelain merupakan enzim yang akan rusak pada suhu 60–70oC,
sehingga diperlukan perlakuan pada tahap pengeringan agar enzim bromelain tidak mengalami kerusakan. Misalnya dengan menggunakan oven vakum atau freeze drying
(pengering beku).
BAB III
Metodologi
Bahan
Buah nenas diperoleh dari Kabupaten Bolaang Mongondow, kemudian diambil kulitnya. Bahan-bahan kimia yang digunakan berkualitas pro analysis.
Prosedur Analisis
1. Pembuatan Ekstrak Kasar Kulit Buah Nenas
Kulit nenas yang digunakan adalah kulit nenas yang berasal dari buah nenas yang masih mengkal, ditandai dengan warna kulitnya hijau kekuningan. Kulit nenas dicuci dengan aquades, dipotong kecil-kecil dan ditimbang sebanyak 1.500 gram. Selanjutnya dihomogenisasi dengan menggunakan 200 mL larutan buffer natrium asetat (pH 6,5), dan disaring. Ekstrak kasar disentrifugasi selama 25 menit pada 3.500 rpm, dan disimpan pada 4 oC.
2. Pengendapan dengan Amonium Sulfat
Presipitasi ekstrak kasar enzim bromelin dilakukan dengan penambahan amonium sulfat sebanyak 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60%, sambil diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 45 menit, dan diinkubasi semalam pada 4 oC. Selanjutnya, disentrifugasi pada 3500 rpm selama 25 menit. Endapan yang dihasilkan dicuci dengan 10 mL buffer natrium asetat 0,1 M pada kisaran pH 6 - 6,5 (Gautam et al., 2010).
3. Penentuan Kadar Protein Ekstrak Enzim Bromelin
Penentuan kadar protein dilakukan dengan menggunakan metode Bradford (Bradford, 1976). Absorbansi diukur pada λ 595 nm. Kadar protein ditentukan dengan membandingkan absorbansi ekstrak enzim bromelin dengan kurva standar gelatin.
a. Penentuan Temperatur Optimum
Sebanyak 0,5 mL gelatin ditambahkan dengan 0,5 mL buffer asetat dan 0,5 mL ekstrak enzim bromelin, kemudian diinkubasi selama 10 menit pada berbagai temperatur untuk menentukan temperatur optimum. Temperatur yang digunakan adalah 50 oC, 55 oC, 60 oC, 65 oC, 70 oC, 75 oC, dan 80 oC. Reaksi dihentikan
dengan pemanasan pada air mendidih selama 10 menit. Absorbansi diukur pada λ 595 nm untk menentukan kadar protein.
b. Penentuan pH optimum
Sebanyak 0,5 mL gelatin ditambahkan dengan 0,5 mL buffer asetat dan 0,5 mL ekstrak enzim bromelin, kemudian diinkubasi selama 10 menit pada berbagai nilai pH pada temperatur optimum yang diperoleh. Variasi nilai pH yang digunakan adalah 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0. Reaksi dihentikan dengan pemanasan pada air mendidih selama 10 menit. Absorbansi diukur pada λ 595 nm.
Satu unit aktivitas enzim didefinisikan sebagai jumlah enzim yang dibutuhkan untuk menghidrolisis substrat gelatin per satuan waktu pada kondisi percobaan.
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
Penentuan kadar protein enzim bromelin dilakukan dengan menggunakan metode Bradford dan gelatin sebagai standar. Kadar protein enzim bromelin dalam amonium sulfat tertinggi pada penambahan amonium sulfat 60%, yaitu sebanyak 0,039 %.
C. Aktivitas Enzim Bromelin
1. Pengaruh Temperatur Terhadap Aktivitas Enzim Bromelin
Temperatur sangat erat berhubungan dengan energi aktivitas dan kestabilan enzim. Peningkatan temperatur dapat menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi dan secara bersamaan meningkatkan kecepatan inaktivasi enzim (Stauffer, 1989), kenaikan aktivitas pada temperatur 55 sampai dengan 65 0C.
Gambar 1. Pengaruh temperatur terhadap aktivitas enzim bromelin
Gambar 1 menunjukkan temperatur optimum berada pada temperatur 65 0C
dengan aktivitas 0,071 unit/menit, sedangkan pada temperatur 70 sampai dengan 80 0C terjadi penurunan aktivitas enzim. Harrach et al., (1998) menemukan
temperatur optimum enzim bromelin adalah 65 oC. Berdasarkan Gambar 1,
terlihat bahwa pada temperatur 70 0C sampai 80 0C terjadi penurunan aktivitas
enzim dibandigkan aktivitas enzim pada 65 0C, hal ini disebabkan karena terjadi
denaturasi enzim dengan cepat pada rentang temperatur 70 sampai 80 0C.
Kenaikan temperatur yang lebih tinggi dapat merusak struktur enzim sehingga fungsi kerja enzim dapat berkurang (Pakpahan, 2009).
2. Pengaruh pH Terhadap Aktivitas Enzim Bromelin
Aktivitas enzim sangat dipengaruhi oleh pH medium. pH saat aktivitas enzim maksimum adalah pH optimum. Menurut Nielsen et al., (1999), pH optimum merupakan pH saat gugus pemberi dan penerima proton yang berperan penting pada sisi katalitik enzim atau pada sisi pengikat substrat berada dalam tingkat ionisasi yang diinginkan, sehingga substrat lebih mudah berinteraksi dengan sisi katalitik enzim. Grafik pengaruh pH terhadap aktivitas enzim dapat dilihat pada Gambar 2.
Berdasarkan grafik diatas, peningkatan aktivitas enzim mulai teramati dari pH 5,0 sampai pH optimum 6,5 yaitu sebesar 0,101 unit/menit (Gambar 2). Penurunan aktivitas enzim dari pH 7,0 sampai pH 8,0 terjadi karena lingkungan di sekitar sisi aktif enzim mengalami kekurangan jumlah proton.
3. Mekanisme Kerja Enzim Bromelin
Menurut Ketaren (1990), kespesifikan reaksi-reaksi enzimatik bergantung pada struktur sisi aktif. Agar suatu reaksi berlangsung, maka molekul perekasi harus berada dalam ruangan sisi aktif apoenzim (bagian protein dari enzim). Selama reaksi enzim, akan terlibat beberapa komponen: subtrat, molekul ko faktor, dan medium (seperti air).
Enzim papain dan bromelin merupakan enzim yang mempunyai gugus –SH pada bagian yang aktif. Mekanisme hidrolisis ikatan peptida yang dikatalis oleh gugus sulhidril (-SH) dapat dilihat di gambar ats.
Enzim bebas berikatan dengan subtrat (peptida) sehingga enzim membantu reaksi pemotongan ikatan peptida dan NRH2 lepas dari kompleks enzim subtrat. Dengan adanya H2O diakhir reaksi, maka ditemukan kembali enzim seperti diawal dan juga produk (subtrat yang ,engalami reaksi).
Aktivasi maksimum ekstrak kasar bromelin batang terhadap kasein pada kondisi pH optimum 7,2; suhu inkubasi 35oC selama 10 menit secara aktivasi spesifik
sebesar 8,45 ekivalen/menit/µg protein (Sukito, 1985). Aktivitas enzim bromelin batang lebih tinggi daripada bromelin buah, tetapi aktivitas spesifikaso bromelin buah lebih baik. Aktivitas optimal pada bromelin batang terjadi pada pH 7,6 dengan suhu 35-50oC.
Menurut Susanti (1987) aktivitas tertinggi enzim bromelin terimobilisasi yang dihasilkan memiliki suhu, pH dan waktu inkubasi yang sama dengan enzim bebas yaitu suhu 55oC, pH 7,2 dan waktu inkubasi 10 menit.
Aktivitas enzim bromelin menurut Anonim (2011b) ditentukan berdasarkan metode Murachi dengan menggunakan substrat kasein. Sebanyak 0,5 ml kasein (10 mg/ml) direaksikan dengan 0,5 ml enzim dan 8 ml larutan buffer fosfat. Untuk mendapatkan kondisi optimum aktivitas enzim, maka dibuat variasi suhu, pH, serta lama inkubasi terhadap aktivitas enzim. Setelah diinkubasi, ke dalam campuran reaksi ditambahkan 1 ml larutan asam trikloroasetat 30%. Panaskan lagi pada suhu yang sama selama 30 menit. Protein yang terkoagulasi dipisahkan dengan kertas filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya pada panjang gelombang 280 nm. Sebagai kontrol digunakan enzim yang telah dimatikan aktivitasnya melalui pemanasan. Unit aktivitas dinyatakan dalam 1 mikro mol tirosin yang dihasilkan per ml enzim dalam 15 menit pada kondisi percobaan. Untuk mengetahui jumlah tirosin yang dihasilkan digunakan kurva standar tirosin.
untuk mengetahui bagaimana kinerja aktivitas enzim dalam suatu kondisi khusus untuk mengefisiensikan ekonomi dan produk yang dihasilkan. Whitehurst dan Law (2002) menunjukan bahwa enzim bekerja pada kondisi tertentu pH, suhu, dan konsentrasi substrat dengan aturan yang ada (Gambar 1).
Gambar 1. Pengaruh pH dan Suhu terhadap Kecepatan Pola Katalisa Aktivitas Enzim dalam Larutan
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Anonim (2011b) dari proses isolasi enzim bromelin dari bonggol nenas diperoleh ativitas enzim sebesar 107,80 U/ml pada kondisi pH 7,5, suhu 550C dengan lama inkubasi 15 menit. Dari
proses imobilisasi enzim bromelin dengan menggunakan k-karagenan sebagai matriks polimer diperoleh aktivitas enzim 26 U/ml pada kondisi pH 7,5 suhu 600C dengan lama inkubasi 15 menit. Teknologi imobilisasi dapat meningkatkan
difat termostabil dari enzim bromelin. Enzim imobil mempunyai kemampuan untuk digunakan secara berulang. Menurut Kumaunang dan Kamu (2011), kenaikan temperatur yang lebih tinggi dapat merusak struktur enzim sehingga fungsi kerja enzim dapat berkurang.
Hasil penelitian pendahuluan yang dilakukan oleh Bahmid (2011), pada berbagai suhu terhadap tingkat aktivitas enzim bromelain menunjukkan kisaran rata-rata antara 27,83-48,76 U/mg protein. Aktivitas enzim bromelain tertinggi diperoleh pada suhu 500C sebesar 48,76 U/mg protein. Sedangkan aktivitas
enzim bromelain terendah diperoleh pada suhu 650C sebesar 27,83 U/mg
35 40 45 50 55 60 65 70
Gambar 2. Hubungan Antara Suhu Inkubasi terhadap Aktivitas Spesifik Enzim Bromelain (Bahmid, 2011).
Perlakuan suhu inkubasi memiliki pengaruh terhadap enzim bromelain yang diperoleh. Hal ini terlihat pada Gambar 2 yang menunjukkan bahwa kondisi optimum enzim bromelain diperoleh pada suhu 500C. Aktivitas enzim
mengalami peningkatan hingga suhu 500C yang selanjutnya mengalami
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5
Gambar 3. Hubungan Antara pH Inkubasi terhadap Aktivitas Spesifik Enzim Bromelain (Bahmid, 2011).
0 5 10 15 20 25 30 35
Gambar 4. Hubungan Antara Waktu Inkubasi terhadap Aktivitas Spesifik Enzim Bromelain (Bahmid, 2011).
Hasil penelitian pendahuluan di atas, pada berbagai waktu inkubasi terhadap tingkat aktivitas enzim bromelain menunjukkan kisaran rata-rata antara 16,61-36,19 U/mg protein. Aktivitas enzim bromelain tertinggi diperoleh pada suhu inkubasi 15 menit sebesar 36,16 U/mg protein. Sedangkan aktivitas enzim bromelain terendah diperoleh pada waktu inkubasi selama 30 menit sebesar 16,61 U/mg protein. Profil aktivitas enzim bromelain dengan perlakuan berbagai waktu inkubasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Perlakuan waktu inkubasi memiliki pengaruh terhadap enzim bromealin yang diperoleh. Hal ini terlihat pada Gambar 4 yang menunjukkan bahwa kondisi optimum enzim bromelain diperoleh pada waktu inkubasi selama 15 menit. Aktivitas enzim mengalami peningkatan hingga waktu 15 menit yang selanjutnya mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena tirosin yang terbentuk mengalami oksidasi. Tirosin pada kasein yang sebagai substrat dalam pengujian aktivitas enzim bromelain memiliki jumlah yang terbatas sehingga setelah mencapai kondisi optimum, substrat yang tersedia mengalami pengurangan. Sehingga diperoleh aktivitas optimum enzim bromelain terhadap suhu, pH, dan waktu inkubasi yaitu, pada suhu 50 0C, pH 7,5 dan waktu inkubasi selama 15
menit. Aktivitas spesifik enzim bromelain tertinggi sebesar 36,68 U/mg protein.
E. Kegunaan Enzim Bromelin
1. Dunia Pangan
• Pengempukan daging
• Mencerna protein pada makanan agar mudah diserap tubuh
• Dapat dikombinasikan dengan lipase untuk mencerna lemak, dan dengan amilase untuk mencerna zat tepung
2. Dunia Kesehatan
• Mengurangi rasa sakit
• Mengurangi pembengkakan karena luka atau operasi
• Menyembuhkan luka bakar
• Meningkatkan fungsi paru-paru pada penderita infeksi saluran pernapasan
• Melegakan tenggorokan
• Mengatasi kembung atau gangguan pencernaan lain
• Meringankan penyakit edema dengan cara mengurangi air berlebih dalam tubuh
• Membantu membersihkan tubuh dan mengimbangi kadar keasaman dalam darah
• Meringakan sinusitis. Mengurangi hidung tersumbat dan menekan batuk
• Mengurangi nyeri pada penderita osteoarthritis. Dalam hal ini, sering digunakan dalam bentuk suplemen
• Membantu melarutkan pembentukan mukus dan juga mempercepat pembuangan lemak melalui ginjal
• Merupakan produk pelengkap yang bagus dalam perawatan kanker
3. Lain-lain
Selain kegunaan-kegunaan yang sudah tersebut di atas, masih ada kegunaan lain dari enzim bromelin, yaitu sebagai salah satu bahan untuk membuat masker kecantikan.
http://www.tanahimpian.org/buah/89-kegunaan-nanas.html diakses pada tanggal 24
Oktober 2012 [18.53]
http://www.anneahira.com/enzim-bromelin.htm diakses pada tanggal 24 Oktober 2012
