PENGARUH WAKTU INKUBASI TERHADAP
KINERJA ENZIM SELULASE DARI TONGKOL
JAGUNG DENGAN TRICHODERMA REESEI,
ASPERGILLUS NIGER DAN CAMPURAN KEDUANYA
SKRIPSI
Oleh
VERONICA SIRAIT
120405116
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH WAKTU INKUBASI TERHADAP
KINERJA ENZIM SELULASE DARI TONGKOL
JAGUNG DENGAN TRICHODERMA REESEI,
ASPERGILLUS NIGER DAN CAMPURAN KEDUANYA
SKRIPSI
Oleh
VERONICA SIRAIT
120405116
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH WAKTU INKUBASI TERHADAP KINERJA ENZIM SELULASE DARI TONGKOL JAGUNG DENGAN TRICHODERMA
REESEI, ASPERGILLUS NIGER DAN CAMPURAN KEDUANYA
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 14 Februari 2017
Veronica Sirait
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini
merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu Inkubasi Terhadap
Kinerja Enzim Selulase Dari Tongkol Jagung Dengan Trichoderma reesei, Aspergillus niger dan Campuran Keduanya”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik dan Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang penggunaan langsung enzim selulase dari tongkol jagung dengan menggunakan Trichoderma reesei dan Aspergillus niger sebagai bahan baku dalam proses pembuatan bioetanol.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Ir. Fatimah, M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Dr. Amir Husin, S.T., M.T. dan Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Ir. Renita Manurung, M.T. selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan dukungannya secara penuh baik moril maupun materil sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
iv
7. Adik-adik penulis, yaitu Putri, Gita, Sabrina, dan Lehon serta keluarga besar yang telah memberikan dukungannya secara penuh sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
8. Deralisa Ginting, selaku partner penelitian penulis yang telah memberikan bantuan dan dukungan yang sebesar-besarnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
9. Keluarga Laboratorium Mikrobiologi Farmasi, Fakultas Farmasi dan Laboratorium Analisis Bahan Pangan, Fakultas Pertanian yang telah membantu dan mendukung penulis.
10. Keluarga Laboratorium Operasi Teknik Kimia Tahun Ajaran 2015/2016 dan 2016/2017 yang telah mendukung penulis.
11. Teman-teman stambuk 2012, khususnya Christin, Nike, Mei, Putri, Christina, Rosta, Melva, Jonathan, Oby, Chandra, dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu serta abang, kakak senior, dan adik-adik junior Teknik Kimia.
12. Teman-teman satu pelayanan di IMPERATIF, khususnya Ka Afryna, Ka Elsa, Mariance, Mona, Juli, Ingrid, Yustry, Sapsen, Rimma, Firman, Hormat, Eka, Octavera dan yang lainnya.
13. Sahabat-sahabat penulis, yaitu Ka Mei, Celly, Sarah, Yunis, Natalia dan Frischa yang telah memberikan bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 14 Februari 2017 Penulis
v
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada keluarga besar penulis atas
dukungan dan kasih sayang mereka, terutama untuk orang tua
tercinta,
Ayahanda Kotler Sirait
Dan
Ibunda Diana Sihombing
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik
dan mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan doa yang tiada hentinya
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Veronica Sirait
NIM : 120405116
Tempat, tanggal lahir : Medan, 11 Oktober 1993 Nama orang tua : Kotler Sirait dan Diana
Sihombing
Alamat orang tua : Perum. Lintas Asih Blok C1 No.06, Cikarang Utara, Bekasi
Asal Sekolah:
SD Negeri Karang Asih 06 tahun 2000 - 2006
SMP Negeri 1 Cikarang Utara tahun 2006 - 2009
SMA Negeri 1 Tambun Selatan tahun 2009 – 2012 Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Karya Salemba Empat tahun 2014-2016 Pengalaman Organisasi:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang kaderisasi dan pendidikan.
2. Pemerintahan Mahasiswa Fakultas Teknik periode 2014/2015 sebagai anggota bidang kerohanian.
3. Organisasi IMPERATIF Indonesia periode 2015/2016 sebagai koordinator bidang kerohanian dan pemuridan.
4. Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara periode 2015/2016.
ABSTRAK
Selulase merupakan komponen yang terdiri dari campuran kompleks enzim yang bertanggung jawab untuk menghidrolisis selulosa. Enzim selulase yang dihasilkan dari proses hidrolisis selulosa merupakan salah satu faktor yang dapat memengaruhi yield pada saat fermentasi bioetanol. Perpaduan antara Trichoderma reesei dan Aspergillus niger menunjukkan keseimbangan terbaik dalam kegiatan selulosa. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh variasi waktu inkubasi dalam menghidrolisis tongkol jagung menjadi glukosa dengan menggunakan Trichoderma reesei, Aspergillus niger dan campuran keduanya. Penelitian ini menggunakan tongkol jagung sebagai bahan baku. Bubuk tongkol jagung di autoklaf selama 15 menit pada 120 oC. Trichoderma reesei dan Aspergillus niger dibiakkan di dalam media PDA selama 72 jam pada 20 oC. Inokulum cair mikroba diinkubasi selama 48 jam pada 20 oC. Pengaruh dari rasio volume mikroba dan waktu inkubasi diamati dalam penelitian ini. Pada penelitian yang dilakukan diperoleh hasil terbaik dengan rasio volume Trichoderma reesei:Aspergillus niger adalah 2:1 dengan waktu inkubasi selama 5 hari.
viii
ABSTRACT
Cellulase is a component consisting of a complex mixture of enzymes responsible for hydrolyze a cellulose. Cellulase enzymes was produced from hydrolysis of cellulose which will affect bioethanol yield during fermentation. Mixed culture of Trichoderma reesei and Aspergillus niger performed the best cellulase activities. The study aim to learn the effect of incubation time during hydrolysis of corn cobs into glucose by using Trichoderma reesei, Aspergillus niger, and a mixture of both. This study used corn cobs as a feedstock. Corn cobs were autoclaved for 15 minutes at the temperature of 120 oC. Trichoderma reesei and Aspergillus niger were cultured in PDA medium for 72 hours at the temperature of 20 oC. Inoculum were incubated for 48 hours at the temperature of 20 oC. The affect of the ratio of the volume of microbes and incubation time were observed in this study. The best enzyme activity obtained from combination of Trichoderma reesei and Aspergillus niger is 2:1 with 5 days incubation time.
DAFTAR ISI
2.2 MIKROBA PENGHASIL ENZIM SELULASE 8
2.2.1 Trichoderma reesei 9
2.2.2 Aspergillus niger 9
2.3 PRETREATMENT BAHAN BAKU 10
2.4 TEKNOLOGI PEMBUATAN ENZIM SELULASE 12
2.5 ENZIM SELULASE 13
2.6 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 17
x
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 17
3.3 PROSEDUR 18
3.3.1 Prosedur Pembenihan Isolat 18 3.3.2 Prosedur Praperlakuan Tongkol Jagung 19
3.3.3 Penyiapan Inokulum Cair 19
3.3.4 Prosedur Pembuatan Enzim Selulase 19
3.3.5 Pengambilan Enzim 20
3.4 ANALISIS HASIL PENELITIAN 20
3.4.1 Prosedur Analisis Selulosa 21
3.4.2 Uji Aktivitas Enzim 21
3.5 FLOWCHART PERCOBAN 24
3.5.1 Flowchart Pembenihan Isolat 24
3.5.2 Flowchart Praperlakuan Tongkol Jagung 25
3.5.3 Penyiapan Inokulum Cair 26
3.5.4 Flowchart Pembuatan Enzim Selulase 27
3.5.5 Flowchart Pengambilan Enzim 28
3.5.6 Flowchart Analisis Kadar Selulosa 29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32
4.1 PERSIAPAN BAHAN BAKU BIOMASSA TONGKOL
JAGUNG DAN MIKROBA 32
4.2 PRODUKSI ENZIM SELULASE 35
4.3 PENGARUH VARIASI RASIO VOLUME MIKROBA 36 4.3.1 Pengaruh Variasi Rasio Volume Mikroba Terhadap
Kadar Glukosa yang Dihasilkan 36 4.3.2 Pengaruh Variasi Rasio Volume Mikroba Terhadap
Aktivitas Enzim Selulase 38
4.4 PENGARUH WAKTU INKUBASI 40
4.4.1Pengaruh Waktu Inkubasi Terhadap Kadar Glukosa yang
Dihasilkan 40
4.4.2 Pengaruh Waktu Inkubasi Terhadap Aktivitas Enzim
Selulase 42
xi
5.1 KESIMPULAN 45
5.2 SARAN 45
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Lignoselulosa 10
Gambar 2.2 Struktur Selulosa 10
Gambar 2.3 Struktur Hemiselulosa 11
Gambar 2.4 Efek dari Pretreatment Lignoselulosa 11
Gambar 2.5 Mekanisme Kerja Selulase 14
Gambar 3.1 Diagram Alir Produksi Enzim Selulase 18
Gambar 3.2 Flowchart Pembenihan Isolat 24 Gambar 3.3 Flowchart Praperlakuan Tongkol Jagung 25 Gambar 3.4 Flowchart Penyiapan Inokulum Cair 26 Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Enzim Selulase 27 Gambar 3.6 Flowchart Pengambilan Enzim 28 Gambar 3.7 Flowchart Analisis Kadar Selulosa 29
Gambar 4.1 Bubuk Tongkol Jagung 32
Gambar 4.2 Analisa SEM Tongkol Jagung Perbesaran (a) 500 kali; (b)
1000 kali 34
Gambar 4.3 Inokulum Cair (a) Trichoderma reesei; (b) Aspergillus niger 35 Gambar 4.4 Pengaruh Perbandingan Mikroba Dengan Kadar Glukosa
yang Dihasilkan 36
Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Rasio Volume Mikroba terhadap Aktivitas Enzim Selulase Dengan Waktu Inkubasi (a) 3 hari; (b) 4 hari;
(c) 5 hari; (d) 7 hari 38
Gambar 4.6 Pengaruh Waktu Inkubasi Terhadap Kadar Glukosa 41 Gambar 4.7 Pengaruh Waktu Inkubasi terhadap Aktvitas Enzim Selulase
dengan Perbandingan Trichoderma reesei: Aspergillus niger (a) 1:0; (b) 1:2; (c) 0:1; (d) 2:1; (e) 1:1 42
Gambar A.1 Kurva Standar Glukosa LA-1
Gambar C.1 Tongkol Jagung Hasil Praperlakuan Fisik LC-1 Gambar C.2 Hasil Pembenihan Isolat Aspergillus niger dan Trichoderma
xiii
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Hasil Terbaik dari Penelitian Terdahulu 4
Tabel 2.1 Komposisi Tongkol Jagung 7
Tabel 2.2 Keuntungan dan Kerugian SSF dibanding SMF 13 Tabel 3.1 Komposisi Larutan Mendel Weber 20
Tabel 3.2 Komposisi Pereaksi DNS 22
Tabel 4.1 Kadar Air, Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin Tongkol Jagung 33
Tabel A.1 Kadar Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin Tongkol Jagung LA-1
Tabel A.2 Data Kurva Standar Glukosa LA-2
Tabel A.3 Absorbandi dan Konsentrasi Glukosa LA-2 Tabel A.4 Absorbansi dan Konsentrasi Glukosa Hasil Aktivitas Enzim LA-3 Tabel B.1 Data Perhitungan Kadar Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin LB-1
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A Data Hasil Penelitian LA-1
A.1 Kandungan Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin LA-1
A.2 Kurva Standar Glukosa LA-1
A.3 Konsentrasi Glukosa Hasil Hidrolisis Tongkol Jagung LA-2 A.4 Konsentrasi Glukosa Hasil Aktivitas Enzim LA-3
Lampiran B Contoh Perhitungan LB-1
B.1 Perhitungan Kadar Selulosa, Hemiselulosa dan Lignin LB-1 B.2 Konversi Satuan Aktivitas Enzim Selulase LB-2 B.3 Perhitungan Degradasi Lignin dengan Praperlakuan Fisik LB-3
Lampiran C Dokumentasi Penelitian LC-1
xvi
DAFTAR SINGKATAN
BET Bennet Emmit Teller
CMC Carboximethyl Cellulose
DNS Dinitrosalicylic Acid
DP Derajat Polimerisasi
FP Filter Paper
IU International Unit
IUPAC International Union of Pure and Aplied Chemistry
PDA Potato Dextrose Agar
SEM Scanning Electron Microscopy
SMF Submerged Fermentation
