commit to user
i
PENGARUH PENAMBAHAN MOLASE PADA PRODUKSI ENZIM
XILANASE OLEH FUNGI Aspergillus niger DENGAN
SUBSTRAT JERAMI PADI
Skripsi
Untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar Sarjana Sains
oleh:
Nur Indira Wahyu Pangesti NIM. M0406046
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil penelitian saya sendiri
dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar
kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, serta tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu
dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila dikemudian hari dapat ditemukan adanya unsur penjiplakan maka gelar
kesarjanaan yang telah diperoleh dapat ditinjau dan/atau dicabut.
Surakarta, Desember 2011
Nur Indira Wahyu Pangesti
commit to user MOTTO
“Berakit-rakit kehulu, Berenang-renang ketepian Bersakit-sakit dahulu, Bersenang-senang kemudian”
“Tidak ada yang tidak bisa selama kita mau mencoba dan berusaha”
commit to user
v
PERSEMBAHAN
Skripsi ini kupersembahkan untuk:
Bapak ibuku tercinta
(alm) Drs. Sugeng Lasono dan Suyati, S. Pd.
Terimakasih untuk segalanya
Terutama buat ibu atas perjuangannya dalam membesarkan aku seorang diri
Semoga aku bisa memberi yang terbaik
Agus Priyambodo
Yang menabahkan hati dan mengajarkan pengertian
Terimakasih., darimu aku belajar untuk tetap optimis
Keluarga besarku
Simbah, bulik, om, dan adek-adekku sepupu
commit to user KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, karunia serta hidayah-Nya yang tak tehingga sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul : “Pengaruh
Penambahan Molase Terhadap Produksi Enzim Xilanase Oleh Fungi A. niger
Dengan Substrat Jerami Padi”.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada Ir. Ari Handono Ramelan M. Sc., (Hons)., Ph. D. selaku dekan FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta atas ijin penelitian untuk keperluan skripsi. Penulis juga berterima kasih kepada Dr. Agung Budiharjo, M.Si., selaku Ketua Jurusan Biologi FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan arahan serta ijin penelitian skripsi. Terima kasih kepada Dr. Artini Pangastuti, M.Si., selaku dosen pembimbing I dan Estu Retnaningtyas N., S.T.P. M.Si., selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, arahan serta dukungan selama penelitian hingga selesainya penyusunan skripsi. Terima kasih pula kepada Dr. Ari Susilowati, S. Si., M. Si. selaku dosen penelaah I dan Tjahjadi Purwoko, M.Si. selaku dosen penelaah II yang telah memberikan bimbingan dan petunjuk selama penelitian sampai selesainya penyusunan skripsi. Dan tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Okid Parama Astirin, M. Si. Selaku pembimbing akademik yang telah memberikan arahan dan motivasi.
Ucapan terima kasih penulis juga sampaikan kepada seluruh staf Laboratorium Pusat dan Sub-Lab Biologi atas segala bentuk dukungan yang diberikan. Terima kasih untuk mas Har, mas Lantip, pak Sus, mas Adnan dan pak satpam atas segala bantuan dan dukungannya.
Penulis mengucapkan Terima kasih yang mendalam untuk teman kos pondok Indah: mbak Lina, Menik, Nurul atas semua persahabatan serta persaudaraan yang tetap terjalin sepanjang waktu. Terima kasih untuk adek-adek angkatan: Febri, Ainun, dan Aken serta teman-teman biologi terutama Ika dan Siska atas bantuan dan keluangan waktu yang diberikan selama penelitian. Dan tidak lupa terima kasih kepada Nina, Ame, Septi, Sasti, Alfin, Dina, Wida, Nafis atas bantuannya. Serta semua pihak yang telah memberikan dukungan yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun dari para pembaca akan sangat membantu. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
commit to user
6. Pertumbuhan Mikroorganisme……… 12
7. Pengukuran Aktivitas Xilanase………. 14
B. Kerangka Pemikiran ... 16
commit to user
2. Pembuatan Substrat Jerami Padi... .... 21
3. Pemeliharaan Biakan... ... 22
4. Penentuan Kepadatan Spora... .... 22
5. Penyiapan Inokulum... ... 22
6. Pembuatan Media Produksi... ... 23
7. Pengukuran Aktivitas Xilanolitik... ... 23
8. Pengukuran Pertumbuhan A. niger... ... 24
1. Pengaruh Penambahan Berbagai Variasi Konsentrasi Molase terhadap Pertumbuhan A. niger pada Media Produksi ... 31
2. Pengaruh Penambahan Berbagai Variasi Konsentrasi Molase terhadap Aktivitas Enzim Xilanase……….. 34
3. Pengaruh penambahan Molase terhadap waktu inkubasi……… . 37
BAB V. PENUTUP ... 39
A. Kesimpulan ... 39
commit to user
ix
DAFTAR PUSTAKA ... 40
LAMPIRAN ... 45
commit to user DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Reaksi hidrolisa xilan menjadi xilosa...
Gambar 2. Struktur xilan dan letak penyerangan oleh enzim
xilanolitik...
Gambar 3. Jamur Aspergillus niger...
Gambar 4. Kurva pertumbuhan fungi...
Gambar 5. Kerangka pemikiran...
Gambar 6. Hubungan antara jumlah A. niger dengan waktu
inkubasi...
Gambar 7. Grafik hubungan antara berat kering sel A. niger (gram)
terhadap waktu inkubasi (jam) pada penambahan
berbagai variabel konsentrasi molase ………..
Gambar 8. Grafik hubungan waktu inkubasi (jam) terhadap
aktivitas enzim xilanase (U/ml) pada penambahan
commit to user
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Kurva Standar Xilosa ………...
Lampiran 2. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada
Konsentrasi Molase 0% (kontrol)...
Lampiran 3. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada
Konsentrasi Molase 1%...
Lampiran 4. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada
Konsentrasi Molase 3%...
Lampiran 5. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada
Konsentrasi Molase 5%...
Lampiran 6. Kepadatan jumlah spora A. niger...
Lampiran 7. Berat kering sel A. niger ………
Lampiran 8. Prosedur pembuatan natrium fosfat (Na2HPO4)
0.2M...
Lampiran 9. Prosedur pembuatan asam sitrat (C6H8O7) 0.1 M……
Lampiran 10. Prosedur pembuatan Larutan buffer fosfat-sitrat pH
6………
Lampiran 11. Prosedur pembuatan larutan oat spelt-xylan 1%...
Lampiran 12. Prosedur pembuatan reagen Dinitrosalicylic Acid
(DNS)………...
Lampiran 13. Prosedur pembuatan kurva standar xilosa………
Lampiran 14. Prosedur pengambilan ekstrak kasar enzim………….
Lampiran 15. Prosedur pengukuran aktivitas enzim xilanase………
Lampiran 16. Prosedur pengukuran pertumbuhan A. niger………...
commit to user
PENGARUH PENAMBAHAN MOLASE PADA PRODUKSI ENZIM XILANASE
OLEH FUNGI Aspergillus niger DENGAN
SUBSTRAT JERAMI PADI
Nur Indira Wahyu Pangesti
Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Abstrak
Dalam rangka mencari bahan alternatif yang murah dan mudah didapat untuk produksi xilanase maka dilakukan penelitian produksi enzim xilanase dari jerami padi dan molase. Jerami padi dapat digunakan sebagai substrat pengganti xilan karena xilan murni harganya mahal. Sedangkan molase selain sebagai sumber karbon juga sebagai sumber nitrogen, mineral dan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba sehingga dapat memproduksi enzim. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan molase pada produksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus
niger dengan substrat jerami padi.
Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap persiapan, tahap produksi enzim dan tahap pengujian. Pada tahap persiapan meliputi pembiakan strain, penyiapan inokulum, dan persiapan media fermentasi. Pada tahap produksi enzim, A. niger
ditumbuhkan pada media cair dengan substrat jerami padi yang telah dibuat serbuk. Pada media fermentasi inilah dilakukan variasi penambahan molase 0%, 1%, 3%, dan 5%. Fermentasi dilakukan dalam shaker incubator dengan kondisi temperatur 37oC, agitasi 200 rpm dan pH 6. Kemudian dilakukan pengujian kadar gula reduksi menggunakan metode DNS untuk mendapatkan aktivitas enzim yang telah diproduksi.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa penambahan molase pada media jerami padi dapat meningkatkan pertumbuhan fungi A. niger tetapi tidak dapat meningkatkan aktivitas enzim xilanase secara signifikan dan memberikan efek waktu inkubasi yang lebih lama. Konsentrasi molase yang paling optimal untuk produksi enzim xilanase adalah konsentrasi 1 % dengan aktivitas enzim tertinggi yang dihasilkan sebesar 0.055 U/ml dan diperoleh pada waktu inkubasi jam ke-56.
commit to user
v
EFFECT OF ADDITION MOLASSES TO XYLANASE ENZYMES PRODUCTION
BY FUNGI Aspergillus niger WITH
RICE STRAW SUBSTRATE
Nur Wahyu Indira Pangesti
Department of Biology, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University, Surakarta
Abstract
In order to find alternative materials that cheap and easily available for the production of xylanase then conducted research xylanase enzyme production from rice straw and molasses. Rice straw can be used as a xylan substituting substrate which was expensive. while molasses as a carbon source,it also as a nitrogen source,minerals and nutrients source were needed for growth of microbes so that can produce the enzyme. The purpose of this research was to determine the effect of addition molasses on the production of xylanase enzymes by fungi Aspergillus niger with rice straw substrate.
The research was divided into three phase, phase were the preparation phase, the enzyme production phase and testing phase. Preparation phase includes breeding strains, inoculums preparation, and preparation of fermentation medium. At the enzyme production phase, A. niger was grown in liquid medium with rice straw substrate which made of powder. At this fermentation medium, molasses was added in variant 0%, 1%, 3%, and 5%. Fermentation process was done in a shaker incubator with temperature condition of 37° C, agitation 200 rpm and pH 6. The last, testing the reduction of sugar content using DNS method to obtain an enzyme activity that had been produced.
From the survey results revealed that the addition of molasses on the rice straw media can increasing the growth of fungi A. niger but can not increase the activity of xylanase enzyme significantly and give the effect of incubation time longer. The most optimal concentration of molasses for the production of xylanase enzyme is a concentration of 1% with the highest enzyme activity amount 0.055 U/ml and with incubation time-56 hours.
commit to user BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Xilanase merupakan enzim ekstraseluler yang dapat menghidrolisis xilan
menjadi xilosa dan xilo-oligosakarida. Xilanase dapat dimanfaatkan untuk proses
pemutihan kertas, campuran pakan ternak, penjernihan sirup, pembuatan gula
xilosa, dan sebagainya. Penggunaan xilanase untuk mengurangi pemakaian
khlorin dalam pemutihan kertas, telah memberikan peluang untuk aplikasi
bioteknologi dan sekarang telah digunakan pada beberapa pabrik kertas
(Bourbonnais dkk., 1997; Ruiz-Arribas dkk., 1995). Xilanase merupakan produk
bioteknologi yang memiliki kegunaan cukup beragam, tetapi produksinya masih
menghadapi kendala. Kendala yang muncul antara lain masih kurang tersedia
biakan mikrobia unggul dan pengetahuan tentang teknologi produksi enzim.
Banyak pakar negara maju mengakui bahwa negara yang kaya akan
keanekaragaman hayatinya, merupakan sumber mikrobia yang potensial untuk
bioproses (Richana dkk., 2000).
Penggunaan mikroba sebagai penghasil enzim memiliki beberapa
keuntungan, yaitu diantaranya biaya produksi relatif murah, dapat diproduksi
dalam waktu singkat sesuai dengan permintaan, mempunyai kecepatan tumbuh
yang tinggi serta mudah dikontrol (Fogarty and Weshoff, 1983). Salah satu
mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim xilanase adalah fungi
commit to user
pengoptimalan faktor-faktor yang berperan dalam produksi enzim tersebut, antara
lain : media fermentasi, suhu, aerasi, agitasi, pH, serta strain yang digunakan.
Media fermentasi memegang peranan penting. Untuk skala besar diperlukan
media fermentasi yang murah dan mudah diperoleh serta dapat menghasilkan
enzim yang diharapkan (Trismilah dkk., 2003).
Xilanase mempunyai kemampuan untuk menghidrolisis xilan menjadi gula
xilosa. Untuk menghasilkan xilanase, maka substrat yang digunakan harus
mengandung xilan. Penggunaan xilan murni dalam produksi xilanase skala besar
tidak ekonomis karena harganya terlalu mahal. Xilan banyak terdapat pada limbah
pertanian dan industri makanan (Rani dan Nand, 1996; Beg dkk., 2001). Salah
satu limbah pertanian di Indonesia yang belum dimanfaatkan adalah limbah
tanaman padi yang berupa jerami. Jerami merupakan limbah pertanian terbesar
serta belum sepenuhnya dimanfaatkan. Kandungan xilan jerami padi cukup tinggi
yaitu sebesar 20,4% (Lulea University of Technology, 2004). Selain itu, jerami
padi juga mengandung kurang lebih 34,2% sellulosa, 24,5% hemiselullosa dan
23,4% lignin (Wyman dkk., 1996).
Untuk mengoptimalkan produksi xilanase, diperlukan penambahan sumber
karbon pada media fermentasi. Hal ini membantu untuk inisiasi pertumbuhan
fungi. Setelah pertumbuhan fungi meningkat, diharapkan produksi xilanase juga
meningkat. Beberapa sumber karbon yang sering digunakan adalah molase,
serealia, pati, glukosa, sukrosa, dan laktosa (Richana dkk., 2000). Molase
merupakan hasil sampingan dari industri gula dan alkohol. Molase bersifat sangat
commit to user
COD (chemical oxygen demand). Tapi disisi lain molase dapat menjadi salah satu
media fermentasi yang baik karena masih mengandung kadar gula 62% (Dellweg,
1983).
B. Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh penambahan molase yang merupakan sumber karbon
pada produksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger?
2. Berapa konsentrasi molase yang paling optimal untuk dapat memproduksi
enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger?
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui :
1. Pengaruh penambahan molase yang merupakan sumber karbon pada produksi
enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger
2. Konsentrasi molase yang dapat memproduksi enzim xilanase paling optimal
dari fungi Aspergillus niger
D. Manfaat Penelitian
1. Dapat meningkatkan nilai ekonomi dari limbah molase yang belum
termanfaatkan dan bahkan bersifat korosif yang merugikan lingkungan
2. Dapat meningkatkan nilai ekonomi jerami sebagai limbah pertanian yang
commit to user
3. Dapat menggantikan klorin yang berbahaya dalam proses bleaching kertas dan
mengurangi biaya pengolahan limbah pertanian maupun proses industri kimia
lainnya.
4. Dapat merintis pemanfaatan mikroorganisme dalam biokonversi limbah.
5. Dapat memberikan sumbangan bagi penelitian-penelitian selanjutnya dalam
pemanfaatan limbah pertanian sebagai substrat fungi xilanolitik penghasil
commit to user BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
1. Penambahan molase dengan konsentrasi 1%, 3%, dan 5% pada media
jerami padi dapat meningkatkan pertumbuhan fungi A. niger tetapi tidak
dapat meningkatkan aktivitas enzim xilanase secara signifikan dan
memberikan efek waktu inkubasi yang lebih lama.
2. Konsentrasi molase yang paling optimal untuk produksi enzim xilanase
adalah konsentrasi 1% dengan aktivitas enzim tertinggi yang dihasilkan
sebesar 0.055 U/ml dan diperoleh pada waktu inkubasi jam ke-56.
B. Saran
1. Untuk produksi enzim xilanase oleh fungi A. niger dengan substrat jerami
padi perlu ditambahkan molase dengan rentang konsentrasi yang lebih
rendah karena dari ketiga konsentrasi yang ditambahkan meskipun tidak
signifikan, penambahan molase dengan konsentrasi yang paling rendah
commit to user DAFTAR PUSTAKA
Ali, Sikander, ikram-ul-Haq, Qadeer, M.A., & Javed Iqbal. 2002. Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermentor.
Electronic journal of Biotechnology. 5 (3).
Bauman, R. W. 2004. Microbiology. Benjamin Cummings, Toronto: xxv + 897 hlm.
Beg, Q.K, M. Kapoor, L. Mahajan, and G. S. Hoondal. 2001. Microbia xylanase and their industrial application; a review. J. Appl. Microbiol. Biotechnol.
56:326-338.
Bourbonnais, R., M.G. Paice, B. Freiermuth, E. Bodie, and S. Borneman. 1997. Reactives of various mediators and laccases with kraft pulp and lignin model compounds. Appl. Environ. Microbiol. 63:4632.
Brock, T. D., M. T. Madigan, J. M. Martinko & J. Parker. 1994. Biology of microorganism. 7th ed. Prentice Hall, Inc., New Jersey: xvii + 909 hlm.
Budiman, Albar and Setyawan, Sigit. 2009. Pengaruh Konsentrasi Substrat, Lama
Inkubasi dan pH Dalam Proses Isolasi Enzim Xylanase dengan
Menggunakan Media Jerami Padi. Seminar Tugas Akhir S1 Teknik Kimia
UNDIP.
Coughlan, M.P. and G.P. Hazlewood. 1993. β-1,4-D-Xylan-degrading enzyme
systems: Biochemistry, molecular biology, and aplications. Biotechnol.
Appl. Biochem. 17:259-289.
Damaso, M. C. T., M. S. Almeida, E. Kurtenbach, O. B. Martins, N. Pereira, C. M. M. C. Andrade & R. M. Albano. 2003. Optimized expression of a thermostable xylanase from Thermomyces lanuginosus in Phicia pastoris.
Appl. Environ. Microbial. 69(10): 6064-6072.
Dewi, K.H , dan. 2002. Hidrolsis Limbah Hasil Pertanian Secara Enzimatik. Akta
Agrosia. 5(2) : 67-7.
Disalvo, Arthur. 2009. Mycology-chapter five: Filamentous Fungi.
www.pathmicro.med.sc.edu [30 Desember 2011].
Fardiaz, S. 1992. Mikrobiologi Pangan. Jakarta: PT. Gramedia.
