PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009 IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA

(1)

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009

IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN

UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI

BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA

SURABAYA, 14 PEBRUARI 2009

OLEH :

JURUSAN KIMIA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

Diterbitkan oleh :

(2)

ii

Jurusan Kimia – FMIPA

Universitas Negeri Surabaya

PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009

IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA

Jurusan Kimia – FMIPA

Universitas Negeri Surabaya

Penerbit : Unesa University Press – 2009

xiii, A57, B642, C285, ilus, 21cm

ISBN : 978-979-028-103-5

2009 – Unesa University Press

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari

penerbit, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun,

baik cetak, fotoprint, microfilm dan sebagainya

(3)

Pendahuluan

Selulosa merupakan biomolekul yang paling banyak ditemukan di alam dan merupakan unsur utama penyusun kerangka tumbuhan. Diperkirakan sekitar 1011 ton selulosa dibiosintesis tiap tahun. Daun kering mengandung 10-20%selulosa; kayu 50% dan kapas 90%(Kolman, 2001). Selama ini limbah pertanian maupun kehutanan, seperti jerami gandum maupun padi, tongkol jagung, bagas, kulit kacang dan lain-lain belum dimanfaatkan secara optimal, padahal limbah-limbah tersebut merupakan sumber energi yang potensial. Kandungan selulosanya yang tinggi dapat dikonversi menjadi gula-gula sederhana (gula pereduksi) dan selanjutnya difermentasi menjadi etanol oleh khamir atau bakteri. Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) merupakan turunan selulosa, kopolimer dua unit β-D glukosa dan β-D-glukopiranosa 2-O-(karboksilmetil)-garam monosodium yang terikat melalui ikatan β-1,4-glikosidik. CMC memiliki kelarutan lebih tinggi daripada selulosa, sehingga mudah dihidrolisis. Hidrolisis CMC menjadi gula-gula sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam, enzim maupun mikroba selulolitik. Beberapa penelitian melaporkan bahwa proses hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan daripada menggunakan asam. Selain tidak menimbulkan masalah korosi dan berlangsung pada kondisi mild (pH 4,8 dan suhu 500C), ternyata proses hidrolisais secara enzimatis menghasilkan yield lebih tinggi daripada hidrolisis yang dikatalisis asam (Duff and Murray, 1996). Enzim selulase diproduksi oleh mikroba selulolitik dari golongan bakteri dan jamur. Permasalahan yang sering muncul dalam penelitian adalah kurang tersedianya enzim selulase yang murah dan efisien. Salah satu alternatif untuk mengatasi hal ini adalah dengan memanfaatkan bekicot sebagai sumber enzim

OPTIMASI PROSES HIDROLISIS CARBOXY METHYL CELLULOSE (CMC) DENGAN ENZIM SELULASE DARI BEKICOT, Achatina fulica

Masfufatun

Carboxy Methyl Cellulose (CMC) merupakan turunan selulosa yang mudah

larut dalam air. Oleh karena itu CMC mudah dihidrolisis menjadi gula-gula sederhana oleh enzim selulase. Bekicot adalah hewan lunak, mudah berkembang biak dan memanfaatkan selulosa sebagai sumber energinya serta kandungan proteinnya cukup tinggi. Oleh karena itu bekicot dapat dijadikan sebagai sumber enzim selulase untuk menghidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC)

Peneltian ini bertujuan untuk bertujuan untuk menentukan kondisi optimum proses hidrolisis Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica yang meliputi kondisi pH dan Suhu. Kadar Glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis dianalisa dengan menggunakan metode Semogy-Nelson,. Dari penelitian ini bahwa enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas spesifik sebesar

(4)

Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa – ISBN : 978-979-028-103-5

Surabaya, 14 Pebruari 2009 _____________________________________ B - 363

selulase. Selama ini bekicot banyak digunakan sebagai pakan ternak karena kandungan proteinnya yang cukup tinggi. Silaban, R., 1999 menemukan mikroba selulolitik, Pseudomonas alcaligenes PaAf-18 di dalam tubuh bekicot. Mikroba selulolitik tersebut memproduksi enzim selulase untuk mencerna makanan dan sebagian disimpan dalam hepatopankreas yang salurannya bermuara ke sistem pencernaan. Isolasi enzim selulase dari hepatopankreas bekicot lebih mudah dilakukan daripada isolasi dari bakteri atau jamur, yakni melalui proses dekstruksi sel, homogenasi dan sentrifugasi.

Dalam melakukan kerja katalitiknya, aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu konsentrasi substrat, pH, suhu, konsentrasi enzim dan waktu reaksi (Price, 1979). Di industri pengungkapan sifat dan karakteristik suatu produk enzim sangat diperlukan untuk efisiensi proses produksi dan lebih jauh akan difungsikan untuk memperoleh produk akhir yang berkualitas. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum proses hidrolisis Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica yang meliputi kondisi suhu, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim dan waktu proses. Dari penelitian diharapkan glukosa sebagai hasil hidrolisis dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol.

Bahan dan Metode

Bahan-bahan utama yang diperlukan dalam penelitian ini adalah bekicot,

Achatina fulica sebagai sumber enzim , diperoleh dari perladangan sekitar perumahan

dosen ITS, dipilih yang besar dan cangkangnya masih utuh. Carbokxy Methyl

Cellulose (CMC) sebagai substrat dalam proses hidrolisis diperoleh dari laboratorium

Mikrobiologi Jurusan Biologi FMIPA Universitas Airlangga Surabaya.

Isolasi Enzim Selulase dari bekicot,Achatina fulica

Sebanyak 35 gram hepatopankreas bekicot dihomogenisasi dengan 500ml 1% NaCl dingin (pH=7) dalam waringblender selama 3 menit pada suhu 1-4oC.. Homogenat yang diperoleh kemudian disaring melalui kain pada suhu 2-4oC dan filtratnya disentrifuge selama 80 menit pada suhu 2oC dan 4200 rpm dalam International Refrigerated Centrifuge dengan rotor no. 840. Supernatan yang diperoleh merupakan preparat enzim selulase(Soedigdo, dkk., 1980) selanjutnya dilakukan uji aktivitas dan kandungan protein.

(5)

Optimasi Proses Hidrolisis Carbokxy Methyl Cellulose (CMC) Suhu Optimum

Suhu optimum dilakukan dengan cara sebagai berikut: Ke dalam 6 buah labu erlenmeyer 100ml dimasukkan masing-masing 40 ml CMC 2% dalam larutan buffer asetat pH 5 dan ditambahkan 10 ml enzim selulase. Campuran dalam labu diinkubasi pada suhu berbeda (30oC, 40oC, 50oC dan 60oC) dan kecepatan 160 rpm selama 60 menit.. reaksi dihentikan dengan pemanasan selama 10 menit. Kadar Gula reduksi dalam hidrolisat Carbokxy Methyl Cellulose (CMC) ditentukan dengan menggunakan metode Semgy-Nelson.

pH Optimum

pH optimum ditenntukan dengan cara sebagai berikut: disediakan beberapa larutan CMC 2% dalam bufer asetat dengan pH berbeda 4,5; 5,0; 5,16, 5,25 dan 5,5. Masing-masing larutan diambil 40 ml dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 100 ml yang berbeda. Ke dalam masing-masing labu erlenmeyer ditambahkan 10 ml larutan enzim kemudian diinkubasi pada suhu optimum selama 1 jam dengan kecepatan 160 rpm.. Reaksi dihentikan dengan pemanasan selama 10 menit. Kadar Gula reduksi dalam hidrolisat selulosa ditentukan dengan menggunakan metode Semgy-Nelson.

Metode Analisis

Analisa Kadar Gula Reduksi

Pengambilan sampel dilakukan dengan menggunakan pipet mikro sebanyak 200 l, dimasukkan secara kuantitatif ke dalam tabung ependorf. Kemudian disentrifugasi kecepatan tinggi selama 5 menit. Dipisahkan antara residu dan filtratnya. Filtrat ditentukan kadar glukosanya dengan metode Semogyi-Nelson seperti pada pembuatan kurva standar glukosa. Absorbansi sampel (y) diekstrapolasikan pada persamaan regresi linier yang telah didapat, sehingga setiap kadar glukosa dapat ditentukan..

Uji aktivitas Selulase

Pada tabung reaksi betutup diisi dengan 1,0ml larutan buffer asetat pH 4,8 dan 0,5ml larutan enzim dalam buffer asetat. Selanjutnya campuran tersebut dipanaskan.

(6)

Pada saat suhu mencapai 50OC, ke dalam tabuing tersebut dimasukkan kertas saring berukuran 1,0 x 6,0 cm ( 50 mg) lalu diaduk (NB. Semua bagian kertas saring Whatman No 1 harus tercelup dalam cairan. Setelah 1 jam reaksi dihentikan dengan pemanasan dalam air mendidih selama 10 menit dan selnjutnya dilakukan uji gula reduksi pada filtratnta dengan menggunakan metode Somogy-Nelson. (Ghose,1987)

Uji Kandungan Protein pada Enzim Selulase

Enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot ditrentukan kadar proteinnya dengan cara sebagai berikut: ke dalam tabung reaksi yang berisi 7 mL ekstrak kasar enzim ditambahkan 3 ml reagen Bradford, lalu diinkubasi selama 5 menit. Setelah waktu inkubasi, absorbansi larutan enzim diukur pada panjang gelombang maksimum 595 nm. Absorbansi yang diperoleh diplotkan pada persamaan regresi linier kurva standar protein

HASIL DAN PEMBAHASAN

Isolasi Enzim Selulase dari Bekicot, Achatina fulica

Isolasi enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica dilakukan melalui tahap dekstruksi, homogenisasi dan sentrifugasi. Supernatan yang diperoleh berwarna coklat tua. Dari 35 gram hepatopankreas bekicot dihasilkan 450 mL supernatan. Supernatan ini merupakan ekstrak kasar selulase. Setelah diuji dengan metode bradford, kadar protein pada enzim selulase sebesar 1,932 g/L.

Kurva Standar Glukosa dan Protein

Kurva standar glukosa dibuat untuk dijadikan pedoman perhitungan kadar glukosa sebagai hasil dari proses hidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dengan menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica. Kadar glukosa ditentukan dengan menggunakan metode Somogyi-Nelson (1944). Prinsip dari metode ini adalah reduksi dari Cu2* menjadi Cu+ oleh glukosa yang menghasiikan endapan merah bata. Sedangkan glukosa mengalami oksidasi menjadi asam glukonat. Selanjutnya Cu+ dari endapan merah bata mengalami reoksidasi oleh pereaksi arsenomolibdat. Arsenomolibdat yang mengalami reduksi menghasiikan wama biru. Warna biru tersebut diukur serapannya pada  540 nm.

(7)

Tabel 1. Data Serapan Standar Glukosa Pada Berbagai Konsentrasi Konsentrasi Glukosa (mg/100 mL) Absorbansi (( = 540 nm) 2,0 0,03 4,0 0,07 6,0 0,15 8,0 0,22 10,0 0,28

Dari data tersebut diperoleh persamaan garis linier untuk kurva standar glukosa, yaitu y = 0,0325x – 0,043. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 2 4 6 8 10 12 K onsentra si Glukosa (mg/100m L ) A b s o rb a n s i ( = 5 4 0 n m )

Gambar 1. Kurva Standar Glukosa

Sedangkan kurva protein standar dibuat dengan standar kasein, yang dijadikan sebagai pedoman dalam perhitungan kadar protein enzim.Uji kadar protein menggunakan metode Bradford yang prinsip kerjanya adalah terbentuknya kompleks Coomassie blue dengan ikatan peptida yang ada dalam protein. Kompleks tersebut punya serapan maksimum pada =595 nm.

(8)

Tabel 2. Data serapan protein standar pada berbagai konsentrasi

Konsentrasi Kasein (ppm) Absorbansi 100 0.146 125 0.171 250 0.242 375 0.311 500 0.382 600 0.437 750 0.514 900 0.600 1000 0.650

Dari data tersebut diperoleh persamaan regresi linier untuk kurva protein standar yaitu y = 0,00055x + 0,100. 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100 0 Konsentrasi Kasein (ppm) A b so r b a n si

Gambar 2. Kurva Standar Protein

Uji Aktivitas Selulase

Uji aktivitas enzim dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya aktivitas selulase pada ekstrak kasar. Enzim Selulase dari hepatopankrean bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas 2,75 U/menit dan aktivitas spesifiknya 2,85 U/mg protein.

1 Unit aktivitas diartikan banyaknya enzim yang dapat menghasilkan 1g glukosa setiap mililiter permenit dalam kondisi percobaan.

Optimasi Kondisi hidrolisis

Penentuan kondisi optimum selulase dilakukan karena aktivitas suatu enzim sangat tergantung pada kondisi, di antaranya pH, suhu dan waktu inkubasi.

pH Optimum

Penentuan pH proses hidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dengan menggunakan enzim selulase bertujuan urttuk mendapatkan pH optimum yang mampu mendukung proses hidrolisis utuk menghaslikan glukosa yang maksimal.

(9)

Data analisis proses hidrolisis pada beberapa kondisi pH terdapat dalam tabel 4.5 dan gambar 15.

Tabel 3. Data Analisis proses hidrolisis pada berbagai variasi pH

pH Kadar Glukosa (mg/100ml) 4.5 139.846 4.79 148.769 5 155.231 5.16 160.154 5.25 162.923 5.58 173.077 40.000 45.000 50.000 55.000 60.000 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 pH K a d a r G lu k o s a (m g /1 0 0 m l)

Gambar 3. Kurva Kadar Glukosa terhadap kondisi pH

Gambar 3 menunjukkan bahwa kadar glukosa hasil proses hidrolisis mengalami peningkatan seiring dengan kenaikkan pH, yaitu sampai pH 5,16. Di atas pH 5,16 kadar glukosa mengalami penurunan. Dari sini didapatkan informasi bahwa pH 5,16 merupakan pH optimum proses hidrolisis.

Suhu Optimum

Suhu atau temperatur merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi. Kenaikkan suhu dapat meningkatkan laju reaksi enzimatis (Pazur, I., dan Zahdo, I959). Penentuan suhu proses hidrolisis bertujuan untuk mendapatkan suhu optimum yang dapat mendukung proses hidrolisis menghasilkan giukosa yang maksimal Data anatisis proses hidroisis pada beberapa kondisi suhu proses terdapat dalam tabel dan gambar berikut

(10)

Tabel 4. Data Analisis Proses Hidrolisis pada berbagai suhu Suhu Kadar Glukosa (mg/100mL) 30 924.462 40 1232.154 50 1539.846 60 1847.538 0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 30 40 50 60 S uh u K a d a r G lu k o s a ( m g /1 0 0 m L )

Gambar 4. Kurva Kdar Glukosa pada berbagai suhu

Gambar 4 menunjukkan bahwa kadar glukosa hasil proses hidrolisis mengalami peningkatan seiring dengan kenaikkan suhu proses, yaitu sampai pada suhu 50o!C. Di atas suhu 50oC kadar glukosa mengalami penuruan. Hal ini disebabkan dengan suhu yang lebih dari 50°C enzim mengalami kerusakan yang menyebabkan keaktifan dari enzim mulai menurun. Ini terlihat dari kadar glukosa yang dihasilkan mengalami penurunan yang tajam. Rendahnya produk hidrolisis pada saat proses di bawah suhu 50"C disebabkan oleh kurangnya energi aktivasi yang diperlukan untuk pembentukan kompleks Enzim-Substrat (ES).

KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas spesifik sebesar 2,85 U/mg (enzim kasar); Sephadex G100) and 43,02 U/mg .

Suhu dan pH optimal untuk reaksi enzimatis adalah 50oC dan pH 5,16.

Untuk meningkatkan aktivitas spesifik enzim selulase ini perlu dilakukan pemurnian dan untuk meningkatkan kadar protein enzim selulase perlu dilakukan pemekatan melalui liofilisasi.

(11)

DAFTAR PUSTAKA

Bradford MM, 1976. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of

Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding. Anal. Biochem. 72: 248–254

Ghose, T.K., (1987), Measurement of Cellulase activities, Pure and Applied Chemistry, 59, 257-268

Koolman, J. dan Rohm, K.(2001), Atlas Berwarna dan Teks Biokimia, Terjemahan Septelia, Penerbit Hipokrates , Jakarta

Soedigdo, P., L.S.Nio, A. Soekeni,R.C. Barnett, (1970), Cellulase from The Snail Achatina fulica (Fer), Physial Zoology, 43,2,139-144

Soedigdo, P., Muliawati, M. Wirahadikusumah, (1980), Penuntun Praktikum

Biokimia Dasar, edisi kedua, Departemen Kimia FMIPA ITB, Bandung.

Silaban, Ramlan., (1999), Enzim Selulolitik pada Bakteri Pseudomonas alchaligenes

PaAf-18, PhD Theses from JBPTITBPP, Bandung

Sudarmadji, S., Haryono,B., Harsono., (1984), Prosedur Analisa untuk Bahan

Makanan dan Pertanian, Liberti, Yogyakarti

Duff, S.J.B., Murray, W.D., (1996), Bioconvertion of forest products industry waste