Ayahanda Muhammad Irfan dan tercinta Evin Hesti Elida yang telah membesarkan saya dengan kasih sayang, kesabaran dan kerja keras, serta terima kasih atas doa yang selalu tercurah sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Alhamdulillahirabbil'alamin atas segala nikmat, kesabaran dan kekuatan yang diberikan oleh Allah SWT sehingga penulis dengan izinnya penulis skripsi berjudul "Produksi dan pemurnian parsial selulase dari Aspergillus sp. Allah SWT yang telah memberikan kesehatan, kesabaran dan kekuatan kepada penulis selama ini penyelesaian tesis ini;
Si., Sebagai Dosen Penguji yang telah menyetujui untuk menguji skripsi ini, meluangkan waktu, pikiran, tenaga serta memberikan masukan dan saran untuk pengembangan penulis dan skripsi ini; Seluruh dosen Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat selama penulis masih menjadi mahasiswa; Endang Soesetyaningsih, selaku Teknisi Laboratorium Mikrobiologi yang telah dengan sabar memberikan banyak bantuan selama penelitian ini;
Si selaku tim Kombi dan Bpk. Daniel yang membantu proses administrasi dalam penyelesaian skripsi ini; Teman-teman asrama Reni Rusdianti, Nabilah Ilmalah Sunarto, Okta Novalia Gasani, dan Saniyah Fatkhul Alim yang telah membantu, mendukung dan mendampingi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini; Sahabat BANANA angkatan 2016 terima kasih atas kekeluargaan, persaudaraan dan pengalaman yang diberikan kepada penulis.
Petugas keamanan yang memberikan rasa aman pada saat penulis dan teman-teman bermalam di laboratorium;
PENDAHULUAN
- Latar Belakang
- Rumusan Masalah
- Batasan Penelitian
- Tujuan Penelitian
- Manfaat Penelitian
Kandungan bahan organik utama pada kulit lembut buah kopi adalah selulosa (63%), protein dan juga mengandung tanin, kafein, dan polifenol dalam jumlah yang signifikan (Roussos et al., 1995). Kandungan selulosa yang tinggi berpotensi untuk dimanfaatkan dalam biokonversi, salah satunya sebagai substrat dalam produksi enzim selulase (Khoshnevisan et al., 2011). Hal ini dapat menjadi salah satu alternatif pengolahan limbah buah kopi sebagai substrat sehingga produksi selulase dapat dilakukan secara ekonomis dan ramah lingkungan.
Salah satu metode yang banyak digunakan dalam produksi enzim selulase adalah fermentasi keadaan padat. SSF banyak digunakan di laboratorium karena memiliki beberapa keunggulan antara lain rendemen produk fermentasi yang tinggi, dapat menggunakan berbagai jenis kapang, dan tidak mudah terkontaminasi karena SSF memerlukan kelembapan yang rendah. Metode SSF merupakan metode yang paling sesuai untuk proses fermentasi yang melibatkan organisme yang membutuhkan sedikit kelembapan, seperti kapang (40-60%) (Perdani et al., 2019).
Enzim selulase yang dihasilkan tidak murni sehingga perlu dilakukan pemurnian untuk memisahkannya dari enzim dan protein lain (Megha et al., 2015). Pada penelitian ini dilakukan pemurnian parsial yaitu dialisis menggunakan membran selofan dan kromatografi menggunakan DEAE Selulosa DE-52. Rumusan masalah penelitian ini adalah bagaimana aktivitas enzim selulase hasil produksi dan pemurnian parsial melalui fermentasi padat menggunakan biji kopi kulit lunak oleh Aspergillus sp.
Keterbatasan penelitian ini antara lain aktivitas enzim melalui uji gula reduksi menggunakan metode Somogyi-Nelson dan pemurnian parsial menggunakan metode dialisis membran selofan dan DEAE Selulosa DE-52. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh aktivitas enzim selulase hasil produksi dan pemurnian parsial melalui fermentasi padat biji kopi lunak Aspergillus sp. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi terobosan baru dalam produksi enzim selulase melalui pemanfaatan kulit lembut buah kopi, sehingga produksi selulase dapat dilakukan secara ekonomis dan ramah lingkungan.
TINJAUAN PUSTAKA
- Selulosa dan Selulase
- Aspergillus sp. VT12
- Kulit Lunak Buah Kopi
- Solid State Fermentation (SSF)
- Purifikasi Parsial
Endo-1,4-β-glukanase berperan dalam menghidrolisis ikatan glikosidik internal 1,4-β acak pada daerah amorf selulosa yang menghasilkan oligomer rantai panjang (ujung non-pereduksi). Kapang berfilamen digunakan sebagai mikroorganisme untuk produksi selulase karena kapang mempunyai kemampuan tinggi dalam memproduksi dan mensekresi protein (Vaishnav et al., 2018; Wakai et al., 2019). Vesikel yang mempunyai dua lapisan sel (phialid dan metula) disebut biseriat, sedangkan vesikel yang menghasilkan satu lapisan phialid disebut uniseriate (Klich, 2002; Sari et al., 2017).
Kulit luar dan sebagian daging buah (eksokarp dan sebagian mesokarp biji kopi) dihasilkan selama pengolahan basah (Gambar 2.4) (Fan et al., 2003). Residu mentah kulit lunak (pulp) buah kopi akan sulit terurai karena kulit buah kopi yang keras serta kandungan kafein dan tanin pada kulit lembut buah kopi akan menjadi bahan racun yang mencemari lingkungan. (Corro dkk., 2013). Kandungan selulosa yang tinggi pada daging buah mendukung penggunaannya sebagai substrat untuk fermentasi padat, namun juga mengurangi limbah berbahaya karena kandungan kafein pada daging buah lebih tinggi dibandingkan pada bagian lain dari kopi.
Penelitian yang dilakukan oleh Muzakhar dkk. 2017) berhasil membuktikan bahwa kulit lembut buah kopi dapat dimanfaatkan sebagai substrat produksi selulase dengan bantuan Aspergillus sp. Fermentasi keadaan padat (SSF) didefinisikan sebagai fermentasi yang terjadi dalam kondisi tanpa atau hampir tanpa air bebas, sehingga mirip dengan lingkungan alami tempat mikroorganisme beradaptasi (Holker et al., 2004; Pandey et al., 2000a) . ). Faktor lain yang mempengaruhi proses SSF adalah suhu, pH, aerasi dan aktivitas air (Perdani et al., 2019).
Keunggulan SSF dibandingkan SmF adalah biomassa dan enzim yang dihasilkan lebih tinggi dan lebih tahan terhadap kerusakan protein (Gonzales et al., 2003). Cara ini juga mempunyai kelemahan yaitu suhu, pH, kelembaban dan konsentrasi substrat selama fermentasi sulit dikendalikan karena terbatasnya ketersediaan air (Holker et al., 2004). Fermentasi padat atau Solid State Fermentation (SSF) adalah metode yang cocok untuk produksi selulase yang ekonomis.
Produksi selulase dipengaruhi oleh substrat yang digunakan dalam fermentasi. Oleh karena itu, pemilihan substrat menjadi penting dalam meningkatkan produksi selulase (Shruthi et al., 2019). Partikel kecil akan berdifusi keluar membran, sehingga molekul enzim pada membran terbebas dari partikel kecil tersebut (Kusumadjaja dan Dewi, 2005; Suryadi et al., 2019). Ketika dilakukan elusi bertahap (NaCl 0-0,6 M bertahap), protein dengan ikatan lemah akan terlepas dalam matriks dan digantikan oleh ion garam dengan konsentrasi lebih tinggi (Suryadi dkk., 2019).
METODE PENELITIAN
- Tempat dan Waktu
- Alat dan Bahan
- Rancangan Penelitian
- Prosedur Penelitan
- Persiapan Penelitian
- Produksi Ekstrak Kasar Enzim
- Purifikasi Parsial Ekstrak Kasar Enzim
- Analisis Data
Rancangan penelitian terdiri dari 3 tahapan utama yaitu persiapan penelitian, produksi ekstrak kasar enzim dan pemurnian parsial. Penentuan kadar air dilakukan dengan cara memasukkan 5 gram biji kopi bubuk halus ke dalam kantong teh celup dan merendamnya dalam air suling selama 2 jam. Bubuk kulit buah kopi halus dalam kantong teh dikeringkan dalam oven bersuhu 50˚C selama 7 jam dan ditimbang.
Kadar air kulit pad kopi ditentukan berdasarkan nilai selisih berat basah dan berat kering (Khofiya et al., 2019). Sampel larutan didinginkan kemudian ditambahkan 500 μl reagen Nelson dan 2,5 ml air suling ke dalam masing-masing tabung. Masing-masing sampel diambil larutan sebanyak 1,3 ml dan dimasukkan ke dalam Eppendorf kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 8000 rpm selama 10 menit.
Pemanenan ekstrak kasar enzim dilakukan setiap 24 jam sekali mulai hari ke 0 hingga hari ke 7 (Perdani et al., 2019). Sebanyak 50 µl ekstrak enzim kasar dimasukkan ke dalam tabung kelompok eksperimen sedangkan kelompok kontrol tidak dicuci, kemudian diinkubasi dalam penangas air bersuhu 37˚C selama 2 jam. Sebanyak 500 µl reagen Somogy ditambahkan pada kelompok uji dan kontrol lalu dididihkan selama 15 menit pada suhu 100˚C.
Tunggu hingga larutan sampel dingin, lalu tambahkan 500 μl reagen Nelson dan 2,5 ml air suling ke setiap sampel. Pembuatan ekstrak kasar enzim dilakukan dengan menggunakan 40 g bubuk sekam kopi dan 73,6 ml air suling dalam Erlenmeyer 2000 ml. Waktu inkubasi media SSF yang akan digunakan untuk produksi ekstrak kasar enzim disesuaikan dengan hasil optimasi yang dilakukan yaitu 120 jam.
VT12 pada fermentasi padat menggunakan kulit lunak buah kopi mempunyai waktu inkubasi optimal 120 jam dengan aktivitas 0,52 U/ml. Setelah dimurnikan dengan metode dialisis membran selofan dan kromatografi DEAE Selulosa 52, enzim ekstrak kasar mengalami peningkatan kemurnian hingga 5,5 kali lipat, serta peningkatan aktivitas spesifik pada setiap tahap pemurnian. Disarankan untuk melakukan pemurnian lebih lanjut agar enzim selulase yang diperoleh lebih murni serta penelitian lebih lanjut mengenai karakterisasi pH dan suhu enzim selulase Aspergillus sp.
Produksi selulase oleh Aspergillus niger selama fermentasi terendam dan padat menggunakan limbah sabut sebagai substrat. Hasil isolasi limbah pengolahan sagu (Metroxylon sp.) dengan variasi konsentrasi inokulum pada fermentasi terendam statis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Produksi Ekstrak Kasar Enzim
Purifikasi Parsial Ekstrak Kasar Enzim
PENUTUP
- Kesimpulan
- Saran
- Struktur selulosa
- Hidrolisis selulosa menjadi glukosa
- Aspergillus sp. VT12
- Penampang buah kopi
- Alur rancangan penelitian
- Optimasi produksi selulase Aspergillus sp. VT12 pada waktu inkubasi 0-
- Grafik perbandingan akivitas selulase dengan nilai absorbansi protein 280
Generation of biogas from co-fermentation of coffee pulp and cow dung: infrared studies of emissions after combustion. Purification and characterization of fungal cellulase isolated from the vermicomposting process of empty palm fruit bunches. Sugar production by digestion of empty palm fruits using extracellular enzymes from Aspergillus niger and Trichoderma reesei for ethanol production.
Solid-state fermentation method for the production of laccase enzyme using bagasse, corn stalk and rice hulls as substrates for adrenaline biosensor. Biotechnology management of coffee pulp - isolation, screening, characterization, selection of caffeine-degrading fungi and natural microflora present in coffee pulp and husk. Potential of Penicillium vermiculatum cellulase for preparation and characterization of microcrystalline cellulose produced from α-cellulose of Kapok Pericarpium (Ceiba petandra).
High sugar hydrolysed from coffee pulp waste produced under solid fermentation by Pestalotiopsis sp.
