Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
Aktifitas Lipase Beberapa Kecambah Biji sebagai Biokatalisator Sintesa Ester Metil Asam lemak Sri Mulyani, Lutfi Suhendra, A.A. Dewi Anggreini 1)dan IDG.Mayun Permana 2) 1)
Jurusan Teknologi Industri Pertanian 2) Jurusan Ilmu & Teknologi Pangan Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Udayana, Gedung GA, Kampus Bukit Jimbaran Bali, Indonesia. Email: moel_pstp @yahoo.com Abstrak Tujuan penelitian ini adalah menentukan aktifitas alkoholisis lipase indigenous selama proses perkecambahan biji untuk sintesa ester metil asam lemak (EMAL). Biji yang dipilih adalah bunga matahari (Helianthus annuss), kapok (Eriodendrom anfractuosum), kedelai (Glycine max L), koro benguk (Mucuna pruriens L.), wijen (Sesamum indicum L.), kacang tanah (Arachis hypogaea L.), jagung (Zea mays), beras ketan (Oryza sativa Glutinosa) dan beras (Oryza sativa), jarak (Jatropa curcas), ketumbar (Coriandrum sativum L.) dan adas (Foeniculum vulgare Mill). Kecambah biji dibuat melalui proses perendaman, pemisahan biji dari larutan perendaman dan perkecambahan biji pada suhu kamar (300C) dalam ruangan gelap. Hasil perkecambahan di analisa meliputi : kadar air, dan lemak. Lipase kasar diperoleh dengan cara mengekstrak kecambah biji, selanjutnya lipase yang diperoleh diuji aktifitas alkoholisis dan digunakan sebagai biokatalisator sintesa EMAL. Penelitian menunjukkan biji bunga matahari menghasilkan kadar lemak tertinggi selama perekecambahan. Lipase ekstrak kecambah biji adas mempunyai aktivitas alkoholisis tertinggi (14,93 U/g) yang dicapai selama perkecambahan 8 hari. Sintesa EMAL hasil screening lipase ekstrak kecambah biji rata-rata >85%, kecuali lipase ekstrak kecambah biji jagung dan lipase ekstrak biji ketan. Kata kunci: alkhoholisis, ester metil asam lemak, kecambah biji dan lipase asam lemak (EMAL) yang dapat digunakan pula untuk produk biodiesel atau bahan baku industri oleokimia. Lipase sebagai katalis untuk sintesa LSS dapat diperoleh dari spesies mikroba maupun tanaman. Sebagai katalis, lipase mempunyai kelebihan dibandingkan katalis kimia yaitu aman untuk diterapkan pada makanan dan obatobatan dan mempunyai kemampuan untuk mengkatalis reaksi dengan selektifitas dan spesifik yang tinggi. Katalisis ester yang sulit dilakukan dengan metode kimiawi menjadi sederhana dengan pemanfaatan teknologi enzimatik lipase (Bailey,1950; Sulistyo dkk., 2000 dalam Handayani dan Sulistyo, 2005).
1. PENDAHULUAN Lipid terstruktur didefinisikan oleh Akoh (2002) sebagai triasil gliserol yang mengandung campuran asam lemak berantai pendek atau medium, atau keduanya pada posisi sn-1,3 dan berantai panjang pada posisi sn2. Lipid terstruktur spesifik (LSS) akhir-akhir ini memperoleh perhatian di bidang teknologi pangan dan gizi, kesehatan dan industri. Perhatian dunia disebabkan sifatsifat nutrisi dan fungsional LSS dapat digunakan untuk memperbaiki sifat produk makanan, mencegah beberapa penyakit (jantung, kanker). Proses sintesa LSS diperoleh produk lain berupa ester asam lemak misalnya etil atau metil ester 1
Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
Menurut Xu (2000) LSS hanya dapat diproduksi melalui interesterifikasi enzimatik menggunakan enzim lipase regiospesifik. Beberapa penelitian lipase yang berasal dari tanaman diperoleh dari dorman dan biji berkecambah telah dilakukan seperti pada biji Jatropa curcas L (Abigor dkk., 2002), kacang faba kecil (favia faba L) oleh Dundas dkk, (1998). Nelson dkk. (1996) melakukan screening lipase dari banyak spesies mikroba dalam kemampuan melakukan transesterifikasi trigliserida dengan alkohol rantai pendek menjadi alkil ester. Biji saat mengalami perkecambahan memerlukan aktivitas lipolitik yang tinggi dalam rangka memenuhi kebutuhan energi. Salah satu sumber energi adalah minyak dan lemak yang ada dalam biji, sehingga diharapkan aktivitas lipase tinggi pada saat biji berkecambah. Enzim lipase yang dihasilkan oleh perkecambahan biji-bijian mempunyai kondisi optimum aktivitas hidrolisis, esterifikasi dan alkoholisis yang spesifik. Pada penelitian ini, enzim lipase diperoleh dari kecambah biji biji bunga matahari (Helianthus annuss), biji kapok (Eriodendrom anfractuosum), biji kedelai (Glycine max L), biji koro benguk (Mucuna pruriens L.), biji wijen (Sesamum indicum L.), biji kacang tanah (Arachis hypogaea L.), biji jagung (Zea mays), biji beras ketan (Oryza sativa Glutinosa) dan biji beras (Oryza sativa), biji jarak (Jatropa curcas), biji ketumbar (Coriandrum sativum L.) dan biji adas (Foeniculum vulgare Mill). Aktivitas alkoholisis lipase ditentukan selama proses perkecambahan. Alasannya adalah pada tahap perkecambahan diperlukan energi yang tinggi, yang terbukti dari kecepatan respirasi yang tinggi, sehingga diharapkan aktivitas lipasenya dan alkoholisis asam lemak tinggi.
Bahan berupa benih biji: kapok, padi/beras, jagung, ketan, adas, kedelai, ketumbar dan biji bunga matahari diperoleh dari kota Denpasar dan sekitarnya. Bahan kimia yang digunakan semuanya “analytical grade” dan diperoleh dari Sigma Co., St. Louis, MO, USA. Peralatan analisa diantaranya: sentrifuge, shaker waterbath, tabung reaksi, vortex, stop watch, kain katun tipis, Neraca Analitik (Sartorius), HPLC, GC, spektrofotometer dan Cawan Conway. 2.2. Jalannya Penelitian Perkecambahan biji dilakukan dengan metode Abigor dkk. (2002) yang telah dimodifikasi. Biji direndam dalam larutan dengan variasi pH dan waktu yang telah ditentukan, dilanjutkan dengan perendaman dalam larutan fungisida (1ml/l air destilasi) selama 10 menit. Biji dihamparkan di atas lembaran kertas dalam nampan yang berisi pasir steril pada suhu kamar (30oC). Saat mengecambahkan dianggap sebagai hari pertama perkecambahan. Setiap hari biji diamati untuk analisa pendahuluan Preparasi enzim dilakukan menurut cara Abigor dkk. (2002) yang telah dimodifikasi. Enzim diisolasi pada suhu 4oC untuk semua percobaan yang dilakukan. Preparasi enzim dilakukan pada biji berkecambah maupun tidak berkecambah. Biji dicuci dengan air destilasi dan dihomogenisasi selama10 menit dalam 0,15 M larutan buffer fosfat (5 mL/g berat basah) yang berisi 0,6 M sukrosa, 1 mM EDTA, 10 mM KCl, 1 mM MgCl2, sedangkan pH diatur 7,5 dengan KOH. Homogenat disentrifugasi selama 30 menit pada 5.000 rpm. Lapisan supernatan digunakan untuk pengujian aktivitas alkoholisis lipase. Ekstrak enzim lipase disimpan pada suhu 4oC selama menunggu dilakukan pengujian.
2. METODE PENELITIAN 2.1. Bahan dan Alat
2
Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
pertumbuhan dan perkembangan embrio dalam jumlah yang tidak besar. Biji jarak mempunyai kadar lemak cenderung turun, hal ini kemungkinan disebabkan tingginya kandungan minyak di dalam biji jarak, sehingga untuk kebutuhan energi sebagian besar menggunakan cadangan lemak yang ada di dalam biji.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.Kadar Air Kadar air biji kering dalam penelitian ini berkisar antara 3,72 – 22,67%. Awal kadar air biji untuk bisa tumbuh mempunyai variasi antara 26,8 – 63,8 %. Kadar air terendah biji untuk bisa tumbuh adalah beras ketan 26,8% dan paling tinggi biji adas. Perbedaan kadar air ini disebabkan kemampuan penyerapan air biji yang tidak sama tergantung kekerasan kulit dan permeabilitas kulit terhadap kemampuan penyerapan air. Penyerapan air oleh benih terjadi pada tahap pertama biasanya berlangsung sampai jaringan mempunyai kandungan air 40-60% (atau 67-150% berat kering). Dan meningkat lagi pada saat munculnya radicle sampai jaringan penyimpanan dan kecambah yang sedang tumbuh mempunyai kandungan air 70-90% (Ching, 1972 dalam Sutopo 2002).
Tabel 1 Kadar lemak tertinggi selama perkecambahan beberapa jenis biji-bijian Lama Kadar Nama Biji PerkecamLemak (%) bahan Kapok 3 (hari) 53,32 Beras 0 (hari) 3,01 Jagung 6 (hari) 7,63 Ketan 0 (hari) 2,76 Jarak 2 (hari) 62,13 Adas 6 (hari) 20,76 Ketumbar 8 (hari) 9,62 Kedelai 36 (jam) 30,65 Matahari 48 (jam) 86,77 60
Kadar Lemak (%)
3.2.Kadar Lemak Kadar lemak selama perkecambahan biji pada masing-masing biji mempunyai pola yang berlainan (Gambar 1). Hal ini kemungkinan disebabkan tingkat kebutuhan energi pada masingmasing biji dan kandungan senyawasenyawa yang ada dalam biji berbeda. Tabel 1 nampak kadar lemak pada perkecambahan biji-bijian mempunyai besaran pada kisaran 1,94 – 86,77 %. Biji kapok, biji adas dan biji matahari kedelai selama perkecambahan kadar lemak cenderung meningkat, hal ini kemungkinan selama perkecambahan cadangan karbohidrat dan protein telah mencukupi untuk kebutuhan energinya. Biji jagung, beras, beras ketan, biji kedelai, biji ketumbar dan biji adas kadar lemak tidak terlalu fluktuatif perubahan kadar lemaknya, hal ini kemungkinan pada biji-biji ini terjadi hidrolisis dan esterifikasi pada lemak sesuai dengan kebutuhan energi untuk
50 Kapok
40
Beras Jagung Ketan
30 20 10 0 Biji Kering
0
1
2
3
4
5
6
Lama Perkecambahan (hari)
Kadar Lemak (%)
70 60 50
Jarak Adas Ketumbar
40 30 20 10 0 Biji Kering
0
2
4
6
8
10
12
Kadar Lemak (%)
Lama Perkecambahan (hari)
100 80 60
Kedelai
40
Matahari
20 0 Biji Kering
0
12
24
36
48
60
Lama Perkecambahan (jam)
Gambar 1. Kadar lemak biji kering dan biji selama perkecambah beberapa jenis biji
3
72
Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
mempunyai kemampuan memproduksi EMAL dalam kapasitas tinggi > 85%, kecuali pada lipase ekstrak kecambah biji jagung dan ketan mempunyai kemampuan < 80%. Aktivitas alkoholisis lipase dari ekstrak kecambah biji-bijian selama perkecambahan ditunjukkan Gambar 3. Aktivitas hidrolisis ekstrak kecambah dari biji-bijian selama perkecambahan mempunyai pola yang berbeda dan aktivitas yang berbeda pada masingmasing biji.
3.3.Aktivitas Alkoholisis Lipase Hasil pengujian terhadap aktivitas alkoholisis ekstrak kecambah delapan jenis biji terdapat pada Tabel 2. Aktivitas alkoholisis ekstrak kecambah dari bijibijian tertinggi mempunyai kisaran antara 3,32 – 14,92 U/g. Aktivitas alkoholisis lipase dari eksrak kecambah biji adas mempunyai aktivitas tertinggi dibandingkan aktivitas lipase dari ekstrak kecambah biji lain. Hasil aktivitas lipase biji adas tertinggi ini dicapai pada lama perkecambahan 8 hari.
Hal serupa yang diteliti oleh Suhendra (2005) melakukan optimasi menggunakan RSM terhadap kondisi perkecambahan meliputi pH perendaman, lama perendaman dan lama perkecambahan terhadap biji koro benguk, biji kacang tanah dan biji wijen diperoleh optimasi masing-masing sebesar 28,81 U/g, 22,06 u/g dan 12,99 U/g.
Tabel 2. Aktivitas alkoholisis ekstrak kecambah tertinggi selama perkecambahan beberapa jenis biji-bijian Lama Aktivitas Nama Biji Perkecam- Alkoholisis bahan (U/g) 3 (hari) 8,7756 Kapok 6 (hari) 5,5738 Beras 0 (hari) 3,3228 Jagung 5 (hari) 4,5895 Ketan 0 (hari) 7,9040 Jarak 8 (hari) 14,9252 Adas 6 (hari) 9,9428 Ketumbar Kedelai Matahari
60 (jam) 48 (jam)
10,8829 11,5546
Gambar 2 menunjukkan hasil produk EMAL pada masing-masing lipase ekstrak kecambah biji. Lipase dari ekstrak
.
EMAL (%)
100 80 60 40 20 0 Kapok
Beras
Jagung
Ketan
Jarak
Adas
Ketumbar Kedelai Matahari
Jenis Biji-Bijian
Gambar 2. Produk EMAL dari lipase ekstrak kecambah biji dari beberapa jenis bijibijian
4
Aktvitas Alkoholisis (U/g)
Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
10 8
Kapok
6
Beras
4
Jagung Ketan
2 0 0
1
2
3
4
5
6
Aktivitas Alkoholisis (U/g)
Lama Pe rke cambahan (hari)
20 15
Jarak
10
Adas Ketumbar
5 0 0
2
4
6
8
10
12
Aktivitas Alkoholisis (U/g)
Lama Pe rke cambahan (hari)
14 12 10 8 6 4 2 0
Kedelai Matahari
0
12
24
36
48
60
72
Lama Pe rke cambahan (jam)
Gambar 3. Aktivitas alkoholisis lipase ekstrak kecambah biji dari beberapa jenis biji-bijian
4. KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
1. Lipase ekstrak kecambah biji adas mempunyai aktivitas alkoholisis tertinggi (14,93 U/g) pada lama perkecambahan 8 hari. 2. Produksi EMAL hasil screening lipase ekstrak kecambah biji rata-rata >85%, kecuali lipase ekstrak kecambah biji jagung dan lipase ekstrak biji ketan.
Abigor, R.D., Uadia, P.O., Foglia, T.A., Hass, M.J., Scott, K. dan Savary, B.J.(2002). Partial and Properties of Lipase from Germaning Seeds of Jatropha curcas L. JAOC. 79: 1123-1126. Akoh, C.C (2002. Structured Lipids, In: Food Lipids: Chemistry, Nutrition, and Biotechnology, edited by Akoh, C.C dan Min, D.B, Marcel Dekker, New York. pp:699-727.
UCAPAN TERIMA KASIH Disampaikan kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi dalam hal ini DP2M atas bantuannya lewat dana penelitian Hibah Bersaing sehingga penelitian ini bisa diselesaikan.
Dundas, D.G.A., Hendersen, H.M., dan Eskin, N.A.(1977). Lipase From Vicia faba Minor. Food Chem, 5
Proceeding Seminar Nasional APTA, 16 Desember 2010
Applied Science Publishers Ltd, England. 3: 171-178. Nelson, L.A., Foglia, T.A., dan Marmer, W.N.(1996). Lipase Catalyze Production of Biodesel. JAOC. 73 (8): 1191-1195. Soetopo, L.(2002). Teknologi Benih. PT Raja Grafindo Persada, Jakarta. Hal:21-56. Suhendra, L (.2005). Aktivitas Lipase dari Ekstrak Kecambah KacangKacangan. Tesis S-2. Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Xu, X (2000). Enzymatis Production of Structured Lipids: Process reaction of Dietary Eicosapentaenoic Acid. Prog. Food Nutr. Sci. 12: 111-150. Handayani, R dan Sulistyo, Joko. (2005). Transesterifikasi Ester Asam Lemak Melalui Pemanfaatan Teknologi Lipase, Biodiversita vol. 6: 3. - Pusat Penelitian Biologi, LIPI- Bogor
6
