Potensi Bakteri Isolat Sonai untuk Hidrolisis Ampas Sagu Menjadi Monosakarida

ISSN 2301-5934

Jurnal Kimia & Pendidikan Kimia Vol. 1, No. 1, April 2012 Tersedia online di www.sainsjurnal.com

Potensi Bakteri Isolat Sonai untuk Hidrolisis Ampas Sagu Menjadi Monosakarida [Sonai isolate as potential bacteria for fiber sago hydrolysis to monosaccharide] Prima Endang Susilowatia  , Sarni Marwantia, Desi Kurniawatya, Sapto Raharjoa a

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Halu Oleo, Kendari

Diterima 10/04/2012; direvisi 11/06/2012; disetujui 03/09/2012

Abstract Cellulolytic and xylanolytic enzymes play an important role in natural biodegradation processes in which plant lignocellulosic materials are efficiently degraded by microorganisms. Large amount of fiber sago wastes from renewable sago residues are rich sources of cellulose, hemicellulose and lignin. Hemicelluloses wastes bioavailability conversion presupposes the changing of the macromolecular structure by using enzymes and to result free simple compounds (mono-disaccharide). The purposes of this study are isolation bacteria from water collected in the Sonai hot-springs and use bacteria for bioconversion of fiber sago. Bacteria were isolated on cellulose dan xylan agar medium and screened by the cellulolysis dan xylan method. Determining the reducing sugars liberated from cellulose and xylan using dinitrosalicylic acid (DNS) reagent. The results are identification of bacteria from Sonai hot springs showed 13 isolates potential xylanolitic and cellulose. Isolate IIIB-3 showed maximum xylanase and cellulose production. The isolate can hydrolysis fiber sago at condition optimum fermentation 500C, pH 6, shaker rate 175 rpm, 5% substrate, and 18 hours incubation. Keywords: fiber sago, hemicelluloses, sacharification, Sonai isolate

1. Pendahuluan Sulawesi Tenggara merupakan

dilakukan

secara

tradisional

batang sagu ditebang,

yaitu

selanjutnya

salah satu provinsi penghasil sagu

pemerasan dengan penambahan air,

dengan luas area 5.607 hektar (BPPS,

dan penyaringan untuk memisahkan

2008). Pengolahan sagu umumnya

pati dari ampasnya. Ampas sagu



Prima Endang Susilowati, Telp./Hp.: 0401-3191626/081322087327 Email: [email protected]

1

Prima Endang Susilowati / Sains Vol.1 No. 1 (April 2012), 1-12

selama ini belum dimanfaatkan, hanya

xilanase (Pason dkk, 2003; Kurnia

dibuang dan menjadi limbah (Awg-

Harlina

Adeni dkk., 2010). Proses pemanfaatan

enzimatik

ampas

penggunaan zat kimia sehingga relatif

sagu

cukup

baik,

karena

mengandung serat kasar 18,25%, abu 2,99%

dan

protein

dalam

serat

komponen

ampas

dapat

Hidrolisis mengurangi

Secara

umum

mekanisme

hidrolisis selulosa secara enzimatik,

Kandungan merupakan

2002).

lebih ramah lingkungan.

1,132%

(Rahmawati, 2011).

Dewi,

sagu.

kasar terbanyak

Serat

kasar

merupakan

aksi

sinergetik

endoglukanase exoglukanase

(EC atau

selobiohidrolase β-glukosidase

(EC

dari selulosa yang terbungkus oleh

(EC3.2.1.21). Endoglukanase atau β-

lignin dengan ikatan yang cukup kuat

1,4-glukan-4-glukanohidrolase bekerja

(Saha,

hidrolisis

menghidrolisis ikatan glikosidik β-1,4

hemiselulosa yang umum digunakan

pada rantai selulosa secara acak.

pada industri etanol adalah hidrolisis

Aktivitas

dengan asam, seperti asam sulfat atau

memotong selulosa dibagian ujung

asam klorida (Taherzadeh dan Karimi,

rantai untuk menghasilkan selobiosa

2008). Selain menggunakan asam,

atau glukosa. β-glukosidase atau β-1,4-

hemiselulosa

dihidrolisis

glukosida

menggunakan enzim yaitu hidrolisis

3.2.1.21)

menggunakan

selobiosa dan rantai pendek selo-

2

Proses

dapat

enzim

selulase

dan

dan

3.2.1.4),

merupakan polisakarida yang terdiri

2004).

3.2.1.91),

oleh

exoglukonase

glukohidrolase mampu

adalah

(EC

menghidrolisis


oligosakarida menjadi glukosa (Wu

Sulawesi Tenggara yang potensial

dkk., 2006).

terdapat

Enzim

xilanase

dapat

bakteri

xilanolitik

selulolitik

termofilik.

Hal

dan ini

diklasifikasikan berdasarkan substrat

disebabkan di sekitar sumber air panas

yang dihidrolisis, yaitu β-xilosidase,

terdapat

eksoxilanase, dan endoxilanase. Enzim

(Rahmawati,

β-xilosidase

yang

keanekaragaman hayati dan tingkat

xilo-

kelembaban yang tinggi serta substrat

oligosakarida rantai pendek menjadi

yang melimpah di kawasan ini sangat

xilosa. Eksoxilanase mampu memutus

memungkinkan hidup berbagai jenis

rantai

mikroorganisme, seperti bakteri yang

mampu

adalah

enzim

menghidrolisis

polimer

xilan

pada

ujung

area

tanaman

2011).

sagu

Bervariasinya

reduksi, sehingga menghasilkan xilosa

memiliki

sebagai produk utama dan sejumlah

selulolitik dan xilanolitik tinggi.

oligosakarida

rantai

aktivitas

amilolitik,

pendek.

Pada penelitian ini dilakukan

Sementara enzim endoxilanase mampu

isolasi bakteri potensial xilanolitik dan

memutus ikatan β-1,4 pada bagian

selulolitik dari sumber air panas Sonai

dalam rantai xilan secara teratur. Hasil

Sulawesi Tenggara, yang selanjutnya

hidrolisis

digunakan untuk menghidrolisis ampas

xilan

adalah

xilo-

oligosakarida dan xilosa (Perez dkk.,

sagu.

2002).

enzimatis berlangsung optimal maka Sumber

merupakan

air

salah

panas satu

Sonai

daerah

di

Supaya

dilakukan substrat,

proses

penentuan pH,

hidrolisis

konsentrasi

kecepatan

goyang 3


inkubator

dan

Informasi

ini

suhu

optimum.

diharapkan

dapat

(Pepton 0,5%, Yeast Extract 0,25%, NaCl 0,5%, CaCl2

0,01%, MgSO4

membantu pengembangan bioindustri

0,3%, H3BO3 0,001%, Na2MoO4.2H2O

di Indonesia, antara lain industri

0,001%, agar-agar 3%, air sampel).

bioetanol, pakan ternak.

Media NB (Nutrient Broth) (pepto, 0,5%, BE 0,3%, KNO3 0,5%). Reagen

2. Metodologi

DNS

2.1. Alat yang Digunakan

dinitrosalisilat, 20 mL NaOH 2 N, dan 20D+

Spektrofotometer

(1

g

asam

3,5-asam

30 g Na-K-Tartrat dalam 100 mL)

(Thermo Scientific), sentrifus (Geneys), laminar air flow, shaker inkubator,

2.3. Prosedur Kerja Data penelitian ini diperoleh

timbangan analitik (Ohaus), pH meter (Hanna),

oven,

autoklaf

(Astel),

termometer, mikroskop dan peralatan-

dengan menggunakan metode isolasi dan

penapisan

selulolitik,

peralatan gelas.

bakteri

hidrolisis

xilanolitik-

ampas

sagu

menggunakan bakteri, dan analisis 2.2. Bahan yang Digunakan Sampel air panas Sonai, ampas sagu, CMC (carboxymethylcellulose), xilan, xilosa, glukosa, NaOH 4 M, HCl 4 M, NaOH 2%, buffer pH 4–9. Media LB

4

(Luria

Bertani)

dimodifikasi

monosakarida yang terbentuk. Isolasi dan penapisan bakteri digunakan untuk memperoleh hidrolisis

bakteri hemiselulosa.

potensial Hidrolisis

ampas sagu secara enzimatik oleh bakteri dilakukan untuk memperoleh


monosakarida. monosakarida

Banyaknya yang

jumlah terbentuk

NaOH, kemudian dicuci sampai pH netral.

Sampel

terdelignifikasi

dianalisis menggunakan metode DNS

dikeringkan pada suhu 80C (Li dkk.,

(dinitrosalisilat).

2010). Proses hidrolisis ampas sagu

Sampel

bakteri

diambil dari sumber air panas Sonai

dilakukan

Sulawesi Tenggara pada 4 titik dengan

sehingga

karakteristik lingkungan yang berbeda.

monosakarida dalam jumlah banyak.

Isolasi

dengan

Optimalisasi proses hidrolisis ampas

metode dilution plate pada media

sagu (fermentasi) meliputi pengamatan

Nutrien

broth

tumbuh

selanjutnya

bakteri

dilakukan

(NB).

pada

kondisi

dapat

optimum diperoleh

Isolat

yang

pengaruh konsentrasi substrat, suhu,

diisolasi

dan

pH dan kecepatan goyang inkubator

diidentifikasi. Identifikasi dilakukan

terhadap laju hidrolisis (Sharma dan

dengan mengamati zona bening yang

Bajaj, 2005). Jumlah monosakarida

terbentuk pada media mengandung

yang

xilan dan selulosa (Sharma dan Bajaj

menggunakan metode Dinitrosalicylic

2005).

Acid (DNS) (Miller dalam Sharma dan Penetapan kadar serat, protein,

air,

dan

dilakukan

abu

pada

ampas

menggunakan

sagu

dihasilkan

dianalisis

Bajaj 2005). Sebagai standar gula pereduksi digunakan glukosa standar.

metode

AOAC (2005). Sebelum ampas sagu dihidrolisis,

dilakukan delignifikasi

dengan cara sampel direndam dalam 5


Bakteri

3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Seleksi mikroba xilanolitik dan selulolitik Pengambilan

sampel

dari

sumber air panas Sonai dilakukan pada enam titik (Tabel 1). Pemilihan titik sampling didasarkan pada karakteristik lingkungan sehinggga

di

sekitar

air

diharapkan

panas, dapat

menghasilkan enzim yang bersifat termostabil. Kondisi air panas pada tempat

pengambilan

sampel

mempunyai pH 7 dan suhu berkisar 41-43 oC. Isolasi mikroba potensial xilanase dan selulase dilakukan hanya pada tiga titik air panas, yaitu mata air panas, air panas dekat dengan tanaman sagu, dan air panas kolam permandian. Sampel

mikroba

diharapkan

yang

mampu

keragaman mikroba di Sonai.

6

diperoleh mewakili

selulolitik karbon

xilanolitik

mampu

dari

limbah

dan

memanfaatkan hemiselulosa

sebagai sumber energi, dengan cara menghasilkan enzim selulase

xilanase

ekstraseluler

dan untuk

mendegradasi xilan dan selulosa yang terdapat di dalam media fermentasi. Isolat

IIIB-3

menunjukan

indeks

xilanolitik dan selulolitik terbesar pada media mengandung xilan dan selulosa (Gambar 1). Semakin banyak enzim yang dihasilkan oleh bakteri xilanolitik dan selulolitik, maka zona bening yang terbentuk akan semakin luas karena xilan dan selulosa yang terdegradasi semakin banyak. 3.2. Optimasi proses hidrolisis ampas sagu


Ampas

sagu

diketahui

antara

lain

suhu,

pH,

kecepatan

mempunyai kandungan serat kasar

goyang

cukup

substrat pada proses fermentasi.

tinggi,

dimungkinkan

maka untuk

sangat dihidrolisis

inkubator dan konsentrasi

Kondisi ini merupakan faktor

menjadi monosakarida (gula reduksi).

yang

Proses

mikroorganisme

hidrolisis

dengan

bantuan

mikroorganisme memerlukan kondisi,

penting

untuk

pertumbuhan

dan

pembentukan

produk metabolitnya.

Tabel 1. Sampel air dari sumber air panas Sonai Sulawesi Tenggara Sampel Asal

pH

Suhu (o C)

T1

Mata air

7

42

T2

Sekitar 20 meter dari T1

7

42

T3


7

41

T4

Kolam permandian I (± 7 meter dari T1)

7

41

T5

Kolam permandian II (± 10 meter dari T1)

7

43

T6


7

42

langsung

mampu tumbuh pada suhu 50C.

pertumbuhan

Kondisi ini disebabkan isolat tersebut

kecepatan sintesis

berasal dari sumber air panas yang

enzim dan inaktivasi enzim, serta

bersuhu 41-43C. Proses hidrolisis

kecepatan pembentukan produk (Knob

ampas

dan Carmona 2008). Hasil eksperimen

dilakukan pada suhu 50C, karena

menunjukan

pada suhu ini isolat IIIB-3 masih

Suhu terhadap

berpengaruh

kecepatan

mikroorganisme,

isolat

IIIB-3

masih

sagu

pada

penelitian

ini

7


mampu hidup selain itu suhu yang tinggi

dapat

mempercepat

hidrolisis.

proses

Gambar 1. Aktivitas selulolitik dan xilanolitik bakteri isolat Sonai (Susilowati dkk, 2010)

pH merupakan salah satu faktor

Hasil hidrolisis maksimum diperoleh

penentu pertumbuhan mikroorganisme

pada media dengan pH 6 yaitu 0,128

dan pembentukan produk metabolitnya.

mg/mL (Gambar 2).

Mikrorganisme memiliki rentang pH

Aerasi

berfungsi

untuk

kultivasi yang cukup sempit untuk

mempertahankan kondisi aerobik dan

pertumbuhannya. Perbedaan aktivitas

mengatur temperatur substrat tetap

enzim terhadap suhu dan pH yang

konstan.

digunakan pada proses fermentasi

dibutuhkan untuk sintesis produk,

dapat

jumlah panas metabolik yang harus

terjadi

karena

perbedaan

Tingkat

oksigen

yang

interaksi kimia antar protein (Bataillon

dihilangkan dari bahan,

et al., 2000). Isolat IIIB-3 dikultivasi

lapisan substrat, tingkat CO2 dan

pada media dengan pH diatur 5-10.

metabolit lain yang mudah menguap

8

ketebalan


harus dihilangkan, serta tingkat ruang

Pada penelitian ini menunjukan pada

udara yang tersedia di dalam substrat

kecepatan goyang inkubator 175 rpm

(Richana, 2000). Tingkat aerasi sangat

menghasilkan gula reduksi tertinggi

dipengaruhi oleh sifat mikroorganisme.

yaitu 0.455 mg/mL.

Gambar 2. Pengaruh pH terhadap hidrolisis ampas sagu

Konsentrasi substrat salah

satu

faktor

penentu

pembentukan produk

adalah untuk

kosentrasi

gula

yang

dihasilkan

sebesar 0.255 mg/mL (Tabel 2).

suatu reaksi

Mikroorganisme

mempunyai

pertumbuhan

bervariasi

enzimatik. Pada penelitian ini telah

waktu

dilakukan variasi konsentrasi substrat

bergantung

1-8%, untuk mengetahui konsentrasi

metabolismenya.

ampas

optimum

pertumbuhan mikroorganisme sangat

menghasilkan gula reduksi. Produksi

berpengaruh terhadap enzim yang

gula reduksi tertinggi diperoleh pada

dihasilkan

oleh

konsentrasi

Enzim

diekskresikan

sagu

yang

substrat

5%

dengan

pada Fase-fase

aktivitas dalam

mikroorganisme. oleh 9


mikroorganisme pencernaan

untuk

membantu

makanannya,

menghidrolisis

makromolekul

ada pada media hidupnya menjadi

yaitu

mikromolekul yang siap dimanfaatkan

yang

untuk pertumbuhannya.

Tabel 2. Kadar gula reduksi hasil hidrolisis ampas sagu Ampas sagu (%) 1

Gula hasil hidrolisis (mg/mL) 0,096

5

0.255

6

0.246

7

0.224

8

0.096

Hasil penelitian menunjukan waktu optimum produksi gula reduksi

oleh isolat IIIB-3 adalah pada jam ke18 waktu fermentasi (Gambar 3).

sebagai hasil hidrolisis ampas sagu

Gambar 3. Pengaruh waktu pertumbuhan isolat IIIB-3 terhadap jumlah gula reduksi

10


4. Kesimpulan Berdasarkan telah ditemukan

hasil 13

penelitian

isolat

bakteri

potensial xilanolitik dan selulolitik dari sumber

air

Tenggara.

panas Sonai Sulawesi Isolat

memiliki

indeks

selulolitik

tertinggi

bakteri xilonolitik dengan

dan angka

hidrolisis ampas sagu adalah substrat ampas sagu 5%, suhu 50C, pH 6, kecepatan goyang inkubator 150 rpm, dan waktu inkubasi 18 jam.

Ucapan Terima Kasih

dukungan

Dirjen

melalui

dana

Bataillon, M., Cardinali, A. P. N., Castillon, N., Duchiron, F. . (2000). Purification and characterization of a moderately thermostable xylanase from Bacillus sp. strain SPS-0. Enzyme and Microbial Technology, 26, 187-192.

IIIB-3

indeks berturut-turut 2,4 dan 6. Kondisi

Kepada

Awg-Adeni, D. S., Abd-Aziz, S., Bujang, K., & Hassan, M. A. (2010). Bioconversion of sago residue into value added products. African Journal of Biotechnology, 9(14), 2016-2021.

Dikti

atas

penelitian

PKMP Dikti Tahun 2011. Pustaka AOAC. (2005). Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemist. The Association of official Analitycal Chemist.

BPPS. (2008). Keadaan Pertanian Sulawesi Tenggara. Retrieved 1 April, 2012. Dewi, K. H. (2002). Hidrolisis limbah hasil pertanian secara enzimatik. Akta Agrosia., 5(2), 67-71. Knob, A., & Carmona, E. C. (2008). Xylanase production by Penicillium sclerotiorum and its characterization. World Applied Sciences Journal., 4(2), 277-283. Li, M. F., Fan, Y. M., Sun, R. C., & Xu, F. (2010). Characterization of ekxtracted lignin of bamboo (Neosinocalamus affinis) preteaded with sodium hydroxide/urea solution at low temperature BioResources. , 5(3), 17621778. Pason, P., Ratanakhanokchai, K., & Kyu, K. L. (2003). Multiple Cellulases and Xylanases of Bacillus circulans B-6. Biotechnology for Sustainable Utilization of Biological Resources in the Tropics Vol. 16. Proceedings of Project Seminars for JSPS-NCRT/DOST/LIPI/VCC, 305-310. Pe´rez, J., Munoz-Dorado, J., Rubia, T., & Martınez, J. (2002). Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicelluloses and lignin: an overview. Int Microbiol. , 5, 53-63. Rahim, R. (2011). Isolasi dan identifikasi mikroorganisme xilanolitik dari sumber air panas Sonai serta optimasi produksi enzim. Unpublished Skripsi, Universitas

11


Haluoleo, Kendari. Richana, N., Lestari, P., Thontowi, A., & Rosmimik. (2000). Seleksi isolat bakteri lokal penghasil xilanase. Jurnal Mikrobiologi Indonesia. , 5(2), 54-56. Saha, B. C. (2004). Lignocellulose Biodegradation and Application in Biotechnology. US Government Work. American Chemical Society, 2-14. Sharma, P., & Bajaj, B. K. (2005). Production and partial characterization of alkalitolerant xylanase from an alkalophilic Stretomyces sp. CD 3. Journal of Scientific & Industrial Research. , 64, 688-697.

12

Susilowati, P. E., Raharjo, S., Ardiansyah, R., R., Marwanti, S., & Zaeni, A. (2010). Screening thermostable microorganisms able to produces cellulase and xylanase enzymes. Proceeding CIEB (Conferences Industrial Enzyme and Biotechnology), 24-29. Taherzadeh, M. J., & Karimi, K. (2008). Pretreatment of Lignocellulosic Wastes to Improve Ethanol and Biogas Production: A Review. Int. J. Mol. Sci, 9, 1621-1651. Wu, B., Zao, Y., & Gao, P. J. (2006). A new approach to measurement of saccharifying capacities of crude cellulose. BioResources. 1(2). 189-200.

Potensi Bakteri Isolat Sonai untuk Hidrolisis Ampas Sagu Menjadi Monosakarida

Recommend Documents