SKRIPSI PEMBUATAN ENZIM SELULASE DARI TONGKOL JAGUNG MENGGUNAKAN Trichoderma reesei
-
Nbc
~i; - 3 - d. Df ?, 1
Diajukan Oleh :
EKO SUGIARTO
N R P. 5203003015
SOE CAR MELITA. M.
N R P. 6203003016
JUR USAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA SURABAYA
2007
ItJ .
--·-1
LEMBAR PENGESAHAN Seminar Skripsi bagi mahasiswa terse but di bawah ini : 1. Nama : Eko Sugiarto
NRP: 5203003015
2. Nama: Soe Carmelita M.
NRP
: 5203003016
telah diselenggarakan pada tanggal 21 Maret 2007, karenanya yang bersangkutan dapat dinyatakan telah memenuhi sebagian persyaratan kurikulum guna memperoleh gelar Sarjana Teknikjurusan Teknik Kimia. Surabaya, 2 April 2007 Pembimbing I
'~/
Aylianawati, ST.,MSc., PhD NIK. 521.96.0242 Ketua
Pembimbing II
/
/'"
;-,0': 'Il11,., . o:".'J f J" / 1
\.
'
J.
,
•.,
y}.
Ery Susiany Ret~oningtyas:ST., MT NIK.521.98.0348 Dewan Penguj i, Sekretaris
Ir. M.O. Nani Indraswati NIK. 52l.86.0121 Anggota
~~
Aylianawati, ST.,MSc., PhD NIK.52l.96.0242 Anggota
i~~~~-
Lydia Felycia Edi Soetaredjo. S.T., MPhil NIK.521.99.0391 Mengetahui, Fakultas Teknik
Jurusan Teknik Kimia
I).eftja
~~~, Ir.~,MT.,PhD NIK. 52l.93.0198
LEMBARPERNYATAAN
Dengan ini kami menyatakan bahwa laporan skripsi ini betul-betul hasil karya kami sendiri dan bukan merupakan hasil karya orang lain, baik sebagian maupun se\uruhnya kecuali dinyatakan dalam teks. Seandainya diketahui bahwa laporan skripsi ini temyata merupakan hasil karya orang lain. maka kami sadar dan menerima konsekuensi bahwa laporan skripsi ini tidak dapat kami gunakan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Surabaya, 2 April 2007
~
. ~~r-.
/.
~
Eko Sugiarto 5203003015
Soe Carmclita M. 5203003016
Pembuatan Enzim Selulase dari Tongkol Jagung Menggunakan Trichoderma reesei
Kata Pengantar
IV
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan bimbinganNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penelitian laboratorium yang beIjudul
"Pembuatan
7i'ichoderma reesei".
Enzim
Selulase
Laporan
ini
dari
Tongkol
merupakan salah
Jagung satu
Menggunakan
persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik Kimia (S I) di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik. UniYersilas Katolik Widya Mandala Surabaya. Pen~usun
menyadari bahwa laporan ini terJaksana berkat bantuan bamak
pihak. Oleh karena itu, pen~usun mengucapkan terima kasih kepada : L AyJianawali, ST. MSc .. PhD dan Erv Susiany Retnoningtyas. ST. \1T selaku selaku Dosen Pembimbing I dan Dosen Pembimbing II. Yang lelah bamak membimbing. memberi pengarahan dan masukan kepada pen~usun. 2. Lydia Felycia Edi Soelaredjo. ST. MPhiL If. Nani Indras\\ali. dan Anlaresli. ST.MEngSc .. selaku penguji. 3. Bapak NOI·i. Bapak PudJo dan Bapak Agus selaku laboran: 4. Orang lua kami yang lelah memberikan banluan maleri. moraL dan .Juga doa: 5. Semua
pihak
lelah
membanlu
allal
penelilian
sampal
lerselesaikanma laporan ini. Penluslln memadari bah\\a laporan illl masih kmang. oleh karena Ilu pemllSlln menerima hilik dan saran lang bersifal membanglln gllna memperbmkl laporan illl. Akhlmla penYUSlln berharap agar laporan ini dapal bermanfaal bagi semua pihak lang memerlllkan. Sllrabala. 3() \-!arel 2()()7
Pel1\usull
Daftar lsi
DAFTAR lSI
Lembar Judul . Lembar Pengesahan
.. II
Lembar PemYataan ..
.11l
Kata Pengantar Daftar
.............. 1\'
. ........ Y
[SI .
Daftar Tabel
..... Ylli
Daftar Gambar..
. ... Xl
Abslracl .
. ....... XIII
[nilsari Bab I Pendahuluan .. I I. Lalar Belakang ... 1:2. Rumusan Masalah .. 13. TUluan Penelilian .. I-f Balasan Masalah ..
... XIY
. ..... [-I . ....... [-I . [-2
...... ... .....
. [-2
. ............................... [-3
Bab II. Tinjauan Pustaka ... Jagllng ...
. ... II-I .... II-I
[12. ii-Icilotierma reesei ...
. ................... 11-4
[Ll.
113. En/1m [13 I En/im Selulase .. 11:1 2. Akli\ ilas En/.im. 114 Sellllosa
115 ('vIC (Carn()xymelilyl cd/lliose) dan !-Iller Paper (FP). IIG. GIlIkosa 117 Soit" Slule Ferlllenlol!ol1 (SSF) II X SUl11ber '\lIlnen Sel. II. X I \·Iakronutrien. II.X 2 ~\-Iikronllinen. [I () Penelitian lenlang EtlI:im Selulase. Bab III Melodologi Penelilian .... III. I. Rancangan Penelilian 111.2. Bahan ... 111.3. Alai [1[4. Prosedur Penelilian.
..... II-X . ..... 11-10 ............ II -12 ............ 11-12 . ...... 11-14 .. 11-15 ........ 11-15 . 11-17 . ....... 11-17 .... II-IX . ........... 11-19 ....... III-I .. III-I
IIl-3 IIl-4 . .............. 111-5
Daftar lsi
. ... 111-5 I1I.4.1. Pembibitan li'ichoderma reesei. .... .......... . IIIA.2. Pembuatan Serbuk Tongkol Jagung (untreated). .. 1II-5 lIlA.3. Pretreatment Tongkol Jagung............... . . ......................... 111-6 1II.4.4. Fermentasi Enzim Selulase Menggunakan Trichoderma reese! . .. 111-7 1II.4.5. Ekstraksi Enzim................... ............ . .. 111-8 1115 Analisa Hasil Fermentasi....... ......... .............. 111-8 111.5.1. Perhitungan Jumlah Spora dengan Hemasitometer.. ..111-8 111.5.2. Penentuan Ah.1ivitas Crude Enzim Selulase .......................... I11-9 Bab IV. Hasil Penelitian dan Pembahasan .. . .... IV. I. Pengaruh I'relrealmel1l dan Penambahan Volume Nutrien terhadap Jumlah Spora.... ............................. . ... IV.2. Pengaruh l'relrearment dan Penambahan Volume Nutrien terhadap Konsentrasi Glukosa Setelah Hidrolisa IV.3. Pengaruh Prelrearmenl dan Penambahan Volume Nutnen terhadap AktiYitas Enzim.... . .. IVA. Perbandingan Jumlah Spora Konsentrasi Glukosa dan Aktilitas Enzim Selulase yang Dihasilkan oleh Treese! dan A.l1lger .................. Bab V. Kesimpulan dan Saran .. V I. Kesimpulan. V.2. Saran . Daftar Pustaka ...
IV-I IV-4 IV-8 IV-II
. ................. V-I . ' .............. V-I .. V-I . ... P-I
Lampiran A Pembuatan Larutan " ... A I. Pembuatan Larutan DNS 1% untuk metode CMC-ase ... . ......... A2. Pembuatan Larutan Kalium Natrium Tartrat 40%.. . . . .................. A3. Pembuatan Nutrien.. . ........ A4. Pembuatan Larutan T\\een 80 OJlI % ... . ........... AS. Pembuatan Larutan Buffer Asetat dengan pH 4.8 .. A(, Pembuatan Larutan CMC I 'Y.,. . .. . .. A 7. Pembuatan Larutan NaOH 0.25 N .. A 8 Pembuatan Larutan HCI 0.1 N .. A <) Pembuatan Larutan H2C 20.j ± 0.2561 T\ . . .......... A.I () Pembuatan Larutan NaOH 0.313 N. A. I I Pembuatan Larutan H2SO.j 0.255 N A. 12. Pembuatan Larutan K2 SO.j 10% Lampiran B Analisa Bahan Baku. B. I. Analisa Kadar Air .. 8.2. Analisa Kadar Abu .. B.3 Analisa Kadar Protein ( Metode Kjeldahl ) B.4 Analisa Kadar LemaL . B.4.1. Persiapan sampel .. . B.4.2. Prosedur analisa .... . B.5 Analisa Kadar Selulosa.
IV-I
A-I A-I A-I A-I A-2 A-2 A-3 A-3 A-3 A-3 A-4 A-4 A-4
. ................. B-1 . B-1 . .................... B-1 ................... B-2 . B-4 . ............... B-4 . ..................... 8-5
. ' ............ B-6
Daftar lsi
Lampiran C. KurYa Standar Glukosa (Metode DNS) .....
VII
. C-J
Lampiran D. Kurva Pertumbuhan dari Trichoderma reesei pada Potato Dextrose Broth (PDB)... ........ ....... ........ ...... .......... D-J ................... D-J D.1. Pembuatan Media Potato Dextrose Broth (PDB)...... . ....... D-I D.2. Pembuatan Kun-a Pertumbuhan Trichoderma reesei.. Lampiran E. Data Penelitian. .......................... .............. .. ............. . .... E.1. Perhitungan Jumlah Spora dengan Hemasitometer . ... .... ..... ... E.2. Absorbansi untuk Pengukuran Konsentrasi Glukosa Sebelum dan . ........... Setelah Al..1ivitas Enzim (Metode CMC-ase) .... ................ E.3. Absorbansi untuk Pengukuran Konsentrasi Glukosa Sebelum dan Setelah Aktivitas Enzim (Metode FP-ase). ......
E-J E-I E-2 E-4
. F-J Lampiran F. Analisa Data .................... . F. I. Perhitungan Jumlah Spora ................ . . ...... F-I F.2. Perhitungan Konsentrasi Glukosa .... . .... F-2 ... F-4 F.3. Perhitungan Aktivitas Enzim FA. Jumlah Spora Konsentrasi Glukosa dan Aktivitas Enzim yang Dihasilkan oleh Aspergillus niger dengan Penambahan Volume Nutrien 15 ml . .... F-G
Danar Tabel
YlIl
DAFTAR TABEL
. ..................... 11-4
Tabel 11.1.
Komposisi jagung (dalam 100 gram) ................... .
TabellI.2.
Aplikasi enzim dalam industri kimia ......... .
............................... II-IO
TabellI.3.
Sifat fisika dan kimia dari glukosa ........... .
. ...................... II-IS
Tabel 11.4.
Penelitian tentang enzim selulase ............. .
Tabel Ill. 1
Komponen tongkol jagung masmadu ................................................. III-3
Tabel IV 1.
Akti litas maksimum antara T.reesei dan A.niger
.................. \1-20
................ .IV-12
Tabel IV.2. Komponen enzlm selulase hasil fermentasi dengan Treesei dan A. niger.. ..................... .IV -13 Tabel B 1
Kadar air dari berbagai mac am pretrearmenl .
.... B-I
Tabel B.2.
Kadar abll dari berbagai macam prelrearmenr ..
.... B-2
Tabel B.3.
Volume larutan NaOH llntuk pembakuan larutan standar
Tabel BA.
Volume larutan NaOH 0.25 N untuk menitrasi sampel dalam . ........................................................ B-4 penentllan kadar protein ..
Tabel B.5.
Kadar protein dari berbagai macam prelreatment ............ .
. .... B-4
Tabel B.G.
Kadar lemak dari berbagai macampretrealmel1l
.... B-5
Tabel B. 7.
Kadar selulosa dari berbagai macam pretreatment.
Tabel C 1
Hasil pengllkuran absobansi glllkosa pada berbagai pan.lang .............................................................................. C-3 gelombang
Tabel C2
Absorbansi glukosa pada panjang gelombang 517 nm dengan metode DNS. .....C-..\
Tabel 0.1
Hubungan antara \\aktu pertumbllhan dan Jumlah spora .................. 0-1
Tabel E. I.
Perhltungan .Iull1lah spora dengan hemasitometer untuk unrreared tongkol jagung . . ........................................... E-I
Tabel E.2.
Perhitungan jumlah spora dengan hemasitometer untuk pretreatmenr longkolpgllng secara fisika (,ream explosIOn) . ........ E-\
Tabel E.3.
Perhitllngan JUll1lah spora dengan hell1asilometer lIntlik prerrearmenr tongkolJagung secara kimia (larlltan HCI 2 NJ.. . .... E-I
H2C20~
...... B-3
.................. B-7
Danar Tabel
IX
Tabel EA.
Perhitungan jumlah spora dengan hemasitometer yang dihasilkan oleh Aspergillus niger dengan yolume nutrien IS ml dengan cara fisika ............................................................................................... E-2
Tabel E.S.
Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\'itas enzim (metode CMC-ase) untuk untreated tongkol jagung ... E-2
Tabel E.G.
Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas enzim (metode CMC-ase) untuk tongkol jagung yang mengalami pretreatment secara fisika ........................... E-2
Tabel E 7.
Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas enZim (metode CMC-ase) untuk tongkol Jagung yang mengalanli !'rc/rea/lIlcIJ/ secara kimia. . .. E-3
Tabel E8.
Pengukuran absorb ansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas en;:im (metode CMC-ase) untuk tongkol Jagung yang mengalami pretreatment secara kimia .. . .................... E-3
Tabel E.9.
Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah aktl\ltas en/lm (metode FP-ase) untuk liIl/rea/ed tongkol jagung ...... E-4
Tabel E.I O. Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas en;:im (metode FP-ase) untuk tongkol Jagung yang mengalami pre/ rea IIl1ent secara fisika .. . ............................. E-4 Tabel Ell. Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas enzim (metode FP-ase) untuk tongkol jagung Yang mengalami pretrei71lllel1l secara kimia. . .... .................... E-S Tabel E12. Pengukuran absorbansi larutan glukosa sebelum dan setelah akti\itas ennm (metode CMC-ase) untuk tongkol Jagung yang mengalanll pretreatment secara kimia .. ............. E-S Tabel F.I.
Hubungan antara Ilaktu fermentasl dan Jumlah spora untuk penambahan lolume nutrien 10 mL IS mL dan 20 mL dalam S gram subslral. . ... F-2
Tabel F.2.
Hubungrul anlara II aktu fermentasi drul konsentrasi glukosa setelah hidrohsa unluk penambahan volume nutnen 10 mL 15 mL dan 20 mL dalrun 5 gram substrat dengrul metode CMC-ase ..................... F-3
Tabel F.3.
Hubungrul antara \Iaktu fermentasi dan konsentrasl glukosa setelah hidrolisa unluk penambahan volume nutrien 10 mL 15 mL dan 20 mL dalrun 5 gram substral dengan melode FP-ase ............................. F-4
Tabel FA.
Hubungrul ruHara Ilaktu fermentasl dan aktilitas enzim untuk penamballan volume nutnen 10 mL 15 mL dan 20 mL dalam 5 gram subslrat dengan metode CMC-ase.. . ....... F-5
Danar Tabel
x
Tabel F.S.
Hubungan antara \\aktu fermentasi dan aktiYitas enzim untuk penambahan volume nutrien 10 mL, IS mL, dan 20 mL dalam S gram substrat dengan metode FP-ase ................ . ............. F-S
Tabel F.G.
Hubungan antara \vakiu fermentasi dengan jumlah spora konsentrasi glukosa dan akiivitas enzlm yang dihasilkan oleh Aseprgi/lus niger.. ... ........ .............. .................... F-G
Daftar Gambar
Xl
DAFTAR GAMBAR Gambar II. I.
Tanamanjagung..................... ........................................ II-2
Gambar II.2.
Trichoderma reesei .
Gambar II.3.
Daur hidup Trichoderma reesei. ...
. ... I1-5 . ................ II-6
Gambar II.4. Mekanisme pembentukan enzim selulase di dalam sel Treesei .. .. II-S Gambar 11.5. Mekanisme akti,itas enzim Gambar 11.6. Mekanisme hidrolisa selulosa .................. .
....... 11-9 ........................ 11-11
Gambar II. 7 Grafik hubungan antara aktivitas enzim dan konsentrasi substrat ... 11-12 Gambar H.S.
Struktur parsial dari molekul selulosa ..... .
Gambar II.9.
Struktur molekul carbox:ymethyl cellulose ................................... 1I-14
....... H-13
Gambar IV. I. Hubungan antara \\aktu fermentasi dan jumlah spora untuk penambahan nutrien sebanyak (a) 10 mL. (b) 15 mL. dan (c) 20 mL pada fermentasi 5 gram substrat tongkoljagung ............. .IV-2 Gambar IV.2. Hubungan antara waktu fermentasi dan jumlah spora untuk substrat tongkol jagung yang mengalami:(a) unlreatmel1l. (b) pretreatment fisika (steam explosion). dan (c) pretreatmenl kimia (larutan Hel 2 N). ............. ....... .IV -3 Gambar IY.3. Hubungan antara wak1u fermentasi dan konsentrasi glukosa setelah hidrolisa untuk penambahan nutrien sebanyak (a) 10 mL. (b) 15 mL. dan (c) 20 mL pada fermentasi 5 gram substrat . ................................. IV-5 tongkol pgung. Gambar IVA. Hubungan an1ara \\aktu fermentasi dan konsen1rasi glukosa se1elah hidrolisa un1uk subs1rat tongkol Jagung yang mengalaml (a) unlrealmen/. (b) prelrealmenr fisika (sleam explosion). dan (c) prelrealll1enl kimia (Iaru1an Hel 2 01) .......... IV-7 Gambar IY.5. Hubungan an1ara \\ak1u fermen1asi dan ak1i\i1as enzim un1uk penambahan nu1rien SebaI1yak: (a) I () mL. (b) 15 mL. dan (c) 2() mL pada fermentasi 5 gram substrat tongkol jagung. . ..... IV-S Gambar IV.G. Hubungan antara \\aktu fermentasi dan akti\itas untuk subS1ra1 1ongkol Jagung \ang mengalami (a) unrrealmcnl. (b) prelrealmenr fisika (sream explosion). dan (c) prelreolmenl kimia (Iarutan Hel 2 N) ..... IV-<) Gambar IV.7. PerbandmgaJ1 Jumlah spora an1ara A.niger dan freesel .. ........... IV -I I
Oaftar Gambar
XII
Gambar IV.S. Perbandingan AktiYitas Enzim antaraA.nigcr dan TrccScl ........... IV-I2 Gambar C. I. Hubungan antara panjang gelombang (nm) dan absorbansi dari ... C-4 analisa glukosa dengan metode ONS .... ......... Gambar C.2. Kuna standar glukosa (/.= 5 17 nm) ...
........ C-5
Gambar O. I. Kuna pertumbuhan dari Trichodcrma rcesei pacta Potato Dextrosc Broth (POB) ............................................................... 0-2
Abstract
XIII
ABSTRACT Com is one of the agricultural plant in the II'orld, beside rice and wheal. Generally. only its seed is used as vegetable, sometimes it is also used as a substitute of rice. Other parts of com. i.e. silk. husk and cob can not be utilized and they are usually discarded as wastes. Com cob contains lignocellulose, which consist of lignin, cellulose and hemicellulose. Especially for cellulose. it can be fermented into cellulase. Com cob was initially cut into small pieces and then dried. Their sizes Ilere then further reduced using grinder and hammer mill into 12/1 6 mesh. Some of the com cobs I\ere pretreated physically using a steam explosion and some were pretreated chemically using hydrochloric acid (HCl) solution of 2 N. Fi\e grams of com cob powder was put into erlenmeyer and then I\as stenlized. Afterward, the sterile nutrient was added for a certain \olume (10 mL 15 mL 20 ml) Substance in the erlenmeyer \Vas fermented using Trichoderma reesei for 120 hours. E\ery 24 hours. the enzyme filtrate I\as taken for analyzing the spore number. the glucose concentration, and the enzyme acti\ity using filter paper-ase method (FP-ase) and carboximethvl cellulose method (CMC-ase). The result shows that the physically (steam explosion) pretreated com cob I\ill produce cellulases Ilith higher activity compared to the untreated and chemical (acid hydrolysis) pretreated com cobs. The addition of nutrient also alTected the cellulose acti\ity. The addition of 15 mL nutrient to the com cob \\ill produce cellulases I\ith higher acti\ity, compared to the 10 mL and 20 mL nutrient addition. It can be concluded that the highest cellulase activit, (0.3611 IU/ml) lIas found when 15 ml nutrient was added into 5 grams of physical pretreated substrate and the fermentation by Tref'Sei \ViIS carried out for 4H hours
Intisari
XIY
INTISARI
Jagung merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting selain gandum dan padi. Secara umum. yang banyak dimanfaatkan adalah bagian biji sebagai sayur dan juga sebagai pengganti beras. Bagian lain dari tanaman jagung seperti rambuL kulit dan tongkol biasanya kurang dimanfaatkan dan dibuang sebagai Iimbah. Tongkol jagung mengandung Iignoselulosa. yang terdiri dari lignin, selulosa. dan hemiselulosa. Selulosa yang terdapat pada tongkol jagung dapat difermentasikan menjadi enzim selulase. Tongkol jagung mula-mula dipotong kecil-keciL kemudian dikeringkan Lalu tongkol jagung dikecilkan lagi ukurannya dengan menggunakan grinder dan hammer mill sehingga didapatkan serbuk tongkol jagung dengan ukuran 1211 6 mesh. Tongkol jagung yang sudah dikecilkan ukurannya ada yang mengalami pretreatment dan ada Yang tidak mengalami pretreatment. Yang mengalami pretreatmel1l ada yang direndam dengan menggunakan larutan HCl 2 N selama 24 jam dan ada yang dipanaskan dengan menggunakan auroc/ave selama I Jam Lima gram serb uk tongkol Jagung dimasukkan dalam erlenmeyer dan di L7uroc/ave untuk disterilkan. Kemudian. ke dalanl erlenmeyer tersebut ditambahkan nutrien steril (,ariasi \olume nutrien: 10 mL 15 mL 20 ml) Setelall itu. difermentasikan dengan Ji'ichodermn reeseI selama 120 Jam. Setiap selang ,\akIU 24 jam. dilakukan ekstraksi terhadap enzim selulase ,'ang telah dihasIlkan untuk menghitung Jumlah spora dengan hemasitometer dan uji akti,itas enzim dengan menggunakan metode filter paper-all' (FP-ase) dan metode carho:wnethyl celluloce (C\IC -ase) Oari hasil percobaan, untuk ,olume nutrien yang sarna pretreatmeJ1l secara fisika (steam explosion) menghasilkan jumlah spora Treesei dan ak1i,itas enzim selulase tertinggi. Selain itu. untuk pretreatment yang sarna penambahan nutrien sebanyak 15 ml juga menghasilkan jumlah spora TreeseI dan akti,itas enzim selulase tertinggi. Oengan demikian dapat disimpulkan bahwa Treesei Yang diinokulasikan pada 5 gram tongkol jagung yang telah mengalami pretreatmel1l fisika. dapat memproduksi enzim selulase dengan akti,ilas enzim yang tertinggl yaitu 0.36 II fU/mL setelah fermentasi berlangsullg selama 4X Jam deng,m pellanlbahan nutrien sebamak 15 mL
