DOC - Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Biokonversi Selulose dari Limbah Tongkol Jagung Menjadi
Glukosa Menggunakan Jamur Aspergilus Niger
Soeprijanto, Tianika Ratnaningsih, dan Ira Prasetyaningrum
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Email: [email protected]
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh glukosa dari tongkol jagung melalui proses
hidrolisa enzimatis menggunakan enzim selulose dari jamur Aspergilus niger serta
mempelajari pengaruh penggunaan dosis enzim dan ukuran partikel terhadap proses
hidrolisa. Penelitian dimulai dengan tahap persiapan enzim kasar dari jamur Aspergilus
niger dan tahap pengujian enzim selulose, kemudian dilanjutkan dengan analisa
komposisi tongkol jagung dengan perlakuan secara fisika. Proses hidrolisa asam
dilakukan dengan perendaman didalam larutan FeTNa dan hidrolisa enzim dari jamur
Aspergilus niger. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktifitas enzim selulose yang
terbaik diperoleh sebesar 2,257 IU/ml dengan masa inkubasi selama 4 hari. Konversi
selulose menjadi glukose diperoleh sebesar 51,01% dengan menggunakan ukuran partikel
tongkol jagung 100 mesh dan dosis enzim 50 ml.
Kata-kata kunci: Aspergilus niger; enzim selulose; glukose; hidrolisa asam; hidrolisa
enzim; tongkol jagung;
Abstract
The purpose of this experiment was to obtain glucose from corn-cob through enzymatic
hydrolise using cellulose enzyme from Aspergilus niger, also to study the effects of
enzyme doses and size of particles on the hydrolysing processes. The experiment started
with a preparation of enzyme from fungi of Aspergilus niger and step of cellulose enzyme
examination, then proceeding with an analyse of corn-cob composition. An Acidic
hydrolyse was conducted by immersing tongkol jagung in FeTNa solutions and an
enzymatic hydrolise from Aspergilus niger. This results showed that the best activities of
cellulose enzyme obtained from Aspergilus niger was 2.257 IU/ml with an incubation time
4 days. A conversion of cellulose to glucose obtained was 51.01% with a size of particles
of corn-cob of 100 mesh and a enzyme dose of 50 ml.
Keywords: Aspergilus niger; acidic hydrolise; enzymatic hydrolise; cellulose enzyme;
glucose; corn-cob;
1
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan akan glukosa dalam industri semakin meningkat seiring dengan
pemenuhan kebutuhan makanan, minuman, dan bahan baku pembuatan bahan kimia
maupun obat-obatan. Produksi glukosa merupakan langkah awal dan penting dari
konversi selulose menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dan mempunyai berat
molekul yang lebih rendah serta membuka lapangan yang luas bagi berbagai bahan kimia,
termasuk potensi untuk mensitesa polimer – polimer yang pada saat ini produksinya
bertumpu pada minyak bumi dan gas alam dengan proses petrokimia.
Salah satu sektor yang belum banyak dimanfaatkan adalah limbah pertanian.
Limbah pada dasarnya adalah suatu bahan yang tidak dipergunanakan kembali dari hasil
aktivitas manusia, ataupun proses-proses alam yang belum mempunyai nilai ekonomi,
bahkan mempunyai nilai ekonomi yang sangat kecil. Dikatakan mempunyai nilai ekonomi
yang sangat kecil karena limbah dapat mencemari lingkungan dan penangannya
memerlukan biaya yang cukup besar. Pemanfaatan limbah merupakan salah satu
alternative untuk menaikkan nilai ekonmi limbah tersebut. Pemanfaatan limbah pertanian
diantaranya adalah tongkol jagung, yang selama ini hanya dijadikan sebagai pakan ternak
atau hasil industri minyak jagung yang tidak diolah kembali menjadi sesuatu yang memiliki
nilai ekonomi tinggi. Untuk itulah dalam penelitian ini akan dimanfaatkan limbah pertanian
yaitu tongkol jagung sebagai penghasil glukosa, sehingga limbah ini dapat bermanfaat
bagi penigkatan nilai tambah limbah pertanian.
Dalam penelitian ini yang dilakukan adalah mengkonversikan selulose menjadi
glukose menggunakan proses hidrolisa secara enzimatik dengan perlakuan terlebih
dahulu dengan hidrolisis asam dan perendaman dalam larutan FeTNa (Hamilton, 1984;
Purnomo dan Rochma, 2004). Enzim yang digunakan adalah diperoleh ari jamur
Aspergilus niger.
Tanaman jagung merupakan salah satu tanaman serelia yang tumbuh hampir di
seluruh dunia dan tergolong spesies dengan variabilitas genetic tebesar. Di Indonesia
jagung merupakan bahan makanan pokok kedua setelah padi. Banyak daerah di
Indonesia yang berbudaya mengkonsumsi jagung, antara lain Madura, Yogyakarta,
Sulawesi Selatan, Maluku Utara, Nusa Tenggara Timur, dll.
Keunggulan jagung dibandingkan dengan komoditas pangan yang lain adalah
kandungan gizinya lebih tinggi dari beras, sumber daya ala mini juga sangat mendukung
untuk pembudidayaannya, harga relative murah dan tersedianya teknologi budidaya
2
hingga pengolahan. Selain sebagai bahan makan pokok, jagung juga dapat digunakan
sebagai bahan pakan ternak dan bahan industri serta komoditas eksport (Suprapto dan
Rasyid, 2002).
Seiring dengan kebutuhan jagung yang cukup tinggi, maka akan bertambah pula
limbah yang dihasilkan dari industri pangan dan pakan berbahan baku jagung. Limbah
yang dihasilkan diantaranya adalah tongkol jagung yang biasanya tidak dipergunakan lagi
ataupun nilai ekonominya sangat rendah. Umumnya tongkol jagung dipergunakan sebagai
pakan ternak sapi, ataupun di daerah pedesaan tongkol jagung ini dapat dimanfaatkan
sebagai obat diare (Suprapto dan Rasyid, 2002).
Tanaman jagung termasuk jenis tanaman pangan yang diketahui banyak
mengandung serat kasar dimana tersusun atas senyawa kompleks lignin, hemiselulose
dan selulose (lignoselulose), dan masing-masing merupakan senyawa-senyawa yang
potensial dapat dikonversi menjadi senyawa lain secara biologi. Selulose merupakan
sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses
fermentasi untuk mengahsilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi (Aguirar,
2001; Suprapto dan Rasyid, 2002).
Selulose hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni di alam (Gambar 1.1),
melainkan selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulose. Serat
selulose alami terdapat di dalam dinding sel tanaman dan material vegetatif lainnya.
Seluose murni mengandung 44,4% C; 6,2% H dan 49,3% O. Rumus empiris selulose
adalah (C6H10O5)n, dengan banyaknya satuan glukosa yang disebut dengan derajat
polimerisasi (DP), dimana jumlahnya mencapai 1.200-10.000 dan panjang molekul
sekurang-sekurangnya 5.000 nm. Berat molekul selulose rata-rata sekitar 400.000
Mikrofibril selulose terdiri atas bagian amorf (15%) dan bagian berkristal (85%). Struktur
berkristal dan adanya lignin serta hemiselulose disekeliling selulose merupakan hambatan
utama untuk menghidrolisa selulose (Sjostrom, 1995). Pada proses hidrolisa yang
sempurna akan mengahasilkan glukosa, sedangkan proses hidrolisa sebagian akan
menghasilkan disakarida selebiose.
Gambar 1.1. Struktur selulose (dari Cole dan Fort, 2007).
3
Hemiselulose terdiri atas 2-7 residu gula yang berbeda (Gambar 1.2).
Hemiselulose berbeda dengan selulosa karena komposisinya teridiri atas berbagai unit
gula, disebabkan rantai molekul yang pendek dan percabangan rantai molekul. Unit gula
(gula anhidro) yang membentuk hemiselulosa dapat dibagi menjadi kompleks seperti
pentosa, heksosa, asam keksuronat dan deoksi-heksosa (Fengel dan Wegener, 1995;
Nishizawa, 1989). Hemiselulosa ditemukan dalam tiga kelompok yaitu xylan, mannan, dan
galaktan. Xylan dijumpai dalam bentuk arabinoxylan, atau arabino glukurunoxylan.
Mannan dijumpai dalam bentuk glukomannan dan galaktomannan. Sedangkan galaktan
yang relative jarang, dijumpai dala bentuk arabino galaktan.
Gambar 1.2. Struktur hemiselulose (dari Cole dan Fort, 2007).
Lignin adalah polimer aromatic kompleks yang terbentuk melalui polimerisasi tiga
dimensi dari sinamil alcohol (turunan fenil propane) dengan bobot melekul mencapai
11.000 (Gambar 1.3). Dengan kata lain, lignin adalah makromolekul dari polifenil. Polimer
lignin dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk
dasarnya. Lignin yang melindungi selulose bersifat tahan terhadap hidrolisis karena
adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter.
Gambar 1.3. Struktur lignin
4
Glukose, monosakarida terpenting kadang-kadang disebut gula darah (karena
dijumpai dalam darah), gula anggur (karena dijumpai dalam buah anggur), atau dekstrosa
(karena memutar bidang polarisasi ke arah kanan) (Gambar 1.4). Glukose adalah suatu
aldoheksosa yang terdapat dalam jumlah banyak, diikuti dengan galaktosa dan manosa.
Gambar 1.4. Struktur glukose.
Hidrolisa adalah proses peruraian suatu senyawa oleh air. Proses tersebut dapat
terjadi dalam suasana asam, basa, atau netral tergantung pada senyawa yang bereaksi
serta karena enzim. Hidrolisa selulosa merupakan suatu proses yang dilakukan untuk
menghasilkan glukosa. Ada dua cara yang digunakan untuk hidrolisa selulose yaitu dalam
suasana asam dan secara enzimatis. Dibandingkan dengan hidrolisa asam, hidrolisa
menggunakan enzim mempunyai keuntungan berupa derajad konversi yang tinggi,
pembentukan hasil samping yang minimal, kebutuhan energi yang rendah, dan kondisi
operasi yang mudah dicapai. Enzim selulose merupakan enzim yang kompleks yang
terdiri atas tiga yaitu endoselulase, selobiohidrolase dan selobiase. Ketiga enzim ini
bekerja secara sinergis dalam menghidrolisa selulosa menjadi glukosa. Selobiohidrolase
menyerang
struktur
kristal
selulosa
dan
menghasilkan
selobiosa
(disakarida).
Endoselulase menghidrolisa bagian amorf selulosa menjadi senyawa-senyawa dengan
bobot molekul yang lebih kecil (β-oligomer), sedangkan selobiase menghidrolisa βoligomer menjadi glukosa. Pengaruh hidrolisa pada masing-masing enzim adalah rendah,
sedangkan kombinasi eksoenzim (selobiohidrolase) dan endoenzim menaikkan produksi
glukosa. Jadi keseluruhan enzim bekerja sama dalam mendegradasi selulose.
Adsorpsi enzim selulose pada permukaan selulose pada umumnya diasumsikan
lebih cepat dibandingkan dengan laju hidrolisis secara keseluruhan Jumlah enzim selulose
yang diadsorpsi terutama tergantung pada tersedianya luas permukaan selulose dan
konsentrasi enzim selulose. Oleh karena itu, tipe selulose dan konsentrasi enzim selulose
merupakan dua faktor penting adsorpsi dalam sistem selulase-selulose.
5
Sumber enzim, berasal dari jaringan tumbuhan, hewan dan mikroorganisme yang
terseleksi. Enzim yang secara tradisional diperoleh dari tumbuh-tumbuhan dan hewan
yang mempunyai kelemahan yaitu variasi musim, konsentrasi rendah, biaya tinggi,
persediaan enzim terbatas, dan adanya persaingan dengan pemanfaatan yang lain. Oleh
karena itu pengingkatan sumber enzim sedang dilakukan dengan cara memaksimalkan
dari mikroba pengahasil enzim yang sudah dikenal atau penghasil enzim baru lainnya.
Sebagian besar enzim mikroba untuk keperluan industri hanya berasal dari 11
jamur, 8 bakteri dan 4 ragi serta dalam prakteknya para produsen biasanya mencari enzim
baru dari kelompok ini. Kebanyakan mikroba yang digunakan dari jamur adalah Aspergilus
niger, Mucor sp., Rhizopus arrhizus, Trichoderma viride, Penicillium vitale, Aerobacter
aerogenes, dll. Sedangkan dari bakteri adalah Bacillus subtilis, Bacillus coagulans,
Escherichia coli, dll.
Sumber enzim yang didapat dari ragi adalah Saccharomyces
cereviceae, Streptomyces phaeochromogens, dll.
Aspergilus niger. Pada penelitian
ini produksi enzim selulose didapatkan dari
jamur Aspergilus niger, karena jamur ini sangat mudah didapatkan di alam bebas.
Aspergilus niger adalah kapang dari jenis fungi imperfecti yang tersebar dimana-mana
pada berbagai macam substrat antara lain pada buah-buahan, sayur-sayuran dan
makanan lain yang telah membusuk.
Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan enzim selulose kasar dari jamur
Aspergilus niger dengan variable waktu inkubasi yang berbeda-beda guna mengetahui
aktivitas yang optimum; untuk memperoleh glukosa dari tongkol jagung melalui proses
hidrolisa secara enzimatik menggunakan enzim selulosa dari jamur Aspergilus niger; dan
untuk mengetahui kondisi yang baik dalam pembuatan glukosa dari tongkol jagung.
2. METODOLOGI
2.1 Tahap Persiapan
Medium agar miring yang digunakan dalam pemeliharaan Aspergilus niger adalah
PDA (potato Dextrose Agar).
Bahan ini dilarutkan dalam aquadest 1,9 g/ml, lalu
dipanaskan sampai larutan menjadi homogen. Media kemudian dituangkan kedalam
tabung reaksi (± 5 ml) dan disterilisasi dengan menggunakan autoclave pada suhu 121oC
selama ± 15 menit. Setelah disterilisasi, tabung-tabung reaksi tersebut diletakkan dalam
6
posisi miring dan dibiarkan agar-agar memadat. Selanjutnya dilakukan inokulasi
Aspergilus niger pada agar miring tersebut.
Substrat yang digunakan untuk pertumbuhan Aspergilus niger dedak gandum.
Substrat yang sudah dikeringkan kemudian digiling sampai ukuran partikel sebesar 40
mesh. Untuk media diambil 10 g tepung substrat dari dedak gandum, kemudian
dimasukkan kedalam erlenmeyer 300 ml dan ditambahkan larutan nutrisi. Nutrisi yang
diberikan kedalam substrat ditunjukkan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Komposisi nutrisi untuk pertumbuhan jamur Aspergilus niger.
Komponen
KH2PO4
Yeast extract
MgSO4. 7H2O
CaCl2
Komposisi
% (w/v)
8,0
1,0
0,5
0,5
Volume nutrisi (ml) yang ditambahkan dengan dedak gandum (g) adalah dengan
perbandingan 2 dan 10, lalu ditambahkan aquadest hingga mencapai kadar air 70% berat
basah. Substrat yang sudah diberi dengan larutan nutrisi dan mineral kemudian
disterilisasi dalam autoclave pada suhu 121oC selama 15-20 menit.
2.2 Tahap produksi enzim kasar
Biakan Aspergilus niger pada agar miring diberi aquadest sebanyak 10 ml. Jamur
dilepaskan dengan menggunakan jarum ose, lalu dikocok dan dipindahkan ke tabung lain
yang sudah disterilkan. Suspensi jamur yang digunakan ditentukan konsetrasinya
menggunakan TPC (Total Plate Counting) dengan jumlah 107 – 108 spore /ml.
Suspensi jamur sebanyak 2 ml yang diperoleh diinokulasikan kedalam susbtrat
steril yang sudah tersedia, kemudian diinkubasikan kedalam inkubator pada suhu 35oC
selama 2, 4 dan 6 hari.
Media fermentasi yang sudah ditumbuhi Aspergilus niger kemudian ditambahkan
100 ml buffer asetat pH 4,8 yang mengandung 0,1 % Tween 80. Cairan enzim diaduk dan
dikocok dengan pengocok shaker pada 200 rpm selama 2 jam kemudian disentrifuge pada
900 rpm selama 180 menit.
7
2.3 Tahap pengujian aktivitas enzim
Protein diuji dengan analisis biuret yaitu dengan memasukkan masing-masing
kedalam tabung reaksi sebanyak 3 ml larutan protein (enzim kasar). Menambahkan 6 ml
reagent biuret kedalam setiap tabung reaksi tersebut. Menginkubasikan pada suhu 35oC
selama 15 menit. Menera absorbansinya pada 550 nm.
Aktivitas enzim selulose diuji dengan mencampurkan 0,5 ml enzim kasar dan 25 mg
kertas saring, diinkubasikan pada suhu 50oC selama 60 menit. Tambahkan 1 ml reagen
DNS untuk menghentikan reaksi. Melakukan pengenceran dengan mengambil 1 ml larutan
sampel lalu dimasukkan kedalam tabung reaksi yang berisi 9 ml aquadest. Dengan cara
yang sama untuk mendapatkan pengenceran 100 kali. Mengukur absorbansinya pada
panjang gelombang 550 nm. Menghitung aktivitas enzim dengan menggunakan kurva
standard glukose untuk mendapatkan konsentrasi glukose.
2.4 Tahap hidrolisa
Perlakuan fisika terhadap tongkol jagung meliputi pencucian, pengeringan, dan
pengayaan. Pencucian dilakukan untuk menghilangkan bahan-bahan yang terikut dalam
tongkol seperti tanah, cangkang dan kotoran lain. Pengeringan dilakukan pada suhu
100oC didalam oven selama 1 hari dan dicapai kadar air 14,79 %. Pengeringan ini
dilakukan untuk memudahkan dalam proses penggilingan serat tongkol jagung, karena
pada keadaan lembab tongkol jagung sukar untuk dihancurkan. Tahap penghancuran
bertujuan untuk memperkecil ukuran tongkol jagung. Alat yang digunakan adalah blender,
tongkol yang sudah dihancurkan kemudian diayak dengan ukuran berturut-turut adalah 25,
50, dan 100 mesh.
Hidrolisa asam dilakukan dengan menimbang tongkol jagung 10 g (25, 50, dan100
mesh), kemudian dimasukkan dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan alat
condensor reflux dan ditambahkan kedalamnya dengan asam sulfat 10% sebanyak 250
ml. Proses dilakukan pada suhu 100oC selama 3 jam. Setelah proses selesai, filtrat
dianalisa sebagai glukose (gula reduksi), dan residu dianalisa sebagai hemiselulose dan
α-selulose.
Hidrolisa enzim dilakukan dengan menimbang tongkol jagung hasil hidrolisa asam,
kemudian dibasahi dengan larutan pengembang FeTNa yaitu menambahkan larutan
Fe(III) Tartrat dalam NaOH sebanyak 4ml/g substrat sehingga cukup membasahi tongkol
8
jagung merata (Gunawan dan Aisyah, 2005; Hamilton, 1984). Proses pembasahan
dilakukan selama 9 jam, kemudian dicuci dengan aquadest sebanyak 3 kali dan terakhir
dengan natrium sitrat. Tongkol jagung hasil proses pembasahan kemudian ditimbang dan
dimasukkan kedalam erlenmeyer dan ditambahkan larutan penyanggga Natrium asetat
sehingga mencapai pH 4,8. Erlenmeyer ditutup dan diinkubasikan pada suhu 50 oC selama
24 jam. Hasil hidrolisa enzim kemudian disaring menggunakan sintered crushed. Glukose
dianalisa pada filtrat, analisa hemiselulose dan α-selulose pada residu.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Kurva Pertumbuhan jamur Aspergilus niger
Kurva pertumbuhan jamur Aspergilus niger ditunjukkan dalam Gambar 3.1.
Pertumbuhan Aspergilus niger dimulai pada fase adaptasi pada jam ke 8, dilanjutkan
dengan fase pertumbuhan cepat (eksponensial) pada jam ke 16 – 24. Fase pertumbuhan
diperlambat setelah melewati jam ke 24. Kemudian diteruskan dengan fase stasioner,
dimana jumlah jamur yang tumbuh sama dengan jamur yang mati pada jam ke 40 – 100.
Pada jam diatas 100 terjadi penurunan jumlah jamur yang dinamakan fase kematian,
Berat kering Aspergilus niger (mg)
dimana jumlah jamur yang mati lebih banyak dari pada yang tumbuh.
100
10
1
0
20
40
60
80
100
120
Waktu (jam )
Gambar 3.1. Kurva pertumbuhan jamur Aspergilus niger.
9
140
3.2. Analisa Aktivitas Enzim Selulose.
Analisa Aktivitas enzim ditunjukkan dalam Tabel 3.1. Enzim yang diperoleh jamur
Aspergilus niger dengan konsentrasi protein tertinggi pada waktu inkubasi 4 hari sebesar
50 g/100 ml. Uji protein ini digunakan untuk mengetahui jumlah protein enzim yang
disintesa oleh mikroba dan untuk menghitung aktivitas enzim secara spesifik.
Analisa aktivitas enzim selulose dilakukan dengan waktu reaksi selama 60 menit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas enzim tertinggi dapat diperoleh pada waktu
inkubasi 4 hari sebesar 2,257 IU/ml enzim. Aktivitas enzim selulose dihitung dalam satuan
International yaitu IU berdasarkan jumlah mikromol glukose yang dibebaskan setiap menit
pada kondisi pengjian.
Tabel 3.1. Aktivitas enzim selulose Aspergilus niger.
Waktu inkubasi
(hari)
2
Aktivitas Enzim
(IU/ml enzim)
2,182
4
2,257
6
1,505
3.3 Hidrolisa asam
Hidrolisa asam bertujuan untuk menghidrolisa hemiselulose sehingga dapat
menurunkan kandungan hemiselulose dalam tongkol jagung, karena dengan adanya
hemiselulose dan lignin dapat menghambat proses hidrolisa selulose. Hasil percobaan
menunjukkan bahwa ada penurunan kadar hemiselulose selama proses hidrolisa asam
dari kadar 33,47% menjadi 29,17%, 25,15% dan 24,78% dengan melakukan beberapa
perlakuan menggunakan ukuran partikel tongkol jagung berturut-turut 25, 50 dan 100
mesh dan massa 10 g. Menurunnya kadar hemiselulose berkaitan dengan menaiknya
kadar selulose dari 35,85% menjadi 36,51%, 39,22% dan 40,61% dengan perlakuan
menggunakan ukuran partikel seperti pada hemisellose. Pada proses hidrolisa asam
hemiselulose dikonversi menjadi selulose. Hasil proses hidrolisa asam menunjukkan
bahwa semakin kecil ukuran partikel tongkol jagung (mesh semakin besar), maka reaksi
hidrolisa asam semakin baik. Hal ini ditunjukkan dalam Gambar 3.2, kadar hemiselulose
mengalami penurunan dengan semakin kecil ukuran partikel tongkol jagung dan kadar
selulose mengalami kenaikan dengan semakin kecil ukuran partikel. Penurunan kadar
10
hemiselulose yang terbaik dapat diperoleh sebesar 25,96% (33,47% menjadi 24,78%),
sedangkan kenaikan kadar selulose dapat diperoleh sebesar 11,72% (35,85% menjadi
40,61%) pada tongkol jagung dengan ukuran 100 mesh dan massa 10 g.
50
Hemiselulose
45
Selulose
Kadar (%)
40
35
30
25
20
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ukuran Partikel (mesh)
Gambar 3.2. Hubungan antara kadar bahan dan ukuran partikel selama proses
hidrolisa asam selama 24 jam.
3.4 Hidrolisa enzim
3.4.1 Pengaruh ukuran partikel terhadap kadar hemiselulose.
Gambar 3.3 menunjukkan hubungan antara ukuran partikel jagung dan kadar
hemiselulose yang diperoleh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan
dosis enzim sebanyak 30 ml, 40 ml dan 50 ml, maka kadar hemiselulose menurun dengan
menurunnya ukuran partikel tongkol jagung (25, 50 dan 100 mesh). Hal ini karena dengan
menggunakan ukuran partikel yang lebih kecil mempunyai luas permukaan yang lebih
besar, sehingga kontak antara tongkol jagung dengan enzim menjadi lebih besar, dengan
demikian semakin banyak hemiselulose yang dapat diuraikan oleh aktivitas enzim.
Pengurangan kadar hemiselulose yang terbaik dapat dicapai dengan menggunakan
ukuran partikel 100 mesh dan dosis enzim 50 ml sebesar 19,73% (24,78% menjadi
19,89%).
11
35
Kadar Hemiselulose (%)
Dosis 30 ml
Dosis 40 ml
30
Dosis 50 ml
25
20
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ukuran Partikel (mesh)
Gambar 3.3. Hubungan antara kadar hemiselulose dan ukuran partikel selama proses
hidrolisa enzim selama 24 jam.
3.4.2 Pengaruh ukuran partikel terhadap kadar selulose
Hidrolisa enzim menggunakan jamur Aspergilus niger adalah menguraikan
senyawa
selulose
didalam
tongkol
jagung
menjadi
monomer
glukose
sebagai
penyusunnya dan menguraikan hemiselulose menjadi selulose. Dengan demikian
selulose yang dikonversi menjadi glukose berasal dari hidrolisa asam dan hidrolisa enzim
dari hemiselulose. Hasil analisa selulose menunjukkan bahwa kadar selulose tidak
menunjukkan peningkatan melainkan penurunan, hal ini menunjukkan bahwa banyak
senyawa selulose yang diuraikan menjadi glukose, dari pada selulose yang terjadi dari
peruraian senyawa hemiselulose (Gambar 3.4).
Peruraian kadar selulose sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel jagung dan dapat
dilihat pada Gambar 3.4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin kecil ukuran
partikel tongkol jagung, maka akan menurunkan kadar selulose, hal ini dikarenakan
partikel yang berukuran lebih kecil mempunyai luas permukaan yang lebih besar sehingga
kontak dengan enzim menjadi jauh lebih besar sehingga semakin banyak selulose yang
terhidrolisa menjadi glukosa. Semakin besar kontak dengan enzim maka makin banyak
enzim yang menembus struktur berkristal dan amorf pada partikel tongkol jagung
kemudian memecahkan ikatan-ikatan glikosida pada selulosa. Dengan menggunakan
dosis enzim 50 ml dan melakukan perlakukan terhadap berbagai ukuran partikel tongkol
jagung (25, 50 dan 100 mesh), maka kadar selulose berkurang dari 45,5% (hidrolisa
asam+enzim) menjadi 25,01%, 22,64% dan 22,29%. Ini menunjukkan pengurangan kadar
12
selulose yang terbaik dapat dicapai dengan menggunakan ukuran tongkol jagung 100
mesh dan dosis enzim 50 ml sebesar 51,01%.
35
Dosis 30 ml
Kadar Selulose (%)
Dosis 40 ml
30
Dosis 50 ml
25
20
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ukuran Partikel (mesh)
Gambar 3.4. Hubungan antara kadar selulose dan ukuran partikel selama proses
hidrolisa enzim selama 24 jam.
3.4.3 Pengaruh ukuran partikel terhadap konversi glukose
Pengaruh ukuran partikel pada hidrolisa enzim terhadap konversi glukose
ditunjukkan pada Gambar 3.5. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin kecil ukuran
partikel tongkol jagung, maka konversi glukose yang diperoleh semakin besar, karena
partikel-partikel yang berukuran kecil mengakibatkan mempunyai luas kontak yang besar
antara partikel tongkol jagung dengan enzim sehingga proses hidrolisa enzim terhadap
selulose menjadi glukose menjadi lebih besar dan menyebabkan konversi selulose
menjadi glukose menaik. Kenaikan konversi menjadi glukose juga diikuti dengan kenaikan
penambahan dosis enzim yang ditambahkan. Dengan penambahan dosis enzim yang
tertinggi 50 ml dan berbagai ukuran partikel (25, 50, 100 mesh), maka konversi selulose
menjadi glukose mengalami kenaikan sebesar 43,19%, 45,69% dan 51,01%. Sehingga
konversi tertinggi yang dapat dicapai adalah 51,01% dengan menggunakan ukuran
tongkol jagung 100 mesh dan dosis enzim 50 ml .
13
70
Konversi Glukose (%)
Dosis 30 ml
Dosis 40 ml
60
Dosis 50 ml
50
40
30
20
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ukuran Partikel (m esh)
Gambar 3.5. Hubungan antara konversi glukose dan ukuran partikel.
4. KESIMPULAN
Enzim kasar yang dihasilkan oleh jamur Aspergilus niger mempunyai aktifitas enzim
selulase sebesar 2,257 IU/ml pada hari ke 4 inkubasi. Proses
hidrolisa
asam
dengan
menggunakan ukuran partikel tongkol jagung 100 mesh, maka terjadi penurunan kadar
hemiselulose dari 33,47% sampai 24,78%; dan kadar selulose mengalami kenaikan dari
35,85% sampai 40,61%.
Proses hidrolisa enzim, semakin tinggi dosis enzim dan semakin kecil ukuran
partikel yang digunakan, maka konversi selulose menjadi glukose semakin besar.
Didasarkan pada hidrolisa enzim, konversi selulose menjadi glukose yang tertinggi dapat
diperoleh sebesar 51,01% dengan menggunakan ukuran partikel tongkol jagung 100 mesh
dan dosis enzim 50 ml.
DAFTAR SINGKATAN
DNS
: Dinitro Salicilic Acid
FeTNa
: Larutan Fe(III) Tartrat dalam NaOH
IU
: International Unit
PDA
: Potato Dextrose Agar
TPC
: Total Plate Counting
14
DAFFTAR PUSTAKA
Aguirar, C.L. (2001). Biodegradation of cellulose from sugar cane bagasse by fungal
cellulose. Science Technology Alignment, 3(2), 117-121.
Cole, BJW and Fort, RCC (2007). Http: Chemistry_umeche_maine.edu/Fort/cole-Fort.html.
Fengel, D. dan Wegener, G. (1995). Kayu: Kimia, Ultra Struktur, Reaksi. Penerjemah
Hardjono Sastrohamidjojo, Gadjah Mada University Press, 317-446.
Gunawan, I. dan Aisyah (2005). Studi Kinetika Pembuatan Glukose dari Bagas Secara
Enzimatik dengan Perlakuan Pendahuluan. Skripsi. Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya.
Hamilton (1984). Effect of Ferric Tartrate Sodium Hydroxide Solvent Pretreatment on
Enzyme
Hydrolysis
of
Cellulose
in
Corn
Residue.
Boitechnology
and
Bioengineering, 16.
Nishizawa, K. (1989). Degradation of cellulose and Hemicelluloses. Biomass Handbook.
Gordon & Breach Science Publisher, New York.
Purnomo, H. dan Rochma, F.A. (2004). Pembuatan Glukosa dari Bagas Secara Enzimatik
dengan Perlakuan Pendahuluan. Skripsi. Institut Teknologi Sepuluh Nopember,
Surabaya.
Sjostrom, E. (1995). Kimia Kayu: Dasar-dasar dan Penggunaan. Penerjemah Hardjono
Sastrohamidjojo, Gadjah Mada University Press, 1-112.
Suprapto, H.S. dan Rasyid, M.S. (2002). Bertanam Jagung. Penebar Swadaya, Jakarta.
15