BAB I PENGANTAR 1.1 Latar Belakang Enzim menjadi

BAB I
PENGANTAR
1.1 Latar Belakang
Enzim menjadi primadona industri bioteknologi karena penggunaanya
dapat menghemat energi dan aman untuk lingkungan. Enzim merupakan produk
yang mempunyai nilai ekonomis tinggi dan alat praktis yang penting karena
sangat diperlukan untuk menunjang berbagai proses dalam industri pangan
maupun non pangan (Darwis dan Sukara, 1990).
Enzim juga merupakan biokatalisator yang efektif dalam meningkatkan
kecepatan reaksi kimia spesifik secara nyata (Lehninger, 1995), bekerja pada
kondisi yang ramah sehingga lebih efesien karena menekan konsumsi energi
proses dan meminimalisir terikutnya senyawa pengotor dalam produk (August,
2000). Pengubahan energi aktivasi dilakukan dengan cara menurunkan hambatan
energi (energy barrier) sehingga reaksi dapat berjalan dengan lebih cepat (Rehm
dan Reed 1995). Perubahan tersebut difasilitasi oleh enzim melalui pembentukan
keadaan transisi yang melibatkan distribusi muatan antara enzim dengan substrat
ketika terbentuk ikatan kompleks enzim-substrat. Dengan adanya enzim maka
dapat terjadi pengubahan energi reaktan manjadi bentuk energi lain secara efisien
(Wilson dan Walker 2000 diacu dalam Dewi 2002).
Penggunaan enzim sebagai biokatalis banyak diaplikasikan pada proses
industri medis, kimia, farmasi dan pangan. Pada industri pangan khususnya
memiliki beberapa keuntungan diantaranya aman terhadap kesehatan karena
enzim bukan merupakan bahan kimia, dapat aktif pada konsentrasi yang rendah,
1
2
mengkatalis reaksi sangat spesifik tanpa efek samping, dan dapat digunakan
sebagai indikator kesesuaian proses pengolahan.
Enzim dapat dihasilkan oleh tanaman, hewan dan mikrobia. Khusus
untuk enzim yang dihasilkan oleh mikrobia menunjukkan hasil yang lebih besar
apabila produksi enzimnya melalui teknik fermentasi. Produksi enzim dari
mikrobia juga memiliki spektrum yang lebih luas untuk diaplikasikan di industri
karena lebih stabil dan lebih murah (Ellaiah et al.,2004), enzim ektraseluler lebih
mudah dalam recovery enzim dari media fermentasi (Damaso et al.,2008) dan
lebih mudah untuk diperbaiki produktivitasnya dibandingkan produksi enzim dari
tanaman ataupun hewan.
Kebutuhan enzim di pasar dunia mencapai 600 juta dan 20 jutanya
merupakan kebutuhan akan lipase. Lipase merupakan salah satu enzim yang dapat
dihasilkan oleh mikrobia, dan mikrobia yang banyak dimanfaatkan untuk produksi
lipase dengan proses fermentasi adalah dari jenis jamur, salah satunya adalah
Aspergilus niger. Jamur Aspergilus niger memiliki sifat lipolitik sehingga
merupakan spesies yang potensial untuk menghasilkan lipase.
Darmasiwi (2010) dalam penelitiannya menemukan bahwa isolat
Aspergilus niger 65I6 mampu menghasilkan lipase dengan aktifitas esterifikasi
sebesar 316,25 U/g substrat. Hasil ini merupakan nilai aktivitas tertinggi diantara
tujuh isolat yang diisolasi, dan menunjukkan bahwa Aspergilus niger 65I6 dapat
dijadikan strain terpilih penghasil lipase. Selain itu Aspergilus niger mudah
diperoleh serta mampu berkembang pada media umum pembentukan jamur,
sehingga secara ekonomi akan dapat menekan biaya produksi. Keunggulan
3
lainnya adalah mikrobia dapat menggunakan berbagai jenis media (Veerapagu et
al.,2013), dan sebagian besar mensekresikan lipase selama pertumbuhan pada
penggunaan media limbah bahan organik (Salihu et al., 2012).
Ketersediaan limbah bahan organik yang cukup melimpah dapat
menjawab tantangan dalam produksi lipase dalam skala industri. Seperti diketahui
bahwa salah satu faktor pembatas produksi lipase secara fermentasi pada skala
industri saat ini adalah tingginya biaya yang dikeluarkan untuk meningkatkan
produksi lipase dan downstream processing yang digunakan (Kanwar et al. 2002).
Tingginya biaya produksi disebabkan oleh penggunaan sumber karbon berupa
glukosa atau sukrosa dan sumber nitrogen yang berasal dari ekstrak yeast, pepton
maupun beberapa jenis asam amino yang merupakan bahan medium dengan harga
yang cukup mahal. Potensi terdapatnya kandungan nutrien dalam limbah bahan
organik yang dibutuhkan untuk memproduksi enzim, membuka peluang untuk
dapat melakukan produksi enzim secara optimum dengan biaya yang lebih murah.
Beberapa penelitian mengenai produksi lipase menggunakan residu
agroindustri khususnya limbah bungkil biji jarak telah beberapa kali dilakukan.
Diantaranya Haslinawati (2011) dalam penelitiannya yang menggunakan bungkil
biji jarak di defatting, yang memiliki kadar karbohidrat sebesar 35,04% dan kadar
protein sebesar 43,30% sebagai substrat fermentasi dengan metode Solid State
Fermentation oleh jamur Aspergilus niger 65I6, menghasilkan nilai aktifitas
esterifikasi lipase sebesar 836,86 U/g substrat.
Penelitian tersebut menunjukkan bahwa kandungan karbohidrat dan
protein pada bungkil biji jarak di defatting tergolong tinggi, dan berpotensi untuk
4
dijadikan sumber nutrien. Namun karbohidrat dan protein yang terkandung pada
bungkil biji jarak tersebut masih dalam bentuk polimer. Bentuk polimer akan
memicu mikrobia untuk menghasilkan enzim yang akan memecah polimer
tersebut menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana agar lebih mudah untuk
diabsorpsi. Hal ini juga akan menyebabkan dihasilkan enzim lain selain enzim
target yaitu lipase. Agar enzim yang dihasilkan pada proses fermentasi
penghasilan enzim lebih fokus terhadap produksi lipase (dengan menghidrolisis
inducer olive oil sebagai sumber karbon) maka polimer lain yang terdapat pada
medium dihidrolisis terlebih dahulu. Sehingga harapannya enzim target yaitu
lipase lebih banyak diproduksi.
Proses hidrolisis secara kimia dengan metode dari Mishra et al.,2011
telah dilakukan oleh Hidayah (2015) dimana hidrolisis dengan menggunakan
asam sulfat 5%, pada suhu 55oC selama 3 hari penggojogan. Pada penelitian ini
ingin dilakukan hidrolisis dengan konsentrasi katalis yang lebih rendah dan variasi
waktu hidrolisis yang lebih singkat karena menggunakan katalis kimia, tidak
seperti menggunakan enzim yang waktu hidrolisisnya lebih panjang.
Kandungan nutrien dalam bungkil biji jarak pagar membuka peluang
untuk dapat dipergunakan sebagai medium pertumbuhan Aspergilus niger 65I6
dalam proses produksi lipase dengan metode fermentasi. Metode fermentasi
produksi enzim dapat dilakukan dengan metode Solid State fermentation dan
metode Submerged fermentation. Metode submerged fermentation merupakan
metode fermentasi yang biasanya digunakan untuk memproduksi enzim dari
jamur berfilamen dalam skala besar (Singhania et al. 2010).
5
Metode fermentasi submerged fermentation dengan menggunakan media
cair memiliki kelebihan yaitu memudahkan dalam penyerapan nutrisi secara
merata. Nutrisi yang terdistribusi merata disertai dengan kultur terendam akan
menghambat terjadinya sporulasi. Terhambatnya sporulasi dibutuhkan karena
produksi enzim lipase mengikuti pola growth associated product formation yaitu
produksi enzim berfungsi mendukung pertumbuhan sel. Semakin terhambat
sporulasi jamur, maka semakin panjang waktu pertumbuhan sel yang berarti
waktu produksi enzim juga semakin lama. Hal ini akan mengoptimalkan produksi
enzim yang terdispersi pada medium fermentasi.
Penelitian penghasilan lipase oleh jamur dengan metode submerged
fermentation (SmF) dengan pengaduk dilakukan pada 100 rpm selama 8 hari dan
ditambahkan inducer minyak zaitun sebanyak 2% dan glukosa 2% menghasilkan
aktivitas lipase sebesar 0,99 IU/mL (Falony dkk., 2006). Penelitian menggunakan
metode submerged fermentation oleh Sharma et al. (2012) dengan konsentrasi
spora inokulum 8x107, ditumbuhkan pada media cair pH 7, suhu 280C, selama 6
hari menghasilkan aktivitas lipase sebesar 9 U/mL.
Proses fermentasi ada yang diawali dengan menumbuhkan pada media
pre kultur ada juga yang tanpa pre kultur. Penelitian yang terpublikasi sebelumnya
khususnya dengan metode submerged fermentation (SmF), semua proses
fermentasi adalah tanpa menggunakan perlakuan pre kultur. Sebagaimana
diketahui bahwa penggunaan media pre-kultur pertumbuhan mikrobia pada
medium fermentasi adalah untuk memberikan waktu beradaptasi, sehingga
dengan adanya fase adaptasi tersebut maka fase pertumbuhan akan lebih
6
maksimal. Selain itu dengan penggunaan proses pre kultur akan dapat ditentukan
waktu pemindahan kecambah jamur yang tepat agar jamur dapat tumbuh lebih
baik.
Pada penelitian ini, dilakukan perlakuan hidrolisis yang bertujuan untuk
memecah karbohidrat dan protein yang terkandung pada bungkil biji jarak
sehingga jamur dapat fokus pada penghasilan lipase untuk memecah olive oil
yang berperan sebagai sumber karbon. Inokulum diperoleh melalui proses prekultur dimana spora dikecambahkan terlebih dahulu pada medium cair dan
diamati pertumbuhannya dan berat biomasanya. Hal ini bertujuan untuk
mengetahui waktu yang tepat pemindahan inokulum ke medium fermentasi dan
pengaruhnya terhadap penghasilan lipase. Selanjutnya dianalisa waktu fermentasi
dan kadar glukosa paling optimum penghasilan lipase pada medium komersial,
yang dilanjutkan dengan pengaplikasian komposisi glukosa terbaik pada medium
hidrolisat cair bungkil biji jarak pagar dan dianalisis nilai aktivitas crude
lipasenya.
1.2 Permasalahan Penelitian
Berdasarkan pada latar belakang penelitian, maka permasalahan yang
muncul dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana kombinasi terbaik jenis katalis dan waktu hidrolisis bungkil
biji jarak, untuk memperoleh hidrolisat terbaik yang akan digunakan
sebagai medium fermentasi penghasilan lipase?
2. Berapa lama waktu yang paling tepat untuk memindahkan kecambah spora
Aspergillus niger 65I6 ke dalam medium fermentasi?
7
3. Bagaimana kondisi terbaik produksi lipase pada medium komersial
dinilai dari kombinasi kadar glukosa dan waktu fermentasi ?
4. Bagaimana produksi lipase oleh Aspergillus niger 65I6 pada komposisi
terbaik (0,05%, 0,5% dan 1%) hidrolisat cair bungkil biji jarak dengan
menggunakan kombinasi kadar glukosa dan waktu fermentasi optimum
pada medium komersial?
1.3 Keaslian Penelitian
Penelitian mengenai hidrolisis bungkil biji jarak pagar menjadi hidrolisat
cair dan aplikasinya sebagai medium produksi lipase oleh Aspergilus niger 65I6
dengan sistem sistem submerged fermentation belum pernah dipublikasikan.
Penelitian yang pernah dipublikasikan sebelumnya adalah mengkaji
tentang produksi enzim lipase Aspergilus niger 65I6 menggunakan substrat
bungkil biji jarak dengan metode solid state fermentation (Darmasiwi; 2010), dan
optimasi produksi dengan metode solid state fermentation (Haslinawati; 2011).
Sedangkan Falony (2006) dan Sharma (2012) melakukan penelitian produksi
lipase ekstraseluler dengan metode submerged fermentation menggunakan
Aspergillus niger tanpa perlakuan pre-kultur.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan enzim lipase oleh Aspergilus
niger 65I6 dengan perlakuan pre-kultur, dengan metode submerged fermentation
menggunakan medium hidrolisat bungkil biji jarak. Tujuan spesifik dari penelitian
ini adalah sebagai berikut:
8
1. Mengetahui kombinasi terbaik jenis katalis dan waktu hidrolisis bungkil
biji jarak, untuk memperoleh hidrolisat cair optimum yang akan digunakan
sebagai medium.
2. Mengetahui berapa lama waktu optimum pre kultur yang diperlukan oleh
isolat Aspergilus niger 65I6 untuk siap dipindahkan ke medium produksi
enzim.
3. Mengetahui kombinasi kadar glukosa dan waktu fermentasi optimum
produksi lipase oleh isolat Aspergilus niger 65I6 pada medium komersial.
4. Mengetahui kadar lipase yang dihasilkan oleh medium hidrolisat cair
terbaik (0,05%, 0,5% dan 1%) dengan menggunakan kombinasi kadar
glukosa dan waktu fermentasi optimum.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini memberikan manfaat teoritik dan aplikatif berupa:
1. Memberikan informasi jenis katalis dan waktu optimum proses hidrolisis
untuk medium pertumbuhan jamur khususnya Aspergilus niger 65I6.
2. Memberikan informasi lama waktu optimum pre kultur isolat Aspergilus
niger 65I6.
3. Mengetahui kombinasi kadar glukosa dan waktu fermentasi optimum
penghasilan enzim lipase oleh isolat Aspergilus niger 65I6 pada medium
komersial.
4. Memberikan informasi kadar lipase yang dihasilkan oleh Aspergilus niger
65I6 dengan menggunakan komposisi terbaik (0,05%, 0,5% dan 1%)
hidrolisat cair bungkil biji jarak sebagai medium fermentasi.
9
5. Diversifikasi produk pengolahan biji jarak menjadi medium pertumbuhan
mikrobia penghasil enzim khususnya lipase.