JURNAL BIOLOGI UMUM PRODUKSI SELULASE ... - WordPress.com

49 downloads 11 Views 189KB Size Report
Bioetanol dihasilkan dari proses hidrolisis selulosa menjadi glukosa yang kemudian difermentasi menjadi etanol. Hidrolisis selulosa dapat dilakukan secara ...

JURNAL BIOLOGI UMUM PRODUKSI SELULASE KASAR DARI KAPANG Trichoderma viride DENGAN PERLAKUAN KONSENTRASI SUBSTRAT AMPAS TEBU DAN LAMA FERMENTASI

PRODUCTION OF CRUDE CELLULASE FROM Trichoderma viride WITH CONCENTRATION OF BAGASSE AND FERMENTATION TIMES AS TREATMENTS

Ida Bagus Wayan Gunam, Wayan Redi Aryanta dan Ida Bagus N. Surya Darma Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana [email protected]

INTISARI Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk memanfaatkan ampas tebu sebagai substrat dalam produksi selulase kasar dari kapang Trichoderma viride. Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok pola faktorial yang terdiri dari dua faktor. Faktor pertama adalah konsentrasi substrat yang terdiri dari tiga level yaitu, konsentrasi substrat 1%, 2%, dan 3%. Faktor kedua adalah lama fermentasi yang terdiri dari tiga level yaitu, 5, 7, dan 9 hari. Masing–masing perlakuan dikelompokkan menjadi dua kelompok berdasarkan waktu pembuatannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi ampas tebu dan lama fermentasi berpengaruh nyata terhadap parameter yang diamati pada produksi selulase kasar dari kapang Trichoderma viride. Kombinasi perlakuan terbaik untuk menghasilkan selulase kasar dengan aktivitas yang optimal adalah pada perlakuan konsentrasi substrat 3% dan lama fermentasi 7 hari dengan nilai rata-rata aktivitas selulase (filter paperase), protein terlarut, dan aktivitas spesifik selulase berturut-turut 0,771 Unit/mL, 0,262 mg/mL, dan 2,940 Unit/mg.

Kata kunci: ampas tebu, Trichoderma viride, fermentasi, selulase

ABSTRACT

This research was done in order to utilize bagasse as substrates to produce crude cellulase from Trichoderma viride. This research used a randomized block design with factorial pattern which consisted of two factors. The first factor was the concentration of substrate which consisted of three levels namely, substrate concentration of 1%, 2%, and 3%. The second factor was the fermentation time which consisted of three levels namely, 5, 7, and 9 days. Each treatment classified into two groups based on time of production. The results showed that the concentration of bagasse and fermentation time significantly influenced the parameters observation of crude cellulase production from Trichoderma viride. The optimal treatment combination to produce crude cellulase with maximum activity was the treatment of 3% substrate concentration and fermentation time of 7 days with an average value of cellulase activity (filter paperase), soluble protein, and cellulase specific activity were 0.771 Unit/mL, 0.262 mg/mL, and 2.940 Unit/mg, respectively. Keywords: bagasse, Trichoderma viride, fermentation, cellulase mengingat kuantitas minyak bumi saat PENDAHULUAN

ini terus

menipis

(Izzati et

al.,

Alasan

bioetanol digunakan

2010). sebagai

bahan bakar, karena penggunaan etanol Produksi dan konsumsi energi primer

murni akan menghasilkan CO2

dunia menunjukkan

yang

lebih rendah dibanding premium. Selain

fosil

itu, bioetanol dapat menurunkan kadar

persediannya sudah semakin menipis dan

emisi gas rumah kaca hingga 80% dari

mengandung

yang

hasil pembakarannya, sehingga dapat

membahayakan. Emisi sulfur oksida (SOx)

menurunkan efek rumah kaca (Izzati et al.,

pada atmosfir akibat dari pembakaran

2010).

terus-menerus,

minyak

peningkatan

disisi lain senyawa

bumi

energi beracun

dapat

13%,

menyebabkan

masalah lingkungan yang serius seperti polusi udara dan hujan asam (Gunam et

Bioetanol dapat diproduksi dari bahan

al., 2006).

yang

mengandung glukosa,

pati,

dan

selulosa. Pembuatan bioetanol dari bahan bergula Salah

satu

energi

alternatif

yang

ataupun

makin terbatas

karena

bahan-bahan

bergula

merupakan

hasil

untuk memproduksi bioetanol tersebut

fermentasi biomassa. Bioetanol digunakan

juga dimanfaatkan sebagai bahan pangan.

sebagai

Banyak peneliti mengungkapkan bahwa

bahan

bakar terbarukan

berpati

sudah

menjanjikan adalah bioetanol. Bioetanol etanol

dan

berpati

yang digunakan

limbah yang mengandung selulosa dapat

dibandingkan hidrolisis asam, antara lain:

digunakan

gula

tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis,

yang murah dan mudah didapat untuk

kondisi proses yang lebih lunak (suhu dan

menggantikan bahan pati dalam proses

tekanan rendah, pH netral), serta proses

fermentasi (Graf dan Koehler, 2000 dalam

enzimatis merupakan proses yang ramah

Kamara et

lingkungan.

sebagai

al.,

sumber

2007).

mendorong usaha

Hal

ini

penggunaan

yang bahan

baku dari limbah pertanian (biomassa). Enzim yang dapat menghidrolisis selulosa adalah selulase. Produksi selulase secara Penelitian

sebelumnya

memanfaatkan

komersial biasanya menggunakan kapang

ampas tebu, jerami padi, jerami jagung,

atau

dan serbuk gergaji kayu sebagai sumber

menghasilkan selulase adalah Aspergillus

gula. Ampas tebu merupakan bahan baku

niger, Trichoderma viride, dan lain-lain.

pembuatan

terbaik

Bakteri yang bisa menghasilkan selulase

dibandingkan dengan jerami padi, jerami

adalah Pseudomonas, Cellulomonas, dan

jagung,

Bacillus. Diantara beberapa jenis kapang

bioetanol dan

(Suparyana,

serbuk 2010).

merupakan

gergaji kayu Ampas

hasil samping

tebu

dari

proses

dan

bakteri.

bakteri

Kapang

yang

selulase, yang

bisa

yang bisa

menghasilkan

potensial

untuk

ekstraksi tebu. Selain harganya murah,

dikembangkan dalam pembuatan enzim

ketersediaan ampas tebu juga melimpah

selulase

dan belum banyak dimanfaatkan (Gunam,

kapang Trichoderma viride (Arnata, 2009).

salah

satunya

adalah

1997). Trichoderma

viride adalah

kapang

Bioetanol dihasilkan dari proses hidrolisis

berfilamen yang sangat dikenal sebagai

selulosa menjadi glukosa yang kemudian

organisme selulolitik dan menghasilkan

difermentasi

enzim-enzim

menjadi etanol.

Hidrolisis

selullolitik,

termasuk

selulosa dapat dilakukan secara kimia dan

enzim selobiohidrolase,

enzimatik. Hidrolisis secara kimia biasanya

dan

dilakukan dengan

Kelebihan dari Trichoderma viride selain

menggunakan dilakukan

asam

enzim

dengan

dan

hidrolisis

secara sederhana mengganti

tahap

hidrolisis asam dengan hidrolisis secara enzimatis. beberapa

Hidrolisis enzimatis

memiliki

keuntungan

ß-glukosidase (Deacon,

menghasilkan lengkap,

endoglukanase

enzim

selulolitik

juga menghasilkan

xyloglukanolitik (Tribak et al., 2002).

1997). yang enzim

Keberadaan

enzim

ini

mempermudah enzim

akan

semakin

selulolitik

dalam

Melihat

pentingnya

biokonversi

selulosa menjadi

memecah selulosa. Seperti yang diketahui

sebagai

pada limbah lignoselulosa, selulosa terikat

etanol, maka

dengan

terhadap

lignin

sehingga

sulit

selulase

bahan

dalam glukosa

untuk

produksi

diperlukan

optimasi

produksi

selulase kasar

dari

sekali dilakukan hidrolisis selulosa tanpa

kapang Trichoderma

memecah pelindung lignin ini terlebih

perlakuan konsentrasi

dahulu. Untuk memecah pelindung lignin

tebu 1, 2, dan 3% dan lama fermentasi 5,

perlu dilakukan perlakuan pendahuluan

7,

terhadap bahan baku yaitu dengan proses

dapat menghasilkan selulase kasar secara

delignifikasi. Menurut Suparyana (2010),

optimal yang nantinya dapat digunakan

konsentrasi larutan NaOH 6% dan lama

untuk

perendaman

berselulosa menjadi

12

perbandingan

jam

dengan

substrat 1:15

terhadap

dan 9

hari,

viride dengan substrat

ampas

sehingga diharapkan

mengkonversi

bahan

glukosa.

Glukosa

merupakan produk antara yang dapat

NaOH, menghasilkan serbuk ampas tebu

digunakan

terdelignifikasi

kadar

industri, salah satunya untuk produksi

selulosa, hemiselulosa, lignin, dan nilai

bioetanol. Penelitian ini dilakukan dengan

retensi air berturut-turut adalah 72,49,

tujuan

9,09, 11,88, dan 15,90%.

kombinasi konsentrasi

terbaik

dengan

sebagai

bahan

untuk

baku

mengetahui substrat

ampas

tebu dan lama fermentasi yang optimal untuk

memproduksi

enzim

selulase

Gunam et al. (2010) melaporkan bahwa,

kasar dengan aktivitas yang tinggi dari

konsentrasi substrat 2% dengan perlakuan

kapang Trichoderma viride

delignifikasi NaOH 6% akan menghasilkan aktivitas selulase yang optimal dengan lama fermentasi 9 hari dari kapang Aspergillus niger. menggunakan substrat

1,

Gunam et

al.

(2010)

perlakuan konsentrasi 2,

dan

3%.

MATERI DAN METODE Strain, Kultur Media dan Bahan Kimia

Penelitian

sebelumnya menunjukkan bahwa aktivitas

Strain mikroba yang digunakan adalah

selulase yang maksimal dihasilkan setelah

kapang Trichoderma viride. Strain tersebut

fermentasi

diperoleh

selama

7

hari

dari

kapang Trichoderma viride (Arnata, 2009).

dari

Lab. Mikrobiologi

PAU

Pangan dan Gizi Universitas Gajah Mada. Media untuk pemeliharan dan peremajaan kultur digunakan media Potato Dectrose Agar

(PDA)

dan Glukosa.

Limbah

lignoselulosa (ampas tebu) diambil dari

yaitu: 5, 7 dan 9 hari. Masing–masing

Pabrik Gula Candi Baru, Sidoarjo Jawa

perlakuan dikelompokkan

Timur.

kelompok

menjadi

dua

berdasarkan

waktu pembuatannya.

Data

yang

diperoleh dari masing-masing perlakuan Bahan kimia yang digunakan yaitu: NaOH,

dianalisis dengan sidik ragam, apabila

Bovin Serum

perlakuan berpengaruh

Albumin

(BSA)

(Merck),

nyata

terhadap

H2SO4 (Merck), NaH2PO4 (Merck), CaCl2,

parameter yang diamati maka dilanjutkan

KH2PO4

dengan uji Duncan (Steel dan Torrie,

(Merck),

MgCl2

(Merck),

Urea, Dinitrosalicylic Acid (DNS), pereaksi biuret, dietileter (Merck), Trichloro Acetic Acid (TCA) (Merck), buffer sitrat, HCl dan aquades.

1993). Penyiapan Kultur Kerja Trichoderma viride Kultur

Bahan baku berupa ampas tebu dikecilkan ukurannya dengan tersebut

cara

ditimbang

ampas

tebu

dan dikeringkan

dengan menggunakan sinar matahari, sampai kadar air sekitar 10 persen. Setelah kering dihancurkan dengan menggunakan alat penggiling hingga menjadi bubuk yang lolos ayakan 60 mesh, selanjutnya diperoleh bubuk

lignoselulosa

dengan

kerja

dipersiapkan

menginokulasikan kapang

yang

dengan telah

diremajakan (dari kultur stok) ke dalam media agar miring (PDA) yang telah dipersiapkan sebelumnya. Spora biakan murni Trichoderma dengan

cara

viride ditumbuhkan menggores

pada

permukaan media (1 ose per tabung). Biakan murni tersebut diinkubasi pada suhu 25 - 27oC selama 7 hari.

ukuran seragam (Gunam, 1997). Proses Delignifikasi Rancangan Percobaan Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok pola faktorial yang terdiri dari dua faktor. Faktor pertama adalah konsentrasi substrat yang terdiri dari tiga level yaitu: konsentrasi substrat ampas tebu 1, 2 dan 3%. Faktor kedua adalah lama fermentasi yang terdiri dari tiga level

Tahap ini dilakukan untuk menghasilkan selulosa ampas tebu dengan kadar lignin yang dilakukan

rendah. sebagai

Proses delignifikasi berikut:

serbuk

ampas tebu direndam sebanyak 30 g dalam larutan NaOH 6% (b/v) pada gelas beker dengan perbandingan 1 : 15 (serbuk ampas tebu : larutan NaOH) selama 12

jam pada suhu kamar (Suparyana, 2010).

ditambahkan aquades hingga 100 mL,

Perlakuan delignifikasi serbuk ampas tebu

kemudian

mengggunakan

kamar

menjadi pH 4, selanjutnya ditutup dengan

bertujuan untuk efisiensi biaya. Kemudian

kapas, disterilisasi pada 121 oC selama 15

dilakukan pencucian sampai netral dan

menit dalam autoclave (Suryanto, 1986

penyaringan

dalam Hardjo et al., 1989).

suhu

serta

pengeringan

dilakukan

pengaturan pH

dengan oven pada suhu 105oC selama 10 jam

(Suryanto,

1986 yang

telah

dimodifikasi dalam Gunam et al., 2009).

Suspensi spora dibuat dari Trichoderma viride yang berumur 7 hari, ditambahkan ke

dalam

medium fermentasi

Produksi dan Pengujian Aktivitas Enzim

konsentrasi

Selulase

secara aseptis di atas shaker, selanjutnya dilakukan

Biakan

murni

Trichoderma

viride

10%

(b/v)

dan

pada diaduk

fermentasi (Suryanto,

1986

dalam Hardjo et al., 1989).

ditumbuhkan dalam media agar miring kemudian

diinkubasi

hari. Sebanyak

Pemanenan enzim dilakukan pada akhir

dalam

fermentasi sesuai perlakuan (5, 7, dan 9

dalam

hari). Hasil fermentasi dalam Erlenmeyer

agar miring, kemudian dikocok agar spora

diaduk dan dikocok, lalu disaring dengan

terlepas ke dalam fase cair.

kertas saring. Filtrat kemudian disentrifuge

biakan

mL

aquades

7 steril

ditambahkan

10

selama

masingmasing ke

Trichoderma

viride

pada suhu ruang, diambil supernatannya (selulase Bubuk ampas tebu didelignifikasi dengan

kasar) dan

siap

dianalisis

(Suryanto, 1986 dalam Hardjo et al., 1989).

NaOH 6% selama 12 jam pada suhu ruang, kemudian ampas tebu yang sudah terdelignifikasi

dimasukkan

dalam

Dalam penelitian ini parameter yang

Erlenmeyer 100 mL sesuai perlakuan (1, 2,

diamati antara lain: pengujian aktivitas

dan 3%). Ditambahkan larutan nutrien dan

selulase

mineral

Sukara,

dengan

perbandingan 1:1

(filter

paperase) (Darwis

1990),

analisis

dan

protein

terhadap substrat. Larutan nutrien dan

terlarut metode Biuret (Apriyantono et al.,

mineral ini mengandung NaH2PO4 4,7%,

1989),

CaCl2 0,1%, KH2PO4 1,02%, MgCl2 0,02%

paperase)

dan urea 0,3% (b/v). Media yang telah

1989). Aktivitas

berisi

paperase)

larutan

nutrien

dan

mineral

aktivitas spesifik

selulase

(Machfoed et spesifik

(filter al.,

selulase

(filter

didefinisikan sebagai

Unit

aktivitas

per

milligram

Perhitungan aktivitas

protein.

spesifik

menurut

Machfoed et al., (1989) adalah sebagai berikut: Unit aktivitas (Unit /mL filtrat) Aktivitas spesifik = ------------------------------kadar protein (mg/mL)

Lama Konsentrasi Substrat (%) Fermentasi 1 2 3 (hari) 5 0,158 g 0,198 fg 0,249 f 7 0,423 e 0,579 c 0,771 a 9 0,498 d 0,675 b 0,814 a Keterangan: Huruf yang sama dibelakang nilai ratarata menunjukkan perbedaan tidak nyata (P > 0,05) Tabel 1. Nilai rata-rata aktivitas selulase (filter paperase) (Unit/mL filtrat)

HASIL Aktivitas Selulase (Filter Paperase)

Protein Terlarut

Pengujian aktivitas filter paperase dapat

Berdasarkan

mencerminkan aktivitas umum selulase, karena

substrat

pengujiannya digunakan

untuk kertas

filter

Whatman no. 1 (serat yang masih bersifat kristal)

sehingga

C1 yang

melibatkan

aktivitas

sebagai

pengaktif

berperan

analisis

sidik

ragam

menunjukkan bahwa interaksi perlakuan konsentrasi substrat dan lama fermentasi berpengaruh nyata (P < 0,05) terhadap kadar protein terlarutnya. Nilai rata-rata protein terlarut dapat dilihat pada Tabel 2.

selulosa kristal menjadi selulosa reaktif (Darwis dan Sukara, 1990).

Tabel 2. Nilai rata-rata kadar protein terlarut (mg protein/mL filtrat)

Berdasarkan

analisis

sidik

ragam

menunjukkan bahwa interaksi perlakuan konsentrasi

ampas

lama fermentasi nyata

(P