Isolasi dan Pencirian Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi, Indonesia
ISOLASI DAN PENCIRIAN XILANASE DARI BAKTERI
ASAL TANAH HUTAN TAMAN NASIONAL BUKIT
DUABELAS, JAMBI, INDONESIA
KURRATAA’YUN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Isolasi dan Pencirian
Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi,
Indonesia adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Kurrataa’yun
NIM G34090105
ABSTRAK
KURRATAA’YUN. Isolasi dan Pencirian Xilanase dari Bakteri asal Tanah Hutan
Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi, Indonesia. Dibimbing oleh ANJA
MERYANDINI and YOPI.
Xilanase merupakan enzim pendegradasi xilan yang berguna dalam
penyempurnaan biokonversi biomassa lignoselulosa menjadi produk bermanfaat.
Aplikasi xilanase yang luas belum dioptimalkan karena kurang tersedianya mikroba
unggul. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri asal tanah hutan Taman
Nasional Bukit Duabelas, Jambi dan mencirikan xilanasenya yang meliputi
parameter pH optimum, suhu optimum, serta stabilitasnya. Sebanyak 28 isolat
potensial telah berhasil diisolasi dari tanah hutan Taman Nasional Bukit Duabelas,
Jambi dan tiga di antaranya berhasil dicirikan xilanasenya (isolat 10, 18, dan 27).
Isolat 10 memproduksi xilanase ekstraseluler tertinggi pada jam ke-12 dan jam ke36 inkubasi kultur dengan aktivitas optimum pada pH 6 di suhu 40 o C dan 90 o C.
Waktu produksi xilanase tertinggi isolat 27 tercapai pada jam ke-12 dan jam ke-30
inkubasi kultur. Kondisi optimum xilanase isolat 27 terjadi pada pH 5 di suhu
90 o C dan 50 o C, sementara xilanase isolat 18 mencapai waktu optimum produksi
pada jam ke-18 dan jam ke-36 inkubasi kultur. Kondisi optimum xilanase isolat 18
tercapai pada pH 5 dan suhu 90 o C. Enzim isolat 18 memiliki waktu paruh 1 jam 7
menit pada pH dan suhu optimumnya.
Kata kunci: Xilanolitik, Xilanase, Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi
ABSTRACT
KURRATAA’YUN. Isolation and Characterization Xylanase from Bacterial Origin
Bukit Duabelas National Park Forest Soil, Jambi, Indonesia. Supervised by ANJA
MERYANDINI and YOPI.
Xylanase is a xylan-degrading enzymes which are useful to improving the
bioconversion of lignocellulosic biomass into useful products. Broad application of
xylanase have not optimized due to the lack of superior microbes. The aim of this
study is to isolate bacterial origin Bukit Duabelas National Park, Jambi and
characterize its xylanase, including its pH optimum, temperature optimum, and
stability. A total of 28 potential isolates have been isolated from Bukit Duabelas
National Park soil, Jambi and three were successfully characterized its xilanase
(isolates 10, 18, and 27). Isolate 10 reached the highest producing extracellular
xylanase at 12th and 36th hours of culture incubation with optimum activity at pH 6,
temperature 40 °C and 90 o C. Isolate 27 reached its highest producing extracellular
xylanase at 12th and 30th hours of culture incubation. The optimum condition of
xylanase isolate 27 occurred at pH 5, temperature 90 o C and 50 o C, while xylanase
isolate 18 achieve its optimum production time at the 18th and 36th hours of
incubation culture. Xylanase isolate 18 achieved its optimum condition at pH 5 and
temperature 90 o C and has half-life time 1 hour 7 minutes.
Keywords: Xylanolitic, Xylanase, Bukit Duabelas National Park, Jambi
ISOLASI DAN KARAKTERISASI XILANASE DARI BAKTERI
ASAL TANAH HUTAN TAMAN NASIONAL BUKIT
DUABELAS, JAMBI, INDONESIA
KURRATAA’YUN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Isolasi dan Pencirian Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan
Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi, Indonesia
Nama
: Kurrataa’yun
NIM
: G34090105
Disetujui oleh
Prof Dr Anja Meryandini, MS
Pembimbing I
Dr Yopi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Ence Darmo Jaya Supena, M.Si
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah
ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di
Departemen Biologi IPB. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan
sejak bulan Desember 2012 hingga Maret 2013 ini ialah enzim, dengan judul Isolasi
dan Pencirian Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan Taman Nasional Bukit
Duabelas Jambi, Indonesia.
Terima kasih yang mendalam penulis ucapkan kepada Prof Dr Anja
Meryandini, MS dan Dr Yopi selaku pembimbing atas bimbingan, ilmu
pengetahuan, saran, serta kesabarannya selama penyusunan karya ilmiah. Terima
kasih pula penulis sampaikan kepada Dr. Achmad Farajallah yang telah menjadi
penguji sidang serta pemberi saran dalam penyusunan karya ilmiah ini.
Penghargaan penulis sampaikan kepada Ibu Dewi sebagai laboran Bioteknologi
Hewan dan Biomedis Pusat Antar Universitas, PPSHB dan Ibu Fitri yang telah
banyak membantu dalam proses penelitian secara teknik maupun teori.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman seperjuangan,
serta rekan kerja di laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis (Bu Marini,
Wini, Endah, Meita, Dewi, Saleem, Mba Debbi, Kak Deddy, dan Bu Elly) yang
telah banyak membantu dan menenemani selama proses penelitian; Ikra Nugraha
atas semangat dan dukungannya; serta keluarga Biologi 46 atas kebersamaannya.
Ungkapan terima kasih terbesar penulis sampaikan kepada ayah, ibu atas
do’a, kasih sayang, dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan studi
strata satu ini dengan baik. Tidak lupa terima kasih kepada abang Man, Dela, dan
Putri serta seluruh keluarga yang telah menghibur serta menemani penulis selama
melaksanakan penelitian. Akhir kata, penulis berharap karya ilmiah ini bermanfaat
untuk dunia sains dan pendidikan ke depannya.
Bogor, Juni 2013
Kurrataa’yun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Analisis Data
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil
4
Pembahasan
9
SIMPULAN DAN SARAN
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
16
DAFTAR TABEL
1
2
pH tanah sampel tanah hutan primer TNBD, Jambi
Gula pereduksi, total gula, dan derajat polimerisasi isolat 18
4
9
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
Kemampuan xilanase Isolat 10, 18, dan 27
Morfologi dan jenis Gram isolat 10, 18, dan 27
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 10
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 18
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 27
Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim Isolat 10, 18, dan 18
Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim Isolat 10, 18, dan 27
Stabilitas xilanase Isolat 18 pada suhu 4 o C, 27o C, 50o C, dan 90o C
5
5
6
6
6
7
8
8
DAFTAR LAMPIRAN
1. Komposisi media agar dan media produksi xilan
2. Komposisi reagen Dinitrosalicylic acid (DNS)
15
15
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peningkatan produksi di bidang pertanian dan industri pertanian
menyebabkan peningkatan limbah yang sebagian besar merupakan limbah
berlignoselulosa seperti jerami, tongkol jagung, sabut, serta tandan kosong
kelapa sawit. Limbah yang dihasilkan dapat menjadi bahan pencemar
lingkungan apabila tidak ditangani. Salah satu komponen utama penyusun
limbah berlignoselulosa tersebut adalah xilan. Xilan merupakan komponen
utama hemiselulosa dalam dinding sel tanaman, yang memiliki kerangka
dasar residu 1,4-D-xilopiranosil yang rantai sampingnya tersubstitusi dengan
gugus asetil, 4-O-metil-D-glukuronosil dan -arabinofuranosil. Degradasi
sempurna xilan merupakan proses banyak tahap yang melibatkan aktivitas
beberapa enzim hidrolitik yang bekerja secara sinergis, yaitu
(1) endo-1,4- -xilanase, (2) 1,4- -D-xilosidase, (3) -L-arabinofuranosidase,
-glukuronidase dan asetil esterase (Yang et al. 2006). Xilanase mendapat
banyak perhatian dari kalangan peneliti dan industri karena peranannya dalam
penyempurnaan biokonversi biomassa lignoselulosa menjadi produk-produk
yang bermanfaat. Salah satu upaya pemanfaatan limbah pertanian dapat
dilakukan dengan mengkonversinya ke dalam bentuk yang lebih sederhana
yaitu dengan cara menghidrolisisnya.
Aplikasi xilanase secara komersial telah digunakan dalam industri
makanan dan pemanfaatan limbah pertanian untuk produksi xilosa. Xilosa
adalah gula rendah kalori yang dapat dikonsumsi penderita diabetes (Richana
et al. 2000). Xilanase dapat menggantikan klorin yang digunakan dalam
proses pemutihan bubur kertas pada industri kertas (Ruiz-Arribas et al. 1995).
Selain itu xilanase telah diketahui dapat meningkatkan daya pembersih pada
deterjen (Kumar et al. 2004); mengurangi viskositas saluran pencernaan
ternak sehingga meningkatkan pencapaian berat dan efisiensi konversi
makanannya (Adeola dan Bedford 2004); serta meningkatkan kekuatan kertas
pada kelembaban tinggi (Wong et al. 1988).
Luasnya aplikasi kegunaan xilanase masih belum dioptimalkan secara
maksimal. Salah satu kendala yang muncul yaitu kurang tersedianya biakan
mikroba unggul. Banyak pakar dari negara maju mengakui bahwa negara
yang kaya akan keanekaragaman hayatinya merupakan sumber mikroba
potensial untuk bioproses (Richana et al. 2000). Indonesia merupakan salah
satu negara yang memiliki keanekaragaman hayati yang tinggi, sehingga
potensi mikrobanya sangat besar untuk terus dieksplorasi dan diteliti. Taman
Nasional Bukit Duabelas (TNBD), Jambi merupakan salah satu daerah hutan
hujan tropika dataran rendah yang masih asri dan belum terkena intervensi
manusia. Biodiversitas flora dan fauna endemiknya yang cukup tinggi
berpotensi sebagai habitat xilanolitik yang beragam dan unik. Selain itu,
publikasi mengenai xilanolitik di daerah tersebut belum ada, sehingga
eksplorasi xilanolitik di daerah tersebut sangat menarik untuk dilakukan. Oleh
karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri asal tanah hutan
2
TNBD, Jambi dan mencirikan xilanasenya. Parameter pencirian enzimnya
meliputi pH optimum, suhu optimum, serta stabilitasnya.
Perumusan Masalah
Aplikasi xilanase yang luas membutuhkan enzim xilanase yang
beragam, sehingga dibutuhkan eksplorasi xilanolitik. Eksplorasi xilanolitik di
Taman Nasional Bukit Duabelas belum pernah dilaporkan dan berpotensi
menghasilkan isolat xilanolitik serta xilanase yang beragam..
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri xilanolitik asal tanah
hutan Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi dan mengkarakterisasi
xilanasenya. Parameter xilanase yang diteliti meliputi pH optimum, suhu
optimum, serta stabilitasnya.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mendapatkan isolat xilanolitik dan keragaman
enzim xilanasenya.
METODE
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2012 – Maret 2013 di
Laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis, PPSHB IPB dan
Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi, FMIPA, IPB.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi sampel tanah hutan
primer Jambi dari tiga plot (BF1, BF3, dan BF4); substrat xilan (Sigma
Chemical Co.); Baktopepton; ekstrak khamir; MgSO 4 ; K 2 HPO 4 ; larutan
DNS; dan larutan fenol 5%. Sumber isolat berasal dari bakteri yang diisolasi
dari sampel tanah hutan Taman Nasional Bukit Duabelas Jambi.
Alat
Alat utama yang digunakan dalam penelitian ini meliputi inkubator
bergoyang, sentrifugator, dan spektrofotometer. Peralatan pendukung lainnya
meliputi Laminar Air Flow Cabinet (LAFC), ruang asam, autoklaf, water
bath, pH meter serta peralatan laboratorium lainnya.
3
Prosedur Analisis Data
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Sampel tanah diambil secara acak berkelompok pada kedalaman 0-15
cm pada tiga plot (BF1, BF3, dan BF4) dengan lima titik pengambilan/plot.
Sebanyak 5 gram setiap sampel tanah halus dimasukkan ke dalam wadah
yang berisi 5 mL akuades. Suspensi tanah diaduk selama 30 menit lalu
didiamkan 5 menit dan diukur pHnya (Poerwidodo 1992).
Pengayaan kultur dilakukan dengan memasukkan 1 gram sampel tanah
ke dalam 50 mL medium xilan (0.5% baktopepton, 0.5% ekstrak khamir,
0.5% xilan (Sigma Chemical Co.), 0.02% MgSO 4 ·7H2 O, 0.1% K 2 HPO 4 ) pH
7 dalam erlenmeyer 100 mL, lalu diinkubasi pada inkubator bergoyang 110
rpm selama 72 jam dalam suhu ruang.
Isolasi dan Seleksi Bakteri Penghasil Xilanase
Sebanyak 1 mL sampel hasil pengayaan dilakukan pengenceran serial
dengan NaCl 0.85% hingga 10-4 -10-7 . Masing-masing hasil pengenceran
diambil 0.1 mL untuk disebar dalam media padat xilan, lalu diinkubasi pada
suhu ruang selama 72 jam. Koloni yang terbentuk pada media padat xilan
dimurnikan dengan metode gores kuadran. Setiap koloni yang telah murni
dilakukan uji pembentukan zona bening pada media xilan Oat spelt 0.5% pH
5 dengan metode pewarnaan merah kongo 0.1%. Koloni yang membentuk
zona bening disubkulturkan. Tiga koloni penghasil zona bening terbaik
dilakukan pengujian pewarnaan Gram dan pencirian xilanasenya lebih lanjut.
Penentuan Waktu Tertinggi Produksi dan Aktivitas Xilanase
Produksi enzim diawali dengan meremajakan isolat terpilih pada media
padat xilan 0.5%. Selanjutnya dilakukan pembuatan inokulum dengan
menginokulasi tiga koloni isolat ke dalam 10 mL media cair xilan 0.5%.
Inokulum diinkubasi pada inkubator bergoyang hingga densitas sel yang
terukur dengan spektrofotomer ( 600 nm) mencapai 0.6 – 0.8 A. Jumlah sel
inokulum ditentukan dengan
metode total plate count (TPC) pada
pengenceran 10-6 , 10-7 , 10-8 , dan 10-9 . Sebanyak 1 mL inokulum
disubkulturkan pada 100 mL media produksi enzim xilanase dalam
erlenmeyer 500 mL dan diinkubasi pada inkubator bergoyang pada suhu
ruang.
Ekstrak kasar xilanase setiap enam jam diperoleh dengan cara
mensentrifugasi kultur pada kecepatan 7000 rpm selama 15 menit pada suhu
ruang. Supernatan (ekstrak kasar enzim) digunakan untuk diukur aktivitas
enzimnya. Aktivitas xilanase diukur pada substrat xilan Oat spelt 0.5% dalam
bufer sitrat fosfat pH 5 pada suhu ruang dan waktu inkubasi 30 menit dengan
metode 3,5-Dinitrosalicylic acid (DNS) (Miller 1959). Standar yang
digunakan merupakan xilosa. Gula pereduksi yang dihasilkan diukur dengan
spektrofotometer ( 540 nm). Satu unit aktivitas xilanase didefinisikan
sebagai jumlah mol xilosa yang dihasilkan setiap volume milliliter enzim
dalam waktu 1 menit. Pengukuran aktivitas enzim dilakukan bersamaan
4
dengan pengukuran laju tumbuh bakteri dengan mengambil 2 mL kultur
bakteri secara berkala dan diukur densitasnya dengan spektrofotometer ( 600
nm) untuk dibuat kurva tumbuhnya.
Penentuan pH dan Suhu Optimum Xilanase serta Stabilitasnya
Penentuan pH optimum aktivitas xilanase dilakukan dengan
mengujikan ekstrak kasar enzim yang diperoleh pada waktu produksi
tertinggi. Pengukuran aktivitas enzim diuji pada substrat xilan 0.5% dalam
bufer dengan rentang pH 3 – 9 (selang 0.5 unit). Penentuan suhu optimum
aktivitas xilanase dilakukan dengan mengujikan ekstrak kasar enzim pada pH
optimum dengan rentang suhu 30 o C – 90 o C (selang 10 o C).
Uji stabilitas enzim dilakukan pada satu isolat terpilih dengan
menginkubasikan ekstrak kasar enzim pada empat suhu yang berbeda, yaitu
pada suhu optimumnya, suhu 4 o C, dan suhu ruang. Ekstrak kasar enzim diuji
setiap jam pada pH dan suhu optimumnya dengan substrat xilan 0.5%.
Pengujian dilakukan hingga enzim tidak memiliki aktivitas lagi.
Penentuan Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Ekstrak kasar enzim diinkubasikan dengan substrat xilan Beechwood
0.5% pada pH optimum dengan perbandingan 1:1; 1.5:1; dan 2:1 selama masa
stabil enzim hingga aktivitasnya 50%. Hasil inkubasi diukur jumlah gula
pereduksi dan total gulanya. Pengukuran gula pereduksi dilakukan dengan
metode DNS (Miller 1959), sementara total gula diuji dengan metode fenolasam sulfat. Derajat polimerisasi enzim didapatkan berdasarkan
perbandingan gula pereduksi terhadap total gulanya (Masuko et al. 2005).
Derajat Polimerisasi=
Total gula (mg/mL)
Gula Pereduksi (mg/mL)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Ketiga sampel tanah dengan kode BF 1 , BF3 , dan BF4 bersifat asam
dengan nilai pH yang tidak berbeda secara signifikan (tabel 1).
Tabel 1 pH tanah sampel tanah hutan primer Taman Nasional Bukit Duabelas,
Jambi, Indonesia pada tiga plot
Kode sampel tanah
BF1
BF2
BF3
pH
4.66
4.74
4.60
Suhu (o C)
27
27
27
5
Isolasi dan Seleksi Bakteri Xilanolitik
Sebanyak 28 isolat bakteri penghasil xilanase didapatkan dari hasil
isolasi dan seleksi dengan nilai indeks xilanolitik berkisar antara 0.125 – 4.68.
Indeks xilanolitik diperoleh dari perbandingan ukuran diameter koloni dan
diameter zona bening yang dihasilkan pasca inkubasi 24 jam dan pewarnaan
menggunakan merah kongo 0.1%. Terdapat tiga isolat terpilih dengan kode
10, 18, dan 27 yang memiliki nilai indeks xilanolitik berturut-turut sebesar
4.68, 4.25, dan 1.8 (Gambar 1). Ketiga isolat tersebut beturut-turut berasal
dari plot yang berbeda, yaitu BF1, BF3, dan BF4.
Isolat 10
Isolat 18
Isolat 27
Gambar 1 Pembentukan zona bening isolat 10, 18, dan 27 pada media yang
mengandung 0.5% xilan Oat spelt (pH 5) setelah diinkubasi 24
jam pada suhu ruang setelah diwarnai dengan merah kongo 0.1%
Hasil pewarnaan Gram menunjukkan bahwa isolat 10 merupakan
bakteri Gram negatif berbentuk basil pendek. Isolat 18 merupakan bakteri
Gram negatif berbentuk kokus, sementara isolat 27 merupakan bakteri Gram
positif berbentuk basil panjang.
a
b
c
Gambar 2 Morfologi dan jenis Gram isolat a). 10, b). 18 dan c). 27 dengan
perbesaran 1000x. Isolat berumur 24 jam, ditumbuhkan pada
media 0.5% xilan (pH 5) dan diinkubasi pada suhu ruang
Penentuan Waktu Produksi Tertinggi dan Aktivitas Xilanase Harian
Produksi xilanase oleh ketiga isolat memiliki waktu produksi tertinggi
yang berbeda-beda. Aktivitas tertinggi xilanase isolat 10 tercapai saat umur
kultur 12 jam (0.0014 IU) dan puncak kedua (0.0003 IU) saat kultur berumur
36 jam dengan jumlah inokulum sebanyak 3.425x109 sel/mL. Waktu
optimum produksi enzim xilanase dicapai ketika fase akhir eksponensial
pertumbuhannya (Gambar 3).
Isolat 18 memiliki dua puncak aktivitas enzim, yaitu pada jam ke-18
(0.0003 IU) dan jam ke-36 (0.0016 IU) dengan jumlah inokulum 1.275x109
sel/mL. Waktu tertinggi aktivitas enzim terjadi ketika bakteri dalam fase
6
0.0015
3
0.001
2
0.0005
1
0
0
0 4 6 12 18 24 30 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
stasioner awal dan akhir (Gambar 4). Isolat 27 pun memiliki dua puncak
aktivitas enzim, yaitu pada jam ke-12 (0.0007 IU) dan jam ke-30 (0.0027 IU)
umur kultur, dengan jumlah inokulum sebanyak 8.75x106 sel/mL. Waktu
tertinggi produksi enzim terjadi pada fase eksponensial akhir dan fase
stasioner pertumbuhannya (Gambar 5).
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
3
2
1
0
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
Gambar 3 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 10 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam inkubasi kultur
(inokulum: 3.425x109 sel/mL) pada suhu ruang
0 3 6 10 12 18 24 32 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
0.003
3
0.002
2
0.001
1
0
0
0 3 6 12 18 24 30 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
Gambar 4 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 18 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam kultur (inokulum:
1.275x109 sel/mL) pada suhu ruang
Turbiditas (A)
Gambar 5 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 27 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam inkubasi kultur
(inokulum: 8.75x106 sel/mL) pada suhu ruang
7
IU ( mol/menit/mL)
Penentuan pH dan Suhu Optimum Enzim Xilanase serta Stabilitasnya
Aktivitas xilanase tertinggi ekstraseluler isolat 10 mencapai optimum
pada pH 6. Adapun isolat 18 dan 27 memiliki tiga puncak aktivitas xilanase,
yaitu pada pH 5, 6, dan 7.5 (Gambar 6).
A
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
IU ( mol/menit/mL)
B
0.006
0.004
0.002
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
IU ( mol/menit/mL)
C
0.008
0.006
0.004
0.002
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
Gambar 6 Pengaruh pengaturan pH terhadap aktivitas enzim A). isolat 10; B).
isolat 18; C). isolat 27 di suhu ruang pada media xilan Beechwood
0.5%
Pengaruh suhu pada pH optimum setiap isolat menunjukkan
peningkatan aktivitas enzim. Aktivitas xilanase tertinggi isolat 10 pada pH 6
terjadi pada suhu 40 o C (0.003 IU) dan 90 o C (0.002 IU) dengan peningkatan
aktivitas enzim mencapai 2 kali dibandingkan aktivitas tanpa optimasi suhu
dan pH. Adapun aktivitas xilanase tertinggi isolat 18 pada pH 5 terjadi pada
suhu 90 o C (0.010 IU) dengan peningkatan sebanyak 6 kali. Sementara
8
IU ( mol/menit/mL)
aktivitas enzim xilanase Isolat 27 mengalami peningkatan aktivitas sebanyak
4 kali pada pH 5 dengan suhu 90 o C (0.011 IU) dan 50 o C (0.008 IU) (Gambar
7).
0.015
0.01
0.005
0
-0.005
30
40
50
60
Suhu
Isolat 10
Isolat 18
70
80
90
(o C)
Isolat 27
Gambar 7 Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim di pH optimum Isolat
10, Isolat 18, dan Isolat 27 pada media xilan Beechwood 0.5%.
IU ( mol/menit/mL)
Aktivitas xilanase Isolat 18 mengalami penurunan selama masa
inkubasi pada suhu 4 o C, 27 o C, 50 o C, dan 90 o C (Gambar 8). Berdasarkan
kurva hubungan antara unit aktivitas (IU) dengan waktu inkubasi, waktu
paruh xilanase keempat suhu tersebut tidak berbeda signifikan. Waktu paruh
enzim yang diinkubasi pada suhu 4 o C, 27 o C, 50 o C, dan 90 o C berturut-turut
adalah 3 jam 5 menit, 3 jam 1 menit, 3 jam 1 menit, dan 1 jam 7 menit.
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
0
1
4°C
2
3
4
Waktu (jam)
27°C
50°C
5
6
90°C
Gambar 8 Stabilitas xilanase Isolat 18 pada suhu (4, 27, 50, dan 90) o C, di
media xilan Beechwood 0.5% dengan pH 5
Pengujian Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Derajat polimerisasi reaksi ekstrak kasar enzim isolat 18 dengan
substrat xilan Beechwood 0.5% (pH 5; suhu 90 o C) dengan perbandingan 1:1,
1.5:1, dan 2:1 tidak berbeda secara signifikan, yaitu berturut-turut sebesar 32,
32, dan 31. Adapun konsentrasi gula pereduksi dan total gula pada ketiga
perbandingan mengalami pola penurunan, berbanding terbalik dengan jumlah
ekstrak kasar enzim yang direaksikan.
9
Tabel 2
Gula pereduksi, total gula, dan derajat polimerisasi reaksi enzim
xilanase Isolat 18 terhadap substrat xilan Beechwood 0.5% pada pH
5 dan suhu 90 o C (waktu inkubasi 1.5 jam)
Enzim:Substrat
(mL)
1 : 1
1.5: 1
2 : 1
Gula Pereduksi
(mg/mL)
3.748
3.520
3.356
Total Gula
(mg/mL)
121.174
111.390
104.373
Derajat
Polimerisasi
32
32
31
Pembahasan
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Sampel merupakan jenis tanah liat dengan pH asam yang berasal dari
tiga plot di daerah Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi (BF1, BF3, dan
BF4). Tanah pada daerah dengan kadar hujan dan bahan organik yang tinggi
cenderung bersifat asam. Tanah wilayah Sumatera memiliki tingkat
kesuburan yang rendah dengan pH berkisar antara 4.4 – 5.5 (Wasis et al.
2012). Asam humat adalah salah satu penyebab keasaman tanah di hutan.
Asam humat merupakan hasil akhir dari proses dekomposisi bahan organik
(Koppler et al. 2000). Pengayaan kultur dengan media selektif dilakukan
untuk meningkatkan populasi mikroorganisme xilanolitik pada sampel.
Xilanase diinduksi dengan adanya xilan dan lignoselulosa pada media. Wheat
straw dilaporkan sebagai sumber karbon yang paling baik dalam menginduksi
xilanase ekstraseluler, sementara xilosa paling baik dalam menginduksi
-xilosidase. Adapun glukosa, xilitol, dan CMC menghambat disintesisnya
-xilosidase (Saraswat dan Bisaria 1996).
Isolasi dan Seleksi Bakteri Xilanolitik
Merah kongo telah dilaporkan sebagai pewarna yang paling baik dalam
mengukur aktivitas enzim pada berbagai fungi secara kualitatif (Yoon et al.
2007). Merah kongo bekerja dengan mengikat polisakarida. Ketika xilan
sebagai polisakarida telah terdegradasi, akan terbentuk zona bening. Zona
bening yang terbentuk pada ketiga isolat menunjukkan terdapat dua degradasi
warna, yaitu zona bening yang lebih terang dan yang lebih gelap. Degradasi
warna tersebut menunjukkan bahwa bakteri ketiga isolat menghasilkan lebih
dari satu jenis enzim xilanase dengan kemampuan memecah polisakarida
yang berbeda. Struktur xilan yang kompleks membutuhkan berbagai jenis
enzim untuk
menghidrolisisnya
secara
utuh.
Endo-1.4- -xilanase
menghidrolisis rantai utama xilan; 1,4- -D-xilosidase memutus sebagian
kecil oligosakarida; sementara -L-arabinofuranosidase, -D-glukuronidase,
galaktosidase dan asetil xilan esterase menghidrolisis rantai samping xilan
(Subramaniyan dan Prema 2002). Warna zona bening yang semakin terang
menunjukkan degradasi xilan yang semakin sempurna dan diduga memiliki
xilosidase. Perbedaan warna juga menunjukkan perubahan pH pada media.
Warna biru menunjukkan pH 3, warna merah-ungu menunjukkan pH 5, dan
warna jingga menunjukkan pH 7-8 (Yoon et al. 2007).
10
Metode pewarnaan Gram merupakan salah satu metode untuk
mengidentifikasi jenis bakteri. Isolat 10 dan 18 tergolong Gram negatif;
sementara isolat 27 tergolong Gram positif. Warna yang terbentuk pada
pewarnaan Gram berdasarkan adanya perbedaan ketebalan lapisan
peptidoglikan pada dinding sel bakteri. Bakteri Gram positif memiliki
peptidoglikan yang tebal sehingga pengikatan pada pewarna ungu kristal
sangat kuat, sementara dinding sel bakteri Gram negatif terwarnai oleh
pewarna tanding Safranin akibat lapisan peptidoglikannya tipis. Beberapa
bakteri Gram positif yang telah dilaporkan menghasilkan enzim xilanase di
antaranya Streptomyces, Cellulomonas, Micrococcus, Staphylococcus, dan
Bacillus, Clostridium absonum, dan Thermoactinomyces thalophilus;
sementara
xilanolitik
Gram
negatif
yaitu
Pseudomonas,
Thermoanaerobacterium,
Thermotoga
maritime,
Acidobacterium
capsulatum (Beg et al. 2001, Gandarillas et al. 2012, Sharma dan Chand
2012).
Penentuan Waktu Produksi Tertinggi dan Aktivitas Xilanase
Waktu produksi tertinggi merupakan waktu saat konsentrasi dan
aktivitas xilanase yang dihasilkan paling tinggi. Xilanase tergolong sebagai
metabolit primer karena dibutuhkan dalam pemecahan sumber karbon xilan
pada substratnya untuk kebutuhan pertumbuhannya, sehingga diproduksi
sejak awal pertumbuhannya (fase lag). Isolat 10 dan 18 menunjukkan bahwa
produksi xilanasenya diawali pada akhir fase eksponensial. Hal ini diduga
karena kedua isolat tersebut memanfaatkan ekstrak khamir dan baktopepton
terlebih dahulu dalam pertumbuhannya. Ekstrak khamir sebagai sumber
nitrogen mengandung banyak mineral, vitamin, dan asam amino yang
dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba (Li et al. 2011, Hakobyan et al.
2012). Hal ini terlihat pada gradasi warna jingga yang terbentuk pada zona
bening isolat 10 dan isolat 18. Perubahan pH menjadi basa tersebut diduga
akibat adanya pembentukan senyawa amonia dari basa nitrogen asam amino
pada media saat katabolisme ekstrak khamir. Bakteri kemudian menghasilkan
enzim ekstraseluler xilanase untuk memecah substrat xilan setelah ekstrak
khamir dan baktopepton telah termanfaatkan. Produksi tertinggi yang terjadi
pada fase eksponensial juga dilaporkan oleh Coman (2012) pada
Streptomyces spp P12-137. Puncak aktivitas enzim kedua yang diduga
sebagai jenis xilanase berbeda dihasilkan ketika fase stasioner.
Adapun isolat 27 menghasilkan xilanase sejak fase lag. Ekstrak khamir
dan baktopepton diduga tidak cukup untuk menginduksi pertumbuhan isolat
27 tanpa sumber karbon lain, sehingga dibutuhkan xilanase untuk
menyediakan sumber karbon sejak awal fase pertumbuhannya. Berdasarkan
aktivitas enzimnya, isolat 27 pun memiliki nilai aktivitas paling tinggi
dibandingkan kedua isolat lainnya. Aktivitas xilanase yang tinggi diduga
berpengaruh terhadap rendahnya kemampuannya dalam memetabolisme
ekstrak khamir. Sama dengan kedua isolat lainnya, puncak aktivitas enzim
kedua-yang diduga sebagai xilanase jenis lain terjadi saat fase stasioner.
Berbagai jenis xilanase diperlukan dalam mendegradasi sempurna struktur
xilan yang kompleks (Yang et al. 2006). Setelah waktu produksi tertinggi,
aktivitas enzim mengalami penurunan yang dapat disebabkan oleh
11
menurunnya jumlah substrat, feedback inhibition, serta adanya aktivitas
proteolisis (White 1995).
Terdapatnya dua puncak aktivitas enzim pada ketiga isolat diduga
karena adanya dua jenis enzim yang berbeda. Menurut Ahlgren (1967), dua
puncak aktivitas enzim dapat menunjukkan adanya dua jenis enzim yang
berbeda. Namun kemunculan dua puncak pada aktivitas enzim dapat juga
disebabkan oleh adanya polisakarida (kompleks protein) dalam media.
Jermyn (1962) menemukan bahwa aryl- -glukosidase yang berkombinasi
dengan polisakarida menyebabkan adanya beberapa puncak pada pengukuran
aktivitas enzim. Keberadaan isoenzim pun dapat menyebabkan kemunculan
puncak aktivitas enzim lebih dari satu. Kemampuan enzim yang berbeda
dalam mengkatalisis reaksi yang sama telah diulas oleh Wilkinson (1967).
Dobozi et al. (1992) melaporkan bahwa ditemukan isoenzim pada pemisahan
xilanase menggunakan isoelektrik, umumnya pada pH asam.
Penentuan pH dan Suhu Optimum Xilanase serta Stabilitasnya
Kerja enzim dipengaruhi oleh berbagai faktor abiotik, di antaranya pH
dan suhu. Pengaturan pH berkaitan dengan muatan pada situs aktif enzim
sehingga memiliki afinitas kimiawi yang tinggi terhadap substrat (Pelczar dan
Chan 2006). Jika afinitas situs aktifnya tinggi terhadap substrat, maka jumlah
substrat yang bereaksi dan produk yang dihasilkan akan lebih banyak.
Xilanase isolat 10 memiliki aktivitas pada pH asam dan mencapai aktivitas
tertinggi pada dua suhu. Pola yang sama terlihat pada isolat 27, dimana
aktivitas enzim pada suhu dan pH optimum menunjukkan dua puncak
aktivitas enzim yang juga menunjukkan bahwa kemungkinan terdapat dua
jenis enzim yang memiliki suhu optimum yang berbeda. Raghukumura et al.
(2004) melaporkan bahwa xilanase yang didapatkannya dari fungi laut
memiliki aktivitas tertinggi pada suhu 50 o C dan 90 o C yang diketahui sebagai
dua enzim yang berbeda, yaitu -xilosidase dan -L-arabinofuranosidase.
Keduanya bekerja secara sinergis dalam mendegradasi xilan.
Xilanase ketiga isolat memiliki enzim yang bersifat thermostabil dan
thermolabil yang optimum pada pH asam. Kombinasi pH dan suhu yang
sesuai akan meningkatkan aktivitas katalitik enzim terhadap substratnya.
Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim berkaitan dengan energi aktivasi
Arrhenius dimana semakin tinggi suhu akan meningkatkan kecepatan
tubrukan molekul sehingga energi untuk reaksi semakin besar dan aktivitas
enzim akan semakin tinggi. Namun tingginya suhu dibatasi oleh sifat enzim
sebagai protein yang terdenaturasi pada suhu tinggi (Eisenthal et al. 2006).
Aktivitas xilanase isolat 18 berbanding terbalik dengan lama inkubasinya. Hal
ini berkaitan dengan perubahan struktur tiga dimensi enzim selama masa
penyimpanan. Waktu paruh keempat suhu yang diuji tidak berbeda nyata.
Namun suhu 90 o C menunjukkan waktu paruh paling singkat. Stabilitas dua
jam pertama inkubasi terlihat baik pada penyimpanan di suhu 4 o C dan 50 o C.
Pengujian Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Gula pereduksi merupakan produk dari aktivitas enzim yang bereaksi
dengan substrat xilan. Gula pereduksi bersifat mereduksi karena adanya
gugus hidroksi yang bebas dan reaktif (Lehninger 1982). Konsentrasi gula
12
pereduksi terlihat mengalami penurunan walaupun jumlah substrat yang
direaksikan sama (Tabel 2). Hal tersebut diduga dikarenakan adanya reaksi
Maillard. Reaksi Maillard merupakan reaksi yang terbentuk antara gugus
karbonil gula pereduksi dengan asam amino bebas (umumnya kelompok
gugus dari kelompok lisin, dapat juga dengan ujung gugus asam amino
lainnya) pada suhu tinggi dan selanjutnya membentuk Amadori
Rearrangement Product (ARP). Pada pH di bawah 7.0, ARP akan
terdegradasi menjadi hidroksimetilfurfural (HMF) atau furfural dan pada
akhirnya membentuk gugus aldol, polimer bebas N, aldimin, ketim, dan
pigmen melanoid yang kecokelatan (Hodge 1953). Hal tersebut menyebabkan
gula pereduksi yang telah bereaksi dengan asam amino bebas pada media
yang mengandung protein tidak dapat berikatan dengan 3,5-Dinitrosalicylic
acid (DNS). Akibatnya gula pereduksi yang terbaca akan menurun, begitu
pula dengan total gula yang terbaca. Derajat polimerisasi (DP) pada reaksi
enzim dengan substrat sebanyak 2:1 masih menunjukkan derajat polimerisasi
yang besar, namun ketiga isolat tersebut berpotensi digunakan dalam
pengomposan.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Isolat 10, 18, dan 27 diduga memiliki lebih dari satu jenis enzim
xilanase. Ketiga isolat memiliki xilanase yang bersifat termofilik. Xilanase
isolat 18 bersifat kurang stabil pada pH dan suhu optimumnya. Nilai derajat
polimerisasi produk reaksi xilanase isolat 18 masih tergolong besar.
Saran
Identifikasi lebih lanjut diperlukan terhadap jenis enzim pada ketiga
isolat. Selain itu, perlu adanya rekayasa protein untuk meningkatkan stabilitas
xilanase isolat 18. Pemekatan enzim serta optimasi suhu dan pH sesuai
diperlukan untuk pengukuran nilai DP, sehingga dapat mengurangi jumlah
total gula serta meminimalisir efek Maillard.
DAFTAR PUSTAKA
Adeola O, Bedford MR. 2004. Exogenous dietary xylanase ameliorates
viscosity-induced anti-nutritional effects in wheat-based diets for white
peckin ducks (Anas platyrinchos domesticus). Br J Nutr. 92:8794.doi:10.1079/BJN20041180.
13
Ahlgren E. Eriksson K, Vesterberg O. 1967. Characterization of cellulases
and related enzymes by isoelectric focusing, gel filtration and zone
electrophoresis. Acta Chem Scand. 21(4): 937-944.
Beg QK, Kapoor M, Mahajan L, Hoondal GS. 2001. Microbial xylanases and
their industrial applications. Rev Appl Microbiol Biotechnol. 56(3-4):326338.doi:10.1007/s002530100704
Coman G. 2012. Modeling process for bioproduction of xylanase by
Streptomyces spp. P12-137 on lignocelluloses agro-wastes. Food Technol.
36(2):49-57.
Dobozi MS, Szakacs G, Bruschi CV. 1992. Xylanase activity of
Phanerochaete chrysosporium. Appl Environ Microbiol. 58(11):34663471.doi:0099-2240/92.
Eisenthal R, Peterson ME, Daniel RM, Danson MJ. 2006. The thermal
behaviour of enzymes: implications for biotechnology. Trends Biotechnol.
24(7):289-292.doi:10.1016/j.tibtech.2006.05.04.
Gandarillas C, Soto R, Vargas VA. 2012. Xylanase production using barley
straw by Bacillus sp. LB-4 isolated from laguna blanca, potosi-bolivia.
Rev Boliv Quim. 29(1):63-70.doi:
Hakobyan L, Gabrielyan L, Trchounian A. 2012. Yeast extract as an
effective nitrogen source stimulating cell growth and enhancing
hydrogen photoproduction by Rhodobacter sphaeroides strains
from mineral springs. Int. J Hydrogen Energ. 8(37):6519-6526.
doi:10.1016/j.ijhydene.2012.01.077.
Hodge JE. 1953. Dehiydrated foods: chemistry of browning reactions in
model
systems.
Agric
Food
Chem.
1(15):
928-943.
doi:10.1021/jf60015a004.
Jermyn MA. 1962. Acceptor competition as a means of distinguishing
between possible enzymic mechanisms using beta-glucosidase of
Stachybotrys atra. Aust J Biol Sci. 15(1):248-260.
Kappler A, Ji R, Brune A. 2000. Synthesis and characterization of specifically
14 C-labeled humic model compounds for feeding trials with soil-feeding
termites. Soil Biol Biochem. 32(8-9):1271-1280.doi:10.1016/S00380717(00)00047-X.
Kumar KB, Balakrishnan H, Rele MV. 2004. Compatibility of alkaline
xylanases from an alkaliphilic Bacillus NCL (87-6-10) with commercial
detergents and proteases. J Ind Microbiol Biotechnol. 31(2): 8387.doi:10.1007/s10295-004-0119-8.
Lehninger AL.1982. Dasar-Dasar Biokimia. Jilid ke-2. Thenawijaya M,
Penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Biochemsitry 2nd
edition.
Li M, Liao X, Zhang D, Du G, Chen J. 2011. Yeast extract promotes cell
growth and induces production of polyvinyl; alcohol-degrading enzymes.
Enz Research. 2011(1):1-8.doi:10.4061/2011/179819.
Masuko T, Minami A, Iwasaki N, Majima T, Nishimura S, Lee YC. 2005.
Carbohydrate analysis by a phenol-sulfuric acid method in microplate
format. Anal Biochem. 339(1):69-72.doi:10.1016/j.ab.2004.12.001
Miller GL. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of
reducing sugar. Anal Chem. 3(31):426-428.doi:10.1021/ac60147a030.
14
Pelczar MJ Jr, Chan ECS. 2006. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Volume ke-1.
Hadioetomo RS, Imas T, Tjitrosomo SS, Angka SL, Penerjemah. Jakarta
(ID): UI Pr. Terjemahan dari: Elements of Microbiology. p 323.
Poerwowidodo. 1992. Metode Selidik Tanah. Surabaya: Usaha Nasional.
Raghukumar C, Muraleedharan U, Gaud VR, Mishra R. 2004. Xylanases of
marine fungi of potential use for biobleaching of paper pulp. J Ind
Microbiol Biotechnol. 31(9):433-441.doi:2264/174.
Richana N, Lestari P, Thontowi A, Rosmimik. 2000. Seleksi isolat bakteri
lokal penghasil xilanase. J Mikrobiol Indones. 5(2):54-56.
Ruiz-Arribas A, Fernandes-Abalos JM, Sanchez P, Garda AL, Santamaria RI.
1995. Overproduction, Purification, and Biochemical Characterization of
a Xylanase (Xys1) from Streptomyces helstedii JMB. Appl Environ
Microbiol. 61(6):2414-2419.
Saraswat V, Bisaria VS. 1996. Biosynthesis of xylanolytic and xylandebranching enzymes in Melanocarpus albomyces IIS 68. New Delhi (IN):
Indian Institute of Technology.
Sharma PK, Chand D. 2012. Production of cellulose-free thermostable
xylanase from Pseudomonas sp. XPB-6. I Res J Biological Sci. 1(5):3141.
Subramaniyan S, Prema P. 2002. Biotechnology of microbial xylanases:
enzymology, molecular biology, and application [ulasan]. Crit. Rev.
Biotechnol. 22(1):33-46.doi:10.1080/07388550290789450.
Vieira WB, Moreira LRS, Neto AM, Filho EXF. 2007. Production and
characterization of an enzyme complex from a new strain of Clostridium
thermocellum with emphasis on its xylanase activity. Braz. J Microbiol.
38(2):237-242.doi:10.1590/S1517-83822007000200009.
Wasis B, Setiadi D, Purwanto ME. 2012. Perbandingan sifat kimia dan
biologi tanah akibat keterbukaan lahan pada hutan reboisasi pinus di
kecamatan pollung kabupaten humbang hasundutan sumatera utara. J
Silvikul Trop. 3(1):33-36.
White D. 1995. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. New York
(US): Oxford University Press.
Wilkinson JH. 1967. Isoenzymes. Mol Nut Food Res. 11(4): 385-386.doi:
10.1002/food.19670110418.
Wong KKY, Tan LUL, Saddler JN. 1λ88. Multiplicity of -1,4-xylanase in
microorganisms: function and application. Microbiol Rev. 52(3):305-317.
Yang Y, Biedendieck R, Wang W, Gamer M, Malten M, Jahn D, Deckwer.
2006. High yield recombinant penicillin G amidase production and export
into the growth medium using Bacillus megaterium. Microb Cell Fact.
20(10):1-8.doi:10.1186/1475-2859-10-20.
Yoon JH, Park JE, Suh DY, Hong SB, Ko SJ, Kim SH. 2007. Comparison of
dyes for easy detection of extracellular cellulases in fungi. Mycobiology.
35(1):21-24.doi:10.4489/MYCO.2007.35.1.021.
15
Lampiran 1 Komposisi media agar dan media produksi xilan (Yang et al.
2006)
Bahan
Xilan
Baktopepton
Ekstrak Khamir
MgSO 4 o 7H2 O
K2 HPO 4
Agar
Media agar xilan
(% w/v)
0.5
0.5
0.5
0.02
0.1
2.2
Media produksi xilan
(% w/v)
0.5
0.5
0.5
0.02
0.1
2.2
Lampiran 2 Komposisi reagen Dinitrosalicylic acid (DNS) (Miller 1959)
NaOH padat…………………………………… 10 g
KNa Tartrat……………………………………. 182 g
Na2 SO3………………………………………… 0.5 g
DNS…………………………………………… 10 g
Air Distilata…………………………………… 1000 g
16
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mataram, NTB pada tanggal 26 Oktober 1991 dari
ayah Abdullah Usman dan ibu Siti Nurwahidah. Penulis merupakan putri
kedua dari empat bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1
Dramaga, Bogor dan pada tahun yang sama diterima masuk di Program Studi
Biologi, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Talenta Mandiri (UTM)
IPB. Penulis pernah melaksanakan penelitian tentang filogenetik ikan Belida
dalam magang di laboratorium Molekular Zoologi IPB (2010); studi lapang
mengenai Biodiversitas kecebong di Hutan Pendidikan Gunung Walat
(2011); praktik lapang di Bidang Quality Control Mikrobiologi PT Sinar
Sosro, Tambun, Bekasi periode Juli hingga Agustus 2012; dan penelitian
tentang teknologi recovery limbah emas dengan kitosan di PT Aneka
Tambang (Antam, Tbk) Pongkor, Bogor (2012).
Selama masa perkuliahan, penulis aktif di organisasi kemahasiswaan
yaitu sebagai Wakil Sekretaris Badan Eksekutif Mahasiswa Tingkat
Persiapan Bersama (BEM TPB), staf Departemen Keuangan Lembaga
Dakwah Kampus Al-Hurriyah (LDK AH), Bendahara umum Forum of
Scientific Studies (FORCES), staf Pengembangan Sumberdaya Mahasiswa
Badan Eksekutif Mahasiswa G (BEM G), dan Wakil Koordinator Wilayah
Ikatan Himpunan Mahasiswa Biologi Indonesia Wilayah Jawa 1 (Ikahimbi).
Selain itu penulis aktif dalam berbagai kepanitian even kampus, diantaranya
sebagai divisi acara Forces Fair; divisi acara Gebyar Inovasi Pemuda
Indonesia 2011 (GIPI); Sekretaris Grand Biodiversity dan ulang tahun
Biologi (2011); Sekretaris Musyawarah Wilayah Ikahimbi Jawa 1,
Koordinator publikasi, dekorasi, dan dokumentasi SPIRIT (2011);
Koordinator logistik Leadership training (2011); sekretaris seminar
kewirausahaan Eclipse (2011), staf Movie IPB Green Living Movement
(2011), staf Hubungan Masyarakat Masa Pengenalan Fakultas FMIPA
(2011).
Penulis mendapatkan beberapa penghargaan prestasi akademik,
diantaranya adalah Program Kreativitas Mahasiswa di Bidang Penelitian,
Kewirausahaan, dan Pengabdian Masyarakat didanai oleh DIKTI pada tahun
2009, 2010, dan 2011; finalis Lomba Karya Tulis Ilmiah Al-Quran Festival
Ilmuwan Muslim (2010); pemenang Blogger Borneo (2011); finalis Lomba
Karya Tulis Ilmiah Al-Quran IPB (2011); Pemenang esai dalam seminar
nasional Soil, Disaster, and Remote Sensing(2011); peserta call for paper
AISC Taiwan (2011); pemenang Sineaste Award IPB (2011); mahasiswa
Berprestasi 1 Departemen Biologi (2012); mahasiswa berprestasi 2 Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB (2012); dan sebagai delegasi
Indonesia dalam kompetisi International Genetically Engineering Machine
2012, Bogor Agricultural University (IPB). Selain itu, penulis juga pernah
menjadi staf pengajar di bimbingan belajar KATALIS.
ASAL TANAH HUTAN TAMAN NASIONAL BUKIT
DUABELAS, JAMBI, INDONESIA
KURRATAA’YUN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Isolasi dan Pencirian
Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi,
Indonesia adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Kurrataa’yun
NIM G34090105
ABSTRAK
KURRATAA’YUN. Isolasi dan Pencirian Xilanase dari Bakteri asal Tanah Hutan
Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi, Indonesia. Dibimbing oleh ANJA
MERYANDINI and YOPI.
Xilanase merupakan enzim pendegradasi xilan yang berguna dalam
penyempurnaan biokonversi biomassa lignoselulosa menjadi produk bermanfaat.
Aplikasi xilanase yang luas belum dioptimalkan karena kurang tersedianya mikroba
unggul. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri asal tanah hutan Taman
Nasional Bukit Duabelas, Jambi dan mencirikan xilanasenya yang meliputi
parameter pH optimum, suhu optimum, serta stabilitasnya. Sebanyak 28 isolat
potensial telah berhasil diisolasi dari tanah hutan Taman Nasional Bukit Duabelas,
Jambi dan tiga di antaranya berhasil dicirikan xilanasenya (isolat 10, 18, dan 27).
Isolat 10 memproduksi xilanase ekstraseluler tertinggi pada jam ke-12 dan jam ke36 inkubasi kultur dengan aktivitas optimum pada pH 6 di suhu 40 o C dan 90 o C.
Waktu produksi xilanase tertinggi isolat 27 tercapai pada jam ke-12 dan jam ke-30
inkubasi kultur. Kondisi optimum xilanase isolat 27 terjadi pada pH 5 di suhu
90 o C dan 50 o C, sementara xilanase isolat 18 mencapai waktu optimum produksi
pada jam ke-18 dan jam ke-36 inkubasi kultur. Kondisi optimum xilanase isolat 18
tercapai pada pH 5 dan suhu 90 o C. Enzim isolat 18 memiliki waktu paruh 1 jam 7
menit pada pH dan suhu optimumnya.
Kata kunci: Xilanolitik, Xilanase, Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi
ABSTRACT
KURRATAA’YUN. Isolation and Characterization Xylanase from Bacterial Origin
Bukit Duabelas National Park Forest Soil, Jambi, Indonesia. Supervised by ANJA
MERYANDINI and YOPI.
Xylanase is a xylan-degrading enzymes which are useful to improving the
bioconversion of lignocellulosic biomass into useful products. Broad application of
xylanase have not optimized due to the lack of superior microbes. The aim of this
study is to isolate bacterial origin Bukit Duabelas National Park, Jambi and
characterize its xylanase, including its pH optimum, temperature optimum, and
stability. A total of 28 potential isolates have been isolated from Bukit Duabelas
National Park soil, Jambi and three were successfully characterized its xilanase
(isolates 10, 18, and 27). Isolate 10 reached the highest producing extracellular
xylanase at 12th and 36th hours of culture incubation with optimum activity at pH 6,
temperature 40 °C and 90 o C. Isolate 27 reached its highest producing extracellular
xylanase at 12th and 30th hours of culture incubation. The optimum condition of
xylanase isolate 27 occurred at pH 5, temperature 90 o C and 50 o C, while xylanase
isolate 18 achieve its optimum production time at the 18th and 36th hours of
incubation culture. Xylanase isolate 18 achieved its optimum condition at pH 5 and
temperature 90 o C and has half-life time 1 hour 7 minutes.
Keywords: Xylanolitic, Xylanase, Bukit Duabelas National Park, Jambi
ISOLASI DAN KARAKTERISASI XILANASE DARI BAKTERI
ASAL TANAH HUTAN TAMAN NASIONAL BUKIT
DUABELAS, JAMBI, INDONESIA
KURRATAA’YUN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Isolasi dan Pencirian Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan
Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi, Indonesia
Nama
: Kurrataa’yun
NIM
: G34090105
Disetujui oleh
Prof Dr Anja Meryandini, MS
Pembimbing I
Dr Yopi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Ence Darmo Jaya Supena, M.Si
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah
ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di
Departemen Biologi IPB. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan
sejak bulan Desember 2012 hingga Maret 2013 ini ialah enzim, dengan judul Isolasi
dan Pencirian Xilanase dari Bakteri Asal Tanah Hutan Taman Nasional Bukit
Duabelas Jambi, Indonesia.
Terima kasih yang mendalam penulis ucapkan kepada Prof Dr Anja
Meryandini, MS dan Dr Yopi selaku pembimbing atas bimbingan, ilmu
pengetahuan, saran, serta kesabarannya selama penyusunan karya ilmiah. Terima
kasih pula penulis sampaikan kepada Dr. Achmad Farajallah yang telah menjadi
penguji sidang serta pemberi saran dalam penyusunan karya ilmiah ini.
Penghargaan penulis sampaikan kepada Ibu Dewi sebagai laboran Bioteknologi
Hewan dan Biomedis Pusat Antar Universitas, PPSHB dan Ibu Fitri yang telah
banyak membantu dalam proses penelitian secara teknik maupun teori.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman seperjuangan,
serta rekan kerja di laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis (Bu Marini,
Wini, Endah, Meita, Dewi, Saleem, Mba Debbi, Kak Deddy, dan Bu Elly) yang
telah banyak membantu dan menenemani selama proses penelitian; Ikra Nugraha
atas semangat dan dukungannya; serta keluarga Biologi 46 atas kebersamaannya.
Ungkapan terima kasih terbesar penulis sampaikan kepada ayah, ibu atas
do’a, kasih sayang, dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan studi
strata satu ini dengan baik. Tidak lupa terima kasih kepada abang Man, Dela, dan
Putri serta seluruh keluarga yang telah menghibur serta menemani penulis selama
melaksanakan penelitian. Akhir kata, penulis berharap karya ilmiah ini bermanfaat
untuk dunia sains dan pendidikan ke depannya.
Bogor, Juni 2013
Kurrataa’yun
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Analisis Data
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil
4
Pembahasan
9
SIMPULAN DAN SARAN
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
16
DAFTAR TABEL
1
2
pH tanah sampel tanah hutan primer TNBD, Jambi
Gula pereduksi, total gula, dan derajat polimerisasi isolat 18
4
9
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
Kemampuan xilanase Isolat 10, 18, dan 27
Morfologi dan jenis Gram isolat 10, 18, dan 27
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 10
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 18
Aktivitas xilanase dan pertumbuhan Isolat 27
Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim Isolat 10, 18, dan 18
Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim Isolat 10, 18, dan 27
Stabilitas xilanase Isolat 18 pada suhu 4 o C, 27o C, 50o C, dan 90o C
5
5
6
6
6
7
8
8
DAFTAR LAMPIRAN
1. Komposisi media agar dan media produksi xilan
2. Komposisi reagen Dinitrosalicylic acid (DNS)
15
15
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peningkatan produksi di bidang pertanian dan industri pertanian
menyebabkan peningkatan limbah yang sebagian besar merupakan limbah
berlignoselulosa seperti jerami, tongkol jagung, sabut, serta tandan kosong
kelapa sawit. Limbah yang dihasilkan dapat menjadi bahan pencemar
lingkungan apabila tidak ditangani. Salah satu komponen utama penyusun
limbah berlignoselulosa tersebut adalah xilan. Xilan merupakan komponen
utama hemiselulosa dalam dinding sel tanaman, yang memiliki kerangka
dasar residu 1,4-D-xilopiranosil yang rantai sampingnya tersubstitusi dengan
gugus asetil, 4-O-metil-D-glukuronosil dan -arabinofuranosil. Degradasi
sempurna xilan merupakan proses banyak tahap yang melibatkan aktivitas
beberapa enzim hidrolitik yang bekerja secara sinergis, yaitu
(1) endo-1,4- -xilanase, (2) 1,4- -D-xilosidase, (3) -L-arabinofuranosidase,
-glukuronidase dan asetil esterase (Yang et al. 2006). Xilanase mendapat
banyak perhatian dari kalangan peneliti dan industri karena peranannya dalam
penyempurnaan biokonversi biomassa lignoselulosa menjadi produk-produk
yang bermanfaat. Salah satu upaya pemanfaatan limbah pertanian dapat
dilakukan dengan mengkonversinya ke dalam bentuk yang lebih sederhana
yaitu dengan cara menghidrolisisnya.
Aplikasi xilanase secara komersial telah digunakan dalam industri
makanan dan pemanfaatan limbah pertanian untuk produksi xilosa. Xilosa
adalah gula rendah kalori yang dapat dikonsumsi penderita diabetes (Richana
et al. 2000). Xilanase dapat menggantikan klorin yang digunakan dalam
proses pemutihan bubur kertas pada industri kertas (Ruiz-Arribas et al. 1995).
Selain itu xilanase telah diketahui dapat meningkatkan daya pembersih pada
deterjen (Kumar et al. 2004); mengurangi viskositas saluran pencernaan
ternak sehingga meningkatkan pencapaian berat dan efisiensi konversi
makanannya (Adeola dan Bedford 2004); serta meningkatkan kekuatan kertas
pada kelembaban tinggi (Wong et al. 1988).
Luasnya aplikasi kegunaan xilanase masih belum dioptimalkan secara
maksimal. Salah satu kendala yang muncul yaitu kurang tersedianya biakan
mikroba unggul. Banyak pakar dari negara maju mengakui bahwa negara
yang kaya akan keanekaragaman hayatinya merupakan sumber mikroba
potensial untuk bioproses (Richana et al. 2000). Indonesia merupakan salah
satu negara yang memiliki keanekaragaman hayati yang tinggi, sehingga
potensi mikrobanya sangat besar untuk terus dieksplorasi dan diteliti. Taman
Nasional Bukit Duabelas (TNBD), Jambi merupakan salah satu daerah hutan
hujan tropika dataran rendah yang masih asri dan belum terkena intervensi
manusia. Biodiversitas flora dan fauna endemiknya yang cukup tinggi
berpotensi sebagai habitat xilanolitik yang beragam dan unik. Selain itu,
publikasi mengenai xilanolitik di daerah tersebut belum ada, sehingga
eksplorasi xilanolitik di daerah tersebut sangat menarik untuk dilakukan. Oleh
karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri asal tanah hutan
2
TNBD, Jambi dan mencirikan xilanasenya. Parameter pencirian enzimnya
meliputi pH optimum, suhu optimum, serta stabilitasnya.
Perumusan Masalah
Aplikasi xilanase yang luas membutuhkan enzim xilanase yang
beragam, sehingga dibutuhkan eksplorasi xilanolitik. Eksplorasi xilanolitik di
Taman Nasional Bukit Duabelas belum pernah dilaporkan dan berpotensi
menghasilkan isolat xilanolitik serta xilanase yang beragam..
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi bakteri xilanolitik asal tanah
hutan Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi dan mengkarakterisasi
xilanasenya. Parameter xilanase yang diteliti meliputi pH optimum, suhu
optimum, serta stabilitasnya.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mendapatkan isolat xilanolitik dan keragaman
enzim xilanasenya.
METODE
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2012 – Maret 2013 di
Laboratorium Bioteknologi Hewan dan Biomedis, PPSHB IPB dan
Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi, FMIPA, IPB.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi sampel tanah hutan
primer Jambi dari tiga plot (BF1, BF3, dan BF4); substrat xilan (Sigma
Chemical Co.); Baktopepton; ekstrak khamir; MgSO 4 ; K 2 HPO 4 ; larutan
DNS; dan larutan fenol 5%. Sumber isolat berasal dari bakteri yang diisolasi
dari sampel tanah hutan Taman Nasional Bukit Duabelas Jambi.
Alat
Alat utama yang digunakan dalam penelitian ini meliputi inkubator
bergoyang, sentrifugator, dan spektrofotometer. Peralatan pendukung lainnya
meliputi Laminar Air Flow Cabinet (LAFC), ruang asam, autoklaf, water
bath, pH meter serta peralatan laboratorium lainnya.
3
Prosedur Analisis Data
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Sampel tanah diambil secara acak berkelompok pada kedalaman 0-15
cm pada tiga plot (BF1, BF3, dan BF4) dengan lima titik pengambilan/plot.
Sebanyak 5 gram setiap sampel tanah halus dimasukkan ke dalam wadah
yang berisi 5 mL akuades. Suspensi tanah diaduk selama 30 menit lalu
didiamkan 5 menit dan diukur pHnya (Poerwidodo 1992).
Pengayaan kultur dilakukan dengan memasukkan 1 gram sampel tanah
ke dalam 50 mL medium xilan (0.5% baktopepton, 0.5% ekstrak khamir,
0.5% xilan (Sigma Chemical Co.), 0.02% MgSO 4 ·7H2 O, 0.1% K 2 HPO 4 ) pH
7 dalam erlenmeyer 100 mL, lalu diinkubasi pada inkubator bergoyang 110
rpm selama 72 jam dalam suhu ruang.
Isolasi dan Seleksi Bakteri Penghasil Xilanase
Sebanyak 1 mL sampel hasil pengayaan dilakukan pengenceran serial
dengan NaCl 0.85% hingga 10-4 -10-7 . Masing-masing hasil pengenceran
diambil 0.1 mL untuk disebar dalam media padat xilan, lalu diinkubasi pada
suhu ruang selama 72 jam. Koloni yang terbentuk pada media padat xilan
dimurnikan dengan metode gores kuadran. Setiap koloni yang telah murni
dilakukan uji pembentukan zona bening pada media xilan Oat spelt 0.5% pH
5 dengan metode pewarnaan merah kongo 0.1%. Koloni yang membentuk
zona bening disubkulturkan. Tiga koloni penghasil zona bening terbaik
dilakukan pengujian pewarnaan Gram dan pencirian xilanasenya lebih lanjut.
Penentuan Waktu Tertinggi Produksi dan Aktivitas Xilanase
Produksi enzim diawali dengan meremajakan isolat terpilih pada media
padat xilan 0.5%. Selanjutnya dilakukan pembuatan inokulum dengan
menginokulasi tiga koloni isolat ke dalam 10 mL media cair xilan 0.5%.
Inokulum diinkubasi pada inkubator bergoyang hingga densitas sel yang
terukur dengan spektrofotomer ( 600 nm) mencapai 0.6 – 0.8 A. Jumlah sel
inokulum ditentukan dengan
metode total plate count (TPC) pada
pengenceran 10-6 , 10-7 , 10-8 , dan 10-9 . Sebanyak 1 mL inokulum
disubkulturkan pada 100 mL media produksi enzim xilanase dalam
erlenmeyer 500 mL dan diinkubasi pada inkubator bergoyang pada suhu
ruang.
Ekstrak kasar xilanase setiap enam jam diperoleh dengan cara
mensentrifugasi kultur pada kecepatan 7000 rpm selama 15 menit pada suhu
ruang. Supernatan (ekstrak kasar enzim) digunakan untuk diukur aktivitas
enzimnya. Aktivitas xilanase diukur pada substrat xilan Oat spelt 0.5% dalam
bufer sitrat fosfat pH 5 pada suhu ruang dan waktu inkubasi 30 menit dengan
metode 3,5-Dinitrosalicylic acid (DNS) (Miller 1959). Standar yang
digunakan merupakan xilosa. Gula pereduksi yang dihasilkan diukur dengan
spektrofotometer ( 540 nm). Satu unit aktivitas xilanase didefinisikan
sebagai jumlah mol xilosa yang dihasilkan setiap volume milliliter enzim
dalam waktu 1 menit. Pengukuran aktivitas enzim dilakukan bersamaan
4
dengan pengukuran laju tumbuh bakteri dengan mengambil 2 mL kultur
bakteri secara berkala dan diukur densitasnya dengan spektrofotometer ( 600
nm) untuk dibuat kurva tumbuhnya.
Penentuan pH dan Suhu Optimum Xilanase serta Stabilitasnya
Penentuan pH optimum aktivitas xilanase dilakukan dengan
mengujikan ekstrak kasar enzim yang diperoleh pada waktu produksi
tertinggi. Pengukuran aktivitas enzim diuji pada substrat xilan 0.5% dalam
bufer dengan rentang pH 3 – 9 (selang 0.5 unit). Penentuan suhu optimum
aktivitas xilanase dilakukan dengan mengujikan ekstrak kasar enzim pada pH
optimum dengan rentang suhu 30 o C – 90 o C (selang 10 o C).
Uji stabilitas enzim dilakukan pada satu isolat terpilih dengan
menginkubasikan ekstrak kasar enzim pada empat suhu yang berbeda, yaitu
pada suhu optimumnya, suhu 4 o C, dan suhu ruang. Ekstrak kasar enzim diuji
setiap jam pada pH dan suhu optimumnya dengan substrat xilan 0.5%.
Pengujian dilakukan hingga enzim tidak memiliki aktivitas lagi.
Penentuan Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Ekstrak kasar enzim diinkubasikan dengan substrat xilan Beechwood
0.5% pada pH optimum dengan perbandingan 1:1; 1.5:1; dan 2:1 selama masa
stabil enzim hingga aktivitasnya 50%. Hasil inkubasi diukur jumlah gula
pereduksi dan total gulanya. Pengukuran gula pereduksi dilakukan dengan
metode DNS (Miller 1959), sementara total gula diuji dengan metode fenolasam sulfat. Derajat polimerisasi enzim didapatkan berdasarkan
perbandingan gula pereduksi terhadap total gulanya (Masuko et al. 2005).
Derajat Polimerisasi=
Total gula (mg/mL)
Gula Pereduksi (mg/mL)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Ketiga sampel tanah dengan kode BF 1 , BF3 , dan BF4 bersifat asam
dengan nilai pH yang tidak berbeda secara signifikan (tabel 1).
Tabel 1 pH tanah sampel tanah hutan primer Taman Nasional Bukit Duabelas,
Jambi, Indonesia pada tiga plot
Kode sampel tanah
BF1
BF2
BF3
pH
4.66
4.74
4.60
Suhu (o C)
27
27
27
5
Isolasi dan Seleksi Bakteri Xilanolitik
Sebanyak 28 isolat bakteri penghasil xilanase didapatkan dari hasil
isolasi dan seleksi dengan nilai indeks xilanolitik berkisar antara 0.125 – 4.68.
Indeks xilanolitik diperoleh dari perbandingan ukuran diameter koloni dan
diameter zona bening yang dihasilkan pasca inkubasi 24 jam dan pewarnaan
menggunakan merah kongo 0.1%. Terdapat tiga isolat terpilih dengan kode
10, 18, dan 27 yang memiliki nilai indeks xilanolitik berturut-turut sebesar
4.68, 4.25, dan 1.8 (Gambar 1). Ketiga isolat tersebut beturut-turut berasal
dari plot yang berbeda, yaitu BF1, BF3, dan BF4.
Isolat 10
Isolat 18
Isolat 27
Gambar 1 Pembentukan zona bening isolat 10, 18, dan 27 pada media yang
mengandung 0.5% xilan Oat spelt (pH 5) setelah diinkubasi 24
jam pada suhu ruang setelah diwarnai dengan merah kongo 0.1%
Hasil pewarnaan Gram menunjukkan bahwa isolat 10 merupakan
bakteri Gram negatif berbentuk basil pendek. Isolat 18 merupakan bakteri
Gram negatif berbentuk kokus, sementara isolat 27 merupakan bakteri Gram
positif berbentuk basil panjang.
a
b
c
Gambar 2 Morfologi dan jenis Gram isolat a). 10, b). 18 dan c). 27 dengan
perbesaran 1000x. Isolat berumur 24 jam, ditumbuhkan pada
media 0.5% xilan (pH 5) dan diinkubasi pada suhu ruang
Penentuan Waktu Produksi Tertinggi dan Aktivitas Xilanase Harian
Produksi xilanase oleh ketiga isolat memiliki waktu produksi tertinggi
yang berbeda-beda. Aktivitas tertinggi xilanase isolat 10 tercapai saat umur
kultur 12 jam (0.0014 IU) dan puncak kedua (0.0003 IU) saat kultur berumur
36 jam dengan jumlah inokulum sebanyak 3.425x109 sel/mL. Waktu
optimum produksi enzim xilanase dicapai ketika fase akhir eksponensial
pertumbuhannya (Gambar 3).
Isolat 18 memiliki dua puncak aktivitas enzim, yaitu pada jam ke-18
(0.0003 IU) dan jam ke-36 (0.0016 IU) dengan jumlah inokulum 1.275x109
sel/mL. Waktu tertinggi aktivitas enzim terjadi ketika bakteri dalam fase
6
0.0015
3
0.001
2
0.0005
1
0
0
0 4 6 12 18 24 30 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
stasioner awal dan akhir (Gambar 4). Isolat 27 pun memiliki dua puncak
aktivitas enzim, yaitu pada jam ke-12 (0.0007 IU) dan jam ke-30 (0.0027 IU)
umur kultur, dengan jumlah inokulum sebanyak 8.75x106 sel/mL. Waktu
tertinggi produksi enzim terjadi pada fase eksponensial akhir dan fase
stasioner pertumbuhannya (Gambar 5).
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
3
2
1
0
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
Gambar 3 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 10 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam inkubasi kultur
(inokulum: 3.425x109 sel/mL) pada suhu ruang
0 3 6 10 12 18 24 32 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
0.003
3
0.002
2
0.001
1
0
0
0 3 6 12 18 24 30 36 42 48
Waktu (jam)
Aktivitas Enzim (IU)
Turbiditas sel (A)
IU ( mol/menit/mL)
Gambar 4 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 18 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam kultur (inokulum:
1.275x109 sel/mL) pada suhu ruang
Turbiditas (A)
Gambar 5 Aktivitas xilanase dan pertumbuhan isolat 27 dalam 100 mL media
cair xilan Oat Spelt 0.5% (pH 5) selama 48 jam inkubasi kultur
(inokulum: 8.75x106 sel/mL) pada suhu ruang
7
IU ( mol/menit/mL)
Penentuan pH dan Suhu Optimum Enzim Xilanase serta Stabilitasnya
Aktivitas xilanase tertinggi ekstraseluler isolat 10 mencapai optimum
pada pH 6. Adapun isolat 18 dan 27 memiliki tiga puncak aktivitas xilanase,
yaitu pada pH 5, 6, dan 7.5 (Gambar 6).
A
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
IU ( mol/menit/mL)
B
0.006
0.004
0.002
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
IU ( mol/menit/mL)
C
0.008
0.006
0.004
0.002
0
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9
pH
Gambar 6 Pengaruh pengaturan pH terhadap aktivitas enzim A). isolat 10; B).
isolat 18; C). isolat 27 di suhu ruang pada media xilan Beechwood
0.5%
Pengaruh suhu pada pH optimum setiap isolat menunjukkan
peningkatan aktivitas enzim. Aktivitas xilanase tertinggi isolat 10 pada pH 6
terjadi pada suhu 40 o C (0.003 IU) dan 90 o C (0.002 IU) dengan peningkatan
aktivitas enzim mencapai 2 kali dibandingkan aktivitas tanpa optimasi suhu
dan pH. Adapun aktivitas xilanase tertinggi isolat 18 pada pH 5 terjadi pada
suhu 90 o C (0.010 IU) dengan peningkatan sebanyak 6 kali. Sementara
8
IU ( mol/menit/mL)
aktivitas enzim xilanase Isolat 27 mengalami peningkatan aktivitas sebanyak
4 kali pada pH 5 dengan suhu 90 o C (0.011 IU) dan 50 o C (0.008 IU) (Gambar
7).
0.015
0.01
0.005
0
-0.005
30
40
50
60
Suhu
Isolat 10
Isolat 18
70
80
90
(o C)
Isolat 27
Gambar 7 Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim di pH optimum Isolat
10, Isolat 18, dan Isolat 27 pada media xilan Beechwood 0.5%.
IU ( mol/menit/mL)
Aktivitas xilanase Isolat 18 mengalami penurunan selama masa
inkubasi pada suhu 4 o C, 27 o C, 50 o C, dan 90 o C (Gambar 8). Berdasarkan
kurva hubungan antara unit aktivitas (IU) dengan waktu inkubasi, waktu
paruh xilanase keempat suhu tersebut tidak berbeda signifikan. Waktu paruh
enzim yang diinkubasi pada suhu 4 o C, 27 o C, 50 o C, dan 90 o C berturut-turut
adalah 3 jam 5 menit, 3 jam 1 menit, 3 jam 1 menit, dan 1 jam 7 menit.
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
0
1
4°C
2
3
4
Waktu (jam)
27°C
50°C
5
6
90°C
Gambar 8 Stabilitas xilanase Isolat 18 pada suhu (4, 27, 50, dan 90) o C, di
media xilan Beechwood 0.5% dengan pH 5
Pengujian Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Derajat polimerisasi reaksi ekstrak kasar enzim isolat 18 dengan
substrat xilan Beechwood 0.5% (pH 5; suhu 90 o C) dengan perbandingan 1:1,
1.5:1, dan 2:1 tidak berbeda secara signifikan, yaitu berturut-turut sebesar 32,
32, dan 31. Adapun konsentrasi gula pereduksi dan total gula pada ketiga
perbandingan mengalami pola penurunan, berbanding terbalik dengan jumlah
ekstrak kasar enzim yang direaksikan.
9
Tabel 2
Gula pereduksi, total gula, dan derajat polimerisasi reaksi enzim
xilanase Isolat 18 terhadap substrat xilan Beechwood 0.5% pada pH
5 dan suhu 90 o C (waktu inkubasi 1.5 jam)
Enzim:Substrat
(mL)
1 : 1
1.5: 1
2 : 1
Gula Pereduksi
(mg/mL)
3.748
3.520
3.356
Total Gula
(mg/mL)
121.174
111.390
104.373
Derajat
Polimerisasi
32
32
31
Pembahasan
Pengambilan Sampel dan Pengayaan Kultur
Sampel merupakan jenis tanah liat dengan pH asam yang berasal dari
tiga plot di daerah Taman Nasional Bukit Duabelas, Jambi (BF1, BF3, dan
BF4). Tanah pada daerah dengan kadar hujan dan bahan organik yang tinggi
cenderung bersifat asam. Tanah wilayah Sumatera memiliki tingkat
kesuburan yang rendah dengan pH berkisar antara 4.4 – 5.5 (Wasis et al.
2012). Asam humat adalah salah satu penyebab keasaman tanah di hutan.
Asam humat merupakan hasil akhir dari proses dekomposisi bahan organik
(Koppler et al. 2000). Pengayaan kultur dengan media selektif dilakukan
untuk meningkatkan populasi mikroorganisme xilanolitik pada sampel.
Xilanase diinduksi dengan adanya xilan dan lignoselulosa pada media. Wheat
straw dilaporkan sebagai sumber karbon yang paling baik dalam menginduksi
xilanase ekstraseluler, sementara xilosa paling baik dalam menginduksi
-xilosidase. Adapun glukosa, xilitol, dan CMC menghambat disintesisnya
-xilosidase (Saraswat dan Bisaria 1996).
Isolasi dan Seleksi Bakteri Xilanolitik
Merah kongo telah dilaporkan sebagai pewarna yang paling baik dalam
mengukur aktivitas enzim pada berbagai fungi secara kualitatif (Yoon et al.
2007). Merah kongo bekerja dengan mengikat polisakarida. Ketika xilan
sebagai polisakarida telah terdegradasi, akan terbentuk zona bening. Zona
bening yang terbentuk pada ketiga isolat menunjukkan terdapat dua degradasi
warna, yaitu zona bening yang lebih terang dan yang lebih gelap. Degradasi
warna tersebut menunjukkan bahwa bakteri ketiga isolat menghasilkan lebih
dari satu jenis enzim xilanase dengan kemampuan memecah polisakarida
yang berbeda. Struktur xilan yang kompleks membutuhkan berbagai jenis
enzim untuk
menghidrolisisnya
secara
utuh.
Endo-1.4- -xilanase
menghidrolisis rantai utama xilan; 1,4- -D-xilosidase memutus sebagian
kecil oligosakarida; sementara -L-arabinofuranosidase, -D-glukuronidase,
galaktosidase dan asetil xilan esterase menghidrolisis rantai samping xilan
(Subramaniyan dan Prema 2002). Warna zona bening yang semakin terang
menunjukkan degradasi xilan yang semakin sempurna dan diduga memiliki
xilosidase. Perbedaan warna juga menunjukkan perubahan pH pada media.
Warna biru menunjukkan pH 3, warna merah-ungu menunjukkan pH 5, dan
warna jingga menunjukkan pH 7-8 (Yoon et al. 2007).
10
Metode pewarnaan Gram merupakan salah satu metode untuk
mengidentifikasi jenis bakteri. Isolat 10 dan 18 tergolong Gram negatif;
sementara isolat 27 tergolong Gram positif. Warna yang terbentuk pada
pewarnaan Gram berdasarkan adanya perbedaan ketebalan lapisan
peptidoglikan pada dinding sel bakteri. Bakteri Gram positif memiliki
peptidoglikan yang tebal sehingga pengikatan pada pewarna ungu kristal
sangat kuat, sementara dinding sel bakteri Gram negatif terwarnai oleh
pewarna tanding Safranin akibat lapisan peptidoglikannya tipis. Beberapa
bakteri Gram positif yang telah dilaporkan menghasilkan enzim xilanase di
antaranya Streptomyces, Cellulomonas, Micrococcus, Staphylococcus, dan
Bacillus, Clostridium absonum, dan Thermoactinomyces thalophilus;
sementara
xilanolitik
Gram
negatif
yaitu
Pseudomonas,
Thermoanaerobacterium,
Thermotoga
maritime,
Acidobacterium
capsulatum (Beg et al. 2001, Gandarillas et al. 2012, Sharma dan Chand
2012).
Penentuan Waktu Produksi Tertinggi dan Aktivitas Xilanase
Waktu produksi tertinggi merupakan waktu saat konsentrasi dan
aktivitas xilanase yang dihasilkan paling tinggi. Xilanase tergolong sebagai
metabolit primer karena dibutuhkan dalam pemecahan sumber karbon xilan
pada substratnya untuk kebutuhan pertumbuhannya, sehingga diproduksi
sejak awal pertumbuhannya (fase lag). Isolat 10 dan 18 menunjukkan bahwa
produksi xilanasenya diawali pada akhir fase eksponensial. Hal ini diduga
karena kedua isolat tersebut memanfaatkan ekstrak khamir dan baktopepton
terlebih dahulu dalam pertumbuhannya. Ekstrak khamir sebagai sumber
nitrogen mengandung banyak mineral, vitamin, dan asam amino yang
dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba (Li et al. 2011, Hakobyan et al.
2012). Hal ini terlihat pada gradasi warna jingga yang terbentuk pada zona
bening isolat 10 dan isolat 18. Perubahan pH menjadi basa tersebut diduga
akibat adanya pembentukan senyawa amonia dari basa nitrogen asam amino
pada media saat katabolisme ekstrak khamir. Bakteri kemudian menghasilkan
enzim ekstraseluler xilanase untuk memecah substrat xilan setelah ekstrak
khamir dan baktopepton telah termanfaatkan. Produksi tertinggi yang terjadi
pada fase eksponensial juga dilaporkan oleh Coman (2012) pada
Streptomyces spp P12-137. Puncak aktivitas enzim kedua yang diduga
sebagai jenis xilanase berbeda dihasilkan ketika fase stasioner.
Adapun isolat 27 menghasilkan xilanase sejak fase lag. Ekstrak khamir
dan baktopepton diduga tidak cukup untuk menginduksi pertumbuhan isolat
27 tanpa sumber karbon lain, sehingga dibutuhkan xilanase untuk
menyediakan sumber karbon sejak awal fase pertumbuhannya. Berdasarkan
aktivitas enzimnya, isolat 27 pun memiliki nilai aktivitas paling tinggi
dibandingkan kedua isolat lainnya. Aktivitas xilanase yang tinggi diduga
berpengaruh terhadap rendahnya kemampuannya dalam memetabolisme
ekstrak khamir. Sama dengan kedua isolat lainnya, puncak aktivitas enzim
kedua-yang diduga sebagai xilanase jenis lain terjadi saat fase stasioner.
Berbagai jenis xilanase diperlukan dalam mendegradasi sempurna struktur
xilan yang kompleks (Yang et al. 2006). Setelah waktu produksi tertinggi,
aktivitas enzim mengalami penurunan yang dapat disebabkan oleh
11
menurunnya jumlah substrat, feedback inhibition, serta adanya aktivitas
proteolisis (White 1995).
Terdapatnya dua puncak aktivitas enzim pada ketiga isolat diduga
karena adanya dua jenis enzim yang berbeda. Menurut Ahlgren (1967), dua
puncak aktivitas enzim dapat menunjukkan adanya dua jenis enzim yang
berbeda. Namun kemunculan dua puncak pada aktivitas enzim dapat juga
disebabkan oleh adanya polisakarida (kompleks protein) dalam media.
Jermyn (1962) menemukan bahwa aryl- -glukosidase yang berkombinasi
dengan polisakarida menyebabkan adanya beberapa puncak pada pengukuran
aktivitas enzim. Keberadaan isoenzim pun dapat menyebabkan kemunculan
puncak aktivitas enzim lebih dari satu. Kemampuan enzim yang berbeda
dalam mengkatalisis reaksi yang sama telah diulas oleh Wilkinson (1967).
Dobozi et al. (1992) melaporkan bahwa ditemukan isoenzim pada pemisahan
xilanase menggunakan isoelektrik, umumnya pada pH asam.
Penentuan pH dan Suhu Optimum Xilanase serta Stabilitasnya
Kerja enzim dipengaruhi oleh berbagai faktor abiotik, di antaranya pH
dan suhu. Pengaturan pH berkaitan dengan muatan pada situs aktif enzim
sehingga memiliki afinitas kimiawi yang tinggi terhadap substrat (Pelczar dan
Chan 2006). Jika afinitas situs aktifnya tinggi terhadap substrat, maka jumlah
substrat yang bereaksi dan produk yang dihasilkan akan lebih banyak.
Xilanase isolat 10 memiliki aktivitas pada pH asam dan mencapai aktivitas
tertinggi pada dua suhu. Pola yang sama terlihat pada isolat 27, dimana
aktivitas enzim pada suhu dan pH optimum menunjukkan dua puncak
aktivitas enzim yang juga menunjukkan bahwa kemungkinan terdapat dua
jenis enzim yang memiliki suhu optimum yang berbeda. Raghukumura et al.
(2004) melaporkan bahwa xilanase yang didapatkannya dari fungi laut
memiliki aktivitas tertinggi pada suhu 50 o C dan 90 o C yang diketahui sebagai
dua enzim yang berbeda, yaitu -xilosidase dan -L-arabinofuranosidase.
Keduanya bekerja secara sinergis dalam mendegradasi xilan.
Xilanase ketiga isolat memiliki enzim yang bersifat thermostabil dan
thermolabil yang optimum pada pH asam. Kombinasi pH dan suhu yang
sesuai akan meningkatkan aktivitas katalitik enzim terhadap substratnya.
Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim berkaitan dengan energi aktivasi
Arrhenius dimana semakin tinggi suhu akan meningkatkan kecepatan
tubrukan molekul sehingga energi untuk reaksi semakin besar dan aktivitas
enzim akan semakin tinggi. Namun tingginya suhu dibatasi oleh sifat enzim
sebagai protein yang terdenaturasi pada suhu tinggi (Eisenthal et al. 2006).
Aktivitas xilanase isolat 18 berbanding terbalik dengan lama inkubasinya. Hal
ini berkaitan dengan perubahan struktur tiga dimensi enzim selama masa
penyimpanan. Waktu paruh keempat suhu yang diuji tidak berbeda nyata.
Namun suhu 90 o C menunjukkan waktu paruh paling singkat. Stabilitas dua
jam pertama inkubasi terlihat baik pada penyimpanan di suhu 4 o C dan 50 o C.
Pengujian Gula Pereduksi, Total Gula, dan Derajat Polimerisasi
Gula pereduksi merupakan produk dari aktivitas enzim yang bereaksi
dengan substrat xilan. Gula pereduksi bersifat mereduksi karena adanya
gugus hidroksi yang bebas dan reaktif (Lehninger 1982). Konsentrasi gula
12
pereduksi terlihat mengalami penurunan walaupun jumlah substrat yang
direaksikan sama (Tabel 2). Hal tersebut diduga dikarenakan adanya reaksi
Maillard. Reaksi Maillard merupakan reaksi yang terbentuk antara gugus
karbonil gula pereduksi dengan asam amino bebas (umumnya kelompok
gugus dari kelompok lisin, dapat juga dengan ujung gugus asam amino
lainnya) pada suhu tinggi dan selanjutnya membentuk Amadori
Rearrangement Product (ARP). Pada pH di bawah 7.0, ARP akan
terdegradasi menjadi hidroksimetilfurfural (HMF) atau furfural dan pada
akhirnya membentuk gugus aldol, polimer bebas N, aldimin, ketim, dan
pigmen melanoid yang kecokelatan (Hodge 1953). Hal tersebut menyebabkan
gula pereduksi yang telah bereaksi dengan asam amino bebas pada media
yang mengandung protein tidak dapat berikatan dengan 3,5-Dinitrosalicylic
acid (DNS). Akibatnya gula pereduksi yang terbaca akan menurun, begitu
pula dengan total gula yang terbaca. Derajat polimerisasi (DP) pada reaksi
enzim dengan substrat sebanyak 2:1 masih menunjukkan derajat polimerisasi
yang besar, namun ketiga isolat tersebut berpotensi digunakan dalam
pengomposan.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Isolat 10, 18, dan 27 diduga memiliki lebih dari satu jenis enzim
xilanase. Ketiga isolat memiliki xilanase yang bersifat termofilik. Xilanase
isolat 18 bersifat kurang stabil pada pH dan suhu optimumnya. Nilai derajat
polimerisasi produk reaksi xilanase isolat 18 masih tergolong besar.
Saran
Identifikasi lebih lanjut diperlukan terhadap jenis enzim pada ketiga
isolat. Selain itu, perlu adanya rekayasa protein untuk meningkatkan stabilitas
xilanase isolat 18. Pemekatan enzim serta optimasi suhu dan pH sesuai
diperlukan untuk pengukuran nilai DP, sehingga dapat mengurangi jumlah
total gula serta meminimalisir efek Maillard.
DAFTAR PUSTAKA
Adeola O, Bedford MR. 2004. Exogenous dietary xylanase ameliorates
viscosity-induced anti-nutritional effects in wheat-based diets for white
peckin ducks (Anas platyrinchos domesticus). Br J Nutr. 92:8794.doi:10.1079/BJN20041180.
13
Ahlgren E. Eriksson K, Vesterberg O. 1967. Characterization of cellulases
and related enzymes by isoelectric focusing, gel filtration and zone
electrophoresis. Acta Chem Scand. 21(4): 937-944.
Beg QK, Kapoor M, Mahajan L, Hoondal GS. 2001. Microbial xylanases and
their industrial applications. Rev Appl Microbiol Biotechnol. 56(3-4):326338.doi:10.1007/s002530100704
Coman G. 2012. Modeling process for bioproduction of xylanase by
Streptomyces spp. P12-137 on lignocelluloses agro-wastes. Food Technol.
36(2):49-57.
Dobozi MS, Szakacs G, Bruschi CV. 1992. Xylanase activity of
Phanerochaete chrysosporium. Appl Environ Microbiol. 58(11):34663471.doi:0099-2240/92.
Eisenthal R, Peterson ME, Daniel RM, Danson MJ. 2006. The thermal
behaviour of enzymes: implications for biotechnology. Trends Biotechnol.
24(7):289-292.doi:10.1016/j.tibtech.2006.05.04.
Gandarillas C, Soto R, Vargas VA. 2012. Xylanase production using barley
straw by Bacillus sp. LB-4 isolated from laguna blanca, potosi-bolivia.
Rev Boliv Quim. 29(1):63-70.doi:
Hakobyan L, Gabrielyan L, Trchounian A. 2012. Yeast extract as an
effective nitrogen source stimulating cell growth and enhancing
hydrogen photoproduction by Rhodobacter sphaeroides strains
from mineral springs. Int. J Hydrogen Energ. 8(37):6519-6526.
doi:10.1016/j.ijhydene.2012.01.077.
Hodge JE. 1953. Dehiydrated foods: chemistry of browning reactions in
model
systems.
Agric
Food
Chem.
1(15):
928-943.
doi:10.1021/jf60015a004.
Jermyn MA. 1962. Acceptor competition as a means of distinguishing
between possible enzymic mechanisms using beta-glucosidase of
Stachybotrys atra. Aust J Biol Sci. 15(1):248-260.
Kappler A, Ji R, Brune A. 2000. Synthesis and characterization of specifically
14 C-labeled humic model compounds for feeding trials with soil-feeding
termites. Soil Biol Biochem. 32(8-9):1271-1280.doi:10.1016/S00380717(00)00047-X.
Kumar KB, Balakrishnan H, Rele MV. 2004. Compatibility of alkaline
xylanases from an alkaliphilic Bacillus NCL (87-6-10) with commercial
detergents and proteases. J Ind Microbiol Biotechnol. 31(2): 8387.doi:10.1007/s10295-004-0119-8.
Lehninger AL.1982. Dasar-Dasar Biokimia. Jilid ke-2. Thenawijaya M,
Penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Biochemsitry 2nd
edition.
Li M, Liao X, Zhang D, Du G, Chen J. 2011. Yeast extract promotes cell
growth and induces production of polyvinyl; alcohol-degrading enzymes.
Enz Research. 2011(1):1-8.doi:10.4061/2011/179819.
Masuko T, Minami A, Iwasaki N, Majima T, Nishimura S, Lee YC. 2005.
Carbohydrate analysis by a phenol-sulfuric acid method in microplate
format. Anal Biochem. 339(1):69-72.doi:10.1016/j.ab.2004.12.001
Miller GL. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of
reducing sugar. Anal Chem. 3(31):426-428.doi:10.1021/ac60147a030.
14
Pelczar MJ Jr, Chan ECS. 2006. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Volume ke-1.
Hadioetomo RS, Imas T, Tjitrosomo SS, Angka SL, Penerjemah. Jakarta
(ID): UI Pr. Terjemahan dari: Elements of Microbiology. p 323.
Poerwowidodo. 1992. Metode Selidik Tanah. Surabaya: Usaha Nasional.
Raghukumar C, Muraleedharan U, Gaud VR, Mishra R. 2004. Xylanases of
marine fungi of potential use for biobleaching of paper pulp. J Ind
Microbiol Biotechnol. 31(9):433-441.doi:2264/174.
Richana N, Lestari P, Thontowi A, Rosmimik. 2000. Seleksi isolat bakteri
lokal penghasil xilanase. J Mikrobiol Indones. 5(2):54-56.
Ruiz-Arribas A, Fernandes-Abalos JM, Sanchez P, Garda AL, Santamaria RI.
1995. Overproduction, Purification, and Biochemical Characterization of
a Xylanase (Xys1) from Streptomyces helstedii JMB. Appl Environ
Microbiol. 61(6):2414-2419.
Saraswat V, Bisaria VS. 1996. Biosynthesis of xylanolytic and xylandebranching enzymes in Melanocarpus albomyces IIS 68. New Delhi (IN):
Indian Institute of Technology.
Sharma PK, Chand D. 2012. Production of cellulose-free thermostable
xylanase from Pseudomonas sp. XPB-6. I Res J Biological Sci. 1(5):3141.
Subramaniyan S, Prema P. 2002. Biotechnology of microbial xylanases:
enzymology, molecular biology, and application [ulasan]. Crit. Rev.
Biotechnol. 22(1):33-46.doi:10.1080/07388550290789450.
Vieira WB, Moreira LRS, Neto AM, Filho EXF. 2007. Production and
characterization of an enzyme complex from a new strain of Clostridium
thermocellum with emphasis on its xylanase activity. Braz. J Microbiol.
38(2):237-242.doi:10.1590/S1517-83822007000200009.
Wasis B, Setiadi D, Purwanto ME. 2012. Perbandingan sifat kimia dan
biologi tanah akibat keterbukaan lahan pada hutan reboisasi pinus di
kecamatan pollung kabupaten humbang hasundutan sumatera utara. J
Silvikul Trop. 3(1):33-36.
White D. 1995. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. New York
(US): Oxford University Press.
Wilkinson JH. 1967. Isoenzymes. Mol Nut Food Res. 11(4): 385-386.doi:
10.1002/food.19670110418.
Wong KKY, Tan LUL, Saddler JN. 1λ88. Multiplicity of -1,4-xylanase in
microorganisms: function and application. Microbiol Rev. 52(3):305-317.
Yang Y, Biedendieck R, Wang W, Gamer M, Malten M, Jahn D, Deckwer.
2006. High yield recombinant penicillin G amidase production and export
into the growth medium using Bacillus megaterium. Microb Cell Fact.
20(10):1-8.doi:10.1186/1475-2859-10-20.
Yoon JH, Park JE, Suh DY, Hong SB, Ko SJ, Kim SH. 2007. Comparison of
dyes for easy detection of extracellular cellulases in fungi. Mycobiology.
35(1):21-24.doi:10.4489/MYCO.2007.35.1.021.
15
Lampiran 1 Komposisi media agar dan media produksi xilan (Yang et al.
2006)
Bahan
Xilan
Baktopepton
Ekstrak Khamir
MgSO 4 o 7H2 O
K2 HPO 4
Agar
Media agar xilan
(% w/v)
0.5
0.5
0.5
0.02
0.1
2.2
Media produksi xilan
(% w/v)
0.5
0.5
0.5
0.02
0.1
2.2
Lampiran 2 Komposisi reagen Dinitrosalicylic acid (DNS) (Miller 1959)
NaOH padat…………………………………… 10 g
KNa Tartrat……………………………………. 182 g
Na2 SO3………………………………………… 0.5 g
DNS…………………………………………… 10 g
Air Distilata…………………………………… 1000 g
16
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mataram, NTB pada tanggal 26 Oktober 1991 dari
ayah Abdullah Usman dan ibu Siti Nurwahidah. Penulis merupakan putri
kedua dari empat bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1
Dramaga, Bogor dan pada tahun yang sama diterima masuk di Program Studi
Biologi, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Talenta Mandiri (UTM)
IPB. Penulis pernah melaksanakan penelitian tentang filogenetik ikan Belida
dalam magang di laboratorium Molekular Zoologi IPB (2010); studi lapang
mengenai Biodiversitas kecebong di Hutan Pendidikan Gunung Walat
(2011); praktik lapang di Bidang Quality Control Mikrobiologi PT Sinar
Sosro, Tambun, Bekasi periode Juli hingga Agustus 2012; dan penelitian
tentang teknologi recovery limbah emas dengan kitosan di PT Aneka
Tambang (Antam, Tbk) Pongkor, Bogor (2012).
Selama masa perkuliahan, penulis aktif di organisasi kemahasiswaan
yaitu sebagai Wakil Sekretaris Badan Eksekutif Mahasiswa Tingkat
Persiapan Bersama (BEM TPB), staf Departemen Keuangan Lembaga
Dakwah Kampus Al-Hurriyah (LDK AH), Bendahara umum Forum of
Scientific Studies (FORCES), staf Pengembangan Sumberdaya Mahasiswa
Badan Eksekutif Mahasiswa G (BEM G), dan Wakil Koordinator Wilayah
Ikatan Himpunan Mahasiswa Biologi Indonesia Wilayah Jawa 1 (Ikahimbi).
Selain itu penulis aktif dalam berbagai kepanitian even kampus, diantaranya
sebagai divisi acara Forces Fair; divisi acara Gebyar Inovasi Pemuda
Indonesia 2011 (GIPI); Sekretaris Grand Biodiversity dan ulang tahun
Biologi (2011); Sekretaris Musyawarah Wilayah Ikahimbi Jawa 1,
Koordinator publikasi, dekorasi, dan dokumentasi SPIRIT (2011);
Koordinator logistik Leadership training (2011); sekretaris seminar
kewirausahaan Eclipse (2011), staf Movie IPB Green Living Movement
(2011), staf Hubungan Masyarakat Masa Pengenalan Fakultas FMIPA
(2011).
Penulis mendapatkan beberapa penghargaan prestasi akademik,
diantaranya adalah Program Kreativitas Mahasiswa di Bidang Penelitian,
Kewirausahaan, dan Pengabdian Masyarakat didanai oleh DIKTI pada tahun
2009, 2010, dan 2011; finalis Lomba Karya Tulis Ilmiah Al-Quran Festival
Ilmuwan Muslim (2010); pemenang Blogger Borneo (2011); finalis Lomba
Karya Tulis Ilmiah Al-Quran IPB (2011); Pemenang esai dalam seminar
nasional Soil, Disaster, and Remote Sensing(2011); peserta call for paper
AISC Taiwan (2011); pemenang Sineaste Award IPB (2011); mahasiswa
Berprestasi 1 Departemen Biologi (2012); mahasiswa berprestasi 2 Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB (2012); dan sebagai delegasi
Indonesia dalam kompetisi International Genetically Engineering Machine
2012, Bogor Agricultural University (IPB). Selain itu, penulis juga pernah
menjadi staf pengajar di bimbingan belajar KATALIS.