Produksi Sirup Fruktosa dari Inulin Umbi Dahlia Dalam Reaktor Sinambung Unggun Terkemas Menggunakan Enzim Inulinase Imobil

PRODUKSI SIRUP FkUKTOSA DARl IMULlN UMBl DAHLIA
DALAM REAKTOR SINAMBUNG UrJGGUN TERKEMAS
MENGGUNAKAN ENZlM INULINASE IMOBll

Oieh

SUJATMONO TONI SULISTYO

F 24. 0130

1 9 9 2
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT

PERTANIAN

B O G O R

BOGOR

Sujatmono Toni Sulistyo.

F 24.0130.

Produksi Sirup Fruk-

tosa dari Inulin Umbi Dahlia dalam Reaktor Sinambung

Ung-

Di bawah

gun Terkemas Menggunakan Enzim Inulinase Imobil.

bimbingan Djumali Mangunwidjaja dan Darnoko.

RINGKASAN

Sirup
lain

yang

Selain

fruktosa merupakan alternatif
kebutuhannya semakin lama

dari

bahan

pemanis

semakin meningkat.

pati, sirup ini dapat juga

diproduksi

dari

inulin yang berasal dari umbi dahlia (Dahlia p i n n a t a Cav.)
yang relatif mudah dibudidayakan di Indonesia.
dari

inulin ini mempunyai banyak

kelebihan

Gula

dibandingkan

gula cair dari pati, diantaranya rendemennya tinggi
pai

97

persen) dan prosesnya singkat

cair

(hanya

1

(sam-

tahap).

Secara skematis, reaksi hidrolisis inulin menjadi fruktosa
dapat dituliskan :
(C6H1005)m

f

mH20

. mC6H1206
f ruktosa

inulin
Produksi

sirup

fruktosa dengan

reaktor

sinambunq

menggunakan enzim inulinase imobil, mempunyai tingkat produktivitas, stabilitas dan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan reaktor curah.
Penelitian
perlakuan
drolisis

ini bertujuan untuk mempelajari

pengaruh

laju dilusi (D) dan konsentrasi enzim pada
inulin

dalam

hi-

reaktor sinambung unggun terkemas

menggunakan enzim inulinase imobil, mempelajari
vitas reaktor sinambung unggun terkemas serta

produkti-

mempelajari

tingkat stabilitas operasi enzim inulinase imobil.
Dari

penelitian pendahuluan didapatkan
dan

selang

dilusi

0.04/jam, 0.05/jam, O.lO/jam

setara

dengan waktu tinggal dalam reaktor selama 25

laju

0.20/jam yang
jam,

20 jam, 10 jam dan 5 jam, sedangkan konsentrasi enzim yang
digunakan

adalah

Perolehan

2 persen dan 4 persen

substrat

sirup fruktosa, derajat konversi

(v/w).
(X)

produktivitas reaktor tertinggi dicapai pada laju

dilusi

O.ZO/jam dengan konsentrasi enzim 4 persen substrat
yaitu masing-masing sebesar 102.287 mg.ml-l, 77.84

dan 0.34 1 mg .ml-l .menit-'.
pada

dan

(v/w)
persen

Produktivitas penggunaan enzim

reaktor sinambung ungun terkemas

tertinggi

dicapai

pada laju dilusi 0.04/jam dengan konsentrasi enzim 2

per-

sen substrat (v/w), yaitu seb,esar 12.417 g fruktosa

kumu-

latif/mg enzim, yang setara dengan 6.0 kali
penggunaan enzim pada reaktor curah.

produktivitas

Rendemen imobilisasi

tertinggi dicapai pada laju dilusi 0.20/jam dengan konsentrasi

enzim 2 persen substrat (v/w) yaitu

sebesar

14.54

persen.

Semakin lama waktu operasi, aktivitas enzim inulinase
imobil semakin berkurang.

Sampai akhir operasi (181 jam),

aktivitas enzim inulinase imobil telah berkurang rata-rata
sebesar 29 persen.

PRODUKSI SIRUP FRUKTOSA DARI INULIN UMBI DAHL.I.4
DALAM REAKTOR SINAMBUNG UNGGUN TERKEMAS
MENGGUNAKAN ENZIM LNULINASE IMOBlL

Oleh
SUJATMONO TOM SULISTYO

F 24.0130

SKRIPSI
Sehagai salali satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor

1992

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PPIIODUKSI SIRUP FRUKTOSA DARI LWmIN UMBI DAHLIA

DALAM REAKTOR SINAMBUNG UNGGUN TERKEMAS
MENGGUNAKAN ENZIM IlWLINASE IMOBIL

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
SUJATMONO TONI SULISTYO

F 24.0130
Dilahirkan pada tanggal 5 Nopelnber 1968
di Metro
Tanggal lulus : 23 Desember 1991

KATA PENGANTAR

Puji

syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah

SWT,

karena hanya berkat rahmat dan hidayah-Nyalah penulis

da-

pat menyelesaikan skripsi ini tepat pada waktunya.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima

ka-

sih kepada :
1. Dr.Ir.

Djumali Mangunwidjaja, DEA sebagai dosen

bimbing
yang

pem-

I dan Ir. Darnoko, MSc. sebagai pembimbing

telah

memberi bimbingan dan

I1

pengarahan, hingga

selesainya skripsi ini.
2. Ir.

M.

yang

Zein Nasution, MApp.Sc. selaku

banyak

memberi masukan untuk

dosen

penguji

perbaikan

skripsi

ini.
3. Seluruh

~ivitas akademika yang

telah

membantu

baik

secara langsung maupun tidak langsung.
4. Keluarga di rumah yang banyak memberi bantudn moril dan

materiil

selama masa kuliah sampai selesainya

skripsi

ini.
Tak ada gading yang tak retak, walaupun penulis telah
berusaha

menyusun

skripsi ini dengan

baik.

Untuk

itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.

Bogor, Januari 1992

Penulis

DAFTAR IS1

Halaman

............................
TABEL ..............................
GAMBAR .............................
LAMPIRAN ............ r ..............

KATA PENGANTAR
DAFTAR
DAFTAR
DAFTAR

...............................
A . LATAR BELAKANG .........................
B . TUJUAN PENELITIAN ......................
I1 . TINJAUAN PUSTAKA ..........................
I . PENDAHULUAN

.........................
INULIN. POLIMER FRUKTOSA ALAMI .........
INULINASE ..............................
D-FRUKTOSA .............................
IMOBILISASI ENZIM ......................
REAKTOR SINAMBUNG UNGGUN TERKEMAS ......

iv
vii
viii
X

1

1
3
4

A . TANAMAN DAHLIA

4

B.

5

C.

D.
E.
F.

G . PENENTUAN PARAMETER KINETIKA REAKSI ENZIMATIK ................................

................................
DAN ALAT .........................

I11 . METODOLOGI
A . BAHAN

B . WAKTU DAN TEMPAT

.......................

......................
TATA LAKSANA ...........................
IV . HASIL DAN PEMBAHASAN ......................
A . PENELITIAN PENDAHULUAN .................
1. Analisis Tepung Umbi Dahlia .........
.
D.

C

METODA PENELITIAN

7

2 . Analisis Aktivitas Enzim dan Penen-

...................
3 . Penentuan Laju Dilusi ...............
B . PENELITIAN UTAMA .......................
tuan Ukuran Manik

1. Derajat Konversi Produk pada Reaktor

Sinambung Unggun Terkemas

.
3.
2

Aktivitas Enzim Imobil

...........

..............

Produktivitas Reaktor Sinambung Unggun Terkemas ........................

4 . Produktivitas Penggunaan Enzim pada

Reaktor Sinambung Unggun Terkemas

...

............
V . KESIMPULAN DAN SARAN ......................
A . KESIMPULAN .............................
B . SARAN ..................................
5 . Rendemen Imobilisasi (R)

.........................
...............................

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1. Pengaruh dimensi kolom terhadap konstanta spesifik

24

Tabel 2. Hasil analisis beberapa komponen tepung umbi dahlia

.....................

42

Tabel 3. Tingkat aktivitas beberapa ukuran
Manik inulinase imobil ...............

43

Tabel 4. Hasil perhitungan umur tengah enzim
imobil ...............................

60

Tabel 5. Hasil perhitungan rendemen imobilisasi

68

......................

vii

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar

1. Siklus umbi dahlia dari mulai tanam
hingga panen (Hartmann, et al., 1989)

..............

Gambar

2. Struktur kimiawi inulin

Gambar

3. Pengaruh pH terhadap aktivitas inulin-

ase
Gambar

..................................
............................

...............................

1I
12

6. Pengaruh konsentrasi substrat dan suhu

...............

12

............

14

Klasifikasi metoda imobilisasi sel
atau enzim ...........................

17

.....

17

pada hidrolisis inulin
Gambar

7. Struktur kimiawi fruktosa

Gambar

8.

Gambar

11

5. Pengaruh suhu terhadap aktivitas inu-

linase
Gambar

8

4. Pengaruh suhu terhadap produktivitas

inulinase
Gambar

6

9. Skema imobilisasi sel atau enzim

Gambar 10. Jenis reaktor sinambung Unggun Terkekemas ...............................

23

Gambar 11. Hubungan laju reaksi awal dengan konsentrasi substrat ....................

28

........

28

Gambar 13. Diagram alir proses penyiapan substrat

34

Gambar 14. Diagram alir proses imobilisasi enzim
dengan metoda penjeratan .............

37

Gambar 15. Diagram skema sistem Reaktor sinambung
unggun terkemas aliran ke atas yang
digunakan dalam penelitian ini . . . . . . .

39

Gambar 16. Proses produksi sirup fruktosa secara
sinambung dalam reaktor unggun terkemas menggunakan enzim inulinase imobil

41

Gambar 12. Penyajian grafik 1/V

= f(l/S)

Gambar 17. Hubungan antara konsentrasi substrat
dengan laju reaksi awal ..*............
Gambar 18. Grafik hubungan l/[S] dengan 1/V

.....

Gambar 19. Grafik hubungan antara konsentrasi
fruktosa dengan penqgantian volume untuk konsentrasi enzim 2 persen substrat (v/w) ..........................
Gambar 20. Grafik hubungan antara konsentrasi
fruktosa dengan penggantian volume untuk konsentrasi enzim 4 persen substrat (v/w) ..........................
Gambar 21. Grafik hubungan antara derajat konversi dengan waktu tinggal dalam reaktor
Gambar 22. Pola penyerangan rantai tunggal inulinase pada inulin ...................
Gambar 23. Grafik penurunan aktivitas enzim inulinase imobil selama waktu operasi untuk konsentrasi enzim 2 persen substrat (v/w) ...........................
Gambar 24. Grafik penurunan aktivitas enzim inulinase imobil selama waktu operasi untuk konsentrasi enzim 4 persen substrat (v/w) ...........................
Gambar 25. ~ r a f i kperbandingan produktivitas reaktor sinambung unggun terkemas dengan menggunakan enzim imobil pada
konsentrasi enzim 2 persen dan 4 persen substrat (v/w) ..................
Gambar 26. Perbandingan PPE pada reaktor sinambung unggun terkemas untuk konsentrasi enzim 2 persen substrat (v/w) dengan PPE pada reaktor curah ..........
Gambar 27. Perbandingan PPE pada reaktor sinambung unggun terkemas untuk konsentrasi enzim 4 persen substrat (v/w) dengan PPE pada reaktor curah ..........

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

.......

Lampiran

1.

Daftar tata nama dan satuan

Lampiran

2.

Daftar bahan kimia

77

Lampiran

3.

Daftar peralatan

78

Lampiran

4.

Tata cara analisis komponen tepung
umbi dahlia,analisis hasil hidrolisis dan pengukuran aktivitas enzim

79

Perhitungan kadar inulin dalam umbi
dahlia dan penentuan volume enzim
inulinase yang digunakan ..........

85

6a. Data laju reaksi awal proses hidrolisis inulin secara curah menggunakan enzim inulinase imobil

86

Lampiran

Lampiran

5.

................
..................

........

Lampiran

Gb.' Data laju reaksi awal proses hidro-

lisis inulin secara curah menggunaka.n enzim inulinase bebas .........
Lampiran

Lampiran

Lampiran

Lampiran

76

86

7a. Data produk yang terbentuk pada hidrolisis inulin dalam reaktor sinambung unggun terkemas menggunakani
enzim inulinase imobil pada konsentrasi enzim 2 persen substrat (v/w)

87

7b. Data produk yang terbentuk pada hidrolisis inulin dalam reaktor sinambung unggun terkemas menggunakan
enzim inulinase imobil pada konsentrasi enzim 4 persen substrat (v/w)

87

Data keadaan tunak hasil hidrolisis
inulin dalam reaktor sinambung unggun terkemas menggunakan enzim inulinase imobil .....................

88

Aktivitas enzim inulinase imobil
untuk beberapa waktu pengambilan
contoh ............................

89

8.

9.

Lampiran

10. Produktivitas reaktor sinambung
unggun terkemas menggunakan enzim
inulinase imobil dengan konsentrasi
2 persen dan 4 persen substrat (v/w)

90

Lampiran lla. Produktivitas penggunaan enzim pada
reaktor sinambung unggun terkemas
menggunakan enzim imobil pada konsentrasi 2 persen substrat (v/w). . .

91

Lampiran Ilb. Produktivitas penggunaan enzim pada
reaktor sinambung unggun terkemas
menggunakan enzim imobil pada konsentrasi 4 persen substrat (v/w). . .

91

I.

A.

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Ketersediaan akan pemanis, terutama pemanis alami
saat ini sangat kurang.

Dengan hadirnya pemanis buat-

an, malah banyak membawa dampak kurang baik bagi

kon-

sumen.

yang

Sedangkan dua jenis sumber pemanis alami

telah ada saat ini yaitu gula kristal (dari tebu)
gula

cair

(dari pati), sampai saat ini

belum

mencukupi kekurangan akan pemanis tersebut.

dan

dapat

Pada

hun 1990, impor gula kristal dan pemanis lainnya

men-

capai 258 958.05 ton (BPS, 1990). Sedangkan untuk
hun

1991 pemerintah merencanakan impor

2 000 000 ton

yang

begitu

(Kompas, Pebruari 1991).
besar

keseimbangan

disebabkan

karena

gula

ta-

ta-

sebesar

Impor
tidak

yula

adanya

antara konsumsi gula dan produksi

gula,

sehingga pada tahun 1990, Indonesia kekurangan

gula

sebesar 519 800 ton lebih (BPS, 1990).
Produksi

sirup fruktosa dari inulin umbi

dahlia

(Dahlia pinnata Cav.) merupakan satu alternatif
membantu mengatasi kekurangan gula nasional.

untuk

Jika di-

bandingkan dengan gula cair dari pati, maka gula
dari inulin mempunyai beberapa kelebihan yaitu

cair

rende-

men mencapai 90-97 persen (dari pati maksimum 45

per-

sen) dan singkat dalam proses produksinya karena hanya
memerlukan

satu

tahapan proses (dari pati memerlukan

tigz tahapan

proses), dengan demikian dapat

menekan

biaya proses.
Tanaman dahlia di Indonesia sampai saat ini

baru

dibudidayakan untuk diambil bunganya sebagai bunga potong, sedangkan umbinya masih terbuang percuma.

Kan-

dungan inulin yang cukup tinggi pada umbi dahlia

(50-

70 persen,bk), merupakan potensi yang cukup besar
tuk

dimanfaatkan.

diperlukannya
merupakan
ini.

Kemudahan dalam menanam dan

syarat-syarat pertumbuhan

un-

tidak
rumit,

yang

beberapa faktor pendukung budidaya

tanaman

Indonesia sebagai daerah tropis, tampaknya cocok

sebagai daerah budidaya tanaman ini.
Penggunaan enzim imobil sebagai biokatalis reaksi
sampai saat ini telah banyak dipelajari dan
sikan

karena mempunyai banyak

keuntungan

tersebut

diaplika-

keuntungan.

adalah : enzim

dapat

Diantara
digunakan

secara berulang, proses dapat dihentikan secara

cepat

dengan mengeluarkan enzim dari larutan, kestabilan enzim dapat diperbaiki, larutan hasil proses tidak
kontaminasi oleh enzim dan dapat

dipergunakan

tujuan

memperkirakan

analisis, misalnya untuk

tengah enzim dan memperkirakan laju penurunan
tas

(Messing, 1975).

Na-alginat

Metoda

sebagai matriks

penjeratan
pembawa

untuk
umur

aktivi-

menggunakan

banyak

sebagai metoda imobilisasi dalam berbagai

ter-

dipilih

penelitian.

Hal ini dimungkinkan dengan pertimbangan bahwa

metoda

penjeratan mudah dilakukan, murah, aktivitas enzim dapat bertahan lama (lebih stabil) dan lebih aman terhadap pengaruh dari luar (Chibata, 1978).
Reaktor sinambung unggun terkemas berjenis aliran
ke

atas banyak digunakan untuk penelitian pada

Jika dibanding-

laboratorium sampai skala pilot plan.
kan

dengan reaktor sinambung jenis lainnya

CSTR), maka

reaktor unggun terkemas

(misalnya

lebih

Penggunaan sistem sinambung akan memberikan
vitas
curah.
sistem

lebih

tinggi jika dibandingkan

Beberapa

kelebihan lainnya

skala

efisien.
produkti-

dengan

dari

sinambung adalah kontrol secara

sistem

penggunaan

otomatis

dan

operasi mudah, kondisi operasi lebih stabil, biaya lebih rendah dan mudah dalam pengontrolan kualitas

pro-

duk (Chibata, 1978).
B.

TUJUAN PENELITIAN

Tujuan

penelitian ini adalah

untuk

mempelajari

pembuatan sirup fruktosa dari inulin umbi dahlia secara sinambung menggunakan enzim inulinase imobil.
lain

itu juga untuk menentukan pengaruh

laju

dan konsentrasi enzim optimum terhadap hasil

se-

dilusi

hidroli-

sis, mengetahui produktivitas reaktor unggun terkemas,
serta

untuk

mengetahui

inulinase imobil.

stabilitas operasi

enzim

A.

TANAMAN DAHLIA

Dahlia

(Dahlia pinnata Cav.)

merupakan

tanaman

internasional, terdapat pada hampir semua bagian
nia.

du-

Nama dahlia berasal dari nama Professor Andreas

Dahl, yang

sangat berjasa

dalam

mengembangkan

mempopulerkan tanaman ini (Walker, 1954).
tanaman

dan

Popularitas

ini, mungkin disebabkan oleh kenyataan

bahwa

dahlia mudah untuk dibudidayakan dan memberikan

hasil

yang maksimum dengan input yang minimum.

Dahlia meru-

pakan tanaman yang sehat dan kuat, jarang terkena
nyakit.

Musuh serius bagi dahlia adalah musim

pe-

dingin

(kebekuan) (Pizzetti dan Cocker, 1968).
Menurut Pizzetti dan Cocker (1968), dahlia termasuk dalam fam6li Compositae, tanaman berumbi akar
nak

dengan

syarat

matahari langsung.

penanaman

harus

lu-

terkena

sinar

Perbanyakan dapat dilakukan

mela-

lui benih (biji), pernotongan (stek) dan pembagian umbi
akar .
Penyimpanan

umbi akar dahlia hendaknya

memenuhi

persyaratan-persyaratan tertentu seperti dikemukakan
oleh Rockwell (1944).
li, dibiarkan

Setelah umbi akar dahlia

dulu kering di

bawah

selama 4-5 jam sebelum penyimpanan.
sebaiknya

disimpan

sinar

matahari

Umbi akar

pada suhu 40-55Oc

diga-

dahlia

(selama musim

dihgin) di dalam tong atau kertas yang berlapis kertas
koran.
untuk

Tanah boleh dibiarkan tetap melekat pada
mencegah pengeringan.

Gambut

merupakan

dan Derycke (1983), umbi akar' dahlia

mengandung

inulin

(suatu polimer

fruktosa

bahan

Menurut

yang baik untuk penyimpanan umbi akar dahlia.
Vandamme

umbi

banyak
alami).

Hartmann et al. (1989) juga menyatakan bahwa umbi akar
dahlia
hidup

merupakan gudang penyimpanan makanan.
umbi

dari

tanam

sampai

panen

Siklus

tertera

pada

Gambar 1.
B.

INULIN,

POLIMER FRUKTOSA ALAMI

Inulin merupakan suatu polisakarida yang terdapat
pada berbagai tanaman yang termasuk famili
dan

Graminae.

Inulin tersebut ditemukan

Compositae
dalam

umbi

akar dahlia, Jerusalem artichoke, chicory, dandelion,
burdock,

scorzonera dan cardon.

Inulin ini

tersedia

tanaman tersebut sebagai cadangan karbohidrat.

dalam

Nama inulin tampaknya diambil dari nama tanaman
inula

(Alant) dari famili Compositae

genus

(Vandamme dan

Derycke, 1983).
Inulin dan senyawa analog inulin merupakan
fruktan yang
polifruktosa
(Gambar 2) .

mengandung rantai ikatan
dengan 1 unit terminal

linier

glukosa

poli8-2,l

diujung

( 6 8 6 1 ' u u e m 2 l e ~ ) uaued e b b u ~ q
meue? TeTnrn T l e p eTTqep Tqmn snTyTs
'1 l e q m e 3

Sekitar 30 unit fruktosa membentuk satu rantai inulin.
Pada chicory, panjang rantai rata-rata adalah 18
fruktosa dan 1 unit glukosa.
inulin

unit

Rata-rata panjang rantai

beragam sebagai funqsi dari tanaman dan

(Rutherford dan Deacon, 1972).

Inulin

ngandung minimum 30 unit fruktosa, atau

musim

biasanya

me-

dengan

kata

lain derajat polimerisasi (DP) seharusnya 30 atau
bih.

le-

Derajat polimerisasi ini menyebabkan berat mole-

kul inulin mencapai 5400.

Sehubungan dengan

beragam-

nya panjang rantai inulin yang ada, maka berat molekul
inulin

bervariasi antara 3500 sampai

5500

(Vandamme

dan Derycke, 1983) .
Vandamme dan Derycke (1983) juga menyatakan bahwa
inulin tidak larut dalam air dingin, bahkan dalam
yang bersuhu 5 5 O ~inulin hanya larut 5 persen.

air

Inulin

dapat tergumpalkan/ terendapkan dalam campuran etanolair.
um

Inulin juga dapat dihidrolisis dalam suatu medi-

asam pada suhu tinggi (70-80°c).

Enziin

inulinase

menghidrolisis inulin menjadi fruktosa atau oligosakarida lain di bawah kondisi reaksi yang lunak.
INULINASE

Inulinase sebenarnya adalah

R-fruktosidase

dan

bekerja memotong satuan fruktosa dari inulin pada

po-

sisi terminal 0-2,1.

Enzim inulinase ini dapat

longkan

sebagai 2,l-8-D-frukto-fruktanohidrolase

3.2.1.7)

(Vandamme dan Derycke, 1983).

digo(EC

Gambar 2 .

Struktur kimiawi inulin (Vandamme
d a n Derycke, 1983)

Inulinase dengan aktivitas D-fruktosidase ditemukan

dalam tanaman dan dalam mikroba

dan

bakteri).

(kapang, khamir

Inulinase dapat diisolasi

tanaman Jerusalem

artichoke

dan

akar

dari

umbi

chicory

Inulinase yang berasal dari tanaman

dandelion.
menunjukkan

aktivitas degradasi sama

tidak

sekali.

Seba-

liknya, beberapa inulinase dari mikroba mempunyai
tivitas degradasi yang luar biasa.
pang

Steriqmatocytis niyra,

dan

ak-

Inulinase dari ka-

Aspergillus

Penicillium sp., inulinase dari bakteri

awamori,

Lactobacillus

plantarum dan dari khamir Candida kefyr, C.

salmanti-

censis, Kluyveromyces fraqillis, Debaromyces cantarelli

dan

D. phaffii,

degradasi

semuanya menunjukkan

aktivitas

dan termasuk tipe 8-fruktosidase

(Vandamme

dan Derycke, 1983).
Uchiyama et al. (1973) menyatakan bahwa inulinase
dari

Arthrobacter ureafaciens menghidrolisis

menjadi

D-fruktofuranosa-1,2',3'-dianhidrida

jumlah kecil satuan oligofruktosa lainnya.

inulin

dan

se-

Enzim

ini

khusus untuk ikatan R-(2,l) satuan fruktosa dan
makan inulinase 11.

dina-

Sedangkan inulinase I11 yang ber-

asal dari Aspergillus niger 12 biasanya membentuk inulotriosa dan inulopentosa dan hampir tidak
menghidrolisis

terhadap

(Nakamura et al., 1978).

oligomer yang

ada

lebih

aksi

rendah

Snyder dan Phaff (1962) menyatakan bahwa
ase

adalah

enzim ekstraseluler yang

aksi penyerangan rantai tunggal.
kan

inulin-

bekerja

dengan

Selanjutnya

juga bahwa inulinase disebut sebagai

dikata-

grup

enzim

pemecah akhir, sehingga produk hasil hidrolisis semuanya berbentuk monosakarida.
NOVO (1?80), inulinase dari

Menurut

Asperqillus

ficuum mempunyai aktivitas optimum pada suhu 60°c
pada

selang pH

4.5

- 5.0.

Hasil ini didapatkan

percobaan seperti pada Gambar 3 , 4, 5 dan 6.
kubasi

dan

yang disarankan adalah 24 jam,

dari

Masa in-

karena

selama

waktu tersebut telah dapat dicapai tingkat produktivitas yang cukup tinggi, yaitu di atas 90 persen.
linase

Inu-

jenis ini mempunyai pola aksi luar (exo-)

dalam (endo-).

Tetapi lebih dari 80 persen aksi

dan
yang

dilakukan adalah pola luar.
D

.

D-FRUKTOSA

Kerja

inulinase terhadap

D-fruktosa.

inulin

menghasilkan

Barker (1976) menyatakan bahwa

fruktosa

merupakan gula yang mempunyai nilai kemanisan tertinggi

dibandingkan gula-gula komersial

lainnya.

Bila

kristal frukFosa dan sukrosa dibandingkan, maka

fruk-

tosa 1.7-2.0 kali lebih manis dibanding sukrosa.
lam

larutan, beberapa faktor mempengaruhi

kemanisan

fruktosa, termasuk

Da-

intensitas

didalamnya konsentrasi

Gambar 3.

100

-

95

-

90

-

Pengaruh pH terhadap aktivitas
inulinase (NOVO, 1980)

I

I

-.,-

"

, .

-

f

-

% liydrolysis

-\
15% w/w i n u l i n
[pH '4.5

85

-

i

2 4 hours r e a c t i o n
2 i n u l i n a s e uni t s / g

55

2

w

60

1:
-

65

o

C

C>

Gambar 4.

Pengaruh suhu terhadap produktivitas
inulinase (NOVO, 1980)

Gambar 5.

100
90

-

80

-

h;drbly;is

60

-55O
-60'

50

-

40

-

30

-

70

,
,
"

-%

Pengaruh suhu terhadap aktivitas
inulinase (NOVO, 1980)

'

.

2 4 hours r e a c t i o n .

b
.

I

0

Gambar 6.

Pengaruh konsentrasi substrat d a n s u h u
pada hidrolisis inulin (NOVO, 1980)

qula, suhu dan pH.

Kemanisan akan turun bila

konsen-

trasi, suhu dan keasaman meninqkat.
Ditinjau dari sudut kimia, fruktosa adalah
sakarida yanq mempunyai sebuah struktur keto.
fruktosa

mempunyai

konfiqurasi

mono-

Kristal

R-D-fruktopiranosa.

Kristal fruktosa ini bersifat anhidrida, dan ini merupakan

satu-satunya

Lima

bentuk

dapat

bentuk

isomerik

kristal

yanq

fruktosa telah

diketahui.

diketahui yang

salinq beralih bentuk denqan cara mutar rotasi.

Persentase distribusi isomer mutar rotasi D-fruktosa

pada 2 0 O ~adalah

28.0-31.6

untuk

68.4-76.0

8-furanosa dan

untuk
4

B-piranosa,

untuk

a-piranosa

(Barker,1976). Struktur kimiawi fruktosa dapat

dili-

hat pada Gambar 7.
Fruktosa merupakan qula yanq sanqat higroskopis,
karena sanqat mudah menyerap air dari udara.

~arutan

fruktosa paling stabil pada pH 3.3 dan kestabilan
tidak terqantung pada suhu dan konsentrasi.
merupakan

qula

komersial yanq paling

ini

Fruktosa

reaktif

dalam

makanan.
Fruktosa merupakan qula yanq aman baqi
diabetes.

Fruktosa juqa kuranq kariogenik

penderita
dibandinq-

kan sukrosa, dapat menutupi rasa pahit ("after bittertaste") dari sakarin, dan lebih mudah larut

dibandinq

Gambar 7.

Struktur kimiawi fruktosa (Vandamme
dan Derycke, 1983)

Menurut

Doty dan ~anninen (1979),gula fruktosa

mempunyai tingkat kemanisan 1.5-2.0 kali tingkat kemanisan sukrosa.
fruktosa

Dengan kelebihan ini, maka

diharapkan

dapat dijadikan sebagai bahan pemasok

utama

untuk industri di Indonesia.
Selain itu, fruktosa juga tidak menimbulkan
pahit seperti halnya pemanis buatan.

rasa

Dengan kemanisan

yang tinggi ini, maka gula fruktosa akan sangat berguna bagi industri yang membutuhkan pemanis sebagai
han

baku untuk menghasilkan produk dengan

mutu

dan

bahan baku yang lebih hemat (Doty dan

babaik

Vanninen,

1979).
Fruktosa akhir-akhir ini banyak diproduksi secara
hidrolisis

enzimatik.

Proses hidrolisis

secara

en-

zimatik ini banyak memberikan keuntungan, karena tidak
I

menimbulkan dampak yang mencemari lingkungan.

Selain

itu enzim mempunyai cara kerja yang spesifik.
E.

IMOBILISASI ENZIM.

Enzim terimobilisasi didefinisikan sebagai
yang

secara fisik ditempatkan dalam suatu ruang

enzim
ter-

tentu dengan tetap memiliki aktivitas katalitiknya dan
dapat

digunakan

secara berulang atau

(Chibata, 1978).
kali

diajukan

pada

terus

Istilah enzim imobil

ini

menerus
pertama

Konferensi I Rekayasa Enzim pada

tahun 1971.
seperti

Sebelum itu digunakan

berbagai

istilah

enzim tidak larut air ("water insoluble

en-

zyme"), enzim terjerat ("trapped enzyme"), enzim tetap
("fixed enzyme") dan enzim yang didukung oleh

matriks

("matrix-supported enzyme").
1. ~ l a s i f i k a s iMetoda Imobilisasi

Menurut

Chibata

(1978), secara

garis

besar

metoda imobilisasi enzim dapat dikelompokkan menjadi tiga katagori, yaitu :
a. Metoda
itu
er")

ikatan pembawa ("carrier binding"),

pengikatan enzim pada zat pembawa
yang

tidak larut air, dengan

ya-

("carri-

jalan

pen-

jerapan fisik, ikatan ionik atau ikatan kovalen.
b. Metoda
ikatan

ikatan silang ("cross linkingu), yaitu
silang antara molekul enzim

dengan

pe-

reaksi dua fungsi atau multi fungsi.
c. Metoda

penjeratan ("entrapping"), yaitu

patkan enzim ke dalam kisi-kisi suatu

menem-

gel/manik

semipermiabel atau melingkupi enzim dengan suatu
membran

polimer

semipermiabel.

Ada

dua

tipe

metoda penjeratan ini, yaitu tipe kisi dan

tipe

mikrokapsul.
Untuk

lebih

jelasnya, klasifikasi

imobilisasi sel atau enzim dapat dilihat pada
bar 8 dan Gambar 9.

metoda
Gam-

-

Metoda imobilisasi sel atau enzim

I

ikatan zat pembawa
ikatan silang
("carrier binding") ("cross linking")

I

penjera- lkatan
ion
pan fisik
Gambar 8.

ikatan
kovalen

penjkratan
("entrapping")

I

jenis
kisi.

jenis
mikrokapsul

Klasifikasi metoda imobilisasi sel
atau enzim (Chibata, 1978)

metoda ikatan zat pembawa
("carrier binding")

metoda ikatan silang
("cross linking")

jenis kisi

jenis mikrokapsul

Gambar 9.

Skema imobilisasi sel atau enzim
(Chibata, 1978)

Buckle

et al. (1985) mengatakan bahwa

imobilisasi dapat

dilakukan

dengan

teknik

menggunakan

polisakarida k-karagenan alami dan kalsium

alginat

dan dibuktikan telah banyak berhasil.
Chibata (1978) menyatakan bahwa metoda

penje-

ratan merupakan

metoda yang dapat

dipakai

mengimobilisasi

banyak enzim karena

tata

mudah

dan

dilakukan

pada

caranya

kondisi

lunak.

Metoda penjeratan ini berbeda dengan metoda

ikatan

kovalen

dapat

untuk

dan ikatan silang dimana enzim tidak

ikat pada matriks gel atau membran.
dapat

ter-

Beberapa bahan

digunakan untuk melakukan imobilisasi

enzim

dengan metoda penjeratan seperti pati, bubuk

"kon-

jak", k-karagenan, poliakrilamida, asam

poliakri-

lat, polivinil alkohol, polivinil pirolidon, silika
resin dan polietilen glikol-dimetakrilat untuk tipe
kisi dan nilon, poliuresa, polistiren,

etilselulo-

sa, nitroselulosa dan kolodion untuk tipe mikrokapSUl.
2. Natrium Alginat

Laskin (1985) menyatakan bahwa alginat
polimer

gabungan dari D-mannuronate dan

nate yang digabung oleh ikatan 1,4.

adalah

L-guluro-

Dalam

keadaan

larutan, bentuk gel ini relatif stabil dalam multivalen

kation

ca2+, ~

a dan
~ +~ 1 ~ + .Konsentrasi

alginat

tergantung dari persiapan

biasanya 2-5 persen (w/w).
(1989) mengatakan
si

alginat

contoh,

tetapi

Liesbetini dan

Nastiti

bahwa dari tiga macam konsentra-

yang digunakan yaitu 1.0

persen,

persen dan 2.0 persen (w/v), ternyata

1.5

konsentrasi

alginat 1.0 persen (w/v) memberikan tingkat produktivitas

tertinggi.

ngatakan

bahwa kerugian dari tipe gel

kebutuhan
gel.

Selanjutnya Laskin (1985) me-

akan multivalen kation untuk

ini

adalah

stabilitas

Umumnya digunakan kalsium (ca2+) dengan

sentrasi

5-10 mM dalam medium.

di

dalam medium terdapat

jika

Terdapat

masalah

pospat.

demikian, kalsium memungkinkan untuk

kon-

Meskipun

mengembalikan

matriks penjerat di bawah kondisi yang lunak.
ini

dapat

dilarutkan

dengan

menambah

Gel

"calcium

chelating" (seperti EDTA atau sitrat) kemudian
zim atau sel yang terjerat dikeluarkan.
Na-Alginat

sebagai bahan pembawa,

Penggunaan

telah

dipakai

khalayak dan memberikan hasil yang cukup

oleh

en-

me-

muaskan.
3.

Perubahan Sifat Enzim Terimobilisasi
Enzim terimobilisasi mempunyai aktivitas
lebih
yang

rendah dibandingkan enzim bebas.

yang

Aktivitas

lebih rendah tersebut disebabkan adanya

tahanan difusi sehingga bertemunya substrat

efek
dengan

enzim menjadi terhambat. Tahanan difusi terbagi dua
bagian yaitu difusi eksternal dan internal.
eksternal disebabkan
larutan besar ke
pisan

batas air.

Difusi

adanya transpor substrat dari

permukaan biokatalis melalui

la-

Difusi internal disebabkan

sub-

strat harus berdifusi masuk ke bagian dalam

manik

enzim terimobilisasi (Klibanov, 1983).
Adanya beberapa kelemahan seperti berkurangnya
aktivitas

enzim, maka Klibanov (1983) menyarankan

agar ukuran gel (manik) diperkecil, mengoptimumkan
struktur
naikkan

geometri biokatalis terimobilisasi,
konsentrasi substrat, menaikkan

me-

porositas

dan mengoptimumkan distribusi biokatalis.
Jika enzim terikat oleh penyangga ("support"),
maka aktivitas enzim dapat menurun.
ta

(1978), ha1 ini disebabkan oleh

Menurut Chibabeberapa

ha1

seperti :
a. Molekul enzim terimobilisasi berada dalam konfigurasi

yang menghalangi substrat masuk ke

sisi

aktif enzim
b. Grup reaktif pada sisi aktif enzim mungkin dilibatkan dalam pengikatan dengan penyangga
c. Molekul

enzim

selama pengikatan

konfigurasi inaktif

berada

dalam

dan

d. Kondisi reaksi pengikatan mungkin
denaturasi atau inaktivasi enzim.

mengakibatkan

Temperatur dan pH optimum enzim terimobilisasi
dapat berubah atau tetap tergantung sifat enzim dan
sifat

bahan

pengikat

enzim

tersebut.

(1971) di dalam ~artigue(1975) telah
50 enzim terimobilisasi.

Melrose

mempelajari

Diantara ke 50 enzim ter-

imobilisasi tersebut, 30 diantaranya mempunyai stabilitas panas yang lebih tinggi, 4 enzim
stabilitas

mempunyai

lebih rendah dan 12 enzim lainnya

mem-

punyai stabilitas panas sama seperti enzim bebas.
said
memberikan

(1987) menyatakan bahwa

beberapa

keuntungan,

imobilisasi
diantaranya

enzim
adalah

sebagai berikut :
1. Stabilitas enzim diperbaiki
2. Dapat dibuat untuk tujuan.khusus
3. Operasi dapat berlangsung sinambung, sehingga lebih

praktis
4. Reaksi membutuhkan ruangan yang lebih kecil
5. Kemurnian enzim lebih tinggi dan jumlah produk yang

lebih baik dapat dicapai
6.

Kontrol reaksi lebih baik dan

7. Penyelamatan sumber daya alam dengan populasi lebih

rendah dapat diperoleh.
F.

REAKTOR SINAMBUNG UNGGUN TERKEMAS

Reaktor sinambung unggun terkemas ("Packed Bed")
termasuk

jenis reaktor alir sumbat atau "Plug

Flow".

Tiga

jenis

reaktor sinambung unggun

terkemas

aliran ke atas, aliran ke bawah dan daur ulang
banyak
Dalam

digunakan

untuk imobilisasi enzim

yaitu
paling

atau

sel.

hubungannya dengan reaktor ini, yang perlu

di-

perhatikan adalah batas tekanan yang melalui kolom dan
pengaruh

dimensi

kolom

terhadap

kecepatan

reaksi

(Chibata, 1978).
Selanjutnya Chibata (1978) menyatakan bahwa untuk
penerapan

pada skala industri, aliran

strat adalah penting.
kecepatan
jika

langsung

sub-

Pada imobilisasi aminoacylase,

reaksi pada kolom aminoacylase adalah

sama

menggunakan jenis reaktor aliran ke atas ataupun

aliran

ke

bawah.

(1978) bahwa

Tetapi

ditegaskan

bagaimanapun juga, dalam

oleh

Chibata

banyak

reaktor jenis aliran ke bawah menyebabkan

kasus

pemampatanl

penekanan manik enzim dalam kolom sehingga reaktor jenis

aliran ke atas lebih umum digunakan untuk

tri.

Lebih jauh lagi, ketika gas

reaksi

diproduksi

enzimatik, maka reaktor jenis aliran

indusselama

ke

atas

cocok untuk digunakan.
Pada sistem reaktor sinambung, penting untuk
kontrol bahwa kondisi tunak didapatkan dengan

di-

menggu-

nakan variasi konsentrasi substrat dan laju alir.

Ini

menunjukkan

de-

bahwa penentuan jumlah produk adalah

ngan variasi interval waktu.
sentrasi

produk

konstan,

Pada kondisi tunak, konbersamaan

dengan itu pula

reaktor aliran ke atas

reaktor aliran ke bawah

'-t
reaktor dengan daur ulang
Gambar 10.

en is

reaktor sinambung unggun terkemas

inaktivasi

enzim imobil tidak terjadi.

Tingkat

kon-

versi dapat ditentukan pada kondisi tunak ini (Cho et
al., 1982).
1. Faktor Dimensi Xolom

Perbandingan

antara tinggi kolom dengan

meter

kolom (HID) mempengaruhi konstanta

(k).

Konstanta

kecepatan
Tetapi

spesifik

dekomposisi

pengaruh

didefinisikan

kompleks

dia-

spesifik
sebaqai

enzim-substrat.

H/D tidak linier, ha1

ini

dapat

dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1.

Pengaruh dimensi kolom terhadap
konstanta spesifika

-

-

H/ D

konstanta spesifik (k)
59.1 + 1.5
62.5 + 0.9
61.7 2 1.8
61.0 + 0.3

1.5

,

4.1

7.1
21.4

Menurut
litiannya
dingan

Kim

dengan

et a1.(1982), dari
menggunakan tiga

HID yaitu 3.9, 10.3 dan

bahwa H/D

=

hasil

macam

21.3,

pene-

perban-

disimpulkan

10.3 memberikan hasil yang optimal.

2. Faktor Xecepatan Alir

Chibata (1978) menyatakan bahwa kecepatan alir
substrat

akan

mempengaruhi

kecepatan

penurunan

aktivitas.

Penurunan aktivitas bergantung pada wak-

tu alir, bukan pada volume alir, sebab volume
adalah seragam pada setiap bagian kolom.
aktivitas

enzim pada setiap

tidak seragam.

bagian

alir

Penurunan

dalam

kolom

Beberapa penyebabnya adalah :

a. Perbedaan stabilitas antara larutan "bulk"

(be-

sar) dengan larutan produk
b. Pencemaran

enzim oleh racun yang

berasal

dari

larutan substrat
c. Penstabil enzim yang semakin melemah
d. Enzim yang bersangkutan semakin lemah
e. Adanya

denaturasi tidak balik

("irreversible")

enzim karena temperatur terlalu tinggi atau terjadi perubahan temperatur reaksi.
3.

Faktor Ukuran ManiX

Bentuk enzim/sel imobil diklasifikasikan
jadi

empat

tipe yaitu manik

(film, plat),

(partikel),

pipa dan serat.

Namun

men-

membran

kebanyakan

dibuat dalam bentuk manik dengan pertimbangan mudah
ditangani, zat pembawa yang cocok untuk imobilisasi
secara

komersial

umumnya

tersedia

dalam

bentuk

manik, luasan bentuk manik lebih besar dan efisiensi kerja lebih tinggi (Chibata, 1978).
Liesbetini dan Nastiti (1989) mengatakan bahwa
tahapan

utama

dalam penggunaan

sel/enzim

imobil

adalah pertemuan antara substrat dengan
dalam manik imobilisasi.
lis

biokatalis

~ a j ureaksi yang

oleh biokatalis dipengaruhi

oleh

dikata-

konsentra%i

substrat dan produk yang dihasilkan, tahanan difusi
eksternal
eksternal.

dan internal serta tahanan pindah

massa

Salah satu faktor penting yang

harus

diperhatikan adalah ukuran manik.

Dari

penelitian

yang telah dilakukan, penggunaan ukuran manik
lebih kecil (0.5-2.0 mm) memberikan nilai

yang

konversi

lebih tinggi bila dibandingkan dengan ukuran
yang lebih besar (4.0-4.5 mm).

Menurut

manik

Liesbetini

dan Nastiti (1989) ha1 ini disebabkan karena
kin kecil ukuran manik, tahanan difusi dari
kaan

manik sebagai membran semipermeabel

Disamping
banyak,

semapermu-

menurun.

itu jumlah manik yang tersentuh
dengan demikian kemungkinan proses

semakin
perte-

muan antara substrat dengan biokatalis semakin
sar sehingga konversi substrat menjadi produk

beakan

semakin tinggi.
Secara umum kelebihan sistem sinambung dibandingkan sistem curah adalah (Chibata, 1978):
1. Kontrol secara otomatis dan operasi mudah
2. Kondisi operasi lebih stabil
3. Biaya lebih rendah

4. Mudah dalam pengontrolan kualitas produk.

G.

PENENTUAN PARAMETER KINETIKA REAKSI ENZIMATIK
Teknik

cara p e n e n t u a n

tata

parameter

kinetika

r e a k s i e n z i m a t i k banyak d i t e l i t i o l e h B a i l e y dan O l l i s
(1977).
R e a k s i e n z i m a t i s u n t u k s a t u s u b s t r a t , model k i n e t i k a n y a m e n g i k u t i model M i c h a e l i s M e n t e n .

Dalam s u a t u

r e a k s i sederhana :

mempunyai l a j u r e a k s i :

Aiba e t a l .
jadi

(1973)

menurunkan

:

dengan :

Vmaks

=

k+2(ETS)
k-1

+

k+2

p e r s a m a a n d i a t a s men-

Jika digambar antara konsentrasi substrat
laju

reaksi awal akan didapatkan hasil

dengan

seperti

pada

Gambar 11.

[substratl

Gambar 11.

Hubungan laju reaksi awal dengan
konsentrasi substrat

Untuk mendapatkan nilai Vmaks (laju reaksi maksimum

dan Km (konstanta Michaelis Menten)

maka

dibuat

hubungan linier Lineweaver dan Burk sebagai berikut :
1/V = (Km/Vmaks) x 1/S

+

l/Vmaks . . . . . . . . . . . . . ( 5)

dan jika digambar, akan didapatkan hasil sebagai berikut:

Gambar 12.

Penyajian grafik l/V = f (11s)
(Lineweaver dan Burk)

Reaktor unggun terkemas termasuk salah satu jenis
reaktor piston.

Model aliran dalam reaktor dapat

di-

gambarkan sebagai berikut :

Dengan
trasi

pergerakan piston dalam reaktor,

S menurun secara terus menerus.

pada dV dapat dituliskan sebaqai berikut

Neraca

-

Vmaks

=

=

1/D

Km In S/So

=

:

:

Bila derajat konversi, X

Z = V/Q

bahan

:

Dengan memasukkan persamaan Michaelis Menten

inteqrasi menghasilkan

konsen-

=

+ (S - So)

......... (10)

(So - S)/So, didapatkan

waktu tinggal dalam reaktor

Untuk

hidrolisis

didekati dari

sinambung, laju

dilusi

:

Vmaks - Dmaks

.............................(12)

Oleh karena itu, selang laju dilusi dapat
oleh

dengan

dapat

mengambil selang laju

dilusi

diper-

di

bawah

untuk

dapat

Dmaks'
Cho

et al. (1982) mengatakan bahwa

memperoleh konsentrasi produk tetap, maka harus dibuat
kondisi

tunak, dan produk diambil pada keadaan

tersebut.

tunak

Untuk mencapai keadaan tunak seperti

ini,

dapat dilakukan dengan mengatur laju alir tetap.
Guna mendapatkan parameter kinetika reaksi, Media
(1991) menggunakan 4 macam konsentrasi substrat, yaitu

9.10 persen, 10.63 persen, 12.75 persen dan 15.94 persen

(w/v).

delapan
yang

Pengambilan

contoh

dilakukan

kali selama waktu reaksi 24 jam.

diperoleh menyebutkan bahwa

sampai

sebanyak

Kesimpulan
konsentrasi

substrat tertinggi, belum dicapai keadaan tunak.
rannya
yang
Dengan
strat

adalah

perlu digunakan

konsentrasi

substrat

lebih tinggi lagi untuk mencapai keadaan
konsentrasi enzim 1 persen dan 2
(v/w), hasil yang dicapai lebih

tunak.

persen

tinggi

Sa-

subdengan

menggunakan konsentrasi enzim 2 persen substrat (v/w).

111.

A.

METODOLOGI

BAHAN DAN ALAT

Bahan

baku

yang digunakan

adalah

umbi

dahlia

(Dahlia pinnata Cav.) yang diperoleh dari daerah

Gis-

ting, Lampung Selatan.
Bahan kimia yang diperlukan, meliputi bahan kimia
untuk

analisis tepung umbi akar dahlia,

bahan

kimia

untuk produksi sirup fruktosa, serta bahan kimia untuk
analisis hasil hidrolisis.
yang

digunakan

Bahan kimia

dalam penelitian ini

selengkapnya

disajikan

pada

Lampiran 2.
Enzim yang digunakan untuk hidrolisis inulin adalah

inulinase (Novozym 230) dari

kapang

Aspergillus

ficuum, yang berasal dari PT. Sufra Incomer, Perwakilan NOVO Jakarta.

Sedangkan Natrium Alginat yang dipa-

kai berasal dari SIGMA (jenis "medium viscosity").
Peralatan yang digunakan meliputi peralatan untuk
produksi

sirup fruktosa dan peralatan untuk

hasil hidrolisis.

analisis

Daftar peralatan selengkapnya

yang

digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 3.
B.

WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian

ini

dilakukan

selama

empat

terhitung sejak bulan Juni sampai bulan Oktober

bulan,
1991.

Tempat yang digunakan untuk penelitian ini adalah
Laboratorium Bioindustri, Pusat Antar Universitas Bioteknologi-IPB, Laboratorium pada JuKusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, serta Bangsal Percontohan

Pengo-

lahan Hasil Pertanian (BPPHP).
C.

METODA PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan, yaitu
Peneli-

penelitian pendahuluan dan penelitian utama.

tian pendahuluan dilakukan untuk menganalisis beberapa
komponen penyusun tepung umbi dahlia, mengukur aktivitas
laju

enzim

inulinase serta untuk

dilusi

menentukan

kisaran

dan konsentrasi substrat

(inulin) yang

akan digunakan dalam penelitian utama.

Selain itu da-

lam penelitian pendahuluan juga dipelajari teknik
sain

di-

reaktor serta penentuan ukuran manik enzim

imo-

bil. Tata cara analisis tepung umbi dahlia serta pengukuran

aktivitas inulinase terdapat pada Lampiran 4.

Pada penelitian utama dilakukan hidrolisis dengan
laju

dilusi dan konsentrasi substrat yang

dari penelitian pendahuluan.

didapatkan

Kondisi proses

lainnya,

seperti suhu 60°c dan pH 4.5 berasal dari kondisi
timal penelitian sebelumnya dan menurut pustaka.

opAna-

lisis yang dilakukan berupa pengukuran perolehan sirup
fruktosa

dan aktivitas enzim inulinase

imobil

untuk

beberapa selang waktu selama proses berlangsung.
analisis hasil hidrolisis terdapat pada

cara

Tata

Lampir-

an 4.
D.

TATA LAKSANA

Umbi

dahlia yang akan

digunakan

terlebih

dicuci sampai bersih kemudian dikupas dan

dahulu
iris

akar

menggunakan pisau stainless steel.

di-

Selanjutnya

umbi yang telah teriris tipis dikeringkan di bawah sinar matahari untuk mengurangi bobot kandungan

airnya.

Baru kemudian dilakukan pengeringan dengan oven bersuhu

50-60°c.

mudah

Pengeringan dihentikan jika

dipatahkan.

Irisan umbi kering

umbi
ini

telah

kemudian

digiling menggunakan "Cutter-Mill" dengan saringan
mesh.

Tepung

digunakan
tepung

umbi dahlia yang

diperoleh,

untuk analisis beberapa

umbi

komponen

dahlia (inulin, protein, abu

40

sebagian
penyusun

dan

Yang lainnya digunakan sebagai bahan baku proses.

air).
Un-

tuk membuat substrat (inulin) harus dilakukan ekstraksi inulin dari tepung umbi dahlia dengan cara melarutkan tepung umbi dahlia dalam air bersuhu 80-90°c selama 3 0 menit.

Luluhan ("slurry") ini kemudian disaring

dan diambil filtratnya.
jadikan

Filtrat ini yang nantinya di-

sebagai substrat.

Bagan alir penyiapan

strat, disajikan pada Gambar 13.

sub-

%--)
Umbi Dahlia

r-7
Perajangan

Pengeringan dengan Sinar
Matahari 3-4 jam

4
~ e n g e r i n g a nden an Oven
Suhu 50-60 C

(

C

Irisan Umbi Kering

i
Penggilingan,40 mesh

(

Tepung Umbi Dahlia

)

Pelarutan dengan Air
suhu 80-90°c, 30 mnt

Siap Pakai

Gambar 13.

Diagram alir proses penyiapan substrat

Enzim
tasnya.

inulinase disiapkan untuk
Pengukuran

Metoda

DNS

dilakukan

dengan

Jumlah

diukur dengan Metoda Lowry

protein

Setelah

diketahui

dengan

aktivi-

(Dinitro Salycylic Acid).

sebagai

pembuatan

aktivitas ini

diukur

aktivitasnya, kemudian

enzim imobil menggunakan metoda

matriks penjerat Natrium-Alginat.

enzim

et

al..

dilakukan
penjeratan
Kehilangan

enzim akibat imobilisasi dapat diketahui dengan

meng-

ukur jumlah enzim yang terlepas dari manik enzim
bil.

imo-

Jumlah enzim yang terjerat diketahui dengan

me-

ngurangkan jumlah enzim yang terlepas dari jumlah

en-

zim total.
Pembuatan

enzim imobil dilakukan dengan

pompa peristaltik

untuk menyeragamkan

bantuan

ukuran

manik.

Untuk membentuk ukuran tersebut digunakan selang kecil
dengan berbagai ukuran yaitu untuk diameter manik
mm, 2.3 mm dan 3.3 mm.

Pertama kali larutan

1.4

Na-Algi-

nat 1 persen (w/v) disiapkan dengan melarutkannya
lam air mendidih sampai semua Na-Alginat larut.
lah

dingin,

Sete-

enzim dicampurkan dan diaduk merata

ngan pengaduk magnetik.

da-

de-

Campuran Enzim-Na-Alginat ini

dilalukan pada pompa peristaltik, dan keluaran

ditam-

pung pada wadah yang berisi CaC12 0.05 M sambil diaduk
dengan

pengaduk magnetik.

terbentuk
untuk

Kemudian manik-manik

yang

direndam dalam CaC12 0.05 M selama 1-2

mengeraskan manik.

Manik-manik

dicuci

jam

dengan

buffer

asetat sebanyak dua kali, dan hasil

dimasukkan
berisi

ke dalam wadah penampung manik-manik

larutan

terbentuk,

cuciannya

CaC12.

Dari tiga ukuran

manik

yang

dilakukan pengukuran aktivitas enzim

inu-

contoh untuk

linase

imobil dengan metoda DNS.

ukuran

jumlah enzim yang terlepas dari manik,

oleh

dari

yang

wadah penampung

manik-manik

yang

pengdiperberisi

CaC12.
Pada penelitian pendahuluan dilakukan
inulin

secara

air) yang

curah.

hidrolisis

Konsentrasi tepung

digunakan adalah

1 : 9

(tepung

1 : 6,

:

1 : 4,

1 : 3, 1 : 2 dan 1 : 1.5 yang sesuai dengan konsentra-

si

substrat (inulin) 3.30 persen, 9.38 persen,

persen,

16.43 persen, 21.90 persen dan

(wjv).

Konsentrasi

persen

substrat

enzim yang
(vjw).

26.28

digunakan

Menurut

13.14
persen

adalah

Media

2

(1991),

konsentrasi enzim 2 persen substrat (vjw) menghasilkan
rendemen

yang lebih tinggi

dibandingkan

konsentrasi

enzim 1 persen substrat (v/w).
Pengambilan contoh

dilakukan

setiap

tiga

jam

Variasi penggunaan substrat dan

waktu

pengambilan contoh dimaksudkan untuk mengetahui

para-

selama 24 jam.

meter kinetika reaksi yaitu Vmaks (laju reaksi

maksi-

mum) dan Km (konstanta Michaelis Menten) untuk digunakan

sebagai acuan penentuan kisaran laju

dilusi

konsentrasi substrat pada hidrolisis sinambung.

dan

y
/

Inulinase
(Novozym 230)

)

I

Pencampuran

~ m o b i l i s a s idalam

CaC12 1-2 jam
.i

Pencucian Manik-manik
dengan Buffer Asetat

'7
Penyaringan

C
Campuran
CaClz dan Enzim

Pengukuran Junlah Enzim
yang Terlepas dari Manik

Gambar 14.

Diagram alir proses imobilisasi
enzim dengan metoda penjeratan

Parameter kinetika reaksi didapatkan dengan menggambarkan data konsentrasi fruktosa yang terbentuk dengan waktu pengambilan contoh, kemudian dengan

persa-

maan Lineweaver Burk akan didapat nilai VXaks dan
Kisaran
'rnaks

laju

dilusi

ditentukan

dengan

Km.

menganggap

-

- Dmaks.
~enelitian utama dilakukan dengan sistem

bung

menggunakan

reaktor sinambung

unggun

sinam-

terkemas

(seperti pada Gambar 15) dengan biokatalis enzim
linase

imobil.

Volume reaktor yang

terisi

inu-

substrat

sebesar 230 ml dari 550 ml volume reaktor total.

Hi-

drolisis dilakukan dengan menggunakan empat macam laju
dilusi yaitu 0.20/jam, O.lO/jam, O.OS/jam dan 0.04/jam
serta dua macam konsentrasi enzim yaitu 2 persen

dan

4 persen substrat (v/w). Hidrolisis dimulai dari laju

dilusi tertinggi dengan lama reaksi sebanyak tiga kali
I

waktu

tinggal dalam reaktor untuk masing-masing

dilusi.

Pengambilan contoh dimulai pada

tinggal kedua.
pat

buah

dengan
tama,

untuk setiap waktu

merupakan
pada

waktu

tinggal

waktu pengkondisian

awal waktu tinggal

keadaan

kedua,

em-

reaktor
per-

tunak,

diharapkan

Data keadaan tunak dari

laju dilusi diambil darj

waktu pengambilan contoh.

dalam

Selama waktu tinggal

keadaan tunak telah tercapai.
setiap

awal

Jumlah contoh yang diambil adalah

selang waktu sama.

sehingga

laju

Substrat

Pompa Peristaltik

Wadah Substrat
Gambar 15.

Diagram skema sistem reaktor sinambung
unggun terkemas jenis aliran k e atas
yang digunakan dalam penelitian ini

Substrat (inulin) dialirkan ke dalam reaktor dari
wadah

substrat dengan

bantuan

pompa

peristaltik.

Kecepatan pengaliran diatur dari volume kecepatan pada
pompa.

Dalam waktu yang bersamaan, maka

luarkan produk dari reaktor.

akan

dike-

Produk yang keluar diam-

bil dan langsung dilakukan pemucatan yaitu dengan

pe-

nambahan arang aktif 1.5 persen (w/v), dipanaskan pada
suhu
ring.

80-90°c selama 15 menit.

disa-

Pemucatan secara langsung ini dimaksudkan untuk

menginaktifkan
enzim

Kemudian contoh

imobil

enzim yang mungkin tercuci dari

manik

sehingga terikut dengan produk.

Untuk

menjernihkan produk dari bahan-bahan

terlarut, maka

ditambahkan

setengah

Kemudian
atau

beberapa tetes Pb-asetat

produk dinetralkan dengan

basa.

basa.

menambahkan

Konsentrasi produk diukur

spektroskopi menggunakan Metoda DNS.

dengan

asam

teknik

Diagram

proses produksi sirup fruktosa secara sinambung

alir
disa-

jikan pada Gambar 16.
Untuk

mengetahui penurunan

aktivitas

imobil, dilakukan pengukuran aktivitas

enzim

setiap 3 0 jam reaksi selama total waktu reaksi.

enzim
imobil
Seba-

nyak 15 manik enzim imobil diambil dan dianalisis
tivitisnya menggunakan Metoda DNS.

Lama waktu

ak-

peng-

ukuran adalah 20 menit. Kemudian dari hasil pengukuran
aktivitas tersebut

dihitung persentase penurunan

tivitasnya.

telah menurun

Jika

sebesar

50

ak-

persen

(sebesar umur tengah) atau lebih, maka manik-manik enzim imobil harus diganti.

Substrat rnuiin
Enzim Imobil

1.
Pemasukan ke
dalam reaktor

4
Pengaturan Laju Dilusi
~idrolisisdalam Reaktor Unggun Terkemas
60°c, p H 4.5 Selama 3 Kali Waktu
Tinggal Dalam Reaktor

1 Pengambilan Contoh 1
Pemucatan, Arang Aktif 1.5 %
80-90°c, 15 mnt

rPenyaringan
-l

i

Kotoran

Larutan Bersih
Penambahan Pb-asetat
Setengah Basa

a
Penetralan

( Larutan Jernih )

Gambar 16.

Proses produksi sirup fruktosa secara
sinambung dalam reaktor unggun terkemas
menggunakan enzim inulinase imobil

IV.

A.

HASIL DAN PEMBAHASAN

PENELITIAN PENDAHULUAN

Penelitian pendahuluan dilakukan untuk

mengukur

kadar komponen penyusun bahan baku, mengukur aktivitas
enzim bebas, menentukan ukuran manik enzim imobil dan
selanq laju dilusi (Dilution rate

menentukan

=

D).

1. Analisis Tepung Umbi Dahlia

Hasil analisis tepung umbi dahlia
untuk

menjadi

dasar

proses

dimaksudkan

selanjutnya.

Hasil

tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2.

~ a s i lanalisis beberapa komponen tepung
umbi dahlia

Komponen

Kadar (persen, bk)

Air
Abu
Protein
Inulin
Bahan-bahan lain
(Selulosa, lemak, dll)

2. Analisis Aktivitas Enzim dan Penentuan Ukuran Manik

Hasil
bahwa

analisis

enzim

aktivita