18
5. Substrat Substrat merupakan sumber nutrien utama bagi kapang. Nutrien dalam
substrat baru dapat dimanfaatkan apabila kapang telah mengekskresikan enzim-enzim ekstraseluler untuk menguraikan senyawa kompleks menjadi
sederhana. 6. Komponen penghambat
Beberapa kapang mengeluarkan komponen yang dapat menghambat organisme lainnya seperti bakteri, komponen tersebut disebut antibiotik.
2.2.2. Solubilisasi Batubara oleh Kapang
Batubara diperkaya dengan berbagai macam polimer organik yang berasal dari karbohidrat dan lignoselulosa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan
lignin. Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman, dan salah satu komponen pembangun tumbuhan. Selulosa adalah polimer yang
tersusun atas unit-unit glukosa melalui ikatan α-1,4-glikosida. Enzim yang dapat
mengurai selulosa adalah selulase dan merupakan enzim kompleks yang terdiri dari tiga komponen. Endoglukanase, mengurai polimer selulosa secara random
pada ikatan internal α-1,4-glikosida untuk menghasilkan oligodekstrin dengan
panjang rantai bervariasi. Eksoglukanase, mengurai selulosa dari ujung pereduksi dan nonpereduksi untuk menghasilkan selobiosaglukosa. Enzim
α-glukosidase, mengurai selobiosa untuk menghasilkan glukosa Lynd et al., 2002.
Hemiselulosa merupakan kelompok polisakarida heterogen dengan berat molekul rendah, relatif lebih mudah dihidrolisis dengan asam menjadi monomer
yang mengandung glukosa, mannosa, galaktosa, xilosa dan arabinosa. Lignin
merupakan polimer dengan struktur aromatik yang terbentuk melalui unit-unit penilpropan. Lebih dari 30 tanaman tersusun atas lignin yang memberikan
bentuk yang kokoh Lynd et al., 2002.
a b
c
Gambar 8. a Struktur lignin, b hemiselulosa dan c selulosa
Gutiérrez dan Martínez, 1996 Lignin sulit disolubilisasi karena strukturnya kompleks dan heterogen
yang berikatan dengan selulosa dan hemiselulosa dalam jaringan tanaman Orth et al, 1993. Lignin merupakan suatu unsur yang memegang peranan
penting dalam merubah susunan sisa tumbuhan menjadi batubara. Sebagian besar mikroorganisme yang mampu mensolubilisasi lignin dapat diaplikasikan juga
untuk mensolubilisasi batubara Cohen et al., 1990.
19
20
Enzim pensolubilisasi lignin secara umum terdiri dari dua kelompok utama yaitu laccase Lac dan peroksidase yang terdiri dari lignin peroksidase
LiP dan mangan peroksidase MnP Chahal dan Chahal, 1998. Ketiga enzim tersebut bertanggung jawab terhadap pemecahan awal polimer lignin Akhtar et
al. , 1997. Mangan peroksidase MnP, lignin peroksidase LiP atau laccase
mampu mensolubilisasi komponen aromatik pada batubara dan mendepolimerisasinya menjadi komponen yang kaya oksigen dan dapat melarut
ke dalam air Holker et al., 2002. Enzim pendegradasi lignin secara umum terdiri dari dua kelompok utama
yaitu laccase Lac dan peroksidase yang terdiri dari lignin peroksidase LiP dan mangan peroksidase MnP Chahal and Chahal, 1998. Ketiga enzim tersebut
bertanggung jawab terhadap pemecahan awal polimer lignin dan menghasilkan produk dengan berat molekul rendah, larut dalam air dan CO
2
Akhtar et al., 1997.
Lignin peroksidase LiP merupakan enzim utama dalam proses degaradasi lignin karena mampu mengoksidasi unit non fenolik lignin. Unit non
fenolik merupakan penyusun sekitar 90 persen struktur lignin. Oksidasi substruktur lignin yang dikatalis oleh LiP dimulai dengan pemisahan satu elektron
cincin aromatik substrat donor dan menghasilkan radikal aril. LiP memotong ikatan C
α-Cβ molekul lignin, pemotongan tersebut merupakan jalur utama perombakan lignin oleh berbagai kapang pelapuk putih Hammel, 1996.
Mangan peroksidase MnP berperan dalam oksidasi unit fenolik, sehingga LiP dan MnP dapat bekerja secara sinergis. Siklus katalitik MnP dimulai dengan
21
pengikatan H
2
O
2
atau peroksida organik dengan enzim ferric alami dan pembentukan kompleks peroksida besi. Pemecahan ikatan oksigen peroksida
membutuhkan Fe oxo-porphyrin-radikal kompleks dalam pembentukan MnP- komponen I, kemudian ikatan dioksigen dipecah dan dikeluarkan satu molekul air.
Reaksi berlangsung sampai terbentuk MnP-komponen II, ion Mn
2+
bekerja sebagai donor 1-elektron untuk senyawa antara porfirin dan dioksidasi menjadi
Mn
3+
. Mn
3+
merupakan oksidasi kuat yang dapat mengoksidasi senyawa fenolik tetapi tidak dapat menyerang unit non fenolik lignin Perez et al., 2002.
Laccase ditemukan pada kapang, khamir, dan bakteri. Enzim ini tidak membutuhkan H
2
O
2
tetapi menggunakan molekul oksigen. Laccase mereduksi oksigen menjadi H
2
O dalam substrat fenolik melalui reaksi satu elektron membentuk radikal bebas yang dapat disamakan dengan radikal kation yang
terbentuk pada reaksi MnP Kersten et al., 1990.
Tabel 4. Enzim ekstraseluler pendegradasi lignin dari kapang pelapuk putih
Akhtar et al.,1997. Enzim
Tipe Enzim Peran dalam
Degradasi Kerja
Bersama dengan
pH Optimum
Lignin peroksi
dase Peroksidase
Degradasi unit non fenolik
H
2
O
2
2,5-3,0
Mangan peroksi
dase Peroksidase Degradasi unit
fenolik dan non fenolik dengan
lipid H
2
O
2
, lipid 4,0-4,5
Lakase Fenol oksidase
Oksidasi unit fenolik dan non
fenolik dengan mediator
O
2
, mediator :3-
hidroxybenz otriazole
3,5-7,0
22
Kapang yang memiliki kemampuan paling baik dalam proses biosolubilisasi batubara adalah Trametes versicolor, Pleurotus florida, P.
ostreatus and P. sajorcaju. Kapang lain yang juga mampu mensolubilisasi
batubara seperti Trichoderma atroviride, Fusarium oxysporum, Penicillium sp., Candida
sp., Aspergillus sp., Mucor sp. dan Sporothrix sp. namun dengan kemampuan yang lebih kecil. Kapang tersebut mensolubilisasi batubara
menggunakan enzim ekstraseluler Reiss, 1992. Enzim ekstraseluler adalah enzim yang diekskresikan oleh kapang ke luar
tubuhnya untuk mensolubilisasi substrat. Enzim ekstraseluler tersebut akan menghasilkan medium yang lebih gelap akibat dari solubilisasi batubara selama
proses kultur cair atau cairan gelap pada permukaan kultur ketika ditumbuhkan pada permukaan kultur agar Faison et al, 1989.
2.2.3. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Biosolubilisasi Batubara
