Evaluasi Stabilitas Aktivitas Enzim Selulase Cairan Rumen Domba

EVALUASI STABILITAS AKTIVITAS ENZIM SELULASE
CAIRAN RUMEN DOMBA

DINA SRI WARDHANI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

ABSTRAK
DINA SRI WARDHANI. Evaluasi Stabilitas Aktivitas Enzim Selulase Cairan
Rumen Domba. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan WAHYU PAMUNGKAS
SOENGKAWATI.
Sektor perikanan di Indonesia yang terus berkembang membutuhkan solusi
dalam penanganan bahan pakan.Upaya yang telah dilakukan adalah pemanfaatan
cairan rumen untuk menurunkan kandungan serat kasar bahan pakan. Penelitian
sebelumnyamenunjukkan bahwa di dalam cairan rumen domba terdapat aktivitas
beberapa enzim. Nilai aktivitas enzim dari yang terbesar berturut-turut adalah
enzim selulase (0.31 ± 0.015), amilase (0.14 ± 0.016), protease (0.11 ± 0.016) dan

lipase (0.03 ± 0.011) IU/mL. Adanya aktivitas enzim selulase akan mendegradasi
serat yang sulit dicerna menjadi mudah dicernaoleh ikan.Kondisi pH optimum dan
stabilitas waktu penyimpanan harus diketahui untuk mengefisienkan pemakaian
cairan rumen dalam mendegradasi serat dalam bahan pakan. Penelitian dilakukan
pada suhu inkubasi 30 °C dengan pH 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, dan 9.0 serta waktu
penyimpanan 1, 2, 3, dan 4 minggu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
aktivitas enzim selulase cairan rumen domba optimum pada pH 8.0, yaitu sebesar
0.00419 IU/mL. Stabilitas aktivitas enzim diperoleh pada pH 8.0 dengan waktu
penyimpanan selama 4 minggu.

ABSTRACT
DINA SRI WARDHANI.Stability Evaluation of Cellulase Enzyme Activity from
Sheep Rumen Fluid. Supervised by SRI SUGIARTI and WAHYU
PAMUNGKAS SOENGKAWATI.
Developing Indonesian fishery sector needs solution in handling feed ingredients.
An effort that has been carried out is the use of rumen fluid to lower crude fiber
content of feed ingredients. Previous reasearch showed activities of several
enzymes in sheep rumen fluid. The enzyme activity values were cellulase (0.015 ±
0.31), amylase (0.14 ± 0.016), protease (0.11 ± 0.016), and lipase (0.03 ± 0.011)
IU/mL, respectively. The cellulase enzyme activity will degrade fibers which are

difficult to digest to become easily digested by the fish. Optimum pH and storage
time has to be known to make efficient the use of rumen fluid to degrade fibers in
feed ingredients.The study was conducted at incubation temperature of 30 °C with
the pH of 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, and 9.0 as well as the storage time of 1, 2, 3, and 4
weeks. The results showed that the cellulase enzyme activity of sheep rumen fluid
was optimum at pH 8.0, that is 0.00149 IU/mL. Stability of the enzyme activity
was obtained at pH 8.0 with storage time for 4 weeks.

EVALUASI STABILITAS AKTIVITAS ENZIM SELULASE
CAIRAN RUMEN DOMBA

DINA SRI WARDHANI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

Judul Skripsi : Evaluasi Stabilitas Aktivitas Enzim Selulase Cairan Rumen Domba
Nama
: Dina Sri Wardhani
NIM
: G44086010

Disetujui

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr Sri Sugiarti
NIP 19701225 199512 2 001

Wahyu Pamungkas S, SPi, MSi

NIP 19731106 199903 2 001

Diketahui
Ketua Departemen Kimia,

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 197603 2 002

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala berkat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah
ini disusun berdasarkan penelitian yang berjudul Evaluasi Stabilitas Aktivitas
Enzim Selulase Cairan Rumen Domba sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana sains pada Departemen Kimia FMIPA IPB. Penelitian
dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan Juni 2011 di Laboratorium Balai
Penelitian Pemuliaan Ikan (BPPI) dan Laboratorium Pusat Antar Universitas
(PAU) Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Sri Sugiarti selaku

pembimbing pertama dan Wahyu Pamungkas Soengkawati, SPi, MSi selaku
pembimbing kedua yang telah memberikan arahan, saran, dan dorongan selama
pelaksanaan penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. Terima kasih juga penulis
ucapkan kepada Dr Imron, SPi, MSi sebagai Kepala Balai Penelitian Pemuliaan
Ikan yang telah memberikan kesempatan kepada penulis melaksanakan izin
belajar di Institut Pertanian Bogor dan melakukan penelitian di Laboratorium
BPPI serta ucapan terima kasih kepada rekan kerja di Laboratorium BPPI.
Ungkapan terima kasih penulis berikan kepada keluarga tercinta, Bapak, Ibu,
kakak-kakakku, dan kekasihku yang selalu memberikan semangat, cinta, kasih
sayang, dan doa. Ungkapan terima kasih juga kepada teman-teman seangkatan
Ekstensi Kimia 2008 atas semangat dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan.

Bogor, September 2012

Dina Sri Wardhani

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sukabumi pada tanggal 13 Pebruari 1982 dari
pasangan Idik Supendi dan Yetti Royeti. Penulis merupakan anak terakhir dari

empat bersaudara. Tahun 2000 penulis lulus dari SMU Negeri I Sukabumi,
kemudian melanjutkan pendidikan di Akademi Kimia Analisis Bogor sampai pada
tahun 2004. Tahun 2004 sampai dengan Maret 2006 penulis bekerja di PT. Global
Mukti Dimensi Jakarta sebagai staf marketing. Pada April 2006 sampai sekarang
penulis bekerja sebagai staf teknisi laboratorium di Balai Penelitian Pemuliaan
Ikan Sukamandi, Subang.

DAFTAR ISI
Halaman

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................vii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................vii
PENDAHULUAN ..............................................................................................1
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ........................................................................................1
Ekstraksi Cairan Rumen Domba .............................................................1
Pengaruh pH dan Lama Penyimpanan terhadap Stabilitas Enzim
Selulase ...................................................................................................2
Analisis Aktivitas Enzim Selulase ..........................................................2
HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh pH terhadap Aktivitas Enzim Selulase....................................2
Stabilitas Aktivitas Enzim Selulase Berdasarkan pH dan
lama penyimpanan ..................................................................................3
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan..................................................................................................4
Saran ........................................................................................................4
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................4
LAMPIRAN ........................................................................................................6

vi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim selulas .................................................. 2
2 Pengaruh lama penyimpanan terhadap aktivitas enzim selulase berdasarkan
pH ..................................................................................................................... 4

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Komposisi cairan rumen domba........................................................................ 6
2 Komposisi bufer pH .......................................................................................... 6
3 Komposisi media CMC 1% .............................................................................. 6
4 Kurva standar glukosa untuk pengukuran aktivitas enzim selulase ................. 7
5 Hasil analisis dan contoh perhitungan aktivitas enzim selulase......................... 8
6 Hasil analisis statistik aktivitas enzim selulase ................................................. 9

vii

PENDAHULUAN
Kualitas pakan di sektor perikanan perlu
terus ditingkatkan. Tingginya kadar serat kasar
pada bahan pakan ditangani di antaranya
dengan memanfaatkan enzim pendegradasi
serat. Enzim memiliki fungsi khusus dan
hanya bekerja pada 1 reaksi metabolisme.
Untuk menurunkan kadar serat pada bahan
pakan, digunakan enzim selulase yang mampu

mendegradasi serat (selulosa).
Enzim selulase merupakan sistem enzim
yang terdiri atas endo-β-1,4-glukanase, eksoβ-1,4-glukanase, danβ-D-glukosidase. Enzim
selulase mendegradasi selulosa dengan
memecah ikatannya, prosesnya melibatkan 3
jenis enzim yang bekerja secara sinergis.
Endo-β-1,4-glukanase memotong ikatan rantai
dalam selulosa menghasilkan molekul selulosa
yang lebih pendek, ekso-β-1,4-glukanase
memotong ujung rantai selulosa menghasilkan
molekul selobiosa, sedangkan β-D-glukosidase
memotong molekul selobiosa menjadi 2
molekul glukosa (Kim et al. 2000).
Enzim selulase antara lain dapat ditemukan
dalam cairan rumen domba. Cairan rumen
yang diperoleh dari rumah potong hewan kaya
akan kandungan enzim seperti α-amilase,
galaktosidase, hemiselulase, selulase, dan
xilanase (Williams & Withers 1992). Menurut
Kung et al. (2000), cairan rumen mengandung

enzim protease yang menghidrolisis protein
atau peptida, amilase yang menghidrolisis pati,
selulase yang menghidrolisis selulosa, xilanase
yang menghidrolisis xilan, dan lipase yang
menghidrolisis lemak, komposisi cairan rumen
domba diperlihatkan pada Lampiran 1.
Penelitian sebelumnya melaporkan bahwa
enzim di dalam cairan rumen domba dari yang
terbesar berturut-turut adalah selulase (0.31 ±
0.015), amilase (0.14 ± 0.016), protease (0.11
± 0.016), dan lipase (0.03 ± 0.011) IU/mL
(Pamungkas 2011).
Cairan rumen adalah limbah peternakan
dan merupakan salah satu bahan alternatif
yang murah dan dapat dimanfaatkan dengan
mudah sebagai sumber enzim hidrolase
(Moharrery & Das 2002). Enzim hidrolase
akan menghidrolisis serat dalam bahan pakan
menjadi senyawa sederhana yang lebih mudah
dicerna oleh ikan. Morgavi et al. (2000)

melaporkan bahwa hidrolisis serat oleh enzim
selulase berlangsung dari pH 4.5 sampai 6.5,
kisaran terbaik ialah 5.0-6.5. Enzim selulase
dari bakteri Bacillus amyloliquefaciens
mempunyai pH optimum 7.0 (Lee et al. 2008).

Dalam rangka memanfaatkan cairan rumen
domba sebagai sumber enzim selulase untuk
meningkatkan kualitas bahan pakan, kondisi
pH optimum untuk aktivitas enzim selulase
perlu diketahui. Selain itu, stabilitas enzim
perlu diuji untuk menentukan daya tahan
enzim selama penyimpanan. Enzim yang diuji
stabilitasnya masih dalam bentuk larutan
(supernatan). Evaluasi stabilitas dilakukan
terhadap pH dan lama penyimpanan
berdasarkan
aktivitashidrolisis
selulosa
menjadi gula pereduksi (glukosa).

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan antara lain cairan
rumen domba, amonium sulfat, bufer pH 5.0,
6.0, 7.0, 8.0, dan 9.0, dan bahan-bahan kimia
untuk analisis aktivitas enzim selulase. Cairan
rumen domba diperoleh dari rumah potong
hewan. Peralatan yang digunakan antara lain
sentrifus,
lemari
pendingin,
inkubator,mikropipet,dan
spektrofotometer
tampak (Visible) MRC model V-200-RS.
EkstraksiCairan Rumen Domba
Cairan rumen yang diambil dijaga agar
selalu berada dalam kondisi dingin. Cairan
rumen disentrifugasi dengan kecepatan 10 000
rpm selama 20 menit pada suhu 4 °C.
Supernatan yang terbentuk direaksikan dengan
amonium sulfat sebanyak 60% dari total
volume cairan rumen yang digunakan. Larutan
dihomogenkan kurang lebih 1 jam dengan
menggunakan
pengaduk
magnet
dan
didiamkan selama 24 jam pada suhu 4 °C.
Setelah itu, disentrifugasi kembali pada
kecepatan 10 000 rpm selama 20 menit dengan
suhu 4 °C. Supernatan yang terbentuk dibuang
dan endapannya digunakan sebagai sumber
enzim. Endapan kemudian dilarutkan dalam
bufer dengan nisbah 1:1 (endapan dari 100 mL
supernatan cairan rumen dilarutkan dalam 100
mL bufer) (Budiansyah et al. 2010).
Komposisi bufer pH diperlihatkan pada
Lampiran 2.
Pengaruh pH dan Lama Penyimpanan
terhadap Stabilitas Enzim Selulase
Pengaruh pH ditentukan dengan mengukur
aktivitas enzim pada bufer pH 5.0, 6.0, 7.0,
8.0, dan 9.0. Stabilitas enzim ditentukan
dengan mengukur aktivitas enzim setiap
minggu dengan variasi waktu penyimpanan 1,

2, 3, dan 4 minggu pada suhu 4°C. Prosedur
uji aktivitas yang digunakan adalah metode
asam 3,5-dinitrosalisilat (DNS) yang didasarkan pada jumlah gula pereduksi sebagai hasil
hidrolisis selulase. Prinsip pengujian dengan
metode DNS adalah asam 3,5-dinitrosalisilat
direduksi oleh gula pereduksi menjadi asam 3amino-5-nitrosalisilat (Harisha 2007).
Analisis Aktivitas Enzim Selulase
Enzim selulase sebanyak 0.5 mL
dicampurkan dengan 1 mL CMC 1%
(Lampiran 3) dan 1 mL bufer pH, diinkubasi
pada suhu 30°C selama 30 menit. Setelah itu,
ditambahkan 3 mL DNS, dipanaskan dalam
penangas air mendidih selama 15 menit.
Setelah dingin, gula pereduksi yang
dibebaskan diukur dengan spektrofotometer
pada panjang gelombang 540 nm. Satu unit
aktivitas enzim didefinisikan sebagai jumlah
enzim yang menghasilkan 1 µmol glukosa per
menit(Ghose 1987). Besar kecilnya nilai
aktivitas enzim memengaruhi kadar gula
pereduksi yang dihasilkan selama aktivitas
berlangsung.
Pembuatan Kurva Standar Glukosa
Standar induk glukosa 1 mg/mL
diencerkan untuk membuat deret standar
glukosa dengan konsentrasi 0.1, 0.15, 0.20,
0.25, 0.30, dan 0.35 mg/mL. Masing-masing 2
mL standar dimasukkan ke dalam tabung
reaksi dan ditambahkan 2 mL DNS,
didiamkan selama 30 menit. Setelah itu,
dimasukkan dalam penangas air mendidih
selama 15 menit dan didinginkan pada
permukaan es batu. Absorbans standar diukur
dengan spektrofotometer pada panjang
gelombang 540 nm dan dibuat kurva standar
glukosa.
Perhitungan Aktivitas Enzim Selulase
Aktivitas enzim selulase dinyatakan
dengan rumus sebagai berikut :
IU/mL = (X s − X t ) × 1000 × fp
BM glukosa × t
Keterangan:
Xs : Kadar gula sampel (mg/mL)
Xt : Kadar gula kontrol (mg/mL)
BM : Bobot molekul glukosa
t
: Lama inkubasi (menit)
fp : Faktor pengenceran
Pengolahan Data
Data yang diperoleh dianalisis secara
statistik menurut rancangan acak kelompok

(RAK) yang terdiri atas pengaruh pH dan lama
penyimpanan. Hipotesis yang muncul adalah
H0 menunjukkan bahwa perbedaan pH dan
lama penyimpanan tidak berpengaruh terhadap
aktivitas enzim selulase dan H1 menunjukkan
setidaknya salah satu dari pH dan lama
penyimpanan dapat memengaruhi aktivitas
enzim.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh pH terhadap Aktivitas Enzim
Selulase
Nilai aktivitas enzim memengaruhi kadar
gula pereduksi yang dihasilkan. Semakin
tinggi aktivitas enzim, semakin tinggi pula
gula pereduksi yang dihasilkan. Aktivitas
enzim selulase pada beberapa pH dapat dilihat
pada Gambar 1. Kurva standar glukosa yang
digunakan untuk penentuan aktivitas enzim
ditunjukkan pada Lampiran 4.

Gambar 1

Pengaruh pH terhadap aktivitas
enzim selulase.

pH 5.0 menunjukkan nilai aktivitas enzim
paling tinggi, tetapi aktivitas tersebut menurun
sangat signifikan pada minggu kedua dan
menjadi nol pada minggu-minggu berikutnya
(Lampiran 5). Nilai aktivitasyang cukup tinggi
dan relatif stabil setiap minggunya diperoleh
pada pH 8.0.Nilai rata-rata aktivitas pada
berbagai pH diringkaskan pada Tabel.Dengan
demikian pada penelitian ini pH optimum
untuk aktivitas enzim selulase cairan rumen
domba ialah 8.0.
Kerja enzim dipengaruhi oleh faktor
lingkungan, salah satunya ialah pH. Suasana
yang terlalu asam atau basa menyebabkan
denaturasi protein dan dapat menghilangkan
secara total aktivitas enzim. Enzim hanya aktif
pada kisaran pH yang sempit. Oleh karena itu,
pH media harus benar-benar dijaga dengan

3

menggunakan bufer (larutan penyangga).
Denaturasi protein menyebabkan perubahan
molekul enzim (Rahima 2010).
Tabel Aktivitas enzim selulase pada berbagai
pH
pH

Rerata aktivitas enzim selulase
(IU/mL ×10-3)

5

7.34±0.13

6

0.48±0.09

7

1.81±0.93

8

4.19±0.12

9

0.68±0.13

Penelitian
Morgavi
et
al.(2000)
mendapatkan bahwa hidrolisis serat oleh
selulase paling baik pada pH 5.0–6.5.
Budiansyah et al. (2010) mendapatkan pH
optimum enzim selulase 5.15, sementara Sari
(2010) mendapatkan bahwa selulase aktif
bekerja pada rentang pH 5.5–7.5. Peneliti lain,
Coral et al. (2002) melaporkan pH optimum
enzim selulase dari Aspergillus niger ialah
4.0–4.5 dan 7.5–8.0. Perbedaan pH optimum
ini disebabkan oleh perbedaan asal sumber
enzim selulase.
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh pH
karena adanya gugus karboksilat yang
bermuatan negatif dan gugus amonium yang
bermuatan positif pada struktur protein enzim.
Kesetimbangan antara kedua muatan pada titik
isolistrik
akan
mengakibatkan
protein
mengendap
sehingga
aktivitas
enzim
berkurang. Setiap protein mempunyai titik
kesetimbangan yang berbeda. Muatan enzim
akan cenderung positif pada keadaan asam dan
negatif pada keadaan basa. Perubahan struktur
enzim ini dapat menurunkan atau bahkan
menghilangkan aktivitasnya (Xiong 2004).
Korelasi aktivitas enzim dengan konsentrasi
H+ menunjukkan kesetimbangan antara
denaturasi enzim pada pH rendah atau tinggi
danefek muatan enzim, substrat atau keduanya
(Murray et al. 2003)
Untuk mengetahui pengaruh pH dan lama
penyimpanan terhadap aktivitas enzim
selulase, dilakukan uji F. Pada uji F diperoleh
nilai signifikasi kurang dari 5% sehingga harus
dilakukan uji Brown-Forshyte. Uji ini
menunjukkan adanya perbedaan rata-rata di
setiap variasi pH dan lama penyimpanan
terhadap aktivitas enzim selulase dalam cairan
rumen domba.

Hipotesis uji statistik ini adalah H0
menunjukkan bahwa perbedaan pH dan
lamanya penyimpanan tidak berpengaruh
terhadap aktivitas enzim selulasedan H1
menunjukkan setidaknya salah satu faktor
tersebut berpengaruh. Pada uji ini diperoleh
nilai signifikasi kurang dari 5%. H0 ditolak:
ada pengaruh pH dan atau lama penyimpanan
terhadap aktivitas enzim selulase dalam cairan
rumen domba.
Uji statistik dilanjutkan dengan uji banding
Tukey. Uji banding Tukey juga menunjukkan
bahwa aktivitas enzim selulase nyata (P F tabel: Tolak H0
Terdapat perbedaan pengaruh perlakuan terhadap respons yang diamati
(Setiap minggunya memberikan nilai aktivitas enzim selulase yang berbeda)

Uji banding Tukey
pH

N

6.00a
9.00ab
7.00b
8.00c
5.00d
Sig

3
3
3
3
3

1
(×10-3)
.44800
.6833

Subset for alpha
2
3
(×10-3)
(×10-3)

4
(×10-3)

.6833
1.8133
4.1900

.975

.057

1.000

7.3433
1.000

Simpulan:
Aktivitas enzim selulase pada cairan rumen domba bervariasi selama waktu penyimpanan, maka
waktu penyimpanan berpengaruh terhadap aktivitas enzim selulase cairan rumen domba (kode
huruf berbeda).