Kajian Kondisi Fermentasi pada Produksi Selulase dari Limbah Kelapa Sawit (Tandan Kosong dan Sabut) oleh Neurospora sitophila

Bismillahirrahmanirrahiim,
Dan seandainya pohon-pohon di bumi menjadi pena dun laut menjadi tinta, ditambahkan tujzch laut la@ sesrrdah keringnya, niscaya tidak akan habis-habisnya dituliskan ilmu Allah dan hikmahNya, sungg~ihAllah Maha Perkasa lagi Maha Bijaksana.
(QS.Luqman :27)

Kupersembahkan untuk
Mamak dan Ayah yang selalu
menyertaiku dengan do'a dau
harapan, serta Tetty, Eddy, dan
Pipit yang tercinta.

KWJlAN KONDISI F

SELUEASE
DAN SABUT 1

DARl LIMBAH KELWP

S A F R I A N I
F 27. 1357

1 9 3 5

FAKULTAS TEKNOLOGl PERTANIAM
INSTITUT

PERTARIIAN

B O G O R

BOGOR

;<

:'

*...

Safriani.
F 27.1757.
Kajian Kondisi .'Fermentasi Pada
Produksi Selulase dari Limbah Kelapa Sawdt (Tandan Kosong
dan Sabut) Oleh Neurospora sitophila. Dibawah bimbingan

A. Aziz Darwis, Illah Sailah dan Tun Tedja Irawadi.

RINGKASAN

I.
Prodaksi minyak kelapa spwit pada tahun 1995 diperki'
,
i

rakan sebesar 4.5 juta ton.

Dari s$tu ton tandan buah sei

gar akan dihasi1kan:minyak sawit sebesar 0.21 ton dan inti
ss~,:it ssbanyak 0.05 ton, sedangkan sisanya berupa limbah
dalan bentuk tandan kosong, sabut dan cangkang biji yang
jun~lahnyamasing-masing sebesar 23, 13.5 dan 5.5 persen.
Tandan kosong dan sabut kelapa sawit dapat digunakan
se'agai

substrat untuk memproduksi selulase karena mengan-

dung holoselulosa

dan

lignin yang

cukup tinggi yaitu

sebesar 65.28 persen dan 35.2 persen untuk tandan kosong
d a n 55 persen dan 21.92 persen untuk sabut kelapa sawit.

Produksi selulase antara lain dipengaruhi oleh kondisi
proses fermentasi.

Parameter lingkungan yang berpengaruh

pada sintesa enzim antara lain pH, suhu, aerasi dan kekuatan ionik, sehingga diperlukan optimasi kondisi proses.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan tingkat suhu dan

aerasi serta lama fermentasi terbaik pada produksi selulase dengan menggunakan Neurospora sitophila pada substrat
tandan kosong dan sabut kelapa sawit.
sabut

kelapa

Tandan kosonq dan

sawit yang digunakan masing-masing beru-

kuran 10 mesh dan 30 mesh dengan perbandingan 1 : 2,

sedangkan Neurospora sitophila yang digunakan adalah yang
telah berumur lima hari.
Sistem fermentasi yang digunakan pada penelitian ini
merupakan modifikasi dari sistem fermentasi Multiple Mini
Packed Bed (MPB) dengan ketebalan substrat 2 sentimeter.
Penentuan tingkat suhu dan aerasi terbaik dilakukan dengan
melakukan fermentasi pada suhu 25OC, 28OC dan 31°C dan laju aerasi 0, 0.1, 0.3 dan 1 l/jam/g substrat.

Untuk suhu

25OC inkubator diletakkan di dalam ruangan yang suhunya
terkontrol pada suhu tersebut dan untuk suhu

28OC

diletak-

kan pada suhu kamar, sedangkan untuk suhu 31°C dilengkapi
dengan elemen pemanas dan thermostat yang diatur pada suhu
tersebut.

Fermentasi dilakukan selama 10 hari, dimana

pengamatan dilakukan pada hari ke-2, 4 ,

6, 8, dan 10.

Pada setiap kali pengamatan dilakukan analisa aktivitas

enzim yang dihasilkan yaitu FP-ase dan CMC-ase.
Aktivitas FP-ase dan CMC-ase tertinggi diperoleh pada
suhu 2S°C dan laju aerasi 1 l/jam/g substrat yaitu masingmasing sebesar 2.04 IU/ml dan 69.26 IU/ml.

Aktivitas FP-

ase tertinggi ini diperoleh pada hari kedelapan fermentasi, sedangkan aktivitas CMC-ase pada hari keenam fermentasi.
Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa tingkat
suhu, aerasi dan lama fermentasi mempengaruhi aktivitas .
FP-ase dan CMC-ase pada selang kepercayaan 99 perse

KAJIAN KONDISI FERMENTASI PADA PRODUKSI SELULASE
DARI LIMBAH KELAPA SAWIT (TANDAN KOSONG DAN SABUT)
OLEH Neurosporu sitophila

Oleh
SAFRIANI
F 27 1357

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian,
Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor

1995

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

KAJIAN KONDISI FERMENTAS1 PADA PRODUKSI SELULASE
DARI LMBAH KELAPA SAWIT (TANDAN KOSONG DAN SABUT)
OLEH Nercrosporu sitophilu

SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTAVIAN
pada Jurusan TEKNOLOGI NDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTAiTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Oleh
SAFRIANI
F 27.1357
Dilahirkan pada tanggal 23 April 1971
di Banda Aceh

Dr.Ir. Tun Tedia Irawadi. MS.
Dosen Pembimbing I11

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil'alarniin. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Swt
yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

sarjana

Teknologi Pertanian pada jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini merupakan hasil penelitian yang dilakukan dari bulan Oktober 1994 sampai bulan Februari 1995 di Laboratorium Terpadu
Analisis Kimia FMIPA IPB Bogor.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada Dr.Ir. A. Aziz Darwis, MSc., Dr.Ir. Illah Sailah, MS., dan Dr.Ir. Tun Tedja
Irawadi, MS., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan hingga selesainya penyusunan skripsi ini serta semua pihak yang telah membantu penelitian
hingga selesainya skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan pula kepada
Ayah, Mamak dan adik-adik atas segala do'a restu, dorongan moril dan pengorbanan
yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Namun demikian, penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak
yang memerlukannya.
Bogor, Mei 1995

Penulis

DAFTAR IS1

PEND+WLUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

TINJAUAN PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

A . LIGNOSELULOSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

B . SELULASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

C . MIKROORGANISME PENGHASIL SELULASE. . . . . . . . . . . . 11
D . KONDISI FERMENTASI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
BAXAN DAN METODA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

A . B A K U DAN ALAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.

Substrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2 . Mikroorganisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3 . Bahan Kimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

4. Peralatan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

B . METODA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

1. Persiapan Bahan Baku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2 . Analisis Komposisi Substrat . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 . Isolasi dan Persiapan Mikoorganisme . . . . . . . 24

4 . Pernbuatan Media Fermentasi ........ : . . . . . . . 25
5 . Penentuan Suhu dan Tingkat Aerasi Terbaik . 25
C . WLNCANGAN PERCOBAAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
D . WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN

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

29

IV .

HASIL DAN PEMBAHASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

A . KOMPOSISI MEDIA FERMENTASI ...................

30

B . KAPANG Neurospora sitopila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
C . KONDISI LINGKUNGAN FERMENTASI ................
1

.

33

Pengaruh Suhu terhadap Aktivitas Enzim . . . . 33

2 . Pengaruh Aerasi terhadap Aktivitas Enzim .. 40

V.

KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
A . Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

B . Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

LAMPIRXN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1. Analisis Kimia dari Sabut dan Tandan Sawit.

5

Tabel 2. Analisis Komposisi Substrat . . . . . . . . . . . . . . . . 30

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Rumus Molekul Selulosa. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Gambar 2. Mekanisme Hidrolisis Selulosa oleh Enzim
Selulase (Montenecourt dan Eveleigh,
1979 dalam Enari, 1983) ..................

9

Gambar 1.

Gambar 3.

Sistem Pembentukan Selulase (Mandels dan
Weber, 1969 dalam Tun Tedja Irawadi...... 11

Gambar 4.

Pertumbuhan Kapang pada Substrat Padat . . . 13

Gambar 5.

Skema Keterkaitan Kondisi Lingkungan dengan Parameter Lingkungan (Weiland, 1988) 16

Gambar 6. Inkubator Sistem Fermentasi MPB yang telah dimodifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Gambar 7.

Skema Produksi Selulase pada Berbagai
Tingkat Suhu dan Aerasi .................. 27

Gambar 8.

Kapang Neurospora sitophila yang berumur
Lima Hari ................................ 32

Gambar 9. Aktivitas FP-ase pada Berbagai Tingkat
Suhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Gambar 10. Aktivitas CMC-ase pada Berbagai Tingkat
Suhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Gambar 11. Aktivitas FP-ase pada Suhu 25O C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Gambar 12. Aktivitas FP-ase pada Suhu 28O C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Gambar 13. Aktivitas FP-ase pada Suhu 31° C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Gambar 14. Aktivitas CMC-ase pada Suhu 25O C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Gambar 15 . Aktivitas CMC-ase pada Suhu 28O C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gambar 16 . Aktivitas CMC-ase pada Suhu 31° C dengan
Berbagai Tingkat Aerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Gambar 17 . Aktivitas FP-ase pada Suhu 28O C dengan
Aerasi sampai 2 l/jam/g . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8
Gambar 18 . Aktivitas CMC-ase pada Suhu 28O C dengan
Aerasi sampai 2 l/jam/g . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

viii

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
untuk Analisis
Lampiran 1. Bahan-bahan Kimia
Proksimat dan Analisa Aktivitas Enzim

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

57

Lampiran 2.

Prosedur Analisis

58

Lampiran 3.

Data Hasil Analisa Aktivitas FP-ase..

66

Lampiran 4. Data Hasil Analisa Aktivitas CMC-ase.

67

Lampiran 5a. Analisis Ragam Aktivitas FP-ase. . . . . .

68

Lampiran 5b. Hasil U j i Lanjut Duncan Aktivitas
FP-ase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

Lampiran 6a. Analisis Ragam Aktivitas CMC-ase. . . . .

69

Lampiran 6b. Hasil Uji Lanjut Duncan Aktivitas
CMC-ase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

Ind~nesiamerupakan negara penghasil kelapa sawit terhesar kedua di dunia.

Usaha-usaha untuk meningkatkan pro-

duksi =inyak kelapa sawit terus dilakukan dengan jalan

.I,,.t.ar
23, 13.5 dan 5.5 persen (Darnoko, 1992).

?-

Usaha untuk memanfaatkan limbah padat kelapa sawit
sampai saat ini belum dilakukan secara intensif, kecuali
untuk inti sawit dan bungkilnya.

Tandan kosong kelapa sa-

wit pads umumnya dibakar dalam incinerator dan abunya dimanfaatkan untuk pupuk Kalium, sedangkan sabut dan cangfiang dirnanfaatkan sebagai bahan bakar boiler atau untuk
bahan pengeras jalan-jalan di sekitar perkebunan.
Konponen utama limbah padat kelapa sawit adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin, sehingga disebut lignoselu-

iosa.
dan

Kandungan holoselulosa (selulosa dan hemiselulosa)
lignin

antara 62

-

pada

lignoselulosa

64 persen dan 21

-

masing-masing

berkisar

23 persen (Sivalingan, 1983

dalam Tun Tedja-Irawadi, 1991).
Lignoselulosa dapat dimanfaatkan sebagai substrat uni:uk

memproduksi selulase.

Enzim ini selanjutnya dapat

dimanfaatkan pada proses biokonversi selulosa.

Penelitian

nengenai pemanfaatan lignoselulosa sebagai substrat produksi selulase telah banyak dilakukan.
Produksi selulase antara lain dipengaruhi oleh kondisi
proses fermentasi.

Parameter kondisi yang berpengaruh

pada sintesa enzim adalah pH, suhu, aerasi dan kekuatan
ionik.

Suhu optimal pertumbuhan kapang tidak sama dengan

suhu produksi enzim.

Suhu untuk pertumbuhan biasanya le-

bih tinggi daripada suhu produksi enzim (Prior et al.,
1990).
Selama fermentasi berlangsung akan dihasilkan panas
yang cukup tinggi.

Panas ini harus segera dihilangkan ka-

rena suhu akan mempengaruhi pertunasan spora, pertumbuhan,
pembentukan produk dan sporulasi kapang. Salah satu cara
yang dapat digunakan untuk menurunkan panas yaitu dengan
jalan

mengalirkan

(aerasi).

udara

steril

ke

dalam

fermentor

Tingkat aerasi dipengaruhi oleh sifat mikroor-

ganisme yang digunakan, tingkat oksigen yang dibutuhkan
untuk sintesis produk, jumlah panas metabolik yang harus
dihilangkan dari bahan, ketebalan lapisan substrat, ting-

Itat dimana C02 dan metabolit-metabolit lain yang mudah
menguap harus dihilangkan dan tingkat ruang udara yang
tersedia di dalam substrat (Lonsane et al., 1985).
Kadar air yang tinggi di dalam bahan sebagai akibat
dari suhu yang terlalu rendah, akan menyebabkan ruang kosong antar partikel dipenuhi oleh air sehingga cenderung

msnurunkan laju pindah massa O2 dan C02 dan laju pindah
panas.

Sebaliknya, suhu yang terlalu tinggi akan mengaki-

batkan kurangnya kelembaban substrat dan tingginya panas
metabolik yang dihasilkan (Weiland, 1988) .

Selain itu

pertimbangan ekonomis diperlukan untuk pengembangan ke
skala yang lebih besar.

Oleh sebab itu suhu dan tingkat

aerasi yang tepat akan menghasilkan kondisi lingkungan
optimal untuk pertumbuhan kapang dan aktivitas enzim yang
dihasilkan.
Ruang lingkup penelitian ini meliputi perlakuan pendahuluan yaitu pengeringan dan pengecilan ukuran tandan kosong dan sabut kelapa sawit, analisis komposisi substrat,
produksi selulase pada substrat dengan berbagai tingkat
suhu dan aerasi dengan menggunakan Neurospora sitophila,
dan analisis aktivitas enzim yang dihasilkan.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi suhu dan tingkat aerasi yang tepat serta lama fermentasi

optimal untuk produksi selulase menggunakan Neurospora
sitophiia.

IT. TINJAUAN PUSTAKA
A. LIGNOSELULOSA
Komponen utama limbah padat kelapa sawit adalah
selulosa, hemiselulosa dan lignin.

Kandungan masing-

masing komponen tersebut di dalam lignoselulosa sebesar
4

:

3

:

3 (Tsao et al., 1978) .

Sebagai contoh, kayu

lunak mengandung 42, 25 dan 28 persen selulosa, hemiselulosa dan lignin, sedangkan tongkol jagung mengandung
40, 36 dan 16 persen.
Menurut Tun Tedja-Irawadi (1991) limbah padat kelapa sawit rnengandung bagian karbohidrat dan lignin
yang cukup tinggi. Komposisi kandungan senyawa kimiawi
tandan kosong dan sabut kelapa sawit disajikan pada
Tabel

1.

Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan
murni di alam.

Selulosa merupakan suatu linier homopo-

limes unit anhidroglukosa (2 000-10 000 unit glukosa)
yang diikat dengan ikatan 1,4 B- glikosidik.
Dua unit glukosa yang berdekatan akan berikatan
dengan cara melepaskan satu molekul air, yang terbentuk
dari gugus-gugus hidroksil pada atom C kesatu dan
keempat.

Posisi beta dari grup-OH pada atom C akan

berhubungan dengan unit glukosa lain pada C1

-

C,

dari

cincin piranosida membentuk unit selobiosa (Gambar 1).

Tabel 1.

Analisis kimia dari sabut dan tandan
sawit (persen bahan kering)a

Bahan

Lemak Protein selulosa Zignin Hemiselulosa

Sabut

6.95

6.94

28.28

27.86b
29.46C

Tandan

5.35. 4.45

32.55

2 ~ . 5 4 ~ 31.70~

34.7~~

a ) ~ u nTedja Irawadi (1991)
b)~etoda Klason (Johnson, 1937)
C)Metoda oksidasi permanganat
d,NDF-ADF
Selulosa merupakan polimer glukosa yang homogen,
sedangkan molekul-molekul hemiselulosa merupakan polimer dari pentosa (xilosa dan arabinosa, heksosa (manosa) dan beberapa asam gula.

Lignin sendiri merupakan

makromolekul polifenolik (Tsao et dl., 1978).
Terdapat dua jenis ikatan hidrogen pada struktur
selulosa, yaitu ikatan hidrogen

intramolekuler yang

mempertahankan kekakuan rantai selulosa, dan ikatan
intermolekuler yang menyebabkan rantai selulosa saling
berikatan membentuk suatu mikrofibril (Achmadi, 1989).
Beberapa mikrofibril ini kemudian membentuk fibril dan
akhirnya menjadi serat selulosa.

Struktur fibril dan

kuatnya ikatan hidrogen menyebabkan selulosa bersifat
tidak larut dalam berbagai pelarut.

Unit S e l o b i o s i
1 . 0 3 nm
6
H2COH

H

v--'

,/

H

OH

6

,k..

0

0

Rantai s e l u l o s a

2

3

OH
Ujung non r e d u k s i

I!

Gambar 1.

0

?(E
II

OH

Ujung r e d u k s i

Rumus molekul selulosa (Fengel dan
Wegner, 1984)

Chang et al. (1981) menambahkan bahwa selulosa merupakan bahan yang unik, ia tidak hanya merupakan bahan
berserat tetapi juga merupakan bahan yang bersifat menyerap dengan potensi permukaan internal yang tidak
terbatas.
Secara umum selulosa sulit dihidrolisis karena memiliki tingkat struktur kristal yang tinggi dan lapisan
lignin yang menyelubungi jaringan selulosa merupakan
suatu penghalang (Tsao et a1 . , 1978) .

Bagian selulosa yang mudah dihidrolisis disebut
Umumnya selulosa mengan-

bagian amorf dari selulosa.

dung 15 persen bagian amorf dan 85 persen bagian kristalin.
Hemiselulosa adalah polisakarida yang mempunyai
berat

molekul

yang

lebih

kecil

daripada

selulosa.

Molekul hemiselulosa lebih mudah menyerap air, bersifat
plastis dan mempunyai permukaan kontrol antar molekul
yang lebih luas dibandingkan dengan selulosa, sehingga
dapat memperbaiki ikatan antar serat pada pembuatan
kertas

(Judoamidjojo et al.,

1989).

Rantai utama

hemiselulosa dapat hanya terdiri dari satu macam monomer

saja

(homopolimer), misalnya

xilan, atau dapat

terdiri dari dua atau lebih monomer (heteropolimer),
misalnya glukomanan (Fengel dan Wegener, 1984 di dalam
Tun Tedja-Irawadi, 1991).
Lignin merupakan senyawa polimer yang berikatan
dengan selulosa dan hemiselulosa pada jaringan tanaman.
Satuan penyusun lignin yaitu fenil propana yang tersubstitusi pada dua atau tiga posisi dalam cincin benzennya.
bentuk

Lignin umumnya tidak pernah ditemui dalam
sederhana di antara polisakarida-polisakarida

dinding sel, tetapi selalu berikatan dengan polisakarida tersebut (Fengel dan Wegener, 1984 di dalam Tun
Tedja Irawadi, 1991).

B. SELULASE
Selulase merupakan golongan enzim yang mampu memutus ikatan &-1.4 pada substrat selulosa, selodekstrin,
selobiosa dan turunan selulosa lainnya.

Enzim ini

menurut Gong dan Tsao (1979) terdiri atas tiga kelompok
besar enzim dalam kompleks selulase,

a. Endoglukanase (1,4-&-D-glukan,4-glukanohidrolase,
atau endo-B-1,4-glukanaseatau &-1,4-glukanohidrolase; EC.3.2.2.4) atau umumnya dikenal dengan nama
CMC-ase atau Cx selulase,
b. Selobiohidrolase (1,4-i3-D-glukanselobiohidrolase
atau ekso-IS-1,4-glukanaseatau fS-l,4-glukanselobiohidrolase; EC 3.2.1.91) atau umumnya dikenal sebagai
Avicelase atau C1 selulase, dan

c. fS-glukosidase (&-D-glukosida glukohidrolase atau 151,4-glukosidase;EC.3.2.1.21).
Ketiga enzim ini bekerja sama menghidrolisis selulosa yang tidak larut menjadi glukosa sehingga aktivitas gabungan ketiga enzim dapat diukur dengan memantau jumlah glukosa yang dihasilkan (Gong dan Tsao,
1979). Mekanisme hidrolisis selulosa oleh selulase dapat dilihat pada Gambar 2.

daerah kristalin

daerah amorf

vv.w

-

?

a

2

I

~ndo-glikanase(EG)

~elobiohidrolase
. .
(CBH)

1

"T

EG atau CBH

3.

0 - glukosidase

d

-

Selooligosakarida ,
dan selobiosa

Glukosa

Gambar 2. Mekanisme Hidrolisis Selulosa oleh Enzim
Selulase (Montenecourt dan Eveleigh,
1979 dalam Enari, 1983)
Endoglukanase (Cx) memiliki kemampuan menghidrolisis selulosa secara acak, menghasilkan selodekstrin,
selobiosa dan glukosa. 'Aksi dari enzim ini berupa penurunan viskositas dari substrat dapat larut.

Endoglu-

kanase ini menyerang bagian amorf dari serat selulosa
sehingga

membuka

jalan

bagi

enzim

selobiohidrolase

(C1).
Selobiohidrolase yang dikenal sebagai komponen C1,
merupakan bagian terbesar dari selulase yang dihasilkan

oleh T. reesei.

Enzim ini bekerja dengan cara melepas-

kan unit-unit selobiosa dari ujung non-reduksi rantai
selulosa.

Produk hidrolisis utamanya adalah selobiosa.

J3-glukosidase adalah enzim yang dapat menghidrolisis
selobiosa dan selooligomer-selooligomer pendek lainnya
menjadi glukosa.
Selulase merupakan enzim ekstraselular yaitu enzim
yang bekerja menghidrolisis substrat-substrat yang berat molekulnya besar.

Pada mikroorganisme enzim ini

umumnya berfungsi memproduksi

nutrisi dari polimer-

polimer biologi yang terdapat di sekeliling sel (Frost
dan Moss, 1987) .
Selulosa

merupakan

sintesis selulase.

penginduksi

universal dalam

Penelitian yang dilakukan oleh be-

berapa peneliti menunjukkan bahwa sejumlah kecil enzim
selulase diproduksi oleh sel dan dilepaskan ke medium
pertumbuhan.

Enzim ini kemudian menghidrolisis selulo-

sa menjadi selobiosa yang akan bertindak sebagai penginduksi (Gong dan Tsao, 1979).
Selobiosa merupakan

penginduksi

enzim

selulase

yang baik bagi sebagian besar kapang, misalnya Neurospora crassa,

.

Chaetomium celluloliticum

a1 , 1985 di dalam Tun Tedja, 1991)

.

(Leisola et

Selobiosa dapat

memacu pertumbuhan kapang dan produksi enzim, khususnya
apabila kapang tumbuh pada kondisi sub-optimal yang
mengakibatkan pertumbuhan dibatasi (Enari, 1983).

Selobiosa mempunyai peranan yang kompleks dalam
sintesa selulase, karena pada konsentrasi rendah (0.1
persen) dapat menginduksi sintesis selulase, sedangkan
pada konsentrasi tinggi (0.5-1.0persen) dapat menekan
pembentukan enzim dan pada konsentrasi yang lebih tinggi lagi akan menghambat pembentukan enzim selulase
(Mandels dan Weber, 1969). Fenomena ini disajikan pada
Gambar 3 .

I

Sistem Pembentukan Enzim

t

Induksi

I

Represi

I

4

v

1

Aktivasi
Selulosa

Gambar 3.

6.

-t

Inhibisi

4-

b

1-

4

Selobiosa

Sistem Pembentukan Selulase
(Mandels dan Weber, 1969)

OORGANISME PENGNASUL SELULASE
Menurut Judoamidjojo et al. (1989), sejumlah besar
bakteri dan kapang mampu menghidrolisis selulosa sampai
tahapan tertentu.

Mikroba tersebut menggunakan selulo-

sa sebagai sumber energi dan karbon.

Beberapa bakteri tidak menghasilkan enzim selulolitik dalam jumlah banyak, tetapi masih tetap digunakan
karena kemampuannya untuk tumbuh pada bahan-bahan
selulosik. Salah satu bakteri yang telah dipelajari
secara intensif yai,& Cellulomonas uda (Srinivasan,
1975 dalam Enari, 1983).

Selain itu juga dijumpai

jenis-jenis bakteri lain yang dapat menghasilkan selulase yaitu Pseudomonas, Ruminococcus, Bacteroides, dan
Clostridium.

Clostridium ini merupakan bakteri pengha-

sil selulase terbaik diantara jenis bakteri lainnya
(Zeikus, 1980 dalam Enari, 1983) .
Kemampuan untuk menghasilkan enzim selulolitik
ekstraselular banyak dijumpai pada golongan kapang,
diantaranya Trichoderma reesei, T. viride, Aspergillus
oryzae, A. niger, dan Phanerochaeta chrysosporium.
Penelitian ini menggunakan
inokulan.

N. sitophila sebagai

N. sitophila merupakan kapang yang termasuk

dalam Subdivisi Eumycophyta, Klas Ascomycetes, Ordo
Sphriales dan Famili Sordoriaceae.

Kapang ini mudah

menyebar dan berkembang biak secara cepat terutama
dengan cara aseksual, dan biasanya ditemukan pada
tingkat konidia.

Spora seksualnya jarang ditemui

karena hanya dibuat dalam jumlah sedikit (Alexopoulus
dan Mims, 1979).
Penelitian-penelitian mengenai kemampuan Neurospora sitophila dalam memproduksi selulase dan protein

kapang yaitu memproduksi selulase dan &-glukosidase
juga telah banyak dilakukan.

Media yang digunakan

beraneka ragam diantaranya adalah tongkol jagung dan
bagas tebu (Oguntimein et dl., 1992).

Banerjee et dl.

(1994) juga menggunakan Neurospora si tophila pada
produksi protein kapang dengan limbah jagung sebagai
sumber karbonnya.
Pertumbuhan kapang pada substrat padat dapat digambarkan seperti akar di dalam tanah (Gambar a

)

.

Bagian miselia memenuhi ruang antar partikel padat,
tetapi selama tidak ada air bebas dan nutrien dalam

Lapisan c a i r

a

' ~ j u n g pertumbuhan filarnen

Filamen kapang

Ganiaar

4.

\ ~ e l e tM i s e l i a

-

Pertumbuhan Kapang Pada Substrat Padat
(Weiland, 1988)

ruang ini, laju pertumbuhan akan tergantung pada kemampuan bagian miselia mencapai partikel substrat berikutnya yang tersedia.

Keterbatasan geometris secara

parsial dapat diatasi dengan memilih ukuran inokulum
yang cukup besar dimana bagian miselia atau spora dapat
pada awalnya membentuk koloni pada sebagian besar
partikel substrat.

D. KONDISI FERMENTASI
Fermentasi media padat adalah proses fermentasi
yang substratnya tidak dapat larut dan tidak mengandung
air bebas, tetapi cukup mengandung air untuk keperluan
mikroba (Chahal, 1985) .

Fermentasi media padat secara

alami berlangsung pada medium dengan kadar air yang
berkisar antara 60 - 80 persen, karena pada keadaan ini
medium mengandung air yang cukup untuk pertumbuhan
mikroba (Aidoo et

dl.,

1982) .

Menurut Maggy-T. Suhartono (1989), fermentasi media padat pada produksi enzim umurnnya memberikan hasil
lebih baik karena jumlah substrat yang tersedia lebih
banyak yaitu padatan sekitar 20-50 persen.

Selain

lebih banyak, enzim yang dihasilkan biasanya beragam.
Cara fermentasi media padat disukai untuk menghasilkan
berbagai enzim ekstraseluler. Enzim ini menghidrolisis
polimer substrat fermentasi menjadi nutrisi yang dapat
dimanfaatkan.

Fermentasi media padat mempunyai keuntungan dan
kerugian.

Menurut Smith (1990) keuntungannya antara

lain substrat yang digunakan sederhana dengan komponen
alami yang lebih murah dibandingkan dengan komponen
sintesis yang mahal.

Kontaminasi mikroorganisme ren-

dah, sehingga seringkali tidak perlu sterilisasi serta
proses hilir yang mudah.

Persyaratan aerasi dapat di-

penuhi dengan mudah melalui difusi gas atau aerasi.
Hasil produksi tinggi dan kebutuhan energi rendah dibandingkan dengan bioreaktor tangki berpengaduk.
dan Moss

( 198 7)

Frost

menambahkan bahwa dengan menggunakan

fermentasi media padat kondisi tumbuh kapang lebih mendekati keadaan yang biasa dijumpai di alam dan inokulasi dapat langsung dari spora, tanpa melalui media inokulum.
Sementara kerugian fermentasi media padat diantaranya proses terbatas hanya untuk pertumbuhan kapang
saja, yaitu mikroba yang dapat mentolerir rendahnya kadar air (Frost dan Moss, 1987).

Timbulnya panas hasil

metabolisme dalam proses berskala besar dapat menimbulkan masalah.

Demikian pula pemantauan proses misalnya

tingkat kadar air, biomassa, kadar O2 dan C02, sukar
dilaksanakan dengan akurat serta rancangan bioreaktor
belum sempurna dan laju pertumbuhan mikroorganisme lebih rendah (Smith, 1990).

Produktivitas proses biologis secara umum ditentukan oleh jenis mikroorganisme yang digunakan dan kondisi lingkungan selama jalannya fermentasi.

Kondisi

lingkungan sangat tergantung pada jenis reaktor yang
digunakan, parameter proses yang terkontrol, morfologi
sel dan regulasi metabolisme sel (Gambar 5.).
Pada fermentasi padat semua parameter sangat berhubungan satu sama lain, yang membatasi optimasi kondisi proses.

Faktor-faktor yang paling membatasi fermen-

tasi media padat adalah sukarnya mengatur kelembaban,
suhu dan pH serta tidak memadainya pindah massa persediaan

O2

dan penghilangan C02 (Weiland, 1988).

E.lorfoloai sel

Gambar 5.

Kontrol Reaktor

Skema Keterkaitan Kondisi Lingkungan
dengan Parameter Lingkungan (Weiland,
1988)

Kondisi

lingkungan seperti suhu, pH, aktivitas

air, tingkat oksigen serta konsentrasi nutrien dan produk mempengaruhi pertumbuhan mikrobial dan pembentukan
Pada kultur terendam teraduk , kontrol ling-

produk.

kungan relatif sederhana karena kehomogenan suspensi
sel-sel mikrobial dan kehomogenan larutan nutrien dan
produk dalam fasa cair.

Suhu optimum untuk berbagai

sistem fermentasi padat mikrobial berbeda-beda dimana
suhu optimum untuk pertumbuhan tidak selalu sama dengan
pembentukan produk.

Selanjutnya menurut Reid

(1989)

dalam Prior et al. (1980) respon dari mikroorganisme
yang berbeda yang digunakan dalam delignifikasi biologis terhadap suhu bervariasi.

Xebanyakan kapang (White

rot) adalah mesofil dengan suhu optimum 15-35O~,meskipun beberapa seperti Phanerochaeta chrysosporium merupakan termofilik moderat.
Prior et a2. (1980) menuliskan bahwa pada beberapa
spesies, selektivitas jerami gandum yang didelignifikasi menurun pada saat suhu meningkat dari 20°c
30°c.

menjadi

Selain itu juga dilaporkan bahwa suhu yang di-

naikkan
hirsuta.

(30°c)

meningkatkan degradasi oleh Trametes

Berbeda dengan kapang white rot, Sporotrichum

pulverulentum dan Dichomitus squalens, laju degradasinya meningkat dengan meningkatnya suhu dari 2 5 O ~menjadi 35Oc.

Suhu juga mempengaruhi proses-proses yang dikendalikan oleh difusi.

Difusi molekuler ditunjukkan oleh

energi aktivasi sekitar 6 kkal/mol. Sebenarnya, ketika
tumbuh atau pembentukan produk menunjukkan ketergantungan kurang dari 10 kkal, ha1 ini merupakan alasan
menduga keterbatasan difusi pada proses (Wang et al.,
1979).
Konsentrasi substrat yang tinggi per unit volume
yang merupakan ciri dari fermentasi media padat, menyebabkan pembentukan panas

mikrobial per unit volume

akan lebih besar daripada fermentasi cair.
al., 1990).

(Prior et

Pembentukan panas total berkisar dari 419

sampai 2 617 kj/kg bahan padatan terfermentasi dilaporkan pada beberapa proses koji untuk biomassa, enzim
atau produksi asam organik (Aidoo e t al., 1982).
Panas yang dihasilkan harus dihilangkan, karena
suhu mempengaruhi pertunasan spora, pertumbuhan, pembentukan produk dan sporulasi (Lonsane et al., 1985).
Metoda-metoda yang berbeda, seperti memasukkan udara
dalam jumlah besar ke dalam fermentor, menutup bagian
atas drum dengan lap yang dibasahi air, menempatkan
fermentor dalam ruang yang suhunya terkontrol, sirkulasi air dalam jacket di sekeliling fermentor, atau merendam fermentor dalam penangas air yang suhunya terkontrol, digunakan untuk menghilangkan panas dari
fermentor, dan untuk mempertahankan suhu pada selang

25-32O~,yaitu selang suhu yang digunakan pada fermentasi media padat.
Aerasi bahan fermentasi pada fermentasi skala laboratorium dan skala besar dicapai dengan mengalirkan
udara steril bertekanan.

Tinykat aerasi optimal yang

diberikan dipengaruhi oleh sifat mikroorganisme yang
digunakan, tingkat oksigen yang dibutuhkan untuk sintesis produk, jumlah panas metabolik yang harus dihilangkan dari bahan, ketebalan lapisan substrat, tingkat C02
dan metabolit-metabolit lain yang mudah menguap harus
dihilangkan, dan tingkat ruang udara yang tersedia di
dalam substrat (Lonsane et al., 1985)
penelitian Abdullah et al.

.

Berdasarkan

(1985) laju aerasi 0.12

l/jam/g substrat dengan ketebalan substrat 1

-

2 senti-

meter memberikan hasil terbaik pada fermentasi jerami
gandum oleh Chaetomium cellulolyticum.
Lebih jauh Prior et al. (1980) menjelaskan bahwa
aerasi memenuhi empat fungsi yaitu mempertahankan kondisi aerobik, untuk penghilangan C02, mengatur suhu
substrat dan mengatur kadar air.
Kadar air merupakan parameter kunci untuk mengatur
dan mengoptimasi proses fermentasi padat, karena kadar
air substrat mempengaruhi pertumbuhan kapang, aktivitas
enzim

dan kemampuan memasuki substrat

serta

mengatur

pembentukan produk.

Lebih lanjut kadar air dalam pori-

pori mempengaruhi laju pindah massa O 2 dan C 0 2 serta
laju penghilangan panas (Weiland, 1988) .

111. BAHAN DAN NIETODA

A. BAHANDAN ALAT
1. Substrat

Substrat yang dipakai dalam penelitian ini adalah tandan kosong dan sabut kelapa sawit yang diperoleh dari pabrik pengolahan kelapa sawit perkebunan
Kertajaya, Banten, Jawa Barat.

Substrat tersebut

sebelum digunakan terlebih dahulu dikeringkan di
panas matahari selama satu hari dan digiling.
2. Mikroorganisme

Mikroorganisme yanq digunakan adalah Neurospora
sitophila yang diperoleh dari hasil isolasi kapang
tersebut yang terdapat pada tandan kosong kelapa
sawit yang telah 3 hari di tempat penumpukan.
3. Bahan Kimia

Bahan kimia yang digunakan adalah larutan nutrisi yaitu yang digunakan oleh Tun Tedja-Irawadi
(1991) dan telah dimodifikasi berdasarkan hasil penelitian Ikatrinasari (1995).

Larutan nutrisi ter-

sebut terdiri dari 12.25 g (NH4)2S04, 17.5 g KH2P04,
2.625

g MgS04.7H20, 2.625 g CaC12.2H2 dan

3.975

g

Urea yang semuanya dimasukkan ke dalam labu ukur 250
ml dan diencerkan sampai tanda tera.

Pada setiap

gram substrat ditambahkan 2 ml larutan nutrisi.
Untuk ekstraksi digunakan Tween-80 0.1 persen,
sedangkan bahan-bahan untuk pengujian aktivitas FPase dan

CMC-ase, dan bahan-bahan

untuk

analisis

proksimat disajikan pada Lampiran 1.
4.

Peralatan

Alat-alat yang digunakan antara lain Sentrifuse
merek Clements 2000, Spektrofotometer Double Beam
COLLEMAN-124, autoklaf, Finn Pippete Diluter kapasitas 1 ml dengan tingkat pengenceran maksimum 200
kali, pH-meter, penggiling, pengayak, Water Bath,
inkubator goyang, elemen pemanas solder, thermostat,
Aerator dan pengatur laju udara.
Bioreaktor yang digunakan berupa kotak yang
terbuat dari logam.

Di dalam kotak tersebut terda-

pat rak tempat tabung-tabung berisi substrat diletakkan.

Kotak tersebut dilengkapi dengan aerator

dan pengatur laju aerasi (Flow meter).

Laju aerasi

ditentukan dengan mengkonversi satuan Flow meter ke
satuan l/jam/g substrat.

Untuk suhu 25OC kotak ter-

sebut diletakkan di dalam ruangan yang suhunya terkontrol pada suhu tersebut dan untuk suhu 2S°C diletakkan pada suhu kamar, sedangkan untuk suhu 31°C

kotak dilengkapi dengan elemen pemanas dan thermostat yang diatur pada suhu tersebut.

Gambar biore-

aktor ini disajikan pada Gambar 6.

Gambar 6.

Inkubator Sistem Fermentasi MPB
yang telah dimodifikasi

Alat-alat

gelas

pipet

yang

digunakan

diantaranya

dengan berbagai ukuran volume, labu ukur,

erlenmeyer, gelas ukur dan tabung reaksi, sedangkan
alat-alat plastik berupa tabung-tabung plastik dan
tabung film.

B. METODA PENELITIAN
I. Persiapan Bahan Baku

Tandan kosong dan sabut kelapa sawit dikeringkan pada panas matahari selama satu h.ari, digiling
lalu diayak.

Tandan kosong kelapa sawit diayak

dengan ayakan 1 0 mesh, sedangkan sabut kelapa sawit
diayak dengan ayakan 30 mesh.

Hasil penggilingan

yang diperoleh diukur kadar airnya dan disimpan di
tempat kering.
2. Analisis Komposisi Substrat

Substrat yang berukuran 2 0 mesh dianalisis komposisi kimiawinya.

Analisis yang dilakukan adalah

analisis kadar air, protein, lemak, serat kasar,
abu, lignin, selulosa, hemiselulosa dan mineral.
Prosedur analisis disajikan pada Lampiran 2.
3. Isolasi dan Persiapan Mikroorganisme

Kapang diisolasi dari tandan kosong kelapa sawit yang telah 3 hari di tempat penumpukan. Selanjutnya ditumbuhkan pada media PDA sekitar 3
dan pemurnian dilakukan tiga tahap.

-

4 hari

Sebelum diguna-

kan kapang ditumbuhkan kembali di media agar miring
selama 5 hari.

Kemudian dalam setiap tabung agar

miring yang telah ditumbuhi kapang dilarutkan 1 0 ml

garam fisiologis.
siap digunakan.

Suspensi merupakan inokulan yang

Pada penelitian ini digunakan 1 ml

suspensi inokulan yang mengandung 0.3 - 1.6 x lo7
spora .
4. Pembuatan Media Fermentasi

Tandan kosong dan sabut kelapa sawit yang sudah
digiling masing-masing berukuran 10 dan 30 mesh dicampur dengan perbandingan 1 : 2.
ditimbang sebanyak 10 gram.

Kemudian substrat

Selanjutnya setelah

diberi larutan nutrisi disterilisasi pada tekanan 1
atm, 121°C selama 30 menit.
dengan

1

ml

Substrat diinokulasi

suspensi Neurospora sitophila serta

difermentasi selama 10 hari.

Analisis aktivitas FP-

ase dan CMC-ase (Lampiran 2) dilakukan pada hari ke2, 4, 6, 8 dan 10.
5. Penentuan Suhu dan Tingkat Aerasi yang Terbaik

Sistem

fermentasi

yang

digunakan

merupakan

modifikasi dari sistem Multiple Mini Packed Bed.
Fermentasi dilakukan dengan memasukkan substrat yang
telah disterilisasi dan diinokulasi ke dalam tabungtabung

plastik

yang

telah

permukaan tabung dengan
untuk setiap tabung.

dilubangi

di

seluruh

jumlah lubang yang

sama

Ketebalan substrat yang digu-

nakan adalah 2 sentimeter.

Setiap tabung terdiri

dari

satu perlakuan untuk

satu kali pengambilan

contoh, untuk memudahkan pengambilan contoh.
Tabung-tabung yang telah berisi substrat tersebut diletakkan pada rak dan kemudian dimasukkan ke
dalam kotak-kotak logam.

Kotak-kotak tersebut se-

lanjutnya ditempatkan di dalam ruangan yang suhunya
terkontrol pada 25OC.

Untuk suhu 2S°C ditempatkan

pada suhu kamar, dan untuk suhu 31°C ditambahkan
elemen pemanas dan thermostat pada kotak logam dan
diatur pada tingkat suhu tersebut.

Untuk masing-

masing suhu diberi aerasi dengan mengalirkan udara
lembab steril sebesar 0, 0.1, 0.3 dan 1.0 l/jam/gram
substrat.

Skema produksi enzim dapat dilihat pada

Gambar 7.

C . RANCANGAN PERCOBAAN
Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan tiga faktor (Sudjana,
1989).

(A),

Perlakuan yang diberikan yaitu tingkat suhu
tingkat

aerasi

(B) dan

lama

fermentasi

(C).

Tingkat suhu dilakukan dengan tiga taraf (25OC, 2S°C,
dan 31°C) dan aerasi dengan empat taraf (0, 0.1, 0.3,
dan 1.0 l/jam/g substrat).
dengan dua kali ulangan.

Tiap perlakuan dilakukan

Campuran t a n d a n ( 1 0 mesh
dan S a b u t ( 3 0 mesh)

Penambahan L a r u t a n
N u t r i s i (10 % b/v)

I n o k u l a s i dengan N. sit o p h i l a berumur 5 h a r i

F e r m e n t a s i p a d a suhu 2 5 , 28, 31°c,
Aerasi 0 , 0 . 1 , 0.3, d a n 1 . 0 l / j / g
s e l a m a 10 h a r i (pengamatan pada
h a r i ke-2, 4 , 6 , 8 dan 1 0

E k s t r a k s i enzim dengan
Tween-80 0.1% p a d a set i a p k a l i pengamatan

I
A n a l i s a A k t i v i t a s Enzim

Gambar 7. Skema Produksi Selulase pada Berbagai
Tingkat Suhu dan Aerasi

Model umum

rancangan percobaan tersebut adalah

sebagai berikut :
Yijk

=

+

/L

+ Ai + Bj

+

(ABC)ijk + eijk

Ck

+

(AB) . . + (AC)ik + (BC)jk
13

dimana :
=

'ijk

Respon pengamatan pengaruh taraf ke-i faktor
A, taraf ke-j faktor B, taraf ke-k faktor

C

pada ulangan ke-1
P

= rata-rata umum

Ai

=

pengaruh perlakuan suhu ; i

= 1,

...,3

...,4

= pengaruh perlakuan aerasi ; j = 1,

Bj

...,5

Ck

=

pengaruh hari pengamatan ; k

(AB)ij

=

pengaruh interaksi suhu dan aerasi

(AC)ik

=

pengaruh interaksi suhu dan hari

(BC)jk

=

pengaruh interaksi aerasi dan hari

(ABC)ijk

=

pengaruh interaksi suhu, aerasi dan hari

eijk

=

efek unit eksperimen karena perlakuan

= 1,

ke-i,

j dan k
Hipotesis yang diuji pada penelitian ini adalah
hipotesis no1 (Ho) dimana semua perlakuan tidak mempengaruhi aktivitas enzim yang dihasilkan, dan hipotesis
alternatif (HI) apabila ada minimal satu dari perlakuan
mempengaruhi aktivitas enzim yang dihasilkan.

Uji lanjut yang digunakan untuk menentukan perlakuan terbaik adalah uji wilayah berganda Duncan (Steel
dan Torrie, 1991) .

D. N'AKTU DAN TEMPAT PENELITIAN
Penelitian
sampai bulan

dilakukan

Februari

Kimia Terpadu FMIPA-IPB.

dari

1995 di

bulan

Oktober

Laboratorium

1994

analisis

IV. HASIL DAN PEhlBAHASAN

A. KOMPOSISI MEDIA F'ERMENTASI

Substrat yang digunakan berupa tandan kosong dan
sabut kelapa sawit.

Analisis komposisi substrat yang

dilakukan terhadap tandan kosong dan sabut kelapa sawit
dimaksudkan untuk mengetahui kandungan substrat yang
digunakan sehingga penambahan
disesuaikan

.

larutan nutrisi dapat

Hasil analisis komposisi substrat secara

lengkap disajikan pada Tabel

2.

Terbukti bahwa kandun-

gan selulosa substrat cukup tinggi (tandan kosong
persen dan sabut

31.82

persen),

Tabel 2. Analisis Komposisi Substrat
Jenis Analisis
Kadar air
Lemak
Protein
Mineral
K
ca
M9
Mn

39.63

(%I
(%)

1%)
(%)

(%I
(8)

(%I

Zn
Na
Fe
Se u osj
~ignin~
Hemiselulosa
Serat kasar
Kadar abu
a)~etodaSpektroskopi

(%

Tandan Kosong

bahan kering)
Sabut

sehingga substrat ini cukup baik untuk digunakan dalam
memproduksi selulase.
Kandungan lignin pada tandan kosong lebih tinggi
jika dibandingkan dengan sabut kelapa sawit.

Kandungan

tersebut masing-masing adalah 35.2 persen untuk tandan
kosong dan

21.92

persen

untuk

sabut kelapa sawit.

Perbedaan kandungan lignin ini dijadikan dasar dalam
penentuan perbandingan penggunaan tandan kosong dan
sabut kelapa sawit.

Substrat yang digunakan dengan

perbandingan satu bagian tandan kosong dan dua bagian
sabut kelapa sawit.

Hal ini sesuai dengan hasil pene-

litian Rasmiati (1995), dimana tandan kosong dan sabut
kelapa sawit dengan perbandingan 1 : 2 yang digunakan
sebagai substrat pada produksi selulase oleh Neurospora
sitophila menghasilkan selulase dengan aktivitas tertinggi.

B. KAPANG Neilrosporn sitophila
Neurospora sitophila yang ditumbuhkan pada media
agar miring
dengan

pada

tumbuhnya

berwarna putih.

awal masa
hifa

dan

pertumbuhannya ditandai
membentuk

miselium

yang

Setelah berumur satu hari muncul spora

yang berwarna oranye kemerahan.

Warna merah hilang dan

jumlah spora semakin banyak dengan bertambahnya umur
kapang, dan pada hari kelima kapang berwarna oranye
kekuningan. N. sitophila yang berumur lima hari inilah

yang digunakan pada produksi selulase.

Umur kapang ini

disesuaikan dengan hasil penelitian Tun Tedja-Irawadi
(1991), dimana

kapang yang berumur

lima hari mampu

menghasilkan enzim dengan aktivitas tertinggi.
Kapang yang berumur lima hari telah mengandung
spora yang banyak sehingga pada awalnya bagian miselium
atau spora ini dapat membentuk koloni pada sebagian
besar

substrat.

Pertumbuhan N. sitophila pada media agar miring
terlihat cenderung mendekati mulut tabung, hanya sebagian kecil yang tumbuh pada agar miring (Gambar 8).

Gambar 8.

Kapang N. sitophila yang berumur 5 hari

Hal ini membuktikan bahwa kapanq tersebut merupakan
jenis kapanq aerobik yaitu jenis kapang yang membutuhkan oksigen dalam pertumbuhannya.

1. Pengaruh Suhu Terhadap ~ktivitasEnzim

Suhu yanq digunakan pada penelitian ini adalah
25OC, 2S°C dan 31°C.

Perlakuan terbaik dilihat dari

aktivitas selulase yang dihasilkan.

a. Aktivitas FP-ase
Substrat yang digunakan untuk penentuan aktivitas FP-ase pada penelitian ini adalah kertas
sarinq Whatman No.1, dan produk yanq terukur adalah glukosa.

Substrat ini merupakan selulosa ti-

dak larut, sehingga dibutuhkan waktu reaksi yang
cukup lama agar enzim dapat berdifusi ke dalam
serat selulosa, yaitu selama 1 jam.

Nilai ak-

tivitas FP-ase dinyatakan dalam satuan IU (International Unit) per mililiter enzim kasar.
Aktivitas FP-ase pada berbagai tingkat suhu
disajikan pada Gambar 9.

Pada Gambar 9 dapat

dilihat bahwa aktivitas FP-ase yang paling rendah diperoleh pada suhu 25OC (1.34 IU/ml).
rendah

menyebabkan

aktivitas

metabolisme

Suhu
sel

menurun dengan cepat, sehingga aktivitas enzim
yang diperoleh juga menurun (Maggy-T. Suhartono).
Laju aerasi yang diberikan juga dapat menurunkan
suhu fermentasi (Prior et al.,

1990),

sehingga

proses tidak berada pada kondisi optimal pertumbuhan atau pembentukan produk.
Kadar

air

yang

tinggi

pada

suhu

rendah

menyebabkan ruang kosong antar partikel dipenuhi

Gambar 9. Aktivitas FP-ase pada Eerbagai
Tingkat Suhu

oleh air, sehingga fase gas akan terdorong keluar
(Weiland, 1988).

Kondisi ini menghambat pertum-

buhan kapang aerobik yang membutuhkan oksigen dalam pertumbuhannya.

Kondisi ini juga tidak meng-

untungkan karena memudahkan kontaminasi oleh nikroba.

Relative Humidity (RH) yang terukur pada

suhu ini adalah sekitar 90 persen.
Aktivitas FP-ase tertinggi (2.04 IU/ml) diperoleh pada suhu 2S°C.

Pada suhu ini RH yang

terukur adalah 90 persen.

Aerasi yang diberikan

juga membantu menghilangkan sebagian panas yang
dihasilkan sehingga suhu substrat dapat dipertahankan (Lonsane et al., 1985).
Jika

proses

penurunan

panas

tidak mampu

mengimbangi panas yang dihasilkan selama fermentasi,

maka

suhu

fermentasi

akan

meningkat.

Peningkatan suhu ini akan mengakibatkan kerusakan
struktur protein dan DNA yang memegang peranan
penting dalam metabolisme dan pertumbuhan sel
(Maggy-T. Suhartono), dan ha1 ini tentu saja akan
mempengaruhi

aktivitas

enzim

Hal ini terbukti pada Gambar

9.,

yang

dihasilkan.

dimana aktivi-

tas FP-ase yang dihasilkan pada suhu 31°C (1.70
IU/ml) lebih rendah jika dibandingkan dengan pada
suhu 2S°C (2.04 IU/ml) .

Secara umum, pada ketiga tingkat suhu yang
diberikan, pada awal fermentasi aktivitas enzim
masih sangat rendah.

Aktivitas enzim terus me-

ningkat sejalan dengan bertambahnya waktu fermentasi dan menurun pada hari ke sepuluh.

Hal ini

mengikuti pola pertumbuhan mikroorganisme yang
mengalami beberapa fase pertumbuhan yaitu fase
adaptasi,

fase

pertumbuhan

logaritmik,

fase

pertumbuhan lambat, fase pertumbuhan statis dan
fase

Menurut

kematian.

Maggy-T.

Suhartono

(1989), organisme pembentuk spora biasanya mem-

produksi

enzim

pada

fase

pasca

eksponensial.

Jadi dapat diduga bahwa pada saat aktivitas enzim
yang dihasilkan tinggi, maka kapang telah berada
pada fase tersebut.
Pada suhu 25OC aktivitas enzim pada awal
fermentasi masih

sangat

rendah

(0.08

IU/ml),

kemudian meningkat dan mencapai puncaknya pada
hari keenam fermentasi, selanjutnya terus menurun
sampai hari terakhir fermentasi.

Hari ke delapan

fermentasi pada suhu 2S°C memberikan nilai aktivitas tertinggi (2.04 IU/ml).

Akan tetapi pada

suhu 31°C aktivitas tertinggi (1.70 IU/ml) diperoleh

pada hari keempat

fermentasi, selanjutnya

menurun drastis pada hari keenam fermentasi, untuk kemudian naik lagi dan menurun pada hari terakhir fermentasi.
b. Aktivitas CMC-ase

Aktivitas CMC-ase pada berbagai suhu dapat
dilihat pada Gambar 10.

Dari gambar tersebut

terlihat bahwa aktivitas tertinggi CMC-ase sebagaimana pada

FP-ase diperoleh pada

suhu 2S°C

(69.26 IU/ml), sedangkan aktivitas paling rendah

diperoleh pada suhu 31°C (40.17 IU/ml).

2

Gambar 10.

4
6
8
Lomo Fermentosi (Hori)

10

Aktivitas CMC-ase pada Berbagai
Tingkat Suhu

Pada suhu 25OC aktivitas CMC-ase tertinggi
(55.08

IU/ml)

diperoleh

fermentasi, demikian

setelah

pula

halnya

hari

keenam

dengan

suhu

28OC.

Sedangkan pada suhu 31°C aktivitas ter-

tinggi

tersebut

fermentasi.

diperoleh

Pada

hari

pada

keenam

hari
suhu

keempat
tersebut

terjadi penurunan aktivitas enzim, untuk kemudian
naik lagi pada hari kedelapan.

Fenomena yang

terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut.
Pada awal fermentasi, glukosa diperlukan untuk pertumbuhan kapang dan produksi enzim.

Kemu-

dian produksi glukosa meningkat sejalan dengan
berjalannya traktu fermentasi.

Tersedianya gula

pereduksi yang cukup banyak pada substrat, menyebabkan selulase tidak aktif.

Kondisi ini dikenal

sebagai efek represi katabolit.

Selulase kembali

aktif memproduksi gula pereduksi pada saat perse-

.

diaan gula pereduksi telah habis (sedikit)

Hal

ini sesuai dengan penjelasan Mandels dan Weber
(1969) di dalam Tun Tedja-Irawadi (1991) bahwa
konsentrasi

yang

tinggi

dari

selobiosa

atau

sumber karbon yang dapat cepat di metabolisme
seperti glukosa atau gliserol dapat menghambat
pembentukan selulase.
Suhu mempengaruhi aktivitas enzim yang dihasilkan.

Suhu yang terlalu rendah atau melebihi

suhu optimal pertumbuhan kapang dan produksi enzim cenderung menurunkan aktivitas enzim yang
dihasilkan.

Suhu yang terlalu rendah menyebabkan

metabolisme sel menurun dengan cepat, sebaliknya
suhu yang tinggi menyebabkan kerusakan protein
dan DNA (Maggy-T. Suhartono).
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Abdullah et dl.,

(1985) juga menunjukkan hasil yang

tidak jauh berbeda yaitu dari empat tingkat suhu
yang diberikan (30°C, 35OC, 37OC dan 40°C) pada
fermentasi

jerami

gandum

dengan

menggunakan

Chaetomium cellulolyticum, suhu 37OC memberikan
hasil yang terbaik.

Artinya suhu yang terlalu

rendah atau suhu yang terlalu tinggi tidak memberikan hasil yang memuaskan.
Pada kondisi suhu tinggi, jika kadar air
yang ditambahkan tidak mampu mengimbangi kadar
air yang menguap akibat panas yang dihasilkan
oleh proses metabolisme sel, maka akan terjadi
kekeringan pada substrat.

Hal ini dapat dilihat

pada suhu 31°C, dimana RH yang terukur adalah 65
persen.
besar

Pada keadaan ini laju alir udara yang
mengakibatkan

laju

penguapan

air

yang

tinggi pula, sehingga terjadi kekeringan substrat.

Substrat

yang

kering

akan menghambat

penetrasi enzim ke dalam partikel-partikel substrat, sehingga mengurangi aktivitas enzim dan
mengurangi

kemudahan

rendahnya

mencapai

pengembangan

nutrien, karena

substrat dan

mendorong

terjadinya sporulasi dini (Weiland, 1988).
Dari hasil uji lanjut yang dilakukan diperoleh aktivitas FP-ase dan CMC-ase tertinggi pada
suhu 28OC.

Lama fermentasi terbaik diperoleh

pada hari kedelapan untuk FP-ase dan hari keenam
untuk CMC-ase (Lampiran 5b dan Lampiran 6b).
2. Pengaruh Aerasi Terhadap Aktivitas Enzim

Aerasi yang diberikan pada penelitian ini adalah aliran udara lembab steril dengan laju 0.1, 0.3
dan 1 l/jam/g substrat serta tanpa aerasi sebagai
kontrol.
a. Aktivitas FP-ase

Aktivitas FP-ase tertinggi pada suhu 25OC
sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 11. diperoleh pada laju aerasi 0.1 l/jam/g substrat (1.34
IU/ml).

Pada

suhu

28°C

(Gambar 2 . )

nilai

aktivitas FP-ase tertinggi (2.04 IU/ml) diperoleh
pada

laju aerasi 1 l/jam/g

substrat,

sedangkan

pada kondisi tanpa aerasi memberikan nilai aktivitas yang rendah (0.98 IU/ml).

Hal ini menun-

jukkan bahwa aerasi memang berpengaruh terhadap
aktivitas enzim yang dihasilkan.

Laju aerasi

yang dibutuhkan untuk suhu 28OC (1 l/jam/g substrat) lebih tinggi daripada untuk suhu 25OC (0.1
l/jam/g su