Penapisan bakteri Xilanolitik dan karakterisasi Xilanasenya untuk hidrolisis tongkol jagung

ii

ABSTRAK
DESI MUNGGARANI NATALIA. Penapisan Bakteri Xilanolitik dan Karakterisasi Xilanasenya
untuk Hidrolisis Tongkol Jagung. Dibimbing oleh ANJA MERYANDINI dan TITI CANDRA
SUNARTI.
Hemiselulosa merupakan polisakarida terbesar ke-2 di alam, dengan komponen utama
penyusunnya adalah xilan. Bakteri xilanolitik mampu menghasilkan enzim ekstraseluler yang
dapat menghidrolisis limbah pertanian, khususnya yang mengandung xilan menjadi xilosa dan
xilooligosakarida. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan penapisan bakteri xilanolitik isolat
lokal dan karakterisasi enzim xilanasenya, yang akan digunakan untuk menghidrolisis tongkol
jagung. Pada penelitian ini diseleksi 7 isolat bakteri (isolat C, F, G, H, J, K1, dan P ) secara
kualitatif yang mempunyai kemampuan menghidrolisis xilan serta aktivitas enzim hariannya.
Enzim dari isolat terpilih kemudian dikarakterisasi pH optimum, spesifitas substrat dan
stabilitasnya, serta pemanfaatannya sebagai katalis dalam hidrolisis tongkol jagung. Hasil seleksi
terpilih isolat P yang menghasilkan enzim dengan aktivitas tertinggi (17.465 nkat/ml) pada hari ke7. Xilanase tersebut mempunyai aktivitas optimum pada pH 8, dan spesifitas substrat tertinggi
pada tongkol jagung, serta stabil pada suhu 30˚C hingga jam ke-12. Produk hasil hidrolisis tongkol
jagung setelah jam ke-12 berupa oligosakarida dengan DP sekitar 7.
Kata kunci : xilanase, bakteri, isolat lokal, tongkol jagung

ABSTRACT

DESI MUNGGARANI NATALIA. Screening of Xylanolitic Bacteria and Characterization of its
Xylanase for Corncob Hydrolysis. Supervised by ANJA MERYANDINI and TITI CANDRA
SUNARTI.
Hemicellulose is the second largest polysaccharide in nature after cellulose, which consists of
xylan as main component. Xylanolitic bacteria produce extracellular enzymes that could hydrolyze
agricultural waste, especially xylan-rich materials to xylose and xylooligosaccharides. This
research is aimed to screen local isolate xylanolitic bacteria and characterize its enzyme, and then
utilize the enzyme for corncob hydrolysis. Seven bacteria isolates (isolates C, F, G, H, J, K1, and
P) were selected in this research for its capability to hydrolyze xylan qualitatively and produced
high activity enzymes. Enzyme from selected isolate was characterized its optimum pH, substrate
specifity, and its stability, and applied it as biocatalyst for corncob hydrolysis. Isolate P was
selected as produced high activity enzyme (17.465 nkat/ml) after 7 days fermentation. The
enzyme has highest activity on pH 8, corncob as substrate, and stable on temperature of 30 oC for
12 hours. Products from enzymatic hydrolysis of corncob after 12 hours were oligosaccharides
with DP around 7.
Key Word : xylanase, bacteria, isolate local, corncob

1

PENDAHULUAN

Latar belakang
Perkembangan
usaha
pertanian
di
Indonesia menyebabkan peningkatan limbah
pertanian yang sebagian besar mengandung
lignoselulosa. Limbah pertanian umumnya
mengandung polisakarida berupa selulosa (3550%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (2030%) (Subramaniyan dan Prema 2002).
Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida
yang memiliki komposisi berbagai unit gula,
rantai molekul yang lebih pendek dan
bercabang (Fengel dan Wegener 1995).
Hemiselulosa terdiri atas xilan, mannan,
galaktan dan arabinan (Beg et al. 2001).
Komponen terbesar penyusun hemiselulosa
pada tanaman adalah xilan yang merupakan
polisakarida terbesar ke-2 di alam setelah
selulosa (Subramaniyan dan Prema 2002).
Pemanfaatan limbah berlignoselulosa dengan

menggunakan jasa mikroorganisme khususnya
bakteri
xilanolitik
penghasil
enzim
ekstraseluler yang mampu mendegradasi
bahan xilan menjadi fraksi penyusunnya.
Xilan adalah komponen penyusun
hemiselulosa
dengan
rantai
utama
homopolimer yang memiliki ikatan rantai β1,4-xilosida (Kulkarni et al. 1999 ; Fengel &
Wegener 1995).
Xilanase
yang
dihasilkan
bakteri
xilanolitik merupakan kelompok enzim
ekstraseluler yang memiliki kemampuan

menghidrolisis xilan atau polimer dari xilosa
dan
xilooligosakarida.
Xilanase
diklasifikasikan berdasarkan substrat yang
dihidrolisis yaitu β-xilosidase, eksoxilanase,
dan endoxilanase (Beg et al. 2001; Richana
2002). β-xilosidase memiliki kemampuan
menghidrolisis xilooligosakarida menjadi
rantai pendek xilosa. Aktivitas enzim akan
menurun dengan meningkatnya rantai
xilooligosakarida. Eksoxilanase memutus
rantai polimer xilan pada ujung reduksi,
sehingga menghasilkan xilosa sebagai produk
utama dan sejumlah oligosakarida rantai
pendek seperti xilobiosa. Endoxilanase
memutus ikatan β-1,4 pada bagian dalam
rantai
xilan
secara

teratur
menjadi
xilooligosakarida (Richana 2002).
Enzim xilanase telah dimanfaatkan dalam
industri kertas dan pulp digunakan sebagai
pengganti bahan kimia pemutih kertas
(Subramaniyan dan Prema 2002; Beg et al.
2001), dalam pembuatan gula xilosa (Kulkarni
et al. 1999), campuran pakan ternak dan
penjernih sirup (Wong et al. 1988). Hasil
hidrolisis xilan menjadi xilooligosakarida

dimanfaatkan sebagai prebiotik (Vazques et
al. 2001).
Jenis mikroorganisme yang sudah umum
menghasilkan xilanase secara ekstraseluler
adalah bakteri dan cendawan. Melihat
besarnya kandungan hemiselulosa yang
terdapat pada limbah pertanian maka
pemanfaatan xilanase dalam penanganan

masalah
limbah
pertanian
perlu
dikembangkan. Informasi mengenai aktivitas
katalitik pada pH dan suhu optimumnya serta
kemampuan enzim menghidrolisis substrat
sangat diperlukan dalam pemanfaatan enzim.
Penelitian ini menggunakan tujuh isolat
bakteri xilanolitik asal tanah koleksi
laboratorium Bioteknologi Hewan dan
Biomedis, PPSHB IPB. Isolat yang digunakan
telah teridentifikasi memiliki kemampuan
xilanolitik.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menseleksi
dan karakterisasi xilanase dari bakteri
xilanolitik serta pemanfaatannya untuk
hidrolisis tongkol jagung.
BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan
Februari sampai Desember 2010 di
Laboratorium Bioteknologi Hewan dan
Biomedis, Pusat Penelitian Sumberdaya
Hayati dan Bioteknologi (PPSHB) IPB.
Bahan dan Alat
Mikroorganisme yang digunakan adalah
isolat bakteri xilanolitik koleksi laboratorium
Bioteknologi Hewan dan Biomedis PPSHB
IPB yaitu isolat C, F, G, H, J, K1, dan P.
Substrat
yang digunakan adalah xilan
birchwood, xilan oat spelt, tongkol jagung
dan CMC (Carboxy Methyl Cellulose).
Larutan bufer sitrat (pH 3-5),bufer fosfat (pH
5-8) dan bufer tris-HCl (pH 8-9), ekstrak
khamir, sukrosa, serta bahan untuk analisa.
Alat-alat yang digunakan meliputi
spektrofotometer, pH meter, inkubator

bergoyang, vortex, penangas, pipet mikro,
sentrifus, tabung reaksi, erlenmeyer dan
peralatan laboratorium lainnya.
Metode Penelitian
Tahapan penelitian terdiri atas tiga tahap
yaitu penapisan isolat bakteri xilanolitik,
karakterisasi xilanase terpilih, dan hidrolisis
tongkol jagung oleh xilanase terpilih.

1

PENDAHULUAN
Latar belakang
Perkembangan
usaha
pertanian
di
Indonesia menyebabkan peningkatan limbah
pertanian yang sebagian besar mengandung
lignoselulosa. Limbah pertanian umumnya

mengandung polisakarida berupa selulosa (3550%), hemiselulosa (20-30%) dan lignin (2030%) (Subramaniyan dan Prema 2002).
Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida
yang memiliki komposisi berbagai unit gula,
rantai molekul yang lebih pendek dan
bercabang (Fengel dan Wegener 1995).
Hemiselulosa terdiri atas xilan, mannan,
galaktan dan arabinan (Beg et al. 2001).
Komponen terbesar penyusun hemiselulosa
pada tanaman adalah xilan yang merupakan
polisakarida terbesar ke-2 di alam setelah
selulosa (Subramaniyan dan Prema 2002).
Pemanfaatan limbah berlignoselulosa dengan
menggunakan jasa mikroorganisme khususnya
bakteri
xilanolitik
penghasil
enzim
ekstraseluler yang mampu mendegradasi
bahan xilan menjadi fraksi penyusunnya.
Xilan adalah komponen penyusun

hemiselulosa
dengan
rantai
utama
homopolimer yang memiliki ikatan rantai β1,4-xilosida (Kulkarni et al. 1999 ; Fengel &
Wegener 1995).
Xilanase
yang
dihasilkan
bakteri
xilanolitik merupakan kelompok enzim
ekstraseluler yang memiliki kemampuan
menghidrolisis xilan atau polimer dari xilosa
dan
xilooligosakarida.
Xilanase
diklasifikasikan berdasarkan substrat yang
dihidrolisis yaitu β-xilosidase, eksoxilanase,
dan endoxilanase (Beg et al. 2001; Richana
2002). β-xilosidase memiliki kemampuan

menghidrolisis xilooligosakarida menjadi
rantai pendek xilosa. Aktivitas enzim akan
menurun dengan meningkatnya rantai
xilooligosakarida. Eksoxilanase memutus
rantai polimer xilan pada ujung reduksi,
sehingga menghasilkan xilosa sebagai produk
utama dan sejumlah oligosakarida rantai
pendek seperti xilobiosa. Endoxilanase
memutus ikatan β-1,4 pada bagian dalam
rantai
xilan
secara
teratur
menjadi
xilooligosakarida (Richana 2002).
Enzim xilanase telah dimanfaatkan dalam
industri kertas dan pulp digunakan sebagai
pengganti bahan kimia pemutih kertas
(Subramaniyan dan Prema 2002; Beg et al.
2001), dalam pembuatan gula xilosa (Kulkarni
et al. 1999), campuran pakan ternak dan
penjernih sirup (Wong et al. 1988). Hasil
hidrolisis xilan menjadi xilooligosakarida

dimanfaatkan sebagai prebiotik (Vazques et
al. 2001).
Jenis mikroorganisme yang sudah umum
menghasilkan xilanase secara ekstraseluler
adalah bakteri dan cendawan. Melihat
besarnya kandungan hemiselulosa yang
terdapat pada limbah pertanian maka
pemanfaatan xilanase dalam penanganan
masalah
limbah
pertanian
perlu
dikembangkan. Informasi mengenai aktivitas
katalitik pada pH dan suhu optimumnya serta
kemampuan enzim menghidrolisis substrat
sangat diperlukan dalam pemanfaatan enzim.
Penelitian ini menggunakan tujuh isolat
bakteri xilanolitik asal tanah koleksi
laboratorium Bioteknologi Hewan dan
Biomedis, PPSHB IPB. Isolat yang digunakan
telah teridentifikasi memiliki kemampuan
xilanolitik.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menseleksi
dan karakterisasi xilanase dari bakteri
xilanolitik serta pemanfaatannya untuk
hidrolisis tongkol jagung.
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan
Februari sampai Desember 2010 di
Laboratorium Bioteknologi Hewan dan
Biomedis, Pusat Penelitian Sumberdaya
Hayati dan Bioteknologi (PPSHB) IPB.
Bahan dan Alat
Mikroorganisme yang digunakan adalah
isolat bakteri xilanolitik koleksi laboratorium
Bioteknologi Hewan dan Biomedis PPSHB
IPB yaitu isolat C, F, G, H, J, K1, dan P.
Substrat
yang digunakan adalah xilan
birchwood, xilan oat spelt, tongkol jagung
dan CMC (Carboxy Methyl Cellulose).
Larutan bufer sitrat (pH 3-5),bufer fosfat (pH
5-8) dan bufer tris-HCl (pH 8-9), ekstrak
khamir, sukrosa, serta bahan untuk analisa.
Alat-alat yang digunakan meliputi
spektrofotometer, pH meter, inkubator
bergoyang, vortex, penangas, pipet mikro,
sentrifus, tabung reaksi, erlenmeyer dan
peralatan laboratorium lainnya.
Metode Penelitian
Tahapan penelitian terdiri atas tiga tahap
yaitu penapisan isolat bakteri xilanolitik,
karakterisasi xilanase terpilih, dan hidrolisis
tongkol jagung oleh xilanase terpilih.

2

Penapisan Isolat Bakteri Xilanolitik
Peremajaan Isolat Xilanolitik. Isolat C, F,
G, H, J, K1, dan P diremajakan pada media
agar-agar xilan 1%, komposisi media
disajikan pada Lampiran 1. Peremajaan pada
media agar-agar diinkubasi pada suhu ruang
selama 24-48 jam. Hasil peremajaan
digunakan untuk penentuan kurva aktivitas
harian xilanase dengan menginokulasi isolat
bakteri pada media xilan cair 1 %.
Pengukuran Indeks Xilanolitik. Bakteri
xilanolitik ditumbuhkan pada media agar-agar
xilan 1% dan diinkubasi selama 2 hari pada
suhu ruang. Isolat pada cawan ditetesi merah
kongo 0,1% (0,1 g merah kongo dalam 100 ml
alkohol 96%), didiamkan selama 15 menit
kemudian dicuci dengan NaCl fisiologis 0,2
M dan disimpan selama dua hari dalam lemari
pendingin. Setelah dua hari dilakukan
pengukuran diameter zona bening di sekitar
koloni serta diameter koloni yang terbentuk.
Indeks xilanolitik ditetapkan berdasarkan
pengukuran zona bening dikurangi diameter
koloni dibagi diameter koloni.
Penetapan Waktu Inkubasi Aktivitas
Harian Xilanase. Sebanyak dua lup bakteri
hasil peremajaan diinokulasikan ke dalam 100
ml media xilan 1% cair dan diinkubasikan
dalam inkubator bergoyang 120 rpm pada
suhu 30˚C. Setiap 24 jam sekali selama 7-9
hari dilakukan pengukuran aktivitas xilanase.
Ekstrak kasar enzim (supernatan) diperoleh
dengan mensentrifugasi kultur pada 10.000
rpm selama 10 menit pada suhu 4˚C.
Aktivitas
xilanase
diukur
dengan
menghitung kandungan xilosa yang terbentuk
dan dianalisis dengan metode DNS (Miller
1959) dengan cara menambahkan enzim
ekstrak kasar sebanyak 500 l dalam substrat
xilan 1% dalam buffer fosfat pH 7 dan
diinkubasikan pada suhu 300C selama 10 dan
30 menit. Reaksi dihentikan dengan
menambahkan 1000 l DNS dan dididihkan
pada suhu 1000C selama 15 menit, kemudian
didinginkan pada suhu ruang dan dilakukan
pengukuran
pada
540nm dengan
spektrofotometer.
Prosedur
penyiapan
pereaksi DNS disajikan pada Lampiran 2.
Pengujian aktivitas xilanase dilakukan dengan
menggunakan blanko dan kontrol. Xilosa
digunakan
sebagai
standar
untuk
penghitungan aktivitas xilanase (Lampiran 3).
Satu unit aktivitas enzim adalah banyaknya
enzim yang dapat memproduksi 1 mol
xilosa/menit/ml dan satu unit aktivitas enzim
setara dengan 16.67 nkat/ml (Dybkaer 2001).

Aktivitas Spesifik Harian Isolat Terpilih.
Aktivitas spesifik dihitung berdasarkan nilai
aktivitas enzim xilanase dibagi dengan kadar
protein.
Pengukuran
kadar
protein
menggunakan metode Bradford (1976)
dengan mencampurkan 200 l enzim ekstrak
kasar dengan 2 ml reagen Bradford, divortex
lalu didiamkan selama 15 menit dan diukur
pada panjang gelombang 5λ5 nm. BSA
(Bovin Serum Albumin) digunakan sebagai
standar protein dalam pembuatan kurva
standar protein (Lampiran 4).
Karakterisasi Isolat Terpilih
Penentuan
pH
Optimum
Xilanase.
Penentuan pH optimum dilakukan dengan
cara mereaksikan enzim dengan substrat pada
berbagai pH pada suhu 30˚C selama 10 menit.
Bufer yang digunakan yaitu bufer sitrat fosfat
(pH 3.0-5.5), bufer fosfat (pH 6.0-8.0) dan
bufer Tris-HCl (pH 7.0-9.0). Gula pereduksi
yang terbentuk diukur dengan metode DNS
(Miller 1959).
Aktivitas Enzim Xilanase pada berbagai
Jenis Substrat. Enzim ekstrak kasar isolat
terpilih pada hari dan pH optimum dengan
suhu 30˚C diujikan pada substrat xilan
birchwood, xilan oat spelt, CMC (Carboxy
Methyl Cellulose) dan tongkol jagung.
Sebanyak 5 ml substrat ditambahkan 5 ml
xilanase ekstrak kasar, yang direaksikan
dalam erlenmeyer 100 ml selama 10 menit
pada suhu 30˚C. Campuran enzim dan substrat
diambil sebanyak 1 ml kemudian ditambahkan
DNS, setelah itu reaksi dihentikan dengan
menginkubasi sampel pada suhu 100˚C
selama 15 menit.
Pada hidrolisis tongkol jagung, sebanyak
0.05 g tongkol jagung dilarutkan dalam 5 ml
bufer dan 5 ml enzim ekstrak kasar pada
erlenmeyer 100 ml selama 10 menit pada suhu
30˚C.
Reaksi
dihentikan
dengan
menambahkan 50 l NaOH 0.2 M pada
campuran, selanjutnya campuran larutan
tersebut disentrifugasi pada kecepatan 2500
rpm selama 20 menit. Xilosa yang terbentuk
ditetapkan dengan metode DNS. Sebanyak 1
ml supernatan ditambahkan 1 ml DNS lalu
diinkubasi 100˚C selama 15 menit. Sampel
diukur dengan spektrofotometer pada panjang
gelombang 540 nm.
Uji Stabilitas Enzim Xilanase Ekstrak
Kasar. Stabilitas xilanase isolat terpilih diuji
dengan menginkubasi enzim ekstrak kasar
yang diperoleh pada substrat tongkol jagung
pada suhu 30˚C dan pH optimum. Aktivitas
xilanase dihitung setiap 12 jam sekali sampai

3

mengalami penurunan aktivitas yaitu dengan
menghitung jumlah xilosa yang terbentuk
melalui metode DNS (Miller 1959). Nilai
aktivitas relatif xilanase dinyatakan dalam
persentase.
Hidrolisis
Tongkol
Jagung
dengan
Xilanase. Tongkol jagung dihidrolisis dengan
enzim xilanase dari isolat terpilih. Xilanase
diperoleh dari isolat yang ditumbuhkan pada
media cair substrat tongkol jagung. Sebanyak
10 ml ekstrak kasar xilanase hasil sentrifugasi
direaksikan dengan 50 ml substrat tongkol
jagung dalam erlenmeyer 250 ml. Sampel
hasil hidrolisis sebanyak 1 ml diambil setiap 6
jam sekali. Perubahan gula pereduksi yang
terbentuk diamati dengan metode DNS (Miller
1959) sedangkan total gula dengan metode
fenol asam sulfat Dubois et al. (1956)
(Lampiran 5). Karakteristik produk hasil
hidrolisis ditentukan berdasarkan perubahan
nilai
derajat
polimerisasi
berdasarkan
perbandingan total gula dengan gula
pereduksi.
HASIL PENELITIAN
Penapisan Isolat Bakteri Xilanolitik
Peremajaan Isolat Xilanolitik. Isolat bakteri
xilanolitik yang ditanam pada media agar-agar
xilan birchwood 1% membutuhkan waktu
tumbuh sekitar 2 hari untuk masing-masing
isolat. Berdasarkan hasil peremajaan, ketujuh
isolat memiliki koloni bakteri dengan ciri dan
warna yang berbeda (Gambar 1). Isolat G, F,
dan C memiliki warna koloni kuning muda,
tipis dan sedikit licin. Koloni H, P, J dan K
berwarna kuning sedikit timbul dan
mengeluarkan polisakarida.

G

H

F

C

P

J

K
Gambar 1 Koloni hasil peremajaan isolat G,
H, F, C, P, J dan K1 pada media
agar-agar xilan birchwood 1%
diinkubasi pada suhu ruang selama 2
hari.

Pengukuran
Indeks
Xilanolitik.
Kemampuan ketujuh isolat mendegradasi
xilan ditunjukkan dengan terbentuknya zona
bening di sekitar koloni pada media agar-agar
xilan 1 %. Setelah inkubasi selama 2 hari zona
bening divisualisasi menggunakan merah
kongo 0,1%. Zona bening terbesar dimiliki
oleh isolat P (Gambar 2). Nilai indeks
xilanolitik tertinggi ditunjukkan oleh isolat P
(Tabel 1).
P

J

C
K

F
H

G

Gambar 2 Kemampuan xilanolitik isolat
G, H, F, C, P, J dan K1 pada
media
agar-agar
xilan
birchwood
1%
setelah
inkubasi 2 hari pada suhu
ruang.
Tabel 1 Pengukuran Indeks Xilanolitik
Isolat

Indeks Xilanolitik

C
F
G
H
J
K1
P

0,50
0,50
0,60
0,40
0,38
0,33
0,64

Waktu Inkubasi Aktivitas Harian Xilanase.
Produksi enzim xilanase tertinggi ditunjukkan
oleh isolat G dan dicapai pada hari ke-3
dengan aktivitas 2.293 nkat/ml dengan waktu
inkubasi 10 menit dan hari ke-4 dengan
aktivitas 0.470 nkat/ml dengan waktu inkubasi
30 menit. Aktivitas tertinggi enzim xilanase
isolat J pada waktu inkubasi 10 dan 30 menit
masing-masing 3.352 nkat/ml dan 0.235
nkat/ml pada hari ke-4. Isolat K1 memiliki
dua puncak aktivitas xilanase pada inkubasi
10 menit dan mencapai aktivitas tertinggi
pada hari ke-2 dengan aktivitas 3.528 nkat/ml
dan meningkat kembali pada hari ke-4,
sedangkan pada inkubasi 30 menit produksi
xilanase tertinggi pada hari ke-4 dengan
aktivitas 0.235 nkat/ml (Gambar 3).

3

mengalami penurunan aktivitas yaitu dengan
menghitung jumlah xilosa yang terbentuk
melalui metode DNS (Miller 1959). Nilai
aktivitas relatif xilanase dinyatakan dalam
persentase.
Hidrolisis
Tongkol
Jagung
dengan
Xilanase. Tongkol jagung dihidrolisis dengan
enzim xilanase dari isolat terpilih. Xilanase
diperoleh dari isolat yang ditumbuhkan pada
media cair substrat tongkol jagung. Sebanyak
10 ml ekstrak kasar xilanase hasil sentrifugasi
direaksikan dengan 50 ml substrat tongkol
jagung dalam erlenmeyer 250 ml. Sampel
hasil hidrolisis sebanyak 1 ml diambil setiap 6
jam sekali. Perubahan gula pereduksi yang
terbentuk diamati dengan metode DNS (Miller
1959) sedangkan total gula dengan metode
fenol asam sulfat Dubois et al. (1956)
(Lampiran 5). Karakteristik produk hasil
hidrolisis ditentukan berdasarkan perubahan
nilai
derajat
polimerisasi
berdasarkan
perbandingan total gula dengan gula
pereduksi.
HASIL PENELITIAN
Penapisan Isolat Bakteri Xilanolitik
Peremajaan Isolat Xilanolitik. Isolat bakteri
xilanolitik yang ditanam pada media agar-agar
xilan birchwood 1% membutuhkan waktu
tumbuh sekitar 2 hari untuk masing-masing
isolat. Berdasarkan hasil peremajaan, ketujuh
isolat memiliki koloni bakteri dengan ciri dan
warna yang berbeda (Gambar 1). Isolat G, F,
dan C memiliki warna koloni kuning muda,
tipis dan sedikit licin. Koloni H, P, J dan K
berwarna kuning sedikit timbul dan
mengeluarkan polisakarida.

G

H

F

C

P

J

K
Gambar 1 Koloni hasil peremajaan isolat G,
H, F, C, P, J dan K1 pada media
agar-agar xilan birchwood 1%
diinkubasi pada suhu ruang selama 2
hari.

Pengukuran
Indeks
Xilanolitik.
Kemampuan ketujuh isolat mendegradasi
xilan ditunjukkan dengan terbentuknya zona
bening di sekitar koloni pada media agar-agar
xilan 1 %. Setelah inkubasi selama 2 hari zona
bening divisualisasi menggunakan merah
kongo 0,1%. Zona bening terbesar dimiliki
oleh isolat P (Gambar 2). Nilai indeks
xilanolitik tertinggi ditunjukkan oleh isolat P
(Tabel 1).
P

J

C
K

F
H

G

Gambar 2 Kemampuan xilanolitik isolat
G, H, F, C, P, J dan K1 pada
media
agar-agar
xilan
birchwood
1%
setelah
inkubasi 2 hari pada suhu
ruang.
Tabel 1 Pengukuran Indeks Xilanolitik
Isolat

Indeks Xilanolitik

C
F
G
H
J
K1
P

0,50
0,50
0,60
0,40
0,38
0,33
0,64

Waktu Inkubasi Aktivitas Harian Xilanase.
Produksi enzim xilanase tertinggi ditunjukkan
oleh isolat G dan dicapai pada hari ke-3
dengan aktivitas 2.293 nkat/ml dengan waktu
inkubasi 10 menit dan hari ke-4 dengan
aktivitas 0.470 nkat/ml dengan waktu inkubasi
30 menit. Aktivitas tertinggi enzim xilanase
isolat J pada waktu inkubasi 10 dan 30 menit
masing-masing 3.352 nkat/ml dan 0.235
nkat/ml pada hari ke-4. Isolat K1 memiliki
dua puncak aktivitas xilanase pada inkubasi
10 menit dan mencapai aktivitas tertinggi
pada hari ke-2 dengan aktivitas 3.528 nkat/ml
dan meningkat kembali pada hari ke-4,
sedangkan pada inkubasi 30 menit produksi
xilanase tertinggi pada hari ke-4 dengan
aktivitas 0.235 nkat/ml (Gambar 3).

4

Gambar 3 Kurva aktivitas harian enzim
xilanase isolat G, J dan K1 yang
diuji terhadap substrat xilan
birchwood pada suhu 30ºC dan
pH 7.

hari ke-3 dan hari ke-2. Isolat C memiliki dua
puncak aktivitas pada waktu inkubasi 10
menit. Hari produksi enzim tertinggi dicapai
pada hari ke-3 (4.058 nkat/ml) dan mengalami
peningkatan nilai aktivitas kembali pada hari
ke-5. Produksi xilanase tertinggi pada waktu
inkubasi 30 menit dicapai pada hari ke-4
dengan nilai aktivitas 1.588 nkat/ml.
Produksi xilanase tertinggi isolat P pada
hari ke-7 dengan waktu inkubasi 10 dan 30
menit. Isolat P memiliki tiga puncak aktivitas
pada inkubasi 10 menit yaitu pada hari ke-2,
ke-4 dan ke-7. Nilai aktivitas hari ke-2 sebesar
5.116 nkat/ml, aktivitas meningkat pada hari
ke-4 sebesar 6,527 nkat/ml dan aktivitas
xilanase mencapai aktivitas tertinggi pada hari
ke-7 sebesar 17.465 nkat/ml. Produksi enzim
isolat P pada inkubasi 30 menit memiliki dua
puncak aktivitas hari ke-2 dan meningkat
kembali pada hari ke-7 dengan aktivitas
sebesar 7.586 nkat/ml.

Produksi enzim xilanase isolat H tertinggi
pada hari ke-2 dengan waktu inkubasi 10 dan
30 menit dengan aktivitas masing-masing
4.763 nkat/ml dan 1.823 nkat/ml (Gambar 4).
Nilai aktivitas xilanase dengan waktu inkubasi
30 menit meningkat kembali pada hari ke-7.

Gambar 5

Kurva aktivitas harian enzim
xilanase isolat P yang diuji
terhadap
substrat
xilan
birchwood pada suhu 30ºC
dan pH 7.

Nilai aktivitas enzim terbesar pada
masing-masing isolat ditunjukkan pada lama
inkubasi 10 menit. Isolat hasil seleksi yaitu
isolat P dipilih untuk karakterisasi lebih lanjut
Gambar 4 Kurva aktivitas harian enzim
xilanase isolat H, F dan C yang
diuji terhadap substrat xilan
birchwood pada suhu 30ºC dan
pH 7.
Produksi enzim isolat F pada waktu
inkubasi 10 dan 30 menit memiliki aktivitas
masing-masing 5.645 nkat/ml dan 4.410
nkat/ml pada hari ke-5 inkubasi. Isolat F
memiliki dua puncak aktivitas pada inkubasi
10 dan 30 menit yaitu masing-masing pada

Aktivitas Spesifik Harian Isolat Terpilih.
Kadar protein yang diperoleh digunakan
sebagai pembagi aktivitas xilanase untuk
memperoleh
aktivitas
spesifiknya.
Peningkatan nilai aktivitas spesifik sejalan
dengan kurva aktivitas harian. Nilai aktivitas
tertinggi pada aktivitas xilanase 17.465
nkat/ml sejalan nilai terbesar aktivitas
spesifiknya sebesar 123,87 nkat/mg (Tabel 2).

5

Tabel 2 Aktivitas dan aktivita spesifik
xilanase isolat P.
Aktivitas
Enzim
(nkat/ml)
3,705
5,116
1,941
6,527
6,351
6,704
17,465
8,115
0,000

Hari
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Aktivitas
Spesifik
(nkat/mg)
23,6
34,57
13,57
44,4
43,2
46,55
123,87
70,57
0

Stabilitas Enzim Xilanase Ekstrak Kasar.
Xilanase isolat P yang diuji stabilitasnya
selama 48 jam, mengalami penurunan
aktivitas pada selang inkubasi 12 jam.
Penurunan aktivitas sebesar 66.7% dari
aktivitas pada jam ke-12 mengalami
penurunan kembali pada jam ke-24 hingga
16.7% pada jam ke-36 dan kehilangan
aktivitasnya pada inkubasi jam ke-48 (Gambar
7).

Karakteristik Isolat Terpilih
pH Optimum Xilanase. Xilanase dari isolat P
mencapai aktivitas tertinggi pada pH 8 dengan
nilai aktivitas enzim 13.196 nkat/ml (Gambar
6).

Gambar 6 Pengaruh pH terhadap aktivitas
enzim xilanase isolat P pada suhu
30 ºC .
Aktivitas Enzim Xilanase pada Berbagai
Jenis Substrat. Aktivitas tertinggi xilanase
isolat P didapat pada substrat tongkol jagung
dengan nilai aktivitas 1.411 nkat/ml (Tabel 3).
Tabel 3 Spesifitas substrat xilanase isolat P
pada pH 8 dan suhu 30 ºC.
Aktivitas Enzim
Substrat
(nkat/ml)

Gambar 7 Stabilitas xilanase isolat P pada
suhu 30ºC selama 48 jam
inkubasi.

Hidrolisis
Tongkol
Jagung
dengan
Xilanase.
Produksi enzim xilanase ekstrak kasar
isolat P pada hari ke-7 dari substrat tongkol
jagung digunakan untuk menghidrolisis
tongkol jagung. Produk hidrolisis xilanase
isolat P memperlihatkan kenaikan gula
pereduksi selama inkubasi 12 jam dan nilai
total gula sampel relatif tetap. Xilanase aktif
menghidrolisis substrat tongkol jagung sampai
jam ke-12. Nilai derajat polimerisasi hasil
hidrolisis xilanase isolat P pada substrat
tongkol jagung mengalami penurunan sejalan
dengan meningkatnya gula pereduksi yang
terbentuk, nilai DP yang dihasilkan sekitar 7
(Tabel 4).
Tabel 4 Perubahan komposisi karbohidrat
pada tongkol jagung oleh xilanase
isolat P pada pH 8 dan suhu 30 ºC.
Jam
ke-

Total

Gula

Gula

Pereduksi

(mg/ml)

(mg/ml)

Derajat
Polimerisasi

Xilan Oat spelt

1,059

0

15,186

1,867

8,134

Xilan Birchwood

0,882

6

13,957

1,883

7,412

CMC

1,235

12

13,561

1,962

6,912

Tongkol Jagung

1,411

18

13,719

1,93

7,108

6

PEMBAHASAN
Penapisan Isolat Bakteri Xilanolitik
Peremajaan Isolat Xilanolitik. Isolat bakteri
xilanolitik yang ditanam pada media agar-agar
xilan birchwood 1% membutuhkan waktu
tumbuh sekitar 2-3 hari untuk masing-masing
isolat. Kemampuan tumbuh mikroorganisme
bergantung pada kondisi pH, suhu, waktu
inkubasi dan konsentrasi substrat sebagai
sumber karbonnya (Schlegel dan Schmidt
1994; Fardiaz 1992). Ketujuh isolat ini dapat
menggunakan xilan sebagai sumber karbon
yang terdapat dalam media xilan. Morfologi
isolat xilanolitik yang diremajakan pada
media xilan memiliki bentuk dan warna yang
berbeda. Hal ini dikarenakan keragaman
fisiologis masing-masing isolat.
Pengukuran
Indeks
Xilanolitik.
Kemampuan
ketujuh
isolat
dalam
menguraikan substrat xilan birchwood dapat
dilihat dengan terbentuknya zona bening
disekitar koloni. Substrat xilan menginduksi
dengan baik sintesis xilanase. Zat warna
kongo berikatan dengan ikatan glikosidik pada
xilan
menghasilkan
warna
merah.
Pembentukan zona bening menunjukkan
bahwa substrat xilan pada media agar-agar
dihidrolisis oleh xilanase.
Waktu Inkubasi Aktivitas Harian Xilanase.
Peningkatan nilai aktivitas pada inkubasi
kultur sampai hari ke-7 atau ke-9 menandakan
adanya induksi xilanase pada masing-masing
isolat tersebut. Beg et al. (2001) menyatakan
bahwa enzim xilanase dapat diinduksi oleh
xilan murni. Isolat-isolat yang dikulturkan ada
yang memiliki lebih dari satu puncak
aktivitas. Kurva aktivitas enzim mengalami
fluktuasi penurunan dan peningkatan aktivitas
selama inkubasi. Hal ini kemungkinan
dikarenakan adanya sistem enzim yang
bekerja secara sinergis dalam menghidrolisis
xilan yaitu β-xilosidase, eksoxilanase, dan
endoxilanase (Beg et al. 2001) tidak
dikeluarkan secara bersamaan. Selain itu,
penurunan aktivitas xilanase bisa juga
dikarenakan adanya penghambatan metabolit
(feedback inhibition) pada saat penurunan
aktivitas. Hal ini terjadi karena produk akhir
enzim biasanya memberikan efek alosterik
negatif terhadap kerja enzim (Purwoko 2007).
Menurut Madigan dan Martinko (2006),
penurunan aktivitas enzim dapat juga
disebabkan adanya isoenzim yang merupakan
protein berbeda yang dapat mengkatalisis

reaksi yang sama yang menghambat kerja
aktivitas enzim.
Isolat yang ditumbuhkan pada media cair
xilan birchwood 1% memiliki waktu optimum
untuk produksi enzim xilanase yang berbeda.
Perbedaan waktu optimum aktivitas xilanase
menunjukkan adanya keragaman fisiologi
diantara masing-masing isolat dalam hal
pemanfaatan xilan sebagai sumber karbon.
Xilanase yang mengurai xilan menjadi
monomer-monomer xilosa yang bersifat
sebagai gula pereduksi. Pembentukan gula
pereduksi dikuantifikasi dengan metode DNS
(Miller
1959).
Penambahan
DNS
(Dinitrosalisilic Acid) memperlihatkan adanya
perubahan warna yang terjadi karena adanya
reaksi antara gula pereduksi dalam hal ini
xilosa yang memiliki gugus karbonil yang
berada pada ujung rantai karbon dengan asam
dinitrosalisilat (Miller 1959).
Lama waktu inkubasi mempengaruhi kerja
enzim
dengan
substratnya
yang
mempengaruhi
nilai
aktivitas.
Reaksi
enzimatis pada perlakuan lama waktu inkubasi
antara 10 menit dan 30 menit memiliki nilai
aktivitas yang berbeda. Hasil pengukuran
kandungan gula pereduksi pada substrat xilan
birchwood 1% dari ketujuh isolat memiliki
aktivitas tertinggi pada waktu inkubasi 10
menit dibandingkan dengan lama inkubasi 30
menit. Hal ini menunjukkan xilanase bekerja
secara optimal selama waktu inkubasi 10
menit, setelah itu xilanase bersifat tidak stabil
sehingga pada pengukuran aktivitas dengan
waktu inkubasi 30 menit laju pembentukkan
gula pereduksi yang dihasilkan tidak
bertambah. Menurunnya kestabilan yang
ditandai dengan berkurangnya nilai aktivitas
diduga akibat adanya perubahan konformasi
enzim sehingga situs aktifnya tidak dapat
berikatan dengan substrat (Lehninger 1982).
Selain itu, kemungkinan
terbatasnya
ketersediaan xilan yang dapat dihidrolisis oleh
xilanase.
Aktivitas Spesifik Harian Isolat Terpilih.
Spesifitas kerja enzim xilanase isolat P
dihitung dengan mengukur kadar protein dari
enzim tersebut. Peningkatan nilai aktivitas
spesifik sejalan dengan kurva aktivitas harian.
Hal ini menunjukkan bahwa enzim yang
bekerja adalah enzim spesifik xilanase pada
protein yang diukur. Besarnya aktivitas
spesifik yang dihasilkan xilanase isolat P
untuk mencapai waktu optimum sampai hari
ketujuh sejalan dengan peningkatan aktivitas
enzim xilanasenya.

7

Karakteristik Isolat Terpilih
pH Optimum Xilanase. Enzim memiliki pH
optimum yang khas yang menyebabkan
aktivitas maksimal. Perubahan pH akan
mempengaruhi hilangnya aktivitas enzim
(Lehninger 1982). Kondisi pH optimum
dibutuhkan enzim untuk mengaktifkan seluruh
kerja enzim yang mengikat substrat dan
mengubahnya menjadi produk. Kondisi pH
yang rendah atau pH yang tinggi dapat
menyebabkan terjadinya proses denaturasi
yang akan menyebabkan menurunnya
aktivitas enzim, selain itu seperti pada protein
struktur ion enzim bergantung pada pH
lingkungan (Poedjiadi 1994).
Perubahan pH lingkungan berpengaruh
pada efektivitas sisi aktif dalam membentuk
kompleks enzim substrat. Hasil yang disajikan
pada Gambar 6 menunjukkan bahwa pada
kondisi pH asam, xilanase mengalami
denaturasi yang menyebabkan kehilangan
aktivitasnya.
Kisaran pH enzim xilanase yang
dihasilkan sangat luas antara pH 6-9. Kisaran
pH yang luas yang dimiliki enzim xilanase
tersebut kemungkinan adanya beberapa enzim
yang bekerjasama secara total dalam
menghidrolisis xilan.
Aktivitas Enzim Xilanase pada Berbagai
Jenis Substrat. Enzim memiliki spesifitas
yang tinggi terhadap substratnya (Lehninger
1982). Satu enzim tunggal akan bereaksi
dengan hanya satu substrat tunggal, atau
dalam beberapa hal dengan gugus kimia
tertentu pada substrat-substrat yang secara
kimiawi sekerabat (Pelczar dan Chan 1986).
Xilanase isolat P memiliki aktivitas yang
cukup besar pada berbagai substrat yang
berbeda. Nilai aktivitas enzim menunjukkan
hasil berbeda pada struktur xilan yang
berbeda. Xilanase memiliki afinitas yang
besar pada xilan oat spelt dibandingkan
dengan xilan birchwood. Oat spelt merupakan
xilan kayu lunak yang terdiri atas arabino-4-0metilglukoroxilan dan 4-0-metilglukoronat
yang merupakan rantai samping dari xilosa
(Li et al. 2000). Selain menghidrolisis rantai
utama xilanase isolat P juga menghidrolisis
rantai samping yang dimilikinya sehingga
aktivitas yang dihasilkan lebih besar dari xilan
birchwood. Xilan birchwood merupakan xilan
dari kayu keras yang terdiri atas O-asetil-(4O-metilglukoronoxilan yang tidak memiliki
rantai samping arabinosil (Beg et al. 2001;
Subramaniyan dan Prema 2002). Xilanase
isolat P juga memiliki aktivitas yang cukup
besar pada substrat CMC (Carboxymetyl

cellulose) yang menunjukkan adanya kerja
selulase dalam menghidrolisis ikatan β-1,4
glikosidik pada struktur selulosa murni yang
amorf (Lynd et al. 2002).
Xilanase ekstrak kasar isolat P pada pH
optimumnya memiliki aktivitas tertinggi pada
substrat tongkol jagung. Xilanase dapat
terinduksi oleh komponen lignoselulosa
seperti tongkol jagung (Beg et al. 2001).
Komposisi lignoselulosa tongkol jagung
setelah didelignifikasi pada varietas bisma
memiliki kandungan selulosa 44.36%,
hemiselulosa 30.38%, dan lignin 19.21%
(Meryandini et al. 2008). Xilanase isolat P
mampu menghidrolisis substrat tongkol
jagung yang memiliki struktur lebih kompleks
dengan kandungan selulosa yang tinggi
dibandingkan hemiselulosa dan lignin.
Artinya enzim isolat P selain mampu
menghidrolisis srtruktur xilan dan selulosa
murni juga mampu menghidrolisis struktur
kompleks
tongkol
jagung
sehingga
aktivitasnya lebih besar dari substrat murni.
Mekanisme sintesis enzim dibutuhkan
suatu induser yang merupakan substansi
berberat molekul rendah berupa subtrat dari
reaksi katalisis enzim (Pelczar dan Chan
1986). Substrat xilan birchwood, oat spelt dan
tongkol jagung merupakan induser mikroba
untuk menghasilkan xilanase, sedangkan
CMC merupakan induser mikroba yang
menghasikan selulase hal ini sesuai yang telah
dilaporkan (Richana et al. 2008).
Stabilitas Enzim Xilanase Ekstrak Kasar.
Secara umum enzim tidak memiliki waktu
penyimpanan yang cukup lama karena
berkurangnya aktivitas dan efektivitasnya.
Secara alami enzim akan kehilangan
aktivitasnya baik selama penggunaan maupun
selama penyimpanan karena faktor kimia,
fisika dan biologi (Crueger dan Crueger
1984).
Stabilitas xilanase isolat P pada kondisi pH
optimum dari tongkol jagung yang disimpan
pada suhu 27-30ºC mengalami penurunan
aktivitas selama penyimpanan sampai 48 jam.
Penurunan aktivitas seiring bertambahnya
waktu penyimpanan dimungkinkan adanya
perubahan
konformasi
xilanase
yang
mempengaruhi aktivitas enzim. Selain itu
banyak faktor baik fisika, kimia maupun
faktor biologi yang mempengaruhinya saat
penyimpanan (Pelczar dan Chan 1986).
Hidrolisis
Tongkol
Jagung
dengan
Xilanase. Gula pereduksi yang dihasilkan dari
produk hidrolisis xilanase pada tongkol
jagung memperlihatkan kenaikan selama

8

inkubasi 12 jam. Hal ini menunjukkan bahwa
selama 12 jam inkubasi, xilanase mampu
memecah xilan menjadi fraksi penyusunnya.
Total gula merupakan keseluruhan gula
yang dihasilkan dari hasil hidrolisis xilan oleh
enzim xilanase berupa oligosakarida dan
monosakarida.
Total
gula
ditetapkan
berdasarkan metode fenol dengan prinsip
bahwa
gula
sederhana,
oligosakarida,
polisakarida dan turunannya bereaksi dengan
fenol dan asam sulfat pekat menghasilkan
warna oranye (Dubois et al. 1956).
Derajat polimerisasi (DP) merupakan
perbandingan antara total gula dengan gula
pereduksi hasil hidrolisis tongkol jagung oleh
xilanase. Derajat polimerisasi menunjukkan
seberapa besar rantai polisakarida yang
merupakan polimer xilan dapat dipecah
menjadi monomernya xilosa. Semakin
meningkatnya nilai gula pereduksi maka nilai
derajat polimerisasinya semakin menurun.
Nilai
DP
yang
semakin
menurun
menunjukkan adanya proses hidrolisis secara
enzimatik oleh xilanase pada tongkol jagung.
Proses hidrolisis ini memecah polisakarida
tongkol jagung menjadi gula sederhana.
Xilanase yang bekerja menghidrolisis polimer
tongkol jagung menjadi oligomer gula
sederhana dengan nilai DP sekitar 7 adalah
endoxilanase. Xilooligosakarida
adalah
oligomer-oligomer gula dari unit xilosa
dengan derajat polimerisasi 2 hingga 20
(Vazquez et al. 2001). Selama 12 jam masa
inkubasi xilanase menghidrolisis xilan
(polisakarida) menjadi xilooligosakarida.
Xilanase pada pH alkali bisa digunakan
sebagai biobleaching pada industri pulp dan
kertas (Beg et al. 2001). Hasil hidrolisis
xilanase pada tongkol jagung menjadi
xilooligosakarida bisa dimanfaatkan sebagai
bahan pemanis dan bahan prebiotik (Vazques
et al. 2001).
SIMPULAN
Isolat xilanolitik yang terpilih adalah isolat
P yang memiliki aktivitas 17.465 nkat/ml
selama 10 menit inkubasi pada hari ke-7.
Xilanase Isolat P optimum pada pH 8 dan juga
memiliki selulase. Xilanase isolat P stabil
hingga inkubasi 12 jam dengan nilai DP
produk hasil hidrolisis tongkol jagung berkisar
7.
SARAN
Agar pemanfaatan xilanase efektif, perlu
analisa produk hidrolisis xilooligosakarida
secara kuantitatif dengan analisis HPLC (High

Performance Liquid Chromatography) untuk
menentukan
produk
hidrolisis
dan
menentukan besar ukuran polimer yang
terhidrolisis.
DAFTAR PUSTAKA
Beg Q, Kapoor KM, Mahajan L, Hoondal GS.
2001. Microbial xylanases and their
industrial aplications. J. Appl. Micribiol.
Biotechnol. 56:326-338.
Bradford MM. 1976. A rapid amd sensitif
method of quantition of microorganism
quantities of protein utilizing the
principle of protein binding. Anal
Biochem 72: 248-254.
Crueger W, Crueger A. 1984. Biotechnology:
a Textbook of Industrial Microbiology.
Sinauer Associates, Inc, Sunderland
USA.
Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers
PA, Smith F. 1956. Colorimetric method
for determination of sugar and related
substances. Anal Chem 28 (3):350-356.
Dybkaer R. 2001. Unit katal for catalytic
activity. Pure Appl Chem 73: 927-931.
Fardiaz S. 1992. Mikrobiologi Pangan 1.
Jakarta : Gramedia Pustaka Utama.
Fengel D dan Wegener G. 1995. Kayu: Kimia,
Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Sastrohamidjojo H, penerjemah. Yogyakarta:
Gajah
Mada
University
Press.
Terjemahan dari: Wood: Chemistry,
Ultrastructure, Reaction.
Kulkarni N, A Shendye, M Rao. 1999.
Molecular and biotechnological aspects
of xylanases. FEMS Microbial Rev.
23:411-456.
Lehninger A. 1982. Dasar-dasar Biokimia.
Volume
ke-1.
Suhartono
MT,
penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemah
dari Principles of Biochemistry.
Li K, Parastoo A, Robert C, Jeffrey T, John
SK, Karl–Erik LE. 2000. Relationships
between activities of xylanases and xylan
structures. Enzyme and Microbial Tech
27:89-94.
Lynd LR, Weimer PJ, Zyl WH, Pretorius IS.
2002. Microbial cellulose utilization:
Fundamental
and
biotechnology.
Microbial Molecul Bio Reviews 66:506577.

8

inkubasi 12 jam. Hal ini menunjukkan bahwa
selama 12 jam inkubasi, xilanase mampu
memecah xilan menjadi fraksi penyusunnya.
Total gula merupakan keseluruhan gula
yang dihasilkan dari hasil hidrolisis xilan oleh
enzim xilanase berupa oligosakarida dan
monosakarida.
Total
gula
ditetapkan
berdasarkan metode fenol dengan prinsip
bahwa
gula
sederhana,
oligosakarida,
polisakarida dan turunannya bereaksi dengan
fenol dan asam sulfat pekat menghasilkan
warna oranye (Dubois et al. 1956).
Derajat polimerisasi (DP) merupakan
perbandingan antara total gula dengan gula
pereduksi hasil hidrolisis tongkol jagung oleh
xilanase. Derajat polimerisasi menunjukkan
seberapa besar rantai polisakarida yang
merupakan polimer xilan dapat dipecah
menjadi monomernya xilosa. Semakin
meningkatnya nilai gula pereduksi maka nilai
derajat polimerisasinya semakin menurun.
Nilai
DP
yang
semakin
menurun
menunjukkan adanya proses hidrolisis secara
enzimatik oleh xilanase pada tongkol jagung.
Proses hidrolisis ini memecah polisakarida
tongkol jagung menjadi gula sederhana.
Xilanase yang bekerja menghidrolisis polimer
tongkol jagung menjadi oligomer gula
sederhana dengan nilai DP sekitar 7 adalah
endoxilanase. Xilooligosakarida
adalah
oligomer-oligomer gula dari unit xilosa
dengan derajat polimerisasi 2 hingga 20
(Vazquez et al. 2001). Selama 12 jam masa
inkubasi xilanase menghidrolisis xilan
(polisakarida) menjadi xilooligosakarida.
Xilanase pada pH alkali bisa digunakan
sebagai biobleaching pada industri pulp dan
kertas (Beg et al. 2001). Hasil hidrolisis
xilanase pada tongkol jagung menjadi
xilooligosakarida bisa dimanfaatkan sebagai
bahan pemanis dan bahan prebiotik (Vazques
et al. 2001).
SIMPULAN
Isolat xilanolitik yang terpilih adalah isolat
P yang memiliki aktivitas 17.465 nkat/ml
selama 10 menit inkubasi pada hari ke-7.
Xilanase Isolat P optimum pada pH 8 dan juga
memiliki selulase. Xilanase isolat P stabil
hingga inkubasi 12 jam dengan nilai DP
produk hasil hidrolisis tongkol jagung berkisar
7.
SARAN
Agar pemanfaatan xilanase efektif, perlu
analisa produk hidrolisis xilooligosakarida
secara kuantitatif dengan analisis HPLC (High

Performance Liquid Chromatography) untuk
menentukan
produk
hidrolisis
dan
menentukan besar ukuran polimer yang
terhidrolisis.
DAFTAR PUSTAKA
Beg Q, Kapoor KM, Mahajan L, Hoondal GS.
2001. Microbial xylanases and their
industrial aplications. J. Appl. Micribiol.
Biotechnol. 56:326-338.
Bradford MM. 1976. A rapid amd sensitif
method of quantition of microorganism
quantities of protein utilizing the
principle of protein binding. Anal
Biochem 72: 248-254.
Crueger W, Crueger A. 1984. Biotechnology:
a Textbook of Industrial Microbiology.
Sinauer Associates, Inc, Sunderland
USA.
Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers
PA, Smith F. 1956. Colorimetric method
for determination of sugar and related
substances. Anal Chem 28 (3):350-356.
Dybkaer R. 2001. Unit katal for catalytic
activity. Pure Appl Chem 73: 927-931.
Fardiaz S. 1992. Mikrobiologi Pangan 1.
Jakarta : Gramedia Pustaka Utama.
Fengel D dan Wegener G. 1995. Kayu: Kimia,
Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Sastrohamidjojo H, penerjemah. Yogyakarta:
Gajah
Mada
University
Press.
Terjemahan dari: Wood: Chemistry,
Ultrastructure, Reaction.
Kulkarni N, A Shendye, M Rao. 1999.
Molecular and biotechnological aspects
of xylanases. FEMS Microbial Rev.
23:411-456.
Lehninger A. 1982. Dasar-dasar Biokimia.
Volume
ke-1.
Suhartono
MT,
penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemah
dari Principles of Biochemistry.
Li K, Parastoo A, Robert C, Jeffrey T, John
SK, Karl–Erik LE. 2000. Relationships
between activities of xylanases and xylan
structures. Enzyme and Microbial Tech
27:89-94.
Lynd LR, Weimer PJ, Zyl WH, Pretorius IS.
2002. Microbial cellulose utilization:
Fundamental
and
biotechnology.
Microbial Molecul Bio Reviews 66:506577.

i

PENAPISAN BAKTERI XILANOLITIK DAN KARAKTERISASI
XILANASENYA UNTUK HIDROLISIS TONGKOL JAGUNG

DESI MUNGGARANI NATALIA

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

8

inkubasi 12 jam. Hal ini menunjukkan bahwa
selama 12 jam inkubasi, xilanase mampu
memecah xilan menjadi fraksi penyusunnya.
Total gula merupakan keseluruhan gula
yang dihasilkan dari hasil hidrolisis xilan oleh
enzim xilanase berupa oligosakarida dan
monosakarida.
Total
gula
ditetapkan
berdasarkan metode fenol dengan prinsip
bahwa
gula
sederhana,
oligosakarida,
polisakarida dan turunannya bereaksi dengan
fenol dan asam sulfat pekat menghasilkan
warna oranye (Dubois et al. 1956).
Derajat polimerisasi (DP) merupakan
perbandingan antara total gula dengan gula
pereduksi hasil hidrolisis tongkol jagung oleh
xilanase. Derajat polimerisasi menunjukkan
seberapa besar rantai polisakarida yang
merupakan polimer xilan dapat dipecah
menjadi monomernya xilosa. Semakin
meningkatnya nilai gula pereduksi maka nilai
derajat polimerisasinya semakin menurun.
Nilai
DP
yang
semakin
menurun
menunjukkan adanya proses hidrolisis secara
enzimatik oleh xilanase pada tongkol jagung.
Proses hidrolisis ini memecah polisakarida
tongkol jagung menjadi gula sederhana.
Xilanase yang bekerja menghidrolisis polimer
tongkol jagung menjadi oligomer gula
sederhana dengan nilai DP sekitar 7 adalah
endoxilanase. Xilooligosakarida
adalah
oligomer-oligomer gula dari unit xilosa
dengan derajat polimerisasi 2 hingga 20
(Vazquez et al. 2001). Selama 12 jam masa
inkubasi xilanase menghidrolisis xilan
(polisakarida) menjadi xilooligosakarida.
Xilanase pada pH alkali bisa digunakan
sebagai biobleaching pada industri pulp dan
kertas (Beg et al. 2001). Hasil hidrolisis
xilanase pada tongkol jagung menjadi
xilooligosakarida bisa dimanfaatkan sebagai
bahan pemanis dan bahan prebiotik (Vazques
et al. 2001).
SIMPULAN
Isolat xilanolitik yang terpilih adalah isolat
P yang memiliki aktivitas 17.465 nkat/ml
selama 10 menit inkubasi pada hari ke-7.
Xilanase Isolat P optimum pada pH 8 dan juga
memiliki selulase. Xilanase isolat P stabil
hingga inkubasi 12 jam dengan nilai DP
produk hasil hidrolisis tongkol jagung berkisar
7.
SARAN
Agar pemanfaatan xilanase efektif, perlu
analisa produk hidrolisis xilooligosakarida
secara kuantitatif dengan analisis HPLC (High

Performance Liquid Chromatography) untuk
menentukan
produk
hidrolisis
dan
menentukan besar ukuran polimer yang
terhidrolisis.
DAFTAR PUSTAKA
Beg Q, Kapoor KM, Mahajan L, Hoondal GS.
2001. Microbial xylanases and their
industrial aplications. J. Appl. Micribiol.
Biotechnol. 56:326-338.
Bradford MM. 1976. A rapid amd sensitif
method of quantition of microorganism
quantities of protein utilizing the
principle of protein binding. Anal
Biochem 72: 248-254.
Crueger W, Crueger A. 1984. Biotechnology:
a Textbook of Industrial Microbiology.
Sinauer Associates, Inc, Sunderland
USA.
Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers
PA, Smith F. 1956. Colorimetric method
for determination of sugar and related
substances. Anal Chem 28 (3):350-356.
Dybkaer R. 2001. Unit katal for catalytic
activity. Pure Appl Chem 73: 927-931.
Fardiaz S. 1992. Mikrobiologi Pangan 1.
Jakarta : Gramedia Pustaka Utama.
Fengel D dan Wegener G. 1995. Kayu: Kimia,
Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Sastrohamidjojo H, penerjemah. Yogyakarta:
Gajah
Mada
University
Press.
Terjemahan dari: Wood: Chemistry,
Ultrastructure, Reaction.
Kulkarni N, A Shendye, M Rao. 1999.
Molecular and biotechnological aspects
of xylanases. FEMS Microbial Rev.
23:411-456.
Lehninger A. 1982. Dasar-dasar Biokimia.
Volume
ke-1.
Suhartono
MT,
penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemah
dari Principles of Biochemistry.
Li K, Parastoo A, Robert C, Jeffrey T, John
SK, Karl–Erik LE. 2000. Relationships
between activities of xylanases and xylan
structures. Enzyme and Microbial Tech
27:89-94.
Lynd LR, Weimer PJ, Zyl WH, Pretorius IS.
2002. Microbial cellulose utilization:
Fundamental
and
biotechnology.
Microbial Molecul Bio Reviews 66:506577.

9

Madigan T, Martinko JM. 2006. Brock
Biology of Microorganisms. Prentice
Hall Internasional Inc, New Jersey.
Meryandini A, Sunarti TC, Naomi A, Mutia F.
2008. Using Streptomyces xylanase to
produce
xilooligosacharides
from
corncob. Biotropia 15(2): 119-128.
Miller GL. 1959. Dinitrosalisic assay. Anal
Chem 31: 426-428.
Pelczar Michael J, Chan ECS. 1986. Dasardasar Mikrobiologi I. Hadioetomo RS et
al., penerjemah. Jakarta: Universitas
Indonesia (UI-Ptress). Terjemahan dari:
Elements of Microbiology.
Poedjiadi A. 1994. Dasar-Dasar Biokimia.
Jakarta: UI Press.
Purwoko T. 2007. Fisiologi Mikroba. Jakarta:
Bumi Aksara.
Richana N. 2002. Produksi dan prospek enzim
xilanase
dalam
pengembangan
bioindustri di Indonesia. AgroBio
5(1):29-36.
Richana N, Irawadi TT, Nur A, Syamsu A.
2008. Isolasi identifikasi bakteri
penghasil xilanase serta karakterisasi
enzimya. AgroBio 4(1):24-34.
Schlegel Hans G, Schmidt K. 1994.
Mikrobiologi Umum. Baskoro T,
penerjemah. Yogyakarta: Gajah Mada
University Press. Terjemahan dari: All
Gemeine Mikrobiologie.
Subramaniyan
S,
Prema
P.
2002.
Biotechnology of Microbial Xylanases:
Enzymology, molecular biology and
aplication. Critic. Rev. in Biotechnol.
22(1):33-64.
Vazquez MJ, Alonso JL, Dominguez H,
Parajo JC. 2001. Xylooligosaccharides:
Manufacture and Applications. Trends
Food Sci Technol 11: 387-393.
Wong KKY, Tan LUL, Saddler JN. 1988.
Multiplicity of β-1,4-xylanase in
microorganisms:
functions
and
applications. Microbial Rev. 52(3); 305317.

i

PENAPISAN BAKTERI XILANOLITIK DAN KARAKTERISASI
XILANASENYA UNTUK HIDROLISIS TONGKOL JAGUNG

DESI MUNGGARANI NATALIA

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

ii

ABSTRAK
DESI MUNGGARANI NATALIA. Penapisan Bakteri Xilanolitik dan Karakterisasi Xilanasenya
untuk Hidrolisis Tongkol Jagung. Dibimbing oleh ANJA MERYANDINI dan TITI CANDRA
SUNARTI.
Hemiselulosa merupakan polisakarida terbesar ke-2 di alam, dengan komponen utama
penyusunnya adalah xilan. Bakteri xilanolitik mampu menghasilkan enzim ekstraseluler yang
dapat menghidrolisis limbah pertanian, khususnya yang mengandung xilan menjadi xilosa dan
xilooligosakarida. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan penapisan bakteri xilanolitik isolat
lokal dan karakterisasi enzim xilanasenya, yang akan digunakan untuk menghidrolisis tongkol
jagung. Pada penelitian ini diseleksi 7 isolat bakteri (isolat C, F, G, H, J, K1, dan P ) secara
kualitatif yang mempunyai kemampuan menghidrolisis xilan serta aktivitas enzim hariannya.
Enzim dari isolat terpilih kemudian dikarakterisasi pH optimum, spesifitas substrat dan
stabilitasnya, serta pemanfaatannya sebagai katalis dalam hidrolisis tongkol jagung. Hasil seleksi
terpilih isolat P yang menghasilkan enzim dengan aktivitas tertinggi (17.465 nkat/ml) pada hari ke7. Xilanase tersebut mempunyai aktivitas optimum pada pH 8, dan spesifitas substrat tertinggi
pada tongkol jagung, serta stabil pada suhu 30˚C hingga jam ke-12. Produk hasil hidrolisis tongkol
jagung setelah jam ke-12 berupa oligosakarida dengan DP sekitar 7.
Kata kunci : xilanase, bakteri, isolat lokal, tongkol jagung

ABSTRACT
DESI MUNGGARANI NATALIA. Screening of Xylanolitic Bacteria and Characterization of its
Xylanase for Corncob Hydrolysis. Supervised by ANJA MERYANDINI and TITI CANDRA
SUNARTI.
Hemicellulose is the second largest polysaccharide in nature after cellulose, which consists of
xylan as