AMOBILISASI ENZIM α-AMILASE DARI Bacillus subtilis ITBCCB 148 DENGAN MENGGUNAKAN KARBOKSIL METIL SELULOSA (CMC)
ABSTRAK
AMOBILISASI ENZIM α-AMILASE DARI Bacillus subtilis ITBCCB 148
DENGAN MENGGUNAKAN KARBOKSIL METIL SELULOSA (CMC)
Oleh
DEVI SUSANTI
Enzim telah banyak digunakan secara komersil. Namun, Enzim memiliki
beberapa kelemahan di antaranya harganya yang mahal, ketersediaan dan sifatnya
yang hanya sekali pakai dan tidak stabil sehingga mengakibatkan pemakainnya
pada industri sangat terbatas. Untuk mengatasi atau mengurangi kelemahankelemahan tersebut maka dikembangkan teknik amobilisasi enzim.
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan enzim α-amilase
dari Bacillus subtilis ITBCCB 148 dengan proses amobilisasi menggunakan CMC
sebagai matriks pengamobil.
Untuk mencapai tujuan tersebut dilakukan
pemurnian enzim yaitu fraksinasi dengan amonium sulfat, dialisis, dan
kromatografi kolom penukar ion CM-selulosa.
Enzim hasil pemurnian
diamobilisasi dengan karboksil metil selulosa (CMC). Pengujian aktivitas αamilase dilakukan dengan metoda Fuwa dan metoda Mandels, sedangkan
pengujian kadar protein dilakukan dengan metoda Lowry.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Enzim α-amilase hasil pemurnian
Memiliki aktivitas sebesar 15.720 U/mg, meningkat kemurniannya 14 kali
dibandingkan dengan ekstrak kasar enzim dengan perolehan 20%. Enzim ini
mempunyai suhu optimum 60°C, harga KM = 2,85 mg mL-1 substrat, dan harga
Vmaks = 71,428 µmol mL-1 menit-1. Uji stabilitas termal pada suhu 60°C selama
60 menit masih memiliki aktivitas sisa 0,95%, t1/2 = 7,875 menit, ki = 0,088 menit1
, dan ΔGi = 99,95 kJ mol-1.
Enzim hasil amobilisasi mengalami perubahan suhu optimum dari 60
menjadi 65°C. Enzim hasil amobilisasi mempunyai nilai KM = 3,125 mg mL-1
substrat, dan harga Vmaks = 62,5 µmol mL-1 menit-1. Uji stabilitas enzim hasil
amobilisasi pada suhu 60°C selama 60 menit masih memiliki aktivitas sisa 26,6%,
t1/2 = 28,875 menit, ki = 0,024 menit-1, dan ΔGi = 103,53 kJ mol-1.Enzim hasil
amobilisasi dapat digunakan hingga 6 kali pemakaian.
Enzim hasil amobilisasi menggunakan karboksil metil selulosa (CMC)
mempunyai stabilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan enzim hasil
pemurnian. Stabilitas enzim hasil amobilisasi meningkat hingga 3,67 kali,
penurunan nilai ki, peningkatan waktu paruh dan ΔGi menunjukkan bahwa enzim
hasil amobilisasi lebih stabil dibandingkan dengan enzim hasil pemurnian.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Enzim adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup
dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator. Pada saat ini terdapat
empat jenis enzim yang diproduksi pada skala tinggi, yaitu protease,
glukoamilase,
α-amilase,
dan
glukosa
isomerase
(Suhartono,1989).
Berdasarkan Internasional Union of Bioshemistry, enzim α-amilase termasuk
golongan hidrolase. Enzim α-amilase menghidrolisis ikatan α-1,4 glikosidik
dan bersifat endoamilase, yaitu enzim yang memecah pati secara acak dari
tengah atau bagian dalam molekul. α-amilase mempunyai peran penting
dalam bioteknologi, yaitu dalam industri gula cair sebagai katalisator
pengubah pati menjadi gula sederhana (Poedjiadi, 1994).
Enzim α-amilase dapat dihasilkan dari beberapa mikroorganisme secara
ekstraselluler, misalnya Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus
awamon, Bacillus mecentricus, Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus,
dan Bacillus licheniformis. Bacillus subtilis merupakan bakteri yang
mempunyai spora berbentuk oval atau silinder dan lebarnya tidak melebihi
dari sel induknya. Mikroorganisme ini bersifat gram positif dan bersifat aerob
2
( Schelege dan Schmidt,1994). Bacillus subtilis mudah ditumbuhkan pada
media sederhana, tidak bersifat patogen, dan dapat tumbuh pada suhu yang
sedikit tinggi.
Enzim telah banyak digunakan secara komersil, disebabkan sifatnya sebagai
biokatalis yang dapat bekerja secara spesifik dan efisien. Namun menurut
Wirawan (1987), enzim memiliki beberapa kelemahan di antaranya harganya
yang mahal, ketersediaan dan sifatnya yang hanya sekali pakai sehingga
mengakibatkan pemakaianya pada industri sangat terbatas.
Menurut Judoamidjojo dkk., (1989), untuk mengatasi atau mengurangi
kelemahan-kelemahan tersebut maka dikembangkan teknik amobilisasi
enzim. Enzim yang telah teramobilisasi mempunyai beberapa keuntungan di
antaranya mudah diperlakukan, mudah dikontrol aktivitasnya, serta dapat
digunakan berulang kali.
Menurut
Chibata
(1978),
metode
untuk
amobilisasi
enzim
dapat
dikelompokkan dalam tiga kategori, yaitu: (1) Metode penjebakan, (2)
Metoda pengikatan (adsorbsi) pada bahan pendukung, dan (3) Metoda ikatan
silang.
Amobilisasi enzim dengan metoda adsorbsi dapat dilakukan dengan berbagai
bahan pendukung. Ikatan kimia yang dapat terbentuk adalah ikatan hidrogen,
ikatan hidrofobik, dan gaya Van der waals yang bersifat lemah sehingga
3
kemungkinan untuk berubahnya konformasi enzim secara fisik dapat
diabaikan. Cara ini mempunyai keuntungan yaitu, dapat membentuk enzim
amobil yang lebih banyak dari pada hasil amobilisasi enzim dengan cara lain,
karena pada cara ini enzim berada langsung pada permukaan bahan
pendukung yang kemungkinan bertemunya enzim dengan substrat lebih besar
dan akan terbentuk kompleks enzim-substrat yang lebih banyak pula.
Pengikatan pada metoda adsorbsi ini yaitu, dengan cara pengikatan ion dan
ikatan kovalen.
Dalam penelitian ini amobilisasi enzim α-amilase dilakukan dengan cara
ikatan ion menggunakan bahan pendukung yang mengandung residu penukar
ion, baik penukar anion maupun penukar kation. Cara ini memiliki kelebihan
yaitu, ikatan yang terbentuk relatif lebih kuat daripada adsorbsi. Bahan
pendukung yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah karboksil metil
selulosa (CMC).
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Isolasi enzim α-amilase dari Bacillus subtilis ITBCCB 148
2. Melakukan
pemurnian
enzim
α-amilase
yang
diperoleh
dan
pemurnian
dan
mengkarakterisasi enzim hasil pemurnian tersebut.
3. Melakukan
amobilisasi
enzim
α-amilase
mengkarakterisasi hasil amobilisasi tersebut.
hasil
4
C. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi kalangan industri
enzim, mengenai kemampuan karboksil metil selulosa (CMC) untuk dapat
digunakan sebagai bahan pengamobil enzim α-amilase.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Ekstrak kasar enzim α-amilase yang diproduksi sebanyak 2L memiliki
aktivitas unit sebesar 184 U/mL, kandungan protein 0,166 mg/mL, dan
aktivitas spesifik sebesar 1.109 U/mg.
2. Hasil pemurnian enzim α-amilase yang dihasilkan sebanyak 481 mL
mempunyai aktivitas unit sebesar 157 U/mL, kandungan protein 0,01
mg/mL, aktivitas spesifik sebesar 15.720 U/mg dan perolehan = 20%.
Enzim α-amilase hasil pemurnian mempunyai suhu optimum 60°C, harga
KM = 2,85 mg mL-1 substrat, harga Vmaks = 71,428 µmol mL-1 menit-1, t1/2
= 7,875 menit, ki = 0,088 menit-1, dan ΔGi = 99,95 kJ mol-1.
3. Enzim hasil amobilisasi mengalami perubahan suhu optimum menjadi
65°C. Enzim hasil amobilisasi mempunyai nilai KM = 3,125 mg mL-1
substrat, harga Vmaks = 62,5 µmol mL-1 menit-1, t1/2 = 28,875 menit, ki =
0,024 menit-1, ΔGi = 103,53 kJ mol-1 dan enzim hasil amobilisasi dapat
digunakan hingga 6 kali pemakaian.
50
B. Saran
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka disarankan dilakukan penelitian
lebih lanjut tentang optimasi pengikatan enzim α-amilase dengan CMselulosa secara kromatografi penukar ion dan mencari alternatif matriks
pengamobil selain CM-selulosa.
AMOBILISASI ENZIM α-AMILASE DARI Bacillus subtilis ITBCCB 148
DENGAN MENGGUNAKAN KARBOKSIL METIL SELULOSA (CMC)
Oleh
DEVI SUSANTI
Enzim telah banyak digunakan secara komersil. Namun, Enzim memiliki
beberapa kelemahan di antaranya harganya yang mahal, ketersediaan dan sifatnya
yang hanya sekali pakai dan tidak stabil sehingga mengakibatkan pemakainnya
pada industri sangat terbatas. Untuk mengatasi atau mengurangi kelemahankelemahan tersebut maka dikembangkan teknik amobilisasi enzim.
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan enzim α-amilase
dari Bacillus subtilis ITBCCB 148 dengan proses amobilisasi menggunakan CMC
sebagai matriks pengamobil.
Untuk mencapai tujuan tersebut dilakukan
pemurnian enzim yaitu fraksinasi dengan amonium sulfat, dialisis, dan
kromatografi kolom penukar ion CM-selulosa.
Enzim hasil pemurnian
diamobilisasi dengan karboksil metil selulosa (CMC). Pengujian aktivitas αamilase dilakukan dengan metoda Fuwa dan metoda Mandels, sedangkan
pengujian kadar protein dilakukan dengan metoda Lowry.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Enzim α-amilase hasil pemurnian
Memiliki aktivitas sebesar 15.720 U/mg, meningkat kemurniannya 14 kali
dibandingkan dengan ekstrak kasar enzim dengan perolehan 20%. Enzim ini
mempunyai suhu optimum 60°C, harga KM = 2,85 mg mL-1 substrat, dan harga
Vmaks = 71,428 µmol mL-1 menit-1. Uji stabilitas termal pada suhu 60°C selama
60 menit masih memiliki aktivitas sisa 0,95%, t1/2 = 7,875 menit, ki = 0,088 menit1
, dan ΔGi = 99,95 kJ mol-1.
Enzim hasil amobilisasi mengalami perubahan suhu optimum dari 60
menjadi 65°C. Enzim hasil amobilisasi mempunyai nilai KM = 3,125 mg mL-1
substrat, dan harga Vmaks = 62,5 µmol mL-1 menit-1. Uji stabilitas enzim hasil
amobilisasi pada suhu 60°C selama 60 menit masih memiliki aktivitas sisa 26,6%,
t1/2 = 28,875 menit, ki = 0,024 menit-1, dan ΔGi = 103,53 kJ mol-1.Enzim hasil
amobilisasi dapat digunakan hingga 6 kali pemakaian.
Enzim hasil amobilisasi menggunakan karboksil metil selulosa (CMC)
mempunyai stabilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan enzim hasil
pemurnian. Stabilitas enzim hasil amobilisasi meningkat hingga 3,67 kali,
penurunan nilai ki, peningkatan waktu paruh dan ΔGi menunjukkan bahwa enzim
hasil amobilisasi lebih stabil dibandingkan dengan enzim hasil pemurnian.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Enzim adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup
dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator. Pada saat ini terdapat
empat jenis enzim yang diproduksi pada skala tinggi, yaitu protease,
glukoamilase,
α-amilase,
dan
glukosa
isomerase
(Suhartono,1989).
Berdasarkan Internasional Union of Bioshemistry, enzim α-amilase termasuk
golongan hidrolase. Enzim α-amilase menghidrolisis ikatan α-1,4 glikosidik
dan bersifat endoamilase, yaitu enzim yang memecah pati secara acak dari
tengah atau bagian dalam molekul. α-amilase mempunyai peran penting
dalam bioteknologi, yaitu dalam industri gula cair sebagai katalisator
pengubah pati menjadi gula sederhana (Poedjiadi, 1994).
Enzim α-amilase dapat dihasilkan dari beberapa mikroorganisme secara
ekstraselluler, misalnya Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus
awamon, Bacillus mecentricus, Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus,
dan Bacillus licheniformis. Bacillus subtilis merupakan bakteri yang
mempunyai spora berbentuk oval atau silinder dan lebarnya tidak melebihi
dari sel induknya. Mikroorganisme ini bersifat gram positif dan bersifat aerob
2
( Schelege dan Schmidt,1994). Bacillus subtilis mudah ditumbuhkan pada
media sederhana, tidak bersifat patogen, dan dapat tumbuh pada suhu yang
sedikit tinggi.
Enzim telah banyak digunakan secara komersil, disebabkan sifatnya sebagai
biokatalis yang dapat bekerja secara spesifik dan efisien. Namun menurut
Wirawan (1987), enzim memiliki beberapa kelemahan di antaranya harganya
yang mahal, ketersediaan dan sifatnya yang hanya sekali pakai sehingga
mengakibatkan pemakaianya pada industri sangat terbatas.
Menurut Judoamidjojo dkk., (1989), untuk mengatasi atau mengurangi
kelemahan-kelemahan tersebut maka dikembangkan teknik amobilisasi
enzim. Enzim yang telah teramobilisasi mempunyai beberapa keuntungan di
antaranya mudah diperlakukan, mudah dikontrol aktivitasnya, serta dapat
digunakan berulang kali.
Menurut
Chibata
(1978),
metode
untuk
amobilisasi
enzim
dapat
dikelompokkan dalam tiga kategori, yaitu: (1) Metode penjebakan, (2)
Metoda pengikatan (adsorbsi) pada bahan pendukung, dan (3) Metoda ikatan
silang.
Amobilisasi enzim dengan metoda adsorbsi dapat dilakukan dengan berbagai
bahan pendukung. Ikatan kimia yang dapat terbentuk adalah ikatan hidrogen,
ikatan hidrofobik, dan gaya Van der waals yang bersifat lemah sehingga
3
kemungkinan untuk berubahnya konformasi enzim secara fisik dapat
diabaikan. Cara ini mempunyai keuntungan yaitu, dapat membentuk enzim
amobil yang lebih banyak dari pada hasil amobilisasi enzim dengan cara lain,
karena pada cara ini enzim berada langsung pada permukaan bahan
pendukung yang kemungkinan bertemunya enzim dengan substrat lebih besar
dan akan terbentuk kompleks enzim-substrat yang lebih banyak pula.
Pengikatan pada metoda adsorbsi ini yaitu, dengan cara pengikatan ion dan
ikatan kovalen.
Dalam penelitian ini amobilisasi enzim α-amilase dilakukan dengan cara
ikatan ion menggunakan bahan pendukung yang mengandung residu penukar
ion, baik penukar anion maupun penukar kation. Cara ini memiliki kelebihan
yaitu, ikatan yang terbentuk relatif lebih kuat daripada adsorbsi. Bahan
pendukung yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah karboksil metil
selulosa (CMC).
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Isolasi enzim α-amilase dari Bacillus subtilis ITBCCB 148
2. Melakukan
pemurnian
enzim
α-amilase
yang
diperoleh
dan
pemurnian
dan
mengkarakterisasi enzim hasil pemurnian tersebut.
3. Melakukan
amobilisasi
enzim
α-amilase
mengkarakterisasi hasil amobilisasi tersebut.
hasil
4
C. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi kalangan industri
enzim, mengenai kemampuan karboksil metil selulosa (CMC) untuk dapat
digunakan sebagai bahan pengamobil enzim α-amilase.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Ekstrak kasar enzim α-amilase yang diproduksi sebanyak 2L memiliki
aktivitas unit sebesar 184 U/mL, kandungan protein 0,166 mg/mL, dan
aktivitas spesifik sebesar 1.109 U/mg.
2. Hasil pemurnian enzim α-amilase yang dihasilkan sebanyak 481 mL
mempunyai aktivitas unit sebesar 157 U/mL, kandungan protein 0,01
mg/mL, aktivitas spesifik sebesar 15.720 U/mg dan perolehan = 20%.
Enzim α-amilase hasil pemurnian mempunyai suhu optimum 60°C, harga
KM = 2,85 mg mL-1 substrat, harga Vmaks = 71,428 µmol mL-1 menit-1, t1/2
= 7,875 menit, ki = 0,088 menit-1, dan ΔGi = 99,95 kJ mol-1.
3. Enzim hasil amobilisasi mengalami perubahan suhu optimum menjadi
65°C. Enzim hasil amobilisasi mempunyai nilai KM = 3,125 mg mL-1
substrat, harga Vmaks = 62,5 µmol mL-1 menit-1, t1/2 = 28,875 menit, ki =
0,024 menit-1, ΔGi = 103,53 kJ mol-1 dan enzim hasil amobilisasi dapat
digunakan hingga 6 kali pemakaian.
50
B. Saran
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka disarankan dilakukan penelitian
lebih lanjut tentang optimasi pengikatan enzim α-amilase dengan CMselulosa secara kromatografi penukar ion dan mencari alternatif matriks
pengamobil selain CM-selulosa.