Isolasi dan Optimasi Enzim Amilase dari Isolat Bakteri Amilolitik Tanah Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah Terjun, Medan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Enzim merupakan protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi-reaksi kimia
dalam sistem biologis. Enzim memiliki daya katalitik yang tinggi dan mampu
meningkatkan kecepatan reaksi hingga satu juta lebih cepat dibandingkan reaksireaksi tanpa enzim. Molekul enzim juga memiliki tingkat spesifitas tertentu
terhadap substrat dari reaksi yang dikatalisisnya. Enzim tidak hanya mampu
mengkatalisis
reaksi-reaksi dalam
sistem
biologis,
tetapi
juga
mampu
mengkatalisis reaksi-reaksi di luar sistem biologis asalkan diberikan pada kondisi
yang sesuai. Kemampuan enzim mengkatalisis reaksi tergambar melalui
aktivitasnya (Kusumadjaja & Dewi, 2005).
Penggunaan enzim dalam bidang industri, baik industri pangan maupun
non-pangan, semakin berkembang di Indonesia. Enzim untuk kebutuhan industri
diekstraksi dari berbagai jenis sel mahluk hidup, tetapi pada saat ini enzim lebih
banyak diekstraksi dari berbagai jenis mikroorganisme, sebab mikroorganisme
menghasilkan enzim yang dapat dimanfaatkan manusia dalam jumlah dan jenis
yang sangat bervariasi selain mikroorganismenya sendiri dapat dikulturkan untuk
memperoleh enzim yang dihasilkannnya (Palmer, 1985)
Salah satu enzim dengan penggunaan yang besar adalah enzim amilase.
Enzim amilase adalah kelompok enzim yang memiliki kemampuan memutuskan
ikatan glikosida yang terdapat pada senyawa polimer karbohidrat. Hasil molekul
amilum ini akan menjadi monomer-monomer yang lebih sederhana, seperti
maltosa, dekstrin dan terutama molekul glukosa sebagai unit terkecil (Dessy,
2008).
Kebutuhan amilase didunia sangat tinggi, pada tahun 2004 penjualannya
mencapai sekitar US $2 milyar. Enzim amilase dari mikroba umumnya dapat
memenuhi permintaan industri karena memiliki berbagai kelebihan diantaranya
Universitas Sumatera Utara
efektivitas biaya, hemat ruangan dan waktu yang dibutuhkan untuk produksi,
kemudahan proses modifikasi serta optimalisasinya (Aiyer, 2005 dalam Fitriani,
2013).
Amilase dihasilkan oleh berbagai jenis organisme hidup, mulai dari
tumbuhan, hewan, manusia bahkan pada mikroorganisme seperti bakteri dan
fungi. Kelompok enzim ini memiliki banyak variasi dalam aktivitasnya, sangat
spesifik, tergantung pada sumber organismenya dan tempatnya bekerja (Dessy,
2008).Ada beberapa mikroba penghasil amilase. Bakteri merupakan salah satu
kelompok mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim amilase. Salah satu
sumber amilase yang banyak dieksplorasiadalah yang berasal dari mikroba. Enzim
amilase dari bakteri mempunyai keunggulan dibanding enzim amilase dari
tumbuhan, yaitu kestabilannya pada suhu yang tinggi, dan mudah untuk
diproduksi
dalam
jumlah
yang
banyak
(Siti
Nur
Jannah,
1995).Penggunaanmikroba ini banyak diusahakan karena memilikikeunggulan
yaitu mudah ditumbuhkan, cepat tumbuhdan dapat dikendalikan produksinya
sesuai keperluan(Hayati, 2008). Genus bakteri penghasil amilase yangcukup
dikenal luas adalah Bacillus, Clostridium,Lactobacillus, Bacteriodes, dan
Micrococcus(Pelczar dan Chan, 1988). Beberapa spesies darigenus Bacillus,
seperti
Bacillus
subtilis,
Bacilluslicheniformis
dan
Bacillus
stearothermophilusseringkali digunakan dalam memproduksi enzimamilase
secara komersial untuk berbagai keperluan (Gusnayetty, 2014).
Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme dalam tanah yang paling
dominan dan mungkin meliputi separuh dari biomassa mikroba dalam tanah.
Bakteri terdapat dalam segala macam tipe tanah tetapi populasinya menurun
dengan bertambahnya kedalaman tanah. Bakteri yang paling umum termasuk
dalam genus Pseudomonas, Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus,
Micrococcus, Flavobacterium, Corynibacterium, Sarcina dan Mycobacterium
(Rao, N.S, 1994).
Universitas Sumatera Utara
Tika, T dkk (2004) Isolasi Bakteri Amilolitik Toleran Ph 9 Dari Tanah
DiTaman Wisata Alam Situ Gunung-Sukabumi. Hasil penelitian ini diperoleh 3
isolat amilolitik toleran pH 9 yang berpotensi untuk menghasilkan enzim amilase
ekstraseluler yang dapat digunakan dalam industri, misalnya detergen. Wittri, D
dan Arief, F (2011) telah melakukan penelitian Isolasi Bakteri Penghasil
Eksoenzim Dari Tanah. Bakteri diisolasi dari sekitar kampus Akademi Kimia
Analisis Bogor pada 5 titik dan kedalaman ±20 cm. Dari penelitian diperoleh 4
isolat bakteri yang mampu menghasilkan enzim amilase dan isolat dengan indeks
amilolitik tertinggi pada suhu 30℃ dan 50℃ diidentifikasi sebagai bakteri
golongan Bacillus laterosporus.
Limbah domestik merupakan salah satu habitat yang sesuai bagi bakteri,
karena mengandung bahan organik sebagai sumber nutrisinya. Kemampuan
bakteri dalam menghidrolisis suatu senyawa dapat diketahuidengan cara
mengukur indeks hidrolisisnya (Nurhariyati, 2012 dalam Kartika, 2013).
Nurhariyati, T dkk. (2012) telah melakukan penelitian Isolasi dan Karakterisasi
Bakteri Amilolitik, Proteolitik, dan Lipolitik dari Limbah Domestik. Perwitasari,
Y. A (2014) telah melakukan penelitian Isolasi dan Uji Amilolitik Bakteri
Penghasil Amilase dari Tanah Tempat Pembuangan Akhir Sampah di Kota
Padang. Dari penelitian ini diperoleh tiga isolat penghasil amilase dengan indeks
amilolitik terbesar. Dari Gusnayetty (2014) dengan Identifikasi Bakteri Penghasil
Amilase Yang Berasal Dari Tanah Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah di
Kota Padang diketahui bahwa ketiga isolat tersebut tergolong kedalam bakteri dari
genus Enterobacter dan genus Bacillus.
Dari penelitian-penelitian tersebut peneliti ingin meneliti aktivitas enzim
amilase dari isolat bakteri dari tanah tempat pembuangan akhir sampah di Medan.
Diketahui bahwa tanah tempat pembuangan akhir sampah berpotensi mengandung
isolat bakteri amilolitik. Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah Terjun
merupakan lokasi tempat penimbunansampah yang diperoleh dari seluruh
masyarakat dikota Medan. Timbunan sampah umumnya terdiri darisampah
organik dan sampah anorganik, namunsebahagian besar sampah yang diangkut
Universitas Sumatera Utara
berupasampah organik. Kondisi tersebut sangatmemungkinkan terdapatnya
keanekaragamanbakteriyang tinggi antara lain bakteri amilolitik karena substrat
untukpertumbuhan
bakteri
pendegradasi
patimelimpah
di
tanah
tempat
pembuangan sampah.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana cara mengisolasi bakteri amilolitik dari tanah tempat pembuangan
akhir sampah?
2. Bagaimana cara mengisolasi enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik?
3. Berapa aktivitas enzim amilase hasil isolasi?
4. Berapa suhu, pH, dan waktu inkubasi optimum untuk enzim amilase memiliki
aktivitas optimum?
1.3 Pembatasan Masalah
1. Lokasi pengambilan sampel tanah adalah Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Terjun Medan
2. Pengambilan sampel tanah dilakukan pada tiga titik dengan kedalaman ±15
cm dari permukaan tanah
3. Aktivitas enzim amilase diuji dengan menggunakan metode DNS
4. Optimasi produksi enzim amilase dilakukan dengan variasi suhu, pH, dan
waktu inkubasi
5. Pengujian aktivitas amilase dilakukan pada variasi suhu 25, 30, 35, 40, dan
45℃
6. Pengaruh pH terhadap aktivitas amilase diuji dengan larutan buffer fosfat
pada variasi pH 6,5 ; 6,0 ; 7,0 ; 7,5 ; dan 8,0
7. Kondisi optimum produksi enzim amilase dilakukan dengan variasi waktu
inkubasi 12, 24, 36, 48, dan 60 jam.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki beberapa tujuan, yaitu ;
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk mengetahui proses isolasi bakteri amilolitik dari tanah tempat
pembuangan akhir sampah
2. Untuk mengetahui proses isolasi enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik
tanah tempat pembuangan akhir sampah
3. Untuk menentukan kondisi optimum pH, suhu, dan waktu inkubasi untuk
produksi enzim amilase
4. Untuk menentukan aktivitas enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik
terpilih
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah memberikan informasi
mengenai sumber-sumber yang berpotensi dalam menghasilkan mikroba-mikroba
penghasil enzim amilase yang telah dianggap sebagai limbah. Dengan penelitian
ini dapat menambah wawasan bahwa limbah juga dapat dimanfaatkan. Selain itu
dapat mengetahui pada kondisi pH, suhu, dan konsentrasi substrat berapa enzim
amilase memiliki aktivitas yang optimum.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di :
1. Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sumatera Utara
2. Laboratorium Biokimia/Kimia Bahan Makanan, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara
1.7 Metodologi Penelitian
Bakteri diisolasi dari tanah yang diambil dari Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Sampah Terjun Medan (pada 3 titik pengambilan sampel pada kedalaman ± 15
cm) dengan cara pengenceran dan dicawankan dalam media Nutrien Agar. Setelah
diinkubasi selama 1 × 24 jam diamati koloni yang tumbuh. Macam koloni yang
berbeda diinokulasikan pada media NA miring. Isolat-isolat yang diperoleh diuji
kemampuannya dalam menghasilkan enzim amilase secara kualitatif. Pengujian
Universitas Sumatera Utara
dilakukan menggunakan media yang mengandung substrat pati 1% dan diamati
zona transparan yang mengelilingi koloni bakteri.
Isolat dengan indeks amilolitik tertinggi dipilih untuk dilakukan optimasi
produksi enzim amilase. Kondisi optimum ditentukan dengan memvariasikan pH,
suhu, dan waktu inkubasi. Isolat bakteri amilolitik ditumbuhkan dalam media cair
steril lalu ekstrak kasar enzim amilase diuji aktivitasnya dengan menggunakan
metode DNS.Satu unit enzim amilase didefenisikan sebagai jumlah enzim yang
diperlukan untuk menghasilkan 1 μmol gula tereduksi (maltosa) per menit pada
suhu 30℃.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Enzim merupakan protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi-reaksi kimia
dalam sistem biologis. Enzim memiliki daya katalitik yang tinggi dan mampu
meningkatkan kecepatan reaksi hingga satu juta lebih cepat dibandingkan reaksireaksi tanpa enzim. Molekul enzim juga memiliki tingkat spesifitas tertentu
terhadap substrat dari reaksi yang dikatalisisnya. Enzim tidak hanya mampu
mengkatalisis
reaksi-reaksi dalam
sistem
biologis,
tetapi
juga
mampu
mengkatalisis reaksi-reaksi di luar sistem biologis asalkan diberikan pada kondisi
yang sesuai. Kemampuan enzim mengkatalisis reaksi tergambar melalui
aktivitasnya (Kusumadjaja & Dewi, 2005).
Penggunaan enzim dalam bidang industri, baik industri pangan maupun
non-pangan, semakin berkembang di Indonesia. Enzim untuk kebutuhan industri
diekstraksi dari berbagai jenis sel mahluk hidup, tetapi pada saat ini enzim lebih
banyak diekstraksi dari berbagai jenis mikroorganisme, sebab mikroorganisme
menghasilkan enzim yang dapat dimanfaatkan manusia dalam jumlah dan jenis
yang sangat bervariasi selain mikroorganismenya sendiri dapat dikulturkan untuk
memperoleh enzim yang dihasilkannnya (Palmer, 1985)
Salah satu enzim dengan penggunaan yang besar adalah enzim amilase.
Enzim amilase adalah kelompok enzim yang memiliki kemampuan memutuskan
ikatan glikosida yang terdapat pada senyawa polimer karbohidrat. Hasil molekul
amilum ini akan menjadi monomer-monomer yang lebih sederhana, seperti
maltosa, dekstrin dan terutama molekul glukosa sebagai unit terkecil (Dessy,
2008).
Kebutuhan amilase didunia sangat tinggi, pada tahun 2004 penjualannya
mencapai sekitar US $2 milyar. Enzim amilase dari mikroba umumnya dapat
memenuhi permintaan industri karena memiliki berbagai kelebihan diantaranya
Universitas Sumatera Utara
efektivitas biaya, hemat ruangan dan waktu yang dibutuhkan untuk produksi,
kemudahan proses modifikasi serta optimalisasinya (Aiyer, 2005 dalam Fitriani,
2013).
Amilase dihasilkan oleh berbagai jenis organisme hidup, mulai dari
tumbuhan, hewan, manusia bahkan pada mikroorganisme seperti bakteri dan
fungi. Kelompok enzim ini memiliki banyak variasi dalam aktivitasnya, sangat
spesifik, tergantung pada sumber organismenya dan tempatnya bekerja (Dessy,
2008).Ada beberapa mikroba penghasil amilase. Bakteri merupakan salah satu
kelompok mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim amilase. Salah satu
sumber amilase yang banyak dieksplorasiadalah yang berasal dari mikroba. Enzim
amilase dari bakteri mempunyai keunggulan dibanding enzim amilase dari
tumbuhan, yaitu kestabilannya pada suhu yang tinggi, dan mudah untuk
diproduksi
dalam
jumlah
yang
banyak
(Siti
Nur
Jannah,
1995).Penggunaanmikroba ini banyak diusahakan karena memilikikeunggulan
yaitu mudah ditumbuhkan, cepat tumbuhdan dapat dikendalikan produksinya
sesuai keperluan(Hayati, 2008). Genus bakteri penghasil amilase yangcukup
dikenal luas adalah Bacillus, Clostridium,Lactobacillus, Bacteriodes, dan
Micrococcus(Pelczar dan Chan, 1988). Beberapa spesies darigenus Bacillus,
seperti
Bacillus
subtilis,
Bacilluslicheniformis
dan
Bacillus
stearothermophilusseringkali digunakan dalam memproduksi enzimamilase
secara komersial untuk berbagai keperluan (Gusnayetty, 2014).
Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme dalam tanah yang paling
dominan dan mungkin meliputi separuh dari biomassa mikroba dalam tanah.
Bakteri terdapat dalam segala macam tipe tanah tetapi populasinya menurun
dengan bertambahnya kedalaman tanah. Bakteri yang paling umum termasuk
dalam genus Pseudomonas, Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus,
Micrococcus, Flavobacterium, Corynibacterium, Sarcina dan Mycobacterium
(Rao, N.S, 1994).
Universitas Sumatera Utara
Tika, T dkk (2004) Isolasi Bakteri Amilolitik Toleran Ph 9 Dari Tanah
DiTaman Wisata Alam Situ Gunung-Sukabumi. Hasil penelitian ini diperoleh 3
isolat amilolitik toleran pH 9 yang berpotensi untuk menghasilkan enzim amilase
ekstraseluler yang dapat digunakan dalam industri, misalnya detergen. Wittri, D
dan Arief, F (2011) telah melakukan penelitian Isolasi Bakteri Penghasil
Eksoenzim Dari Tanah. Bakteri diisolasi dari sekitar kampus Akademi Kimia
Analisis Bogor pada 5 titik dan kedalaman ±20 cm. Dari penelitian diperoleh 4
isolat bakteri yang mampu menghasilkan enzim amilase dan isolat dengan indeks
amilolitik tertinggi pada suhu 30℃ dan 50℃ diidentifikasi sebagai bakteri
golongan Bacillus laterosporus.
Limbah domestik merupakan salah satu habitat yang sesuai bagi bakteri,
karena mengandung bahan organik sebagai sumber nutrisinya. Kemampuan
bakteri dalam menghidrolisis suatu senyawa dapat diketahuidengan cara
mengukur indeks hidrolisisnya (Nurhariyati, 2012 dalam Kartika, 2013).
Nurhariyati, T dkk. (2012) telah melakukan penelitian Isolasi dan Karakterisasi
Bakteri Amilolitik, Proteolitik, dan Lipolitik dari Limbah Domestik. Perwitasari,
Y. A (2014) telah melakukan penelitian Isolasi dan Uji Amilolitik Bakteri
Penghasil Amilase dari Tanah Tempat Pembuangan Akhir Sampah di Kota
Padang. Dari penelitian ini diperoleh tiga isolat penghasil amilase dengan indeks
amilolitik terbesar. Dari Gusnayetty (2014) dengan Identifikasi Bakteri Penghasil
Amilase Yang Berasal Dari Tanah Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah di
Kota Padang diketahui bahwa ketiga isolat tersebut tergolong kedalam bakteri dari
genus Enterobacter dan genus Bacillus.
Dari penelitian-penelitian tersebut peneliti ingin meneliti aktivitas enzim
amilase dari isolat bakteri dari tanah tempat pembuangan akhir sampah di Medan.
Diketahui bahwa tanah tempat pembuangan akhir sampah berpotensi mengandung
isolat bakteri amilolitik. Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah Terjun
merupakan lokasi tempat penimbunansampah yang diperoleh dari seluruh
masyarakat dikota Medan. Timbunan sampah umumnya terdiri darisampah
organik dan sampah anorganik, namunsebahagian besar sampah yang diangkut
Universitas Sumatera Utara
berupasampah organik. Kondisi tersebut sangatmemungkinkan terdapatnya
keanekaragamanbakteriyang tinggi antara lain bakteri amilolitik karena substrat
untukpertumbuhan
bakteri
pendegradasi
patimelimpah
di
tanah
tempat
pembuangan sampah.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana cara mengisolasi bakteri amilolitik dari tanah tempat pembuangan
akhir sampah?
2. Bagaimana cara mengisolasi enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik?
3. Berapa aktivitas enzim amilase hasil isolasi?
4. Berapa suhu, pH, dan waktu inkubasi optimum untuk enzim amilase memiliki
aktivitas optimum?
1.3 Pembatasan Masalah
1. Lokasi pengambilan sampel tanah adalah Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Terjun Medan
2. Pengambilan sampel tanah dilakukan pada tiga titik dengan kedalaman ±15
cm dari permukaan tanah
3. Aktivitas enzim amilase diuji dengan menggunakan metode DNS
4. Optimasi produksi enzim amilase dilakukan dengan variasi suhu, pH, dan
waktu inkubasi
5. Pengujian aktivitas amilase dilakukan pada variasi suhu 25, 30, 35, 40, dan
45℃
6. Pengaruh pH terhadap aktivitas amilase diuji dengan larutan buffer fosfat
pada variasi pH 6,5 ; 6,0 ; 7,0 ; 7,5 ; dan 8,0
7. Kondisi optimum produksi enzim amilase dilakukan dengan variasi waktu
inkubasi 12, 24, 36, 48, dan 60 jam.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki beberapa tujuan, yaitu ;
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk mengetahui proses isolasi bakteri amilolitik dari tanah tempat
pembuangan akhir sampah
2. Untuk mengetahui proses isolasi enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik
tanah tempat pembuangan akhir sampah
3. Untuk menentukan kondisi optimum pH, suhu, dan waktu inkubasi untuk
produksi enzim amilase
4. Untuk menentukan aktivitas enzim amilase dari isolat bakteri amilolitik
terpilih
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah memberikan informasi
mengenai sumber-sumber yang berpotensi dalam menghasilkan mikroba-mikroba
penghasil enzim amilase yang telah dianggap sebagai limbah. Dengan penelitian
ini dapat menambah wawasan bahwa limbah juga dapat dimanfaatkan. Selain itu
dapat mengetahui pada kondisi pH, suhu, dan konsentrasi substrat berapa enzim
amilase memiliki aktivitas yang optimum.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di :
1. Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sumatera Utara
2. Laboratorium Biokimia/Kimia Bahan Makanan, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara
1.7 Metodologi Penelitian
Bakteri diisolasi dari tanah yang diambil dari Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Sampah Terjun Medan (pada 3 titik pengambilan sampel pada kedalaman ± 15
cm) dengan cara pengenceran dan dicawankan dalam media Nutrien Agar. Setelah
diinkubasi selama 1 × 24 jam diamati koloni yang tumbuh. Macam koloni yang
berbeda diinokulasikan pada media NA miring. Isolat-isolat yang diperoleh diuji
kemampuannya dalam menghasilkan enzim amilase secara kualitatif. Pengujian
Universitas Sumatera Utara
dilakukan menggunakan media yang mengandung substrat pati 1% dan diamati
zona transparan yang mengelilingi koloni bakteri.
Isolat dengan indeks amilolitik tertinggi dipilih untuk dilakukan optimasi
produksi enzim amilase. Kondisi optimum ditentukan dengan memvariasikan pH,
suhu, dan waktu inkubasi. Isolat bakteri amilolitik ditumbuhkan dalam media cair
steril lalu ekstrak kasar enzim amilase diuji aktivitasnya dengan menggunakan
metode DNS.Satu unit enzim amilase didefenisikan sebagai jumlah enzim yang
diperlukan untuk menghasilkan 1 μmol gula tereduksi (maltosa) per menit pada
suhu 30℃.
Universitas Sumatera Utara