6
ester. Adanya gugusan 6-sulfat, dapat menurunkan daya gelasi dari karaginan, tetapi dengan pemberian alkali mampu menyebabkan terjadinya transeliminasi gugusan 6-sulfat, yang
menghasilkan 3,6-anhidro-D-galaktosa. Dengan demikian derajat keseragaman molekul meningkat dan daya gelasinya juga bertambah Winarno 1996.
Monomer-monomer dalam setiap fraksi karaginan dihubungkan oleh jembatan oksigen melalui ikatan
α-1,4 glikosidik. Monomer-monomer yang telah berikatan tersebut digabungkan bersama monomer-monomer yang lain melalui ikatan
α-1,3 glokisidik yang membentuk polimer. Ikatan 1,3 glikosidik dijumpai pada bagian monomer yang tidak
mengandung sulfat yaitu monomer D-galaktosa-4-sulfat dan D-galaktosa-2-sulfat. Ion sulfat tidak pernah ada pada atom C3, ikatan 1,4 glikosidik terdapat pada bagian monomer yang
mengandung jembatan anhidro yaitu monomer-monomer 2,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat dan 3,6-anhidro-D-galaktosa serta pada D-galaktosa-2,6-disulfat Glicksman, 1983.
D. Hidrolisis Enzimatis
Hidrolisis merupakan salah satu tahapan selanjutnya dalam pembuatan etanol berbahan baku lignoselulosa. Hal ini bertujuan untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi
monosakarida glukosa dan xylosa yang kemudian akan difermentasi menjadi etanol. Pada umumnya hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu: hidrolisis asam dan hidrolisis enzim. Apabila
hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose C5 dan heksoka C6.
Enzim adalah suatu protein yang bertindak sebagai katalisator reaksi biologis atau disebut biokatalisator. Enzim berfungsi mengatur kecepatan dan kekhususan reaksi kimia
yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim, antara
lain respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan. Enzim sebagai katalis memiliki nilai ekonomis tinggi karena sangat
diperlukan untuk menunjang berbagai proses industri, misalnya industri pangan. Enzim dapat mempercepat reaksi sebagai katalis, enzim tidak diubah oleh reaksi yang
dikatalisnya, dan enzim tidak mengubah kedudukan normal dari keseimbangan kimia. Dengan kata lain enzim dapat membantu mempercepat pembentukan produk, tetapi akhirnya
jumlah produk tetap sama dengan produk yang diperoleh tanpa enzim. Kondisi yang mempengaruhi aktifitas enzim diantaranya konsentrasi enzim, konsentasi substrat, pH, dan
suhu. Hidrolisis enzimatik memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan hidrolisis asam, antara lain tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak
suhu rendah, pH netral, memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan yang relatif lebih rendah karena tidak ada bahan yang korosif Taherzadeh dan Karimi, 2007.
Selain itu substrat yang digunakan juga berpengaruh terhadap aktivitas enzim. Adanya substrat tertentu di dalam medium produksi dapat mensekresi metabolit selnya.
Tingginya kandungan serat pada tanaman memerlukan suatu proses untuk mendegradasi komponen serat yang ada pada tanaman tersebut. Salah satu cara yang dapat digunakan yakni
dengan hidrolisis. Proses hidrolisis meluputi proses pemecehan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yakni: selulosa dan hemiselulosa monomer gula penyusunnya. Jika
7
hidrolisis selulosa berlangsung sempurna akan menghasilkan glukosa sedangkan hemiselulosa akan menghasilkan beberapa monomer gula pentose C5 dan heksosa C6.
Reaksi yang terjadi pada proses produksi etanolbioetanol secara sederhana ditunjukkan pada reaksi 1 dan 2
H
2
O C
6
H
10
O
5
n N C
6
H
12
O
6
1 pati Enzim Glukosa
C
6
H
12
O
6
n 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
2 Glukosa ZM Etanol
ZM : Zimomonas mobilis Pasanda O, 2009 Hidrolisis enzimatis polisakarida tanaman dapat dilakukan oleh enzim. Beberapa enzim
yang banyak digunakan adalah selusase dan xilanase. Selulase merupakan enzim kompleks yang terdiri dari eksoselulase atau eksobiohidrolase, endoselulase atau endo-
β-1,4-glukanase dan
β -1,4-glukosidase atau selobiase. Ekso- β-1,4 glukanase atau selobiohidrolase bekerja dengan cara melepas unit-unit selobiosa dari ujung rantai selulosa. Aktivitasnya sangat tinggi
pada selulosa kristal tetapi sangat rendah pada selulosa amorf. Endo- β-1,4-glukanase mampu
menghidrolisis selulosa secara acak menghasilkan selodextrin, selobiosa dan glukosa. Enzim ini sangat aktif memutus ikatan selulosa yang dapat larut amorf seperti karboksil metil
selulosa CMC. Enzim β-1,4- glukosidase atau selobiase dapat menghidrolisis selobiosa dan
selo-oligomer pendek lainnya untuk menghasilkan glukosa Trisanti Anindyawati, 2009. Secara enzimatis mekanisme hidrolisa selulosa dapat dibagi menjadi dua tahap, yaitu
tahap aktivitas oleh enzim C
1
selobiohidrolase dan dilanjutkan dengan tahap hidrolisa enzim Cx endoglukonase dan β-glukosidase Reese et al., 1950.
Gambar 1 . Mekanisme hidrolisa selulosa secara enzimatis Reese et al., 1950
Enzim endoglukonase EG=Cx menyerang bagian amorf tak beraturan serat selulosa, membuka jalan bagi kerja enzim selobiohidrolase CBH=C1. Kemudian kedua enzim
tersebut saling bekerja sama membebaskan serat selobiosa dari serat selulosa. Kedua enzim tersebut tidak mampu memecah selobiosa sehingga diper
lukan bantuan enzim lain yaitu β- glukosidase yang menguraikan selobiosa menjadi glukosa.
8
Berikut tahapan hidrolisis selulosa:
Gambar 2. Skema Tahapan Hidrolisis Selulosa secara Enzimatis Enari, 1983
Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman. Kandungan selulosa pada dinding sel tanaman tingkat tinggi sekitar 35-50 dari berat kering tanaman
Lynd et al. 2002. Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan β-1,4 glukosida dalam
rantai lurus. Bangun dasar selulosa berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari glukosa. Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan hydrogen dan gaya van der Waals
Perez et al . 2002. Ikatan β-1,4 glukosida pada serat selulosa dapat dipecah menjadi
monomer glukosa. Selulase merupakan suatu komplek enzim yang terdiri dari beberapa enzim yang bekerja bertahap atau bersama-sama menguraikan selulosa. Ada empat kelompok enzim
utama yang menyusun selulase berdasarkan spesifikasi substrat masing-masing enzim Enari, 1983.
Xilanase merupakan kelompok enzim yang memiliki kemampuan menghidrolisis hemiselulosa dalam hal ini ialah xilan atau polimer dari xilosa dan xilo-oligosakarida.
Xilanase dapat diklasifikasikan berdasarkan substrat yang dihidrolisis, yaitu β-xilosidase,
eksoxilanase, dan endoxilanase. β-xilosidase, yaitu xilanase yang mampu menghidrolisis xilo- oligosakarida rantai pendek menjadi xilosa. Aktivitas enzim akan menurun dengan
meningkatnya rantai xilooligosakarida Reilly, 1991; Dekker, 1983. Selain merupakan hasil hidrolisis xilosa juga merupakan inhibitor bagi enzim β-xilosidase. Sebagian besar enzim β-
xilosidase yang berhasil dimurnikan masih menunjukkan adanya aktivitas transferase yang
menyebabkan enzim ini kurang dapat digunakan industri penghasil xilosa. Eksoxilanase memiliki kemampuan memutus rantai polimer xilosa xilan pada ujung reduksi, sehingga
menghasilkan produk utama yakni xilosa dan sejumlah oligosakarida rantai pendek. Enzim ini dapat mengandung sedikit aktivitas transferase sehingga potensial dalam industri penghasil
xilosa. Endoxilanase mampu memutus ikatan β 1-4 pada bagian dalam rantai xilan secara teratur. Ikatan yang diputus ditentukan berdasarkan panjang rantai substrat, derajat
9
percabangan, ada atau tidaknya gugus substitusi, dan pola pemutusan dari enzim hidrolase tersebut Richana Nur,2002. Xilanase umumnya merupakan protein kecil dengan berat
molekul antara 15.000-30.000 Dalton, aktif pada suhu 55
o
C dengan pH 9 Yang et al., 1988; Yu et al., 1991. Pada suhu 60
o
C dan pH normal, xilanase lebih stabil Tsujibo et al., 1992; Cho-Goo et al., 1996.
Xilan dengan aktivitas xilanase yang dihasilkan oleh mikroorganisme akan terhidrolisis menjadi xilosa.
C
5
H
8
O
4
+ H
2
O C
5
H
10
O
5
Xilan Xilosa Hemiselulosa xilan merupakan polimer xilosa yang berikatan β-1,4 dengan jumlah
monomer 150-200 unit Sunna dan Antraniklan, 1997. Xilan merupakan polimer xilosa yang berikatan β-1,4 dengan jumlah monomer 30-100 unit. Xilanase dapat diklasifikasikan
berdasarkan substrat yang dihidrolisis, yaitu β-xilosidase, eksoxilanase, dan endoxilanase.
Gambar 3. Struktur kimia xilan Eriksson et al., 1990
Β-xilodase, yaitu xilanase yang mampu menghidrolsis xilooligosa-karida rantai pendek menjadi xilosa. Aktivitas enzim akan menurun dengan meningkatnya rantai xilooligosakarida.
Xilosa selain merupakan hasil hidrolisis juga merupakan inhibitor bagi enzim β-xilosidase. Sebagian besa
r enzim β-xilosidase yang berhasil dimurnikan masih menunjukkan adanya aktivitas transferase yang menyebabkan enzim ini kurang dapat digunakan industri penghasil
xilosa. Endoxilanase mampu memutus ikatan β 1,4 pada bagian dalam rantai xilan secara teratur.
Ikatan yang diputus ditentukan berdasarkan panjang rantai substrat, derajad percabangan, ada atau tidaknya gugus substitusi, dan pola pemutusan dari enzim hidrolase tersebut. Xilanase
umumnya merupakan protein kecil dengan berat molekul antara 15.000-30.000 Dalton, aktif pada suhu 55
o
C dengan pH 9 Yang et al., 1988; Yu et al., 1991. Pada suhu 60
o
C dan pH normal, xilanase lebih stabil.
Hidrolisis dari xilan merupakan hasil kerja sama enzim endo-1,4- β-D-xilanase dengan
enzim eksoglikosidase yaitu β-D-xilosidase. Selain kedua enzim tersebut, terdapat enzim lainnya yang dapat memotong rantai samping dari struktur xilan yaitu α-glucuronidase, α-
arabinofuranosidase dan acetyl xilan esterase. Dari beberapa jenis enzim yang terlinat dalam
hidrolisis xila tersebut, endo-1,4- β-D-xilanase dan β-D-xilosidase adalah yang terpenting
Sunna dan Antranikian, 1997. Enzim endoxilanase endo-1,4-
β-D-xilanase mempunyai kemampuan dalam memutus ikatan-
ikatan β-1,4 pada bagian dalam dari rantai xilan, menghasilkan xilooligosakarida baik
10
bercabang maupun tidak yang meliputi xilopentose, xilotetraosa, xilotriose dan xilobiose. Adapaun enzim β-xilosidase memiliki kemampuan untuk menghidrolisis xilooligosakarida
rantai pendek menjadi xilosa. Xilosa, selain merupakan produk hidrolisis, juga merupakan inhibitor bagi enzim β-xilosidase. Enzim β-xilosidase bekerja dengan memutus ujung-ujung
non reduksi dari rantai pendek xilooligosakarida Sorensen et al., 2003.. Pemutusan rantai
xilan dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini
A. Degradasi rantai xilan dari bagian dalam oleh endoxylanase dan degradasi
rantai samping xilan oleh α-glucuronidase, α-arabinofuranosidase dan acetyl xilan esterase
B. Hidrolisis xilo
oligosakarida oleh β-xilosidase
Gambar 4. Mekanisme degradasi xilan oleh enzim hemiseluloase enzim Xilanolitik
Sunna dan Antranikan, 1997
E. Lignoselulosa
