Pengaruh penambahan molase pada produksi enzim xilanase oleh fungi aspergillus niger dengan substrat jerami padi
PENGARUH PENAMBAHAN MOLASE PADA PRODUKSI ENZIM
commit to user
XILANASE OLEH FUNGI Aspergillus niger DENGAN SUBSTRAT JERAMI PADI Skripsi Untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar Sarjana Sains oleh: Nur Indira Wahyu Pangesti NIM. M0406046 JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila dikemudian hari dapat ditemukan adanya unsur penjiplakan maka gelar kesarjanaan yang telah diperoleh dapat ditinjau dan/atau dicabut.
Surakarta, Desember 2011 Nur Indira Wahyu Pangesti NIM. M0406046
commit to user
MOTTO
“Berakit-rakit kehulu, Berenang-renang ketepian Bersakit-sakit dahulu, Bersenang-senang kemudian”
“Tidak ada yang tidak bisa selama kita mau mencoba dan berusaha” “Sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar."
[Al Anfaal:46] commit to user
PERSEMBAHAN
Skripsi ini kupersembahkan untuk:
Bapak ibuku tercinta (alm) Drs. Sugeng Lasono dan Suyati, S. Pd. Terimakasih untuk segalanya
Terutama buat ibu atas perjuangannya dalam membesarkan aku seorang diri
Semoga aku bisa memberi yang terbaik Agus Priyambodo
Yang menabahkan hati dan mengajarkan pengertian Terimakasih., darimu aku belajar untuk tetap optimis Keluarga besarku
Simbah, bulik, om, dan adek-adekku sepupu Yang tiada henti-hentinya memberi support commit to user
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, karunia serta hidayah-Nya yang tak tehingga sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul : “Pengaruh Penambahan Molase Terhadap Produksi Enzim Xilanase Oleh Fungi A. niger Dengan Substrat Jerami Padi”.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada Ir. Ari Handono Ramelan M. Sc., (Hons)., Ph. D. selaku dekan FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta atas ijin penelitian untuk keperluan skripsi. Penulis juga berterima kasih kepada Dr. Agung Budiharjo, M.Si., selaku Ketua Jurusan Biologi FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan arahan serta ijin penelitian skripsi. Terima kasih kepada Dr. Artini Pangastuti, M.Si., selaku dosen pembimbing I dan Estu Retnaningtyas N., S.T.P. M.Si., selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, arahan serta dukungan selama penelitian hingga selesainya penyusunan skripsi. Terima kasih pula kepada Dr. Ari Susilowati, S. Si., M. Si. selaku dosen penelaah I dan Tjahjadi Purwoko, M.Si. selaku dosen penelaah II yang telah memberikan bimbingan dan petunjuk selama penelitian sampai selesainya penyusunan skripsi. Dan tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Okid Parama Astirin, M. Si. Selaku pembimbing akademik yang telah memberikan arahan dan motivasi.
Ucapan terima kasih penulis juga sampaikan kepada seluruh staf Laboratorium Pusat dan Sub-Lab Biologi atas segala bentuk dukungan yang diberikan. Terima kasih untuk mas Har, mas Lantip, pak Sus, mas Adnan dan pak satpam atas segala bantuan dan dukungannya.
Penulis mengucapkan Terima kasih yang mendalam untuk teman kos pondok Indah: mbak Lina, Menik, Nurul atas semua persahabatan serta persaudaraan yang tetap terjalin sepanjang waktu. Terima kasih untuk adek-adek angkatan: Febri, Ainun, dan Aken serta teman-teman biologi terutama Ika dan Siska atas bantuan dan keluangan waktu yang diberikan selama penelitian. Dan tidak lupa terima kasih kepada Nina, Ame, Septi, Sasti, Alfin, Dina, Wida, Nafis atas bantuannya. Serta semua pihak yang telah memberikan dukungan yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun dari para pembaca akan sangat membantu. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
commit to user Surakarta, Desember 2011
Penyusun
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... ii HALAMAN PERNYATAAN .................................................................... iii ABSTRAK .................................................................................................. iv ABSTRACT ................................................................................................ v HALAMAN MOTTO ................................................................................. vi HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. vii KATA PENGANTAR ................................................................................ viii DAFTAR ISI ............................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................
1 A. Latar Belakang Masalah ........................................................
1 B. Perumusan Masalah ...............................................................
3 C. Tujuan Penelitian ...................................................................
3 D. Manfaat Penelitian .................................................................
3 BAB II. LANDASAN TEORI ..................................................................
5 A. Tinjauan Pustaka ...................................................................
5 1. Enzim xilanase .................................................................
5 2. Fermentasi................................................................. .......
8
3. Aspergillus niger………………………………………… 10
4. Molase…………………………………………………… 11
5. Jerami Padi………………………………………………. 12
6. Pertumbuhan Mikroorganisme…………………………… 12
7. Pengukuran Aktivitas Xilanase……………………………. 14 B. Kerangka Pemikiran ..............................................................
16 C. Hipotesis ................................................................................
18
commit to user
BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................
19 A. Waktu dan Tempat Penelitian ...............................................
19 B. Bahan dan Alat ......................................................................
19 1. Bahan....................................................................... .........
19
2. Alat........................................................................... ........ 20 C. Rancangan Percobaan ...........................................................
21 D. Cara Kerja ............................................................................
21 1. Sterilisasi................................................................... .......
21 2. Pembuatan Substrat Jerami Padi.................................. ....
21 3. Pemeliharaan Biakan................................................... .....
22 4. Penentuan Kepadatan Spora......................................... ....
22 5. Penyiapan Inokulum................................................... ......
22 6. Pembuatan Media Produksi......................................... .....
23 7. Pengukuran Aktivitas Xilanolitik.................................. ...
23 8. Pengukuran Pertumbuhan A. niger............................... ...
24 E. Analisis Data .........................................................................
25 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................
26 A. Penyiapan Bahan ...................................................................
26 B. Pertumbuhan A. niger pada media Potato Dextrose Agar (PDA)............................................................................
26 C. Produksi Enzim Xilanase................................................... ....
28
1. Pengaruh Penambahan Berbagai Variasi Konsentrasi Molase terhadap Pertumbuhan A. niger pada Media Produksi ............................................................................
31
2. Pengaruh Penambahan Berbagai Variasi Konsentrasi Molase terhadap Aktivitas Enzim Xilanase……………..
34
3. Pengaruh penambahan Molase terhadap waktu inkubasi………………………………………………… .
37 BAB V. PENUTUP ...................................................................................
39 A. Kesimpulan ...........................................................................
39
commit to user
B. Saran ......................................................................................39
commit to user
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................40 LAMPIRAN ................................................................................................
45 RIWAYAT HIDUP PENULIS ...................................................................
53
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Reaksi hidrolisa xilan menjadi xilosa............................
5 Gambar 2. Struktur xilan dan letak penyerangan oleh enzim xilanolitik..................................................................
7 Gambar 3. Jamur Aspergillus niger................................................
10 Gambar 4. Kurva pertumbuhan fungi............................................
13 Gambar 5. Kerangka pemikiran.........................................................
17 Gambar 6. Hubungan antara jumlah A. niger dengan waktu inkubasi.....................................................................
27 Gambar 7. Grafik hubungan antara berat kering sel A. niger (gram) terhadap waktu inkubasi (jam) pada penambahan berbagai variabel konsentrasi molase …………………..
32 Gambar 8. Grafik hubungan waktu inkubasi (jam) terhadap aktivitas enzim xilanase (U/ml) pada penambahan berbagai variabel konsentrasi molase............................
35
commit to user
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN
47
50
50
50
49
49
49
49
49
49
48
47
Halaman Lampiran 1. Kurva Standar Xilosa ………………….................... Lampiran 2. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada Konsentrasi Molase 0% (kontrol)................................ Lampiran 3. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada Konsentrasi Molase 1%............................................... Lampiran 4. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada Konsentrasi Molase 3%............................................... Lampiran 5. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada Konsentrasi Molase 5%............................................. Lampiran 6. Kepadatan jumlah spora A. niger................................ Lampiran 7. Berat kering sel A. niger …………………………… Lampiran 8. Prosedur pembuatan natrium fosfat (Na
46
46
45
45
Lampiran 12. Prosedur pembuatan reagen Dinitrosalicylic Acid (DNS)………………………………………………... Lampiran 13. Prosedur pembuatan kurva standar xilosa…………… Lampiran 14. Prosedur pengambilan ekstrak kasar enzim…………. Lampiran 15. Prosedur pengukuran aktivitas enzim xilanase……… Lampiran 16. Prosedur pengukuran pertumbuhan A. niger………... Lampiran 17. Analisa Data..........................................................
Lampiran 10. Prosedur pembuatan Larutan buffer fosfat-sitrat pH 6……………………………………………………… Lampiran 11. Prosedur pembuatan larutan oat spelt-xylan 1%........
8 O 7 ) 0.1 M……
6 H
Lampiran 9. Prosedur pembuatan asam sitrat (C
2 HPO 4 ) 0.2M........................................................................
51
PENGARUH PENAMBAHAN MOLASE PADA PRODUKSI ENZIM XILANASE OLEH FUNGI Aspergillus niger DENGAN
SUBSTRAT JERAMI PADI
Nur Indira Wahyu Pangesti
Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Abstrak
Dalam rangka mencari bahan alternatif yang murah dan mudah didapat untuk produksi xilanase maka dilakukan penelitian produksi enzim xilanase dari jerami padi dan molase. Jerami padi dapat digunakan sebagai substrat pengganti xilan karena xilan murni harganya mahal. Sedangkan molase selain sebagai sumber karbon juga sebagai sumber nitrogen, mineral dan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba sehingga dapat memproduksi enzim. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan molase pada produksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger dengan substrat jerami padi.
Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap persiapan, tahap produksi enzim dan tahap pengujian. Pada tahap persiapan meliputi pembiakan strain, penyiapan inokulum, dan persiapan media fermentasi. Pada tahap produksi enzim, A. niger ditumbuhkan pada media cair dengan substrat jerami padi yang telah dibuat serbuk. Pada media fermentasi inilah dilakukan variasi penambahan molase 0%, 1%, 3%, dan
o
5%. Fermentasi dilakukan dalam shaker incubator dengan kondisi temperatur 37
C, agitasi 200 rpm dan pH 6. Kemudian dilakukan pengujian kadar gula reduksi menggunakan metode DNS untuk mendapatkan aktivitas enzim yang telah diproduksi.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa penambahan molase pada media jerami padi dapat meningkatkan pertumbuhan fungi A. niger tetapi tidak dapat meningkatkan aktivitas enzim xilanase secara signifikan dan memberikan efek waktu inkubasi yang lebih lama. Konsentrasi molase yang paling optimal untuk produksi enzim xilanase adalah konsentrasi 1 % dengan aktivitas enzim tertinggi yang dihasilkan sebesar 0.055 U/ml dan diperoleh pada waktu inkubasi jam ke-56.
Kata kunci : xilanase; A.niger; jerami padi; molase
commit to user EFFECT OF ADDITION MOLASSES TO XYLANASE ENZYMES PRODUCTION BY FUNGI Aspergillus niger WITH
RICE STRAW SUBSTRATE
Nur Wahyu Indira Pangesti
Department of Biology, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University, Surakarta
Abstract
In order to find alternative materials that cheap and easily available for the production of xylanase then conducted research xylanase enzyme production from rice straw and molasses. Rice straw can be used as a xylan substituting substrate which was expensive. while molasses as a carbon source,it also as a nitrogen source,minerals and nutrients source were needed for growth of microbes so that can produce the enzyme. The purpose of this research was to determine the effect of addition molasses on the production of xylanase enzymes by fungi Aspergillus niger with rice straw substrate.
The research was divided into three phase, phase were the preparation phase, the enzyme production phase and testing phase. Preparation phase includes breeding strains, inoculums preparation, and preparation of fermentation medium. At the enzyme production phase, A. niger was grown in liquid medium with rice straw substrate which made of powder. At this fermentation medium, molasses was added in variant 0%, 1%, 3%, and 5%. Fermentation process was done in a shaker incubator with temperature condition of 37° C, agitation 200 rpm and pH 6. The last, testing the reduction of sugar content using DNS method to obtain an enzyme activity that had been produced.
From the survey results revealed that the addition of molasses on the rice straw media can increasing the growth of fungi A. niger but can not increase the activity of xylanase enzyme significantly and give the effect of incubation time longer. The most optimal concentration of molasses for the production of xylanase enzyme is a concentration of 1% with the highest enzyme activity amount 0.055 U/ml and with incubation time-56 hours.
Keywords : xylanase; A.niger; rice straw; molasses
commit to user
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Xilanase merupakan enzim ekstraseluler yang dapat menghidrolisis xilan
menjadi xilosa dan xilo-oligosakarida. Xilanase dapat dimanfaatkan untuk proses pemutihan kertas, campuran pakan ternak, penjernihan sirup, pembuatan gula xilosa, dan sebagainya. Penggunaan xilanase untuk mengurangi pemakaian khlorin dalam pemutihan kertas, telah memberikan peluang untuk aplikasi bioteknologi dan sekarang telah digunakan pada beberapa pabrik kertas (Bourbonnais dkk., 1997; Ruiz-Arribas dkk., 1995). Xilanase merupakan produk bioteknologi yang memiliki kegunaan cukup beragam, tetapi produksinya masih menghadapi kendala. Kendala yang muncul antara lain masih kurang tersedia biakan mikrobia unggul dan pengetahuan tentang teknologi produksi enzim.
Banyak pakar negara maju mengakui bahwa negara yang kaya akan keanekaragaman hayatinya, merupakan sumber mikrobia yang potensial untuk bioproses (Richana dkk., 2000).
Penggunaan mikroba sebagai penghasil enzim memiliki beberapa keuntungan, yaitu diantaranya biaya produksi relatif murah, dapat diproduksi dalam waktu singkat sesuai dengan permintaan, mempunyai kecepatan tumbuh yang tinggi serta mudah dikontrol (Fogarty and Weshoff, 1983). Salah satu mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim xilanase adalah fungi
Aspergillus niger . Untuk mengoptimalkan produksi enzim perlu adanya
commit to user pengoptimalan faktor-faktor yang berperan dalam produksi enzim tersebut, antara lain : media fermentasi, suhu, aerasi, agitasi, pH, serta strain yang digunakan.
Media fermentasi memegang peranan penting. Untuk skala besar diperlukan media fermentasi yang murah dan mudah diperoleh serta dapat menghasilkan enzim yang diharapkan (Trismilah dkk., 2003).
Xilanase mempunyai kemampuan untuk menghidrolisis xilan menjadi gula xilosa. Untuk menghasilkan xilanase, maka substrat yang digunakan harus mengandung xilan. Penggunaan xilan murni dalam produksi xilanase skala besar tidak ekonomis karena harganya terlalu mahal. Xilan banyak terdapat pada limbah pertanian dan industri makanan (Rani dan Nand, 1996; Beg dkk., 2001). Salah satu limbah pertanian di Indonesia yang belum dimanfaatkan adalah limbah tanaman padi yang berupa jerami. Jerami merupakan limbah pertanian terbesar serta belum sepenuhnya dimanfaatkan. Kandungan xilan jerami padi cukup tinggi yaitu sebesar 20,4% (Lulea University of Technology, 2004). Selain itu, jerami padi juga mengandung kurang lebih 34,2% sellulosa, 24,5% hemiselullosa dan 23,4% lignin (Wyman dkk., 1996).
Untuk mengoptimalkan produksi xilanase, diperlukan penambahan sumber karbon pada media fermentasi. Hal ini membantu untuk inisiasi pertumbuhan fungi. Setelah pertumbuhan fungi meningkat, diharapkan produksi xilanase juga meningkat. Beberapa sumber karbon yang sering digunakan adalah molase, serealia, pati, glukosa, sukrosa, dan laktosa (Richana dkk., 2000). Molase merupakan hasil sampingan dari industri gula dan alkohol. Molase bersifat sangat korosif di alam dan meningkatkan kadar BOD (Biological Oxygen Demand) dan
commit to user COD (chemical oxygen demand). Tapi disisi lain molase dapat menjadi salah satu media fermentasi yang baik karena masih mengandung kadar gula 62% (Dellweg, 1983).
B. Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh penambahan molase yang merupakan sumber karbon pada produksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger?
2. Berapa konsentrasi molase yang paling optimal untuk dapat memproduksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger?
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui :
1. Pengaruh penambahan molase yang merupakan sumber karbon pada produksi enzim xilanase oleh fungi Aspergillus niger
2. Konsentrasi molase yang dapat memproduksi enzim xilanase paling optimal dari fungi Aspergillus niger
D. Manfaat Penelitian
1. Dapat meningkatkan nilai ekonomi dari limbah molase yang belum termanfaatkan dan bahkan bersifat korosif yang merugikan lingkungan
2. Dapat meningkatkan nilai ekonomi jerami sebagai limbah pertanian yang jumlahnya sangat melimpah dan belum termanfaatkan secara optimal.
commit to user
3. Dapat menggantikan klorin yang berbahaya dalam proses bleaching kertas dan mengurangi biaya pengolahan limbah pertanian maupun proses industri kimia lainnya.
4. Dapat merintis pemanfaatan mikroorganisme dalam biokonversi limbah.
5. Dapat memberikan sumbangan bagi penelitian-penelitian selanjutnya dalam pemanfaatan limbah pertanian sebagai substrat fungi xilanolitik penghasil enzim xilanase baik dalam bidang pangan maupun non-pangan.
commit to user
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan
1. Penambahan molase dengan konsentrasi 1%, 3%, dan 5% pada media jerami padi dapat meningkatkan pertumbuhan fungi A. niger tetapi tidak dapat meningkatkan aktivitas enzim xilanase secara signifikan dan memberikan efek waktu inkubasi yang lebih lama.
2. Konsentrasi molase yang paling optimal untuk produksi enzim xilanase adalah konsentrasi 1% dengan aktivitas enzim tertinggi yang dihasilkan sebesar 0.055 U/ml dan diperoleh pada waktu inkubasi jam ke-56.
B. Saran
1. Untuk produksi enzim xilanase oleh fungi A. niger dengan substrat jerami padi perlu ditambahkan molase dengan rentang konsentrasi yang lebih rendah karena dari ketiga konsentrasi yang ditambahkan meskipun tidak signifikan, penambahan molase dengan konsentrasi yang paling rendah menunjukkan aktivitas yang lebih tinggi.
commit to user
DAFTAR PUSTAKA
Ali, Sikander, ikram-ul-Haq, Qadeer, M.A., & Javed Iqbal. 2002. Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermentor.
Electronic journal of Biotechnology . 5 (3).
Bauman, R. W. 2004. Microbiology. Benjamin Cummings, Toronto: xxv + 897 hlm. Beg, Q.K, M. Kapoor, L. Mahajan, and G. S. Hoondal. 2001. Microbia xylanase and their industrial application; a review. J. Appl. Microbiol. Biotechnol.
56:326-338. Bourbonnais, R., M.G. Paice, B. Freiermuth, E. Bodie, and S. Borneman. 1997.
Reactives of various mediators and laccases with kraft pulp and lignin model compounds. Appl. Environ. Microbiol. 63:4632. Brock, T. D., M. T. Madigan, J. M. Martinko & J. Parker. 1994. Biology of
th microorganism. 7 ed. Prentice Hall, Inc., New Jersey: xvii + 909 hlm.
Budiman, Albar and Setyawan, Sigit. 2009. Pengaruh Konsentrasi Substrat, Lama
Inkubasi dan pH Dalam Proses Isolasi Enzim Xylanase dengan Menggunakan Media Jerami Padi. Seminar Tugas Akhir S1 Teknik Kimia
UNDIP. Coughlan, M.P. and G.P. Hazlewood. 1993.
β-1,4-D-Xylan-degrading enzyme systems: Biochemistry, molecular biology, and aplications. Biotechnol.
Appl. Biochem. 17:259-289.
Damaso, M. C. T., M. S. Almeida, E. Kurtenbach, O. B. Martins, N. Pereira, C.
M. M. C. Andrade & R. M. Albano. 2003. Optimized expression of a thermostable xylanase from Thermomyces lanuginosus in Phicia pastoris.
Appl. Environ. Microbial . 69(10): 6064-6072.
Dewi, K.H , dan. 2002. Hidrolsis Limbah Hasil Pertanian Secara Enzimatik. Akta Agrosia. 5(2) : 67-7. Disalvo, Arthur. 2009. Mycology-chapter five: Filamentous Fungi. www.pathmicro.med.sc.edu [30 Desember 2011]. Fardiaz, S. 1992. Mikrobiologi Pangan. Jakarta: PT. Gramedia. Fogarty, W.C. dan Weshoff, D.C. 1983. Microbial Enzymes and Biotecnology.
commit to user
App. Scle. Pub. London and New York.