PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009 IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA

Transkripsi

1 ISBN : PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009 IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA SURABAYA, 14 PEBRUARI 2009 OLEH : JURUSAN KIMIA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Diterbitkan oleh : Unesa University Press

2 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA 2009 IMPLEMENTASI HASIL-HASIL PENELITIAN UNTUK PENINGKATAN PROFESIONALISME DI BIDANG KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya Penerbit : Unesa University Press 2009 xiii, A57, B642, C285, ilus, 21cm ISBN : Unesa University Press Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari penerbit, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotoprint, microfilm dan sebagainya ii

3 Pendahuluan Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa ISBN : OPTIMASI PROSES HIDROLISIS CARBOXY METHYL CELLULOSE (CMC) DENGAN ENZIM SELULASE DARI BEKICOT, Achatina fulica Masfufatun Carboxy Methyl Cellulose (CMC) merupakan turunan selulosa yang mudah larut dalam air. Oleh karena itu CMC mudah dihidrolisis menjadi gula-gula sederhana oleh enzim selulase. Bekicot adalah hewan lunak, mudah berkembang biak dan memanfaatkan selulosa sebagai sumber energinya serta kandungan proteinnya cukup tinggi. Oleh karena itu bekicot dapat dijadikan sebagai sumber enzim selulase untuk menghidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC) Peneltian ini bertujuan untuk bertujuan untuk menentukan kondisi optimum proses hidrolisis Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica yang meliputi kondisi ph dan Suhu. Kadar Glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis dianalisa dengan menggunakan metode Semogy-Nelson,. Dari penelitian ini bahwa enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas spesifik sebesar Selulosa merupakan biomolekul yang paling banyak ditemukan di alam dan merupakan unsur utama penyusun kerangka tumbuhan. Diperkirakan sekitar ton selulosa dibiosintesis tiap tahun. Daun kering mengandung 10-20%selulosa; kayu 50% dan kapas 90%(Kolman, 2001). Selama ini limbah pertanian maupun kehutanan, seperti jerami gandum maupun padi, tongkol jagung, bagas, kulit kacang dan lain-lain belum dimanfaatkan secara optimal, padahal limbah-limbah tersebut merupakan sumber energi yang potensial. Kandungan selulosanya yang tinggi dapat dikonversi menjadi gula-gula sederhana (gula pereduksi) dan selanjutnya difermentasi menjadi etanol oleh khamir atau bakteri. Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) merupakan turunan selulosa, kopolimer dua unit β-d glukosa dan β-d-glukopiranosa 2-O- (karboksilmetil)-garam monosodium yang terikat melalui ikatan β-1,4-glikosidik. CMC memiliki kelarutan lebih tinggi daripada selulosa, sehingga mudah dihidrolisis. Hidrolisis CMC menjadi gula-gula sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam, enzim maupun mikroba selulolitik. Beberapa penelitian melaporkan bahwa proses hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan daripada menggunakan asam. Selain tidak menimbulkan masalah korosi dan berlangsung pada kondisi mild (ph 4,8 dan suhu 50 0 C), ternyata proses hidrolisais secara enzimatis menghasilkan yield lebih tinggi daripada hidrolisis yang dikatalisis asam (Duff and Murray, 1996). Enzim selulase diproduksi oleh mikroba selulolitik dari golongan bakteri dan jamur. Permasalahan yang sering muncul dalam penelitian adalah kurang tersedianya enzim selulase yang murah dan efisien. Salah satu alternatif untuk mengatasi hal ini adalah dengan memanfaatkan bekicot sebagai sumber enzim Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 362

4 selulase. Selama ini bekicot banyak digunakan sebagai pakan ternak karena kandungan proteinnya yang cukup tinggi. Silaban, R., 1999 menemukan mikroba selulolitik, Pseudomonas alcaligenes PaAf-18 di dalam tubuh bekicot. Mikroba selulolitik tersebut memproduksi enzim selulase untuk mencerna makanan dan sebagian disimpan dalam hepatopankreas yang salurannya bermuara ke sistem pencernaan. Isolasi enzim selulase dari hepatopankreas bekicot lebih mudah dilakukan daripada isolasi dari bakteri atau jamur, yakni melalui proses dekstruksi sel, homogenasi dan sentrifugasi. Dalam melakukan kerja katalitiknya, aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu konsentrasi substrat, ph, suhu, konsentrasi enzim dan waktu reaksi (Price, 1979). Di industri pengungkapan sifat dan karakteristik suatu produk enzim sangat diperlukan untuk efisiensi proses produksi dan lebih jauh akan difungsikan untuk memperoleh produk akhir yang berkualitas. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimum proses hidrolisis Karbokxy Methyl Celulosa (CMC) menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica yang meliputi kondisi suhu, ph, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim dan waktu proses. Dari penelitian diharapkan glukosa sebagai hasil hidrolisis dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan etanol. Bahan dan Metode Bahan-bahan utama yang diperlukan dalam penelitian ini adalah bekicot, Achatina fulica sebagai sumber enzim, diperoleh dari perladangan sekitar perumahan dosen ITS, dipilih yang besar dan cangkangnya masih utuh. Carbokxy Methyl Cellulose (CMC) sebagai substrat dalam proses hidrolisis diperoleh dari laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi FMIPA Universitas Airlangga Surabaya. Isolasi Enzim Selulase dari bekicot,achatina fulica Sebanyak 35 gram hepatopankreas bekicot dihomogenisasi dengan 500ml 1% NaCl dingin (ph=7) dalam waringblender selama 3 menit pada suhu 1-4 o C.. Homogenat yang diperoleh kemudian disaring melalui kain pada suhu 2-4 o C dan filtratnya disentrifuge selama 80 menit pada suhu 2 o C dan 4200 rpm dalam International Refrigerated Centrifuge dengan rotor no Supernatan yang diperoleh merupakan preparat enzim selulase(soedigdo, dkk., 1980) selanjutnya dilakukan uji aktivitas dan kandungan protein. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 363

5 Optimasi Proses Hidrolisis Carbokxy Methyl Cellulose (CMC) Suhu Optimum Suhu optimum dilakukan dengan cara sebagai berikut: Ke dalam 6 buah labu erlenmeyer 100ml dimasukkan masing-masing 40 ml CMC 2% dalam larutan buffer asetat ph 5 dan ditambahkan 10 ml enzim selulase. Campuran dalam labu diinkubasi pada suhu berbeda (30 o C, 40 o C, 50 o C dan 60 o C) dan kecepatan 160 rpm selama 60 menit.. reaksi dihentikan dengan pemanasan selama 10 menit. Kadar Gula reduksi dalam hidrolisat Carbokxy Methyl Cellulose (CMC) ditentukan dengan menggunakan metode Semgy-Nelson. ph Optimum ph optimum ditenntukan dengan cara sebagai berikut: disediakan beberapa larutan CMC 2% dalam bufer asetat dengan ph berbeda 4,5; 5,0; 5,16, 5,25 dan 5,5. Masing-masing larutan diambil 40 ml dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 100 ml yang berbeda. Ke dalam masing-masing labu erlenmeyer ditambahkan 10 ml larutan enzim kemudian diinkubasi pada suhu optimum selama 1 jam dengan kecepatan 160 rpm.. Reaksi dihentikan dengan pemanasan selama 10 menit. Kadar Gula reduksi dalam hidrolisat selulosa ditentukan dengan menggunakan metode Semgy-Nelson. Metode Analisis Analisa Kadar Gula Reduksi Pengambilan sampel dilakukan dengan menggunakan pipet mikro sebanyak 200 l, dimasukkan secara kuantitatif ke dalam tabung ependorf. Kemudian disentrifugasi kecepatan tinggi selama 5 menit. Dipisahkan antara residu dan filtratnya. Filtrat ditentukan kadar glukosanya dengan metode Semogyi-Nelson seperti pada pembuatan kurva standar glukosa. Absorbansi sampel (y) diekstrapolasikan pada persamaan regresi linier yang telah didapat, sehingga setiap kadar glukosa dapat ditentukan.. Uji aktivitas Selulase Pada tabung reaksi betutup diisi dengan 1,0ml larutan buffer asetat ph 4,8 dan 0,5ml larutan enzim dalam buffer asetat. Selanjutnya campuran tersebut dipanaskan. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 364

6 Pada saat suhu mencapai 50 O C, ke dalam tabuing tersebut dimasukkan kertas saring berukuran 1,0 x 6,0 cm ( 50 mg) lalu diaduk (NB. Semua bagian kertas saring Whatman No 1 harus tercelup dalam cairan. Setelah 1 jam reaksi dihentikan dengan pemanasan dalam air mendidih selama 10 menit dan selnjutnya dilakukan uji gula reduksi pada filtratnta dengan menggunakan metode Somogy-Nelson. (Ghose,1987) Uji Kandungan Protein pada Enzim Selulase Enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot ditrentukan kadar proteinnya dengan cara sebagai berikut: ke dalam tabung reaksi yang berisi 7 ml ekstrak kasar enzim ditambahkan 3 ml reagen Bradford, lalu diinkubasi selama 5 menit. Setelah waktu inkubasi, absorbansi larutan enzim diukur pada panjang gelombang maksimum 595 nm. Absorbansi yang diperoleh diplotkan pada persamaan regresi linier kurva standar protein HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi Enzim Selulase dari Bekicot, Achatina fulica Isolasi enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica dilakukan melalui tahap dekstruksi, homogenisasi dan sentrifugasi. Supernatan yang diperoleh berwarna coklat tua. Dari 35 gram hepatopankreas bekicot dihasilkan 450 ml supernatan. Supernatan ini merupakan ekstrak kasar selulase. Setelah diuji dengan metode bradford, kadar protein pada enzim selulase sebesar 1,932 g/l. Kurva Standar Glukosa dan Protein Kurva standar glukosa dibuat untuk dijadikan pedoman perhitungan kadar glukosa sebagai hasil dari proses hidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dengan menggunakan enzim selulase dari bekicot, Achatina fulica. Kadar glukosa ditentukan dengan menggunakan metode Somogyi-Nelson (1944). Prinsip dari metode ini adalah reduksi dari Cu 2 * menjadi Cu + oleh glukosa yang menghasiikan endapan merah bata. Sedangkan glukosa mengalami oksidasi menjadi asam glukonat. Selanjutnya Cu + dari endapan merah bata mengalami reoksidasi oleh pereaksi arsenomolibdat. Arsenomolibdat yang mengalami reduksi menghasiikan wama biru. Warna biru tersebut diukur serapannya pada 540 nm. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 365

7 Tabel 1. Data Serapan Standar Glukosa Pada Berbagai Konsentrasi Konsentrasi Glukosa (mg/100 ml) Absorbansi (( = 540 nm) 2,0 0,03 4,0 0,07 6,0 0,15 8,0 0,22 10,0 0,28 Dari data tersebut diperoleh persamaan garis linier untuk kurva standar glukosa, yaitu y = 0,0325x 0,043. A b s o r b a n s i ( = n m ) Konsentrasi Glukosa (mg /100mL ) Gambar 1. Kurva Standar Glukosa Sedangkan kurva protein standar dibuat dengan standar kasein, yang dijadikan sebagai pedoman dalam perhitungan kadar protein enzim.uji kadar protein menggunakan metode Bradford yang prinsip kerjanya adalah terbentuknya kompleks Coomassie blue dengan ikatan peptida yang ada dalam protein. Kompleks tersebut punya serapan maksimum pada =595 nm. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 366

8 Tabel 2. Data serapan protein standar pada berbagai konsentrasi Konsentrasi Kasein (ppm) Absorbansi Dari data tersebut diperoleh persamaan regresi linier untuk kurva protein standar yaitu y = 0,00055x + 0,100. Absorbansi Konsentrasi Kasein (ppm) Gambar 2. Kurva Standar Protein Uji Aktivitas Selulase Uji aktivitas enzim dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya aktivitas selulase pada ekstrak kasar. Enzim Selulase dari hepatopankrean bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas 2,75 U/menit dan aktivitas spesifiknya 2,85 U/mg protein. 1 Unit aktivitas diartikan banyaknya enzim yang dapat menghasilkan 1 g glukosa setiap mililiter permenit dalam kondisi percobaan. Optimasi Kondisi hidrolisis Penentuan kondisi optimum selulase dilakukan karena aktivitas suatu enzim sangat tergantung pada kondisi, di antaranya ph, suhu dan waktu inkubasi. ph Optimum Penentuan ph proses hidrolisis Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dengan menggunakan enzim selulase bertujuan urttuk mendapatkan ph optimum yang mampu mendukung proses hidrolisis utuk menghaslikan glukosa yang maksimal. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 367

9 Data analisis proses hidrolisis pada beberapa kondisi ph terdapat dalam tabel 4.5 dan gambar 15. Tabel 3. Data Analisis proses hidrolisis pada berbagai variasi ph Kadar Glukosa ph (mg/100ml) K adar G lukos a (m g /100ml) ph Gambar 3. Kurva Kadar Glukosa terhadap kondisi ph Gambar 3 menunjukkan bahwa kadar glukosa hasil proses hidrolisis mengalami peningkatan seiring dengan kenaikkan ph, yaitu sampai ph 5,16. Di atas ph 5,16 kadar glukosa mengalami penurunan. Dari sini didapatkan informasi bahwa ph 5,16 merupakan ph optimum proses hidrolisis. Suhu Optimum Suhu atau temperatur merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi. Kenaikkan suhu dapat meningkatkan laju reaksi enzimatis (Pazur, I., dan Zahdo, I959). Penentuan suhu proses hidrolisis bertujuan untuk mendapatkan suhu optimum yang dapat mendukung proses hidrolisis menghasilkan giukosa yang maksimal Data anatisis proses hidroisis pada beberapa kondisi suhu proses terdapat dalam tabel dan gambar berikut Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 368

10 Tabel 4. Data Analisis Proses Hidrolisis pada berbagai suhu Kadar Glukosa Suhu (mg/100ml) Kadar Glukosa (mg/100ml ) S uhu Gambar 4. Kurva Kdar Glukosa pada berbagai suhu Gambar 4 menunjukkan bahwa kadar glukosa hasil proses hidrolisis mengalami peningkatan seiring dengan kenaikkan suhu proses, yaitu sampai pada suhu 50 o! C. Di atas suhu 50 o C kadar glukosa mengalami penuruan. Hal ini disebabkan dengan suhu yang lebih dari 50 C enzim mengalami kerusakan yang menyebabkan keaktifan dari enzim mulai menurun. Ini terlihat dari kadar glukosa yang dihasilkan mengalami penurunan yang tajam. Rendahnya produk hidrolisis pada saat proses di bawah suhu 50"C disebabkan oleh kurangnya energi aktivasi yang diperlukan untuk pembentukan kompleks Enzim- Substrat (ES). KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa enzim selulase yang diisolasi dari hepatopankreas bekicot, Achatina fulica memiliki aktivitas spesifik sebesar 2,85 U/mg (enzim kasar); Sephadex G100) and 43,02 U/mg. Suhu dan ph optimal untuk reaksi enzimatis adalah 50 o C dan ph 5,16. Untuk meningkatkan aktivitas spesifik enzim selulase ini perlu dilakukan pemurnian dan untuk meningkatkan kadar protein enzim selulase perlu dilakukan pemekatan melalui liofilisasi. Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 369

11 DAFTAR PUSTAKA Bradford MM, A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding. Anal. Biochem. 72: Ghose, T.K., (1987), Measurement of Cellulase activities, Pure and Applied Chemistry, 59, Koolman, J. dan Rohm, K.(2001), Atlas Berwarna dan Teks Biokimia, Terjemahan Septelia, Penerbit Hipokrates, Jakarta Soedigdo, P., L.S.Nio, A. Soekeni,R.C. Barnett, (1970), Cellulase from The Snail Achatina fulica (Fer), Physial Zoology, 43,2, Soedigdo, P., Muliawati, M. Wirahadikusumah, (1980), Penuntun Praktikum Biokimia Dasar, edisi kedua, Departemen Kimia FMIPA ITB, Bandung. Silaban, Ramlan., (1999), Enzim Selulolitik pada Bakteri Pseudomonas alchaligenes PaAf-18, PhD Theses from JBPTITBPP, Bandung Sudarmadji, S., Haryono,B., Harsono., (1984), Prosedur Analisa untuk Bahan Makanan dan Pertanian, Liberti, Yogyakarti Duff, S.J.B., Murray, W.D., (1996), Bioconvertion of forest products industry waste cellulosics to fuel ethanol: a review. Bioresour. Technol. 55, Surabaya, 14 Pebruari 2009 B - 370