SKRINING BAKTERI KITINOLITIK DAN UJI PRODUKSI KITINASE MENGGUNAKAN TEPUNG CANGKANG UDANG SKRIPSI Oleh Anja Asmarany R. NIM 061810401070 JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2011
SKRINING BAKTERI KITINOLITIK DAN UJI PRODUKSI KITINASE MENGGUNAKAN TEPUNG CANGKANG UDANG SKRIPSI diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Biologi (S1) dan mencapai gelar Sarjana Sains Oleh Anja Asmarany R. NIM 061810401070 JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2011 i
PERSEMBAHAN Skripsi ini saya persembahkan untuk: 1. ayah dan ibu tercinta yang senantiasa mendoakan dan memberikan kasih sayang serta menjadi motivator utama selama ini. 2. semua guru-guru yang telah memberikan ilmu dan membimbingku dengan penuh kesabaran 3. Almamater Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember, tempat berproses diri dan pembelajaran dalam meraih masa depan. ii
MOTTO Bila Anda berpikir Anda bisa, maka Anda benar. Bila Anda berpikir Anda tidak bisa, Anda pun benar. Karena itu ketika seseorang berpikir tidak bisa, maka sesungguhnya dia telah membuang kesempatan untuk menjadi bisa (Henry Ford) Tidak ada yang harus ditakutkan dalam hidup ini. Hidup itu hanya perlu dipahami" (Marie Curie) iii
PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini : nama : Anja Asmarany R. NIM : 061810401070 menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya ilmiah yang berjudul Skrining Bakteri Kitinolitik dan Uji Produksi Kitinase Menggunakan Tepung Cangkang Udang adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika dalam pengutipan substansi disebutkan sumbernya, dan belum pernah diajukan pada institusi mana pun, serta bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan dan paksaan dari pihak mana pun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika ternyata di kemudian hari pernyataan ini tidak benar. Jember, 20 Oktober 2011 Yang menyatakan, Anja Asmarany R. NIM. 061810401070 iv
SKRIPSI SKRINING BAKTERI KITINOLITIK DAN UJI PRODUKSI KITINASE MENGGUNAKAN TEPUNG CANGKANG UDANG Oleh Anja Asmarany R. NIM 061810401070 Pembimbing Dosen Pembimbing Utama Dosen Pembimbing Anggota : Esti Utarti, S.P., M.Si : Drs. Rudju Winarsa, M.Kes v
PENGESAHAN Skripsi berjudul Skrining Bakteri Kitinolitik dan Uji Produksi Kitinase Menggunakan Tepung Cangkang Udang telah diuji dan disahkan pada: hari, tanggal : tempat : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember Ketua, Tim Penguji: Sekretaris, Esti Utarti, S.P., M.Si Drs. Rudju Winarsa, M.Kes NIP 197003031999032001 NIP 196008161989021001 Anggota I, Anggota II, Drs. Siswanto, M.Si. Dr. Kahar Muzakhar, S.Si NIP 196012161993021001 NIP 196805031994011001 Mengesahkan Dekan, Prof. Drs. Kusno, DEA., Ph.D NIP 196101081986021001 vi
RINGKASAN Skrining Bakteri Kitinolitik dan Uji Produksi Kitinase Menggunakan Tepung Cangkang Udang; Anja Asmarany R., 061810401070; 2011: 31 halaman; Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Kitin merupakan polisakarida kedua terbanyak di alam setelah selulosa yang tersusun atas unit monomer β-1,4 N-asetil-D-glukosamin (Matsumoto, 2006). Tahap awal pemecahan kitin adalah melalui hidrolisis ikatan β-1,4 diantara molekul N-asetil glukosamin (NAG) oleh kitinase (Singh et al., 2009). Bakteri kitinolitik menarik untuk diisolasi karena kemampuannya dalam menghidrolisis kitin menjadi derivatnya yaitu N-asetil glukosamin. N-asetil glukosamin ini banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti biokimia, bioteknologi, farmakologi, medis, dan industri. Meskipun sumber kitin bermacam-macam, namun secara komersial kitin dieksplorasi dari cangkang udang-udangan (Crustacea) (Yurnaliza, 2002). Kandungan kitin yang terdapat dalam cangkang udang sekitar 17% - 27% (Abun et al., 2006; Mirwandhono dan Siregar, 2004). Kandungan kitin limbah cangkang udang sebesar 17% - 27% tersebut diduga dapat menjadi sumber isolat bakteri kitinolitik dan menjadi substrat produksi kitinase. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan bakteri kitinolitik yang diisolasi dari limbah cangkang udang dan untuk melakukan uji produksi kitinase dari limbah cangkang udang. Metode penelitian meliputi (i) Isolasi dan Skrining Bakteri Kitinolitik, (ii) Pola Pertumbuhan Bakteri, (iii) Produksi dan Ekstraksi Kitinase Menggunakan Tepung Cangkang Udang, (iv) Pengukuran Aktivitas Kitinase dengan Metode Schale, dan (v) Penentuan Standar N-asetil glukosamin. Rancangan percobaan yang digunakan yaitu rancangan acak lengkap faktorial yang akan dianalisis dengan Uji Anava satu arah dan dilanjutkan dengan uji Duncan. vii
Sebanyak 37 isolat telah berhasil diisolasi dari limbah cangkang udang yang diambil dari tambak udang di PT. Delta Guna Sukses, Desa Kalimalang, Kecamatan Gumukmas. Dari 37 isolat tersebut, 15 positif kitinolitik. Berdasarkan hasil pengukuran indeks aktivitas kitinase pada hari kelima, isolat 24 menunjukkan nilai indeks kitinolitik tertinggi dibandingkan isolat yang lain dengan nilai 18,75. Sedangkan satu isolat terpilih lainnya adalah isolat 21. Hasil uji statistika menunjukkan bahwa jenis isolat dan konsentrasi tepung cangkang udang pada media produksi berpengaruh terhadap produksi kitinase, meskipun interaksi antara keduanya tidak berpengaruh nyata. Isolat 24 mempunyai produksi kitinase lebih tinggi daripada isolat 21 meskipun berdasarkan uji Duncan taraf 5% menunjukkan hasil yang berbeda tidak nyata. Hasil uji aktivitas kitinase isolat 21 dan isolat 24 menunjukkan bahwa produksi kitinase meningkat sejalan dengan meningkatnya konsentrasi tepung cangkang udang. Berdasarkan hasil uji Duncan taraf 5%, konsentrasi tepung cangkang udang 4% (21.687x10-3 U/ml) menghasilkan kitinase dengan aktivitas tertinggi yang berbeda nyata dengan konsentrasi tepung cangkang udang 2% (9.8 x10-3 U/ml), meskipun berbeda tidak nyata pada konsentrasi tepung cangkang udang 1 dan 3%. viii
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul Skrining Bakteri Kitinolitik dan Uji Produksi Kitinase Pada Tepung Cangkang Udang. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada : 1. Esti Utarti, S.P., M.Si. dan Drs. Rudju Winarsa, M.Kes. selaku Dosen Pembimbing yang dengan penuh kesabaran memberikan pengarahan, bimbingan, saran dan motivasi dalam penulisan skripsi ini; 2. Drs. Siswanto, M.Si dan Dr. Kahar Muzakhar, S.Si selaku Dosen Penguji, yang telah memberikan kritik dan saran selama penulisan skripsi ini; 3. Dra. Susantin Fajariyah, M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan dan motivasi dalam masa perkuliahan sampai dengan penyelesaian penyusunan skripsi ini; 4. Ir. Endang Susetyaningsih, selaku teknisi Laboratorium Mikrobiologi Universitas Jember yang telah membantu selama penelitian; 5. kedua orang tua tercinta Rustamaji dan Endang Sri Sulastri, adik Moh. Ibrahim Annur, Ahmad Fauzi Ghouzt dan Khosi Larasati yang telah memberikan kasih sayang, semangat serta doa yang tiada henti-hentinya; 6. teman-teman seperjuangan di Laboratorium Mikrobiologi Friska, Lia, Ajeng, Reny, Gita, Anton, Eko, Bukhori terimakasih atas kerjasama, dukungan serta bantuan yang diberikan selama penelitian; 7. sahabat suka dan duka Audi, Dina, Endah, Faiz, almarhumah Pipit, Rifky, Andry, kalian tempat berbagi senyum dan tangis, terimakasih atas segala bantuan dan dukungan yang diberikan; ix
8. teman-teman angkatan 2006, terima kasih atas kebersamaan, persaudaraan, dan bantuan yang diberikan selama penulis menjalani masa studi dan penelitian; 9. semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Semoga do a dan bantuan yang telah diberikan kepada penulis mendapatkan balasan dari Allah SWT. Penulis sangat mengharapkan segala masukan yang bersifat kritik dan saran dari semua pihak demi kesempurnaan penulisan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Jember, Oktober 2011 Penulis x
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSEMBAHAN... ii HALAMAN MOTTO... iii HALAMAN PERNYATAAN... iv HALAMAN PEMBIMBINGAN... v HALAMAN PENGESAHAN... vi RINGKASAN... vii PRAKATA... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB 1. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 2 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 2 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA... 3 2.1 Kitin... 3 2.2 Kitinase... 6 2.3 Bakteri Kitinolitik... 8 2.4 Hipotesis... 9 BAB 3. METODE PENELITIAN... 10 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 10 3.2 Alat dan Bahan... 10 xi
3.2.1 Bahan... 10 3.2.2 Alat... 10 3.3 Rancangan percobaan... 10 3.4 Prosedur Penelitian... 11 3.4.1 Pengambilan Sampel... 11 3.4.2 Pengukuran ph dan Salinitas... 11 3.4.3 Pembuatan Koloidal Kitin... 12 3.4.4 Isolasi dan Skrining Bakteri Kitinolitik... 12 3.4.5 Pola Pertumbuhan Bakteri... 13 3.4.6 Produksi dan Ekstraksi Kitinase... 14 3.4.7 Pengukuran Aktivitas Kitinase... 14 3.4.8 Penentuan Standar N-asetil glukosamin... 15 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN... 16 4.1 Isolasi dan Skrining Bakteri Kitinolitik... 16 4.2 Pola Pertumbuhan Isolat 21 dan Isolat 24... 17 4.3 Produksi dan Uji Aktivitas Kitinase Isolat 21 dan Isolat 24... 19 4.4 Identifikasi Morfologi Bakteri Kitinolitik... 22 BAB 5. PENUTUP... 24 5.1 Kesimpulan...... 24 5.2 Saran... 24 DAFTAR PUSTAKA... 25 LAMPIRAN... 30 xii
DAFTAR TABEL Halaman 4.1 Hasil Skrining Bakteri Kitinolitik Asal Limbah Cangkang Udang... 17 4.2 Hasil Uji Duncan Taraf 5% Jenis Isolat Pada Produksi Kitinase... 19 4.3 Hasil Uji Duncan taraf 5% Pengaruh Konsentrsi Tepung Pada Produksi Kitinase... 20 4.4 Karakteristik Morfologi Bakteri Isolat 21 dan 24 Secara Makroskopis dan Mikroskopis... 22 xiii
DAFTAR GAMBAR Halaman 2.2 Struktur α Kitin (a) dan Struktur β Kitin (b)... 5 2.2 Proses Hidrolisis Kitin Menjadi Turunannya... 5 2.3 Struktur Kitin Yang Terdiri Dari Monomer N-Asetil-Glukosamin dan Sisi Spesifik Pemotongan Kitinase... 7 4.1 Kurva Pertumbuhan Bakteri Isolat 21 dan 24... 18 4.2 Pengaruh Jenis Isolat Terhadap Aktivitas Kitinase... 20 4.3 Pengaruh Konsentrasi Tepung Udang Terhadap Aktivitas Kitinase... 21 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman A. Komposisi Media dan Cara Pembuatan Media... 30 A.1 Komposisi dan Cara Pembuatan Media Nutrien Agar (NA)... 30 A.2 Komposisi dan Cara Pembuatan Media Agar Kitin... 30 A.3 Komposisi dan Cara Pembuatan Media Luria Broth (LB)... 31 B. Rancangan Percobaan (Rancangan Acak Lengkap Faktorial)... 31 C. Jumlah Sel Isolat Bakteri 21 dan 24 pada Media Luria Broth... 31 C.1 Jumlah Isolat Bakteri 21... 31 C.2 Jumlah Sel Isolat Bakteri 24... 32 D. Hasil Kurva Standar N-asetil glukosamin... 32 E. Hasil Uji Aktivitas Kitinase Isolat 21 dan Isolat 24 Pada Media Produksi Tepung Cangkang Udang dengan Berbagai Konsentrasi... 33 xv
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kitin merupakan polisakarida kedua terbanyak di alam setelah selulosa yang tersusun atas unit monomer β-1,4 N-asetil-D-glukosamin (Matsumoto, 2006). Kitin dapat ditemukan pada berbagai macam organisme antara lain invertebrata laut, insekta, crustacea, zooplankton, dan beberapa fitoplankton serta fungi (Uria et al., 2005). Lebih dari 80.000 ton kitin diperoleh dari limbah laut dunia per tahun. Di Indonesia, limbah kitin yang belum dimanfaatkan sebesar 56.200 ton per tahun (Rochima et al., 2007). Kitin di alam memiliki bentuk yang padat dan bersifat tidak larut dalam air atau pelarut organik biasa (Yurnaliza, 2002). Degradasi kitin merupakan salah satu tahap penting dalam siklus nutrisi di alam. Tahap awal pemecahan kitin adalah melalui hidrolisis ikatan β-1,4 diantara molekul N-asetil glukosamin (NAG) oleh kitinase. Kitinase merupakan enzim ekstraseluler yang ditemukan pada berbagai organisme (Singh et al., 2009). Kitinase dapat diisolasi dari berbagai macam bakteri dengan kualitas yang sama baiknya seperti yang dihasilkan oleh Actinomycetes (Priya et al., 2011). Bakteri yang mempunyai aktivitas kitinolitik antara lain Bacillus circulans, Streptococcus lividans, Aeromonas sp. dan Serratia marcescens yang menghasilkan banyak kitinase dari gen yang berbeda dan efisien dalam mendegradasi kitin (Suzuki et al., 1999). Bakteri kitinolitik menarik untuk diisolasi karena kemampuannya dalam menghidrolisis kitin menjadi derivatnya. Salah satu contoh derivat kitin adalah N- asetil glukosamin. Derivat ini banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti biokimia, bioteknologi, farmakologi, medis, dan industri. Pada bidang farmasi N- asetil glukosamin ini dapat dikonversi menjadi hexa-n-kitobiosa yaitu suatu