PEMANFAATAN KITOSAN DARI CANGKANG UDANG SEBAGAI MATRIKS PENYANGGA PADA IMOBILISASI ENZIM PROTEASE Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor Oleh: Venol Ferdiansyah CO3400001 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERIKANAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2005
PEMANFAATAN KITOSAN DARI CANGKANG UDANG SEBAGAI MATRIKS PENYANGGA PADA IMOBILISASI ENZIM PROTEASE Oleh: Venol Ferdiansyah C03400001 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERIKANAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2005
Judul : PEMANFAATAN KITOSAN DARI CANGKANG UDANG SEBAGAI MATRIKS PENYANGGA PADA IMOBILISASI ENZIM PROTEASE Nama mahasiswa : Venol Ferdiansyah NRP : C03400001 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Ir.Sri Purwaningsih, M.Si. Dra. Pipih Suptijah, MBA NIP. 131 878 935 NIP. 131 476 638 Mengetahui, Dekan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Dr. Ir. Kadarwan Soewardi NIP. 131 805 031 Tanggal lulus : 14 Oktober 2005
KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat kesehatan dan kesempatan yang dilimpahkan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Doa keselamatan penulis panjatkan pula pada pembawa risalah kebenaran, nabi Muhammad SAW beserta segenap keluarga, sahabat dan seluruh manusia yang mengikuti ajarannya sampai akhir jaman. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan dan Ilmu Kelautan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini merupakan studi tentang Pemanfaatan Kitosan dari Cangkang Udang sebagai Matriks Penyangga pada Imobilisasi Enzim Protease Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ibu Ir. Sri Purwaningsih, M.Si dan Ibu Dra. Pipih Suptijah, MBA selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penulisan skripsi. 2. Ibu Tati Nurhayati, S.Pi, MS yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran selama penelitian serta ibu Dra. Ella Salamah, M.Si atas segala kritikan dan saran yang telah diberikan demi perbaikan skripsi ini. 3. Papa, Mama, Bang Fanda, adik-adikku tercinta Harry, Arief, Fajrin, Danu dan seluruh keluarga besarku di Padang atas doa, nasehat, kasih sayang, semangat dan inspirasi kepada penulis. 4. Pak Gandhi dan Ibu Emma selaku staf laboratorium biokimia dan mikrobiologi Departemen Teknologi Hasil Perairan serta Mbak Lina staf laboratorium Pengembangbiakan ikan dan Rekayasa genetika atas kemudahan dan bantuan yang telah diberikan selama penulis melakukan penelitian. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, namun penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat dan sumbangan yang berarti bagi dunia pendidikan. Bogor, Oktober 2005 Venol Ferdiansyah
RIWAYAT HIDUP Penulis bernama lengkap Venol Ferdiansyah. Dilahirkan di Meulaboh pada tanggal 16 Januari 1982. Penulis adalah putra dari pasangan Bapak Asli, M dan Ibu Nurbaity, M. Anak kedua dari enam bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN 10 Tapaktuan pada tahun 1994, kemudian di kota yang sama pada tahun 1994 penulis melanjutkan pendidikan lanjutan pada SLTP Negeri 2 Tapaktuan dan lulus pada tahun 1997. Pada tahun yang sama, penulis melanjutkan pendidikan ke SMU Negeri 1 Tapaktuan dan lulus pada tahun 2000. Penulis diterima menjadi mahasiswa IPB melalui Jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada tahun 2000 dan diterima di Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Selama masa pendidikan di IPB, penulis pernah aktif menjadi asisten mata kuliah Toksikologi dan Kimia Industri 2004-2005, menjadi Ketua Departemen Humas Himpunan Mahasiswa Hasil Perikanan (HIMASILKAN) 2001-2002 dan aktif sebagai panitia maupun peserta berbagai kegiatan seminar dan pelatihan. Tahun 2005 penulis meraih prestasi poster terbaik dalam Lomba Program Kreatifitas Mahasiswa bidang penelitian pada Pekan Ilmiah Nasional ke XVIII di Padang. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor, penulis melakukan penelitian dengan judul Pemanfaatan Kitosan dari Cangkang Udang sebagai Matriks Penyangga pada Imobilisasi Enzim Protease di bawah bimbingan Ibu Ir. Sri Purwaningsih, M.Si dan Ibu Dra. Pipih Suptijah, MBA.
RINGKASAN Venol Ferdiansyah. C03400001. Pemanfaatan Kitosan dari Cangkang Udang Sebagai Matriks Penyangga pada Imobilisasi Enzim Protease. Dibimbing oleh SRI PURWANINGSIH dan PIPIH SUPTIJAH. Udang sebagai salah satu komoditas andalan sektor perikanan, setiap tahunnya mengalami peningkatan produksi. Proses pembekuan udang untuk ekspor, menghasilkan limbah sekitar 60-70%. Limbah cangkang udang tersebut dapat diolah menjadi kitosan. Kitosan dijadikan sebagai alternatif pilihan pengganti matriks penyangga pada imobilisasi enzim karena kitosan memiliki beberapa keunggulan dibandingkan matriks sintetik lainnya. Keunggulan kitosan yaitu, bentuk fisiknya dapat diubah (serpihan, manik-manik berpori, gel, fiber, membran), biodegradasi, murah, mudah penanganannya, memiliki afinitas yang tinggi pada protein dan non toksik Tujuan penelitian ini adalah untuk memanfaatkan dan mengetahui kemampuan kitosan sebagai matriks penyangga pada imobilisasi enzim protease. Penelitian dilakukan dalam dua tahap yaitu penelitian pendahuluan berupa pembuatan kitosan dan mengukur mutu kitosan yang dihasilkan, meliputi kadar air, kadar abu, kadar nitrogen, viskositas dan derajat deasetilasi. Penelitian utama yaitu imobilisasi enzim protease menggunakan metode Stanley et al. (1975) dengan berbagai perlakuan kitosan (0 g; 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g; 0,6 g; 0,7 g; 0,8 g; 0,9 g dan 1 g) dan dilanjutkan dengan uji kualitatif untuk mengukur aktivitas enzim dan aktivitas spesifik enzim imobil. Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan dua kali ulangan. Kitosan yang dihasilkan pada penelitian telah memenuhi standar mutu kitosan yang ditetapkan oleh PROTAN Jepang. Parameter mutu kitosan meliputi, kadar abu sebesar 0%, kadar air 7%, kadar nitrogen 4,93%, derajat deasetilasi 95,3% dan viskositas sebesar 39,5%. Hasil analisis data terhadap aktivitas enzim papain imobil, diperoleh ada satu perlakuan kitosan yang memberi pengaruh berbeda nyata terhadap aktivitas enzim imobil yaitu perlakuan 1 g kitosan, sedangkan pada enzim bromelin imobil tidak ada perlakuan kitosan yang memberikan pengaruh berbeda nyata. Aktivitas enzim papain imobil terkecil diperoleh pada perlakuan 0,6 g kitosan yaitu sebesar 0,0113 U/ml/menit dan aktivitas tertinggi sebesar 0,0190 U/ml/menit pada perlakuan 1 g kitosan. Aktivitas enzim bromelin imobil tertinggi juga diperoleh pada perlakuan 1 g kitosan yaitu 0,0108 U/ml/menit, sedangkan aktivitas terkecilnya diperoleh pada perlakuan 0,1 g kitosan dengan aktivitas 0,0011 U/ml/menit. Aktivitas spesifik enzim papain imobil tertinggi yaitu sebesar 0,1432 U/mg protein enzim diperoleh pada perlakuan 1 g kitosan, sedangkan aktivitas spesifik enzim terendah diperoleh pada perlakuan 0,7 g kitosan dengan aktivitas spesifik 0,0940 U/mg protein enzim. Aktivitas spesifik enzim bromelin imobil terkecil diperoleh pada perlakuan 0,1 g kitosan dengan aktivitas 0,0036 U/mg protein enzim, sedangkan aktivitas spesifik enzim imobil tertinggi yang dihasilkan sebesar 0,0733 U/mg protein enzim diperoleh pada perlakuan 1 g kitosan.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan Penelitian... 3 1.3. Waktu dan Tempat... 3 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kitosan... 4 2.1.1. Sumber kitin dan kitosan... 4 2.1.2. Sifat fisiko kimia kitosan... 4 2.1.3. Ekstraksi kitosan... 6 2.1.4. Pemanfaatan kitosan... 8 2.2. Enzim... 10 2.3. Enzim Proteolitik... 11 2.3.1. Enzim papain... 12 2.3.2. Enzim bromelin... 15 2.4. Imobilisasi Enzim... 18 2.4.1. Definisi, sejarah dan metode... 18 2.4.2. Imobilisasi enzim dengan metode pengikatan silang... 19 2.4.3. Kitosan sebagai matriks imobilisasi enzim... 21 3. METODOLOGI 3.1. Bahan dan Alat... 23 3.2. Metode Penelitian... 23 3.2.1. Pembuatan kitosan... 23 3.2.2. Imobilisasi enzim... 24 3.3. Metode Analisis... 27 3.3.1. Kadar air (AOAC 1995)... 27 3.3.2. Kadar abu (AOAC 1995)... 27 3.3.3. Kadar protein (AOAC 1995)... 28 3.3.4. Derajat deasetilasi (diacu dalam Suptijah et al. 1992)... 28 3.3.5. Viskositas (Sophanodora, Benjakula 1993)... 29 3.3.6. Penentuan aktivitas protease (Bergmeyer, Grassl 1983)... 29 3.3.7. Analisis konsentrasi protein protease kasar (Bradford 1976)... 31 3.4. Rancangan Percobaan... 31 3.4.1. Perlakuan... 31 3.4.2. Rancangan... 32 3.4.3. Hipotesis... 32 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Mutu Kitosan... 33
4.2. Imobilisasi Enzim... 37 4.3. Aktivitas Enzim... 39 4.3.1. Enzim papain... 39 4.3.2. Enzim bromelin... 44 4.4. Aktivitas Spesifik Enzim... 47 4.4.1. Enzim papain... 47 4.4.2. Enzim bromelin... 49 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 53 5.2. Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN... 61 DAFTAR TABEL No Halaman 1. Syarat-syarat kitosan komersial... 6 2. Aplikasi kitin, kitosan dan turunannya dalam industri makanan... 10 3. Penggolongan enzim secara internasional berdasarkan reaksi yang dikatalisisnya... 11 4. Kandungan bromelin dalam tanaman nenas... 16 5. Prosedur pengukuran aktivitas protease... 30 6. Komposisi larutan standar metode Bradford... 31 7. Hasil analisis mutu kitosan... 33
DAFTAR GAMBAR No Halaman 1. Struktur molekul kitin... 5 2. Struktur molekul kitosan... 5 3. Reaksi demineralisasi... 7 4. Struktur enzim papain... 13 5. Diagram klasifikasi proses imobilisasi enzim... 20 6. Skema proses ekstraksi kitosan... 25 7. Skema imobilisasi enzim metode Stanley et al.(1975)... 26 8. Kitin dan kitosan dari cangkang udang... 37 9. Enzim papain dan bromelin terimobil... 38 10. Histogram hubungan perlakuan kitosan terhadap aktivitas enzim papain imobil... 40 11. Mekanisme pembentukan ikatan silang... 41 12. Histogram hubungan perlakuan kitosan terhadap aktivitas enzim bromelin imobil... 44
13. Histogram hubungan perlakuan kitosan terhadap aktivitas spesifik enzim papain imobil... 48 14. Histogram hubungan perlakuan kitosan terhadap aktivitas spesifik enzim Bromelin imobil... 51 DAFTAR LAMPIRAN No Halaman 1. Pembuatan Pereaksi untuk Uji Aktivitas Protease... 61 2. Pembuatan Larutan Bradford... 62 3. Skema Penentuan Konsentrasi Protein... 62 4. Data Pengukuran Aktivitas Protease... 63 5. Data Pengukuran Protein Enzim... 65 6. Kurva Kalibrasi untuk Pengujian Protein... 66 7. Data Analisis Hubungan Perlakuan Kitosan dengan Aktivitas Enzim.... 67 8. Data Mentah Uji Mutu Kitosan... 70 9. Spektrum Kitosan... 71 10. Hasil Pengujian Aktivitas Protease Berbagai Perlakuan... 72 11. Hasil Uji Normalitas dan Homogenitas... 73 12. Komposisi Sumber Enzim Protease... 78