PENGARUH SUHU DAN LAMA PENYIMPANAN TERHADAP KESTABILAN XILANASE AMOBIL DALAM KITOSAN

ABSTRAK

Xilanase merupakan kelompok enziim ekstraseluler yang memiliki kemampuan menghidrolisis xilan menjadi xilosa. Kestabilan enzim dipengaruhi kondisi lingkungan. Enzim dikatakan stabil bila aktivitas sisa lebih dari 50% dari aktivitas enzim awal. Xilanase diamobilisasi dengan metode penjebakan menggunakan matriks kitosan-natrium tripolifosfat dan disimpan pada variasi suhu 30,40,50,60,70 (°C) dan variasi lama penyimpanan 0,1,2,3,4,5,6,7

(hari). Aktivitas enzim dapat ditentukan dengan menghitung gula pereduksi yang dihasilkan dari hidrolisis xilan oleh sejumlah enzim per menit (µg.g-1.menit-1). Gula pereduksi yang dihasilkan dianalisis menggunakan reagen DNS dan ditentukan dengan metode spektrofotometri. Hasil penelitian menunjukkan tingkat kestabilan tertinggi dari enzim xilanase berada pada suhu penyimpanan 50 °C. Enzim xilanase amobil, stabil hingga hari ke-7 dengan aktivitas sisa 50,81%. Semakin lama waktu penyimpanan maka aktivitas xilanase semakin menurun. Pada efisiensi xilanase amobil menggunakan kitosan-natrium tripolifosfat dapat digunakan sebanyak lima kali pengulangan dengan aktivitas sebanyak 16,462 unit dan efisiensi sebesar 50,19%.

PENDAHULUAN

Enzim xilanase dalam perkembangannya banyak dimanfaatkan dalam bidang industri, seperti pro

ses bio bleaching pada industri pulp, pembuatan gula xilosa, produksi makanan dan minuman dan  produksi makanan ternak. Jenis mikroorganisme yang menghasilkan xilanase ialah dari golongan kapang dan bakteri. Enzim yang dihasilkan oleh golongan bakteri memiliki ketahanan pada suhu yang lebih tinggi dibanding kapang, namun aktivitas xilanase dari golongan kapang jauh lebih tinggi daripada bakteri. Pada proses dan analisa yang melibatkan enzim, umumnya enzim hanya digunakan sekali pakai, karena secara teknis sangat sulit untuk memisahkan enzim dan produk serta kesulitan mendapatkan kembali enzim yang aktif diakhir reaksi. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal ini adalah dengan amobilisasi enzim. Amobilisasi enzim adalah suatu teknik  dimana enzim ditempatkan pada suatu matriks sehingga dapat menjaga aktivitaskatalitik enzim tersebut

Kitosan dapat digunakan sebagai matriks karena mempunyai dua gugus aktif, yaitu gugus amino (-NH) dan hidroksil (-OH), kitosan  dengan  adanya gugus aktif ini memungkinkan terjadi interaksi dengan  enzim  baik secara  adsorpsi   maupun  penjebakan.Kitosan sebagai media amobilisasi enzim dapat diubah strukturnya oleh adanya senyawa pengikat silang. Salah satu agen pengikat silang adalah natrium  tripolifosfat. Dengan penambahan natrium tripolifosfat, ukuran pori dan porositas kitosan dapat berubah sehingga akan mempengaruhi jumlah enzim yang tertahan pada matriks. Pada penelitian ini dipelajari  lebih lanjut mengenai pengaruh suhu dan lama penyimpanan terhadap kestabilan aktivitas xilanase yang diamobilisasi pada kitosan-natrium tripolifosfat.

METODA PENELITIAN

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan antara lain kultur murni Trichoderma viride

Na2HPO4, (HOCH2)3CNH2,   KH2PO4, CaCl2, (NH4)2SO4, MgSO4.7HO,   DNS,   NaOH 10%,   NaKC4O6H4,   CuSO4.5H2O, Na5P3O10 3%, CH32COOH 100%  (Bj : 1,05 g/ml),CH3COONa (BM:82,02 g/mol) dan (C6H11NO4 )n 3%, serta bahan lainnya adalah kulit pisang dan akuades.

Peralatan yang digunakan antara lain seperangkat alat gelas, inkubator (HeraeusType B 5042), magnetic stirrer, penangas air (Memmert W 200), neraca analitik (Mettler Toledo AL 204), neraca analitik (Bosch PE 620), jarum ose, pH meter (Inolab WTW), spektrofotometer Uv-Vis (Shimadzu Model 160A double beam), kuvet, oven (Memmert), shaker (Edmund Buhler SM 25 24B), autoklav (All American Model 20X), sentrifuse dingin (Juan MR 1889), laminal flow, refrigerator, pemanas listrik (Janke-Kunkel), ayakan 40 mesh, aluminium foil, kapas steril, dan bunsen,  kertas  saring Whatman No. 40, syringe.

Prosedur

Produksi dan isolasi ekstrak kasar xilanase

Produksi dan isolasi ekstrak kasar xilanase dilakukan dengan pembuatan larutan inokulum terlebih dahulu dengan cara kultur murni Trichoderma viride dibiakkan ke dalam media padat Potatoes Dextrose Agar (PDA) miring selama 144 jam (6 hari). Lalu disuspensikan dengan 1 mL aquades steril, dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 mL yang berisi 100 mL media cair steril dan diinkubasi dengan menggunakan shaker sampai jam ke-36 (pertengahan fase logarima). Selanjutnya, dilakukan produksi dan isolasi xilanase dengan cara 25 gram serbuk kulit pisang dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 mL yang telah berisi 65mL media cair dan disterilkan dengan autoklaf (T=121oC, P=15 psi) selama 15 menit. Setelah itu, ditambahkan larutan inokulum sebanyak 10 mL dan diinkubasi sampai jam ke-60 dengan menggunakan shaker (Edmund Buhler SM 25 24B) pada kecepatan 100 rpm. Kemudian ditambahkan 30 mL larutan buffer asetat pH 5 dan dilanjutkan dengan proses sentrifugasi dingin selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm, sehingga diperoleh ekstrak kasar xilanase.

Amobilisasi xilanase dengan kitosan-natrium tripolifosfat

Amobilisasi enzim dilakukan dengan cara mencampurkan 20 ml  ekstrak  kasar  xilanase dengan 80 mL kitosan yang  telah dipreparasi. Larutan campuran masing-masing dimasukkan

ke dalam syringe  dan ditekan sehingga campuran menetes ke dalam wadah berisi  100-200

mL larutan natrium tripolifosfat 3%. Manik-manik yang  terbentuk  dibiarkan  terendam

dalam larutan natrium tripolifosfat  3%  selama  75  menit.  Enzim  amobil  dengan  larutan

dipisahkan melalui penyaringan menggunakan kertas saring Whatman No. 40. Filtrat yang

didapat diuji kadar protein sisanya dan xilanase amobil yang didapat diuji aktivitasnya dan

dilanjutkan untuk penentuan kestabilan aktivitas enzim amobil berdasarkan pengaruh suhu

dan  lama penyimpanan.

Penentuan kestabilan aktivitas enzim amobil berdasarkan pengaruh suhu dan lama

penyimpanan

Xilanase hasil amobil ditimbang sebanyak 0,3 g dan dipindahkan ke dalam tabung reaksi

ukuran 5 mL dan di tutup dengan alumunium foil. Kemudian tabung raksi diinkubasi di dalam

oven dengan variasi suhu 30, 40, 50, 60, dan 70^oC. Pada lama penyimpanan 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6

dan 7 hari, enzim di uji aktivitasnya dengan menambahkan substrat xilan sebanyak 1 mL,

buffer asetat pH 5 sebanyak 5 mL, aquades 1 mL, diinkubasi pada suhu 60^oC selama 50 menit, kemudian ditambahkan 2 mL reagen DNS, dimasukkan ke dalam penangas air

mendidih selama 15 menit didinginkan dan dipindahkan ke dalam labu ukur 25 mL dan

ditambahkan aquades sampai tanda batas. Sampel dapat diukur kadar gula pereduksinya

dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.

Penentuan Aktivitas Enzim Sisa Xilanase

Aktivitas enzim sisa xilanase ditentukan dengan cara mencari persentase hasil bagi

aktivitas enzim setelah perlakuan dan sebelum perlakuan, yaitu sebagai berikut :

% Aktivitas Sisa =    x 100%

HASIL DAN PEMBAHASAN

Produksi dan Isolasi Ekstrak Kasar Xilanase

Xilanase merupakan enzim ekstraseluler yang dapat menghidrolisis xilan menjadi xilosa.

Xilanase termasuk dalam golongan enzim induktif, dalam pembentukannya dibutuhkan

adanya rangsangan dari substrat (induser). Proses produksi xilanase ini dilakukan pada fasa

awal stasioner yang merupakan fasa petumbuhan sel yang paling banyak. Pada saat isolasi

xilanase, ditambahkan larutan buffer asetat pH 5 yang berfungsi untuk menjaga kestabilan

xilanase dan dapat melarutkan enzim xilanase. Xilanase adalah enzim ekstraseluler, sehingga

tidak perlu dilakukan pemecahan sel untuk memperoleh enzimnya. Oleh karena itu, dilakukan

proses sentrifugasi untuk mengendapkan sisa-sisa komponen selain enzim. 

Pengaruh Suhu dan Lama Penyimpanan terhadap Kestabilan Xilanase yang

diamobilisasi dalam Kitosan-Natrium Tripolifosfat

Keuntungan metode amobilisasi yaitu enzim bersifat stabil karena dapat digunakan

berulang kali, serta dapat meningkatkan stabilitas. Kestabilan xilanase dipengaruhi oleh

beberapa faktor, diantaranya pengaruh pH, waktu inkubasi, pengaruh suhu dan enzim

protease.  Suhu berpengaruh terhadap kestabilan xilanase. Pada Gambar 1 terlihat bahwa aktivitas enzim pada penyimpanan 50 ^oC mempunyai aktivitas yang paling tinggi, dikarenakan  pada  suhu 50 °C enzim xilanase tidak terdegradasi oleh protease yang dihasilkan pada saat enzim xilanase disintesis oleh Trichoderma viride. Protease merupakan enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi pemecahan molekul protein dengan cara hidrolisis, disebut juga enzim proteolitik. Sedangkan pada suhu 70 ^o C xilanase memiliki aktivitas enzim yang paling  

rendah   dikarenakan pada suhu 70 ^o C xilanase sudah mengalami denaturasi.  

Kestabilan enzim xilanase dapat dilihat dari aktivitas enzim sisa dimana enzim

dikatakan stabil bila aktivitas enzim sisanya lebih dari  50%  dari  aktivitas  awal  enzim.

Lama penyimpanan berpengaruh  terhadap kestabilan xilanase. Semakin lama waktu

penyimpanan maka aktivitas xilanase semakin  menurun. Pada  suhu  50 ⁰ C enzim  xilanase

amobil  stabil sampai hari ke-7 dengan aktivitas sisa 50,81%. Pada suhu 70 C stabil sampai hari ke-4 dengan aktivitas enzim sisa 57,22% dan 53,00%. Pada pada suhu 30 ⁰ C xilanase.

amobil stabil sampai hari ke-5 dengan aktivitas  enzim  sisa  52,26%,  sedangkan  pada

suhu  40  dan  60 ⁰ C xilanase amobil stabil sampai hari ke-6 dengan aktivitas enzim sisa

berturut-turut 58,10; dan 54,89%.    

KESIMPULAN

Lama penyimpanan dan suhu berpengaruh terhadap kestabilan xilanase. Semakin lama  waktu  penyimpanan  maka  aktivitas  xilanase semakin menurun. Pada suhu 50 C enzim xilanase amobil stabil sampai hari ke-7 dengan aktivitas sisa 50,81 5%.

DAFTAR PUSTAKA

1. Richana N., 2002, Produksi dan Prospek Enzim Xilanase dalam Pengembangan

Bioindustri di Indonesia, Buletin Agrobio 5 (1) 29-35.

2. Budiman  A., dan  Setiawan S., 2010, Pengaruh  Konsentrasi Substrat, Lama Inkubasi

dan pH dalam Proses Isolasi Enzim Xilanase dengan Menggunakan Media Jerami

Padi, http://www.undip.ac.id/journal/albar-substrat.pdf, diakses tanggal 25 september

2013.

3. Sarah A., 2001, Immobilization and Stabilization of Papain on Chelating  Sepharose,

Electronic Journal  Biotechology, Catolica de Velparaaiso Chile.

4. Chibata I., 1978, Immobilized Enzyme, Research and Development, John Wiley and

Sons Inc, New York.

5. Esawy, M. A., Mahmoud D. A. R. dan Fattah A. F. A., 2008, Immobilisation of

Bacillus subtilis NRC33a Levansucrase and  Some Studies on Its Properties, Brazilian

Journal of Chemical Engineering, No. 2, Vol. 25, 237-246.

6. Krajewska B.,

 2004, Application of Chitin and Chitosan Based Materials for Enzyme

Immobilizations: A Review, Enzyme and Microbial Technology, Vol. 35 ,126-139.

7. Aral C. dan Akugba J., 1998, Alternative Approach to The Preparation of Chitosan

Beads, International of Journal Pharmaceutics, Vol. 168, 9-15.

8. Fwu L. M., Shin S. S., Chin T. C., dan  Juin  Y.  L.,  2002, Adsorption of Indomethacin

onto Chemically Modified Chitosan, Polymer, Vol. 43, 757-765.

Refrensi:

·         http://kimia.studentjournal.ub.ac.id/index.php/jikub/article/view/481/186

·         http://kimia.studentjournal.ub.ac.id/index.php/jikub/issue/view/8

Hujan Asam Merusak Bumi

Hujan asam diartikan sebagai segala macam hujan  dengan pH di bawah 5,6. Hujan secara alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida (CO₂) di udara yang larut dengan air hujan memiliki bentuk sebagai asam lemah sehingga hujan yang memiliki pH < 5,6 dapat dikategorikan sebagai hujan asam. Jenis asam dalam hujan ini sangat bermanfaat karena membantu melarutkan mineral dalam tanah yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan binatang.

Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan.

Pembentukan hujan asam

Secara sederhana, reaksi pembentukan hujan asam sebagai berikut:

Hujan asam sangat memberikan dampak luar biasa bagi kehidupan seluruh makhluk hidup di Bumi. Dampak-dampak yang bisa ditimbulkan oleh hujan asam antara lain:

1. Hujan asam dengan kadar keasaman tinggi dapat menyebabkan gangguan pernapasan pada manusia. Kabut yang mengandung asam sulfat bersama-sama dengan udara terhisap dan masuk ke dalam saluran pernapasan manusia dapat merusak paru-paru.

2. Menyebabkan korosi dan merusak bangunan

Hujan asam dapat mempercepat proses korosi. Proses korosi (perkaratan) dapat terjadi pada beberapa material dari logam.  Korosi adalah peristiwa perusakan logam akibat terjadinya reaksi kimia antara logam dengan lingkungan yang menghasilkan produk yang tidak diinginkan. Lingkungan tersebut dapat berupa asam, basa, oksigen dalam udara, oksigen dalam air, atau zat kimia lainnya. Produk yang tidak diinginkan ini adalah karat. Ciri-ciri karat adalah berupa bercak coklat tua

Keberadaan karat ini sangat merugikan dan pada kondisi tertentu dapat mengancam keselamatan jiwa. Logam yang mengalami korosi ini biasanya akan menjadi rapuh dan keropos. Dan hal ini tentu sangat berbahaya jika yang mengalami korosi adalah jembatan dari besi. Jembatan lama kelamaan akan rapuh dan keropos. Untuk mencegah timbulnya korosi ini kita dapat melakukan beberapa cara salah satunya yaitu dengan pengecatan.

Selain korosi pada logam hujan asam juga dapat merusak bangunan terutama bangunan yang terbuat dari batuan . Hal ini disebabkan karena hujan asam akan melarutkan kalsium karbonat dalam batuan tersebut dan membuatnya batuan menjadi mudah lapuk.

3. Tumbuhan menjadi layu, kering dan mati

Hujan asam yang larut bersama nutrisi di dalam tanah akan menyapu kandungan nutrisi dalam tanah sebelum tumbuhan sempat mempergunakannya untuk tumbuh. Zat kimia beracun seperti aluminium juga akan terlepas dan bercampur dengan nutrisi. Apabila nutrisi ini diserap oleh tumbuhan akan menghambat pertumbuhan dan mempercepat daun berguguran, kemudian tumbuhan akan terserang penyakit, kekeringan, dan mati.

4. Merusak ekosistem perairan

Hujan asam yang jatuh pada danau akan meningkatkan keasaman danau. Keasaman danau yang meningkat menyebabkan beberapa spesies biota air mati karena tidak mampu bertahan di lingkungan asam. Meskipun  ada beberapa spesies yang dapat bertahan hidup tetapi karena rantai makanan terganggu maka spesies tersebut dapat mengalami kematian pula.

Cara Pengukuran Hujan Asam
Hujan asam diukur menggunakan skala pH, air murni memiliki pH sekitar 7 sedangkan hujan yang normal bersifat agak asam karena adanya kandungan karbon dioksida yang terlarut didalamnya sehingga pH-nya sekitar 5,5. Pengukuran hujan asam dapat menggunakan botol, kemudian air hujan ditampung dalam botol tersebut. Dengan menggunakan indicator pH maka tingkat kebasaan maupun keasaman hujan dapat diketahui. Jika ingin mengetahui pengaruh hujan asam pada batuan sesuatu yang dapat dilakukan adalah menampung air hujan pada botol dengan corong terbalik, kemudian air yang tertampung diteteskan pada batuan yang diuji. Pengujian dapat dilakukaan pada batuan beku dan batuan sedimen. Sebagai contoh batuan beku yang diambil untuk sampel adalah batu andesit sedangkan batu sedimen berupa batu gamping. Sifat batu granit yang sudah asam maka ketika terkena tetes air hujan yang asam, batu tersebut tidak ikut terlarut. Sebaliknya, pada batu gamping yang memiliki sifat basa, maka batu gamping akan terlarut dan air yang melarutkan batu tersebut menjadi keruh.
Solusi Pencegahan Hujan Asam.
Hujan asam memang berbahaya bagi lingkungan. Namun ada banyak cara yang bisa dilakukan untuk mencegah terjadinya hal tersebut. Yang pertama adalah dengan memodifikasi sistem pembuangan bahan bakar pada knalpot kendaraan agar bisa ramah lingkungan.
Sistem bahan bakar kendaraan harus bisa membakar bahan bakar fosil sesempurna mungkin agar kandungan seperti sulfur dan nitrogen bisa dibakar sampai bersih dan tidak menimbulkan sisa pembakaran yang berbahaya.
Selanjutnya adalah dengan memodifikasi gas sulfur yang berbahaya menjadi gas yang lebih berguna, seperti asam sulfurat. Tips yang lain adalah dengan melakukan metode filtrasi yang tepat untuk memisahkan zat sulfur yang terkandung pada batu bara.

Refrensi:

·         http://id.wikipedia.org/wiki/Hujan_asam

·         http://www.pengertianahli.com/2013/11/pengertian-penyebab-dampak-hujan-asam.html

·         http://widhiieaprilia.blogspot.com/p/blog-page_9362.html

·         http://sharetips.blogdetik.com/2014/01/12/sejarah-terjadinya-hujan-asam/

·         http://prodiipa.wordpress.com/kelas-vii/hujan-asam/e-upaya-pencegahan-dampak-hujan-asam/