pengaruh penambahan molase pada produksi …/pengaru… · prosedur pembuatan asam sitrat (c6 ......

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PENGARUH PENAMBAHAN MOLASE PADA PRODUKSI ENZIM 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

ii


commit to user

iii

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

iv

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

v

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

vi

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.

Surakarta, Desember 2011

Penyusun


commit to user

vii

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

viii

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

B. Saran ...................................................................................... 39


commit to user

ix

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 40

LAMPIRAN ................................................................................................ 45

RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................................... 53


commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Reaksi hidrolisa xilan menjadi xilosa............................

Gambar 2. Struktur xilan dan letak penyerangan oleh enzim

xilanolitik..................................................................

Gambar 3. Jamur Aspergillus niger................................................

Gambar 4. Kurva pertumbuhan fungi............................................

Gambar 5. Kerangka pemikiran.........................................................

Gambar 6. Hubungan antara jumlah A. niger dengan waktu

inkubasi.....................................................................

Gambar 7. Grafik hubungan antara berat kering sel A. niger (gram)

terhadap waktu inkubasi (jam) pada penambahan

berbagai variabel konsentrasi molase …………………..

Gambar 8. Grafik hubungan waktu inkubasi (jam) terhadap

aktivitas enzim xilanase (U/ml) pada penambahan

berbagai variabel konsentrasi molase............................

5

7

10

13

17

27

32

35


commit to user

xi

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

Lampiran 1. Kurva Standar Xilosa …………………....................

Lampiran 2. Hasil Perhitungan Aktivitas Enzim Xilanase Pada

Konsentrasi Molase 0% (kontrol)................................


Konsentrasi Molase 1%...............................................


Konsentrasi Molase 3%...............................................


Konsentrasi Molase 5%.............................................

Lampiran 6. Kepadatan jumlah spora A. niger................................

Lampiran 7. Berat kering sel A. niger ……………………………

Lampiran 8. Prosedur pembuatan natrium fosfat (Na2HPO4)

0.2M........................................................................

Lampiran 9. Prosedur pembuatan asam sitrat (C6H8O7) 0.1 M……

Lampiran 10. Prosedur pembuatan Larutan buffer fosfat-sitrat pH

6………………………………………………………

Lampiran 11. Prosedur pembuatan larutan oat spelt-xylan 1%........

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..........................................................

45

45

46

46

47

47

48

49

49

49

49

49

49

50

50

50

51


commit to user

iv

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 5%. Fermentasi dilakukan dalam shaker incubator dengan kondisi temperatur 37oC, 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

v

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

2

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

3

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

4

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

5

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

6

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

microorganism. 7th 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.

App. Scle. Pub. London and New York.

pengaruh penambahan molase pada produksi …/pengaru… · prosedur pembuatan asam sitrat (c6 ......

Documents