OPTIMASI PRODUKSI ENZIM INULINASE TERMOSTABILOLEH BAKTERI

TERMOFILIK DARI UMBI DAHLIA (Dahlia variabilis) *)

Wijanarka*, Sri Pujiyanto* Penelitian ini dibiayai oleh DIK-RUTIN Tahun 2002** Staf Edukatif FMIPA-Biologi Universitas Diponegoro Semarang

ABSTRAK---Inulinase (E.C. 3.2.1.7) merupakan enzim ekstra seluler. Hidrolisis inulin akanmenghasilkan fruktosa dengan bantuan enzim inulinase. Enzim ini dapat digunakan dalam produksi HighFructose Syrup (HFS). Penelitian ini dilakukan secara bertahap. Tahap pertama mengenai isolasi dan seleksibakteri termofilik yang mampu menghasilkan enzim inulinase. Tahap kedua mengenai optimalisasi produksienzim. Hasil penelitian menunjukkan bahwa isolat bakteri B1 mampu menghasilkan enzim inulinase yangpaling tinggi dari pada B2 . Kondisi optimasi pH medium pada pH 4.5 dan kadar inulin pada medium sebesar1% yang bertindak sebagai induser.

Kata kunci: Seleksi dan optimasi, inulinase__________________________________________________________________

PENDAHULUANTanaman dahlia ( Dahlia variabilis )

penyebarannya dibawa oleh orang-orangbelanda pada jaman kolonialisasi.. Dahliamerupakan tanaman yang dapatmenghasilkan karbohidrat (inulin) yangtersimpan dalam umbi dan termasuk dalamfamilia Compositae. Disamping itu tanamantersebut dapat digunakan sebagai bungapotong. Karena mengandung inulin yangcukup, maka umbi-umbi dahlia digunakansebagai bahan pemanis alami. Pemanis yangdihasilkan dari umbi dahlia berupa gula cairfruktosa atau High Fructose Syrup (HFS)

Pada saat sekarang penggunaanenzim pada berbagai industri semakinberkembang, baik untuk industri pangan,minuman atau non pangan dan minuman.Salah satu enzim tersebut adalah enziminulinase. Enzim ini mampu memecahpolisakarida inulin menjadi unit-unit yanglebih kecil yaitu fruktosa. Enzim ini ternyatabelum mendapat perhatian secara khusus diIndonesia, terutama untuk jenis enziminulinase termostabil, sehingga perlu untukditeliti. Enzim inulinase pertama kalidiisolasi dari tanaman yang mengandunginulin yaitu dari familia Compositae (Xiao etal., l988). Enzim inulinase dapat berasal darigolongan jamur Aspergillus sp, Penicilliumsp, Chrysosporium sp, Khamir (yeast)Kluyveromyces sp, Candida sp, Debaromyces

dan Saccharomyces sp dari golongan bakteriArthrobacter sp, Flavobacterium sp danBacillus sp (Allais et al., l986 ; Xiao et al.,l989). Inulinase dari khamir umumnyabersifat mesofil, akan tetapi hasil penelitianRounhorst et al. (l988) telah menemukankhamir termotoleran yaitu Klyveromycesmarxianus CBS 6556 yang tumbuh baik padasuhu 40-45 0C. dari mikrobia yangtermotoleran ini diharapkan menghasilkanenzim yang termostabil. Enzim termostabiladalah enzim yang memiliki umur setengah(half life) lebih besar dari pada enzim-enzimyang dihasilkan oleh mikroorganismemesofilik atau termofilik setelah diperlakukansuhu 500 C dalam waktu yang telahditentukan. Adanya mikrobia termotolerandan enzim yang termostabil akan lebihmenguntungkan karena dapat mengendalikankontaminan mikrobia lain, meningkatkantransfer masa, mengurangi viskositas danlebih murah baik dalam skala produksi enzimmaupun produksi sirup fruktosa. Hartiko(l994) mengatakan bahwa enzim termostabildapat digunakan untuk reaksi biokonversipada suhu tinggi tanpa kekawatiranberlangsungnya denaturasi maupunkontaminasi oleh mikrobia lain.

Untuk mengatasi hal tersebut, makaperlu dicari alternatif mengenai sifat dansumber enzim inulinase. Salah satunya yaitu

dengan mencari enzim inulinase termostabildari bakteri yang termofilik.

Seiring dengan bertambahnyapenggunaan enzim pada berbagai industrisemakin berkembang, baik untuk industripangan, non pangan dan minuman. Makaperlu diupayakan mencari sumber enzimtermostabil, salah satunya adalah inulinasetermostabil dari bakteri termofilik umbidahlia. Untuk meningkatkan produksi enzimtermostabil maka dapat dilakukan optimasidengan mengatur lingkungan pertumbuhan.

Adanya sifat bakteri yangtermotoleran dan enzim yang termostabilakan lebih menguntungkan karena dapatdigunakan untuk reaksi biokonversi padasuhu tinggi tanpa kekawatiranberlangsungnya denaturasi maupunkontaminanasi oleh mikrobia lain, dan lebihmurah baik dalam skala produksi enzimmaupun dalam skala produksi sirup fruktosasebagai pemanis alami.Tujuan penelitian

Untuk mengisolasi dan menseleksibakteri termofilik yang paling potensialdalam menghasilkan enzim inulinase dariumbi dahlia (Dahlia variabilis) serta untukmengetahui optimasi produksi enziminulinase dari bakteri terpilih sehingga akandiperoleh hasil yang paling optimumMetodelogi

Pada penelitian ini dibagi menjadidua tahap. Tahap pertama , mengenai seleksibakteri penghasil enzim inulinase. Diambilsejumlah umbi dahlia (1 gr) dilarutkan pada30 ml medium enrichment. Selanjutnyadiinkubasikan pada suhu 450C selama 48 jam.Isolat yang didapatkan sebagai bakteri diujiaktivitas enzim. Isolat yang mampumenghasilkan aktivitas yang tertinggimerupakan isolat yang terpilih. Tahap kedua,dari isolat yang terpilih dilakukan optimasivariasi terhadap sumber karbon inulin ( 1;1,25; 1,50 dan 1,75 %), variasi pH medium4,5; 4,75 dan 5,0 . Pada tahap ini dilakukanpengamatan meliputi berat kering sel,aktivitas enzim (Xiao et al.1988), kadarprotein enzim (Lowry) dan gula reduksi(DNS).

HASIL DAN PEMBAHASANA. Isolasi dan Seleksi Bakteri

Telah ditemukan dua isolat bakteriyang diisolasi dari tanah disekitar umbi dahlia( Dahlia variabilis ) di daerah Bandungan –Ambarawa. Semua isolat ternyata dapattumbuh ada media basal yang mengandunginulin sebagai satu-satunya sumber karbon.Seleksi untuk menetapkan penghasil inulinaseyang potensial didasarkan atas besarnyaaktivitas enzim saat umur 0 jam sampai 48jam. Untuk jenis isolat 1 (B1) pada jam ke-40 mampu menghasilkan aktivitas enzimsebesar 37,0. 10 -5 U, sedangkan untuk jenisisolat 2 (B2) mampu menghasikan aktiviatsenzim sebesar 31,7. 10 -5 U pada jam ke-48.Tabel 1. Hasil pengujian aktivitas enzimuntuk masing-masing isolate

Isolat Aktivitasenzim

(IU/ml).10 -5

Protein(mg/ml)

Aktivitassp

(IU/mg).10 –5

BSK(

mg/ml)

B1B2

37,031,7

2,962,83

12,511,2

1,961,39

Keterangan:BSK : Berat Sel KeringBerdasarkan aktivitas enzim yang

dihasilkan, isolat bakteri B 1 merupakanyang terbaik dibandingkan dengan isolat yanglainnya B2 (Tabel 1). Atas dasar itulah , makaisolat bakteri B 1 dipilih untuk dilakukanoptimalisasi dalam menghasilkan produksienzim inulinase. Karakter isolat bakteri B 1secara umum adalah: morfologi sel bentukbulat, Gram positif , koloni besar dan koloniputih mengkilat. Sedangkan isolat bakteri B2morfologi sel bentuk bulat, Gram positif ,koloni kecl-kecil dan koloni putih mengkilat.B. Optimalisasi Produksi Enzim Inulinase Optimalisasi produksi enzim olehisolat bakteri B1 dengan mengatur kondisipertumbuhan meliputi variasi sumber karbon(inulin), dan pH medium . inkubasi.1. Optimalisasi Sumber Karbon

Kondisi yang dipakai dalampenelitian ini yaitu suhu inkubasi45oC, pHmedium 4,5 ; sumber N 0,25% dan waktuinkubasi 40 jam. Pengaruh konsentrasikarbon (inulin) ( 1; 1,25; 1,50 dan 1,75 %)disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Optimalisasi Sumber CInnulin

(%)Aktivitas

Enzim(IU/ml).

10 -5

Protein(mg/ml)

Aktivitas sp

(IU/mg). 10 –5

BSK (mg/ml)

1,001,251,501,75

37,330,115,312,4

2,972,562,372,16

12,6011,769,675,70

1,981,291,120,99

Keterangan :BSK : Berat Sel KeringHasil penelitian menunjukkan bahwa

semakin tinggi konsentrasi inulin yangditambahkan dalam medium fermentasi akanmenurunkan produksi enzim. Hal iniditunjukkan dengan menurunnya berat selkering dan aktivitas enzim. Peningkatankonsentrasi inulin yang ditambahkan dalammedium menyebabkan semakin banyakkandungan sumber karbon, yang nantinyaakan menyebabkan adanya mekanismerepresi katabolik. Dengan adanya peristiwaini maka akan mengakibatkan terhambatnyasintesis enzim. Hal ini didukung denganpernyataan dari Rounwenhort et al., (l988)bahwa sintesis inulinase dipengaruhi olehrepresi katabolik. Menurut Borris (l987)bahwa glukosa dan gula-gula sejenisnyadapat mengakibatkan peristiwa represikatabolik.

Sumber karbon pada konsentrasi 1%dalam proses metabolisme sel akandigunakan untuk pertumbuhan dan produksienzim. Oleh karena itu produksi inulinasedalam pertumbuhan isolat bakteri yang akanmeningkat, sedangkan diatas konsentrasi 1%yaitu 1,25; 1,50 dan 1,75% akanmengakibatkan represi katabolik.Ditambahkan oleh Rouwnhorst et al. (1988)dan Xiao et al. (1988) bahwa produksi enziminnulinase tertinggi dihasilkan padapenggunaan induser medium bukan darisumber karbon yang lainnya.

Sedangkan Allais et al. (1987)melaporkan bahwa produksi enzim innulinasetertinggi oleh bakteri hanya pada mediumyang mengandung innulin. Dengan demikianjelaslah bahwa pembentukan enziminnulinase sangat bergantung dengan adanyainduksi dari innulin. Hal ini berarti bahwasintesis enzim bersifat indusibel.

2. Optimalisasi pH mediumKondisi fermentasi yang dilakukan

pada penelitian ini meliputi konsentrasiinnulin 1%, suhu inkubasi 45oC, sumber N0,25%, waktu inkubasi 40 jam, variasi pHmedium (4,5 ; 4,75 dan 5,0)

Pengaruh pH medium terhadapproduksi innulinase menunjukkan bahwa pHmedium 4,5 dan isolat bakteri B1 untukmenghasilkan inulinase yang tertinggi.Produki inulinase ditunjukkan denganmeningkatnya aktivitas enzim (37,8 U/ml)dan berat sel kering (BSK) (2,07mg/ml),sedangkan pH 4,75 dan 5,0 menunjukkanadanya penurunan (Tabel 3).

Tabel 3. Optimalisasi pH Medium

PHmedium

Aktivitasenzim

(IU/ml).10 –5

Protein(mg/ml)

Aktivitassp

(IU/mg).10. –5

BSK

(mg/ml)

4,504,755,0

37,824,721,7

3,042,832,56

12,458,7

8,49

2,071,271,19

Keterangan :BSK : Berat Sel Kering

Hasil tersebut diatas menunjukkanbahwa isolat bakteri B1 yang memilikikondisi pertumbuhan optimal pada pH 4,5.Hal ini mungkin disebabkan karena pH tanahpada tanaman dahlia berkisar 4,5. Dengankata lain pH tersebut sangat cocok untukpertumbuhan mikroorganisme, teristimewauntuk bakteri. Moat dan Foster (1979)melaporkan bahwa pH medium pertumbuhanakan mempengaruhi permiabilitas selmikrobia dalam mensekresi enzim.Berdasarkan percobaan tersebut diatas makapH 4,5 menghasilkan jumlah enzim dalammedium yang paling banyak dibandingkandengan pH 4,75 dan 5,0.

Hasil pengamatan BSK (Berat selkering) menunjukkan bahwa adanyakecenderungan pertumbuhan sel menurundengan bertambah pH medium. BSK palingtinggi pada medium berpH 4,5 yaitu (2,07mg/ml). Hasil tersebut kemungkinandisebabkan adanya fruktosa/gula sederhanasisa hidrolisis innulin karena adanya prosessterilisasi yang langsung digunakan olehisolat bakteri B1

KESIMPULANBerdasarkan penelitian yang telah dilakukanmaka dapat disimpulkan :1. Telah ditemukan 2 isolat bakteri yaitu B1

dan B2 penghasil inulinase dari umbidahlia (Dahlia variabilis).

2. Isolat bakteri B1 merupakan penghasilinulinase tertinggi dan bersifattermostabil.

3. Optimalisasi untuk menghasilkan inulinasetertinggi yaitu dengan kondisi fermentasimeliputi konsentrasi innulin 1%, suhuinkubasi 45oC, pH medium 4,5.

Ucapan terima kasihPada kesempatan ini , penulis

mengucapkan banyak terima kasih kepadabagian DIK-RUTIN UNDIP Th. 2002sehingga terlaksananya penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Allais, J.J. ; S. Kammoun ; P. Blanc; C.Girard dan J. Baratti. 1986. Isolationand Characteristization of BacterialStrains with Inulinase Activity. Appl.Environ. Microbiol. 52 (50 : 1086 –1090).

__________ ; G. Hoyos-Lopez ; S.Kammoun dan J. Baratti. 1987.Isolation and Characterization ofThermophilic Bacterial Strains withInnulinase Activity. Appl. Environ.Microbiol. 53 (5) : 942 – 945.

Bajpai, P. dan A. margaritis. 1987.Characterization of Moleculer Sieve-Bound Inulinase. J. Ferment.Technol. 65 (2) : 239 – 247.

Byun, S.m. dan B.H. Nahm. 1978. Productionof Fructose from Jerusalem artichokeby Enzymatic Hydrolysis. J. FoodSci. 43 : 1871 – 1873.

Doty, T. dan V. Vaninen. 1979. TheProperties, Manufacture and Uses asan Industrial Raw Material. Dalam :C.G. Birch dan K.J. Parker (ed).Sugar : Science and Technologi.Appl. Sci. Publ., London.

Dixon, M. and Webb, E. 1979. Enzymes.Logman Group Ltd. London.

Kreger-van Rij, N.J.W. 1984. The yeast, ATaxonomic Study. Third revised and

Enlarged Ed., Elsevier Sci. Publ.B.V., Amsterdam.

Lutony, T.L. 1993. Tanaman sumberPemanis. Penebar Swadaya, Jakarta.

Rouwenhorst, R.J.., L.E. Visser; A.a. van-derbaan; W.A. Scheffer dan J.P vanDijken. L988. Production,Distribution and Kenetic Propertiesof Inulinase in Continous Culture ofKluyveromyces marxianus CBS 6556.Appl. Environ. Microbiol. 54 (5):1131-1137

__________; W.S. Ritmeester; W.A. Schefferdan J.P. van Dijken. 1990. ALocatization of Innulinase andInvertase in Kluyveromyces sp. Appl.Environ. Microbiol. 56 (11) : 3329 –3336.

__________; M. Hensing; J. Verbakel; W.a.Scheffer dan J.P. van Dijken. 1990b.Structure and Properties of theExtracellular Inulinase ofKluyveromyces marxianus CBS 6556.Appl. Environ. Microbiol. 56 (11) :3337 – 3345.

Rukmana,R. 2000. Dahlia Prospek Agribisnisdan Teknik Budidaya. PenerbitKanisius – Jogyakarta.

Tjokroadikoesoemo, P.s. 1986. HFS danIndustri Ubi Kayu Lainnya. PenerbitP.T. Gramedia, Jakarta.

Xiao, R. ; M. Tanida dan S. Takao. 1988.Inulinase from Crysosporiumpannorum. J. Ferment. Technol. 66(5) : 244 – 248._____________; M. Tanida dan S.

Takao. 1989. Purification and SomeProperties of Endoinulinase fromCrysosporium pannorum. J.Ferment. Bioeng.67 (4) : 244 – 248.