22

Enzim Selulose

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Enzim Selulose
Page 2: Enzim Selulose
Page 3: Enzim Selulose
Page 4: Enzim Selulose

Pengertian Enzim Selulase

Selulase adalah nama bagi semua enzim yang memutuskan ikatan glikosidik

beta-1,4 di dalam selulosa, sedodekstrin, selobiosa, dan turunan selulosa

lainnya.

Selulase tidak dimiliki oleh manusia, karena itu manusia tidak dapat

menguraikan selulosa. Tetapi hal ini dapat dilakukan oleh beberapa hewan

seperti kambing, sapi, dan insekta seperti rayap karena dalam sistem

pencernaannya mengandung bakteri dan protozoa yang menghasilkan enzim

selulase yang akan menghidrolisis (mengurai) ikatan glikosidik beta-1,4.

Reaksi yang ditimbulkan oleh selulase saat mengurai selulosa adalah

hidrolisis, maka selulase diklasifikasikan ke dalam jenis enzim hidrolase.

Page 5: Enzim Selulose

• Selulosa adalah senyawa organik yang paling melimpah di alam.

• Ada dua tipe dasar selulosa yang terdapat di alam, yaitu pektoselulosa, seperti

rami yang mengandung 80% selulosa dan lignoselulosa yang terdiri dari

selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

• Sebagai senyawa utama penyusun dinding sel tanaman, selulosa mencakup

sekitar 30% darikeseluruhan material tumbuhan (90% dari kapas dan 50%

dari kayu merupakan selulosa.

• Selulase termasuk dalam jenis enzim yang dihasilkan oleh jamur, bakteri, dan

protozoa yang mengkatalisis cellulolysis yang termasuk hidrilosis dari selulosa.

Namun sellulase juga dapat di hasilkan oleh organisme lain seperti tumbuhan

dan hewan.

• Selulosa adalah gabungan glukosa-glukosa yang diikat oleh ikatan yang

dinamakan dengan ikatan glikosidik beta – 1, 4.

Page 6: Enzim Selulose

• Glukosa adalah gula sederhana yang disebut dengan monosakarida,

sedangkan selulosa adalah polosakarida karena tersusun atas beberapa gula

sedehana. Polisakarida jenis selulosa ini adalah bahan struktural utama dari

kayu dan tetumbuhan yang tidak larut dalam air.

• Keberadaan selulosa dibumi sangat melimpah, karena dalam skala global

tumbuhan hampir 100 miliar ton selulosa pertahun.

Page 7: Enzim Selulose

• Enzim selulase bersifat tidak larut dalam air karena mirip dengan serat.

• Enzim selulase berfungsi untuk mengurai ikatan glikosisdik beta – 1, 4.

• Enzim selulase dapat mengurai sel dinding selulosa tanaman yang dimakan

oleh hewan herbivora dan dapat mencerna serat.

• Selulase digunakan untuk pengolahan makan seperti kopi. Ialu melakukan

hidrolisis selulosa selama pengeringan biji. Selanjutnya, selulase secara luas

digunakan dalam industri tekstil dan deterjen. Mereka juga telah digunakan

dalam industri pulp dan kertas untuk berbagai keperluan, dan mereka

bahkan digunakan dalam aplikasi farmasi.

Page 8: Enzim Selulose

• Selulase digunakan dalam fermentasi biomassa ke

biofuel, walaupun proses ini relatif eksperimental

saat ini.

• Selulase digunakan sebagai pengobatan untuk

Phytobezoars, suatu bentuk selulosa bezoar

ditemukan di perut manusia.

• Selulosa merupakan homopolisakarida, dengan

glukosa sebagai monomernya. Molekul selulosa

berbentuk linier dan tak bercabang, dan terdiri dari

10.000-15.000 unit D-glukosa (Lehninger, 2008).

Page 9: Enzim Selulose
Page 10: Enzim Selulose

• Selulosa adalah polisakarida linear dari residu glukosa

yang dihubungkan dengan hubungan ß- 1, 4. Seperti kitin

tidak cross-linked.

• Selulosa kristal asli tidak larut dan terjadi sebagai serat

dari hidrogen padat, terikat, rantai anhydroglucose 15

samapi 10.000 unit glukosa.

• Kepadatan dan kompleksitasnya membuatnya sangat tahan

terhadap hidrolisis tanpa kimia pendahuluan atau

degradasi mekainik atau bengkak

Page 11: Enzim Selulose
Page 12: Enzim Selulose

• Tiga jenis umum enzim membentuk enzim selulase yang komplesks.

• Seluruh obligasi Endocellulase internal untuk mengganggu struktur kristal

selulosa dan mengekspos rantai polisakarida selulase individu.

• Excocellulase memotong 2-4 unit dari ujung-ujung rantai terkena yang

diproduksi oleh endocellulase, mengakibatkan tetrasakarida atau disakarida

seperti selobiosa.

• Selobiase atau hydrolyses betaglukosidase produk endocellulase menjadi

monosakarida individu.

• Dalam jenis diatas ada juga jenis progesif dan non progesif. Selulase progesif

akan terus berinteraksi dengan untaian polysacchaide tunggal, selulase non-

progesif akan berinteraksi sekali kemudian melepaskandiri dan terlibat lagi

untaian polysacchaide.

Page 13: Enzim Selulose

• Elwyn Reese bersama timnya melakukan screening terhadap ribuan jenis sampel dari

hutan dan berhasil mengidentifikasi mikroorganisme penghasil enzim selulase yang dapat

mendegradasi kristal selulosa.

• Mikroba penghasil selulase umumnya merupakan pengurai karbohidrat dan tidak dapat

memanfaatkan protein atau lipid sebagai sumber energi.

• Mikroorganisme ini adalah Trichoderma viride, yang akhirnya diberi nama Trichoderma

reesei pada tahun 1977

• Mikroba penghasil selulase terutama bakteri Cellulomonas dan Cytophaga serta

kebanyakan fungi dapat mengutilisasi berbagai jenis karbohidrat lainnya selain selulosa,

sedangkan spesies mikroba selulolitik anaerobik terbatas pada selulosa dan/atau produk

hidrolisisnya.

Page 14: Enzim Selulose

• Tidak semua mikroorganisme dapat mengutilisasi selulosa sebagai sumber

energi yang menghasilkan kompleks enzim selulase yang lengkap. Hanya

beberapa strain yang dapat menghasilkan kompleks enzim selulase yang

terdiri dari tiga komponenutama yaitu endo-β-glukanase, ekso-β-glukanase,

dan β-glukosidase.

• T. reesei merupakan salah satunya dengan kemampuan menghasilkan enzim

selulase dalam jumlah besar.

• Mikroba yang digunakan secara komersial untuk produksi enzim selulase

umumnya terbatas pada T. reesei, H. insolens, A. niger, Thermomonospora

fusca, dan Bacillus sp. (Sukumaran dkk, 2005).

• Keuntungan penggunaan T. reesei adalah enzim selulase yang dihasilkan telah

lengkap dengan semua komponen yang diperlukan untuk menghidrolisis

selulosa dan perolehan protein selulase yang tinggi dapat dicapai.

Page 15: Enzim Selulose

Enzim Selulase digunakan untuk :

• Melembutkan sayur-sayuran dengan

mencernakan sebagian selulosa sayur itu.

• Mengeluarkan kulit dari biji seperti gandum.

• Mengasingkan agar-agar dari rumpai laut dengan

menguraikan dinding sel daun rumpai dan

membebaskan agar-agar yang terkandung

dalamnya.

Page 16: Enzim Selulose

• Beberapa jenis industri yang memanfaatkan enzim

selulase di antaranya industri tekstil, makanan,

deterjen, dan kertas.

• Menipisnya cadangan bahan bakar fosil yang dapat

ditambang dengan teknologi masa kini mendorong

pemanfaatan enzim selulase untuk biokonversi bahan

lignoselulosa menjadi sumber energi.

• Berikut dijabarkan mengenai industri dengan enzim

Selulase :

Page 17: Enzim Selulose

1. Industri tekstil

• Selulase merupakan enzim yang paling sukses digunakan dalam

pemrosesan tekstil basah, terutama bagian proses akhir tekstil

berbasis selulosa, dengan tujuan meningkatkan kualitas.

• Selulase umumnya digunakan untuk biostoning bahan jeans dan

biopolishing kapas dan pabrik selulosa lainnya.

2. Industri deterjen

• Dibandingkan dengan enzim hidrolase lainnya di dalam deterjen,

selulase tergolong unik. Jika enzim hidrolase lain seperti amilase

dan lipase umumnya menyerang substrat yang terdapat pada

kotoran atau noda, enzim selulase menghidrolisis selulosa pada

kapas atau paduannya untuk memberi keuntungan dalam

pencucian dan perawatan bahan.

Page 18: Enzim Selulose

3. Industri makanan dan minuman

• Produksi jus buah dan sayur memerlukan pengembangan metode

ekstraksi, klarifikasi, dan stabilisasi.

• Selulase memiliki aplikasi penting bersama-sama dengan xilanase dan

pektinase yang digunakan dalam ekstraksi dan klarifikasijus buah dan

sayuran untuk meningkatkan perolehan jus.

• Penggunaan enzim tersebut meningkatkan stabilitas dan tekstur cairan

dan mengurangi viskositas sari buah tropis seperti mangga, pepaya, prem,

dan pir.

• Tekstur, rasa, dan aroma dari buah dan sayur dapat ditingkatkan dengan

mengurangi rasa pahit berlebihdengan infusi enzim pektinase dan β-

glukosidase.

Page 19: Enzim Selulose

4. Industri kertas dan pulp

• Proses pulping mekanik dengan menggunakan selulase dapat menghemat

energi 20-40% selama refining dan meningkatkan kekuatan lembaran.

• Endoglukanase juga dapat mengurangi viskositas pulp dengan

menurunkan derajat hidrolisis.

• Selulase sendiri atau campurannya dengan xilanase dapat digunakan untuk

proses deinking berbagai jenis limbah kertas.

• Keuntungan penggunaan enzim untuk proses deinking adalah mengurangi

penggunaan alkali, meningkatkan kecerahan fiber, mempertahankan

kekuatan kertas, dan mengurangi partikel-partikel halus dalam pulp. Akan

tetapi penggunaan enzim untuk proses deinking tidak boleh berlebihan

karena dapat mengurangi ikatan antarfiber (Kuhad dkk, 2011).

Page 20: Enzim Selulose

5. Biofuel

• Bahan lignoselulosa (selulosa, hemiselulosa, dan lignin) sangat berlimpah

sehingga berpotensi besar menjadi sumber bioenergi yang murah.

• Mikroorganisme dengan sistem selulase yang berpotensi untuk mengubah

biomassa menjadi alkohol secara langsung telah ditemukan. Akan tetapi,

proses produksi komersial masih memerlukan biaya tinggi sehingga tidak

dapat berkompetisi dengan produk dari bahan baku lain.

• Beberapa faktor dalam proses mengurangi produktivitas biofuel di

antaranya inhibisi produk terhadap enzim selulase, deaktivasi termal,

ikatan nonspesifik pada lignin, dan adsorpsi irreversibel enzim pada

substrat yang heterogen (Kuhad dkk, 2011).

• Saat ini, proses yang mungkin dilakukan adalah produksi bioetanol dari

bahan lignoselulosa secara multitahap

Page 21: Enzim Selulose

• Berbagai aplikasi dari enzim selulase menjadikannya sangat potensial untuk

diproduksi,terutama di Indonesia.

• Pengembangan terbaruaplikasi selulase adalah pembuatan biofuel dengan

bahan baku selulosa.

• Indonesia merupakan negara pertanian, dengan produksi padi yang cukup

besar. Menurut angka ramalan dari data BPS tahun 2011, luas lahan

pertanian padi Indonesia mencapai 13,26 juta hektar dengan produksi padi

rata-rata 5 ton/hektar..

• Menurut BadanLitbang Departemen Pertanian, tiap hektar sawah dapat

menghasilkan 12-15 ton jeramisegar untuk sekali panen. Hal ini menunjukkan

betapa besarnya limbah pertanianIndonesia jika tidak dimanfaatkan.

Page 22: Enzim Selulose

• Jerami padi tersebut umumnya dibakar untuk dijadikan pupuk dan sebagian sebagai

pakan ternak. Mengingat kandungan selulosa yang cukup tinggi dalam jerami tersebut

yaitu sekitar 30% (Lehninger, 2008), maka bahan tersebut sangat potensial untuk

menghasilkan enzim selulase.

• Di samping jerami padi, Indonesia juga memiliki bahan baku potensial lainnya untuk

produksi enzim selulase, seperti tandan kosong kelapa sawit, tanaman nonpangan

dengan kandungan lignoselulosa tinggi seperti jarak pagar (Jatropha curcas), mabai

(Pongamia pinnata), nyamplung (Calophyllum inophyllum), dan tanaman berkayu

tumbuh cepat seperti akasia (Acacia sp.), cemara (Casuarina equisetifolia), kayu putih

(Eucalyptus sp.) dan tanaman lainnya (Soerawidjaja, 2009).

• Terjadinya krisis energi global yang mendorong pemanfaatan enzim selulase untuk

menghasilkan biofuel. Pemanfaatan bahan baku yang mengandung lignoselulosa untuk

menghasilkan enzim selulase dapat diintegrasikan dengan proses produksi bioetanol

dari bahan tersebut. Hal ini dapat mengurangi biaya produksi di samping mengatasike

butuhan akan sumber energi alternatif.