Artikel 02 Vol 7 No 1

8/6/2019 Artikel 02 Vol 7 No 1

1/5

Biodelignifikasi Batang Jagung dengan Jamur Pelapuk Putih Phanaerochaete chrysosporium(Fadilah, Sperisa Distantina, Enny Kriswiyanti Artati, dan Arif Jumari)

7

BIODELIGNIFIKASI BATANG JAGUNGDENGAN JAMUR PELAPUK PUTIH Phanerochaete chrysosporium

Fadilah, Sperisa Distantina, Enny Kriswiyanti Artati, dan Arif JumariJurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS, Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta

Email : [email protected]

Abstract :The crisis of energy and enviromental problems has led the inovation of the papermanufacturing process that enviromentall- friendly and energy saving. Biological systems canbe used for this purposed. The most commonly utilized fungus is the white-rot fungusPhanerochaete chrysosporium. The goal of this research is to determine the lignin degradationin the corn stalk using Phanerochaete chrysosporium. Dried corn stalk with 40 mesh size wassoaked in the medium culture, adding with glucose and the pH was adjust at 4. These cornstalk were then sterilized in the autoclaf at 121

oC. Inoculation was done by adding 5 mL

fungus suspension. Six flask containing the stalk were placed in the incubator at 38oC. The

culture then incubated for 30 days. The lignin and cellulose content were analyzed every 5days. A control witrhout adding fungus was treated with same condition. The results show thatthe longer incubation time, the lower lignin content. At 30 days incubation, 81,4% of lignindegradation were achieved. The degradation of lignin occured together with degradation ofcellulose but the degradation of cellulose is less then the lignin. At 30 days incubation, 22,3%

of cellulose degradation were achieved.

Keywords : Biodelignification, white rot fungus, corn stalk

PENDAHULUAN

Industri kertas di Indonesia jarang yangmempunyai proses pulping sendiri.Kebanyakan industri mendatangkan pulp dariluar negeri. Hal ini disebabkan besarnyaongkos produksi pulp kertas. Dalam industrikertas yang mengolah pulp secara kimia, harustersedia unit pengolah limbah, di mana biayadalam mengolah limbah pulp kertas sangat

mahal, hampir 20% dari investasi harusdisediakan.

Ini tentunya sangat bertolak belakangdengan kenyataan bahwa negara Indonesiaadalah negara yang kaya akan bahan pertaniandan hasil hutan. Semua tanaman berpotensisebagai bahan baku dalam pembuatan pulp,karena mengandung selulosa yang dapatdijadikan pulp. Untuk mendapatkan pulp,selulosa harus dipisahkan dari zat pengikatnyayaitu lignin (delignifikasi) yang dikenal pulasebagai proses pulping.

Krisis enegi dan lingkungan mendorongpengembangan teknologi kertas yang ramah

lingkungan dan hemat energi. Perlu dilakukanpenggunaan sumber daya alam yang efisiendan penemuan alternatif penggunaan bahanyang terbarukan ataupun bahan sisa / buangan.Banyak bagian tanaman yang terbuang setelahdilakukan panen. Salah satunya adalah batang

jagung. Batang ini masih mengandung selulosayang mungkin dapat digunakan sebagai bahanbaku pembuatan pulp.

Penggunaan teknologi yang ramahlingkungan antara lain dengan menggunakansistem biologi, yang mengambil keuntungandari kemampuan alamiah suatu organismedalam melepaskan serat selulosa dari lignin(biodelignifikasi). Sejumlah jamur pelapuk putihtelah dicoba kemampuannya dalammendegradasi lignin. Salah satu jamur yangsering digunakan adalah Phanerochaete

chrysosporium. Pada penelitian ini akandilakukan proses biodelignifikasi batang jagungdengan menggunakan jamur pelapuk putihPhanerochaete chrysosporium.

Dalam proses pulping carabiodelignifikasi, banyak faktor yangberpengaruh terhadap pulp yang dihasilkan.Walaupun biodelignifikasi merupakan suatuproses yang sederhana, tetapi beberapa faktorperlu diperhatikan. Faktor tersebut antara lainspesies jamur yang digunakan, ukuran danbentuk inokulum, spesies bahan yang diolah,perlakuan awal bahan, waktu inkubasi, aerasi,dan nutrisi.

Dalam proses biodelignifikasi batang jagung dengan jamurPhanerochaetechrysosporium, masalah yang dihadapi adalahseberapa besar lignin dapat didegradasi oleh

jamur dengan penambahan penambahannutrisi serta berbagai mineral tertentu.

LANDASAN TEORISecara umum, semua proses pulping

adalah memisahkan serat-serat kayu dari


2/5

E K U I L I B R I U M Vol. 7 No. 1. Januari 2008 : 7 118

ikatan kompleksnya saat masih terikat satudengan yang lainnya. Dari semua bagian kayu,selulosa merupakan bagian yang diinginkantertinggal sebagai pulp untuk produksi kertas,sedangkan bagian yang tidak diinginkan beradadalam pulp adalah lignin. Lignin merupakan

suatu makromolekul kompleks, suatu polimeraromatik alami yang bercabang cabang danmempunyai struktur tiga dimensi yang terbuatdari fenil propanoid yang saling terhubungdengan ikatan yang bervariasi. Ligninmembentuk matriks yang mengelilingi selulosadan hemiselulosa, penyedia kekuatan pohondan pelindung dari biodegradasi.

Suatu sistem biologi dapat melepaskanserat selulosa dari matriks lignin denganmengambil keuntungan dari kemampuanalamiah suatu organisme. Jamur pelapuk putihini lebih cenderung mendegradasi lignindibanding serat kayu, hal ini yang dipilih

sebagai perlakuan biologis untuk pulping kayuatau disebut sebagai biopulping.Jamur Phanerochaete chrysosporium

merupakan jamur pelapuk putih yang ada padakayu. Jamur ini menghasilkan enzimekstraseluler LiP, MnP, dan Lakase (Bajpai,1999). Enzim yang dihasilkan ini berperandalam pelapukan kayu, pendegradasi sampah,serta lignin. P. chrysosporium mempunyaisuhu pertumbuhan optimum 40

oC, pH 4-7, dan

aerob. Dibandingkan dengan lainnya, jamurpelapuk putih merupakan jenis yang paling aktifmendegradsi lignin dan menyebabkan warnakayu lebih muda. Jamur pelapuk putihmemerlukan sumber karbon sebagai energitamnahan atau nutrisinya adar kandunganpolisakarida dalam kayu tidak didegradasi.Kalsifikasi jamurP. Chrysosporium :Divisi : EumycotaSubDivisi : BasidiomycotaniaClass : HymonomycetesSub Class : HolobasidiomycetidaeGenus : Sporotrichum(Phanerochaete)Spesies : Chrysosporium

Dari ribuan jamur yang diketahuimempunyai kemampuan ligninolitik,Phanerochaete chrysosporium merupakan

jamur yang paling banyak dipelajari (Howard,et. Al, 2003). Keadaan ligninolitik adalahkeadaan di mana jamur mengeluarkan enzimyang dapat mendegradasi lignin. Pada jamurpelapuk putih, enzim yang dikeluarkan adalahenzim peroksidase. Phanerochaetechrysosporium mengeluarkan enzim hemeperoksidase, yaitu lignin peroksidase (LiP) danmangan peroksidase (MnP). Jamur ini telahdipertimbangkan dalam produksi enzim untuk

degradasi lignin dalam penerapan prosesbiokonversi lignoselulosa. (Johjima, 1999)

Menurut Dey, S. (1984) Phanerochaetechrysosporium lebih efisien tiga kali atau lebihdibandingkan dengan Polyporus ostreiformisdalam mendegradasi lignin. Percobaan Dey ini

dilakukan denagn menginkubasi jerami yangdirendam dalam medium Tien dan Kirk(krik,1984). Dilakukan penambahan glukosauntuk tambahan nutrisi bagi jamur. Inkubasidilakukan selama tiga minggu pada suhu 38

oC

pada kelembaban 90 %

Rolz, C., et.al. (1986), mempelajaribiodelignifikasi rumput lemon dan bagassitronela dengan menggunakan dua belas jenis

jamur putih. Proses dilakukan dengan tanpapenambahan mineral. Selama 5 6 mingguinkubasi yang dilakukan pada suhu kamardiperoleh hasil yang berbeda-beda padapenggunaan jamur yang berbeda dan untuk

bahan yang berbeda pula. Semua jamurmenunjukkan aktivitas lignolitik, menghasilkanenzym untuk mendegradasi lignin. Dari keduabelas jamur tersebut, Bondarzewia berkelenyimerupakan jamur yang paling efektif,Phanerochaete chrysosporium menempatiurutan keempat setelah Coriolus versicolordanPleurotus flabellatus.

Untuk rumput lemon denganmenggunakan Phanerochaete chrysosporiumdiperoleh kehilangan lignin sebesar 40,90%sedangkan untuk bagas sitronela sebesar32,02 %. Hilangnya lignin oleh jamur diikutipula dengan hilangnya hemiselulosa danselulosa. Untuk rumput lemon, hemiselulosayang hilang sebesar 15,76 % sedangkan untukbagas sitronela adalah sebesar 18,11%.Diperoleh juga bahwa jamur ini cenderung lebihbanyak menguraikan hemiselulosadebandingkan dengan selulosa. Perbandinganhilangnya hemiselulosa terhadap selulosaadalah sebesar 1,48 untuk rumput lemon dansebesar 1,72 untuk bagas sitronela.

Belewu, M.A. (2006) mempelajariinkubasi jamur Pleurotus sajor caju dalammedia serbuk gergaji dan sisa kapasmenemukan bahwa untuk 60 hari inkubasi

kandungan lignin dalam serbuk gergajiberkurang dari 44,36% menjadi 25,53%,sedangkan dalam sisa kapas berkurang dari20% menjadi 14,2%. Pengurangan kandunganselulosa juga terjadi namun jumlahpengurangannya lebih kecil, yaitu darikandungan 31,99% menjadi 30,89% untukserbuk gergaji dan dari kandungan 23,72menjadi 21,58% untuk sisa kapas. Hal inimenunjukkan bahwa jamur lebih cenderung


3/5


9

untuk menguraikan lignin dibandingkan denganhemiselulosa maupun selulosa.

Widjaya, mempelajari biodelignifikasikayu sengon dan kayu pinus denganmenggunakan jamur pelapuk putihPhanerochaete chrysosporium. Digunakan agar

dan okara sebagai media dasar untuk inokulasi.Selama 30 hari inkubasi, degradasi lignin padasengon dengan menggunakan okara yangdiperkaya dengan media nitrogen terbatasmencapai 55%.

Keadaan ligninolitik dapat didorongdengan penyediaan nitrogen yang terbatas.Pengurangan konsentrasi nitrogen dalammedia mendorong degradasi lignin darilignoselulosa gandum oleh P. chrysosporium,S. pulverulentum, dan C. versicolor(Rolz, 1986).

Dalam kerjanya, enzim peroksidase

terlebih dahulu dioksidasi oleh H2O2, yang jugadihasilkan oleh jamur, untuk membentuk suatuzat antara. Zat ini selanjutnya direduksi olehsebuah elektron dan membentuk zat kedua yngbersifat redikal. Selanjutnya zat keduamengoksidasi substrat berikutnya dengan satuelektron sehingga siklus katalitis tersebutlengkap. Senyawa veratril alkohol merupakanmetabolit sekunder yang juga dihasilkan oleh

jamur. Ditemukan bahwa beberapa substrattertentu yang tidak dapat dioksidasi oleh ligninperoksidase akan teroksidasi jika di dalamcampuran inkubasi terdapat veratril alkohol.Dikatakan bahwa H2O2 dan veratril alkohol

merupakan mediator dalam prosesbiodelgnifikasi ini. (Koduri, 1994)

Widjaya, 2004, mempelajari pengaruhkonsentrasi mediator pada biodelignifikasibagas dengan menggunakan jamurPhanerochaete chrysosporium. Degradasilignin mencapai 28,7% pada perbandinganpenggunaan veratril alkohol-H2O2 sebesar40:40 mM, sedangkan yang tanpa penambahanmediator diperoleh hasil sebesar 10,8%.

METODE PENELITIAN

Bahan-bahan berikut ini digunakan dalampenyiapan media kultur :

Bahan Jumlah (gram)

1. KH2PO42. MgSO4.7H2O3. CaCl2.H2O4. FeCl3.6H2O5. ZnSO4.7H2O6. CuSO4.5H2O

7,21,50,30,0450,0230,015

7. MnSO4.H2O 0,03

Bahan-bahan tersebut dilarutkan dalamaquades menjadi larutan 150 ml.

Suspensi jamur dibuat dengan caramemisahkan spora jamur dari PDAnya dengan

menggunakan jarum ose, selanjutnyamencampurkan dalam 20 ml larutan tween 800,01% dalam labu ukur 50 mL dan diencerkansampai volume 50 mL.

Percobaan dilakukan denganmemasukkan 10 gram batang jagung yanglolos 40 mesh dalam elemeyer 250 mLselanjutnya ditmbahkan 0,01 gram glukosa dandiaduk sampai rata. Dimasukkan 15 ml larutanmedia kultur. Bahan disterilisasi dalam autoklafpada suhu 121

oC selama 15 menit,

didinginkan dan diinokulasi denganmenambahkan 5 mL suspensi jamur. Bahandimasukkan dalam inkubator dengan suhu 38O

C selama 30 hari, setiap 5 hari dilakukananalisis terhadap konsentrasi lignin danselulosa. Suatu kontrol tanpa penambahan

jamur diperlalukan dengan kondisi yang sama,dan dianalisis pada hari ke-30

HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian degradasi lignin batang

jagung dengan menggunakan jamurPhanerochaete chrysosporium dapat dilihatpada gambar 1.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40

waktu, hari

%h

ilanglignin

,

hilangselulosa

lignin

selulosa

Gambar 1. Hubungan % hilang lignin dengan

waktu inkubasi.

Dari gambar 1 dapat dilihat bahwasemakin lama waktu inkubasi jumlah ligninyang hilang semakin besar. Degradasi lignin

dapat mencapai 81,4 % pada inkubasi selama30 hari. Hal ini menunjukkan bahwa jamurPhanerochaete chrysosporium memangmerupakan organisme ligninolitik yang efisien.Terlihat pula dari gambar 1, kurva masihmempunyai lereng yang besar, yang berarti lajudegradasi lignin sampai inkubasi hari ke 30masih tinggi.


4/5

E K U I L I B R I U M Vol. 7 No. 1. Januari 2008 : 7 1110

Biodegradasi lignin dapat terjadi jika jamur pelapuk putih menghasilkan enzimdegradasi lignin ekstraselular, yaitu ligninperoksidase dan Mn peroksidase yang disebutsebagai keadaan ligninolitik. Lignin peroksidasedan Mn peroksidase diketahui merupakan

ekstraselular enzim yang mengkatalisisoksidasi suatu senyawa aromatik. Keadaanligninolitik Phanerochaete chrysosporium akanteraktivasi saat metabolisme sekunderpertumbuhan jamur dan diatur olehtersediaanya nutrisi, oksigen, trace logam, danpH. Masih tingginya laju degradasi lignin padahari ke 30 mungkin disebabkan oleh masihcukupnya nutrisi untuk pertumbuhan jamur.Dalam percobaan ini ditambahkan glukosasebagai nutrisi tambahan bagi jamur.

Jamur Phanerochaete chrysosporium juga menyebabkan terjadinya degradasiselulosa. Terlihat pada pada gambar 1, terjadi

kehilangan ligin dimana semakin lama waktuinkubasi dilakukan, % hilang lignin semakinbesar. Degradasi selulosa mencapai 22,3%pada 30 hari inkubasi. Dalam prosesbiopulping, sebenarnya yang diinginkan adalahterurainya lignin, tetapi ternyata selulosa jugamengalami peruraian/degradasi. Hal inidisebabkab karena jamur Phanerochaetechrysosporium juga menghasilkan enzim yangdapat menguraikan selulosa seperti enzimprotease, kuinon reduktase, dan selulase.Walaupun terdapat sejumlah selulosa yangterdegradasi tetapi jumlahnya relatif lebih kecildibanding degradasi lignin. Dalam batang

jagung, selulosa dikelilingi oleh lignin, sehinggaligninlah yang terlebih dahulu diuraikan olah

jamur.Selulosa akan diuraikan oleh jamur

menjadi senyawa yang sederhana yangdipergunakan oleh jamur sebagai nutrisi untukpertumbuhannya. Penambahan nutrisi berupaglukosa merupakan faktor yang memperkecildegradasi selulosa oleh jamur. Penambahannutrisi akan meningkatkan laju degradasi lignin,meningkatkan pertumbuhan jamur sertamenurunkan laju degradasi selulosa.

KESIMPULANDari hasil percobaan dapat disimpulkan :

1. JamurPhanerochaete chrysosporium dapatmendegradasi lignin pada batang jagung.

2. Pada 30 hari inkubasi, lignin terdegradasisejumlah 81,4%.

3. Degradsi lignin diikuti dengan degradasiselulosa walaupun jumlahnya relatif lebihsedikit yaitu 22,3 % pada 30 hari inkubasi.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikan kepadaDanang Adi Prabowo dan Sri Lestari yang telahmembantu penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKAAkhtar, M., 1997, US Patent.

Belewu, M.A., 2006, Conversion of MasoniaTree Sawdust and Cotton Plant byProduct into Feed by White Rot Fungus(Pleurotus sajor caju), African Journal ofBiotech., 5, 503 - 504

Dey, S., Maiti, T.K., and Bhattacharyya, B.C.,1994, Production of Some ExtracellulearEnzymes by a Lignin Peroxidase-Producing Brown Rot Fungus, Polyporusostreiformis, and Its Comparative Abilitiesfor Lignin Degradation and DyeDecolorization , Applied and EnviromentalMicrobiology, 60, 4216-4218.

Hossain, S.M. and Anantharaman, N., 2006,

Activity Enhanchement of LigninolyticEnzymes of Trametes versicolor withBagasse Powder, African Journal ofBiotech., 5, 189 194

http://www.freepatentsonline.com/6958110.html, Apparatus for the Production ofCellulose Paper Pulps bybiodelignification of Vegetative Masses,US Patent 6958110.

Howard, R.T., Abotsi, E., Jansen vanRensburg, E.L., anf Howard, S., 2003,Lignocellulose Biotechnology : Issue ofBioconversion and Enzyme Production,African Journal of Biotech., 2, 602 -619

Johjima, T., Itoh, N., Kabuto, M., Tokimura, F.,Nakagawa, T., Wariishi, H., and Tanaka,H., 1999, Diretct Interaction of Lignin andLignin Peroxidase from Phanerochaetechrysosporium, Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 96, 1989-1994

Kirk, T.K. and Tien, M., 1988, Lignin Peroxidaseof Phanerochaete chrysosporium,Methods in Enzymology, 161, 238-249.

Koduri, R.S. and Tien, M. 1994, Kinetic Analysis of Lignin Peroxidase :Explanation for the MediationPhenomenon by Veratryl Alcohol,Biochemistry, 33, 4225-4230.

Martina, A., Yuli, N., dan Sutisna, M., 2002,Optimasi Beberapa Faktor Fisik TerhadapLaju Degradasi Selulosa Kayu Albasia(Parserianthes Falcataria (L) Nielsen DanKarboksimetilselulosa (CMC) SecaraEnzimatik Oleh Jamur, Jurnal NaturIndonesia, 4(2), 156-163.

Rolz, C., de Leon, R. de Arriola, M.C., and deCabrera, S., 1986, Biodelignification ofLemon Grass and Citronella Bagasse by


5/5


11

White-Rot Fungi, Applied andEnviromental Microbiology, 52, 607-611.

Widjaya, A, Andriyani, S., and Pratami, A.A.,http/www.cape.canterbury.ac, Study ofBiodelignification on Sengon(Paraserianthes falcataria) and Pine

(Pinus merkusi) Using White-Rot FungusPhanerochaete chrysosporium for the

development of Pulp and PaperIndustries in Indonesia.

Widjaya, A. , Ferry, Musmariadi, 2004,Pengaruh Berbagai Konsentrasi Mediator

pada Biodelignifikasi Menggunakn EnzimKasar Lignin Peroksidase, JTKI, 3. 71-79

Artikel 02 Vol 7 No 1

Documents

Transcript of Artikel 02 Vol 7 No 1