MAKALAH MIKROBIOLOGI INDUSTRIPEMANFAATAN ENZIM XILANASE UNTUK INDUSTRI PULP DAN KERTAS

Oleh :

1. Eno Dhimas A.S. (125061100111028)2. Belda Amelia J.(125061100111030)3. Ulvatus S.(125061100111032)4. Joe Azatil I.A.(125061100111036)5. Farizqa H. (125061100111038)6. Arizka Frans B.(125061100111040)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG 2013

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur kami panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga kami dapat menyusun makalah ini dengan baik dan benar, serta tepat pada waktunya. Dalam makalah ini kami akan membahas mengenai PEMANFAATAN ENZIM XILANASE UNTUK INDUSTRI PULP DAN KERTASMakalah ini telah dibuat dengan beberapa bantuan dari berbagai pihak untuk membantu menyelesaikan tantangan dan hambatan selama mengerjakan makalah ini. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini.Kami menyadari bahwa masih ada kekurangan yang mendasar pada makalah ini. Oleh karena itu kami mengharapkan pembaca untuk memberikan saran serta kritik yang dapat membangun kami. Kritik konstruktif dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Malang, Desember 2013

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULiKATA PENGANTAR............................................................................................iiDAFTAR ISI..........................................................................................................iiiBAB I PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang21.2 Tujuan21.3 Manfaat2BAB II DASAR TEORI32.1 Enzim32.2 Xilan dan Xilosa42.3 Enzim Xilanase7 2.3.1 Pemanfaatan Enzim Xilanase Pada Industri................................82.4 Aspergillus niger ...................................................................................92.5 Pembuatan Enzim Xilanase...................................................................102.6 Proses Bio-Bleaching Pada Pulp...........................................................14BAB III PENUTUP 17DAFTAR PUSTAKA .18

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDewasa ini industri pulp dan kertas menghadapi masalah pencemaran lingkungan berkaitan dengan proses penghilangan lignin. Proses yang masih dilakukan sekarang ini menggunakan cara kimia dengan memakai klorin, dimana proses ini menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan. Alternatif lain yang sedang dikembangkan saat ini adalah proses penghilangan lignin dengan menggunakan cara biologi (biobleaching), yaitu memanfaatkan enzim dari mikroorganisme yang dapat mendegradasi lignin tanpa merusak serat selulosa, menghemat energi, memperbaiki ikatan antar serat dan mereduksi pencemaran lingkungan. Dalam enzim hemiselulosa, enzim yang mempunyai peranan penting dalam proses biobleaching yaitu enzim xilanase. Enzim ini berfungsi untuk mendegradasi hemiselulosa, sehingga mempercepat proses delignifikasi.Enzim Xilanase yang digunakan dalam proses biobleching ini diekstrak dari mikroorganisme berupa jamur jenis Aspergillus niger dan Trichoderma reesei.

1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana ciri-ciri dan pemanfaatan enzim xilanase?2. Bagaimana produksi enzim xilanase dari mikroorganisme?3. Bagaimana mekanisme enzim xilanase dalam pemutihan kertas?

1.3 Tujuan 1. Mengetahui ciri-ciri dan pemanfaatan enzim xilanase.2. Mengetahui produksi enzim xilanase dari mikroorganisme.3. Mengetahui mekanisme enzim xilanase dalam pemutihan kertas.

1.4 Manfaat Dengan mengetahui pemanfaatan enzim dalam dapat menambah pengetahuan tentang penggunaan enzim dalam industri pulp dan kertas, dapat mengetahui mekanisme dalam pemutihan kertas sehingga mengurangi penggunaan klor yang membahayakan bagi lingkungan.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1EnzimEnzim merupakan biopolimer yang berperan sebagai katalis hayati dalam reaksi-reaksi biokimia yang terjadi dalam sel mahkluk hidup. Penggunaan enzim di bidang industri, baik industri pangan maupun bukan pangan sudah banyak berkembang. Enzim sebagai biokatalis bekerja secara spesifik dan sangat efisien, umumnya kerja enzim juga tidak membutuhkan pemanasan atau perlakuan tekanan seperti katalis non biologis. Enzim secara umum dapat dihasilkan dari hewan, tanaman, dan mikroorganisme. Pada penelitian ini dilakukan produksi enzim xilanase dari jenis mikroba yang termasuk kapang. Hal ini dikarenakan kemampuannya menghasilkan enzim xilanase dan mengekskresikan enzim ke media sehingga mempermudahkan proses produksi dan isolasi enzim.Enzim merupakan protein yang memiliki sifat-sifat yang sangat khas seperti berat molekul, kondisi reaksi pada aktivitas optimum dan stabilitas Enzim. Aktivitas dan stabilitas enzim sangat dipengaruhi oleh modifikasi kondisi fisik dan kimia yang dapat menyebabkan perubahan struktur sekunder, tersier dan kuartener dari molekul enzim.Pokok utama mekanisme kerja enzim adalah konsepsi aktivasi pemecahan substrat yang didahului pembentukan kompleks enzim substrat. Bentuk kompleks enzim substrat terbentuk karena perbedaan afinitas kimia antara substrat dan enzim pada daerah tertentu yang disebut pusat aktif. Penambahan larutan seperti pelarut organik dan juga larutan logam akan mempengaruhi mekanisme kerja enzim karena terjadi interaksi molekuler (Cesar dan Vladimir, 1996). Interaksi antara enzim dengan substrat dapat terjadi menurut dua hipotesis yaitu hipotesis Lock and Key dan hipotesis Induced-Fit. Menurut hipotesis Lock and Key, spesifitas enzim termasuk adanya struktur komplementer antara enzim dengan substrat terjadi karena substrat mempunyai kesesuaian bentuk ruang dengan enzim pada struktur sisi aktif enzim. Sedangkan menurut hipotesis Induced-Fit, substrat mempunyai kesesuaian ruang dengan sisi aktif pada kompleks enzim-substrat, tetapi dalam proses pengikatan substrat enzim mengalami perubahan konformasi sehingga strukturnya sesuai dengan substrat. Proses ini disebut sebagai proses induksi (Palmer, 1991). Enzim mengikat molekul substrat membentuk kompleks enzim substrat yang bersifat sementara dan lalu terurai membentuk enzim bebas dan produknya.

Gambar 1. Mekanisme kerja enzim

Stabilitas enzim dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya adalah waktu penyimpanan, suhu, pH dan senyawa-senyawa yang dapat menginaktifkan enzim, misalnya protease, dan penyebab denaturasi lainnya. Reaksi katalisis enzim, seperti halnya reaksi kimia yang lain dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu meningkat, maka laju reaksi juga akan meningkat. Akan tetapi karena enzim adalah protein, maka semakin tinggi suhu akan mengakibatkan proses inaktivasi enzim juga semakin meningkat. Pada kondisi normal, struktur aktif enzim dijaga oleh keseimbangan kekuatan non-kovalen yg berlainan, yaitu ikatan hidrogen, hidrofobik, ionik, dan Van der Walls. Dengan naiknya suhu, semua kekuatan tersebut menurun dan molekul protein enzim akan terbuka. Karena pada pusat aktif enzim selalu terdiri dari beberapa residu asam amino yang terdapat dalam struktur tiga dimensi protein enzim, maka pembukaan rantai molekul protein menyebabkan kerusakan pusat yang aktif sehingga enzim menjadi inaktif. Pada suhu tinggi, substrat juga dapat mengalami perubahan konformasi sehingga sisi reaktifnya tidak dapat lagi atau mengalami hambatan dalam memasuki lokasi aktif enzim. Enzim yang stabil dan optimum pada suhu tinggi diatas suhu 55oC dapat dikatakan sebagai enzim termostabil (Yu et al.1987).

2.2Xilan dan XilosaPolisakarida yang terdapat dalam kayu maupun dalam jaringan lain selain selulosa juga terdapat poliosa atau hemiselulosa. Poliosa berbeda dari selulosa karena terdiri dari berbagai unit gula, rantai molekul lebih pendek dan karena percabangan rantai molekul. Rantai utama poliosa dapat terdiri atas satu unit (homopolimer) misalnya xilan, atau terdiri atas dua atau lebih unit (heteropolimer) misalnya glukomanan. Xilan akan dihidrolisis menjadi xilosa dengan bantuan enzim xilanase dengan reaksi sebagai berikut :C5H8O4 + H2O C5H10O5 Xilosa termasuk dalam kelompok gula pentosa. Hemisellulosa juga dapat didegradasi oleh bakteri selulolitik. Degradasi hemiselulosa juga dapat dilakukan oleh bakteri non selulolitik dengan kapasitas yang minimal. Sebagian besar bakteri ini mampu memfermentasikan xilan.Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa. Polimer xilosa adalah komponen yang paling banyak terdapat dalam hemiselulosa tanaman. Hemiselulosa xilan merupakan xilosa yang berikatan -1,4 dengan jumlah monomer 150 - 200 unit. Menurut Wenzl (1990), komponen monomer hemiselulosa dapat dibagi kedalam beberapa tipe antara lain : 1. Glukomanan, yaitu hemiselulosa dimana monomer penyusunnya terdiri dari -D-glukopiranosa dan -D-manopiranosa. 2. Arabinogalaktan, yaitu hemiselulosa dimana monomer penyusunnya terdiri dari -D-galaktopiranosa dan L-arabinosa. 3. Xilan, yaitu hemiselulosa dimana monomer penyusunnya terdiri dari -D-xilanopiranosa. Xilan merupakan poliosa, umumnya dengan rantai utama homopolimer dari unit-unit xilosa yang terikat dengan ikatan glikosidik -(1,4). Kebanyakan xilan diisolasi dari berbagai species kayu keras yang mempunyai nisbah sekitar 10:1 (Xil:Me-GluU) yaitu rata-rata pada setiap unit xilosa kesepuluh terikat dengan gugus samping asam 4-O-metiloglukaranat.

Gambar 2. Struktur xilan

Gambar 3. Struktur Xilan dan titik-titik tempat melekatnya enzim Sebagian besar bakteri pendegradasi serat seperti Fibrobacter succinogenesis dan Ruminococcus flavefaciens mampu memfermentasikan xilan. Kalau dibandingkan dengan selulosa, xilan lebih cepat diuraikan oleh sejumlah besar mikroorganisme, dan banyak bakteri pengurai selulosa memproduksi xilanase. Xilanase dibentuk oleh beberapa bakteri (Clostridium sp.) secara konstitutif, sedangkan bakteri lain sesudah terjadi induksi oleh xilan. Pada fungi kemampuan mengolah xilan merupakan kebiasaan. Bahkan untuk jamur yang dibudidayakan, xilan merupakan substrat yang menonjol. Sebagai produk oleh pengaruh xilanase bebas sel, terjadi di samping xilosa dan xilobiosa juga potongan-potongan yang lebih panjang. (Vanadianingrum, 2008)

Gambar 4. Konversi Xilan menjadi Xilosa oleh enzim Xilanase

Gambar diatas adalah reaksi hidrolisa xylan beberapa sumber karbon yang sering digunakan yaitu seperti molases, serealia, pati, glukosa, sukrosa dan laktosa. Produksi enzim xilanase sebagai sumber karbon adalah xilan. Xilan dengan aktivitas xilanase yang dihasilkan oleh mikroorganisme akan terhidrolisis menjadi xilosa. Hemiselulosa xilan merupakan polimer xilosa yang berikatan -1,4 dengan jumlah monomer 150-200 unit. Rantai xilan bercabang dan strukturnya tidak terbentuk kristal sehingga lebih mudah dimasuki pelarut dibandingkan dengan selulosa. Sebagian besar xilan terdiri atas 2-4 heteroglikan. Heteroglikan yang umum dijumpai adalah arabino-Dxilan, L-arabino-D-glukurono-Dxilan, 4-o-metil-D-glukorono-Dxilan,L-arabino-D-xilan, D-gluko-Dmannan, D-galakto-D-gluko-Dmannan, dan L-arabino-D-galaktan (Park et al. 2002)

2.3Enzim XilanaseEnzim-enzim pendegradasi xilan disebut enzim xilanolitik atau enzim xilanase. Macam-macam enzim xilanase antara lain: enzim ekso dan endo--xilanase, enzim -xilosidase , dan enzim -L-arabinofuranosidase. Enzim endo--xilanase mampu memutus ikatan -1,4 pada bagian rantai utama xilan melalui bagian dalam rantai xilosa menghasilkan xilooligosakarida. Enzim exo-xilanase meotong rantai xilosa dari luar rantai panjang menghasilkan produk utama xilosa dan xilooligosakarida rantai pendek. Enzim -xilosidase memotong xilooligosakarida rantai pendek menjadi xilosa. Enzim -L-arabinofuranosidase memotong ikatan -1,3 arabinofuranosidik pada rantai samping polimer xilan (Gambar 4).

Gambar 5. Struktur Enzim Xilanase2.3.1 Pemanfaatan Enzim Xilanase pada IndustriA. Pemanfaatan Xilanase Sebagai Gula Xilosa Xilanase juga dapat digunakan untuk menghidrolisis xilan (hemiselulosa) menjadi gula xilosa. Xilan banyak diperoleh dari limbah pertanian dan industri makanan. Pengembangan proses hidrolisis secara enzimatis merupakan prospek baru untuk penanganan limbah hemiselulosa. Gula xilosa banyak digunakan untuk konsumsi penderita diabetes. Di Malaysia gula xilosa banyak diguna-kan untuk campuran pasta gigi ka-rena dapat berfungsi memperkuat gusi. Dengan beragamnya keguna-an gula xilosa maka perlu adanya inovasi ke arah produksi xilosa tersebut.Inovasi tersebut muncul diantaranya apabila enzim penghidro-lisis lignoselulosa tersebut sudah tersedia. Adakalanya untuk mem-proses gula xilosa belum diminati karena kurang ekonomis meng-ingat kandungan xilan sangat rendah dibandingkan dengan selulosa. Namun demikian, perlu dipertimbangkan untuk melakukan proses multienzim sehingga hasilnya tidak hanya xilosa saja (dari xilan) tetapi juga glukosa (dari selulosa dan oligo sakarida lainnya). Sedangkan adanya teknologi baru seperti teknologi membran, di mana dapat memisahkan komponen sesuai ukuran molekul maupun berat molekul maka dapat dilakukan fraksinasi glukosa dan xilosa dengan mudah.

B. Pemanfaatan Xilanase Untuk Makanan dan Minuman Xilanase dapat juga digunakan untuk menjernihkan juice, ekstraksi kopi, minyak nabati, dan pati (Wong dan Saddler, 1993). Kombinasi dengan selulase dan pektinase dapat untuk penjernihan juice dan likuifikasi buah dan sayuran.Efisiensi xilanase dalam perbaikan kualitas roti yang telah dilakukan, yaitu xilanase yang berasal dari Aspergillus niger var awamori yang ditambahkan ke dalam adonan roti menghasilkan kenaikan volume spesifik roti dan untuk lebih meningkatkan kualitas roti maka perlu dilakukan kombinasi penambahan amilase dan xilanase (Maat et al., 1992).Sekalipun potensi penggunaan enzim xilanase cukup beragam tetapi untuk memproduksi juga masih menghadapi beberapa kendala, antara lain tidak tersedianya strain mikroorganisme unggul dan kurangnya pengetahuan tentang teknologiproduksi enzim. Di lain pihak, pakar dari negara maju mengakui bahwa negara yang kaya akan keanekaragaman hayati, termasuk Indonesia, merupakan sumber mikroorganisme maupun tanaman yang potensial untuk bioproses.

C. Pemanfaatan Xilanase pada Industri Pulp dan KertasPada pembuatan kertas, xilanase digunakan untuk menghilangkan hemiselulosa dalam proses bleach-ing. Enzim ini sebagai pengganti cara kimia sehingga pencemaran racun limbah kimia akan dihindari dan lebih murah. Bahan baku kayu pembuat kertas setelah melalui proses digester dan pencucian, sebenarnya masih dalam keadaan kotor (derajat putihnya rendah). Untuk menghasil-kan kertas yang bermutu tinggi perlu dilakukan proses pemutihan. Proses pemutihan bertujuan untuk menghilangkan lignin, hemiselulosa penyebab warna coklat dan zat ekstraktif yang dikandung dari hasil pencucian dan penyaringan. Proses pemutihan biasanya dilakukan bertahap, karena mempunyai kelebihan di antaranya adalah nilai derajat putihnya tinggi. Proses bertahap ini terdiri atas tahap khlorinasi, ekstraksi, dan penambahan khlorin dioksida. Khlorin adalah bahan beracun, sehingga khlorin sisa proses yang dibuang ke perairan sungai akan membuat polusi yang tinggi. Penggantian penggunaan khlorin untuk pemutihan kertas telah memberikan peluang untuk aplikasi bioteknologi (Richana, 2002)

2.4Aspergillus nigerAspergillus niger adalah mould dari klas fungi imperfecti, tersebar dimana-mana pada bermacam substrat antara lain terdapat pada buah-buahan, sayur-sayuran dan makanan lain yang telah busuk. Jamur ini berperan dalam mendekomposisi polisakarida di dalam kayu, mempunyai suhu pertumbuhan 30oC 37oC, pH : 4 6 dan bersifat aerob. Klasifikasinya adalah : (Dwijoseputro, 1984)Divisi : Fungi imperfecti Sub kelas : Hyphomyces Ordo: Monoliales Famili : Monoleaceae Genus : Aspergillus Spesies : Niger

Aspergillus niger adalah jamur berfilamen yang terdapat dimana-mana dan sering ditemukan di tanaman yang sudah mati dan terdekomposisi. A. niger memiliki sifat saprofit dan berperan penting pada proses degradasi dan daur ulang tanaman-tanaman yang telah mati. Untuk memecah polimer kompleks dari tanaman menjadi molekul kecil, A. niger membutuhkan energi dan sumber nutrisi, yaitu dengan menghasilkan berbagai macam enzim hidrolitik seperti Amilase, Protease, Pektinase, Xilanase, dan Lipase.

Gambar 6. Aspergillus niger

2.5Pembuatan Enzim XilanaseSumber karbon utama bagi produksi enzim xilanase adalah xilan yang banyak terdapat pada limbah hasil pertanian. Xilan akan dihidrolisis oleh enzim xilanase menghasilkan xilosa (C5H10O5). Penggunaan xilan dalam produksi xilanase skala besar terlalu mahal. Sebagai sumber alternatif karbon selain xilan dapat digunakan jerami padi, tongkol jagung, bagas tebu, kulit pisang, limbah ekstrak minyak biji kapas dan limbah hasil pertanian lainnya. Hal ini dilakukan dengan memotong jerami padi sepanjang 10 mm, kemudian dipanaskan 121oC selama 1 jam. Sesudah penyaringan, xilan kasar diendapkan dengan etanol 99 % dan diinkubasi selama 24 jam. Sedangkan pemanfaatan ampas/limbah ekstrak minyak biji kapas sebagai pengganti xilan telah dilakukan oleh Yoshida et al. (1994).Formulasi media dalam pertumbuhan dan produksi hasil fermentasi merupakan suatu tahap penting untuk mendesain percobaan dalam skala kerja. Oleh karena itu perlu adanya pengaturan komposisi media dan pemilihan substrat yang tepat bagi pertumbuhan suatu mikroba agar dapat menghasilkan enzim xilanase dalam jumlah maksimal. Pemilihan substrat menjadi bagian penting dalam suatu proses produksi enzim, karena substrat dan produk hasil hidrolisis enzim biasanya merupakan induser utama bagi mikroorganisme dalam mensekresikan enzim. Jenis substrat yang digunakan dalam komposisi media fermentasi dapat sederhana atau kompleks juga tergantung pada jenis mikrobanya. Substrat (senyawa penginduksi) dapat berupa substrat murni (xilan, xilooligosakarida) atau juga dapat berupa bahan lignoselulosa alami yang memiliki kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin.Penggunaan xilan muni dalam produksi xilanase skala besar sangat mahal. Oleh karena itu digunakan sumber karbon lain selain xilan yang berasal dari berbagai limbah pertanian dan hutan atau xilan yang diisolasi dari limbah industri. Substrat tersebut meliputi kulit ari gandum, tongkol jagung, ampas tebu, jerami padi, jerami gandum dan sebagainya. Hasil penelitian menjelaskan bahwa penggunaan bahan lignoselulosa alami lebih baik dari pada xilan atau selulosa yang murni (Muawanah, 2006).

Gambar 7. Komposisi Selulosa, Hemiselulosa, Lignin, dan Abu pada limbah pertanianSaat ini produksi enzim banyak dilakukan dengan menggunakan metode fermentasi fasa padat atau solid state fermentation (SSF). Prinsip dasar SSF adalah pertumbuhan mikroba pada substrat padat basah dengan kadar air rendah atau berada di dalam pori tanpa adanya pergerakan air, namun substrat harus memiliki kadar air yang cukup untuk mendukung pertumbuhan dan metabolisme mikroba. Proses produksi dengan SSF memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan metode lain seperti sub merged fermentation diantaranya adalah medium fermentasi yang lebih murah, peralatan dan pengaturan operasi sederhana diperoleh jumlah produk yang lebih tinggi, kebutuhan energi yang rendah, proses scaling up yang lebih mudah, stabilitas produk yang lebih tinggi dan pengendalian kontaminasi lebih mudah karena rendahnya kadar air saat fermentasi berlangsung. Salah satu faktor utama keberhasilan proses SSF adalah pemilihan substrat padat. Substrat padat tersebut digunakan sebagai tempat hidup dan sumber nutrisi mikroba untuk melakukan aktivitas hidupnya. Oleh karena itu substrat padat sebaiknya mengandung makronutrisi (karbon, nitrogen), mikronutrisi dan elemen-elemen lainnya yang dapat mendukung aktivitas mikroba Sintesis xilanase dapat terjadi secara konstitutif maupun induktif. Xilanase yang disintesis secara konstitutif akan mendegradasi xilan yang merupakan heteropolisakarida berukuran besar dan tidak dapat masuk begitu saja ke dalam sel. Hidrolisis xilan tersebut menghasilkan fragmen yang mempunyai berat molekul rendah, seperti xilosa, xilobiosa, xilotriosa, dan oligosakarida lainnya. Xilosa dan xilooligomer yang berukuran kecil tersebut dapat dengan mudah masuk ke dalam sel bakteri dan menginduksi sintesis xilanase melalui beberapa mekanisme yang berbeda. Regulasi sintesis xilanase dapat dilihat pada (Gambar 8). Induksi xilanase oleh xilooligomer melalui dua mekanisme. Mekanisme pertama, xilooligomer ditransport langsung ke dalam sel dan kemudian dihidrolisis oleh -xilosidase intraseluler menjadi xilosa. Mekanisme ini didukung oleh keberadaan - xilosidase intraseluler yang secara umum terdapat di dalam mikroorganisme. Mekanisme kedua, xilooligomer dihidrolisis menjadi xilosa selama proses transportasi melalui membran ke dalam matriks sel. Hidrolisis dilakukan oleh transporter penghidrolisis (hydrolitic transporters) yang memiliki sisi aktif untuk memecah ikatan ekso--1,4 seperti yang dimiliki oleh -xilosidase. Tahapan ini dapat dilakukan jika enzim -xilosidase juga memiliki aktivitas transferase. Kedua mekanisme di atas akan menghsilkan xilosa yang merupakan induser dalam sintesis xilanase. Senyawa xilosa juga kemudian mengalami proses transglikosilasi menghasilkan XylB1-2Xyl dan GlcB1-2Xyl. Senyawa ini bertindak sebagai induser tambahan terhadap gen penyandi enzim xilanolitik.

Gambar 8. Regulasi biosintesis xilanaseSetelah enzim terbentuk, proses selanjutnya adalah proses pemisahan dan pemurnian enzim. Beberapa tahap pemurnian enzim antara lain, pemisahan enzim seperti ekstraksi atau isolasi, presipitasi, filtrasi, sentrifugasi dan pemekatan misalnya dengan ultrafiltrasi. Isolasi dan ekstraksi dapat digunakan sebagai tahap awal proses pemisahan enzim. Proses ekstraksi dan isolasi enzim dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut tertentu. Pemilihan pelarut harus tepat, baik pH, maupun kekuatan ion pelaruut sehingga dapat ditekan jumlah kontaminan yang tercampur dalam enzim. Penggunaan pelarut untuk mengekstrak enzim hanya digunakan pada fermentasi media padat, sedangkan pada fermentasi cair tidak diperlukan. Pelarut yang digunakan untuk mengekstrak enzim dapat berupa air atau buffer dengan kekuatan ionik rendah. Jumlah pelarut yang digunakan tergantung pada tujuan ekstraksi tersebut. Bila diinginkan untuk mendapatkan filtrat enzim dengan unit aktivitas yang tinggi penggunaan pelarut diusahakan seminimal mungkin. Bila bertujuan untuk mendapatkan enzim semaksimal mungkin maka penggunaan pelarut ditingkatkan jumlahnya (Muawanah, 2006)Metode pengendapan dengan konsentrasi garam bervariasi dilakukan dengan menambahkan garam amonium sulfat ke dalam ekstrak kasar enzim disertai pengadukan pada suhu rendah. Garam yang ditambahkan dapat merupakan ammonium sulfat, natrium sulfat, natrium fosfat dan sebagainya, tergantung pada jenis enzim. Ammonium sulfat lebih sering digunakan karena kelarutannya yang tinggi, mudah didapatkan, harganya relatif murah, bersifat menstabilkan enzim serta dapat mencegah aktivitas enzim proteolitik .Kelarutan protein dipengaruhi oleh konsentrasi garam amonium sulfat yang ditambahkan dan kekuatan ion yang ditimbulkan dari penambahan garam amonium sulfat. Semakin besar konsentrasi garam yang ditambahkan, maka terjadi peningkatan muatan listrik di sekitar protein yang akan menarik molekul air dari koloid protein. Interaksi hidrofobik antara sesama molekul protein pada suasana ionik tinggi akan menurunkan kelarutan protein. Peristiwa ini disebut salting out. Salting out dengan garam dapat digunakan untuk memisahkan protein dari komponen terlarut lainnya. Endapan enzim yang terbentuk dipisahkan dengan sentrifugasi dan supernatan yang dihasilkan digunakan untuk fraksinasi selanjutnya. Garam yang tersisa pada endapan enzim dipisahkan dengan dialisis. Dialisis adalah proses transpor solut melalui membran, dimana solut dipindahkan antara dua cairan. Pada proses dialisis terjadi perpindahan garam ammonium sulfat yang mempunyai berat molekul rendah dari sampel berganti dengan larutan buffer dalam dialisat. Difusi garam dari satu sisi membran ke sisi yang lain terjadi karena adanya gradien konsentrasi. Perbedaan kecepatan difusi melalui membran timbul karena adanya perbedaan ukuran molekul yang menyebabkan garam terpisah dari enzim. Pada waktu garam bergerak melalui pori-pori membran, garam teradsorpsi pada permukaan membran dan selanjutnya bergerak dari sisi membran yang satu ke sisi membran yang lain. Proses ini dipertahankan oleh adanya tekanan osmotik (Monica, 2007)

2.6Proses bio-bleaching pada PulpTujuan utama dari proses pemutihan adalah untuk meningkatkan derajat putih pulp. Proses pemutihan pulp tidak hanya membuat pulp menjadi lebih putih atau cerah, tetapi juga membuatnya stabil sehingga tidak menguning atau kehilangan kekuatan selama penyimpanan. Penggunaan klor sebagai bahan pemutih pulp mulai banyak ditinggalkan karena buangannya mengandung senyawa klor organik (dioksin dan furan) yang bersifat toksik, mutagenik, persisten, bioakumulatif sehingga menimbulkan persoalan lingkungan yang sangat serius. Salah satu metode alternatif untuk mengurangi dampak lingkungan yang ditimbulkan oleh penggunaan klor adalah penggunaan xilanase dalam proses pemutihan pulp, xilanase berfungsi sebagai fasilitator untuk mempermudah proses penghilangan kompleks lignin-karbohidrat (LCC) yang terbentuk saat proses pulping sehingga mudah bereaksi dengan bahan kimia pemutih dan meningkatkan ekstraksi lignin. Penggunaan xilanase dapat menurunkan konsumsi senyawa klorin sampai dengan 20 - 40% dan dapat meningkatkan kualitas kertas yang dihasilkan. Selain itu, penggunaan enzim dalam proses pemutihan pulp biayanya lebih rendah jika dibandingkan dengan proses delignifikasi oksigen, extended cooking, dan substitusi ozon, klorin dan hidrogen peroksida yang membutuhkan biaya tinggi. Karakteristik xilanase yang dapat digunakan dalam proses pemutihan ini diharapkan tahan suhu tinggi (60-70oC), tahan pH alkali, berupa endoxilanase, dan bebas dari aktivitas selulase. Hingga saat ini, aplikasi penggunaan xilanase pada industri pulp dan kertas sangat jarang karena adanya beberapa kendala yang dihadapi, diantaranya adalah belum tersedianya xilanase komersial yang sesuai dengan dengan kondisi proses prapemutihan pulp (tahan suhu tinggi dan pH alkali); proses produksi xilanase saat ini menggunakan xilan murni sebagai induser sehingga biaya produksi mahal; enzim bersifat eksotik (bukan anorganik), penyimpanan enzim yang terlalu lama tanpa menggunakan metode penyimpanan yang baik dapat menurunkan aktivitas enzim sehingga dosis pemakaian terus meningkat, dan kurangnya transfer teknologi mengenai penggunaan enzim di industri. Karakteristik xilanase komersial yang ada saat ini memiliki suhu optimum kurang dari 50 C dengan pH asam atau netral sehingga kurang sesuai dengan kondisi proses pra-pemutihan pulp. Beberapa contoh xilanase komersial yang ada saat ini adalah Irgazyme (pH 5 - 7, 55 oC), Cartazyme HS-10 (pH 3 - 5, 30 C 50 C), Pulpzyme HB (pH 6 - 8, 50 C - 55 C) dan Novozyme (pH 8, 40 C) (Septiningrum et al, 2011)Modifikasi hemiselulosa yang ekstensif terjadi saat proses pemasakan pulp. Pada pembuatan pulp secara dengan metode Kraft, ketika konsentrasi alkali semakin tinggi, xilan akan terdepolimerisasi secara terpisah dan menghasilkan substituen berupa gugus asetil dan arabinosil. Selama proses pemasakan pulp berlangsung, konsentrasi alkali akan berkurang dan akan semakin terdegradasi, xilan rantai pendek akan mengendap dalam bentuk kristal pada permukaan mikrofibril selulosa. Karena proses pengendapan ini, hemiselulosa akan semakin terkonsentrasi pada permukaan fiber dari mikrofibril.

Gambar 9. Mekanisme kerja Enzim Xilanase

Enzim xilanase akan menghidrolisis xilan yang terendapkan di permukaan fiber tadi, sehingga bagian-bagian lignin disekitar fiber akan mudah terlepas. Penjelasan tersebut dapat digambarkan seperti yang terdapat pada gambar 9.

BAB IIIPENUTUP

3.1KesimpulanDengan mengaplikasikan enzim xilanase pada proses pulp dan bleaching, maka penggunaan klorin akan dapat dikurangi. Selain mengurangi polutan dalam proses bleaching xilanase dapat menghasilkan kertas yang lebih terang. Selain itu, Enzim Xilanase memiliki harga yang relatif murah dibandingkan dengan bleaching agent lainnya seperti klorin.

DAFTAR PUSTAKA

Beg, Q.K., M. Kapoor, L. Mahajan, and G.S. Hoondal. 2001. Microbial Xylanases and Their Industrial Applications; a review. J. Appl. Micribiol. Biotechnol. 56:326-338.Cesar T, Vladimir M. 1996. Purification dan properties of the xilanase produced by Thermomyces lanuginosus. Journal Enzyme and Microbial Technology. 19:289-296. Elsevier Science Inc.Dwijoseputro, D., Prof . Dr. 1984. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta : Djambatan.Maat, J., Roza, M., Verbekel, J., Stam, H., Santos da Silva, M.J., Bosse, M., Egmond, M.R., Hagemans, M.L.D., van Gorcom, R.F.M., Hessing, J.G.M., van Der Hondel, C.A.M.J.J., dan van Rotterdam, C. 1992. Xylanases and their application in bakery. Di dalam Visser et al. (Eds.). Xylans dan Xylanases. Elsevier, Amsterdam. P. 349-360.Muawanah, Anna. 2006. Produksi Enzim Xilanase Thermostabil dari Thermomyces lanuginosus IFO 150 pada Substrat Bagasse Tebu. Bogor : IPBPark, S.Y., S.W. Kang, J.S. Lee, S.I. Hong, Kim SW. 2002. Xylanase Production in Solid State Fermentation by Aspergillus niger Mutant Using Statistical Experimental Design. App. Microbiol.Biotechnol. page 761-766.Richana, N., P. Lestari, A. Thontowi, dan Rosmimik. 2000. Seleksi Isolat Bakteri Lokal Penghasil Xilanase. J. Mikrobiologi Indonesia 5(2):54-56.Septiningrum,Krisna Dan Chandra Apriana P. 2011. Produksi Xilanase Dari Tongkol Jagung Dengan Sistem Bioproses Menggunakan Bacillus Circulans Untuk Pra-Pemutihan Pulp. Jurnal Riset Industri Vol. V, No. 1, 2011, Hal. 87-97Vanadianingrum, Evrin Safrilya.2008. Isolasi Dan Karakterisasi Bakteri Penghasil Enzim Xilanase Dari Cairan Rumen Kambing & Domba Dan Sumber Air Panas Di Cipanas (Skipsi). Bandung:Institut Teknologi Bandung.Wong, K.K.Y dan Sadler, J.N. 1993. Applications of hemicellulases in the food dan pulp dan paper industries. Di dalam Coughlan dan Hazlewwod (Eds.). Hemicelluloses dan Hemicellulases. Portland Press, London. P. 127-143.Yoshida, S., Satoh, T., Shimokawa, S., Oku, T., Ito, dan Kusakabe, S. 1994. Substrat specifity of Streptomycis -xylanase toward glycoxylan. Biosci. Biotechnol. Biochem. 58 (6):1041-1044.Yu EK, Tan LUL, Gahan MHK. 1987. Production of thermostable xylanase by thermophilic fungus Thermoascus aurantiacus. Enzyme. Microbiol. Technol. 9:16-24.

xviii