3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. TONGKOL JAGUNG

Tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan gudang

makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih 30%

tongkol jagung, sedangkan sisanya adalah kulit dan biji (Koswara, 1991).

Panjang tongkol jagung bervariasi antara 8–12 cm (Effendi dan Sulistiati,

1991). Karakteristik dan komposisi kimia tongkol jagung dapat dilihat pada

Tabel 1.

Tabel 1. Karakteristik dan komposisi tongkol jagung

Kandungan (%) Jumlah Nutrisi (%)

Air 9,4 Protein, N x 6,25 2,5

Selulosa 41 Lemak, ester, dll 0,5

Hemiselulosa 36 Serat Kasar 32

Xilan 30 Abu 1,5

Lignin 6 Ekstrak nitrogen bebas 53,5

Pektin 3 Neutral Detergen Fiber (NDF) 83

Pati 0,014 Total nutrien dapat dicerna 42

Sumber : Johnson (1991)

Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui bahwa komposisi utama tongkol

jagung adalah selulosa dan hemiselulosa. Dengan kandungan selulosa dan

hemiselulosa yang tinggi, tongkol jagung dapat digunakan sebagai sumber

energi, bahan pakan ternak dan sebagai sumber karbon bagi pertumbuhan

mikroba (Irawadi, 1990). Oleh karena itu, tongkol jagung dapat dihidrolisis

dengan menggunakan kapang selulolitik.

B. PAKAN TERNAK

Pakan ternak ruminansia dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu

golongan pakan hijauan dan golongan pakan tambahan berupa konsentrat.

4

Pakan hijauan dapat diperoleh dari jenis rumput, legume (kacang-kacangan),

daun pisang, daun nangka dan hijauan lain. Pakan konsentrat adalah pakan

tambahan yang harganya murah dan tidak bersaing dengan kebutuhan manusia

serta dapat diperoleh dari limbah pertanian seperti tongkol jagung, ampas bir,

bekatul, pollard, onggok, dan tetes. Untuk memenuhi kebutuhan pakan ternak

dikenal istilah complete feed atau pakan lengkap yang merupakan pakan yang

terbuat dari limbah pertanian yang diformulasikan sedemikian rupa sehingga

semua kebutuhan nutrisi ternak ruminansia dapat terpenuhi (Sutirtoadi, 2009).

Kandungan protein dan serat kasar yang dapat memenuhi kebutuhan ternak

ruminansia masing-masing sebesar lebih besar dari 8% dan 15% (Prihatman,

2000). Bahan pakan ternak yang baik mengandung protein kasar kurang dari

20%, dengan konsentrasi serat kasar di bawah 18% (Bappenass, 2001).

Kandungan serat tongkol jagung yang cukup tinggi membutuhkan suatu proses

hidrolisis untuk menurunkan kadar serat, salah satunya dihidrolisis dengan

kapang selulolitik.

Menurut Riwantoro (2005), bahan-bahan yang biasa digunakan untuk

pembuatan complete feed antara lain : (1) sumber serat kasar (jerami kedelai,

tongkol jagung, pucuk tebu dan lain-lain), (2) sumber energi (pollard, dedak

padi, bungkil tapioka, tetes dan lain-lain), (3) sumber protein (bungkil kopra,

bungkil sawit, bungkil minyak biji kapok atau klenteng, kulit kopi, kulit kakao,

urea dan lain-lain), (4) sumber mineral (tepung tulang, campuran mineral,

garam dapur dan lain-lain).

C. SPORA INOKULUM

Sejak awal diaplikasikannya kultivasi media padat yang melibatkan

fungi, inokulum spora telah umum digunakan. Kualitas inokulum spora sangat

menentukan keberhasilan kultivasi media padat (Doelle et al., 1991). Bentuk,

umur dan rasio inokulum adalah faktor kritis pada sistem kultivasi media padat

yang mengandalkan pada rasio jumlah inokulum yang besar untuk mengontrol

kontaminasi (Jonsane et al., 1991).

Inokulum yang digunakan dapat berupa spora atau miselium, atau kedua–

duanya. Inokulum spora memberikan keleluasaan yang lebih besar, karena

5

viabilitas spora dapat dipertahankan untuk periode yang lama dibandingkan

miselia fungi, sehingga dapat disimpan dan digunakan kapan dibutuhkan.

Selain itu, spora bersifat kurang rentan terhadap kesalahan

pemanenan/kultivasi. Spora memudahkan penyebaran yang merata. Namun

kelemahan inokulum spora adalah perlunya waktu yang lebih lama (1–12 jam)

untuk melakukan germinasi, kondisi optimal germinasi spora mungkin berbeda

dengan pertumbuhan vegetatifnya atau perlu stimulasi oleh beberapa zat nutrisi

atau faktor lingkungan. Inokulum dapat diproduksi baik pada media padat atau

media cair. Sporulasi dari fungi umumnya lebih baik pada media padat

daripada media cair (Doelle et al., 1991).

Spora hasil kultivasi dapat langsung digunakan atau langsung dapat

dikeringkan pada 40–50oC sampai mencapai kandungan uap air 8–12%, tanpa

kehilangan viabilitas spora yang besar (Roussos, et al., 1992). Lonsane dan

Ghildyan (1991) telah memproduksi spora kapang yang dikeringkan pada suhu

35–40oC dan disimpan dalam kantong polietilen selama enam bulan pada suhu

ruang tanpa terjadi efek penurunan pada viabilitas spora.

Densitas inokulum penting dipertimbangkan untuk berbagai kebutuhan

kultivasi. Kepadatan spora yang berlebihan dari spora dapat menghambat

germinasi dan perkembangannya (Doelle et al., 1991). Spora kapang

merupakan bagian dorman dalam siklus hidup kapang, tetapi masih

menunjukkan kemungkinan mengandung enzim dalam melakukan aktifitasnya.

Inokulum yang berupa spora adalah starter yang baik dalam kultivasi (Wolf,

1949).

D. Aspergillus niger

Aspergillus niger adalah kapang anggota genus Aspergillus, famili

Eurotiaceae, ordo Eutiales, sub-kelas Plectomycetetidae, kelas Ascomycetes,

sub-divisi Ascomycotina dan divisi Amastigmycota (Hardjo et al., 1989).

Aspergillus sangat mudah dikenali, baik dari morfologi selnya maupun dari

morfologi koloninya. Genus Aspergillus mempunyai morfologi sel seperti pada

Gambar 1.

6

Gambar 1. Morfologi sel Aspergillus : a. Vesikel, b. Metulae, c. Spora

(Malloch,1999).

A. niger mempunyai kepala pembawa konidia yang besar, padat, bulat

dan berwarna hitam coklat atau ungu coklat. Kapang ini mempunyai bagian

yang khas yaitu hifanya bersepta, spora yang bersifat seksual dan tumbuh

memanjang di alas stigma, mempunyai sifat aerobik, sehingga dalam

pertumbuhannya memerlukan oksigen yang cukup. A. niger termasuk mikroba

mesofilik dengan pertumbuhan maksimum pada suhu 35-37°C. Derajat

keasaman untuk pertumbuhannya adalah 2,0-8,5 tetapi pertumbuhan akan lebih

baik pada kondisi keasaman atau pH yang rendah (Fardiaz, 1989).

A. niger dapat tumbuh dengan cepat, sehingga sering digunakan secara

komersial dalam produksi asam sitrat, asam glukonat dan pembuatan berapa

enzim seperti amilase, pektinase, amiloglukosidase dan selulase. A. niger dapat

tumbuh pada suhu 35-37ºC (optimum), 6-8ºC (minimum), 45-47ºC

(maksimum) dan memerlukan oksigen yang cukup (aerobik) (Fadli, 2009).

A. niger dalam pertumbuhannya berhubungan langsung dengan zat

makanan yang terdapat dalam substrat. Molekul sederhana seperti gula dan

komponen lain yang terdapat di sekeliling hifa dapat langsung diserap,

sedangkan molekul yang lebih kompleks seperti selulosa, pati, protein, dan

minyak lemak harus dipecah dahulu sebelum diserap ke dalam sel, dengan

menghasilkan beberapa enzim ekstraseluler. Bahan organik dari substrat

digunakan oleh A. niger untuk aktivitas transpor molekul, pemeliharaan

struktur sel dan mobilitas sel (Fadli, 2009). A. niger merupakan kapang yang

dapat menghasilkan beberapa enzim ekstraseluler. A. niger merupakan kapang

penghasil enzim selulosa yang banyak mengandung β-glukosidase tetapi

7

rendah akan ekso dan endoglukanase (Sternberg et al., 1979 dan Mandels,

1982).

Kurva pertumbuhan kapang A. niger ditunjukkan pada Gambar 2.

Pertumbuhan A. niger dimulai pada fase adaptasi pada jam ke 8, dilanjutkan

dengan fase pertumbuhan cepat (eksponensial) pada jam ke 16–24. Fase

pertumbuhan lambat terjadi setelah melewati jam ke 24. Kemudian diteruskan

dengan fase stasioner, dimana jumlah kapang yang tumbuh sama dengan

kapang yang mati pada jam ke 40–100. Pada jam diatas 100 terjadi penurunan

biomassa kapang yang dinamakan fase kematian, dimana biomassa kapang

yang mati lebih banyak dari pada yang tumbuh (Soeprijanto et al., 2009).

Gambar 2. Kurva pertumbuhan Aspergilus niger

(Soeprijanto et al., 2009)

A. niger dalam pertumbuhannya sangat dipengaruhi oleh ketersediaan

senyawa nitrogen, baik nitrogen organik maupun nitrogen anorganik. Sumber

nitrogen organik yang baik adalah pepton, sedangkan sumber nitrogen

anorganik yang sering digunakan untuk pertumbuhan kapang adalah garam–

garam amonium dan nitrat (Enari, 1983).

E. Neurospora sitophila

Neurospora sitophila merupakan kapang yang termasuk dalam subdivisi

Eumycophyta, kelas Ascomycetes, ordo Sphriales dan famili Sordoriaceae.

Kapang ini mudah menyebar dan berkembang biak secara cepat terutama

dengan aseksual, biasanya ditemukan pada tingkat konidia. Spora seksualnya

8

jarang ditemui karena hanya dalam jumlah sedikit (Alexopoulus dan Mims,

1996).

Kapang ini dikenal sebagai kapang oncom merah (Dwidjoseputro, 1961).

N. sitophila memilki konidia berwarna jingga (oranye) yang tumbuh menyebar

di atas permukaan substrat. Kapang ini dapat tumbuh dengan baik pada

kelembaban yang tinggi dan mempunyai suhu pertumbuhan antara 20–30oC

pada kondisi aerobik (Judoamidjojo et al., 1989). Menurut Amer dan Stephen

(1982), Ascomycetes sebagai “soft rot fungi” dapat mendegradasi lignin dan

bahan lignoselulosik. Gambar morfologi kapang N. sitophila dapat dilihat pada

Gambar 3.

Gambar 3. Neurospora sitophila (Karmana, 2006)

N. sitophila berkembang dengan cara menyebarkan benang–benang

miselium dan dengan menghasilkan spora (konidia). Jika miselium pecah,

masing–masing hifa akan membentuk miselia. Demikian juga pemisahan

konidia ini akan membentuk miselium yang serupa dengan miselium

parentalnya (Swanson dan McElroy, 1975).

Reproduksi seksual N. sitophila berlangsung dengan cara somatogamy,

yaitu melalui proses fusi dua hifa vegetatif yang kompatibel (Blod et al., 1980)

atau disebut plasmogamy (Alexopoulus dan Mims, 1996). Plasmogamy

(somatogamy) dapat terjadi dalam berbagai cara, suatu konidium atau

mikrokonidium berperan sebagai sel jantan berhubungan dengan hifa vegetatif

atau trikhogen yang berperan sebagai organ penerima betina. Plasmogamy

akan membentuk peritesium (Alexopoulus dan Mims, 1996).

9

Proses plasmogamy diterangkan juga oleh Blod et al. (1980), yaitu

setelah melalui tahapan miosis dan mitosis akan terbentuk spora seksual yang

disebut askospora di dalam askus. Askus dewasa akan pecah dan mengeluarkan

askospora yang selanjutnya akan dikeluarkan dari peritesium melalui ostiola

dan siap tumbuh menjadi individu baru.

Menurut Griffin (1981), laju pertumbuhan spesifik N. sitophila sebesar

0,4/jam (µmax). Pertumbuhan hifa secara memanjang berlangsung dalam laju

yang linier dan pertambahan massa juga linier. Spora akan mati apabila berada

pada suhu di atas 60oC.

Alberghina dan Sturan (1981), mengemukakan bahwa kultur Neurospora

memiliki waktu penggandaan biomassa bervariasi dari 1 sampai 8 jam.

Sementara Metzenberg (1979) menyebutkan bahwa pertambahan massa dari

kultur bertambah dua kalinya setelah 2,5 jam, dan laju pertambahan panjang

miselia N. sitophila sebesar 0,6 cm/jam. Jadi dalam sehari bertambah panjang

10–14 cm. Konidiumnya melakukan germinasi jika berada pada nutrisi yang

cocok dan setelah 2–5 jam mulai membentuk hifa. Kurva pertumbuhan yang

telah didapat dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Kurva pertumbuhan Neurospora sitophila (Metzenberg, 1979)

Saono dan Budiman (1981) menyatakan bahwa kapang oncom merah

bersifat amilolitik kuat, tetapi lemah sifat lipolitik dan proteolitiknya. Jenis

enzim amilolitik yang diproduksi oleh N. sitophila adalah α-amilase dan

10

glukoamilase. Menurut Chandel et al. (2007), mengatakan bahwa N. sitophila

memiliki kemampuan aktivitas selulolitik dan hemiselulolitik yang tinggi pada

proses fermentasi untuk menghasilkan gula sederhana. Menurut Moat (1979),

N. sitophila tumbuh secara normal pada substrat yang hanya mengandung

sumber karbon, garam organik dan biotin. Sumber karbon tersebut berupa

mono-, di-, atau polisakarida.

F. SUBSTRAT INOKULUM

Substrat digunakan sebagai bahan makanan bagi pertumbuhan mikroba.

Beberapa bahan yang merupakan hasil samping dari industri dapat digunakan

sebagai substrat inokulum. Limbah industri tersebut masih mengandung nutrisi

yang cukup untuk pertumbuhan mikroba. Beberapa bahan yang merupakan

hasil limbah industri yang masih dapat dimanfaatkan, diantaranya adalah :

1. Ampas Tapioka (Onggok)

Pada proses pengolahan ketela pohon menjadi tapioka diperoleh dua

jenis limbah, yaitu limbah padat dan cair. Limbah padat terdiri dari kulit

ketela pohon, sisa potongan yang tidak terparut, ampas tapioka yang

merupakan sisa proses ekstraksi pati, dan lindur (elot) yang berasal dari

proses pengendapan air buangan (Moertinah, 1984). Pada Tabel 2 disajikan

komposisi kimia ampas tapioka.

Tabel 2. Komposisi ampas tapioka

Komponen % b.k

Bahan Kering 86,84

Protein 2,21

Lemak 0,00

Serat Kasar 17,95

Abu 1,88

Karbon 64,80

Sumber : Lahoni (2003)

11

Pemanfaatan ampas tapioka selama ini diubah menjadi tepung asia.

Pembuatan tepung asia dilakukan dengan cara menjemur singkong

menggunakan panas sinar matahari dan kemudian digiling sampai menjadi

tepung. Kandungan pati pada ampas tapioka sekitar 60–70% dari bobot

keringnya, sehingga ampas tapioka sangat potensial sebagai sumber karbon

dalam proses produksi spora inokulum. Kandungan protein pada ampas

tapioka cukup rendah, sehingga diperlukan penambahan bahan lagi dalam

produksi inokulum spora.

2. Ampas Tahu

Pada pembuatan tahu akan dihasilkan hasil samping, yaitu ampas

tahu. Pada proses pembuatan tahu hanya sebagian protein yang dapat

diekstrak dan diolah menjadi tahu dan sebagian protein masih tertinggal di

ampasnya. Menurut Shurtleff dan Aoyagi (1979), kandungan protein ampas

tahu masih mengandung 7% dari jumlah protein kedelai. Pada Tabel 3

disajikan komposisi kimia ampas tahu kering.

Tabel 3. Komposisi kimia ampas tahu kering

Komponen % b.k

Bahan Kering 86,79

Protein 21,26

Lemak 5,92

Serat Kasar 24,91

Abu 7,48

Karbon 27,32

Sumber : Lahoni (2003)

Ampas tahu yang baru dihasilkan memiliki tekstur yang kokoh

walaupun mempunyai kadar air yang tinggi. Kandungan protein yang tinggi

disebabkan adanya kandungan serat kasar yang mengikat air secara

hidrofilik dan kompak. Ampas tahu yang berasal dari perasan bubur kedelai

masak mempunyai daya tahan selama 24 jam dalam keadaan terbuka bebas.

12

Ampas tahu dapat diawetkan dengan mengubahnya menjadi tepung.

Pengawetan dilakukan dengan cara ampas tahu yang segar diperas untuk

mengurangi kandungan airnya, selanjutnya dijemur di bawah sinar matahari

atau dikeringkan dengan bantuan oven pada suhu 45–50oC. Setelah kering

kemudian ampas tahu digiling sampai menjadi tepung.

Pemanfaatan ampas tahu selama ini masih terbatas sebagai makanan

ternak, bahan baku oncom dan tempe ampas tahu. Melihat kandungan

protein yang cukup tinggi dan jumlah ampas tahu yang tersedia cukup

banyak maka ampas tahu ini dapat berpotensi digunakan sebagai campuran

media untuk memproduksi spora inokulum.

3. Bekatul

Gabah kering merupakan gabungan dari sekam, dedak, dan bekatul.

Pada umumnya masyarakat Indonesia mengenal bekatul sebagai dedak.

Persepsi tersebut kurang tepat karena dedak merupakan hasil penyosohan

pertama, sedangkan bekatul merupakan hasil penyosohan kedua. Dedak

lebih sesuai sebagai pakan ternak karena komponen silikanya tinggi,

sedangkan bekatul berpotensi sebagai bahan pangan. Dedak terdiri atas

lapisan dedak sebelah luar dari butiran padi dengan sejumlah lembaga padi.

Bekatul merupakan lapisan dedak bagian dalam dan sebagian endosperm

(Damardjati, 1983). Proses penggilingan gabah kering ditujukan pada

Gambar 5.

Bekatul merupakan hasil samping penggilingan beras. Bekatul terdiri

atas lapisan perikarp, testa, dan lapisan aleuron. Selama penggilingan gabah

kering dihasilkan sekam 20%, 8% bekatul, lembaga 2% dan beras sosoh

70% (Orthoefer, 2001). Komposisi kimia bekatul disajikan dalam Tabel 4.

Kandungan mineral dan protein yang cukup tinggi pada bekatul berpotensi

digunakan sebagai campuran media inokulum.

13

Gambar 5. Skema proses penggilingan gabah kering

(modifikasi Damardjati, 1983)

Tabel 4. Komposisi kimia bekatul pada kadar air 14%

Komponen Jumlah

Protein (%) 12,0 – 15,6

Lemak (%) 15,0 – 19,7

Serat Kasar (%) 7,0 – 11,4

Abu (%) 6,6 – 9,9

Karbohidrat (%) 34,1 – 52,3

Magnesium (mg/g) 5,0 – 13,0

Kalsium (mg/g) 0,3 – 1,2

Fosfor (mg/g) 11,0 – 25,0

Silika (mg/g) 5,0 – 11,0

Seng (µg/g) 43,0 – 258,0

Thiamin (µg/g) 12,0 – 24,0

Riboflavin/B2 (µg/g) 1,8 – 4,0

Tokoferol/E (µg/g) 149 – 154

Sumber : Luh (1991)

Beras pecah kulit

Gabah Kering

Penggilingan

Penyosohan

Beras sosoh

Penyosohan

Beras sosoh & menir

Sekam

Dedak

Bekatul

14

4. Bungkil Kacang Tanah

Bungkil kacang tanah adalah ampas yang berasal dari kacang tanah

yang telah diambil minyaknya dengan proses pemerasan mekanis atau

proses ekstraksi. Bungkil kacang tanah memiliki warna lebih coklat dan

kandungan lemaknya lebih tinggi bila dibanding dengan bungkil kedelai,

sehingga menjadikannya mudah berbau tengik. Kadar proteinnya paling

tinggi diantara bungkil lain yang umum digunakan (Anonima, 2010).

Bungkil kacang tanah digunakan sebagai komposisi dalam ransum

konsentrat untuk sapi, babi dan ayam. Penggunaan bungkil kacang tanah

perlu dibatasi jumlahnya karena kadar lemaknya yang cukup tinggi dan

harganya relatif mahal. Komposisi zat gizi bungkil kacang tanah dapat

dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Komposisi zat gizi bungkil kacang tanah per 100 g bahan

Komposisi Jumlah

Energi (kkal) 336

Protein (g) 37,4

Lemak (g) 13

Karbohidrat (g) 30,5

Kalsium (mg) 730

Fosfor (mg) 470

Besi (mg) 30,7

Vitamin B1 (mg) 0,0

Air (g) 14

Sumber : Direktorat Gizi, Departemen Kesehatan RI (1981)

J. NISBAH C/N

Mikroba membutuhkan karbon, nitrogen, ion organik, faktor tumbuh,

energi, dan air untuk metabolisme dan pertumbuhannya yang diperoleh dari

media. Media yang digunakan hendaknya memenuhi kebutuhan minimum

pertumbuhan, kelangsungan hidup dan tidak terkontaminasi racun atau

penghambat lainnya (Fardiaz, 1992).

Penggunaan nisbah C/N sebagai nilai pendekatan sistematis memberikan

kemudahan untuk menganalisis komposisi media yang berhubungan dengan

15

sifat fisiologis mikroba. Menurut Walker (1999), ada beberapa dasar penting

untuk mempersiapkan media, yaitu :

1. Komposisi bahan, meliputi kemurnian, perbandingan karbon dan nitrogen,

perbedaan variasi tiap bagian, tersedianya kebutuhan tumbuh dan ion–ion.

2. Pengaruh dari perbedaan campuran tiap bahan, pH yang dibutuhkan

sebelum dan sesudah sterilisasi, efek sterilisasi pada mineral dan garam.

3. Perubahan pada media sebelum inokulasi, suhu, aerasi, pengadukan, dan

penggunaan senyawa antibusa.

Komposisi elemen–elemen mikroba dapat digunakan untuk menentukan

kisaran nisbah C/N media. Hal ini karena pembentukan sel–sel mikroba

membutuhkan sejumlah karbon dan nitrogen. Pada pengolahan kompos dengan

menggunakan mikroba aerobik dibutuhkan 15 hingga 30 bagian karbon untuk

setiap bagian nitrogen (Stentiford et al., 1992). Apabila digunakan nisbah C/N

yang tinggi akan menyebabkan terjadinya penurunan proses biodegradasi

karena keterbatasan nitrogen dan mempengaruhi hasil kultivasi. Pada Tabel 6

disajikan komposisi elemen–elemen bakteri, khamir, dan fungi. Dengan

mengetahui komponen pada kapang maka dapat dibuat media yang sesuai

dengan sifat fisiologis kapang.

Tabel 6. Komponen elemen–elemen bakteri, khamir, dan kapang

Elemen Bakteri (% b.k) Khamir (% b.k) Kapang (% b.k)

Karbon 50 – 53 45 – 50 40 – 63

Hidrogen 7 7 –

Nitrogen 12 – 15 7.5 – 11 7 – 10

Fosfor 2.0 – 3.0 0.8 – 2.6 0.4 – 4.5

Sulfur 0.2 – 1.0 0.01 – 0.24 0.1 – 0.5

Kalium 1.0 – 4.5 1.0 – 4.0 0.2 – 2.5

Natrium 0.5 – 1.0 0.01 – 0.1 0.02 – 0.5

Kalsium 0.01 – 1.1 0.1 – 0.3 0.1 – 1.4

Magnesium 0.1 – 0.5 0.1 – 0.5 0.1 – 0.5

Khlorida 0.50 – –

Besi 0.02 – 0.2 0.01 – 0.05 0.1 – 0.2

(Doelle et al., 1992)

16

K. HIDROLISIS BAHAN LIGNOSELULOSA

Serat merupakan kelompok polisakarida yang tidak dapat dicerna yang

terdapat dalam tanaman. Kelompok serat yang termasuk ke dalam yang tidak

dapat dicerna adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin dan gum. Pada

umumnya, serat berperan sebagai bahan penyusun dinding sel. Serat ada yang

bersifat larut dan ada yang tidak larut dalam air. Selulosa, lignin dan

hemiselulosa termasuk serat yang tidak dapat larut, sedangkan pektin dan gum

termasuk serat yang dapat larut. Didasarkan pada fungsinya di dalam tanaman,

serat dibagi menjadi 3 fraksi utama, yaitu (a) polisakarida struktural yang

terdapat pada dinding sel, yaitu selulosa, hemiselulosa dan substansi pektat, (b)

non-polisakarida struktural yang sebagian besar terdiri dari lignin, dan (c)

polisakarida non-struktural, yaitu gum dan agar-agar (Kusnandar, 2010).

Kandungan serat yang tinggi pada tanaman memerlukan suatu proses

untuk mendegradasi komponen serat tersebut agar dapat dimanfaatkan secara

maksimal, salah satunya dengan cara hidrolisis. Hidrolisis meliputi proses

pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan

hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna

selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan

beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat

dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik (Suhandono, 2010). Hidrolisis

ini merupakan proses untuk menghasilkan gula sederhana. Gong (1981)

menyebutkan bahwa hidrolisis bahan–bahan berselulosa ini akan menghasilkan

campuran gula dan xilosa yang merupakan komponen yang utama.

Hidrolisis kimiawi dilakukan dengan asam. Asam adalah katalis yang

non spesifik, karena struktur berkristal yang sangat kuat pada selulosa, maka

hanya asam kuat saja yang dapat menghidrolisis selulosa tingkat konversi yang

tinggi. Kelemahan metode ini adalah kebutuhan bahan kimia tinggi serta energi

yang tinggi. Selain itu, limbah cair dari hidrolisis menggunakan bahan kimia

tergolong limbah yang berbahaya karena bersifat toksik, mutagenik, persisten

dan bioakumulasi (Clemants et al., 1985).

Hidrolisis enzimatis komplek lignoselulosa dapat menggunakan mikroba

yang mampu menghasilkan ligninase dan selulase. Hidrolisis enzimatis

17

memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrolisis asam, antara lain tidak

terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak (suhu

rendah, pH netral), berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya

pemeliharaan peralatan relatif rendah karena tidak ada bahan yang korosif

(Taherzadeh & Karimi, 2007). Proses enzimatis merupakan proses ramah

lingkungan berbahan baku terbarukan (renewable raw material).

Enzim merupakan katalis yang spesifik. Dalam hal ini enzim selulase

dapat menghidrolisis selulosa dengan sedikit hasil samping. Enzim selulase

yang berasal dari kapang merupakan suatu campuran yang terdiri atas tiga

enzim yaitu endo β-glukonase, selobiohidrolase dan β-glukosidase yang

bekerja secara sinergi dalam hidrolisis selulosa berkristal menjadi glukosa

(Sasaki, 1982). Selobiohidrolase menyerang struktur berkristal selulosa dan

menghasilkan selobiosa (disakarida). Endo β-glukonase menghidrolisis bagian

amorf selulosa menjadi senyawa–senyawa dengan bobot molekul yang lebih

kecil (β-oligomer menjadi glukosa) (Sasaki, 1982).

Selulosa adalah polimer glukosa yang membentuk rantai linier dan

dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik. Struktur linier ini menyebabkan

selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut. Selulosa tidak mudah

didegradasi secara kimia maupun mekanis. Di alam, biasanya selulosa

berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa atau lignin

membentuk kerangka utama dinding sel tumbuhan (Holtzapple, 1993).

Degradasi selulosa merupakan proses pemecahan polimer anhidrogluksa

menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Proses tersebut akan

menghasilkan oligosakarida, disakarida atau trisakarida seperti selobiosa,

glukosa monomer atau produk degradasinya. Produk utama degradasi selulosa

adalah glukosa dan selobiosa (Judoamidjojo et al., 1989).

Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida yang mengandung berbagai

gula, terutama pentosa. Hemiselulosa umumnya terdiri dari dua atau lebih

residu pentosa yang berbeda. Komposisi polimer hemiselulosa sering

mengandung asam uronat sehingga mempunyai sifat asam. Hemiselulosa

memiliki derajat polimerisasi yang lebih rendah, lebih mudah terhidrolisis

dalam asam, mempuyai suhu bakar yang lebih rendah dibandingkan selulosa

18

dan tidak berbentuk serat-serat yang panjang. Selain itu, umumnya

hemiselulosa larut dalam alkali dengan konsentrasi rendah, yaitu semakin

banyak cabangnya semakin tinggi kelarutannya. Hemiselulosa dapat

dihidrolisis dengan enzim hemiselulase (xilanase) (Kusnandar, 2010).

Lignin merupakan zat organik polimer yang penting dalam dunia

tumbuhan, karena lignin meningkatkan sifat-sifat kekuatan mekanik

sedemikian rupa, sehingga tumbuhan yang besar seperti pohon yang tingginya

puluhan meter dapat tetap berdiri. Lignin terdapat dalam jaringan vaskuler

berfungsi sebagai pengangkut cairan. (Fengel dan Wegner, 1995). Mekanisme

degradasi lignin oleh fungi adalah depolimerisasi dengan pemutusan ikatan

molekul. Pemecahan tersebut menghasilkan senyawa fenol dengan bobot

molekul rendah seperti fenol karboksilat (asam sinamat). Degradasi kemudian

dilanjutkan melalui cicin aromatik (Fengel dan Wegner, 1995).