Dokumen tersebut membahas tentang desain metode produksi selulase komersial dari bakteri lokal Bacillus subtilis dengan menggunakan limbah pertanian sebagai induser. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi optimum induser bonggol jagung dan ampas tebu untuk memproduksi selulase adalah 0,5%. Pemurnian ekstrak kasar selulase menggunakan fraksinasi ammonium sulfat menghasilkan fraksi dengan aktivitas spesifik tertinggi p

1. 1
DESAIN METODE PRODUKSI SELULASE KOMERSIAL DARI
BAKTERI LOKAL YANG RAMAH LINGKUNGAN
Fahimatul Ulya, Harsin Afrizal, Embun Rachma Haqiqi
Program Studi S1 Kimia FMIPA
Universitas Negeri Malang
ABSTRAK
Limbah pertanian mengandung bahan lignoselulosa yang terdiri dari
selulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon (induser) dalam
produksi selulase. Jenis dan jumlah induser sangat berpengaruh dalam produksi
selulase. Bonggol jagung dan ampas tebu digunakan sebagai induser dalam
produksi selulase dengan variasi konsentrasi 0,1; 0,3; 0,5 dan 0,6%. Bakteri
Bacillus subtilis bertindak sebagai bakteri selulotik penghasil selulase. Banyaknya
pengotor dan protein lain yang ikut dalam proses produksi enzim menyebabkan
penggunaan efektif dari enzim tersebut kurang maksimal. Untuk meningkatkan
proses degradasi yang efektif dapat dicari enzim selulase yang lebih aktif atau
fraksi dengan aktivitas spesifik tertinggi dan mengembangkan metode yang murah
untuk memurnikannya. Salah satunya dengan metode pengendapan ammonium
sulfat.
Hasil optimasi konsentrasi induser bonggol jagung diperoleh pada
konsentrasi 0,5% dengan aktivitas CMCase 562,5 μmol/jam, aktivitas avicelase
475 μmol/jam. Hasil optimasi konsentrasi induser ampas tebu padi diperoleh pada
konsentrasi 0,5% dengan aktivitas CMCase 450 μmol/jam dan avicelase 364,93
μmol/jam. Hasil pemurnian menunjukkan aktivitas spesifik hasil pemurnian
ekstrak kasar selulase dengan pengendapan amonium sulfat fraksi 0-20%, 2060%, dan fraksi sisa yaitu CMCase masing-masing 11.363,63 U/mg; 23.916,66
U/mg; dan 10.027,77 U/mg dan Avicelase masing-masing 11.363,63 U/mg;
16.972,77 U/mg; dan 10.027,77 U/mg. Fraksi kedua merupakan fraksi dengan
aktivitas spesifik tertinggi.
Kata kunci : selulase, induser, pemurnian, fraksinasi ammonium sulfat.
ABSTRACT
Lignocellulosic agricultural wastes contain materials consisting of
cellulose that can be utilized as carbon sources (inducer) in the production of
cellulase. The type and amount of inducer is very influential in the production of
cellulase. Corncobs and bagasse is used as an inducer of cellulase production by
variation in concentrations of 0.1: 0.3, 0.5 and 0.6%. Bacillus subtilis acts as a
cellulase-producing bacteria selulotik. The amount of impurities and other
proteins that participate in the process of production of the enzyme causes the
effective use of the enzyme was less than the maximum. To enhance the
degradation process that can effectively sought a more active cellulase enzymes or
fractions with highest specific activity and to develop an inexpensive method to
purify it. One was by ammonium sulfate precipitation method.
The results of optimization of the concentration of inducer corncobs
obtained at concentrations of 0.5% with CMCase activity of 562.5 mol / h, the

2. 2
activity avicelase 475 mol / h. The results of optimization of the concentration of
inducer rice bagasse obtained at a concentration of 0.5% with CMCase activity of
450 mol / h and avicelase 364.93 mol / h. Purification results showed that the
specific activity of cellulase purification of crude extract with ammonium sulfate
precipitation fraction of 0-20%, 20-60%, and the remaining fraction of each
CMCase 11363.63 U / mg; 23916.66 U / mg ; and 10027.77 U / mg respectively
and Avicelase 11363.63 U / mg; 16972.77 U / mg; and 10027.77 U / mg. The
second fraction is a fraction with the highest specific activity.
Key words: cellulase, inducers, purification, ammonium sulfate fractionation.
PENDAHULUAN
Selulase merupakan salah satu enzim komersial yang memiliki nilai jual
sangat tinggi, menurut katalog Merck (2011), harga kemasan selulase 5 g sekitar
Rp. 2.590.000, sedangkan untuk kemasan 25 g selulase sekitar Rp. 11.414.000.
Enzim selulase digunakan secara luas dalam industri tekstil, deterjen, pulp,
kertas, dan konversi bioetanol sehingga konsumsi terus meningkat maka harganya
mahal. Eksplorasi tentang metode isolasi produksi selulase komersial dari
mikroba lokal mendukung ketersediaan selulase yang lebih murah.
Produksi selulase dari mikroba selulotik diinduksi oleh adanya sumber
karbon kompleks berupa selulosa atau sejenisnya dalam media pertumbuhan
mikroba tersebut (Beguin & Aubert, 1994). Bintari (2011) menunjukkan bahwa
semakin banyak jumlah Avicel yang digunakan pada konsentrasi tertentu maka
semakin banyak selulase yang diekspresikan oleh sel Bacillus subtilis. Avicel yang
digunakan sebagai induser pada penelitian tersebut cukup mahal. Untuk menekan
biaya produksi selulase dari Bacillus subtilis maka pada penelitian ini akan
dipelajari pengaruh induser alamiah berupa material dari limbah pertanian yang
secara alami memiliki selulosa seperti bonggol jagung, kulit jagung, jerami,
sekam padi, dan ampas tebu. Hasil penelitian ini diharapkan diperoleh induser
alami yang memiliki kemampuan seperti Avicel.
Pemurnian dilakukan setelah isolasi ekstrak kasar selulase dari Bacillus
subtilis strain lokal. Pemurnian ini berfungsi untuk menaikkan aktivitas enzim dan
mereduksi volume air sehingga mudah dikeringkan seperti enzim selulase
komersial. Hasil pemurnian ini memiliki kadar air sangat rendah sehingga dapat
disimpan dalam bentuk pelet sehingga teknik operasionalnya mudah untuk
dilakukan. Pemurnian dalam penelitian ini menggunakan metode pengendapan
dengan ammonium sulfat.
Salah satu proses pemurnian enzim selulase adalah dengan metode
pengendapan protein melalui penambahan suatu garam. Pengendapan terjadi
karena kemampuan ion garam untuk menghidrasi, sehingga terjadi kompetisi
antara garam dan molekul protein dalam mengikat air (Winarno, 2002).
Ammonium sulfat merupakan garam yang sering digunakan dalam proses
pengendapan enzim karena solubilitasnya dalam air sangat tinggi yaitu 3,9 M
pada suhu 0oC, tidak mengandung zat toksik, harganya murah, dan dalam jumlah
banyak dapat bertindak sebagai stabilator enzim itu sendiri (Darwis dkk, 1990).

3. 3
TUJUAN
Penelitian ini bertujuan untukMengetahui persen induser alamiah optimum
yang diperlukan untuk produksi selulase dari Bacillus subtilis dengan aktivitas
yang tinggi dan untuk mengetahui rentang persen ammonium sulfat optimum
untuk menghasilkan fraksi selulase dari Bacillus subtilis.
METODE
Penelitian ini menggunakan metode laboratoris yang dilakukan di
Laboratorium Kimia FMIPA UM pada bulan Desember 2011 hingga Mei 2012.
Tahapan kerja dalam penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu (1) optimasi
konsentrasi induser alamiah untuk memproduksi ekstrak kasar sistem selulase dari
bakteri local (Bacillus subtilis), masing-masing konsentrasi induser alamiah yang
digunakan 0; 0,1; 0,3; 0,5 dan 0,6%, (2) pemurnian ekstrak kasar selulase dari
induser alamiah yang memiliki aktivitas tertinggi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Konsentrasi Optimum Induser Alamiah
Bonggol jagung dan ampas tebu yang digunakan sebagai induser
dihaluskan terlebih dahulu dengan ukuran 40 mesh kemudian disimpan dalam
desikator agar berat induser konstan. Pada penentuan konsentrasi optimum ini
digunakan berbagai variasi konsentrasi induser yakni 0,1; 0,3; 0,5 dan 0,6%.
Induser Bonggol Jagung
aktivitas enzim
(μmol/jam)
Gambar 1 merupakan kurva berbagai konsentrasi dari bonggol jagung,
pada kurva tersebut menunjukkan bahwa aktivitas CMCase dan avicelase
optimum pada konsemtrasi 0,5% sedangkan pada konsentrasi 0,6% aktivitas
sistem selulase mengalami penurunan secara drastis seiring dengan semakin
bertambahnya konsentrasi bonggol jagung. Hal ini diduga pada konsentrasi
bonggol jagung diatas 0,5% menyebabkan jumlah oksigen berkurang dalam media
tersebut. Pada kondisi ini menurunkan metabolisme sel termasuk produksi
selulase dari Bacillus subtilis. Meningkatkan kadar oksigen dapat dilakukan
dengan menambah kecepatan alat shaker, sehingga bakteri masih bisa melakukan
metabolism sel. Akan tetapi pada penelitian ini digunakan alat shaker dengan
kecepatan 87 rpm.
1000
500
0
CMCase
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Avicelase
konsentrasi induser (bonggol jagung) (%)
Gambar 1. Kurva pengaruh konsentrasi induser (bonggol jagung) dalam media
pertumbuhan terhadap aktivitas sistem selulase

4. 4
Berdasarkan gambar 1 aktivitas sistem selulase optimum diperoleh pada
konsentrasi induser (bonggol jagung) sebesar 0,5% dengan aktivitas CMCase 475
μmol/jam, aktivitas avicelase 562,5 μmol/jam. Hasil penelitian ini didukung juga
dengan penelitian yang dilakukan oleh Immanuel (2006) enzim endoglukanase
yang diisolasi dari Bacillus spp. memiliki aktivitas optimum pada konsentrasi
substrat sebesar 0,5%.
Induser Ampas Tebu
aktivitas enzim
(μmol/jam)
Gambar 2 merupakan kurva berbagai konsentrasi dari ampas tebu, pada
kurva tersebut menunjukkan bahwa aktivitas CMCase meningkat seiring dengan
meningkatnya konsentrasi induser dalam media pertumbuhan hingga diperoleh
konsentrasi optimum 0,5%. Aktivitas avicelase cenderung tidak mengalami
perubahan dari konsentrasi ampas tebu 0,1%-0,3%. Gambar 3 menunjukkan
bahwa aktivitas sistem selulase optimum pada konsentrasi ampas tebu 0,5%
dengan aktivitas CMCase 450 μmol/jam dan avicelase 364,93 μmol/jam optimum
600
400
200
0
CMCase
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Avicelase
konsentrasi induser (ampas tebu) (%)
dan mengalami penurunan pada konsentrasi 0.6%
Gambar 2. Kurva pengaruh konsentrasi induser (ampas tebu) dalam media pertumbuhan
terhadap aktivitas sistem selulase
aktivitas enzim
(μmol/jam)
Dari berbagai konsentrasi optimum yang diperoleh masing-masing induser
alamiah dapat dibuat diagram kolomnya sebagai berikut
1000
500
0
B. Ampas
jagung tebu
0.5% 0.5%
Avicelase
CMCase
jenis induser
Gambar 3. Kurva konsentrasi optimum berbagai induser alamiah
Berdasarkan gambar 3 dapat dikatakan bahwa konsentrasi optimum pada
berbagai induser alamiah adalah 0,5%. Hasil penelitian ini didukung juga dengan
penelitian yang dilakukan oleh Immanuel (2006) enzim endoglukanase yang
diisolasi dari Bacillus spp. memiliki aktivitas optimum pada konsentrasi substrat
sebesar 0,5%. Bonggol jagung merupakan induser alamiah yang memili aktivitas
sistem selulase tertinggi dibandingkan dengan ampas tebu. Hal ini dimungkinkan

5. 5
selulosa yang terkadung dalam bonggol jagung lebih banyak dibandingkan
selulosa dalam ampas tebu.
Berikut merupakan hasil perbandingan aktivitas sistem selulase berbagai
induser alamiah dengan induser lainnya seperti avicel dam CMC pada konsentrasi
optimum masing-masing induser.
Tabel 1. Perbandingan Aktivitas Sistem Selulase Berbagai Induser Alamiah dengan Induser
Avicel dan CMC
Jenis induser
Avicel *
CMC *
Bonggol jagung
Ampas tebu
Aktivitas sistem selulase (μmol/jam)
CMCase
Avicelase
93,36
117,54
54
18
562,5
475
364,39
450
*avicel : induser yang digunakan oleh Bintari (2010)
*CMC : induser yang digunakan oleh Kim (2011)
Tabel 1 menunjukkan bahwa induser bonggol jagung memiliki aktivitas
sistem selulase tertinggi dibanding dengan induser lainnya. Zukhairah (2003)
mengatakan bahwa derajat kristalinitas dan kompleksitas selulosa menentukan
hasil selulase yang didapat. Sehingga dimungkinkan bahwa selulosa yang
terkandung dalam bonggol jagung memiliki derajat kristalinitas dan kompleksitas
yang tinggi dibanding induser lainnya.
Pada penelitian ini belum dilakukan penentuan aktivitas sistem selulase
pada berbagai substrat lignoselulosa. Sehingga diharapkan konsentrasi optimum
pada masing-masing induser alamiah memberikan aktivitas sistem selulase
tertinggi. Dengan kata lain antara konsentrasi optimum masing-masing induser
berbanding lurus dengan aktivitas sistem selulase terhadap masing-masing
substrat lignoselulosa.
Pemurnian Enzim dengan Metode Fraksinasi Ammonium Sulfat
Proses pemurnian enzim dengan metode pengendapan ammonium sulfat
berlangsung cukup lama. Lamanya proses ini disebabkan oleh penambahan
ammonium sulfat yang sedikit demi sedikit untuk menghindari terdenaturasinya
enzim tersebut. Rata-rata waktu yang diperlukan untuk penambahan ammonium
sulfat tiap fraksi adalah 30 menit untuk 150 mL ekstrak kasar selulase yang
dimurnikan. Pemilihan tingkat kejenuhan ammonium sulfat yang dipakai merujuk
pada penelitian yang dilakukan Afrizal (2012) bahwa aktifitas spesifik enzim
selulase paling tinggi diperoleh pada tingkat kejenuhan 20-40%. Setelah itu pada
fraksi 40-60% juga memilki aktifitas spesifik tinggi. Oleh karena itu tingkat
kejenuhan yang dipakai meliputi fraksi 0-20%, 20-60%, dan fraksi sisa.
Proses dialisis pada tahap pemurnian juga membutuhkan waktu yang lama
yaitu sekitar 16 jam. Larutan buffer phospat diganti 4 kali untuk menurunkan
konsentrasi molekul terlarut yaitu ammonium sulfat supaya lebih rendah dalam
kantung membran. Penghentian proses dialisis dilakukan dengan penambahan
larutan Ba(OH)2 pekat dalam larutan buffer diluar kantung membran. Jika masih
terdapat endapan BaSO4 maka proses dialisis harus dilanjutkan kembali hingga
tidak terbentuk endapan lagi. Ion sulfat yang berikatan dengan Ba+ adalah ion dari
ammonium sulfat yang tersolvasi ke dalam air dan terdifusi keluar dari kantung

6. 6
membran. Tabel berikut adalah data rata-rata aktivitas spesifik dari ekstrak kasar
dan enzim hasil pemurnian tiap fraksi.
Tabel 2. Aktivitas Spesifik Ekstrak Kasar dan Hasil Pemurnian Dalam Berbagai Tingkat
Kejenuhan Amonium Sulfat
Aktivitas
Aktivitas
Aktivitas
Total
Sistem
Volume
Spesifik
Tingkat
Fraksi
Enzim
Total
protein
Selulase
(mL)
Enzim
Kemurnian
(U/mL)
(U)
(mg)
(U/mg)
Ekstrak
kasar
Avicelase
562,5
CMCase
475
Fraksi
0-20%
Avicelase
250
CMCase
250
Fraksi
20-60%
Avicelase
305,5
CMCase
430,5
Fraksi
Sisa
Avicelase
2.8125
180,5
50
1
100
6.747,15
1
100
11.363,63
1,42
13,33
11.363,63
1,68
15,78
16.972,22
2,12
16,29
23.916,66
3,54
27,18
10.027.77
2.3750
3.750
1,25
9,63
10.027,77
1,48
11,4
0,33
3.750
4.582,5
15
0,27
6.457,5
2.707,5
15
180,5
7.990,05
3,52
15
CMCase
Yield
(%)
0,27
2.707,5
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Bonggol jagung dengan konsentrasi 0,5% merupakan induser alamiah yang
memiliki aktivitas tertinggi pada produksi selulase komersial dengan aktivitas
avicelase 475 μmol/jam dan CMCase μmol/jam.
2. Persen rentang optimum Ammonium sulfat yang dibutuhkan pada pemurnian
selulase adalah 20-60% dengan aktivitas spesifik avicelase 16.972,22 U/mg
dan CMCase 23.916,66 U/mg

7. 7
DAFTAR PUSTAKA
Afrizal, H. 2012. Pemurnian Ekstrak Kasar Sistem Selulase dari Bacillus subtilis
dengan Metode Fraksinasi Ammonium Sulfat Menggunakan Fraksi 0-20%, 2040%, 40-60%, 60-80%, Dan 80-100%. Skripsi tidak diterbitkan. Malang: FMIPA
UM.
Aulanni’am, 2004. Prinsip dan Teknik Analisis Biomolekul. Malang: Fakultas
Pertanian Universitas Brawijaya Press.
Beguin, P. & Aubert, J. P. 1994. The Biological Degradation of Cellulose. FEMS
Microbiol. Rev. 13. 25-58, (Online),
(http://aem.asm.org/cgi/external_ref?access_num=8117466&link_type=MED,
diakses 5 Februari 2009).
Bintari, Y. R.. 2011. Optimasi Produksi dan Karakterisasi Ekstrak Kasar Sistem
Selulase dari Bacillus subtilis Strain Lokal dengan Induser Avicel. Skripsi tidak
diterbitkan. Malang: FMIPA UM.
Hamer, B.D., N.M. Hooper, & J.D.Haugton. 1997. Instant Notes in Biochemistry.
New York: Bios Scientific Publiser Limited.
Immanuel, G., Dhanusa R., Prema, P., & Palevaseman. 2005. Effect of different
growth on endonuclease enzyme activity by bacteria isolated from coir retting
effluents of estuarine environtment. Int. J. Environ. Sci. Tech, (3): 25-34.
Irianto, K. 2007. Mikrobiologi. Yrama Widya: Bandung
Lynd, L. R., Weimer, P. J., Zyl W.H., & Pretorius, I. S. 2002. Microbial Cellulose
Utilization: Fundamentals and Biotechnology. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66:506577.
Nakano. 1998. Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis). Annu Rev
Microbiol 52: 165–90
Othmer, K. 1987. Encylopedia of Chemical Technology, Volume 8. New York:
John Wiley and Sons Inc
Winarno, F.G. 1986. Enzim Pangan. Jakarta: Gramedia.
Zuchairah, I. M. 2003. Hidrolisa Enzymatik pada Serat Selulosa. Skripsi tidak
diterbitkan. Jokjakarta: FTI UII.