Xylooligosaccharide production of corncobs as prebiotic candidate by high temperature heating and enzymatic hydrolysis.

Abstract

Corncob waste is a rich xylan source that can be utilized as raw material for xylooligosaccharides (XOS) production. XOS is a potential prebiotic and has high economic value. Two corn varieties i.e. Bisi and Pioneer were first analyzed for its hemicellulose, cellulose and lignin contents and xylan yield to choose the corn variety to be studied. Process technology for XOS production was studied using available equipment such as oven. Xylooligosaccharide (XOS) from corncob was produced in two stages i.e. xylan extraction by heating at high temperatures in oven or autoclave as comparison, followed by enzymatic hydrolysis. Analysis of two corncob varieties showed that Pioneer variety contained higher hemicellulose content (34.98%) and xylan yield (18.32%) than Bisi variety (12.28% and 10.22%, respectively), therefore Pioneer variety was chosen as raw material for XOS production. Corncob particles were soaked in dilute acid (1 g/l H2SO4) for 12 h at 60 oC, filtered and washed with tap water and then heated in oven or autoclave. Before oven heating, The corncobs were added with water at various ratios (1:1 – 1:5) and then heated in oven at various temperature (130 oC, 140 oC, 150 oC for 0.5 h) and autoclave at 121oC for 0.5, 1, 1.5 and 2 h with one and two heating cycles. During heating, the total sugar and reducing sugar were increase, while the degree of polymerization was decrease. The results showed that heating in oven to extract the xylan was affected by the ratios of corncobs and aquadest and heating temperatures. Oven heating (130-150 oC) with optimum ratio of corncobs and aquadest (1:3) successfully increased the xylan content from 3.98% up to 18.21 – 19.46% while repeated heating cycle (two cycles) did not affect the xylan content. Heating the corncobs with aquadest (at the ratio of 1:3) in oven at 130 oC for 0.5 h produced 18.98% xylan and enzymatic conversion of the xylan by xylanase significantly increased the XOS content from 19.60% up to 44.06%. Heating the corncobs in autoclave (121 oC, 0.5 h) followed by enzymatic conversion produced higher XOS content (65.67%). The corncob XOS could stimulate the growth of Lactobacillus plantarum kik and Bifidobacterium longum ATCC 15707 by 1.2 until 1.7 unit log, indicating the prebiotic properties. Cookies prebiotic produced by addition of 5% (based on wheat flour) had higher hardness texture (1256 gf) than control without XOS (1067 gf).

Limbah tongkol jagung merupakan sumber xilan tinggi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produksi xilooligosakarida (XOS) yang berpotensi sebagai prebiotik dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Dua varietas jagung yaitu Bisi dan Pioneer dianalisis kandungan hemiselulosa, selulosa dan lignin serta rendemen xilan untuk menentukan varietas jagung yang akan digunakan. Dalam penelitian ini dipelajari teknologi produksi XOS dari tongkol jagung menggunakan peralatan yang lebih mudah tersedia seperti oven. Produksi xilooligosakarida (XOS) dari tongkol jagung dilakukan dalam dua tahap yaitu ekstraksi xilan dengan perlakuan pemanasan kemudian dilanjutkan dengan konversi enzimatik xilan menjadi XOS. Hasil analisis menunjukkan bahwa tongkol jagung varietas Pioneer memiliki kadar hemiselulosa (34.98%) dan rendemen xilan (18.32%) yang lebih tinggi dari varietas Bisi (12.28% dan 10.22%). Dengan demikian dalam penelitian produksi XOS digunakan tongkol jagung varietas Pioneer. Ekstraksi xilan dari tongkol jagung dilakukan meliputi perendaman dalam larutan asam encer (1 g/l H2SO4) terlebih dahulu selama 12 jam pada suhu 60 oC, disaring dan dicuci dengan air keran. Selanjutnya tongkol jagung dalam kondisi terendam dalam air (rasio 1:1 – 1:5) dipanaskan dalam oven pada berbagai suhu (130 oC, 140 oC, dan 150 oC selama 0,5 jam) dan dalam otoklaf (121 oC selama 0.5, 1, 1.5 dan 2 jam) dengan satu dan dua siklus pemanasan. Selama pemanasan terjadi peningkatan total gula dan gula pereduksi serta penurunan derajat polimerisasi (DP). Perlakuan pemanasan dalam oven untuk mengekstraksi xilan dipengaruhi oleh rasio tongkol jagung dan akuades, serta suhu pemanasan. Pemanasan dalam oven pada suhu 130-150 oC berhasil meningkatkan kadar xilan dari 3.98% menjadi sekitar 18.21 – 19.46% (bk), sedangkan siklus pemanasan berulang (dua siklus) tidak mempengaruhi kadar xilan. Pemanasan pada suhu 130 oC dengan rasio tongkol jagung dalam akuades sebesar 1 : 3 dalam oven selama 0.5 jam menghasilkan kadar xilan sebesar 18.98%. Konversi xilan lebih lanjut oleh xilanase (oven, 130 oC, 0.5 jam) mampu meningkatkan kadar XOS secara signifikan dari 19.60% (kadar XOS sebelum hidrolisis) menjadi 44.06% (kadar XOS setelah dihidrolisis enzimatik). Pemanasan tongkol jagung dalam otoklaf (121oC, 0.5 jam) dilanjutkan dengan konversi xilan melalui hidrolisis enzimatis xilanase menghasilkan kadar XOS yang lebih tinggi daripada oven yaitu masing-masing sebesar 65.67% dan 44.06%.