Produksi, Purifikasi dan Aktivitas Antimikrob Enzim Glukosa Oksidase Aspergillus niger InaCC F539

Abstract

Glukosa oksidase mengatalisis glukosa menjadi glukonolakton dan hidrogen peroksida (H2 O2 ). Glukosa oksidase merupakan enzim penting secara komersial yang telah menarik perhatian besar karena aplikasinya yang luas dalam proses industri dan bioteknologi. Enzim ini juga menunjukkan sifat antimikrob dengan menghambat pertumbuhan mikrob melalui pembentukan hidrogen peroksida (H2 O2 ). Cendawan merupakan penghasil glukosa oksidase yang paling umum pada skala industri. Salah satu cendawan potensial penghasil glukosa oksidase adalah Aspergillus niger. Isolat lokal Aspergillus niger InaCC F539 telah menunjukkan kemampuan untuk memproduksi glukosa oksidase secara efektif. Kemampuan A. niger InaCC F539 untuk memproduksi enzim ini perlu ditingkatkan melalui optimasi produksi. Dalam penelitian ini, produksi glukosa oksidase oleh A. niger InaCC F539 dioptimalkan menggunakan penambahan limbah kulit nanas sebagai substrat.

Limbah kulit nanas masih mengandung gula pereduksi yang cukup tinggi sehingga bisa digunakan sebagai substrat untuk produksi enzim glukosa oksidase. Selain itu menurut data dari Food and Agriculture Organization (FAO), Indonesia merupakan salah satu negara penghasil dan pengekspor utama produk olahan nanas dalam bentuk kalengan (185,466 ton) yang merupakan peringkat ketiga setelah Thailand dan Filipina, dan jus pekat (29,143 ton) setelah Filipina, Thailand dan Belanda pada tahun 2018. Sekitar 80% bagian-bagian dari nanas, termasuk tajuk, kulit, daun, dan batang, dibuang saat pengolahan nanas, dan berakhir menjadi limbah. Pemanfaatan limbah kulit nanas dalam optimasi produksi enzim glukosa oksidase merupakan hal menarik karena selain diharapkan dapat memproduksi enzim glukosa oksidase dengan yield tinggi, juga dapat mengurangi keberadaan limbah di lingkungan. Pemanfaatan limbah dengan biaya rendah untuk menghasilkan komoditas bernilai tinggi merupakan salah satu solusi menuju keberlanjutan jangka panjang.

Enzim glukosa oksidase A. niger InaCC F539 yang dioptimasi produksinya dengan menggunakan limbah kulit nanas ini, diharapkan mempunyai yield yang tinggi dan memiliki kemampuan antimikrob terhadap patogen penyebab karies pada gigi, periodontitis, dan jerawat, sehingga bisa direkomendasikan untuk diaplikasikan pada industri pasta gigi. Kebiasaan makan pada manusia dengan kandungan gula tinggi memicu terbentuk karies gigi. Penyakit karies gigi ini merupakan salah satu penyakit kronis dan multifaktorial yang sering menyerang masyarakat. Organisasi kesehatan dunia bahkan menganggap penyakit karies gigi ini adalah permasalahan mulut dan gigi global utama yang sering menyerang masyarakat pada semua tingkatan usia di seluruh dunia.

Tujuan dari penelitian ini memproduksi enzim glukosa oksidase A. niger InaCC F539 dengan menggunakan limbah kulit nanas, memperoleh enzim glukosa oksidase murni, menentukan kondisi aktivitas enzimatik optimalnya (suhu dan pH), dan menghasilkan enzim dengan yield tinggi serta memiliki aktivitas antimikrob terhadap patogen penyebab karies gigi, periodontitis, dan jerawat pada kulit, dengan iv

demikian memiliki potensi untuk aplikasi industri seperti pasta gigi. Metode penelitian meliputi, peremajaan kultur A. niger InaCC F539, optimasi sumber karbon dan nitrogen produksi enzim glukosa oksidase, optimasi pH dan suhu produksi enzim glukosa oksidase, penentuan aktivitas enzim glukosa oksidase dan penentuan konsentrasi protein, pengendapan amonium sulfat dan ultrafiltrasi, purifikasi enzim dengan kromatografi penukar ion, SDS-PAGE, penentuan pH dan suhu optimum, analisis aktivitas antimikrob.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas ekstrak kasar enzim glukosa oksidase tertinggi diperoleh pada 96 jam (hari ke 4) inkubasi dengan aktivitas 1,15 U/mL dengan glukosa sebagai sumber karbon dan 1,34 U/mL dengan pepton sebagai sumber nitrogen. Response Surface Methodology (RSM) mengungkapkan kondisi optimal produksi enzim glukosa oksidase pada suhu 34°C dan pH 6,3, dengan aktivitas enzim sebesar 0,70 U/mL. Aktivitas glukosa oksidase tertinggi dicapai dalam fraksi presipitasi amonium sulfat 80%, mencapai 7,53 U/mL dengan aktivitas spesifik 3,04 U/mg. Analisis SDS-PAGE mengungkapkan pita protein sekitar 73 kDa. Proses purifikasi pada tahap ini menghasilkan peningkatan kemurnian sebesar 20,27 kali lipat dibandingkan ekstrak kasar, dengan yield sebesar 37,03%. Purifikasi lebih lanjut menggunakan kromatografi penukar ion (AKTA HiTrap Q HP) menghasilkan aktivitas enzim sebesar 15,70 U/mL dan aktivitas spesifik sebesar 49,06 U/mg, setara dengan purifikasi 327,07 kali lipat dan yield sebesar 25,74%. Glukosa oksidase yang dipurifikasi juga menunjukkan aktivitas antimikrob terhadap Streptococcus mutans ATCC 35668 penyebab utama karies gigi, Aggregatibacter actinomycetemcomitans ATCC 33277 penyebab periodontitis, dan Cutibacterium acnes ATCC 6919 penyebab jerawat pada kulit. Glukosa oksidase hasil pengendapan dengan amonium sulfat menunjukkan zona inhibisi sebesar 3,9 ? 0,25 mm, 4,0 ? 0,00 mm, dan 2,3 ? 0,29 mm masingmasingnya. Glukosa oksidase hasil purifikasi dengan penukar ion (AKTA) zona hambatnya sebesar 0,7 ? 0,24 mm, 3,3 ? 0,58 mm, dan 0,1 ? 0,25 mm masingmasingnya. Berdasarkan hasil yang telah didapatkan, enzim glukosa oksidase A. niger InaCC F539 yang diproduksi dan dioptimasi dengan menggunakan limbah kulit nanas dapat direkomendasikan untuk diaplikasikan pada industri pasta gigi.