Bakteri Penghasil Selulase dan Potensinya sebagai Pendegradasi Limbah Padat Industri Agar-agar.

Abstract

Pemanfaatan rumput laut sebagai bahan baku pada industri makanan dan obat-obatan meningkat, namun demikian pengelolaan limbah produksi pengolahan rumput laut sendiri belum menjadi pusat perhatian. Berbeda dengan produksi agar-agar pada skala UKM, produksi agar-agar pada skala industri pada prosesnya menggunakan celite sebagai filter aid. Celite biasa digunakan sebagai penyaring (media filtrasi) karena memiliki porositas yang tinggi berupa lubanglubang kecil yang banyak. Celite merupakan mineral yang memiliki komposisi serupa dengan tanah diatom tersusun atas silika dan alumina. Limbah produksi agar-agar pada skala industri masih banyak bercampur dengan celite, dan sampai saat ini hanya berakhir menjadi sampah organik yang belum dimanfaatkan secara optimal. Terdapat 10 industri agar-agar di Indonesia yang memiliki kelimpahan limbah padat 7169 ton/tahun. Jumlah yang besar ini belum dioptimalkan pemanfaatannya. Adanya kendala harga enzim, kultur mikrob yang relatif mahal, dan sukar didapatkan, maka akan sangat ekonomis jika proses produksi enzim memanfaatkan substrat yang berbahan baku lokal yakni limbah padat pada industri agar-agar yang berbahan baku rumput laut merah Gracilaria verrucosa. Sampel berupa limbah padat telah diambil dari industri agar-agar di Jawa Timur, khususnya CV Agar Sari Jaya Malang. Hasil penelitian mendapatkan 53 (lima puluh tiga) isolat bakteri penghasil selulase dari limbah padat industri agar dengan nilai indeks selulolitik berkisar antara 0.3 – 3.625. Terdapat 7 isolat terpilih dari 53 isolat yang diperoleh dengan kode LA24, LA271, LA3A, LA3B, LA4K, LA4P dan LA45C. Hasil analisa molekuler 16S rRNA menunjukkan bahwa ketujuh isolat bakteri tersebut masing masing berupa Stenotrophomonas maltophilia, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Stenotrophomonas maltophilia, Bacillus cereus, C. indologenes , B. pumilus . B. pumilus LA4P mampu menghidrolisis 2.5% LIA dengan waktu inkubasi selama 4 hari memberikan aktivitas selulase sebesar 0.3436 U/mL, dan C. indologenes LA4K menghidrolisis 2.5% LIA memerlukan waktu inkubasi lebih lama yaitu 6 hari, memberikan aktivitas selulase sebesar 0.3726 UmL. B. pumilus LA4P memiliki aktivitas optimum pada pH 7.0 sedangkan C. indologenes LA4K pH 8.0 pada suhu 40 0C. Ketahanan panas pada selulase asal B. pumilus LA4P maupun C. indologenes LA4K memberikan hasil bahwa pemanasan pada suhu 50 oC menghilangkan lebih dari separuh aktivitas awalnya. Pemanasan pada suhu 80 oC, enzim kehilangan seluruh aktivitasnya. Selulase B. pumilus LA4P dan C. indologenes LA4K memperlihatkan kenaikan aktivitas selulase oleh ion divalent Mg2+, Ca2+, Zn2+ dan ion monovalent berupa K+ dan Na+. Penambahan ion trivalent Fe3+ pada selulase B. pumilus LA4P mampu meningkatkan aktivitasnya, sedangkan pada selulase C. indologenes LA4K penambahan ion tersebut menyebabkan aktivitasnya terinhibisi. Penambahan pelarut organik etanol pada supernatant enzim kasar menyebabkan enzim terdenaturasi sehingga menurunkan aktivitas selulase pada kedua isolat B. pumilus LA4P dan C. indologenes LA4K masing masing tersisa aktivitasnya menjadi 78.67% dan 85.47%. Keberadaan deterjen anionik SDS dan non ionik (Triton X-100 dan Tween 80) meningkatkan aktivitas selulase pada kedua isolat. Keberadaan deterjen anionik SDS pada selulase kasar B. pumilus LA4P dan C. indologenes LA4K meningkatkan aktivitasnya menjadi 112.76% dan 105%. Deterjen non ionik Triton X-100 dan Tween 80 meningkatkan aktivitas selulase masing masing sebesar 122% dan 117.33% pada selulase B. pumilus LA4P; 130% dan 110.9% pada selulase C. indologenes LA4K. Pengendapan amonium sulfat yang menghasilkan aktivitas selulase tertinggi yaitu pada persentase 80% sebesar 0.1582 U/mL dengan aktivitas spesifik sebesar 0.03736 U/mg. Proses melalui dialisis memberikan aktivitas spesifik 0.04248 U/mg. Hasil elusi enzim selulase LA4P pada kromatografi penukar anion yaitu Hitrap QXL strong anion exchange menghasilkan 14 fraksi. Dari ke 14 fraksi tersebut, fraksi 8 memiliki aktivitas selulase tertinggi yaitu sebesar 0.00691 U/mL. Purifikasi fraksi f8 melalui kolom sephacryl HiPrep 16/60 S-200HR menghasilkan 91 fraksi. Pada fraksi ke 54 memiliki aktivitas sebesar 0.00146 U/mL, profil SDS-PAGE terdapat 2 pita yaitu 55 kDa dan 37 kDa. Profil HPLC hasil hidrolisis oleh isolat B. pumilus LA4P menunjukkan bahwa terdapat kenaikan konsentrasi G3 serta keberadaan G2 dan G1 pada hari ke-4. Hasil hidrolisis oleh isolat B. pumilus LA4P dan C. indologenes LA4K menghasilkan gula sederhana berupa selotriosa (G3) pada hari ke 3 masingmasing sebesar 351.77 ppm dan 68.52 ppm. Mikrograph SEM struktur LIA setelah hidrolisis memperlihatkan perubahan. Residu hidrolisis substrat selulosa oleh isolate C. indologenes LA4K maupun isolat B. pumilus LA4P memperlihatkan adanya peningkatan porositas dan lebih berserabut daripada struktur internal selulosa limbah agar agar tanpa perlakuan. Profil XRD residu substrat selulosa limbah agar-agar memperlihatkan bahwa struktur residu substrat hari 6 dan hari ke7 memiliki kristalinitas yang lebih tinggi dari hari sebelumnya.