Partial Purification, Biochemical Characterization of Xylanase from Isolate ME-742 and Its Application in The Production of Xylooligosaccharides

Patricia Ghozali, Dr. Ir. Muhammah Nur Cahyanto, M.Sc; Dr. Wasana Suyotha

2019 | Skripsi | S1 TEKNOLOGI PANGAN DAN HASIL PERTANIAN

Xilanase adalah enzim yang berperan untuk mendegradasi xilan menjadi xylooligosaccharides (XOS), yang dapat digunakan sebagai bahan fungsional makanan dan pakan. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) adalah biomassa utama dari proses ekstraksi minyak sawit mentah. TKKS mengandung hemiselulosa sebanyak 21-34% (b/b) yang dapat dikonversi menjadi XOS menggunakan enzim xilanase. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan purifikasi parsial terhadap xilanase yang diproduksi oleh isolat ME-742, dan mengkarakterisasi sifat biokimia, untuk diaplikasikan selanjutnya dalam produksi XOS. Isolat ME-742 yang dibudidayakan dalam media yang mengandung TKKS sebagai sumber karbon utama menghasilkan dua xilanase. Berat molekul enzim yang diperkirakan oleh SDS-PAGE adalah 31,04 dan 41,04 kDa. Enzim ini sepenuhnya aktif pada suhu 55°C dan pH 6,0, serta stabil hingga suhu 60°C dan dari pH 4,5-9,0. Logam seperti Zn2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, dan Mn2+ adalah inhibitor kuat untuk aktivitas enzim ini. Produksi XOS dari TKKS dengan perlakuan pendahuluan alkali menggunakan xilanase yang telah terpurifikasi parsial dari isolat ME-742 dilakukan pada suhu 55°C dalam buffer pH 6,0. Kondisi optimal untuk produksi XOS dipelajari menggunakan response surface methodology (RSM) melalui box benhken design (BBD). Faktor-faktor yang diselidiki meliputi konsentrasi enzim (10-30 U/mL), waktu inkubasi (12-36 jam) dan konsentrasi substrat (1-3%). Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua faktor signifikan dan mempengaruhi jumlah XOS dalam bentuk kadar gula reduksi (g/l). Kondisi optimal untuk mencapai hasil maksimum gula reduksi (5,40 g/L) adalah konsentrasi enzim 30 U/mL, waktu inkubasi 24 jam dan konsentrasi substrat 3%.

Xylanases are enzymes responsible for degradation of xylan into xylooligosaccharides (XOS), which can be used as a functional ingredient of foods and feeds. Empty fruit bunches (EFB) is the major biomass from the process of extracting crude palm oil. EFB composes of hemicelluloses at 21-34% (w/w) that can be convert to XOS using xylanase enzyme. This study attempted to perform the partial purification of xylanase produced by isolate ME-742, and characterize its biochemical properties, for subsequent application in the production of XOS. Isolate ME-742 cultivated in a medium containing EFB as main carbon source produced two xylanases. Their molar mass estimated by SDS-PAGE were 31.04 and 41.04 kDa. These enzymes were fully activated at 55°C and pH 6.0, and stable at temperature up to 60°C and over pH 4.5-9.0. The metal such as Zn2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, and Mn2+ were strong inhibitors for enzyme activity. The production of XOS from alkali-pretreated EFB using partial purified xylanase from isolate ME-742 was performed at temperature 55°C in buffer pH 6.0. The optimal conditions for XOS production was studied by response surface methodology (RSM) via the box benhken design (BBD). The factors of enzyme concentration (10-30 U/mL), incubation time (12-36 hours) and substrate concentration (1-3%) were investigated. The results showed that all factors were significant and influenced on the quantity of XOS in term of reducing sugar content (g/l). The optimal conditions to achieve maximum yield of reducing sugar (5.40 g/L) were enzyme concentration of 30 U/mL, incubation time of 24 hours and substrate concentration of 3%.

Kata Kunci : Xylanase, Xylooligosaccharides, Empty Fruit Bunches, Isolate ME-742