pengaplikasian xilosa dalam dunia pangan
DESCRIPTION
XilosaTRANSCRIPT
Pengaplikasian Xilosa Dalam Dunia Pangan
Ditujukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Kimia Pangan
Di susun Oleh : Ari Cahya Nugraha (1006290)
Gibran Sapta Wigoena (1003090)Tedy Tarudin (1000684)Yudi Prawita (1005222)
Program Studi Pendidikan Teknologi AgroindustriFakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan
Universitas Pendidikan Indonesia
1
DAFTAR ISI
Daftar Isi………………………………………………………………………. 1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang…………………………………………………………….. 5
1.2 Maksud dan Tujuan………………………………………..………………. 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Xilosa………………………………………………………………………. 8
2.1.1 Pengertian dan Sifat Kimia Xilosa …………………………………… 8
2.1.2 Penggunaan Xilosa………………………………………………….. 9
2.1.2.1 Penggunaan Xilosa dalam Makanan………………………… 9
2.1.2.2 Penggunaan Xilosa dalam Industri…………………………. 10
2.1.2.3 Penggunaan Xilosa dalam DNA……………………………. 10
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Proses Produksi……………………………………………………………. 11
3.1.1 Proses Pembuatan Xilosa……………………………………………... 11
3.1.1.1 Produksi Enzim Xilanase dari strain T.reesei…………….… 11
3.1.1.2 Pre-Treatment Bahan Baku……………………………….… 11
3.1.1.3 Produksi Xilosa oleh Enzim Xilanase….……………...….…11
3.1.2 Proses Pembuatan Xilosa Menjadi Xilitol dari Tongkol Jagung…… 12
3.1.3 Proses Pembuatan Xilosa Menjadi Xilitol dari Kulit Pisang…….…. 13
2
BAB IV PENUTUP
Kesimpulan…………………………………………………………………... 17
Saran………………………………................................................................. 17
BAB V DAFTAR PUSTAKA
Daftar Pustaka…………………………........................................................... 18
3
DAFTAR TABEL
2.a Kandungan Kulit Pisang……………....................................................... 14
4
DAFTAR GAMBAR
1.a struktur kimia xilosa………................................................................................... 8
1.b struktur kimia xilosa………................................................................................... 8
1.c struktur kimia xilitol………................................................................................. 13
1.d pembuatan substrat xilan dari kulit pisang………............................................... 15
1.e pembuatan substrat xilan dari kulit pisang menjadi sirup xylitol………............. 16
5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Secara praktis, enzim banyak digunakan di berbagai bidang kegiatan.
Enzim digunakan secara luas dalam bidang industri, terutama industri bioteknologi.
Dalam bidang ini, baik yang konvensional maupun yang mutakhir, yang
mengandalkan teknik rekombinasi gen, pengetahuan dan penggunaan enzim
merupakan syarat mutlak untuk berhasil. Dalam segmen bioteknologi tradisional dan
skala kecil, seperti berbagai industri makanan tingkat rumah tangga, pengetahuan
empiris tentang enzim diwariskan secara turun-temurun dan biasanya bercampur
dengan pengetahuan empiris tentang penggunaan praktis mikroorganisme, yang
secara umum dinamai ragi. Selain itu, enzim juga dipakai secara luas dalam industri
lain yang tidak tergolong ke dalam industri bioteknologi dalam arti luas. Contohnya
adalah industri tekstil dan industri kertas. Dalam bidang teknologi lingkungan, enzim
juga telah digunakan dalam pengolahan air limbah serta dalam pengolahan sampah,
terutama sampah organik.
Beberapa contoh xilanase komersial yang ada saat ini adalah Irgazyme (pH
5 - 7, 55 oC), Cartazyme HS-10 (pH 3 - 5, 30 °C – 50 °C), Pulpzyme HB (pH 6 - 8,
50 °C - 55 °C) dan Novozyme (pH 8, 40 °C) (Dhillon et al., 2000a). Xilanase yang
dibutuhkan dalam proses prapemutihan pulp diharapkan memiliki beberapa
karakteristik spesifik seperti tahan suhu tinggi (60-70oC), tahan pH alkali (Nakamura
et al., 1993), berupa endoxilanase (Viikari et al., 1994) dan bebas dari aktivitas
selulase.
Xilanase dapat diproduksi oleh beberapa organisme seperti
bakteri,alga,jamur (Beg et al., 2001; Sunna et al., 1997), aktinomisetes (Beg et al.,
2001), ragi, protozoa, gastropoda dan artropoda (Kulkarni et al., 1999). Beberapa
jenis bakteri dan jamur diketahui mampu menghasilkan xilanase ekstraseluler yang
dapat menghidrolisis hemiselulosa menjadi xilosa. Selain itu beberapa
6
mikroorganisme yang terdapat pada ruminansia diketahui berpotensial sebagai
penghasil xilanase karena hewan ruminansia tersebut mengkonsumsi hemiselulosa
dalam jumlah besar. Genus Bacillus diketahui sebagai penghasil xilanase yang aktif
pada suhu 50 °C – 60 °C, dengan pH 7 - 9, sehingga enzim dari bakteri ini diharapkan
dapat diproduksi dan digunakan pada proses awal pemutihan pulp di industri pulp dan
kertas.
7
1.2 Maksud dan Tujuan
Mengetahui tentang xilosa kemudian cara proses produksi serta aplikasi
xilosa itu sendiri dalam industri.
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Xilosa
2.1.1 Pengertian dan Sifat Kimia Xilosa
Xilosa atau gula kayu adalah suatu gula pentosa, monosakarida dengan
lima atom karbon dan memiliki gugus aldehida. Gula ini diperoleh dengan
menguraikan jerami atau serat nabati lainnya dengan cara memasaknya dengan asam
sulfat. Xilosa digunakan dalam penyamakan dan pewarnaan dan dapat juga
digunakan sebagai bahan pemanis untuk penderita kencing manis (diabetes mellitus).
(1.a struktur kimia xilosa) (1.b struktur kimia xilosa)
Xilanase merupakan kelompok enzim yang memiliki kemampuan
menghidrolisis hemiselulosa dalam hal ini ialah xilan atau polimer dari xilosa dan
xilo-oligosakarida. Xilanase dapat diklasifikasikan berdasarkan substrat yang
dihidrolisis, yaitu β-xilosidase, eksoxilanase, dan endoxilanase. β-xilosidase, yaitu
xilanase yang mampu menghidrolisis xilooligosa- karida rantai pendek menjadi xilo-
sa. Aktivitas enzim akan menurun dengan meningkatnya rantai xilooligosakarida
(Reilly, 1991; Dekker,1983).
Xilosa selain merupakan hasil hidrolisis juga merupakan inhibitor bagi
enzim β-xilosidase. Sebagian besar enzim β-xilosidase yang berhasil dimurnikan
masih menunjukkan adanya aktivitas transferase yang menyebabkan enzim ini kurang
dapat digunakan industry penghasil xilosa. Eksoxilanase mampu memutus rantai
9
polimer xilosa (xilan) pada ujung reduksi, sehingga menghasilkan xilosa sebagai
produk utama dan sejumlah oligosakarida rantai pendek. Enzim ini dapat
mengandung sedikit aktivitas transferase sehingga potensial dalam industry penghasil
xilosa. Endoxilanase mampu memutus ikatan β 1-4 pada bagian dalam rantai xilan
secara teratur. Ikatan yang diputus ditentukan berdasarkan panjang rantai substrat,
derajad percabangan, ada atau tidaknya gugus substitusi, dan pola pemutusan dari
enzim hidrolase tersebut. Xilanase umumnya merupakan protein kecil dengan berat
molekul antara 15.000-30.000 Dalton, aktif pada suhu 55oC dengan pH 9 (Yang et
al., 1988; Yu et al., 1991). Pada suhu 60oC dan pH normal, xilanase lebih stabil
(Tsujibo et al., 1992; Cho-Goo et al., 1996).
2.1.2 Penggunaan Xilosa
2.1.2.1 Penggunaan Xilosa dalam Makanan
Enzim xilanase juga dapat digunakan untuk menghidrolisis xilan
(hemiselulosa) menjadi gulaxilosa. Xilan banyak diperoleh dari limbah pertanian dan
industri makanan.Pengembangan proses hidrolisis secara enzimatis merupakan
prospek baru untuk penanganan limbah hemiselulosa (Biely, 1985; Rani dan Nand,
1996; Beg et al., 2001).Gula xilosa banyak digunakan untuk konsumsi penderita
diabetes. Di Malaysia gulaxilosa banyak diguna-kan untuk campuran pasta gigi
karena dapat berfungsi memperkuat gusi Van Paridon et al. (1992) telah melakukan
penelitian pemanfaatan xilanase untuk campuran makanan ayam boiler, dengan
melihat pengaruhnya terhadap berat yang dicapai dan efisiensi konversi makanan
serta hubungannya dengan viskositas pencernaan.Hal yang sama juga dilakukan oleh
Bedford dan Classen (1992), yang melaporkan bahwa campuran makanan ayam
boiler dengan xilanase yang berasal dari T. longibrachiatum ternyata mampu
mengurangi viskositas pencernaan, sehingga meningkatkan pencapaian berat dan
efisiensi konversi makanan. Xilanase dapat juga digunakan untuk menjernihkan juice,
ekstraksi kopi, minyak nabati,dan pati (Wong dan Saddler, 1993). Kombinasi dengan
selulase dan pektinase dapat untuk penjernihan juice dan likuifikasi buah dan sayuran
10
(Beg et al., 2001).Efisiensi xilanase dalam perbaikan kualitas roti yang telah
dilakukan, yaitu xilanase yang berasal dari Aspergillus niger var awamori yang
ditambahkan ke dalam adonan roti menghasilkan kenaikan volume spesifik roti dan
untuk lebih meningkatkan kualitas roti maka perlu dilakukan kombinasi penambahan
amilase dan xilanase (Maat et al., 1992).
2.1.2.2 Penggunaan Xilosa dalam Industri
Pada industri kertas dan pulp, enzim xylanase yang hipertermofilik sekaligus
alkalifilik (pencinta pH tinggi) dapat menggantikan klorin yang berbahaya bagi
lingkungan pada proses bleaching. Proses bleaching adalah proses yang memisahkan
serat kertas dari lignin yang menyebabkan kertas berwarna kusam, yang selama ini
memakai pemutih kimia. Xylanase alkalifilik termofilik akan memudahkan
memisahkan serat kertas dari lignin yang dilakukan pada suhu di atas 70 derajat
celcius dan pH tinggi.
2.1.2.3 Penggunaan Xilosa dalam DNA
Enzim hipertermofilik xilosa yang sangat berjasa pada proses bukti uji
DNA (finger printing DNA) ataupun identifikasi penyakit genetik pada manusia.
Kedua proses yang disebut ini tercapai karena adanya enzim DNA polimerase yang
tahan panas. DNA polymerase memasangkan nukleotida menjadi rantai DNA dengan
menggunakan cetakan atau template DNA asli yang sedikit jumlahnya, hingga
menjadi molekul fragmen DNA identik yang sangat banyak jumlahnya.
11
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Proses Produksi
3.1.1 Proses Pembuatan Xilosa
3.1.1.1 Produksi Enzim Xilanase dari strain T.reesei
Produksi enzim xilanase dilakukan dengan menginokulasikan suspensi
jamur Trichoderma reesei yang telah dikembangbiakan pada media agar miring
Potato Dextrose Agar (PDA), kedalam medium fermentasi steril, dan
menginkubasikan selama 7 hari T. Kemudian, enzim diekstrak dengan buffer sitrat
0,1 M pH 5,5 sebanyak 100 ml yang mengandung 0,1% Tween 80, lalu dishaker
selama 135 menit. Cairan enzim disentrifugasi dengan refrigerated centrifuge pada
5000 rpm selama 1 jam. Kemudian difiltrasi dengan menggunakan kertas saring
halus. Aktifitas enzim xilanase dianalisa menggunakan metode Dinitrosalicylic Acid
(DNS). (Miller, G.L,1959).
3.1.1.2 Pre-Treatment Bahan Baku
Sebanyak 5 gr bahan baku berukuran 100 mesh ditambahkan 100 ml
larutan NaOH 1%, kemudian memanaskan larutan pada suhu 70-80 oC selama 6 jam.
Kemudian endapan dibilas menggunakan air suhu 70-80 oC hingga bahan baku
mencapai pH 7. Padatan bahan baku dioven pada suhu 100 oC selama 3 jam, lalu
didinginkan pada suhu kamar.
3.1.1.3 Produksi Xilosa oleh Enzim Xilanase
Menyiapkan bahan baku berukuran 100 mesh yang telah ditreatment
sebelumnya. Kemudian menambahkan enzim xilanase dengan dosis tertentu.
Menambahkan larutan buffer sitrat 0,1 M pH 5,5 sebanyak 100 ml hingga substrat
bahan baku terendam kemudian memanaskan pada suhu 50 oC dan pH 5,5 selama 2
jam. Menyaring larutan menggunakan kertas saring sehingga didapatkan larutan
xilosa.
12
3.1.2 Proses Pembuatan Xilosa Menjadi Xilitol dari Tongkol Jagung
Tongkol jagung dan limbah lignoselulosa lain dari jagung ternyata dapat
digunakan untuk bahan baku produk furfural dan derivatifnya juga dapat digunakan
sebagai produk gula xilitol. Xilitol termasuk gula alkohol dengan lima karbon
(1,2,3,4,5 pentahydroxy pentane) dengan formulasi molekul C5H12O5. Sebetulnya
beberapa jenis buah-buahan dan sayuran mengandung xilitol walaupun dalam jumlah
kecil, misalnya strawberi. Namun demikian, untuk mengekstrak xilitol dari bahan
tersebut tidak ekonomis karena kandungannya terlalu kecil (Kulkarni et al. 1999).
Xilitol dapat diproduksi dengan menghidrogenasi xilosa. Di Taiwan,
produksi xilitol menggunakan bahan baku bagas tebu, di India menggunakan bagas
tebu atau tongkol jagung (Biswas and Vashishtha 2004). Xilitol mempunyai
kelebihan dibanding gula pasir (sukrosa), yaitu sebagai pemanis rendah kalori (4
kal/g), indeks glutemik jauh lebih rendah sehingga tidak meningkatkan gula darah
dan metabolisme tanpa insulin, sehingga sangat baik untuk penderita diabetes. Xilitol
dapat digunakan tanpa campuran atau dikombinasikan dengan pemanis
nonkariogenik (tidak menyebabkan diabetes) untuk membuat produk non-sugar
sweetener seperti permen karet, Permen karet, coklat rendah gula, gelatin, pudding,
jam, roti, dan ice cream (Anonymous 2004). Saat ini xilitol banyak digunakan untuk
pasta gigi karena dapat menguatkan gusi. Xilitol merupakan gula alternatif yang
mempunyai sifat nonkariogenik dan anti kariogenik, anti caries, dan prebiotik,
sehingga baik untuk kesehatan dan dapat menghambat pertumbuhan Streptococcus
mutans. Konsumsi manusia untuk xilitol adalah 15 g/bobot badan atau + 100 g/orang
(Schmidl and Labuza 2000).
Sejak tahun 1980 xilitol sudah banyak digunakan dan dikomersialkan di 28
negara. Di awal tahun 1990 produksi xilitol dunia mencapai 5.000 ton. Finlandia
merupakan produsen xilitol terbesar. Amerika Serikat tertarik untuk memproduksi
xititol dalam skala besar. Sebagian besar xilitol digunakan untuk permen karet.
13
3.1.3 Proses Pembuatan Xilosa Menjadi Xilitol dari Kulit Pisang
Kulit pisang adalah suatu by product dari buah pisang yang sering dibuang
begitu saja dan tidak termanfaatkan dengan baik. padahal dalam kulit pisang ini
terkandung unsur karbohidrat yang bisa digunakan untuk sumber bahan pangan
alternatif ataupun produk alternatif. Xylitol memiliki tingkat kemanisan 0,86 – 1,15
dibandingkan dengan sukrosa. Senyawa ini mempunyai kelebihan dibanding gula
pasir (sukrosa) yaitu sebagai pemanis rendah kalori, indek glisemik jauh lebih rendah
yaitu tidak meningkatkan gula darah dalam tubuh dan di metabolisme tanpa
membutuhkan insulin sehingga sangat baik untuk penderita diabetes. Xylitol dapat
digunakan sebagai pemanis non-kariogenik. Xylitol mempunyai indeks glisemik
rendah yang kurang dari 55 sehingga tidak menaikkan gula darah dalam tubuh dan di
metabolisme tanpa membutuhkan insulin. Selain itu, xylitol mengandung gula
alkohol mempunyai beberapa manfaat bagi kesehatan mulut yakni membasmi plak,
membasmi bau busuk mulut, memineralkan anemel gusi karena xylitol meningkatkan
kalsium dan fosfat dari saliva dan air ludah., dan menghalangi radang gusi .
Xylitol memiliki berat molekul 152.1 dan rumus molekul C5H12O5.
Dalam bentuk kristal xylitol memiliki kelarutan sebesar 122g/100 g air pada suhu
4°C, 169 g/100 g air pada suhu 20°C, dan 291 g/100 air pada suhu 40°C.
(1.c struktur kimia xilitol)
Sirup pada umumnya merupakan suatu larutan yang diperoleh dari pati
hidrolisa yang tidak sempurna, selanjutnya dinetralisasi dan dipekatkan sampai
14
tingkat tertentu. Selain dari pati, sirup atau gula cair dapat dibuat dari lignoselulosa
khususnya xylan menjadi sirup xylitol. Xylitol dapat diperoleh melalui proses
hidrolisis xylan menjadi xilosa, kemudian dihidrogenasi menjadi xylitol.
Tabel kandungan kulit Pisang
Unsur Satuan Jumlah
Air (%) 68,90
Karbohidrat (%) 18,50
Lemak (%) 2,11
Protein (%) 0,32
Kalsium (mg/100gr) 715
Fosfor (mg/100gr) 117
Besi (mg/100gr) 1,60
Vitamin B (mg/100gr) 0,12
Vitamin C (mg/100gr) 17,50
(2.a kandungan kulit Pisang)
Kulit pisang ini dapat dirombak menjadi Xylitol dengan dengan melakukan
hidrolisis dengan enzim xylanase untuk menghasilkan sirup xylitol yang rendah
kalori. Untuk lebih jelasnya pembuatan sirup xylitol akan dijelaskan pada diagram
alir berikut:
15
(1.d pembuatan substrat xilan dari kulit pisang)
16
Setelah substrat Xylan terbentuk, barulah dimulai pembuatan sirup xylitol
dengan cara menghidrolisis substrat tersebut.
(1.e pembuatan substrat xilan dari kulit pisang menjadi sirup xylitol)
17
BAB IV
PENUTUP
KESIMPULAN
Xilosa atau gula kayu adalah suatu gula pentosa, monosakarida dengan
lima atom karbon dan memiliki gugus aldehida. Gula ini diperoleh dengan
menguraikan jerami atau serat nabati lainnya dengan cara memasaknya dengan asam
sulfat. Xilitol termasuk gula alkohol dengan lima karbon (1,2,3,4,5 pentahydroxy
pentane) dengan formulasi molekul C5H12O5. Sebetulnya beberapa jenis buah-
buahan dan sayuran mengandung xilitol walaupun dalam jumlah kecil, misalnya
strawberi. Namun demikian, untuk mengekstrak xilitol dari bahan tersebut tidak
ekonomis karena kandungannya terlalu kecil. Sirup pada umumnya merupakan suatu
larutan yang diperoleh dari pati hidrolisa yang tidak sempurna, selanjutnya
dinetralisasi dan dipekatkan sampai tingkat tertentu. Selain dari pati, sirup atau gula
cair dapat dibuat dari lignoselulosa khususnya xylan menjadi sirup xylitol. Xylitol
dapat diperoleh melalui proses hidrolisis xylan menjadi xilosa, kemudian
dihidrogenasi menjadi xylitol. Kulit pisang ini dapat dirombak menjadi Xylitol
dengan dengan melakukan hidrolisis dengan enzim xylanase untuk menghasilkan
sirup xylitol yang rendah kalori.
SARAN
Penggunaan xilosa sebagai penambah bahan pangan sebenarnya banyak
manfaatnya akan tetapi penggunaan xilosa ini sendiri terbilang cukup sedikit
pengaplikasiannya sehingga dengan adanya makalah ini mudah-mudahan dapat
memberikan insiprasi dalam pemanfaatan xilosa dalam bahan pangan.
18
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
Afdi, E. 1989. Modifikasi pati jagung (Zea mays L.). Tesis Fakultas Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor. 79 hal. Tidak dipublikasi.
Anonymous. 2004. Alternative sweeteners: a balancing act. J. Asia Pacific
Food Industries. p. 51-54.
Agbogbo, F.K., Kelly, G.C., Smith, M.T. Wenger, K.S. dan Jeffries, T.W, (2007),
“The Effect of Initial Cell Concentration on Xylose Fermentation by Pichia
stipitis”, Appl. Biochem Biotechnol Vol 136-142.
Miller, G.L., (1959), “Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of
Reducing Sugar”, Analytical Chemistry, 31, 426-428.
Nigam, J.N., (2001), “ Ethanol production from wheat straw hemicelluloses
hydrolysate by Pichia stipitis”, Journal of Technology 87: 17-27.
Richana, Nur., Lestina, P., dan Irawadi, T.T., (2004), “ Karakteristik Lignoselulosa
dari Limbah Tanaman Pangan dan Pemanfaatannya untuk Pertumbuhan
Bakteri RXA III-5 Penghasil Xilanase”, Penelitian Pertanian Tanaman Pangan
(abstrak).
Yee Sun dan Jiayang Cheng, (2002), “ Hydrolysis of lignosellulosic material for
ethanol production: a review”, Biosource Technology 83: 1-11.
19