BIOMA, Juni 2014 ISSN: 1410-8801Vol. 16, No. 1, Hal. 39-49

Potensi Tepung Umbi Dahlia Dan Ekstrak Inulin Dahlia Sebagai Sumber Karbon DalamProduksi Fruktooligosakarida (FOS) Oleh Khamir Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-003

Rida Yuliana1, Endang Kusdiyantini2, dan Munifatul Izzati3

Mahasiswa Magister Biologi Universitas DiponegoroDosen Jurusan Biologi FSM Universitas Diponegoro

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengeksplorasi manfaat umbi dahlia dalam bentuk tepung umbi dan ekstrakinulin sebagai substrat untuk memproduksi FOS. Produksi FOS berlangsung secara mikrobial enzimatis denganbantuan khamir Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-003. Pengkulturan khamir pada media kultur berlangsungselama 60 jam dan dilakukan pengukuran tiap 6 jam. Pengukuran tersebut meliputi pertumbuhan khamir, kadarfruktosa medium dan kadar total gula medium. Penentuan FOS dilakukan dengan cara mengukur nilai derajatpolimerisasi (DP). DP merupakan hasil perbandingan antara kadar total gula dengan kadar fruktosa pada mediakultur. DP FOS berkisar antara 2-10 dan FOS komersil dengan DP 3-5. Penelitian menggunakan Rancangan AcakKelompok Faktorial (RAKF). Perlakuan terdiri atas S1D1 (substrat tepung, dosis 1 g), S1D2 (tepung, 3 g), S1D3(tepung, 5 g), S2D1 (ekstrak inulin, 1 g), S2D2 (ekstrak inulin, 3 g), S2D3 (ekstrak inulin, 5 g). Hasil penelitianmenunjukkan bahwa pertumbuhan khamir tertinggi pada perlakuan penggunaan ekstrak inulin dengan dosis 1 gram,dan pertumbuhan terendah pada perlakuan penggunaan tepung dengan dosis 5 gram. Pada masing-masing perlakuan,menghasilkan produk FOS dengan nilai DP yang beragam selama waktu inkubasi 60 jam, hanya perlakuan S2D1(ekstrak inulin, 1g) yang sudah menghasilkan ketiga jenis FOS komersil dalam waktu inkubasi 60 jam. Padaperlakuan S2D1, produk 1-kestosa dihasilkan saat inkubasi 42 jam, produk nystosa saat 48 jam dan produkfruktofurasylnystosa saat 60 jam. Kesimpulan hasil penelitian adalah perlakuan S2D1 paling efektif dalammenghasilkan FOS selama waktu inkubasi 60 jam, sedangkan perlakuan lain dapat menghasilkan FOS yang samajika lama waktu inkubasi diperpanjang.

Kata kunci : inulin, inulinase, derajat polimerisasi, Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-0003

PENDAHULUANFruktooligosakarida (FOS) adalah

oligosakarida yang tersusun atas 2-10 unitmonomer fruktosa dengan ikatan β-(2-1)glikosidik dan satu monomer glukosa denganikatan α-(2-1) glikosidik pada ujungnya (Rossi etal., 2005). FOS merupakan bahan aditif yangsering dimanfaatkan untuk industri pangan,farmasi dan kimia. FOS bernilai fungsional, karenamemiliki manfaat : sebagai prebiotik, serat larut(soluble dietary fiber), faktor stimulat Bifidus,pemanis rendah kalori, bersifat non-karsinogenik,dan berfungsi baik untuk manajemen kesehatansaluran cerna (management gut health)(Pool_Zobel, 2005).

FOS secara luas sudah diaplikasikan dalambeberapa industri makanan dan farmasi.Ketersediaan FOS untuk industri dalam negerisebagian besar masih impor. Produksi FOS di

Indonesia belum berkembang dengan baik, karena: belum adanya produsen FOS, bahan dasar untukproduksi FOS belum banyak dikenal, inovasiteknologi produksi FOS masih bersifat eksploratif,dan FOS belum diasosiasikan dengan baik kepadamasyarakat (Mangunwidjaja, 2009; Wijanarka,2011).

FOS dapat diproduksi dari senyawa inulinsecara enzimatis dengan bantuan mikroorganisme.Inulin adalah suatu polifruktan yang tersusun atasmolekul linear D-fruktofuranosa dengan ikatan β-2-1-glikosidik dan memiliki gugus terminal D-glukosa yang berikatan dengan fruktosa melaluiikatan α-1-2-glikosidik. Inulin terbentuk sebagaikarbohidrat cadangan pada umbi akar beberapatanaman Compositae, seperti jerusalem artichoke,chicory, dan dahlia. (Gupta et al, 1992). Ketigatanaman diatas memiliki kandungan inulin yangtinggi, sehingga sering dimanfaatkan sebagai

sumber penghasil inulin secara komersial. Akantetapi, hanya tanaman dahlia yang dapat cocokdikembangkan di Indonesia (Manguwidjaja, 2009).

Di Indonesia, dahlia dimanfaatkan sebagaitanaman bunga potong. Potensi tanaman dahliadapat dieksplorasi tingkat lanjut pada umbiakarnya. Umbi dahlia mengandung karbohidratinulin yang bernilai komersil dan memiliki nilaifungsional sebagai bahan makanan. Umbi dahliasegar mengandung inulin dengan kadar 72,6%(bk), sedangkan setelah proses ekstraksi lanjutandiperoleh inulin murni sekitar 41,7% (bk) dari totalinulin yang terkandung pada umbi (Widowati dkk.,2005).

Penelitian ini memanfaatkan umbi dahliasebagai sumber inulin dengan dua prosespengolahan, yaitu pembuatan tepung umbi danekstraksi inulin dengan etanol. Tepung umbidahlia merupakan konversi langsung dari umbidahlia dengan penghilangan komponen air,sedangkan ekstrak inulin umbi dahlia yaitu hasildari proses pemisahan senyawa inulin darikomponen lain yang terdapat pada umbi dahlia(Widowati, 2005). Kedua bentuk bahan tersebut,masing-masing akan diuji tingkat selektifitasnyasebagai sumber karbon pada media pengkulturanmikroorganisme uji dalam menghasilkan FOS.Substrat yang selektif dapat menginduksi lebihbaik suatu sel dalam mensintesis enzim inulinase,sehingga dapat menghasilkan produk yangdiinginkan (Rouwenhorst, et al., 1988; Rukmana,2000).

Beberapa mikroorganisme diketahuimemiliki aktivitas inulinase, misalnya jenis khamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003. GenusKluyveromyces diketahui memiliki aktivitasinulinase yang tinggi dalam mendegradasi substratinulin (Singh, 2006). Kelimpahan khamirKluyveromyces marxianus dapat diekplorasi darirhizosfer umbi dahlia (Saryono dkk., 2002).Khamir yang digunakan dalam penelitian, diisolasilangsung dari rhizosfer umbi dahlia yang diperolehdari daerah Bandungan, Ungaran.

Hasil penelitian ini dapat menjadi prospekke depan untuk membangun kemandirian dibidang pangan. Teknologi biokonversi dari bahanbaku umbi dahlia ini memiliki perspektif yangbaik dalam rangka meningkatkan nilai guna umbi

dahlia sebagai salah satu sumber alternatif panganfungsional seperti FOS.

BAHAN DAN METODE1. Pengolahan Umbi Dahlia

a. Pengolahan Umbi Dahlia dalam BentukTepung

Umbi dahlia dibersihkan dari kotoran,dicuci dengan air mengalir, kemudiandikupas, dan diiris tipis-tipis. Irisan tersebutdijemur di bawah sinar matahari langsung dandikeringanginkan, atau dikeringkan dalamoven suhu 80°C. Irisan umbi yang sudahkering dihaluskan dengan chopper ataudigiling hingga hancur dan disaring denganayakan 60 mess, sehingga dihasilkan serbukhalus atau tepung (Widowati, 2009).

b. Pengolahan Umbi Dahlia dalamMenghasilkan Ekstrak Inulin

Umbi dahlia dibersihkan dari kotoran,dicuci dengan air mengalir, kemudiandikupas, dipotong kecil-kecil dan diblenderdengan penambahan air 1:2 (b:v).Selanjutnya, dipanaskan pada penangas airdengan suhu 80-90°C selama ± 30 menit.Setelah dingin, disaring dan diambilfiltratnya. Filtrat dilarutkan dalam etanol 30%sebanyak 40% dari volume filtrat. Larutandisimpan pada suhu 0°C selama ± 18 jam.Larutan dibiarkan pada suhu ruang selama 2jam atau didiamkan hingga terdapat endapan.Endapan yang diperoleh merupakan inulinbasah I yang selanjutnya dilarutkan kembalidengan air dengan volume 1:2 (b:v). Proseslanjut sama seperti diatas hingga diperolehendapan inulin basah II. Tahap akhir, inulinbasah II dikeringkan pada suhu 50-60°Cselama 6-7 jam dan dihaluskan hinggamenjadi serbuk inulin (Widowati dkk., 2005).

2. Pembuatan Media Kultur KhamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003a. Media Kultur Starter

Ekstrak inulin dari umbi dahliasebanyak 1 gram dilarutkan dalam 100 mLakuades, dipanaskan pada suhu 50°C selama10 menit atau hingga larut. Selanjutnya,ditambahkan 0,5 g (NH4)2SO4; 0,05 gMgSO4.7H2O; 0,3 g KH2PO4; 0,01 gCaCl2.2H2O; 0,4 g Na2HPO4; 0,2 g ekstrak

yeast dan 0,5 g pepton pada pH 6 (Pessoa &Vitolo, 1999). Sterilisasi dengan autoklafpada suhu 121°C, tekanan 2 atm selama 15menit.

b. Media Kultur PerlakuanVariasi jenis dan dosis sumber karbon

menjadi faktor perlakuan pada penelitian ini.Adapun jenis sumber karbon untuk perlakuan,yaitu tepung umbi dahlia dan ekstrak inulinumbi dahlia dengan dosis masing-masing 1 g,3 g dan 5 g. Tepung dan ekstrak inulin umbidahlia masing-masing dilarutkan dalam 100mL akuades, dipanaskan selama 25 menit dandisaring. Filtrat yang dihasilkan ditambahkankomponen mineral yang sama seperti di atas.Jika volume filtrat berkurang, maka dilakukanpenambahan akuades hingga volume menjadi100 mL. Kemudian, dilanjutkan denganpengecekan pH 6 dan sterilisasi pada suhu121°C, tekanan 2 atm selama 15 menit.

3. Pembuatan StarterSatu ose isolat khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 diinokulasikan kedalam 50 mL media kultur starter, dandiinkubasi dengan agitasi 150 rpm pada suhuruang selama 20 jam untuk aktivasi awal(prestarter) dengan kepadatan kultur 1,8x107

sel/mL. Selanjutnya, kultur prestarter diaktivasi kembali ke dalam 100 mL mediakultur starter selama 15 jam (kepadatan kultur2,5x107 sel/mL), dan digunakan sebagaistarter dalam produksi fruktooligosakarida(FOS) pada tahap lanjut.

4. Pengkulturan Khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 pada MediaPerlakuan

Kultur starter sebanyak 10% (v/v)diinokulasikan dalam 100 mL mediaperlakuan, dan diinkubasi dengan agitasi 150rpm pada suhu ruang selama 60 jam.Pengambilan kultur sampel sebanyak 5 mLdilakukan setiap 6 jam untuk mengukurpertumbuhan sel secara langsung denganmetode turbidimetri menggunakanspektrofotometer pada λ 520 nm. Nilaikerapatan optis (OD) yang dihasilkan dapatmemperlihatkan pola pertumbuhan khamirselama masa inkubasi, serta dapat

disinkronkan dengan produkfruktooligosakarida yang dihasilkan.

5. Penentuan Produk Fruktooligosakarida (FOS)Produk FOS terbentuk dari aktivitas enzimatiskhamir Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 pada media perlakuan. Keberadaan FOSdalam media perlakuan dapat diketahuimelalui pengukuran derajat polimerisasi (DP).Nilai DP ditentukan dari perbandingan kadartotal gula dan fruktosa dalam media, denganrumusan :

Derajat Polimerisasi (DP) =

DP FOS berkisar 2–10, nilai tersebutmenunjukkan jumlah unit monomer fruktosapenyusun FOS, sebab FOS merupakan suatuoligomer yang tersusun atas 2-10 unit monomerpenyusunnya (Yun et al, 1999).a. Pengukuran Kadar Fruktosa

Kultur sampel disentrifugasi dengankecepatan 3000 rpm selama 20 menit padasuhu ruang. Supernatan hasil sentrifugasidiambil sebanyak 1 mL dan direaksikandengan reagen DNS sebanyak 1 mL. Larutantersebut dididihkan selama 10 menit hinggaterjadi perubahan warna. Larutan diencerkandengan 5 mL akuades dan diukur kerapatanoptisnya menggunakan spektrofotometer padaλ 570 nm (Chaplin dan Kennedy, 1994).Kadar fruktosa ditentukan dengan rumusan :

Kadar Fruktosa (mg/mL) =

b. Pengukuran Kadar Total GulaSisa supernatan hasil tahap pengukuran

fruktosa, diambil sebanyak 0,2 mLdireaksikan dengan 0,2 mL fenol 5% dalamtabung reaksi, kemudian ditambah dengan 1mL H2SO4 pekat secara cepat, dan langsungtertuju pada permukaan campuransupernatan–fenol tanpa bersentuhan dengansisi tabung. Larutan didiamkan selama 10menit, selanjutnya digojog secara cepatdengan homogenisator. Larutan diencerkandengan 5 mL akuades dan digojog kembali.

Selanjutnya, dididihkan selama 15 menit dandiukur kerapatan optisnya pada λ 480 nmdilakukan setelah larutan dingin (Chaplin danKennedy, 1994). Kadar total gula ditentukandengan rumus :

Kadar Total Gula (µg/mL) =

Parameter Penelitian Pertumbuhan khamir Kluyveromyces

marxianus DUCC-Y-003 pada mediaperlakuan.

Produk fruktooligosakarida (FOS) yangterbentuk pada media perlakuan yang terukurdari besarnya nilai derajat polimerisasi.

Rancangan PercobaanPenelitian dilaksanakan secara

eksperimental menggunakan Rancangan AcakKelompok Faktorial (RAKF) dengan 3 kelompokulangan. Adapun faktor perlakuan yaitu jenissumber karbon (notasi = S) dan dosis (notasi = D).ـ S1 : tepung umbi dahliaـ S2 : ekstrak inulin dari umbi dahliaـ D1 : dosis 1 gramـ D2 : dosis 3 gramـ D3 : dosis 5 gram

Kombinasi perlakuan sebagai berikut :

Perlakuan D1 D2 D3

S1 S1D1 S1D2 S1D3

S2 S2D1 S2D2 S2D3

Data hasil penelitian yang dianalisis statistikadalah nilai derajat polimerisasi FOS dari berbagaiperlakuan. Analisis data menggunakan metodeanalisis sidik ragam (ansira) dan dilanjutkandengan uji BNT (Beda Nyata Terkecil) pada tarafsignifikan 5% (P < 0,05) (Hanafiah, 1993).

HASIL DAN PEMBAHASANTepung umbi dan ekstrak inulin dari umbi

dahlia mampu berperan sebagai substratpertumbuhan khamir Kluyveromyces marxianusDUCC-Y-003. Khamir ini dapat mendegradasikedua substrat, karena mampu mensintesis enzim

inulinase. Sintesis enzim inulinase terjadi karenaadanya induksi dari substrat yang selektif, yaituinulin. Interaksi antara enzim inulinase dansubstrat inulin akan membentuk kompleks enzimsubstrat (ES). Selanjutnya, adanya kompleks ESmaka dapat terbentuk suatu produk (P), misalnyafruktooligosakarida (FOS).

Hasil penelitian ini, menunjukkan bahwapenggunaan substrat tepung dan ekstrak inulin dariumbi dahlia dapat menghasilkan produk FOS darihasil aktivitas enzimatis khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003. FOS yang dihasilkanterdapat dalam cairan media kultur. KeberadaanFOS merupakan hasil dari pertumbuhan danaktivitas degradatif khamir terhadap substrat. Olehkarena itu, untuk mengetahui efektifitas keduajenis substrat tersebut, maka dilakukanpengamatan terhadap perbedaan pertumbuhankhamir dan produk FOS yang dihasilkan padacairan media tumbuh khamir.1. Perbedaan Pertumbuhan KhamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 padaMedia Tepung dan Ekstrak Inulin dari UmbiDahlia

Pengukuran pertumbuhan khamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 padamedia tumbuh merupakan salah satu aspek yangdiamati dalam penelitian. Hal ini berkaitan denganaktivitas degradatif khamir terhadap substrat untuktumbuh dan berkembang, sehingga membentukproduk seperti FOS. Pertumbuhan pada suatumikroorganisme adalah penambahan secara teratursemua komponen sel suatu mikroorganisme.Pertumbuhan dapat diamati dari meningkatnyajumlah sel atau massa sel (Fardiaz, 1992).Pertambahan massa sel khamir terjadi karenakhamir memperoleh nutrisi dari media kultur danmampu memanfaatkannya untuk tumbuh danberkembang.

Pertumbuhan dapat diukur secara tidaklangsung dengan mengukur turbiditas cairan mediatumbuh. Metode ini digunakan untuk menaksir(memperkirakan) berat atau jumlah biomassa totaldalam suspensi kultur. Turbiditas dapat diukurmenggunakan alat spektrofotometer. Prinsip kerjaalat ini adalah pengukuran kerapatan atau densitaspopulasi mikroorganisme dalam media tumbuhmelalui banyak sedikitnya cahaya yang diserapatau diteruskan (kerapatan optis / OD). Semakin

pekat atau semakin banyak populasimikroorganisme, maka cahaya yang diserapsemakin banyak dan yang diteruskan semakinsedikit. Pertumbuhan mikroorganisme pada mediatumbuh akan ditunjukkan dengan bertambahnyanilai kerapatan optis dengan bertambah lamanyawaktu inkubasi pada media (Poedjiadi, 2006).

Hasil pengamatan pertumbuhan khamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 padamedia tepung umbi dahlia dan ekstrak inulindengan berbagai dosis (1 g, 3 g, 5 g) terdapat padaGambar 4.1. Penggunaan tepung umbi dahlia danekstrak inulin dalam media kultur berperan sebagaisumber karbon bagi pertumbuhan khamir. Karbonmerupakan elemen makronutrien utama yangberperan penting bagi sistem metabolismekhususnya sebagai kerangka makromolekul selulerdari khamir (Waluyo, 2004).

Gambar 1. Kurva pertumbuhan K. marxianus DUCC-Y-003 pada media perlakuan (S1D1 =Tepung 1 g, S1D2 = Tepung 3 g, S1D3 =Tepung 5 g, S2D1 = Ekstrak 1 g, S2D2 =Eksrak 3 g, S2D3 = Ekstrak 5 g).

Berdasarkan gambar kurva pertumbuhan diatas, semua perlakuan menunjukkankecenderungan pola pertumbuhan khamir yangsama. Kurva pertumbuhan tersebutmemperlihatkan pola pertumbuhan sel khamirpada kurun waktu inkubasi 60 jam. Polapertumbuhan tertinggi terlihat pada perlakuanekstrak inulin 1 g (S2D1) dan yang terendah

terlihat pada perlakuan tepung umbi dahlia 5 g(S1D3).

Pertumbuhan sel khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 tertinggi terjadi padamedium yang bersumber karbon ekstrak inulinsebanyak 1 g / 100 mL medium. Adapunpeningkatan dosis hingga 3 g dan 5 g,menunjukkan pertumbuhan sel yang semakinlambat. Artinya, semakin tinggi dosis ekstrakinulin, menyebabkan peningkatan viskositassehingga sel khamir membutuhkan waktu lebihlama untuk mensintesis enzim yang berperandalam katabolisme inulin.

Kondisi serupa tampak pada perlakuantepung umbi dahlia yang ditunjukkan denganpertumbuhan tertinggi sel khamir pada dosis 1 g.Penambahan dosis hingga 3 g dan 5 g jugamenyebabkan pertumbuhan sel khamir menjadilambat. Hal ini disebabkan sel khamir mengalamitingkat kejenuhan dalam mendegradasi substratyang terlalu pekat.

Aktivitas khamir dalam menghidrolisismedia perlakuan merupakan salah satu bentukaktivitas enzimatik dalam memecah inulin menjadifruktooligosakarida (FOS). Peningkatan dosissubstrat inulin dapat meningkatkan laju reaksienzim inulinase, namun penambahan tingkat lanjutdapat menyebabkan penurunan laju reaksi padaenzim inulinase karena enzim jenuh dengansubstrat (Page, 1989). Kondisi enzim menjadijenuh dengan substrat berarti sisi aktif enzim yangsemula sangat sensitif terhadap substrat yangkompatibel, pada akhirnya menjadi reaktif karenaterjadi penurunan fungsi. Besar dosis substratberhubungan dengan kompleks enzim substratyang terbentuk dan berpengaruh terhadapkecepatan reaksi enzim (Lehninger, 1982).

Perbandingan pertumbuhan khamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 antaramedia tepung umbi dan ekstrak inulin,menunjukkan hasil lebih baik pada media ekstrakinulin. Khamir lebih mudah mendegradasi ekstrakinulin, alasannya komponen senyawa inulin yangterkandung di dalamnya lebih murni karena sudahmelalui proses ekstraksi bertingkat denganmenggunakan pelarut etanol (Widowati, 2005).Berbeda dengan tepung umbi dahlia menghasilkanpertumbuhan lebih lambat karena khamirmembutuhkan waktu lebih lama untuk mensintesis

enzim inulinase. Inulinase bekerja selektif denganadanya substrat inulin. Pada tepung umbi dahlia,belum dilakukan separasi (pemisahan) tingkatlanjut senyawa inulin dari campuran senyawa lainyang terkandung dalam umbi dahlia.

Pertumbuhan khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 pada media perlakuanmerupakan hasil dari aktivitas khamir dalammensintesis enzim inulinase. Enzim inulinasetermasuk enzim induktif atau adaptif yangdisintesis ketika terinduksi substrat inulin(Poedjiadi, 2006). Hal ini dibuktikan melalui kurvapertumbuhan 4.1. yang menunjukkan bahwapertumbuhan khamir Kluyveromyces marxianusDUCC-Y-003 pada ekstrak inulin lebih tinggidaripada tepung. Adanya selektifitas media dengansumber karbon ekstrak inulin menyebabkanpeningkatan sintesis enzim inulinase pada khamir.Berbeda pada tepung umbi dahlia masihterkandung material lain yang dapat menghambatpertumbuhan khamir. Keberadaan material selaininulin menyebabkan penurunan efektifitas khamirdalam mensintesis enzim inulinase, sehinggaberpengaruh pada penurunan pertumbuhan khamir(Saryono, 2008).

Penggunaan tepung umbi dahlia untukmemproduksi FOS kurang efektif dari segi waktuproduksi. Akan tetapi, dalam rangka memperolehmanfaat inulin dari umbi dahlia, prosedurpembuatan tepung umbi jauh lebih sederhana danterjangkau dibanding proses ekstraksi bertingkat.Berdasarkan gambar 4.1., tepung umbi jugamampu dimanfaatkan khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 untuk mendukungpertumbuhannya. Oleh karena itu, penggunaantepung umbi dahlia dapat menjadi alternatif untukproses produksi FOS yang lebih sederhana.2. Perbedaan Produksi Fruktooligosakarida(FOS) oleh Khamir Kluyveromyces marxianusDUCC-Y003 pada Media Tepung dan EkstrakInulin Umbi Dahlia

Fruktooligosakarida (FOS) adalah bahanaditif yang sering dimanfaatkan dalam industrimakanan, farmasi dan kimia. FOS memiliki nilaifungsional terhadap kesehatan konsumennya. Jenisoligosakarida ini dapat diproduksi dari fraksinasisenyawa polimer inulin dengan bantuan kerjaenzim inulinase. Kerja inulinase terbagi menjadidua aksi pemotongan, yaitu endoinulinase, enzim

inulinase memotong rantai inulin di bagian dalammenghasilkan oligosakarida, dan eksoinulinase,enzim inulinase memotong rantai inulin di bagianterminal menghasilkan fraksi-fraksi fruktosa (Yunet al., 1999).

Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-003merupakan jenis khamir inulinolitik karenamampu melakukan aktivitas inulinase secaraekstraseluler terhadap substrat inulin. Aktivitasinulinase khamir ini merupakan sarana dalammendukung pertumbuhannya. Hasil dari aktivitasinulinase dalam mengkatalisis substrat inulin yaituberupa beragam oligofruktosa (FOS) sertamonomer fruktosa. Dalam penelitian berikut,produksi FOS dilakukan secara mikrobialenzimatis, yaitu produksi FOS denganmemanfaatkan aktivitas enzim yang dihasilkandari kultur mikroorganisme.

Pengkulturan khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003 pada media perlakuanselama 60 jam telah mampu menghasilkan FOS.Keberadaan FOS dalam media kultur dapat diukurmelalui nilai derajat polimerisasi (DP) yangditentukan dari perbandingan antara kadar totalgula dan kadar fruktosa dalam media.4.2.1 Analisa Total Gula pada Media Kultur

Total gula atau yang disebut juga dengantotal karbohidrat menurut Apriyantono et al (1986)merupakan jumlah dari keseluruhan gulasederhana, oligosakarida, polisakarida danturunannya. Analisa untuk menentukan total gulaini dilakukan dengan metode fenol. Bahan sampelharus berupa cairan jernih yang direaksikandengan fenol dan asam sulfat pekat, sehinggamenghasilkan warna coklat kekuningan yangstabil. Oleh karena itu, sampel media kultur harusdisentrifugasi terlebih dahulu sehinggamendapatkan supernatan (crude) yang jernih.Analisis total gula dilakukan secara spektroskopi(λ 480 nm) dan dihitung berdasarkan persamaankurva standar fenol, yaitu :

Y = – 2,1218 + 0,0003698 X

Keterangan :Y = nilai absorbansi pada sampel mediaX = kadar total guladalam media (µg/mL).

Data nilai total gula pada sampel mediakultur setiap 6 jam selama 60 jam terdapat padalampiran 2. Berikut adalah data nilai total gulayang dituangkan dalam grafik :

Gambar 2. Grafik nilai total gula pada media perlakuanselama 60 jam.

Berdasarkan grafik di atas, semakin lamawaktu inkubasi terjadi penurunan nilai total guladalam media. Kondisi ini terjadi karena kulturkhamir aktif melakukan aktivitas enzimatikdengan memecah polimer inulin yang terkandungdalam substrat menjadi komponen monomer-monomer bebas. Semakin lama, rantai polimerinulin menjadi semakin pendek, ditunjukkan darinilai kadar total gula yang semakin menurun.Polimer panjang inulin telah terpecah menjadibeberapa bagian, yaitu beragam oligomer fruktosa(oligo-fruktosa) dan monomer-monomer fruktosabebas.4.2.2 Analisa Kadar Fruktosa pada MediaKultur

Fruktosa termasuk dalam golongan gulapereduksi, sebab dalam struktur molekulnyamengandung gugus keton (Goutara dan Widjandi,1975). Oleh karena itu, analisis kadar fruktosadilakukan dengan metode DNS secaraspektroskopi (λ 570 nm). Penentuan kadarfruktosa dihitung berdasarkan persamaan kurvastandar fruktosa, yaitu :Y = – 0,0288 + 0,5398 XKeterangan : Y = nilai absorbansi pada sampelmedia

X = kadar fruktosa dalam media(mg/mL).

Pengukuran kadar fruktosa diperlukan untukmengetahui banyaknya poli-fruktosa inulin yangtelah dikonversi menjadi monomer fruktosa. Datanilai kadar fruktosa pada sampel media kultursetiap 6 jam selama 60 jam terdapat pada lampiran2. Berikut adalah data kadar fruktosa yangdituangkan dalam grafik :

Gambar 3. Grafik kadar fruktosa pada mediaperlakuan selama 60 jam.

Lama waktu inkubasi media kultur khamirberpengaruh terhadap nilai kadar fruktosa dan totalgula dalam media. Semakin lama waktu inkubasi,nilai kadar fruktosa semakin tinggi karena semakinlama suatu bahan dihidrolisis maka pemutusanrantai yang terjadi akan semakin banyak pula,hampir sebagian besar bahan telah dihidrolisismenjadi monomer. Sebaliknya, semakin lamawaktu inkubasi, nilai kadar total gula semakinturun, karena banyaknya polisakarida semakinberkurang terpotong-potong menjadi molekul yanglebih sederhana, seperti oligosakarida, disakaridadan monosakarida.4.2.3 Pengaruh Total Gula dan FruktosaTerhadap Derajat Polimerisasi

Hidrolisis inulin menjadi FOS termasukdalam proses hidrolisis sebagian (partialhydolysis). Hidrolisis parsial memotong rantaipolifruktosa (inulin) secara random sehinggadidapatkan sejumlah monosakarida (glukosa danfruktosa) serta oligosakarida (fruktooligosakarida)(Chaplin dan Kennedy, 1994).

FOS pada penelitian ini ditentukan daribesarnya nilai derajat polimerisasi (DP).Penentuan nilai DP dipengaruhi oleh kadar totalgula dan kadar gula pereduksi (fruktosa). Semakinbesar kadar total gula dan semakin kecil kadarfruktosa yang didapat maka nilai DP akan semakinbesar, dan sebaliknya. Oleh karena itu, denganlamanya waktu inkubasi kultur akan didapat nilaiDP yang semakin turun. Data hasil perhitungan DPFOS selama 60 jam terdapat pada lampiran 2.Berikut adalah nilai DP FOS yang dituangkandalam grafik :

Gambar 4.4. Derajat polimerisasi FOS yang terbentukselama inkubasi 60 jam pada mediaperlakuan.

Besar nilai derajat polimerisasimenunjukkan jumlah unit monomer padamakromolekul atau molekul oligomer dalam suaturantai (IUPAC, 1997). Nilai DP FOS sangatbervariasi. Secara umum, DP FOS berkisar 2-10,karena FOS adalah jenis oligosakarida yangmemiliki susunan monomer antara 2-10 unit (Yunet al, 1999). Namun, jenis FOS yang seringdimanfaatkan secara komersil memiliki nilai DP 3-5. FOS komersil umumnya mengandung campurandari tiga jenis gula, yaitu 1-kestosa (GF2) denganDP 3, nystosa (GF3) dengan DP4, danfruktofuranosylnystosa (GF4) dengan DP 5.Formula FOS yaitu GFn, G : molekul glukosa, F :molekul fruktosa, dan n : jumlah fruktosa. Olehkarena itu, nilai DP menentukan formula FOSyang terbentuk (Playne dan Crittenden, 1996;Santos, 2007).

Berdasarkan gambar 4.4, semakin lamawaktu inkubasi terjadi penurunan nilai derajatpolimerasi. Kondisi ini menunjukkan bahwaterdapat aktivitas inulinase oleh khamirKluyveromyces marxianus DUCC-Y-003 dalammenghidrolisis inulin menjadi FOS. Secaraberkala, khamir melakukan aktivitas inulinasedengan memecah rantai polimer inulin menjadioligomer-oligomer yang semakin lama semakinpendek. Pemotongan rantai inulin oleh enziminulinase akan menghasilkan jenis-jenisoligosakarida dengan komposisi molekul fruktosayang beragam.

Keberadaan FOS dalam media kultur dapatdilihat dari nilai DP yang terbentuk (lampiran 2).Pada perlakuan S1D1, pembentukan FOS mulaiterjadi pada waktu 24 jam, S1D2 pada waktu 30jam dan S1D3 pada waktu 42 jam. Sedangkan,pada perlakuan S2D1 pembentukan FOS terjadilebih awal yaitu 6 jam, S2D2 dan S2D3 padawaktu 12 jam. Hasil tersebut menunjukkan bahwamedia kultur dengan sumber karbon ekstrak inulin(S1) lebih cepat dalam menghasilkan produk FOS,sedangkan pada sumber karbon tepung umbi (S2)membutuhkan waktu yang lebih panjang dalammenghasilkan produk FOS. Hal ini berarti, kulturkhamir lebih mudah terinduksi untuk mensintesisenzim inulinase pada media dengan sumber karbonekstrak inulin. Jumlah dosis sumber karbon jugaberpengaruh terhadap aktivitas khamir dalammensintesis enzim, semakin banyak dosis sumberkarbon maka semakin tinggi viskositas mediakultur (pekat). Media kultur yang pekat dapatmenurunkan agitasi dan aerasinya, sehinggaberpengaruh terhadap pertumbuhan kultur khamir.Pertumbuhan khamir yang kurang optimal padaakhirnya dapat berpengaruh terhadap lambatnyaproduk FOS yang dihasilkan.

Analisis statistik nilai DP FOS dilakukanpada waktu inkubasi 12 jam, 24 jam, 36 jam, 48jam dan 60 jam. Hasil analisis ragam modelRancangan Acak Kelompok Faktorial (RAKF)memperlihatkan bahwa faktor perlakuan jenis dandosis sumber karbon berpengaruh nyata terhadapnilai DP FOS yang terbentuk (lampiran 3).Sedangkan, kelompok ulangan tidak berpengaruhterhadap nilai DP FOS. Pengujian lanjutmenggunakan uji BNT pada α = 0.05, yaitusebagai berikut :

Tabel 4.1. Hasil uji BNT pengaruh perlakuan terhadap DP FOS pada taraf signifikan 5%

Jenis Substrat KonsentrasiWaktu Inkubasi (jam)

12 24 36 48 60

S1 D1 14,20c 10,66d 8,12d 6,62c 4,34b

D2 15,55d 12,33e 9,20e 6,89d 5,57d

D3 17,88e 14,31f 11,45f 8,83e 6,59e

S2 D1 8,59a 6,65a 5,53a 4,45a 3,08a

D2 8,91a 7,32b 5,90b 5,29b 4,47c

D3 10,65b 9,00c 7,73c 6,93d 5,49d

Hasil uji BNT untuk nilai DP FOS padatabel 4.1 menunjukkan bahwa perlakuan terbaikdalam tiap waktu inkubasi terdapat pada perlakuanS2D1 (sumber karbon ekstrak inulin dengan dosis1 gram). Hal ini berarti, pada waktu inkubasi yangsama namun dengan perlakuan yang berbeda dapatberpengaruh terhadap laju aktivitas enzimatiskhamir Kluyveromyces marxianus DUCC-Y-003dalam menghidrolisis sumber karbon pada mediakultur untuk memproduksi FOS. Pada perlakuansumber karbon tepung umbi, sebenarnyamenunjukkan hasil adanya pembentukan FOSdalam media kultur, namun membutuhkan waktuinkubasi yang lebih panjang.FOS umumnya memiliki nilai DP 2-10, namunFOS yang dimanfaatkan secara komersialmemiliki nilai DP 3-5. DP 3 disebut 1-kestosa, DP4 disebut nystosa, DP 5 disebutfruktofurasylnystosa. Pada masing-masingperlakuan, selama waktu inkubasi 60 jam telahmenghasilkan produk FOS dengan nilai DP yangberagam. Akan tetapi, hanya perlakuan S2D1(ekstrak inulin, 1g) yang sudah menghasilkanketiga jenis FOS komersil dalam waktu inkubasi60 jam. Pada perlakuan S2D1, produk 1-kestosadihasilkan saat inkubasi 42 jam, produk nystosasaat 48 jam dan produk fruktofurasylnystosa saat60 jam. Oleh karena itu, penggunaan sumberkarbon berupa ekstrak inulin dengan dosis 1 grammenunjukkan hasil yang lebih efektif selama

waktu inkubasi 60 jam dibanding denganperlakkuan yang lain.

KESIMPULANKedua jenis sumber karbon, yaitu tepung

umbi dahlia dan ekstrak inulin dari umbi dahlia,mampu berperan sebagai induser terhadap sintesisenzim inulinase oleh khamir Kluyveromycesmarxianus DUCC-Y-003, namun ekstrak inulinmenunjukkan hasil lebih efektif untukmemproduksi FOS. Sumber karbon ekstrak inulinlebih efektif sebagai substrat untuk memproduksiFOS. Selama waktu inkubasi 60 jam telah mampumenghasilkan produk FOS komersil berupa : 1-kestosa yang dihasilkan saat inkubasi 42 jam,nystosa saat 48 jam dan fruktofurasylnystosa saat60 jam. Penambahan dosis sumber karbon tidakselalu sejalan dengan bertambah optimalnyaproduk FOS yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKAAdmin. 2003. Dahlia, Cantik Bunganya dan Manis

Umbinya. http://halalmu.or.id/Kunyit CMS-Haltek.net. 23 Jun 2003, 11:08:16.

Andyani, N.F. 2001. Produksi Sirup Fruktosa dariInulin Dahlia Pinnata Cav. secara HidrolisisAsam. Skripsi, unpublished. FakultasTeknologi Pertanian, Institut PertanianBogor.

British Pharmacopedia. 1980. London HerMajesty’s Stationery Office, London.

Chaplin, M. F. and J. F. Kennedy. 1994.Carbohydrat Analysis: A PracticalApproach. 2nd Edition. Oxford UniversityPress, Oxford.

Fardiaz, S. 1992. Mikrobiologi Pangan. PusatAntar Universitas Pangan Gizi. Bogor.

Farrar, J.F. & C.J. Pollock. 1993. The Biology ofFructans. di dalam Kerepesi, I.; M. Tόth; L.Boross. 1996. Water-Soluble Carbohydratesin Dried Plant. J. Agric. Food Chem. 44 :3235-3239.

Georgescu, L.A. and I. Stoica. 2005. StudiesConcerning the Dynamic of EnzymeHydrolyse on the Jerusalem artichoke(Helianthus tuberosus) Inulin. Journal ofFood Technology. 1:77-81.

Gibson, G and F.Angus. 2000. LFRA IngredientsHandbook Prebiotics and Probiotics.Leatherhead Food RA Publishing Limited,Randalls Road, Leatherhead, Surney KT227RY.

Gupta, A. K., Kaul, N. and Singh, R. 1992. AComparison of Properties of Inulinases ofFusarium oxysporum Immobilized onVarious Supports. J. Chem. Technol.Biotechnol. 53 : 293-296.

Hanafiah, K. A. 1993. RancanganPercobaan:Teori dan Aplikasi. RajawaliPress. Jakarta.

Kompas. 2011. Prebiotik Inulin dari Umbi Dahlia.14 April 2011. 04:13

Kusumawati, I, N. C. Zaini. 2005. PengaruhSenyawa Prebiotik dari Bawan Merah(Allium cepa) Terhadap PertumbuahanBakteri Probiotik. Majalah FarmasiErlangga, Vol.5 (1):20-24.

Lehninger, Albert L. 1982. Dasar-dasar Biokimia,Jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Lisal, J. S. 2005. Konsep Probiotik dan Prebiotikuntuk Modulasi Mikrobiota Usus Besar. J.Med. Nus. Vol. 26 (4):256-262.

Livingston, D.P. 1990. Fructan Precipitation fromWater/Ethanol Extract of Oat and arley. Didalam Kerepesi, I., Tόth, M. dan Boross, L.1996. Water-Soluble Carbohydrates in DriedPlant. J. Agric. Food Chem. 44: 3235-3239.

Malcolm, P.S., 2001. Polymer Chemistry : AnIntroduction, diindonesiakan oleh Lis

Sopyan, cetakan pertama, PT PradnyaParamita : Jakarta.

Mangunwidjaja, D., Rahayuningsih, M., Purwoko.2011. Biokonversi Inulin Umbi Dahliamenjadi Fruktosa dan Fruktooligosakarida.Artikel 101 Inovasi Indonesia 2009.Departemen Teknologi Industri. IPB.

Nakamura, T., Y. Ogata, A.Shitasa, A. Nakamuradan K. Ohta. 1995. Continuous Productionof Fructose Syrups from Inulin byImmobilized Inulinase from Aspergillusniger Mutan 817. J. Ferment. and Bioeng.Vol. 80(2):164-169.

Oku, T. and S. Nakamura. 2002. Digestion,Absorption, Fermentation and Metabolismof Functional Sugar Substitutes and TheirAvailable Energy. Pure and AppliedChemistry. Vol 74(7):1253-1261.

Page, D. S. dan R. Soendoro. 1989. Prinsip-prinsip Biokimia. Edisi ke-2. Erlangga.Jakarta.

Pessoa, A. and M. Vitolo. 1999. Inulinase fromKluyveromyces marxianus : culture mediumcomposition and enzyme extraction. Braz. J.Chem. Eng. Vol 16. No 3.

Poedjiadi, A. 2006. Dasar-dasar Biokimia. UIPress. Jakarta.

Pool-Zobel BL. 2005. Inulin-type Fructans andreduction in colon cancer risk. Br J Nutr. 93Suppl 1: S73-90.

Priest, F.G and I. Campbell. 1987. BrewingMicrobiology, 2nd Edition. Chapman & Hall.London.

Rahayuningsih, M. & R. Purnawati. 1993.Perbaikan Konversi Mikrobial InulinMenjadi Fruktosa. di dalam Susdiana, Y.1997. Ekstraksi dan Karakterisasi Inulin dariUmbi Dahlia (Dahlia pinnata Cav). Skripsi,unpublished. Fakultas Teknologi Pertanian,Institut Pertanian Bogor.

Rossi, M, C. Corradini, A. Amaretti, M. Nicolini,A. Pompei, S. Zanoni, D. Matteuzzi. 2005.Fermentation of Fructooligosaccharides andInulin by Bifidobacteria : a ComparativeStudy of Pure and Fecal Cultures. J. Appl.Env. Microbiol. 71:6150-6158.

Rouwenhorst, R.J., L.E. Visser, A.A. Van derBaan, W.A. Scheffers & J.P. Van Dijken.1988. Production, Distribution, and Kinetic

Properties of Inulinase in ContinuousCultures of Kluyveromyces marxianus CBS6556. J. Appl. & Env. Microbiol. 54 (5):1131-1137.

Rouwenhorst, R.J., Marco, H., John, V., W.Alexander, S., and J.P. Van Dijken. 1990.Structure and Properties of the ExtracellularInulinase of Kluyveromyces marxianus CBS6556. Appl & Env. Microbiol (11):3337-3345.

Rukmana, R. 2000. Dahlia : Prospek Agribisnisdan Teknik Budidaya. Kanisius. Yogyakarta.

Sangeetha, P. T, M. N. Ramesha, S. G. Prapullaa.2005. Recent Trend in the MicrobialProduction, Analysis and Applications ofFructooligosaccharides. Trend in FoodScience & Technology. Vol 16 : 442-457.

Santos, A. M. P and F. Maugeri. 2007. Synthesisof Fructooligosaccharides from SucroseUsing Inulinase from Kluyveromycesmarxianus. J. Food Technol and Biotechnol.Vol 45 (2):181-189.

Saptono, R. 2008. Kimia Polimer. DepartemenMetalurgi dan Material FTUI. Jakarta.

Saryono, P. Sulistyati., D. Zul, dan A. Martina.1997. Identifikasi Jamur Pendegradasi Inulinpada Rizosfer Umbi Dahlia (Dahliavariabilis). Jurnal Natur Indonesia 11 (1):22-27.

Saryono, A. Martina, dan A.M. Chainulfifah.2002. Isolasi dan Karakterisasi JamurPenghasil Inulinase yang Tumbuh padaUmbi Dahlia. Jurnal Natur Indonesia 4 (2):171-177.

Saryono. 2008. Isolasi dan Karakteristik Inulinasedari Aspergillus niger Gmn11.1 GalurLokal. Jurnal Natur Indonesia 11 (1): 19-23.

Singh, P. Gill, K. Prabhjot. 2006. Production ofInulinase : Recent Advances. Food Technol.Biotechnol 44 (2) : 151-162.

Singh, R.S.; Sooch, B.S.; Puri M.2007.Optimization of medium and processparameters for the production of inulinasefrom a newly isolated Kluyveromycesmarxianus YS-1. Biores. Technol. 98 : 2518-2525.

Sudarmadji, S. Bambang H. dan Suhardi. 1984.Analisa Bahan Makanan dan Pertanian.Edisi ke-3. Penerbit Liberty bekerjasama

dengan PAU Pangan dan Gizi UGM.Yogyakarta.

Susdiana, Y. 1997. Ekstraksi dan KarakterisasiInulin dari Umbi Dahlia (Dahlia pinnataCav). Skripsi, unpublished. FakultasTeknologi Pertanian, Institut PertanianBogor.

Vandamme, E. J. and D.G. Derycke. 1983.Microbial Inulinase: Fermentation Process,Properties and Applications. Advance inAppl. Micro 29: 139-176.

Waluyo, L. 2004. Mikrobiologi Umum.Universitas Muhammadiyah Press. Malang.

Wang, X. and G. R. Gibson. 1993. Effect of invitro Fermentation of Oligofructose andInulin by Bacteria Growing in the HumanLarge Intestine. J. Appl. Bact. 75:373-380.

Wardhanu, A. P. 2009. Kharakteristik danMorfologi Yeast.http://apwardhanu.wordpress.com/. 15Januari 2009, 10:56.

Widowati, S., Titi, C.S., Zahrani. 2005. Ekstraksi,Karakterisasi, dan Kajian Potensi PrebiotikInulin dari Umbi Dahlia (Dahlia pinnata L.).Jurnal IPB, Bogor.

Widowati, S. 2009. Tepung Aneka Umbi : SebuahSolusi Ketahanan Pangan. Sinar Tani Edisi6-12, No.3302 Tahun XXXIX. Balai BesarPenelitian dan Pengembangan PascapanenPertanian. Bogor.

Wijanarka, Sutariningsih, E., Dewi, K., Indrianto,A. 20011. Isolasi Yeast Inulinolitik danOptimasi Produksi Inulinase pada BerbagaiKonsentrasi Nitrogen Yeast Ekstrak SebagaiSumber N. BIOMA 13 (1).

Xiao, R., Masatoshi, T. and Shoici, T. 1988Inulinase from Crysosorium pannorum. J.Ferment and Tech 66 (5) : 244-248.

Yun, J. W, C. H. Song, J. W. Choi, S. K. Song.1999. Microbial Production ofInulooligosaccharides by an Endoinulinasefrom Pseudomonas sp. Expressed inEscherichia coli. J. Biosci. Bioeng. 87 :291-295.

Zherebtsov, N.A., S.A Shelamova and I.NAbramova. 2002. Biosinthesis of Inulinases byBacillus Bacteria. Appl. Biochem and MicrobiolVol.38 (6): 544-548.

BIOMA, Juni 2014 ISSN: 1410-8801Vol. 16, No. 1, Hal. 39-49