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