## Pendekatan Metode Mikroenkapsulasi Enzim β -amilase pada Alginat untuk Reaksi Hidrolisis Pati menjadi Maltosa
Gina Maulia 1 *) , M. Bachri Amran 2
1 Program Studi Analisis Kimia, Politeknik AKA Bogor, Jl. Pangeran Sogiri No. 283, Tanah Baru, Bogor Utara, Kota Bogor, Jawa Barat 16154
2 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa No.10, Coblong, Kota Bandung, Jawa Barat 4013
E-mail: mauliagina.chem@gmail.com (Received: 18 Mei 2022; Accepted: 13 Agustus 2022; Published: 28 Agustus 2022)
Abstrak
β -amilase merupakan enzim karbohidrolase yang menghidrolisis ikatan α -1,4-glikosidik pada pati secara spesifik menghasilkan  maltosa. Penggunaan  enzim  β -amilase  untuk  menghasilkan  maltosa  selama  ini  terkendala  oleh sulitnya pemisahan antara enzim dengan substrat sehingga hanya dapat digunakan untuk satu kali reaksi. Pada penelitian ini dilakukan pendekatan metode amobilisasi dengan cara mikroenkapsulasi β -amilase menggunakan Na-alginat  dan  glutaraldehid.  Pembuatan  kapsul  alginat  dilakukan  dengan  meneteskan  campuran  enzim, glutaraldehid  dan  alginat  yang  telah  dilarutkan  dalam  buffer  asetat  0,05  M  pH  5,5  ke  dalam  larutan  Ca 2+ menggunakan syringe berdiameter  0,6  mm.  Kadar  alginat  divariasikan  dengan  mengukur  kinerja  enzim  pada penggunaan  alginat  2%  dan  3%  dengan  kadar  kalsium  yang  dibuat  tetap.  Kadar  kalsium  divariasikan  2%,  3% dan 4% pada kadar alginat yang memberikan kinerja optimum. Aktivitas enzim β -amilase terenkapsulasi alginat dievauasi  dengan  mengukur  jumlah  maltosa  yang  dihasilkan.  Jumlah  maltosa  ditentukan  dengan  metode spektrofotometri  UV-Vis  pada  panjang  gelombang  540  nm  dengan  pereaksi  asam  3,5-dinitrosalisilat  (DNS) sebagai pembentuk warna. Enzim β -amilase terenkapsulasi alginat memiliki aktivitas tertinggi sebesar 2,34 mg maltosa/50 butir kapsul/10 menit dengan kadar alginat 2% dan kalsium 3%.
Kata kunci : enzim β -amilase; mikroenkapsulasi; alginate; glutaraldehid.
Abstract
β -amylase is a carbohydrolase enzyme that hydrolyzes α -1,4-glycosidic bonds in starch specifically to produce maltose. The  use of the β -amylase  enzyme  to  produce  maltose  has  so  far  been  constrained  by  the  difficulty  of separating  the  enzyme  from  the  substrate  so  that  it  can  only  be  used  for  one  reaction.  In  this  study,  an immobilization  method  was  applied  by  means  of  microencapsulation  of  β -amylase  using  Na-alginate  and glutaraldehyde.  Alginate  capsules  were  made  by  dripping  a  mixture  of  enzymes,  glutaraldehyde  and  alginate that had been dissolved in 0.05 M acetate buffer pH 5.5 into a Ca 2+ solution using a 0.6 mm diameter syringe. Alginate levels were varied by measuring the performance of the enzyme on the use of 2% and 3% alginate with the calcium content kept constant. Calcium levels were varied 2%, 3% and 4% at alginate content which gave optimum performance. The activity of the alginate- encapsulated β -amylase enzyme was evaluated by measuring the amount of maltose produced. The amount of maltose was determined by UV-Vis spectrophotometric method at  a  wavelength  of  540  nm  with  3,5-dinitrosalicylic  acid  (DNS)  as  a  color-forming  reagent.  The  alginate- encapsulated  β -amylase  enzyme  had  the  highest  activity  of  2.34  mg  maltose/50  capsules/10  minutes  with  2% alginate and 3% calcium.
Keywords: β -amylase enzyme; microencapsulation; alginate; glutaraldehyde.

## PENDAHULUAN
Selama  ini  enzim β -amilase  sudah  banyak digunakan  sebagai  biokatalis  untuk  menghasilkan maltosa dari reaksi hidrolisis pati. Namun penggunaan β -amilase sebagai biokatalis mengalami hambatan dalam cara penyimpanan agar enzim dapat digunakan  berulang  dengan  aktivitas  yang  masih
terjaga  (Chakraborty  et  al,  2014).    Oleh  karena  itu amobilisasi  enzim  pada  suatu  media  dengan  cara adsorpsi  enkapsulasi  merupakan  metode  yang diharapkan  dapat  menjaga  aktivitas  enzim  di  luar lingkungan  alaminya  dan  memudahkan  proses pemisahan antara substrat dan produk reaksi. Alasan
lain pentingnya amobilisasi enzim adalah memudahkan  proses  pemisahan  antara  enzim  dan produk  sehingga  enzim  dapat  digunakan  berulang kali  ( Miletic´  N  et  al,  2012) .  Alginat  merupakan matrik  amobilisasi  yang  paling  banyak  digunakan karena teknik pembuatannya mudah, dapat didegradasi  alam,  dan  memiliki  kemampuan menahan  sel  dengan  baik  (Brodelius  et  al,  1987). Penggunaan  alginat  sebagai  media  enkapsulasi enzim  selumnya  telah  berhasil  dilakukan  oleh  Dey tahun  2003 (Dey  et  al,  2003)  pada α -amilase.  Pada penelitian  ini dilakukan  enkapsualsi  enzim  untuk β - amilase.
Pada penelitian ini akan dilakukan pendekatan  metode  mikropenkapsulasi β -amilase pada  alginat  yang  menghasilkan  kinerja  enzim terbaik dalam menghidrolisis pati.

## BAHAN DAN METODE

## Alat dan Bahan
Bahan  yang  dipakai  dalam  penelitian  ini antara  lain  ubi  cilembu,  natrium  alginat  Fluka, CaCl 2 .2H 2 O  Merck,  asam  dinitrosalisilat  (DNS) Sigma Aldrich, soluble starch (pati) Merck, maltosa Merck.  Instrumen  analisis  yang  digunakan  antara lain neraca analitis Mettler AE 200, SEM Jeol JSM 6360  LA,  Shimadzu  IR  Prestige  21,  Shimadzu  UV- 3101PC.
Isolasi β -amilase Metode  produksi enzim  β -amilase  dari  ubi cilembu  mengacu  pada  penelitian  yang  telah
dilakukan  oleh  Anne  Carolina  di  tahun  2006 (Carolina  et  al,  2003)  dengan  beberapa  modifikasi. Secara  ringkas  metode  yang  digunakan  pada penelitian dijelaskan oleh diagram pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram isolasi β -amilase

## Enkapsulasi enzim β -amilase
Alginat 3% dibuat dengan menimbang 0,75 gram  alginat  dan  dilarutkan  pada  15  mL  buffer asetat  pH  5,5  0,1  M.  Larutan  alginat  selanjutnya ditambahkan 10 mL enzim β -amilase (0,1 g/10 mL) yang telah diencerkan 5 kali.
Larutan alginat-enzim kemudian diteteskan menggunakan  syringe  No.23  ke  dalam  larutan  Ca 2+ 3%  100  mL  pada  suhu  ruang.  Kapsul  alginat  yang terbentuk  didiamkan  selama  3  jam.  Kapsul kemudian  dimasukkan  ke  dalam  glutaraldehid  2,5% selama  3  jam,  dicuci  bersih  dan  disimpan  dalam buffer  asetat  pH  5,5  0,1  M  pada  suhu  4°C.  Melalui metode  yang  sama  dilakukan  pembuatan  kapsul dengan variasi seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Jenis dan Variasi Kapsul Alginat
Kode Kapsul Alginat Glutaraldehid/kitosan Suhu (°C) Pengenceran (kali) a Alginat kosong diikat silang dengan enzim oleh glutaraldehid 3 % Glutaraldehid 5% Ruang 1 b Enkapsulasi enzim dan glutaraldehid pada alginat 3 % Glutaraldehid 2,5% Ruang 5 c Enkapsulasi enzim dan glutaraldehid pada alginat 3 % Glutaraldehid 2,5% 37 5 d Enkapsulasi enzim pada alginat dan dimodifikasi glutaraldehid 3 % Glutaraldehid 5% Ruang 5 e Enkapsulasi enzim pada alginat dan dimodifikasi kitosan 3 % Kitosan 2% Ruang 1

## Metode
Analisis  kuantitatif  pada  penelitian  ini dilakukan  dengan  mengukur  kadar  maltosa  yang dihasilkan. Pengujian terhadap maltosa menggunakan  metode  DNS  (Calzyme  Laboratories,
Inc)  yang  yang  dimodifikasi  (Rusli  et  al,  2010). Maltosa  merupakan  salah  satu  gula  pereduksi sehingga akan bereaksi dengan asam dinitro salisilat (DNS).    (Pratiwi  et  al,  2018).  Perubahan  warna diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis.

## Optimasi kadar alginat dan kalsium
Pada penentuan kadar alginat yang optimum, kadar  kalsium  dibuat  tetap  dan  kadar  alginat divariasikan  2,  3  dan  4%.  Pada  penentuan  kadar kalsium  yang  optimum  kadar  alginat  divariasikan  2 dan  3%  dan  kadar  kalsium  dibuat  tetap  sehingga didapatkan enam jenis kapsul seperti pada Tabel 1.
Tabel 1 Tabel optimasi kadar alginat dan kalsium kapsul
Kapsul Keterangan % alginat % kalsium A2Ca2 2 2 A2Ca3 2 3 A2Ca4 2 4 A3Ca2 3 2 A3Ca3 3 3 A3Ca4 3 4

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  hasil  uji  metode pembuatan  kapsul  yang  menunjukkan  aktivitas enzim  paling  optimal  adalah  kapsul  b  yaitu  kapsul yang  dibuat  dengan  metode  enkapsulasi  enzim  dan glutaraldehid  2.5%  pada  alginat  3%  pada  suhu ruang. Glutaraldehid digunakan dengan tujuan untuk mengikat  enzim  pada  kapsul  karena  glutaraldehid memilki  dua  gugus  fungsi  reaktif  yang  biasa digunakan sebagai pengikat silang. Alginat digunakan  dengan  tujuan  menjaga  dinding  kapsul agar  tidak  mudah  mengalami swelling .  Enzim  yang tetap  terjaga  di  dalam  kapsul  menyebabkan aktivitasnya  masih  memadai.  Hasil  uji  aktivitas ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel  2.  Tabel  aktivitas  enzim  berdasarkan  metode enkapsulasi
Percobaan Aktivitas enzim (mg maltosa/50 butir
kapsul/10 menit) a b c d e 1 -0,09 1,66 2,23 0,43 0,83 2 -0,01 2,27 1,97 0,05 0,64 3 0,02 2,34 2,11 0,04 0,25 4 -0,02 1,51 1,53 -0,01 0,54 5 -0,02 1,83 1,63 -0,03 0,70
Setelah  mendapatkan  pendekatan  metode pembuatan kapsul dengan kinerja terbaik, dilakukan optimasi  kadar  alginat  dan  kalsium  pada  kapsul untuk  mengetahui  berapa  perbandingan  optimum alginat dan kalsium dalam pembuatan kapsul.
Hasil uji aktivitas kapsul A2Ca2 dan A3Ca2 ditampilkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Hasil uji kapsul A2Ca2 dan A3Ca2
Berdasarkan Gambar 2 dapat terlihat bahwa untuk  lima  kali  pemakaian  kapsul  dengan  kadar alginat 2% memiliki aktivitas yang jauh lebih tinggi daripada  kapsul  dengan  kadar  alginat  3%  untuk kadar  kalsium  yang  sama.  Hal  ini  bisa  dikarenakan kadar  alginat  yang  lebih  tinggi  menyebabkan dinding  kapsul  yang  lebih  kaku  dan  rapat  sehingga intesitas  kontak  antara  enzim  dengan  substrat  lebih sulit terjadi.
Hasil  uji  aktivitas  kapsul  A2Ca3  dan A3Ca3 ditampilkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hasil uji kapsul A2Ca3 dan A3Ca3
Berdasarkan  Gambar  3  terlihat  bahwa untuk  lima  kali  pemakaian  kapsul  dengan  kadar alginat 2% memiliki aktivitas yang jauh lebih tinggi daripada  kapsul  dengan  kadar  alginat  3%  untuk kadar  kalsium  yang  sama.  Aktivitas  enzim  kapsul dengan  kalsium  3%  lebih  stabil  jika  dibandingkan dengan  kapsul  dengan  kalsium  2%.  Hal  ini  karena kadar  kalsium  2%  kurang  untuk  mengikat  alginat
sehingga  kapsul  yang  terbentuk  kurang  memiliki kekakuan yang cukup dalam menahan enzim.
Hasil  uji  aktivitas  kapsul  A2Ca4  dan A3Ca4 ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil uji kapsul A2Ca3 dan A3Ca3
Kecenderungan aktivitas untuk kadar kalsium 4%  memiliki  hasil  yang  tidak  jauh  berbeda  dengan aktivitas  kapsul  kadar  kalsium  2  dan  3%.  Hal  in menunjukkan bahwa alginat 2% pada berbagai kadar kalsium  memiliki  aktivitas  yang  lebih  tinggi  dari kadar  laginat  3%.  Sedangkan  kapsul  dengan  kadar kalsium 3% memiliki aktivitas yang lebih stabil dari kapsul dengan kadar kalsium 2 dan 4%.
Karakterisasi  menggunakan  SEM  dilakukan pada  kapsul  kosong,  kapsul  berisi  enzim  sebelum dikontakkan  dengan  larutan  pati  1%  dan  kapsul setelah dikontakkan dengan larutan pati 1%. Bagian kapsul  yang  difoto  merupakan  bagian  penampang kapsul. Hasil SEM kapsul-kapsul tersebut ditampilkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Citra penampang kapsul sebelum kontak dengan substrat (a), setelah kontak dengan substrat (b) dan kapsul kosong (c).
Pada  kapsul  kosong  (c)  tidak  terlihat adanya  inti  kapsul  sehingga  permukaan  kapsul tampak  homogen.  Kapsul  sebelum  kontak  (a)  dan
(b)  tampak  adanya  kesamaan  pada  inti  kapsul  yaitu adanya  inti  atau  rongga  di  bagian  tengah  kapsul. Rongga  ini  menunjukkan  bahwa  di  dalam  kapsul terdapat  enzim  atau  zat  lain  yang  terenkapsulasi. Kapsul  setelah  kontak  (B)  memiliki  morfologi permukaan yang lebih berongga dari kapsul sebelum kontak  (A).  Hal  ini  karena  telah  terjadi  interaksi antara  enzim  di  dalam  kapsul  dengan  larutan substrat  sehingga  memungkinkan  adanya  transport enzim,  substrat  atau  pun  produk  dari  dan  keluar kapsul melalui dinding kapsul.

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  berhasil  dilakukan enkapsulasi enzim β -amilase pada alginat. Pendekatan metode yang disarankan untuk enkapsulasi β -amilase  adalah  pencampuran  secara langsung  alginat,  kalsium  dan  glutaraldehid  pada suhu  ruang.  Kapsul  dengan  kinerja  terbaik ditunjukkan  oleh  kapsul  dengan  kadar  alginat  2% dan  Ca 2+ 3%.  Berdasarkan  uji  aktivitas  kapsul terhadap  jumalah  pemakaian,  enzim β -amilase terenkapsulasi  dapat  digunakan  sampai  lima  kali pemakaian  dengan  aktivitas  tertinggi  2,34  mg maltosa/50 butir kapsul/10 menit.

## DAFTAR PUSTAKA
Chakraborty  S,  Rusli  H,  Nath,  A.  (2014). Immobilized biocatalytic process development  and  potential  application  in membrane  separation:  a  review. Crit Rev Biotechnol ,1-16.
Miletic´  N,  Nastasovic´  A,  Loos  K.  (2012). Immobilization  of  biocatalysts  for  enzymatic polymerizations:  Possibilities,  advantages, applications. Bioresour  Technol , 115 ,  126 –
35.
Brodelius,  P.  and  E.  J.  Vandamme  (1987)
Immobilized  cell  system.  IN:  J.  F.  Kennedy (ed.), Biothecnology . 7a . 405-464.
Dey,  G.,  Singh,  B.,  &  Banerjee,  R.  (2003). Immobilization  of  -amylase  produced  by GRS 313. Braz. arch. biol. technol. , 167-176.
Rusli,  H.  (2010).  Studi  pemisahan  pati  dan  maltosa menggunakan  membran  selulosa  asetat  - silika fume. Tesis. Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Carolina  Anne,  Warganegara  M.  Fida.  (2006). Isolasi,  pemurnian  dan  karakterisasi β - amilase  dari  ubi  jalar  ( Ipomoea  batatas (l.) lam). Tesis . Institut Teknologi Bandung, 1-7.
a b c
Pratiwi,  Y.  Ratnayani,  Oka,  Wirajana,  I  Nengah (2018).  Perbandingan  Metode  Uji  Gula Pereduksi  Dalam  Penentuan  Aktivitas α -L- Arabinofuranosidase  dengan  Substrat  Janur Kelapa  ( Cocos  nucifera ), Jurnal  Kimia  12 , 134-139.