Ariyanti Suhita Dewi  dan Yusro

## PENDAHULUAN
Kitosan  adalah polimer alam yang merupakan  heteropoli- sakarida linier derivat dari kitin, tersusun dari ikatan p-1,4-D- glukosamin  (GlcN)  dan  N-asetit-D- glukosamin  (GlcNAc) dengan proporsi yang bervariasi  (Cabrera & Cutsem,2005).  Salah  satu sumber potensial  kitin adalah cangkang krustasea yang diketahui mengandun  g 30-40o/o protein, 30- 50%  kalsium  karbonatdan  20-30% kitin. Proporsi tersebut bervariasi tergantung  pada jenis krustasea dan musimnya  (Cho ef a/., 1998).
Industri perikanan seperti pengolahan udang,  kepiting, rajungan dan Iobster dapat menghasilkan  Iimbah berupa cangkang yang jumlahnya berkisar  antara 40-60%  untuk udang dan75-85o/o  untuk kepiting (Suryaningrum ef al., 2005). Produksi  rajungan  dan udang di Indonesia tahun 2002 masing- masing adalah 31.228 ton dan 241.485 ton (Ditjen Perikanan Tangkap,2004  dalam  Oktavia  ef al.,2005), sehingga  limbah (cang- kang)  yang  dihasilkan  masing- masing  diperkirakan  mencapai 25.000  ton dan 126.000  ton.
Selain dari limbah krustasea, kitin juga dapat diperoleh  dari dinding sel jamur/fungi tertentu  dan kutikel serangga.  Pada  fungi,  kitin terdapat  dalam  bentuk berikatan dengan polisakarida yang lain seperti glukan. Sintesis  kitin dari fungi terjadi  karena adanya enzim kitin sintase dalam mikro- organisme tersebut. Tidak hanya kitin,  kitosan secara alami  juga dapat ditemukan  pada  dinding  sel
fungi tertentu  yaitu Rhizopus, Absidia dan Fusarium (Shimosaka et al., 1996). Namun  demikian, kitosan  secara  komersial  diperoleh daribahan baku limbah krustasea melalui proses  deproteinasi, demineralisasi  dan  deasetilasi.
Sejak ditemukan oleh Rouget tahun  1859, kitosan  terus diteliti dan penelitiannya  berkembang hingga saat ini. Hal inididasarkan pada fakta bahwa kitoSan, merupakan suatu polisakarida dengan berbagai kelebihan dibandingkan  polimer pada umumnya  seperti sifatnya yang natural, tidak beracun dan biode- gradable. Sifat kimiawi dan biologisnya  yang  unik menjadikan kitosan  banyak  diaplikasikan untuk keperluan  komersial (Cho et al.,1998; Oktavia  et a\.,2005\,
Meskipun  kitosan tersedia secara melimpah di alam, aplikasinya  dalam  bidang  pangan dan farmasi masih terbatas  karena kelarutannya  dalam air rendah, berat molekulnya tinggi dan viskositasnya juga tinggi  (ll'ina ef a|.,2001;Kumar et al., 2005).  Oleh karena  itu, dewasa  ini penelitian tentang  kitosan lgbih banyak diarahkan pada  produksi kitosan yang larut  dalam  air, salah satu diantaranya adalah kitosan oligosakarida  (COs).
Kitosan Oligosakarida (GOs)
Metode produksiGOs
COs merupakan produk hidrolisis kitosan yang terdiri dari 2-10 D-glukosamin (Kuo et al.,
2004). COs  dapat  dibuat secara hidrolisis  kimiawi  dan enzimatis.
Artyanti suhita Dewi  dan  Yusro Nuri Fawzya
Balai  Besar Riset Pengolahan  Produk  dan Biotek4ptogi Kelautan  dan  Perikanan
Squalen  Vol. 1 No. 1, Desember 2006
Secara kimiawi, kitosan oligosakarida  umumnya  diproduksi dengan menggunakan  asam nitrat (Allan & Peyron,  1995)  atau asam klorida  pekat  (Cabrera  & Cutsem, 2005). Cara ini dinilai memitiki beberapa  keleinahan  antara lain proses produksi.yang  lama, sulit dikontrol, beracun, dapat mengubah  struktur  produk, terlalu banyak  menghasilkan monomer serta  menghasilkan  oligosakarida dengan deralat polimerisasi  (DP) yang rendah (berkisarantaraDP 2 hingga  5) yang  diakibatkan oleh rendahnya  efisiensi dan pemotong- an yang acak (Cheng  & Li, 2000).
ProduksiCOs  yang lebih efektif dan  seragam dapat dilakukan melalui  hidrolisis  kitosan secara enzimatis. Dengan  cara ini, proses produksi lebih mudah  dikontrol (Choi ef ai., ZOO+'1. Enzim yang berperan  dalam  proses  hidrolisis ini adalah enzim kitosanase  atau kitinase yang dapat diisolasi dari mikroorganisme, yang secara rinci dapat dilihat pada  Tabel 1. Umum- nya kitosanase menghidrolisis kitosan  secara  endo-type  cleavage dan memiliki,aktivitas yang tinggi terhadap  kitosan dengan derajat deasetilasi  lebih  dari 70% untuk menghasilkan oligosakarida dengan DP 2-6. Meskipun  memiliki berbagai kelebihan, enzim kitosanase dan kitinasei  masih terbentur keterbatasan  jumlah dan harga untuk aplikasinya secara komersial.
Menjawab tantangan  tersebut, alternatif kitosanolisis juga dapat dilakukan  secara non-spesifik menggunakan enzim-enzim hidrolase  komersial,  seperti papdin,
A.S. Dewi dan Y.N. Fawzya
Tabel  1. Kitosanase  yang telah diisolasidari beberapa  mikroorganisme
Bacillus sp. strain KCTC 03778P L cereus  $1 .,
B" megaterium P1 kitosanase A
Bacillus sp strain KFB-C108
Aspergillus aryzae lAM2660
Nocardia orientalis IFO 12806
Acinetab acfer sp. strain CH B 1 01
Enterobacter sp" strain Gl
Myxobacter  strain AL-1
Mats  ueb acter c hitosanob idus 3001
Endo Endo Endo Endo Exo Exo
Endg
Exo Exo Endo
Endo
G3.G7 : G2-G4
Oligomer
G3.G5
Oligomer G1 G1 GL:' G3 ,l : G2 Tidak ditentukan
G1.G3
sumber: choi ef al. (2004)
lisozim, lipase, selulase, hemiselulase, B-glukosidase, pektinase dan sebagainya.  Kumar et al. (2004, 2005)  melaporkan bahwa kitosan yang dihidrolisis menggunakan  enzim pronase  dan papain dapat menghasilkan  produk depolimerisasi  berupa kitosan berat molekul  rendah  (massa molekul berkisar  antara 8,5-9,5 kDa, tergantung  waktu  inkubasi)  dengan
rendemen 74-B0Yo serta COs dan monomer dengan  rendemen 10,
12%.
Cabrera & Cutsem (2005) melakukan depol imerisasi kitosan menggunakan enzim  pektinase (Pectinex Ultra Spl.) dan melaporkan  bahwa jenis oligo- sakarida yang  dihasilkan setelah proses  hidrolisis  selama 24 jam mempunyai DP 6-11 dengqn
rendemen  sebesar 17%. Metode pembuatan kitosan-oligosakarida secara  umum disajikan pada Gambar 1.

## Aktivitas  antibakteri COs
Telah baiiyak dilaporkan  bahwa COs terbukti  mempunyai  aktivitas biologis antara lain sebagai antimikroba,  stimulan kekebalan tubuh dan antitumor (Kumar et al.,
"f
2004).  Panjang  rantai dan derajat deasetilasi  kitosan  diduga  sebagai faktor  penting  yang  mempengaruhi aktivitas  b]ologis  tersebut. COs dengan  panjang rantai lebih dari heksamer mempunyai aktivitas biologis  yang lebih  baik dibanding- kan oligosakarida yang'lebih pendek. Sedangkan peningkatan derajat deasetilasi kitosan oligosakarida  berpengaruh pada aktivitas antimikroba dan anti- kolesterol.  Oleh sebab  itu, kontrol terhadap  panjang rantai dan derajat deasetilasi sangat penting  dalam proses produksi kitosan oligosakarida  (Choi et al., 2004).
Kumar  et al. (2005) dan Kittur et al. (2005) menguji  aktivitas antibakteri  COs  yang diproduksi dengan menggunakan enzim pektinase  isozum  dari Aspergillus
n iger  antara  lain terhadap  Bacil I u s cereus (bakteri gram  positif) dan Escerichia coll (bakteri gram negatif). Hasil penelitian me- nunjukkan  bahwa  COs memiliki efek penghambatan  pertumbuhan yang lebih baik  terhadap kedua
bakteri  tersebut dibandingkan kitosan.  Kendati demikian, peningkatan  konsentrasi  COs tidak menunjukkan  hubungan  linier dengan  peningkatan  aktivitas antibakteri.  Sementara pe- ngamatan aktivitas antibakteri masing-masing  oligomer (mono- mer-heksamer) menunjukkan peningkatan  derajat polimerisasi berbanding lurus dengan peningkatan aktivitas inhibitor pertumbuhan  bakteri. Pengujian aktivitas  antibakteri COs  yang diproduksi  melalui  hidrolisis asam terhadap  Bacillus circulans dan E coli juga  dilaporkan  oleh Yalpani et al. (1992). Disimpulkan  bahwa aktivitas  antibakteri  COs  ternyata lebih tinggi untuk  bakteri E. coli dibandingkan dengan B. circulanq. Hasil serupa juga dilaporkan  oleh Chasanah  et al. (2005)  mengenai daya antibakteri campuran oligo- mer kitosan  yang  diproduksi dengan menggunakan enzim kitosanase dari Bacillus licheniformis  MB-2 terhadap  P aeruginosa, S. typhimurium, E.
Squalen VoL 1 No. 1, Desember 2006
cof, S. aLtreus, L. monocyto$enes dan B. cereus.  Dinyatakan  bahwa oligomer  kitosan  lebih memberikan efek penghambatan pada bakteri gram  negatif.
Delam bentuk monomernya, ternyata N-glukosamin  mampu menghambat  pertumbuhan  bakteri, sedangkan N-asetil-glukosamin tidak menunjukkan  aktivitas antibakteri  sama sekali. Hal ini membuktikan  bahwa efek anti- bakteri dari COs disebabkan adanya  gugus  NH.*  bebas yang dapat  mengikat muatan negatif pada permukaah sel bakteri dan membawa efek antibakteri  (Kittur et a1.,2005) I
Mekanisme aksi bakterisidal
. oleh GOs
Mekanisme bakterisidal dari berbagai  antibakteri  kationik secara umum  adalah  melalui  interaksi  dan pengrusakan  sruktur  membran/ dinding sel. Pada bakteri gram positif,  membran sel tertutup dinding sel yang tersusun  dari 30- 40 lapisan  peptidoglikan dimana
Gambar2. SEM (Scanning  Electron Microscopy) dari 8. cereus  (A, B) dan E. coti(C,D) sebelum  dan sesudah  penambahan  kitosan oligosakarida  (Kittur et a\.,2005\.
I
A.S.  Dewi dan Y.N. Fawzya
Gambar3. Model hipotetis  mekanisme aksi bakterisidal oleh kitosanoligosakaridaterhadap  B.cereus dan  E. coli (Kumar  et a\.,2005\
muatan  positif gugus  amino dari COs  dapat  terikat dan menyebabkan distorsi serta pemecahan dinding sel akibat shock  osmotik dan eksudasi kandungan sitoplasma.
Di lain pihak, bakterigram negatif memiliki  lapisan luar membran yang  mengandung  lipopolisakarida dan protein,  satu atau  dua laPis peptidoglikan  (dinding sel) dan membran  sel yang terdiri  dari dua lapisan lemak, protein trans- membran dan i n ner/oufer  membran protein. Muatan negatif rantai-O dari lipopolisakarida berikatan dengan  muatan positif gugus amino pada COs, sehingga  memblokir aliran nutrien  pada bakteri Yang pada akhirnya menyebabkan kematian  sel. Mekanisme  ini lebih baik dibandingkan  mekanisme Pe- mecahan sel, karena asosiasi yang kuat antara rantai-O dan lapisan  luar membran. Semakin kecil ukuran  COs dan  semakin
elektronegatif  bakteri g ram negatif , pembentukan  ikatan  dan  agregasi semakin efektif, pemblokiran nutrien  semakin baik dan kematian sel semakin  cepat.
Hasil SEM  (Scanning  Electron Microscopy)  dari B .cereus dan E Coli sebelum dan sesudah pemberian  COs ditunjukkan  pada Gambar 2 dan  model hiPotetisdari kedua mekanisme bakterisidal di atas disajikan  pada Gambar 3.
KESIMPULAN .
Produksi kitosan oligosakarida (COs) secara efektif dan  seragam dapat  dilakukan  melalui proses hidrolisis  enzimatis.  Enzim Yang umum digunakan adalah kito- sanase  dan enzim-enzim  hidrolase yang  beredar  secara  komersial  di pasaran.
Kitosan oligosakarida  (COs) mempunyai  aktivitas sebagai antibakteri. Pada  bakteri  gram
positif, COs dapat menyebabkan lisisnya  membran sel bakteri. Sementara pada bakteri gram negatif, COs. memblokir  aliran nutrien yanQ  berdampak Pada kematian  sel.

## DAFTARPUSTAKA
Allan,  G.G., Peyron, M. '1995. Molecu- lar weight manipulation  of chitosan l: kinetics  of dePolY- merization  by nitrous acid.  Car-" bohydrate., Research 277 : 257'
272
Cabrera,  J.C.,  Cutsem, P.V. 2005.
Preparation of chitoo- ligosaccharides with degree  of polymerization  higher  than 6 bY acid or enzymatic  degradation of chitosan.  Biochemical  Eigineer- ing Journal 25: 165-172 Chasanah, E., Meidina. and Suhartono, M.T. 2005. Antibac- teial Potency of Chitosan Oligo- mer Produced by Bacillus I i cheniformis M B-2 ch itosanase. Presented at the 9th Asean Food Conference.  Jakarta,  August 8-
..t! 10.  2005.
Cheng,  C. Y. And Li, Y. 2000.  An As- pergillus chitosanase with poten- tial for large-scale  preparation of chitosaa oligosaccharides. Biotechnol,.Appl.  Biochem. 32 : 197-203
Cho, Y. 1., No, H.K.,  Meyers,  S. P. 1998. Physicochemical characteillstics and functional properties of viari- ous commercial chitin and chitosan  products.  J. Agric. Food Chem.  46:3839-3843
Choi, Y. J., Kim, E. J., Piao, Z.,Yun,Y.
C., Shin, Y.C. 2004. Purification and characterization of chitosanase from Bacillus sp. strain KCTC 03778P and tts Ap- plication for the production  of chitosan  oligosaccharides. Appl. Environ.  Microbiol.  T0 (8) : 4522- 4531
ll'ina, A.V., Varmalov, V.P., Melent'ev,
A. l. and Aktuganov, G.E.  2001.
Depolymerization of chitosan with a chitinolytic  complex from bacteria  of the  genus Bacillus sp. 739. Appl.  Biochem. Microbiol.3T (2): 142-144
Kittur, F.S.,  Kumar,  A.B.V.,  Varadaraj, M.C.,  Tharanatan,  R.N.  2005. Chitooligosaccharides  prepara- tion with  the aid of pectinase isozyme from Aspergillus niger and their antibacterial  activity. Carbohydrate  Research 340 : 1239-1245 Kumar, A.V.B.,  Gowda, L.R. and Tharanathan,  R.N. 2004.  Non- specific  depolymerization of chitosan  by  pronase and charac- terization  of the resultant  product.
Eur. J. Biochem. 271:713-723 Kumar, A.V.B.,  Varadaraj, M.C., Gowda,  L.R. and  Tharanathan, R. N. 2005. Characterization  of chitooligosaccharides  prepared by chitosanolysis with  the  aid of papain  and  pronase, and their bactericidal action  against Bacil- Ius cereus  and  Escerichia coli. Biochem. J. 391: 167-175
Kuo, C.H.,  Chen,  C.C. and Chang, Br. H. 2004.  Process characteristics of hydrolysis  of chitosna  in a con- tinuous  enzymatic membrane reactor. J. Food  Sci.69  (7): p.332- 337
Squalen Vol. 1 fro."l, Desember 2006
Ol(avia,  D.A.,  Wibowo, S. dan ffiwzya, . Y.N. 2005.  Pengaruh jumtah monokloro asetat terhadap karakteristik karboksimetil kitosan dari kitosan  cangkang dan kaki  rajungan. J. Penel. Perik. 11 (4): p. 79-88
Shimdsaka,  M.,  Kumehara,  M.,  Xiao- Yong, 2., Nogawa, M. and Okazaki, M. 1996.  Cloning and characterization of chitosanase gene  from the  plant pathogenic fungus Fusaium solani.  J. ofFer- mentation and Bioengineering 82(5): p. 426-431
Suryaningrum,  T.H., Basmal, J. dan Aumeilia,  W. 2005. Pengaruh konsentrastAsam monokloro asetat dan jenis pglarut sebagai bahan pengenddp terhadap produksi  karboksimetil kitin. J. Penel. Peik. 11 (4) : p. 89-100 Yalpani,  M., Johnson, F.,  Robinson,
" .LE.  1992.  Antimicrobial  activity of some chitosan derivatives. /n Brine, C.J.,  Sanford, P.A., Zikakis, JP. (Eds). Advances in Chitin and Chitosan. Elsevier Science Pub- lishers  Ltd.  England. 685 pp.
*lt