Encapsulation Of Horseradish Peroxidase-Glucose Oxidase (Hrp-Gox) In Silica Aquagel Synthesized From Rice Hull Ash For Enzymatic Reaction Of Glucose

In recent years, the sOl-gel technique has attracted increasing interest as a unique approach to immobilize biomolecules for bioanalytical applications as well as biochemical and biophysical studies. In this research, encapsulation of Horseradish peroxidase-Glucose oxidase (HRP-GOx) enzymes in silica aquagel from rice hull ash by sol.gel process has been carried out. In addition,. the effect of several parameters (weight ratio of HRP to GOx, pH, temperature, sodium ion concentration) on enzyme activity was studied, as well. Rice hull ash, which was produced by ashing at 700 .C, was extracted it\u27s silika by NaOH solution 1 Mat 100 .C for two hours to produce sodium silikate (Na2Si03J solution. The Na2Si03 solution with pH of 13 was added with a strong cation exchanger resin, to produce sol solution with the pH of 4. Encapsulation was emphasized by mixing sol solution and phosphate buffer pH 7 containing HRP-GOx solution at volume ratio of buffer to sol solution 1:5. The mixture was transferred into 96-microwell plate and was aged for 24 hours Enzymatic reaction was carried out by adding chromogenic solution of phenol and 4-aminoantipyrine (4-AAP) and fJ-D-glucose solution (as substrate) into the microwel\u27. enzymatic activity was examined by measuring absorbance of product solution at 490 nm with ELISA reader. Result of enzymatic activity for encapsulated enzymes (SGE) was compared to that for free enzymes (EB). Results showed that at the investigated condition, HRP-GOx enzymes gave high activity at weight ratio of HRP to GOx 10:1 and pH 7 for both SGE and EB. Encapsulation caused the enzymes activity decrease to 53.0:tO.2 %. However, SGE was observed to be more stable on pH and temperature changes than eB. Study on the effect of sodium concentration showed that the increase of sodium concentration from 0.10 to 0.37 M decreased the enzymatic activity to 56:tO.2%. Reusability test showed that the synthesized SGe was reusable with activity decrease of 60% within 23 days

ENCAPSULATION OF HORSERADISH PEROXIDASE-GLUCOSE OXIDASE (HRP-GOx) IN SILICA AQUAGEL SYNTHESIZED FROM RICE HULL ASH FOR ENZYMATIC REACTION OF GLUCOSE

In recent years, the sol-gel technique has attracted increasing interest as a unique approach to immobilize biomolecules for bioanalytical applications as well as biochemical and biophysical studies. In this research, encapsulation of Horseradish peroxidase-Glucose oxidase (HRP-GOx) enzymes in silica aquagel from rice hull ash by sol-gel process has been carried out. In addition, the effect of several parameters (weight ratio of HRP to GOx, pH, temperature, sodium ion concentration) on enzyme activity was studied, as well. Rice hull ash, which was produced by ashing at 700 °C, was extracted it's silika by NaOH solution 1 M at 100 °C for two hours to produce sodium silikate (Na2SiO3) solution. The Na2SiO3 solution with pH of 13 was added with a strong cation exchanger resin, to produce sol solution with the pH of 4. Encapsulation was emphasized by mixing sol solution and phosphate buffer pH 7 containing HRP-GOx solution at volume ratio of buffer to sol solution 1:5. The mixture was transferred into 96-microwell plate and was aged for 24 hours. Enzymatic reaction was carried out by adding chromogenic solution of phenol and 4-aminoantipyrine (4-AAP) and b-D-glucose solution (as substrate) into the microwell. Enzymatic activity was examined by measuring absorbance of product solution at 490 nm with ELISA reader. Result of enzymatic activity for encapsulated enzymes (SGE) was compared to that for free enzymes (EB). Results showed that at the investigated condition, HRP-GOx enzymes gave high activity at weight ratio of HRP to GOx 10:1 and pH 7 for both SGE and EB. Encapsulation caused the enzymes activity decrease to 53.0±0.2 %. However, SGE was observed to be more stable on pH and temperature changes than EB. Study on the effect of sodium concentration showed that the increase of sodium concentration from 0.10 to 0.37 M decreased the enzymatic activity to 56±0.2%. Reusability test showed that the synthesized SGE was reusable with activity decrease of 60% within 23 days.   Keywords: rice hull ash, encapsulation, aquagel, horseradish peroxidase, glucose oxidas

SINTESIS SlUKA GEL TERENKAPSULASI ENZIM DARI ABU SEKAM PADI DAN APLIKASINYA UNTUK BIOSENSOR

Indonesia yang masih dikenal sebagai negara agraris mampu memproduksi padi sekitar 50 juta ton per tahun. Padi sejumlah itu dapat menghasilkan abu sekam sekitar 1-3 ton, yang sejauh ini belum dapat dimanfaatkan secara optimal. Secara kimia komponen utama abu sekam padi adalah silika amorf (di atas 90%), dan beberapa oksida logam lain sampai mencapai 100%. Tingginya kandungan silika memungkinkan abu itu dapat digunakan sebagai sumber silika pada pembuatan material berbasis silika yang lebih bermanfaat dan berteknologi tinggi. Dalam penelitian ini akan dilakukan kajian salah satu pemanfaatan abu sekam padi sebagai sumber silika pada sintesis bahan baru berupa silika gel terenkapsulasi enzim yang selanjutnya akan diaplikasikan untuk biosensor. Dalam tahap I (2003) penelitian difokuskan pada kajian pengolahan sekam padi menjadi natrium silikat, yang kemudian dilanjutkan dengan pembuatan dan karakterisasi silika gel. Sekam padi bersih dan kering diarangkan dengan nyala api dan kemudian diabukan pada berbagai temperatur (700, 800, dan 900oC) selama 4 jam. Abu sekam yang dihasilkan selanjutnya dicuci dengan larutan asam sulfat 5% dan larutan Na2EDTA 0,1 M. Sebagian abu dikarakterisasi dengan analisis unsur Si, Na, Ca, Mg, Al, dan Fe dalam abu sekam menggunakan spektroskopi serapan atom (SSA), spektroskopi inframerah dan difraksi sinar- X yang masing-masing untuk mengidentifikasi gugus fungsional dan kristalinitas abu. Abu sekam padi yang telah dicuci dan dikeringkan dilebur selama 30 menit dengan natrium hidroksida pada 500°C atau natrium karbonat pada 900°C sehingga diperoleh natrium silikat dan kemudian dilarutkan dengan akuades. Pembentukan silika gel dilakukan dengan penambahan larutan asam sitrat atau asam sulfat ke dalam larutan natrium silikat hasil peleburan abu sekam di dalam gelas beker plastik. Endapan (gel yang terbentuk) disaring dan dicuci dengan akuades dan dikeringkan. Selanjutnya silika gel hasil dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi inframerah untuk identifikasi gugus fungsional, dan difraksi sinar-X untuk menentukan kristalinitasnya. Kadar silika dan natrium dalam silika gel hasil sintesis ditentukan dengan menggunakan metode spektroskopi serapan atom. Data karakterisasi dibandingkan dengan silika gel pembanding yang digunakan untuk fasa diam kromatografi lapis tipis (kieselgel 60). Hasil penelitian menunjukkan bahwa abu sekam padi dari Klaten, Jawa Tengah dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan silika gel yang karaktemya mirip dengan silika gel pembanding Kieselgel 60 dari E-Merck, Jerman yang digunakan untuk fasa diam kromatografi lapis tipis. Semakin tinggi temperatur pengabuan, kekristalan abu meningkat dan efisiensi silika gel menurun. Pencucian abu sekam padi dengan larutan asam sulfat dan natrium EDTA mampu menurunkan kadar pengotor yang berupa oksida logam sampai 90%, bergantung pada jenis oksida dan temperatur pengabuan. Peleburan abu dengan natrium hidroksida pada 500°C dan natrium karbonat pada 900°C sebagai bahan pelebur abu sekam tidak memberikan perbedaan efisiensi silika gel yang dihasilkan, tetapi dengan natrium hidroksida menghasilkan silika gel yang kadar silikanya lebih tinggi daripada dengan natrium karbonat. Penggunaan asam sulfat sebagai bahan pembentuk gel menghasilkan efisiensi hasil sedikit lebih tinggi daripada penggunaan asam sitrat. Secara umum, dapat disimpulkan bahwa pengabuan pada temperatur 700°C, peleburan abu dengan NaOH, atau Na2C03 (perbandingan massa masing-masing 1: 1 ,50 atau 1: 1,77), dan penggunaan asam sitrat untuk pembentukan gel merupakan kondisi optimum pembuatan gel yang memberikan hasil dengan efisiensi tinggi dan karakter sama dengan silika gel pembanding (Kiesel gel 60). Kondisi itu akan diterapkan untuk penelitian tahap II (2004) untuk sintesis silika gel yang terenkapsulasi enzim. Silika gel terenkapsulasi yang disintesis dari abu sekam padi ini akan dibandingan dengan hasil sintesis dari bahan mumi natrium silikat. Di samping itu, sifat fisik hasil dibandingkan dengan silika gel bebas enzim dan pengaruh enkapsulasi terhadap aktivitas enzim pada reaksi enzimatik substratjuga akan dikaji dalam tahun ini. Empatjenis enzim, yaitu oksidase glukosa, dehidrogenase glukosa-6-fosfat, oksidase dan dehidroksidase laktat akan digunakan dalam penelitian ini. Selanjutnya pada tahun ketiga (2005) akan dilakukan aplikasi sika gel yang telah terenkapsulasi enzim untuk mendeteksi substrat senyawa biologi, yaitu masing-masing glukosa, gluokosa-6-fosfat, dan laktat