OPTIMASI KADAR MOLASE DALAM MEDIUM EKSTRAK UBI JALAR UNTUK PERTUMBUHAN ISOLAT KHAMIR R1 DAN R2 PADA FERMENTOR AIR-LIFT 18 LITER

Transkripsi

1 OPTIMASI KADAR MOLASE DALAM MEDIUM EKSTRAK UBI JALAR UNTUK PERTUMBUHAN ISOLAT KHAMIR R1 DAN R2 PADA FERMENTOR AIR-LIFT 18 LITER Mutia Noviati PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2007 M/ 1428H

2 Dengan Menyebut Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang Janganlah kamu bersikap lemah, dan janganlah (pula) kamu bersedih hati, padahal kamulah orang-orang yang paling tinggi derajatnya jika kamu beriman. (QS Ali Imran (3): 139) Orang yang memiliki Ilmu adalah mereka yang mengamalkannya Skripsi ini Kupersembahkan untuk Kedua Orang tuaku tercinta Serta Suamiku tersayang

3 OPTIMASI KADAR MOLASE DALAM MEDIUM EKSTRAK UBI JALAR UNTUK PERTUMBUHAN ISOLAT KHAMIR R1 DAN R2 PADA FERMENTORAIR-LIFT 18 LITER Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta Oleh: Mutia Noviati PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2007 M/ 1428H

4 OPTIMASI KADAR MOLASE DALAM MEDIUM EKSTRAK UBI JALAR UNTUK PERTUMBUHAN ISOLAT KHAMIR R1 DAN R2 PADA FERMENTORAIR-LIFT 18 LITER Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta Oleh Mutia Noviati Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Irawan Sugoro, M.Si Megga Ratnasari Pikoli, M.Si NIP NIP Mengetahui, Ketua Program Studi Biologi Fakultas Sains dan Teknologi DR. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud NIP

5 PENGESAHAN UJIAN Skripsi yang berjudul Optimasi Kadar Molase dalam Medium Ekstrak Ubi Jalar untuk Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R2 pada Fermentor Air-Lift 18 Liter telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Rabu, 29 Agustus Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Biologi. Jakarta, Agustus 2007 Tim Penguji Penguji I Penguji II Dra Nani Radiastuti, M.Si NIP Reno Fitri, M.Si Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Biologi DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis DR. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud NIP NIP

6 PERNYATAAN DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI BENAR- BENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN. Jakarta, Agustus 2007 Mutia Noviati

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang atas karunia dan nikmatnya disetiap saat sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat serta salam tak lupa pula penulis haturkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan contoh keteladanan bagi kita semua. Begitu banyak dukungan serta bantuan yang penulis dapatkan dari berbagai pihak sehingga skripsi ini bisa terselesaikan. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Irawan Sugoro, M.Si selaku pembimbing I yang dengan tulus dan ikhlas hati memberikan bimbingan dan bantuannya selama penelitian hingga terselesaikannya penulisan skripsi ini. 2. Ibu Megga Ratnasari, M.Si selaku pembimbing II atas motivasi serta bimbingannya dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Ibu DR. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud selaku Ketua Program Studi Biologi beserta Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi. 4. Ibu Drh. Boky J. Tuasikal, MS. Vet selaku Kepala Laboratorium Kesehatan dan Reproduksi Ternak BATAN, Pasar Jumat beserta staff. 5. Dosen-dosen yang telah membantu dan membimbing penulis diantaranya Ibu Nani, Ibu Reno, serta dosen lainnya.

8 6. Kedua orang tua dan kakak dari penulis atas bantuan, dukungan, perhatian dan pengertiannya selama berlangsungnya penelitian hingga terselesaikannya penulisan skripsi ini. 7. Rekan-rekan di lokasi penelitian, Fuji, Bahri, Danil, Feri, Fatimah dan Dwi yang telah membantu dan menemani penulis selama berada di tempat penelitian. 8. Fikrul Gifar, S.Si suami tersayang yang selalu pengertian dan setia mendampingi penulis. 9. Teman-teman Biologi angkatan 2003 yang telah memberikan banyak dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi. Jakarta, Agustus 2007 Penulis

9 ABSTRAK Mutia Noviati OPTIMASI KADAR MOLASE DALAM MEDIUM EKSTRAK UBI JALAR UNTUK PERTUMBUHAN ISOLAT KHAMIR R1 DAN R2 PADA FERMENTOR AIR-LIFT 18 LITER. Program Studi biologi FST. Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta. Penelitian ini bertujuan mengetahui kadar penambahan molase yang terbaik (0 %, 0,5 % atau 1 %) untuk produksi biomassa maksimum isolat khamir R1 maupun R2 dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 liter. Tahapan penelitian adalah persiapan kultur inokulum secara bertingkat, kemudian dilakukan inokulasi 1000 ml kultur khamir ke dalam fermentor air-lift skala 18 liter yang berisi ekstrak ubi jalar dengan penambahan kadar molase bervariasi. Proses fermentasi berlangsung selama 8 hari. Parameter yang diukur adalah berat kering biomassa khamir, ph, kadar glukosa, dan protein medium. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produksi biomassa maksimum isolat khamir R2 paling tinggi tercapai dalam medium molase 1 % (1,29 g/l) yang berbeda nyata dengan medium tanpa molase (0,95 g/l) dan molase 0,5 % (0,95 g/l), sedangkan isolat khamir R1 tidak berbeda nyata di antara medium tanpa molase (0,625 g/l), molase 0,5 % (0,7875 g/l) dan molase 1 % (0,79 g/l). Produksi biomassa isolat khamir R1 dalam semua medium perlakuan dan R2 dalam medium molase 1 % memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan kadar glukosa medium, yang menunjukkan efisiensi penggunaan glukosa medium tersebut. Pada semua medium perlakuan, produksi biomassa isolat khamir R1 memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan kadar protein medium, sedangkan produksi biomassa isolat khamir R2 memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan kadar protein medium. Dengan demikian produksi biomassa isolat khamir R1 dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 liter tidak memerlukan penambahan molase, sedangkan untuk R2 perlu ditambahkan molase 1%. Kata kunci: khamir, molase, probiotik, ubi jalar.

10 ABSTRACT Mutia Noviati OPTIMATION OF MOLASSES CONCENTRATION IN SWEET POTATO EXTRACTS MEDIUM FOR YEAST ISOLATE R1 AND R2 BIOMASS GROWTH IN 18 LITER AIR-LIFT FERMENTOR. Biology, FST. State Islamic University Syarif Hidayatullah, Jakarta. The aim of this research was to find out the optimum concentration of molasses (wheter 0 %, 0,5 % or 1 %) for maximum yeast isolate R1 and R2 biomass production in sweet potato extracts medium in 18 liter air-lift fermentor. The steps of this research were some preparation of inoculum culture in sequence, then inoculating of 1000 ml yeast culture into 18 liter air-lift fermentor containing sweet potato extract media added with variable concentration of molasses. Each fermentation process was done in 8 days. The observed parameters were dry weight of yeast biomass, ph of medium, the rest of glucose and protein content in medium. The results showed that the maximum biomass production of yeast isolate R2 was reached in medium added with 1 % molasses (1,29 g/l) which have significant differences between media with without molasses (0,95 g/l) and with molasses 0,5 % (0,95 g/l), whereas R1 biomass production showed no significant differences between media without molasses (0,625 g/l), with molasses 0,5 % (0,7875 g/l), and with molasses 1 % (0,79 g/l). Biomass production of R1 in all treatment media and R2 in medium added with 1 % molasses have opposite relationships with glucose medium content, which shows efficient use of glucose in those media. In all treatment media, biomass production of R1 have opposite relationships with protein medium content, whereas biomass production of R2 have straight relationships with protein medium content. In conclusion, biomass production of R1 in sweet potato extract media in 18 liter air-lift fermentor doesn t need molasses addition, whereas R2 needs to be added with 1% molasses in the medium. Key words: molasses, probiotics, sweet potato, yeast.

11 DAFTAR ISI DAFTAR ISI i DAFTAR GAMBAR... iii DAFTAR TABEL iv DAFTAR LAMPIRAN... v BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Hipotesis Tujuan dan Manfaat Penelitian... 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Pertumbuhan Mikroba Kurva Pertumbuhan Mikroba Khamir Morfologi Khamir Kondisi Pertumbuhan Khamir Metabolisme khamir Isolat khamir R1 dan R Probiotik Molase Ubi Jalar (Ipomoea batatas) Fermentasi Kultur Terendam Fermentor Tipe Air-Lift BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Cara Kerja Pembuatan Medium Potato Dextrose Broth (PDB) dan Potato Dextrose Agar (PDA) Pembuatan Medium Ekstrak Ubi Jalar Persiapan Kultur Inokulum Optimasi Penambahan Kadar Molase pada fermentor Air-Lift 18 L Pengukuran Kadar Glukosa dalam Medium Pengukuran Kadar Protein dalam Medium Pengukuran Biomassa Khamir Analisis Data 24 i

12 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pertumbuhan Biomassa Isolat Khamir R1 dan R Hubungan antara Produksi Biomassa Khamir dengan Kadar Glukosa Medium Hubungan antara Produksi Biomassa Khamir dengan Kadar Protein Medium BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran.. 43 DAFTAR PUSTAKA.. 44 LAMPIRAN. 47 ii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Kurva Pertumbuhan Mikroba... 5 Gambar 4.1. Pola Pertumbuhan Biomassa Isolat khamir R1 dalam Medium Ekstrak Ubi Jalar dengan Variasi Kadar Molase pada Fermentor Air-lift Skala 18 Liter Gambar 4.2. Pola Pertumbuhan Biomassa Isolat khamir R2 dalam Medium Ekstrak Ubi Jalar dengan Variasi Kadar Molase pada Fermentor Air-lift Skala 18 Liter Gambar 4.3. Kurva Perubahan ph Medium Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R Gambar 4.4. Biomassa Isolat Khamir R1 dan Kadar Glukosa Medium Gambar 4.5. Biomassa Isolat Khamir R2 dan Kadar Glukosa Medium Gambar 4.6. Biomassa Isolat Khamir R1 dan Kadar Protein Medium Gambar 4.7. Biomassa Isolat Khamir R2 dan Kadar Protein Medium iii

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Kandungan Nutrien Molases (Kusumawardhani,2003) Tabel 3.1. Perlakuan pada Fermentor Air-lift 18 Liter Tabel 3.2. Pembuatan Larutan Glukosa Standar Tabel 4.1. Produksi Biomassa Tertinggi Isolat Khamir R1 dan R Tabel 4.2. Kisaran Perubahan ph Medium Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R Tabel 4.3. Rata-rata Laju Konsumsi Glukosa oleh Khamir R1 dan R iv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Kerangka Berpikir Lampiran 2. Diagram Alur Percobaan. 48 Lampiran 3. Foto Penelitian. 49 Lampiran 4. Hasil Analisis Variansi untuk Produksi Biomassa Maksimum Lampiran 5. Data-data Hasil Pengukuran Isolat Khamir R1 dan R v

16 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pemberian probiotik kepada ternak yang dilakukan secara teratur akan memberikan keuntungan seperti meningkatkan produksi susu, meningkatkan berat badan ternak, mencegah diare, meningkatkan produksi bulu, dan meningkatkan penampilan ternak. Keuntungan ini dikarenakan terjadinya kesetimbangan populasi mikroflora rumen yang sangat penting untuk pemecahan dan pencernaan bahan pakan menjadi nutrisi yang berguna bagi ternak. Beberapa penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa produksi susu dapat meningkat hingga 5 pound (2,267 kg) atau lebih per ekor per hari bagi sapi perah dan peningkatan bobot badan gram per ekor per hari bagi sapi potong setelah pemberian probiotik khamir (Sugoro dan Pikoli, 2004b). Suplemen probiotik dapat berupa bakteri dan jamur. Jamur, khususnya khamir, lebih sering digunakan karena mudah untuk diproduksi (Sugoro dan Pikoli, 2004b). Isolasi dalam rangka mencari isolat khamir yang terbaik sebagai bahan probiotik telah dilakukan dari sumber rumen kerbau. Isolat khamir R1 adalah isolat yang paling dominan di dalam cairan rumen, sehingga mampu tumbuh dengan baik secara in vitro dibandingkan dengan R2. Kedua isolat ini memiliki kemampuan sebagai probiotik dan telah teruji secara in vitro dan in vivo untuk ternak kerbau, kambing dan sapi perah (Sugoro, 2006). Perbanyakan khamir secara in vitro membutuhkan medium yang cocok dan kondisi yang optimum untuk pertumbuhannya. Oleh karena itu penelitian 1

17 untuk perbanyakan khamir, terutama untuk produksi probiotik, perlu dilakukan (Sugoro dan Pikoli, 2004b). Penggunaan medium diusahakan semurah mungkin tanpa mengurangi kemampuan khamir sebagai probiotik ternak ruminansia. Bahan medium pertumbuhan khamir yang banyak digunakan adalah bahan berkarbohidrat tinggi, seperti ekstrak kentang atau bahan substitusi yang memiliki kemampuan sama seperti ekstrak ubi jalar dan ubi kayu (Sugoro dan Mellawati, 2005). Medium ekstrak ubi jalar lebih baik untuk pertumbuhan khamir R1 dan R2 dibandingkan medium ekstrak ubi kayu berdasarkan kurva tumbuh khamir tersebut pada produksi 30 ml, 300 ml, 1000 ml, dan 2000 ml (Rahayu, 2006). Pada skala 18 liter, produksi biomassa sel khamir R1 dan R2 dengan menggunakan ekstrak ubi jalar lebih efisien dibandingkan dengan menggunakan ubi kayu (Undari, 2007). Semakin tinggi sumber karbon sederhana (glukosa) yang diberikan dalam medium diharapkan dapat meningkatkan produksi biomassa khamir. Penambahan sumber karbon dapat dilakukan dengan penambahan molase pada medium. Penambahan molase dalam medium pertumbuhan khamir telah dilakukan, misalnya yang dikombinasikan dalam medium ekstrak ubi kayu. Pada skala 30 ml, kurva pertumbuhan khamir R2 dalam medium ekstrak ubi kayu dengan penambahan molase 0,5 %, 1%, dan 0,5% menunjukkan adanya pengaruh molase terhadap pertumbuhan, tetapi secara statistik tidak berbeda nyata (Taurina, 2005). Pengaruh penambahan molase dalam medium ekstrak ubi jalar sampai skala 18 L terhadap pertumbuhan khamir R1 dan R2 belum diketahui. Oleh karena 2

18 itu, pada penelitian ini molase divariasikan dalam kadar tertentu (0,5% dan 1%) untuk mengetahui kadar yang optimum untuk produksi khamir R1 dan R2 dalam fermentor air-lift skala 18 liter dengan melihat laju konsumsi karbon dan protein yang berperan penting untuk pertumbuhan khamir Perumusan Masalah Beberapa masalah yang telah dirumuskan adalah: 1. Berapakah kadar penambahan molase yang terbaik, apakah 0%, 0,5% atau 1%, untuk produksi biomassa maksimum khamir R1 maupun R2 dalam ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 L? 2. Bagaimana hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar glukosa medium dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 liter? 3. Bagaimana hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar protein medium dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 liter? 1.3. Hipotesis Beberapa hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah: 1. Produksi biomassa maksimum isolat khamir R1 dan R2 masing-masing menunjukkan perbedaan yang nyata pada setiap kadar penambahan molase (0%, 0,5% dan 1%), sehingga menunjukkan kadar tertentu yang terbaik sebagai medium produksi. 3

19 2. Hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar glukosa medium adalah berbanding terbalik, yaitu pada produksi biomassa mengalami peningkatan, kadar glukosa medium mengalami penurunan, dan sebaliknya. 3. Hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar protein medium adalah berbanding terbalik, yaitu pada produksi biomassa mengalami peningkatan, kadar protein medium mengalami penurunan, dan sebaliknya Tujuan dan Manfaat Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui kadar penambahan molase yang terbaik, antara 0%, 0,5% atau 1% untuk produksi biomassa maksimum khamir R1 maupun R2 dalam ekstrak ubi jalar pada fermentor air-lift skala 18 L. 2. Mengetahui hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar glukosa dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor airlift skala 18 liter. 3. Mengetahui hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar protein dalam medium ekstrak ubi jalar pada fermentor airlift skala 18 liter. Hasil penelitian ini diharapkan memberi informasi tentang produksi khamir probiotik bagi peneliti dan produsen probiotik ternak ruminansia agar dapat menghasilkan produk probiotiknya secara lebih efektif dan efisien. 4

20 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pertumbuhan Mikroba Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup. Pada organisme multiseluler, yang disebut pertumbuhan adalah peningkatan jumlah sel per organisme, dimana ukuran sel juga menjadi lebih besar. Pada organisme uniseluler pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel, yang berarti juga pertambahan jumlah organisme, misalnya pertumbuhan yang terjadi pada suatu kultur mikroba (Fardiaz, 1992) Kurva Pertumbuhan Mikroba Gambar 2.1. Kurva Pertumbuhan Mikroba Pertumbuhan mikroba terdiri dari beberapa fase yaitu (Fardiaz, 1992): 1. Fase adaptasi Jika mikroba dipindahkan ke dalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan substrat dan kondisi lingkungan disekitarnya. Pada fase ini belum terjadi pembelahan sel karena 5

21 beberapa enzim mungkin belum disintesis. Jumlah sel pada fase ini tetap, tetapi kadang-kadang menurun. Lamanya fase ini bervariasi, dengan cepat atau lambat tergantung dari kecepatan penyesuaian dengan lingkungan di sekitarnya. Lamanya fase adaptasi dipengaruhi oleh beberapa faktor: a. Medium dan lingkungan pertumbuhan. Sel yang ditempatkan dalam medium dan lingkungan pertumbuhan sama seperti medium dan lingkungan sebelumnya, mungkin tidak memerlukan fase adaptasi. Tetapi jika nutrien yang tersedia dan lingkungan yang baru sangat berbeda dengan yang sebelumnya, diperlukan waktu penyesuaian untuk mensintesis enzim-enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme. b. Jumlah inokulum. Jumlah awal sel yang semakin tinggi akan mempercepat fase adaptasi. 2. Fase pertumbuhan awal Setelah mengalami fase adaptasi, sel mulai membelah dengan kecepatan yang masih rendah karena baru selesai tahap penyesuaian diri. 3. Fase pertumbuhan logaritmik Pada fase ini sel mikroba membelah dengan cepat dan konstan, di mana pertambahan jumlahnya mengikuti fase logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti ph dan kandungan nutrien, juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembaban udara. Pada fase ini sel membutuhkan energi lebih banyak dibandingkan fase lainnya, selain itu sel paling sensitif terhadap keadaan lingkungan. 6

22 4. Fase pertumbuhan lambat Pada fase ini pertumbuhan populasi mikroba diperlambat karena beberapa sebab, misalnya zat nutrisi di dalam medium sudah sangat berkurang dan adanya hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan mikroba. Pada fase ini pertumbuhan sel tidak stabil, tetapi jumlah populasi masih naik karena jumlah sel yang tumbuh masih lebih banyak dari yang mati. 5. Fase pertumbuhan tetap (statis) Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini menjadi lebih kecil karena sel tetap membelah meskipun zat nutrisi sudah mulai habis. Karena kekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi berbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada fase ini sel-sel menjadi lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan kimia. 6. Fase menuju kematian dan fase kematian Pada fase ini sebagian populasi mikroba mulai mengalami kematian karena beberapa sebab, yaitu nutrien di dalam medium sudah habis dan energi cadangan di dalam sel habis. Jumlah sel yang mati semakin lama akan semakin banyak, dan kecepatan kematian dipengaruhi oleh kondisi nutrien, lingkungan dan jenis mikroba. 7

23 2.2. Khamir Fungi atau jamur terdiri dari kapang dan khamir. Kapang bersifat filamentous sedangkan khamir bersifat uniseluler (Pelczar, 1986). Reproduksi vegetatif pada khamir terutama dengan cara pertunasan. Sebagai sel tunggal, khamir tumbuh dan berkembang biak lebih cepat dibandingkan dengan kapang yang tumbuh dengan membentuk filamen. Khamir juga lebih efektif dalam memecah komponen kimia dibandingkan dengan kapang karena mempunyai perbandingan luas permukaan dengan volume yang lebih besar. Khamir juga berbeda dari ganggang karena tidak dapat melakukan proses fotosintesis, dan berbeda dari protozoa karena mempunyai dinding sel yang lebih tegar. Khamir mudah dibedakan dari bakteri karena ukurannya yang lebih besar dan morfologinya yang berbeda (Fardiaz, 1992) Morfologi Khamir Khamir sangat beragam ukurannya, berkisar antara 1 sampai 5 mμ lebarnya dan panjangnya 5 sampai 30 mμ atau lebih. Biasanya berbentuk oval, tetapi beberapa ada yang memanjang atau berbentuk bola. Setiap spesies mempunyai bentuk yang khas, namun sekalipun dalam biakan murni terdapat variasi yang khas dalam hal ukuran dan bentuk sel-sel individu, tergantung kepada umur dan lingkungannya (Pelczar, 1986). Khamir yang berbentuk bulat misalnya Debaryomyces dan yang berbentuk oval misalnya Saccharomyces (Fardiaz, 1992). Khamir tidak dilengkapi flagelum atau organ-organ penggerak lainnya (Pelczar, 1986). 8

24 Beberapa khamir ditutupi oleh komponen ekstraseluler yang berlendir dan disebut kapsul. Kapsul tersebut menutupi bagian luar dinding sel dan terutama terdiri dari polisakarida termasuk fosfomanan, suatu polimer yang menyerupai pati, dan heteropolisakarida yaitu polimer yang mengandung lebih dari satu macam unit glukosa seperti pentosa, heksosa, dan asam glukoronat (Fardiaz, 1992). Dinding sel khamir yang paling banyak diteliti adalah dinding sel Saccharomyces. Dinding sel khamir terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut (Fardiaz, 1992): a. Glukan khamir, disebut juga selulosa khamir. Komponen ini terdiri dari polimer glukosa dengan ikatan beta-1,3 dan beta-1,6 (selulosa mempunyai ikatan beta-1,4 dan beta-1,6). Glukan merupakan komponen terbesar dari dinding sel khamir, dan pada Saccharomyces cerevisiae meliputi 30-35% dari berat kering dinding sel. d. Mannan, yaitu polisakarida yang terdiri dari unit D-mannosa dengan ikatan alfa-1,6, alfa-1,2 dan sedikit alfa-1,3. Pada Saccharomyces, polimer ini merupakan komponen terbanyak kedua setelah glukan, yaitu kira-kira 30% dari berat kering dinding sel. c. Protein, merupakan komponen dinding sel khamir yang jumlahnya relatif konstan, yaitu 6-8 % dari berat kering dinding sel. Protein yang terdapat pada dinding sel termasuk juga enzim yang memecah substrat yang akan diserap, misalnya invertase dan hidrolase. 9

25 d. Khitin, yaitu suatu polimer linear dari N-asetilglukosamin dengan ikatan beta- 1,4. Khitin yang terdapat pada dinding sel khamir meyerupai khitin yang terdapat pada skeleton luar serangga, tetapi derajat polimerisasinya lebih kecil sehingga lebih mudah larut. Jumlah khitin di dalam dinding sel khamir bervariasi tergantung dari jenis khamir, misalnya 1-2% pada Saccharomyces cerevisiae, dan lebih dari 2 % pada Nadsonia, Rhodotorula, Sporobolomyces, dan khamir berfilamen yaitu Endomyces, sedangkan Schizosaccharomyces tidak mengandung khitin. e. Lipid, terdapat dalam jumlah 8,5-13,5%, mungkin lebih rendah pada beberapa spesies Kondisi Pertumbuhan Khamir Khamir adalah mikroorganisme fakultatif yang dapat tumbuh baik pada kondisi anaerob maupun aerob apabila terdapat sumber karbohidrat, nitrogen (organik atau anorganik), mineral, termasuk trace element, dan vitamin. Suhu optimum untuk pertumbuhan khamir adalah 20ºC-25 ºC. Sebagian besar khamir dipengaruhi suplai oksigen, ph dan temperatur (Donald, 1996). Pertumbuhan khamir juga dipengaruhi oleh konsentrasi komponenkomponen penyusun media pertumbuhan. Suplai karbon merupakan sumber yang paling berpengaruh pada pertumbuhan optimum. Penyusun medium harus mencakup semua unsur yang diperlukan untuk suplai energi (Hariyum, 1986). Kebanyakan khamir lebih menyukai tumbuh pada keadaan asam, yaitu pada ph 4-4,5. Batas aktivitas air terendah untuk pertumbuhan khamir berkisar antara 0,88-10

26 0,94. Banyak khamir bersifat osmofilik, yaitu dapat tumbuh pada medium dengan aktivitas air realtif rendah, yaitu 0,62-0,65 (Fardiaz, 1992) Metabolisme khamir Khamir dapat dibedakan atas dua kelompok berdasarkan sifat metabolismenya, yaitu khamir yang bersifat fermentatif dan khamir yang bersifat oksidatif. Khamir fermentatif dapat melakukan fermentasi alkohol, yaitu memecah glukosa melalui jalur glikolisis (Embden Meyerhoff-Parnas) dengan total reaksi sebagai berikut (Fardiaz, 1992): C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 Glukosa Alkohol (etanol) Khamir yang digunakan dalam pembuatan roti dan bir merupakan spesies Saccharomyces yang bersifat fermentatif kuat, tetapi dengan adanya oksigen, S. cerevisiae juga dapat melakukan respirasi yaitu mengoksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Oleh karena itu, tergantung dari kondisi pertumbuhan, S. cerevisiae dapat mengubah sistem metabolismenya dari jalur fermentatif menjadi oksidatif (respirasi). Kedua sistem tersebut menghasilkan energi, meskipun energi yang dihasilkan melalui respirasi lebih tinggi dibandingkan melalui fermentasi (Fardiaz, 1992). Nutrisi utama bagi organisme selain karbon dan oksigen adalah nitrogen. Sebagai salah satu makronutrisi penting, nitrogen diperlukan untuk pertumbuhan sel dan memelihara kemampuan sel untuk membentuk enzim (Rehm dan Reed, 1981). Mikroorganisme ternyata dapat tumbuh pada laju maksimumnya walaupun konsentrasi nitrogen amat rendah (Griffin, 1981). 11

27 Umumnya khamir dapat menggunakan sumber nitrogen organik dan nonorganik. Nitrogen anorganik dapat disuplai dalam bentuk garam amonium, nitrit dan nitrat, sedangkan nitrogen organik dapat berupa asam amino, protein dan urea (Stanbury dan Whitaker, 1987) Isolat Khamir R1 dan R2 Isolat khamir R1 dan R2 adalah khamir hasil isolasi dari sumber rumen kerbau. Kedua isolat ini termasuk jenis Saccharomyces cerevisiae. Isolat khamir R1 adalah isolat yang paling dominan di dalam cairan rumen, sehingga mampu tumbuh dengan baik secara in vitro dibandingkan dengan R2. Isolat khamir R1 lebih efisien memanfaatkan nutrisi, karena pertumbuhan populsi yang lebih banyak dan produksi gas yang lebih sedikit. Isolat khamir R2 memiliki jumlah populasi yang sedikit dibanding R1 yang menunjukkan efisiensi penggunaan substrat rendah karena memproduksi gas yang tinggi. Kedua isolat ini memiliki kemampuan sebagai probiotik dan telah teruji secara in vitro dan in vivo untuk ternak kerbau, kambing dan sapi perah (Sugoro, 2006) Probiotik Probiotik adalah suplemen pakan berupa mikroba hidup, yang memberi pengaruh menguntungkan bagi ternak inang dengan cara meningkatkan kesetimbangan mikroorganisme dalam saluran pencernaan (Fuller, 1992). Suplemen probiotik dapat berupa bakteri dan jamur. Jamur, khususnya khamir, lebih sering digunakan karena mudah untuk diproduksi (Sugoro dan Pikoli, 2004b). Khamir merupakan sumber yang kaya akan enzim seperti laktase, 12

28 invertase dan katalase dan juga kaya akan sumber vitamin serta beberapa kofaktor yang tidak teridentifikasi yang berguna dalam meningkatkan aktivitas mikroba rumen (Alshaikh et al., 2002). Secara in vitro, probiotik ditambahkan ke dalam pakan untuk mendegradasi serat menjadi senyawa sederhana sehingga mudah untuk dicerna secara in vivo. Probiotik diberikan langsung pada ternak sehingga meningkatkan fermentasi pakan dalam rumen dan mempengaruhi metabolisme ternak (Sugoro dan Pikoli, 2004a). Probiotik ini kemudian dikenal dengan viable innoculant atau direct fed microbial. Probiotik dapat diberikan dalam bentuk bubuk (bubuk dalam kapsul), cair, pasta, dan tablet, melalui pakan dan air minum (Sugoro dan Pikoli, 2004b) Molase Molase adalah limbah dari pengolahan tebu yang berbentuk cairan kental, berwarna coklat tua kehitaman, berbau manis atau harum khas (Hatmono, 1997). Molase termasuk medium pertumbuhan kompleks yang kaya akan sukrosa (Walker, 1998). Gula yang umumnya dapat difermentasi oleh khamir adalah glukosa, galaktosa, maltosa, sukrosa, laktosa, trehalosa, melibiosa, dan raffinosa (Fardiaz, 1992). 13

29 Tabel 2.1. Kandungan Nutrien Molase (Kusumawardhani,2003). Nutrien Prosentase (%) Agar Sukrosa Gula tereduksi (invert) Protein Kasar 2-4,6 K2O 3-6,5 Na2O 0,5-3 Ca 0,5-4,7 Mg 0,5-1,7 Cu 0-0,4 Zn 0,1-1,5 P2O 0,01-0, Ubi Jalar (Ipomoea batatas) Ubi jalar banyak mengandung vitamin, mineral, fitokimia (antioksidan), dan serat (pektin, selulosa, hemiselulosa). Kandungan gizi ubi jalar segar dalam 100 g terdapat 76 kalori yang terdiri dari karbohidrat 17,6 g; protein 1,57 g; lemak 0,05 g; serat 3 g; kalsium 30 mg; zat besi 0,61 mg; magnesium 25 mg; seng 0,30 mg; selenium 0,6 mg; kalium 337 mg; Vitamin C 22,7 mg; dan juga terdapat Vit A, E, B-6 dan K dan tidak mengandung kolesterol ( Ubi jalar merupakan sumber karbohidrat yang baik, mengandung lebih dari 25 persen karbohidrat atau lebih dari 70 persen jika sudah dikeringkan/ditepungkan. Kandungan karbohidratnya hampir sama dengan beras ( Jamur mampu memanfaatkan berbagai macam bahan untuk gizinya. Sekalipun demikian, mereka itu heterotrof. Berbeda dengan bakteri mereka tidak dapat menggunakan senyawa karbon anorganik, seperti misalnya karbondioksida. Karbon harus berasal dari sumber organik misalnya glukosa (Pelczar, 1986). 14

30 2.6. Fermentasi Kultur Terendam Medium cair digunakan pada fermentasi permukaan dan fermentasi terendam. Fermentasi permukaan medium cair merupakan cara fermentasi yang sejak lama dipraktekkan untuk membuat produk fermentasi, misalnya produksi asam asetat secara tradisional. Fermentasi permukaan medium cair ini mulai ditinggalkan sejak fermentasi terendam terbukti lebih efisien, khususnya dalam memproduksi produk-produk fermentasi yang bernilai ekonomi tinggi dan menghendaki sterilitas tinggi (Rahman,1992). Medium fermentasi kultur terendam yang digunakan dalam penelitian ini adalah ekstak ubi jalar Fermentor Tipe Air-Lift Peningkatan skala fermentasi dilakukan dalam suatu fermentor/bioreaktor. Bioreaktor merupakan tempat transformasi bahan baku menjadi produk yang diinginkan (McNeil dan Harvey, 1990). Bioproses di dalam bioreaktor melibatkan udara sebagai sumber oksigen, cairan dalam bentuk substrat dan suspensi sel mikrobia (Stanburry dan Whitaker, 1987). Bioreaktor yang digunakan dalam produksi biomassa sel adalah fermentor tipe air-lift (Ward, 1989). Fermentor air-lift tidak menggunakan sistem agitasi mekanik. Pengadukan terjadi karena adanya sirkulasi udara (McNeil dan Harvey, 1990). Untuk mendukung proses sirkulasi udara, fermentor berukuran kecil dan besar dilengkapi dengan sparger yang berfungsi memasukkan udara ke dalam 15

31 medium. Sparger ini terletak di dasar fermentor. Ada 3 jenis sparger yaitu, sparger berpori, sparger berupa pipa-pipa berlubang dan sparger nozel (Rahman,1992). Sparger yang digunakan dalam penelitian ini adalah sparger berupa pipa-pipa berlubang. Fermentor biasanya beroperasi dengan laju aerasi 0,5-1,0 vvm (volume udara/ volume medium/ menit) (Rahman,1992). Gambar fermentor dapat dilihat dalam Lampiran 3C. 16

32 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan Februari sampai Mei 2007 di Laboratorium Nutrisi, Reproduksi, dan Kesehatan Ternak, Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN yang terletak di Jalan Cinere, Pasar Jumat, Jakarta Selatan Alat dan Bahan Alat yang digunakan adalah tabung reaksi, pipet pasteur, mikropipet, pipet serologis, kamar hitung Neubauer, mikroskop, pisau, botol semprot, tips, kain kassa, aerator, timbangan analitik, gelas ukur, gelas beker, labu Erlenmeyer, ose, autoklaf, ph meter, lampu Bunsen, sentrifus, tabung sentrifus, tabung eppendorf, desikator, labu Kjeldahl, labu destilasi, biuret, hot plate, kelereng, spektrofotometer, oven C dan 80 0 C, shaker, vortex, laminar air flow, galon dan corong. Bahan yang digunakan adalah medium Potato Dextrose Agar (PDA), medium Potato Dextrose Broth (PDB), ubi jalar, isolat khamir R1 dan R2, akuades, d-glukosa, agar, alkohol 70%, spirtus, asam laktat 10%, molase, asam cuka, Natrium karbonat anhidrat, Rochelle, Natrium bikarbonat, Natrium sulfat anhidrat, CuSO 4.H 2 O, asam sulfat pekat, ammoniummoblidat, Na 2 H 2 SO 4.7H 2 O, glukosa anhidrat, HCl 0,04 N, indikator PP (phenolpthalein), NaOH 40 %, NaOH 0,04 N, selenium, kuprisulfat pentahidrat dan kalium sulfat. 17

33 3.3. Cara Kerja Pembuatan Medium Potato Dextrose Broth (PDB) dan Potato Dextrose Agar (PDA) Sebanyak 300 g kentang yang telah dicuci, dipotong-potong, direbus dalam 500 ml akuades selama 1 jam kemudian disaring dengan kain kassa 4 lapis. Filtrat yang diperoleh ditambah dengan akuades hingga mencapai volume 1 liter, kemudian ditambah 20 g dekstrosa sambil dipanaskan dan diaduk hingga larut. Medium PDB yang telah larut sempurna dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer, kemudian disterilisasi dalam autoklaf pada suhu 121 C selama 15 menit. Medium PDB steril yang telah dingin ditambahkan 1 ml asam laktat 10% untuk menghambat pertumbuhan bakteri, kemudian disimpan pada suhu kamar selama 1 hari (Bridson, 1998). Medium PDA dibuat dengan cara yang sama dengan PDB, tetapi diberi tambahan agar 1,5 % dan dimasukkan ke dalam sejumlah tabung reaksi sebelum sterilisasi. Medium PDA dibiarkan membeku dalam keadaan miring dan disimpan pada suhu kamar sebelum digunakan (Bridson, 1998) Pembuatan Medium Ekstrak Ubi Jalar Sebanyak 300 g ubi jalar yang telah dicuci, dipotong-dipotong berbentuk dadu, direbus selama 1 jam dalam 500 ml akuades kemudian disaring dengan kain kassa 4 lapis. Lalu filtrat rebusan yang diperoleh ditambahkan dengan akuades sampai mencapai volume 1 liter dan dimasukkan dalam labu Erlenmeyer. Ekstrak disterilisasi dengan menggunakan autoklaf pada suhu 121ºC selama 15 menit 18

34 (Sugoro dan Mellawati, 2005). Ekstrak ubi jalar 18 L dibuat dari 5,4 kg ubi jalar dengan cara yang sama Persiapan Kultur Inokulum Isolat khamir R1 dan R2 diperoleh dari koleksi Laboratorium Kelompok Kesehatan dan Reproduksi Ternak PATIR BATAN. Isolat khamir dalam medium PDA miring berumur 1 hari diinokulasi sebanyak tiga ose ke dalam 30 ml medium PDB kemudian diinkubasi selama satu hari sambil dikocok dengan shaker pada kecepatan 120 rpm. Kepadatan kultur berumur 24 jam dihitung dengan metode Neubauer untuk membuat inokulum ekstrak ubi jalar 30 ml berkepadatan 10 6 sel/ml. Jumlah sel dihitung setelah dilakukan pengenceran , misalnya 0,1 ml inokulum atau suspensi sel ditambah dengan 0,9 ml akuades steril untuk pengenceran Tiap pengenceran dihitung dengan kamar hitung Neubauer (haemacytometer). Jumlah sel dihitung pada tiga kamar, kemudian dirata-ratakan. Cara yang sama dilakukan untuk membuat kultur inokulum ekstrak ubi jalar 300 ml dan 1000 ml. Inokulum untuk membuat kultur 300 ml berasal dari kultur 30 ml berumur 1 hari, sedangkan inokulum untuk membuat kultur 1000 ml berasal dari kultur 300 ml berumur 1 hari, yang masing-masing sebesar 10 % (v/v) dengan kepadatan 10 6 sel/ml. Inokulum 1 L inilah yang akan digunakan sebagai kultur inokulum untuk fermentasi pada fermentor air- lift skala 18L. Inokulum 1 L berumur 2 hari inilah yang akan digunakan sebagai kultur inokulum untuk fermentasi pada fermentor air- lift skala 18L. Inokulum 1 L untuk R1 dibuat sebanyak 6 kali untuk diinokulasi ke dalam 6 medium ekstrak ubi jalar 18 L yang 19

35 terdiri atas 3 perlakuan yang berbeda dengan 2 kali ulangan, begitu pula inokulum 1 L untuk R Optimasi Penambahan Kadar Molase pada Fermentor Air-Lift 18 L Kultur inokulum R1 atau R2 dari inokulum 1 L diinokulasi sebanyak 10 % v/v (10 6 sel/ml) ke dalam 2 medium perlakuan dan 1 medium tanpa perlakuan (kontrol) yang masing-masing bervolume 18 L dalam fermentor air-lift. Kedua medium perlakuan mengandung molase dengan kadar yang berbeda, sedangkan medium kontrol tidak mengandung molase atau hanya mengandung ekstrak ubi jalar. Tabel 3.1. Perlakuan pada Fermentor air-lift 18 L Perlakuan Penambahan kadar molase Penambahan kadar molase pada R1 pada R2 1 0 % 0 % 2 0,5 % 0,5 % 3 1 % 1 % Proses inkubasi pada fermentor air-lift 18 liter berlangsung selama 8 hari pada suhu ruang dengan kecepatan aerasi sebesar 500 ml/menit. Selama proses fermentasi berlangsung, pengambilan sampel dilakukan pada hari ke 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 dan 8. Sampel diambil dengan menggunakan pipet serologis sebanyak 15 ml. Sampel sebanyak 5 ml digunakan untuk pengukuran ph. Sampel sebanyak 10 ml disentrifugasi dengan kecepatan 3000 rpm, peletnya digunakan untuk pengukuran berat kering biomassa, sedangkan supernatannya digunakan untuk pengukuran kadar glukosa dan kadar protein. 20

36 Pengukuran Kadar Glukosa dalam Medium Pengukuran kadar glukosa dengan metode Somogyi-Nelson dilakukan dengan tahapan prosedur berikut ini. 1. Pembuatan reagen Nelson Reagen Nelson A: Sebanyak 12,5 g Na karbonat anhidrat, 12,5 g Rochelle, 10 g Na bikarbonat dan 100 g Na sulfat anhidrat dilarutkan dalam 100 ml akuades selanjutnya diencerkan hingga 500 ml. Reagen Nelson B: Sebanyak 7,5 g CuSO 4.H2O dilarutkan dalam 50 ml akuades ditambahkan 1 tetes asam sulfat pekat. Reagen Nelson dibuat dengan cara mencampurkan Reagen Nelson A dan Nelson B dengan perbandingan 25:1. Pencampuran dilakukan pada saat akan dipergunakan. 2. Pembuatan larutan Arsenomolibdat Larutan I: Sebanyak 25 g ammoniumolibdat dilarutkan dalam 450 ml akuades, lalu ditambah 25 ml asam sulfat pekat. Larutan II: Sebanyak 3 g Na 2 H 2 SO 4.7H 2 O dilarutkan dalam 25 ml akuades. Larutan II dituangkan ke dalam larutan I dan disimpan dalam botol berwarna coklat, kemudian diinkubasi pada suhu 37 C selama 24 jam. 3. Pembuatan glukosa standar Sebanyak 100 mg glukosa anhidrat dilarutkan dalam 100 ml akuades, kemudian diakukan pengenceran seperti pada Tabel

37 Tabel 3.2. Pembuatan Larutan Glukosa Standar No Tabung Larutan standar (ml) 0,00 0,01 0,05 0,10 0,25 0,50 1,00 Akuades (ml) 1,00 0,99 0,95 0,90 0,75 0,50 0,00 Kadar glukosa (mg/ml) 0,00 0,01 0,05 0,10 0,25 0,50 1,00 4. Penentuan kadar glukosa Sebanyak 1 ml sampel atau larutan glukosa standar ditambah 1 ml reagen Nelson, kemudian dipanaskan pada penangas air 100 C selama 20 menit, setelah larutan didinginkan dalam gelas piala yang berisi air dingin sampai tabung mencapai suhu 25 C, ditambah 1 ml reagen arsenomolibdat, dan dikocok sampai endapan Cu 2 O yang ada larut kembali. Setelah semua larut, ditambahkan 7 ml akuades, dikocok sampai homogen dan diukur absorbansinya pada panjang gelombang 540 nm. Hasil pengukuran absorbansi larutan glukosa standar dibuat menjadi kurva standar glukosa. Kadar glukosa sampel ditentukan dengan memasukkan nilai absorbansi sampel dalam persamaan yang diperoleh dari kurva standar glukosa. Laju konsumsi glukosa dihitung berdasarkan perubahan kadar glukosa medium perharinya. Keterangan: Kn = laju konsumsi glukosa pada hari ke-n (g/l/hari) Gn = kadar glukosa pada hari ke-n t = waktu (hari) Kn = (Gn-1) (Gn) t 22

38 Pengukuran Kadar Protein dalam Medium Pengukuran kadar protein dapat dilakukan secara tidak langsung melalui pengukuran kadar nitrogen total dengan Metode Kjeldahl (Meyers, 2000). Supernatan hasil produksi biomassa diambil secukupnya agar amoniak yang keluar akan ternetralisir oleh 10 ml 0,04 N asam klorida, lalu ditempatkan dalam labu Kjeldahl. Kemudian ditambah 1 gram campuran katalis (1 gr selenium, 1 gr kuprisulfat pentahidrat dan 20 gr kalium sulfat; semuanya digerus halus dan dicampur dengan baik). Sebanyak 5 ml asam sulfat pekat ditambahkan ke dalam labu tersebut, kemudian dipanaskan sampai bening. Campuran didiamkan sampai dingin, lalu dilarutkan dengan 10 ml akuades. Selanjutnya campuran ditempatkan dalam labu destilasi, ditambahkan 25 ml HCl 0,04 N, indikator PP (phenolphthalein) 3 tetes dan 20 ml NaOH 40%, kemudian dilakukan destilasi. Hasil destilasi (destilat) dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai berubah warna dari jernih menjadi merah muda. Selanjutnya persentase kadar nitrogen dapat ditentukan melalui penghitungan berikut ini: % N = 100 (V1-V2) x 0,5603 W Keterangan: V1 = vol HCl 0,04 N yang dipakai dalam penentuan V1 W = vol HCl 0,04 N yang dipakai dalam blangko = berat sampel (mg) Untuk memperoleh persentase kadar protein, nilai persen nitrogen dikalikan suatu faktor konversi 6,25, yaitu faktor konversi protein yang rata-rata 23

39 mengandung 16 % nitrogen (Meyers, 2000). % P = 6,25 x % N Keterangan: % P = Persentase kadar protein % N = Persentase kadar nitrogen Pengukuran Biomassa Khamir Tabung sentrifus dikeringkan pada suhu 80ºC selama 24 jam, didinginkan, dan ditimbang. Sebanyak 10 ml sampel dimasukkan ke dalam tabung sentrifus, dan disentrifugasi pada kecepatan 3000 rpm selama 10 menit. Pelet yang diperoleh dikeringkan dalam oven pada suhu 80 C selama 48 jam. Tabung berisi pelet kering dimasukkan ke dalam desikator selama 1 jam kemudian ditimbang bobot akhirnya. Biomassa khamir dihitung berdasarkan selisih antara bobot awal dan bobot akhir tabung (Rahman, 1992) Analisis Data Untuk memilih kadar molase yang memberikan pertumbuhan optimum bagi khamir R1 dan R2 digunakan analisis variansi dengan program SPSS Variabel yang dianalisis adalah kadar molase 0,5%, 1%, dan 0% (kontrol), dengan produksi biomassa sebagai parameter yang diuji. Jika hasilnya berbeda nyata atau sangat nyata pada taraf kepercayaan 95%, maka dilakukan uji Tukey untuk menentukan produksi biomassa maksimum di antara variabel yang dianalisis. Pengambilan keputusan dilakukan berdasarkan nilai probabilitas, yaitu jika probabilitas > 0,05 maka H 0 diterima dan jika probabilitas < 0,05 maka H 0 ditolak (Santoso, 2003). 24

40 Untuk menganalisis hubungan antara produksi biomassa isolat khamir R1 dan R2 dengan kadar glukosa dan protein medium digunakan uji korelasi dengan bantuan program Microsoft Excel. Penentuan keeratan hubungan yang ditunjukkan oleh nilai koefisien korelasi mengikuti kriteria berikut ini ( Nugroho, 2005): 1. 0,00 sampai dengan 0,20 berarti memiliki hubungan sangat lemah 2. 0,21 sampai dengan 0,40 berarti memiliki hubungan lemah 3. 0,41 sampai dengan 0,70 berarti memiliki hubungan kuat 4. 0,71 sampai dengan 0,90 berarti memiliki hubungan sangat kuat 5. 0,91 sampai dengan 0,99 berarti memiliki hubungan sangat kuat sekali berarti korelasi sempurna 25

41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pertumbuhan Biomassa Isolat Khamir R1 dan R2 Pola pertumbuhan biomassa isolat khamir R1 dan R2 memiliki pola yang hampir sama, yaitu tidak menunjukkan adanya fase adaptasi atau pertumbuhan khamir langsung masuk ke fase eksponensial (Gambar 4.1 dan 4.2). Hal ini terjadi karena isolat khamir, baik R1 maupun R2, ditumbuhkan dalam medium utama pertumbuhan yang sama (ekstrak ubi jalar) secara bertahap dari volume yang lebih kecil. Sel yang ditempatkan dalam medium dan lingkungan pertumbuhan yang sama seperti medium dan lingkungan sebelumnya, mungkin tidak memerlukan fase adaptasi (Fardiaz, 1992). Biomassa (g/l) 1 0,8 0,6 0,4 0, Waktu (hari) molase 0% molase 0,5% molase 1% Gambar 4.1. Pola Pertumbuhan Biomassa Isolat khamir R1 dalam Medium Ekstrak Ubi Jalar dengan Variasi Kadar Molase pada Fermentor Airlift Skala 18 Liter 26

42 Biomassa (g/l) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Waktu (hari) molase 0% molase 0,5% molase 1% Gambar 4.2. Pola Pertumbuhan Biomassa Isolat khamir R2 dalam Medium Ekstrak Ubi Jalar dengan Variasi Kadar Molase pada Fermentor Airlift Skala 18 Liter Produksi biomassa kedua isolat langsung meningkat dengan cepat dalam medium perlakuan (molase 0,5% dan 1%). Pada hari pertama inkubasi isolat khamir R1 telah mencapai produksi biomassa maksimumnya dalam kedua medium perlakuan, sedangkan dalam medium kontrol (molase 0%) produksi biomassa maksimum baru dapat dicapai pada hari ke-2. Demikian pula pada isolat khamir R2, pada hari pertama telah mengalami peningkatan yang pesat dalam kedua medium perlakuan, meskipun belum mencapai maksimum. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan molase mempercepat tercapainya fase eksponensial. Gula invert yang terkandung dalam molase, memungkinkan khamir untuk langsung menggunakan gula tersebut sebagai sumber karbonnya tanpa diperlukan proses pemecahan terlebih dahulu. Setelah mencapai fase eksponensial, seluruh perlakuan menunjukkan terjadinya penurunan produksi biomassa di hari 27

43 berikutnya. Kemudian pada hari selanjutnya terjadi kenaikan dan penurunan produksi biomassa yang polanya berbeda-beda pada masing-masing perlakuan. Produksi biomassa isolat khamir R1 yang tinggi kembali terjadi pada hari ke-5 dalam medium dengan penambahan kadar molase 0,5%, bahkan nilainya lebih tinggi dibandingkan hari pertama. Fase ini disebut pertumbuhan diauksik. Fenomena ini dapat terjadi ketika khamir ditumbuhkan pada substrat yang mengandung dua sumber karbon yang digunakan secara bergantian (Walker, 1998). Seperti halnya isolat khamir R1, produksi biomassa isolat khamir R2 telah mengalami kenaikan yang pesat sejak awal inkubasi dalam kedua medium perlakuan, sedangkan dalam medium kontrol kenaikan produksi biomassa tidak begitu nyata sampai hari ke-3. Meskipun kenaikan produksi biomassa dalam medium molase 0,5% telah terjadi sejak awal inkubasi, produksi biomassa tertinggi baru tercapai pada hari ke-4. Berbeda dengan perlakuan lainnya, pertumbuhan isolat khamir R2 dalam medium dengan penambahan kadar molase 1% langsung memasuki fase eksponensial yang sangat pesat dan mencapai biomassa maksimumnya pada hari ke-2. Hal ini menunjukkan adanya pengaruh penambahan molase 1% dalam medium terhadap kemampuan isolat khamir R2 untuk mencapai produksi biomassa maksimumnya dengan lebih cepat. Kenaikan produksi biomassa kembali terjadi pada hari ke-7 dalam medium dengan penambahan kadar molase 1%, namun nilainya tidak lebih tinggi dibandingkan pada hari ke-2. 28

44 Selanjutnya produksi biomassa maksimum isolat khamir R1 dan R2 yang diamati dari pola pertumbuhan (Gambar 4.1 dan 4.2) dibandingkan untuk menentukan perlakuan mana yang terbaik. Produksi biomassa maksimum ditampilkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1. Produksi Biomassa Maksimum Isolat Khamir R1 dan R2 Isolat khamir R1 R2 Kadar Molase Rata-rata Biomassa (g/l) tertinggi Waktu (hari) 0 % 0,6250 ± 0, ,5 % 0,7875 ± 0, % 0,7900 ± 0, % 0,9500 ± 0 4 0,5 % 0,9500 ± % 1,2900 ± 0, Produksi biomassa maksimum isolat khamir R1 pada perlakuan penambahan molase tampak lebih tinggi dibandingkan kontrol, namun hasil uji statistik tidak menunjukkan perbedaan yang nyata (Lampiran 4A). Hal ini berarti penambahan kadar molase sebanyak 0,5% maupun 1% ke dalam medium ekstrak ubi jalar skala 18 liter tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap pertumbuhan isolat khamir R1. Hasil uji statistik produksi biomassa maksimum isolat khamir R2 menunjukkan perbedaan yang nyata antara biomassa yang dihasilkan dalam medium yang ditambahkan molase 1%, baik dengan medium kontrol maupun dengan medium yang ditambahkan molase sebanyak 0,5% (Lampiran 4B dan 4C). Hal ini berarti penambahan kadar molase 1% ke dalam medium ekstrak ubi jalar skala 18 liter memberikan pengaruh yang signifikan berupa peningkatan produksi biomassa maksimum isolat khamir R2. Hal ini juga menunjukkan bahwa isolat khamir R2 menggunakan gula invert yang terkandung dalam molase secara efisien 29

45 untuk produksi biomassa. Kemampuan isolat khamir R2 untuk menghasilkan biomassa maksimum lebih lambat dibandingkan dengan isolat khamir R1, namun produksi biomassa yang dihasilkan oleh isolat khamir R2 relatif lebih tinggi dibandingkan oleh isolat khamir R1. ph 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 Terjadinya metabolisme penggunaan medium selama pertumbuhan kedua isolat khamir didukung oleh hasil pengukuran ph medium kultur. Hasil pengukuran ph medium pertumbuhan kedua isolat khamir dituangkan dalam bentuk kurva ph (Gambar 4.3). A. Isolat khamir R1 B. Isolat khamir R Waktu (Hari) molase 0% molase 0,5% molase 1% ph 5,3 5,2 5,1 5 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4 3, Waktu (Hari) molase 0% molase 0,5% molase 1% Gambar 4.3. Kurva Perubahan ph Medium Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R2. ph medium, baik dalam medium kontrol maupun perlakuan, pada umumnya mengalami penurunan selama pertumbuhan khamir. Kisaran perubahan ph medium dapat dilihat pada Tabel

46 Tabel 4.2. Kisaran Perubahan ph Medium Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R2 Kadar Molase Kisaran ph Isolat khamir R1 Isolat khamir R2 0 % (kontrol) 4,20 4,84 4,14-4,90 0,5 % 4,27 4,47 4,09-4,23 1 % 4,14 4,36 3,94 5,00 Tingkat pertumbuhan S. cerevisiae biasanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan ph antara 3,5 7,5. Namun pertumbuhannya mengalami penurunan pada ph dibawah 3,5 dan hampir terhenti di bawah ph 2 atau di atas ph 8 (Zimmermann dan Entian, 1997). Kisaran perubahan ph pada Tabel 4.2 menunjukkan bahwa kisaran ph tersebut berada dalam kisaran yang dapat mendukung pertumbuhan khamir. Penurunan ph disebabkan produksi asam-asam seperti asam laktat dan asam piruvat hasil fermentasi gula oleh khamir secara aerob (Walker, 1998). VFA (volatile fatty acids) yang dihasilkan khamir juga dapat menurunkan ph medium. Selain itu penurunan ph juga karena terbentuknya asam dengan dihasilkannya CO 2 yang terbentuk dari perombakan glukosa yang tersedia melalui proses respirasi. Terlarutnya CO 2 dalam air akan menghasilkan ion bikarbonat dan ion hidrogen. Tambahan ion hidrogen dihasilkan dan konsentrasi total H + menjadi lebih besar dari konsentrasi OH -. Larutan menjadi asam karena asam karbonat (H 2 CO 3 = HCO 3 + H + ) dibentuk oleh reaksi karbon dioksida dengan air (Hibbard, 2002). 31