KINETIKA PERTUMBUHAN Lactobacillus plantarum dan Lactobacillus sp. PADA MEDIA MRS CAIR

Transkripsi

1 Hasil Penelitian Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No. 1 Th KINETIKA PERTUMBUHAN Lactobacillus plantaru dan Lactobacillus sp. PADA MEDIA MR CAIR [Growth Kinetics of Lactobacillus plantaru and Lactobacillus sp. in MR Mediu] Yoyok B. Praono 1), Eni Harayani 2), dan Tyas Utai 2) 1) Progra tudi Ilu dan Teknologi Pangan, Pasca arjana Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta E-ail : yok_bp@hehe.co 2) Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian, FTP Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Diteria 23 epteber 2002/Disetujui 17 April 2003 ABTRACT Lactobacillus plantaru FNCC 250 and Lactobacillus sp. FNCC 401 were isolated fro traditional ferented food which had potential properties as probiotic agents and to reduce cholesterol. The ai of the research was to study the growth kinetics of Lactobacillus plantaru FNCC 250 and Lactobacillus sp. FNCC 401 at MR ediu, using glucose a substrate liiting factor. Cells were inoculated into MR ediu containing glucose concentration of 0.05 ; 0.1 ; 0.2 ; 0.3 ; 0.5 ; 1 ; 1.5 ; 2 ; and 3 % (w/v). Ferentation was carried out at 37 o C, with initial ph 6.8 and was onitored for 24 hours. During the ferentation, dry cell weight, reducing sugar and ph were analysed. The results showed that Ks ( the substrate saturation constant) of Lactobacillus plantaru FNCC 250 was 0.04 (g.l -1 ) ; μ ax (the axiu growth rate) was 0.17 (h -1 ) ; and Y (growth yield) was 0.24 ( g.g -1 ), eanwhile for Lactobacillus sp. FNCC 401 Ks was 0.06 (g.l -1 ), μ ax was 0.26 (h -1 ) ; and Y (growth yield) was 0.24 ( g.g -1 ). Key words : Ferentation, growth kinetics, Lactobacillus plantaru, and Lactobacillus sp. PENDAHULUAN Lactobacilus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401 erupakan bakteri asa laktat yang diisolasi dari akanan ferentasi tradisional, yaitu dari gatot dan dadih. Isolat ini berpotensi untuk enurunkan kolesterol sehingga dapat digunakan sebagai agensia probiotik yang dapat eberikan efek kesehatan yang enguntungkan (Ngatirah, 2000). Untuk encapai tujuan tersebut diperlukan julah bioasa sel yang cukup besar agar dapat encapai saluran pencernaan. Disatu sisi inforasi data kinetika pertubuhan isolat lokal yang dapat digunakan sebagai inforasi awal dala suatu proses ferentasi dala eproduksi bioasa sel saat ini asih terbatas. Inforasi ini diperlukan sebagai pendekatan kuantitatif dala eahai proses ferentasi. Oleh karena itu diperlukan suatu penelitian untuk epelajari kinetika pertubuhan bakteri khususnya, untuk referensi awal dala siulasi desain proses ferentasi guna produksi sel yang lebih besar untuk jangka berikutnya. Kinetika pertubuhan dapat eberikan inforasi tentang kecepatan produksi bioasa sel dan pengaruh lingkungan terhadap kecepatan pertubuhan. Data pengaatan dapat disajikan dala paraeter-paraeter pertubuhan yaitu : a). kecepatan pertubuhan spesifik, b). growth yield, c). etabolic quotient, d). afinitas substrat, e). julah aksiu bioasa (Whitaker dan tanburry, 1984). Adapun paraeter yang diukur adalah ax yaitu kecepatan pertubuhan spesifik aksiu (per ja), Y (growth yield) yang enunjukkan efisiensi penggunaan nutrisi oleh suatu ikroorganise untuk pertubuhannya (g/g) dan Ks (konstanta saturasi). Mengingat pentingnya inforasi tentang kinetika pertubuhan suatu ikroorganise, aka penelitian ini dilakukan dengan tujuan epelajari kinetika pertubuhan Lactobacillus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401 pada edia MR cair dengan glukosa sebagai substrat pebatas. METODOLOGI Preparasi kultur Kultur bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus plantaru FNCC 250 yang berasal dari gatot, dan Lactobacillus sp. FNCC 401 yang berasal dari dadih. Kultur berasal dari PAU, Pangan dan Gizi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Kultur diuji keurniannya dala ediu agar, pengecatan Gra, dan pengujian ikroskopis. etelah itu dilakukan pebuatan kultur stok dengan cara enabahkan gliserol 20 % dan ski 10 % (1:1) pada assa sel, dicapur hingga hoogen dan diasukkan 46

2 Hasil Penelitian Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No. 1 Th dala tabung eppendorf dan disipan pada suhu 40 o C. ub kultur dilakukan setiap akan digunakan untuk kultur kerja dengan cara enginokulasikan 1 ose dari kultur stok, diasukan ke dala edia cair MR yang ditabahkan dengan 20 % ekstrak toat diinkubasikan selaa 24 ja pada suhu 37 o C. Pebuatan kurva standar dilakukan untuk enentukan berat sel kering. Berat sel kering diukur dengan engabil 5 l dari kultur yang telah diinkubasikan selaa 24 ja dengan pengenceran berseri, sehingga konsentrasi dapat diketahui. Keudian absorbansinya diukur pada panjang gelobang 660 n dengan spektrofotoeter. Media Untuk pereajaan atau untuk subkultur digunakan edia de Mann Rogose and harp (MR cair) dengan glukosa yang bervariasi : 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 1,5; 2, dan 3 %. Koposisi per 1000 l adalah sebagai berikut: lab. leco 8 g, ekstrak yeast 4 g, pepton 10 g, sodiu asetat 5 g dipotasiu hidrogen fosfat 2 g, MgO4 7 H2O 0,2 g; MnO4 4 H2O 0,05 g; tween 80 1 l, dan triaoniu sitrat 2 g. Bahan kiia. Bahan kiia yang digunakan dala penelitian ini adalah NaOH 0,1 N dan HCl untuk pengaturan ph ediu, dan buffer ph 4 dan 7 untuk standarisasi ph eter, untuk analisa gula reduksi diperlukan glukosa standar dengan reagensia arsenoolibdat. Peralatan penelitian Peralatan penelitian yang digunakan dala penelitian ini adalah inkubator (Fora cientific), outoflaf (Hiraaya), sentrifuge (Labofuge 200 heraus) agnetik stirrer, ph eter, cawan tibang, desikator, neraca analitik, spektrofotoeter (UV-Vis hiadsu) dan beberapa jenis alat gelas. Ferentasi Penyiapan starter dilakukan pada 50 l edia dengan cara enginokulasikan edia dengan 5 l kultur uur ja dala edia MR cair dan diinkubasikan selaa ja. Untuk produksi bioasa sel digunakan 10 % starter. Ferentasi dilakukan dala erleneyer yang digoyang dengan kecepatan rp 200 rp/enit pada suhu 37 o C. Peanenan sel dilakukan dengan sentrifugasi 3500 rp selaa 15 enit. apling dilakukan per 30 enit pada 2 ja pertaa, keudian per 2 ja selaa 24 ja. Metode pengukuran dan perhitungan paraeter kinetika pertubuhan Untuk engetahui konsusi substrat dilakukan pengukuran gula reduksi dengan etode Nelson-oogyi, sedangkan untuk engukur julah sel sebagai berat sel kering dengan engukur absorbansi pada panjang gelobang 660 n dengan spektrofotoeter. Pengukuran ph dengan ph eter. Paraeter (μ) enyatakan kecepatan pertubuhan spesifik (per ja). Cara enentukan μ ialah dengan engaati pada fase pertubuhan logaritik dengan ruus : ln x t ln x 0 t diana Xt adalah konsentrasi bioasa setelah interval waktu t (ja). Untuk enentukan μax (kecepatan pertubuhan spesifik aksiu) dan Ks (konstanta saturasi) dipergunakan persaaan Monod : K Yang enyatakan pengaruh kadar substrat terhadap laju pertubuhan spesifik, kurva yang terbentuk berupa hiperbolik dengan garis asytot, sehingga sulit untuk diinterpretasikan, oleh karena itu persaaan Monod tersebut diodifikasi enjadi persaaan : 1 1 K s 1 s sehingga didapat garis lurus yang dapat di tarik garis regresi liniernya. s Menentukan growth yield digunakan ruus : Y X diana Δ X adalah julah perubahan bioasa dan Δ adalah julah perubahan substrat (glukosa) yang dikonsusi. 47

3 1/specific growth rate Hasil Penelitian Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No. 1 Th HAIL DAN PEMBAHAAN Kecepatan pertubuhan spesifik axiu (μ ax), dan konstanta saturasi (Ks) pada Lactobacilus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401. Kecepatan pertubuhan spesifik (μ) didasarkan pada persaaan yang berlaku pada fase pertubuhan logaritik. Hal ini akan berlaku jika perbandingan kondisi bioasa dan kondisi lingkungan konstan (Pirt, 1975), yaitu inokulu yang asih hidup dan aktif, adanya suber energi dan nutrisi, inialnya inhibitor yang enghabat pertubuhan dan kondisi lingkungan yang cocok. ecara uu fase logaritik kedua strain terjadi pada ja 2-6 untuk seua variasi glukosa yang dala hal ini berlaku sebagai substrat pebatas. Untuk Lactobacillus plantaru FNCC 250 didapat hubungan antara konsentrasi glukosa (substrat) dengan kecepatan pertubuhan spesifiknya (μ) ada dala tabel 1. Data tersebut diperoleh pada konsentrasi substrat 0,05 hingga 2 %. eakin besar kadar substrat aka seakin besar harga μ. Untuk enentukan μ dan Ks dibuat kurva 1/ μ vs 1/s dari data tersebut (Gabar 1.), ulai dari konsentrasi substrat 0,05 hingga 2 %, keudian dibuat persaaan garis regresi liniernya didapat Y = 6, ,2431 x. Dari hasil perhitungan Lactobacillus plantaru FNCC 250 epunyai μ (kecepatan pertubuhan spesifik aksiu) = 0,17 per ja dan Ks (konstanta saturasi) = 0,04 g/l. Tabel 1. Hubungan antara konsentrasi ubstrat (glukosa) dengan kecepatan pertubuhan untuk Lactobacillus plantaru FNCC 250. Konsentrasi substrat (s) % Kecepatan pertubuhan spesifik (per ja) 0,05 0,0958 0,1 0,1146 0,2 0,1211 0,3 0,1369 0,5 0,1393 1,0 0,1650 1,5 0,1835 2,0 0,1919 3,0 0,1740 y = 0,2431x + 6,0376 R2 = 0, /substrat Gabar 1. Kurva untuk encari ax dan konstanta saturasi Lactobacillus. plantaru FNCC

4 1/specific growth rate Hasil Penelitian Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No. 1 Th edangkan untuk Lactobacillus sp. FNCC 401 dari hasil perhitungan diperoleh hubungan antara konsentrasi glukosa (substrat) dengan kecepatan pertubuhan spesifik seperti dala Tabel 2. Tabel 2. Hubungan antara konsentrasi substat (glukosa) dengan kecepatan pertubuhan untuk Lactobacillus sp. FNCC 401. Konsentrasi substrat (s) Kecepatan pertubuhan % spesifik (per ja) 0,05 0,1329 0,1 0,1473 0,2 0,1639 0,3 0,2030 0,5 0,2560 1,0 0,2945 1,5 0,3033 2,0 0,2680 3,0 0,3071 Perubahan ph Berdasarkan penelitian sebelunya (Ngatirah, 2000) Lactobacilus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401 dapat tubuh optiu pada ph 6,8, untuk itu ph awal diatur 6,8 sebelu sterilisasi, ternyata setelah sterilisasi ph turun enjadi 6,44 5,97, pada awal inokulasi starter. etelah ferentasi ph ediu turun enjadi antara 4,49-2,99. Hal ini diduga terjadi karena perbedaan julah sel awal. Growth yield (Y) Untuk isolat Lactobacillus plantaru FNCC 250 aupun isolat Lactobacillus sp. FNCC 401 diperoleh untuk diperoleh Y yang saa yaitu Y = 0,24 (g/g). Rangkuan data tersebut dapat dilihat pada Tabel 3. y = 0,2177x + 3,8289 R 2 = 0, / μ /Ks /substrat Gabar 2. Kurva untuk encari ax dan konstanta saturasi Lactobacillus sp. FNCC 401 Dari tabel 2. didapat pada substrat 0,05-1,5 % seakin besar kadar substrat aka seakin besar harga μ. Untuk engetahui berapa kecepatan μ. yang akan tercapai dibuat kurva 1/ μ. vs 1/s dari data tersebut (Gabar 2), keudian dibuat persaaan regresi liniernya hingga didapat y= 3, ,218 x. Dari hasil perhitungan dengan odifikasi persaaan Monod untuk Lactobacillus sp. FNCC 401 diperoleh μ. (kecepatan pertubuhan aksiu) 0,26 per ja dan konstanta saturasi (Ks) 0,06 g/l. Tabel 3. Paraeter kinetika pertubuhan Lactobacillus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401. Isolat ax (perja) Ks (g/l) Y (g/g) Lactobacillus plantaru 0,17 0,04 0,24 FNCC 250 Lactobacillus sp. FNCC 401 0,26 0,06 0,24 Kondisi lingkungan yang cocok akan endukung penggunaan nutrien dala ediu sebagai suber energi pertubuhan, biosintesis dan pebuatan produk etabolit yaitu asa laktat. Hasil penelitian enunjukkan growth 49

5 Hasil Penelitian Jurnal. Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XIV, No.1 Th yield pada Lactobacillus plantaru FNCC 250 aupun isolat Lactobacillus sp. FNCC 401 diperoleh Y = 0,24 (g/g). Perubahan ph yang terjadi enunjukkan adanya produksi asa laktat, hal ini akan epengaruhi terhadap penurunan ph yang ada. chuler dan Kargi (1992) enunjukkan bahwa growth yield untuk treptococcus faecalis dengan enggunakan glukosa sebagai subsrat pebatas dengan kondisi aerob dan anaerob didapat 58,2 g.ol -1 dan 21,5 g. ol -1, yang enunjukkan efisiensi penggunaan substrat bervariasi tergantung lingkungan dan cara ferentasinya. Jika dilihat dari hasil penelitian ini, nilai growth yield untuk Lactobacillus plantaru FNCC 250 aupun Lactobacillus sp. FNCC 401 sebesar 43,2 g. ol- 1. enunjukkan efisiensi penggunaan substrat (glukosa) antara kedua isolat tersebut saa. Owens dan Legan (1987) elakukan penghitungan konstanta saturasi untuk treptococcus sanguis dan treptococcus utans didapat 110 μ M dan 2170 μ M, ini enunjukan bahwa afintas antar ikroba terhadap substrat berbeda. Deikian juga antara Lactobacilus plantaru FNCC 250 konstanta saturasinya sebesar 223,9 μm dan Lactobacillus sp. FNCC 401 sebesar 316,1 μm. Ks erupakan cerinan dari afinitas ikroba terhadap substrat, diana Ks seakin kecil seakin baik. Hasil penelitian Payot et al., (1998) enunjukkan bahwa μ ax untuk Bacillus coagulans dengan edia yang enggunakan sukrosa dan berbagai variasi nutrien didapat 0,28 per ja. Hal ini enunjukkan bahwa edia epengaruhi kecepatan pertubuhan yang diperoleh disaping juga kondisi lingkungan yang ada serta strain isolatnya. Dari hasil penelitian diperoleh μ ax untuk Lactobacillus plantaru FNCC 250 sebesar 0,17 per ja dan Lactobacillus sp. FNCC 401 0,26 per ja yang berarti bahwa kecepatan pertubuhan spesifik aksiu Lactobacillus sp. FNCC 401 lebih cepat dari pada Lactobacillus plantaru FNCC 250. KEIMPULAN Laju pertubuhan spesifik aksiu untuk Lactobacillus plantaru FNCC 250 adalah 0,17 per ja, dengan Ks (konstanta saturasi 0,04 (g/l) dan growth yield (Y) 0,24 (g/g), sedangkan untuk Lactobacillus sp. FNCC 401 laju pertubuhan spesifik aksiunya adalah 0,26 per ja dengan konstanta saturasi 0,06 (g/l) dan growth yield 0,24 (g/g). Terjadi perubahan ph (penurunan) dari sekitar 6,44 hingga 2,99 selaa proses ferentasi. Konsentrasi glukosa 1,5 = 2% dala MR cair encukupi untuk pertubuhan Lactobacillus plantaru FNCC 250 dan Lactobacillus sp. FNCC 401 UCAPAN TERIMA KAIH Penelitian ini dibiayai dari dana hibah bersaing IX tahun 2002 untuk itu disapaikan teria kasih kepada Direktorat Pendidikan Tinggi Departeen Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah endanai penelitian ini. DAFTAR PUTAKA Ngatirah eleksi bakteri asa laktat sebagai agensia probiotik yang berpotensi enurunkan kolesterol. Tesis UGM. Yogyakarta. Tidak diterbitkan. Owen, J.D. and Logan, JD Deterination of the onod substrate saturation constant for icrobial growth. FEM. Mic. Rev. 46 : 419. Elsevier. NY. UA. Payot, T., Chealy, Z. and Fick, M Lactid acid production by Bacillus coagulans. Kinetics studies and optiization of culture ediu for batch and continous ferentations. Enz. & Mic. Tech 24 : Elsevier. NY. UA. Pirt, J Principle of icrobe and cultivation. John Willey and sons. NY. UA chuler, M.L. dan Kargi, F Bioprocess engineering. Basic Consep. Prentice Hall. Englewood. New Jersey. Whitaker, A. and tanburry, P.F Principles of ferentation technology. Pergaon Press. Ltd. England. 50