PEMANFAATAN MEDIUM TAPIOKA IRADIASI UNTUK OPTIMALISASI KONDISI FERMENTASI ISOLAT KHAMIR R210 T. Wahyono dan I. Sugoro Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional Jl. Cinere Pasar Jumat - Jakarta Selatan 12070 E-mail: why.tguh@gmail.com ABSTRAK PEMANFAATAN MEDIUM TAPIOKA IRADIASI UNTUK OPTIMALISASI KONDISI FERMENTASI ISOLAT KHAMIR R210. Keseimbangan mikroorganisme dalam saluran pencernaan ruminansia dapat dimanipulasi dengan pemberian suplemen pakan dalam bentuk probiotik. Probiotik adalah suplemen pakan berupa mikroba hidup yang memberikan pengaruh menguntungkan bagi mikroorganisme di saluran pencernaan dan ternak inangnya. Dalam percobaan ini digunakan khamir mutan hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 10 Gy strain R210 dan medium berupa tapioka hasil iradiasi 10 kgy. Tujuan dari percobaan adalah mengetahui pengaruh kondisi fermentasi dalam medium tapioka iradiasi bagi pertumbuhan khamir R210. Perlakuan kondisi fermentasi yang dibedakan adalah ph (3,5; 4,0 dan 4,5), suhu (suhu ruang dan 40 o C) dan agitasi (80, 100 dan 120 rpm). Kultur diinkubasi selama 48 hari. Data yang diambil adalah jumlah sel/ml dan ph dalam medium. Hasil percobaan menunjukkan kondisi fermentasi terbaik adalah ph 4,5; suhu ruangan; agitasi 120 rpm dan inokulum 10%. Kata kunci : probiotik, khamir mutan R210, tapioka iradiasi dan kondisi fermentasi ABSTRACT IRRADIATED TAPIOCA UTILIZATION FOR DETERMINATION OF OPTIMUM FERMENTATION CONDITION OF R210 YEAST. Microorganism balance in ruminantia digestive tract can be manipulated by supplement feeeding such as probiotic. Probiotic is microbial feed supplements for influence beneficial microorganisms in host digestive tract. R210 strain mutant yeast resulted from gamma-ray irradiation at 10 Gy dose and tapioca irradiated with 10 kgy doses was used in this experiment. The purpose of experiment was to determine the influence of the medium fermentation conditions for the growth of R210 irradiated yeast. Fermentation conditions were at ph 3.5, 4.0 and 4.5, temperaturewere room temperature and 40 C and agitation were 80, 100 and 120 rpm). Parameters were the number of cells/ml and the ph in the medium. The results showed that the best fermentation condition were ph 4.5, at room temperature agitation.of.120.rpm.and.inoculum.of.10%. Keywords: probiotics, yeast mutants of R210, irradiated tapioca and fermentation conditions 1. PENDAHULUAN Permasalahan klasik yang dihadapi oleh peternak di Indonesia adalah ketersediaan pakan hijauan yang berkualitas baik dan berkesinambungan. Pakan hijauan umumnya mengandung serat tinggi sehingga efisiensi kecernakannya berkurang. Pemberian pakan yang rendah kualitasnya juga akan menyebabkan kondisi dan fungsi rumen kurang baik [1]. Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menambah suplemen sebagai 360
pakan tambahan [2]. Suplemen yang diberikan dapat berupa pemberian pakan tambahan dalam bentuk nutrisi atau pemberian probiotik [3]. Probiotik adalah suplemen pakan berupa mikroba hidup yang memberi pengaruh menguntungkan bagi ternak inang dengan cara meningkatkan keseimbangan mikroorganisme dalam saluran pencernaan [4]. Sumber probiotik dapat diperoleh dengan cara mengisolasi langsung dari cairan rumen itu sendiri sehingga aplikasinya lebih mudah karena mikroba telah teradaptasi dalam cairan rumen sebelumnya [5]. Secara in vitro, pemberian probiotik ditambahkan ke dalam pakan untuk mendegradasi serat menjadi senyawa sederhana sehingga mudah untuk dicerna, sedangkan secara in vivo, probiotik diberikan langsung kepada ternak untuk meningkatkan fermentasi pakan dalam rumen dan mempengaruhi metabolisme ternak. Dalam penelitian ini digunakan khamir mutan strain R210 hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 10 Gy. Tujuan pemakaian sinar gamma dalam pemuliaan mutasi adalah untuk mendapatkan sifat baru yang belum dipunyai oleh induk non mutan [6]. Khamir mutan ini dipilih karena laju reproduksinya yang lebih pesat daripada khamir non mutan (strain R1 dan R2) sehingga mampu memproduksi biomassa yang lebih besar, namun memiliki kemampuan metabolisme yang sama dengan khamir non mutan tersebut. Optimalisasi medium dan kondisi fermentasi dilakukan terhadap khamir untuk mendapatkan kondisi pertumbuhan khamir yang optimal pada skala laboratorium agar diperoleh biomassa sesuai keinginan. Penggunaan medium harus diusahakan yang semurah mungkin dan mengandung karbohidrat tinggi seperti ekstrak kentang, ubi jalar dan tapioka [7]. Pada percobaan ini digunakan medium tapioka, karena tapioka disamping memiliki kandungan karbohidrat yang tinggi juga bahan ini juga murah dan mudah didapat. Dalam percobaan sebelumnya, tapioka diberi perlakuan iradiasi sinar gamma dengan berbagai dosis untuk sterilisasi serta memutus atau memperpendek rantai karbon pati/amilum yang merupakan polimer dari monosakarida sehingga mudah digunakan oleh mikroba. Perlakuan yang terpilih adalah medium tapioka iradiasi 10 kgy. Keuntungan lain dari pemanfaatan iradiasi gamma adalah untuk memberi perlakuan sterilisasi medium tapioka yang tidak tahan terhadap uap panas [8]. Tepung tapioka dibanding dengan jenis tepung lainnya memiliki suhu gelatinasi yang paling rendah (160 o C) [9]. Pada percobaan ini, khamir mutan strain R210 ditumbuhkan dalam medium tapioka iradiasi 10 kgy dengan kondisi lingkungan fermentasi yang berbeda (ph, suhu, agitasi dan inokulum) untuk pertumbuhan khamir. Diharapkan akan diketahui medium dan kondisi fermentasi yang optimal bagi pertumbuhan isolat mutan khamir tersebut. 2. TATA KERJA (BAHAN DAN METODE) 2.1. Pembuatan Kultur Inokulum Isolat khamir mutan strain R210 diperoleh dari koleksi di Laboratorium Nutrisi Ternak PATIR BATAN. Isolat khamir diremajakan dengan menginokulasikan kultur stok ke dalam medium potatoes dextrose agar (PDA) miring dan diinkubasi selama satu hari [10]. Selanjutnya, isolat diinokulasikan sebanyak tiga ose ke dalam 30 ml medium potatoes dextrose broth (PDB) dan diinkubasi pada suhu kamar dan agitasi 120 rpm selama satu hari. Kultur tersebut digunakan sebagai kultur inokulum untuk optimalisasi kondisi fermentasi. 2.2. Optimalisasi Kondisi Fermentasi Kultur inokulum sebanyak 10% (v/v) atau 10 7 sel/ml) diinokulasikan dalam medium perlakuan (10 % b/v tapioka hasil iradiasi 10 kgy dalam akuades) untuk optimalisasi kondisi fermentasi secara bertingkat. Optimalisasi yang pertama dilakukan adalah ph (3,5; 4,0 dan 4,5). Pengasaman medium menggunakan larutan HCl 0,1 N. Hasil optimalisasi ph terbaik selanjutnya dipakai untuk optimalisasi suhu (ruang dan 40 0 C). Data ph dan suhu terbaik selanjutnya digunakan untuk optimalisasi agitasi (80 rpm, 100 rpm dan 120 rpm). Optimalisasi agitasi menggunkan waterbath shaker. Kemudian data ph, suhu dan agitasi terbaik digunakan untuk optimalisasi jumlah inokulum (8%, 10% dan 12% v/v). Kultur perlakuan diinkubasi selama 48 jam dengan pengambilan sampel dilakukan pada jam ke-0, 4, 8, 12, 16, 24, 32 dan 48 untuk menghitung jumlah sel dengan kamar hitung Neubauer dengan mikroskop pada perbesaran 400x dan mengukur ph medium. 2.3. Analisis Data Analisis data yang digunakan adalah analisis korelasi kurva pertumbuhan khamir antara perlakuan yang satu dengan perlakuan yang lain dengan menggunakan program 361
Microsoft Excel. Correl (X,Y) = (x - (x - x) x) (y - y) (y - y) Keterangan : X dan Y merupakan rata-rata sampel dari kolom satu (perlakuan satu) dan kolom dua (perlakuan lainnya). 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Optimalisasi ph Medium (3,5; 4,0 dan 4,5) Hasil percobaan menunjukkan bahwa isolat khamir R210 memiliki kemampuan untuk tumbuh pada medium tapioka yang telah diiradiasi pada dosis 10 kgy dengan variasi ph yang berbeda (Gambar 1). Pola pertumbuhan semua perlakuan cenderung sama dan didukung hasil analisis statistik yang menunjukkan adanya korelasi positif sebesar 0,85 antar perlakuan ph. Semua perlakuan memiliki fase diauksik. Fase ini terjadi karena media mengandung lebih dari 1 sumber karbon dan khamir telah beradaptasi terhadap keterbatasan nutrisi dengan membentuk enzim-enzim yang mampu memotong ikatan molekul pati tapioka yang lebih panjang, sehingga dapat digunakan sebagai sumber nutrisi bagi pertumbuhannya. Pertumbuhan terbaik terjadi pada medium dengan ph 4,5 dengan laju pertumbuhan tertinggi sebesar 3,1 x 10 5 sel/jam. Terjadinya pertumbuhan didukung pula oleh hasil pengukuran ph medium yang mengalami perubahan (Gambar 2). ph medium perlakuan ph 4 dan 4.5 mengalami penurunan pada awal inkubasi, sedangkan perlakuan ph 3,5 mengalami kenaikan. Kisaran ph untuk pertumbuhan khamir minimum 1,5-3,5; optimum 4,0 6,8 dan maksimum 8,0 8,5 [11,12]. Gambar 2. Kurva ph Medium pada Optimalisasi ph Khamir R210 dalam Medium Tapioka 3.2. Optimalisasi Suhu (Ruang dan 40 o C) Berdasarkan hasil percobaan, suhu yang optimum untuk pertumbuhan khamir R210 adalah suhu ruang (Gambar 3). Hal ini ditunjukkan oleh laju pertumbuhan jumlah sel khamir yang terus meningkat sampai jam ke-24 dengan sebesar 6,3 x 10 5 sel/jam. Pola pertumbuhan kedua perlakuan memiliki nilai korlasi sebesar 0,35 yang berarti bahwa keduanya memiliki pola sama tetapi tingkat pertumbuhan berbeda. Suhu optimum pada sebagian khamir adalah 20 o C sampai 30 o C [13]. Menurut Fardiaz [14], kisaran suhu untuk pertumbuhan kebanyakan khamir yaitu pada suhu optimum (25-30 O C) dan suhu maksimum 35-47 O C. Gambar 3. Kurva Pertumbuhan Optimalisasi Suhu Khamir R210 dalam Medium Tapioka Gambar 1. Kurva Pertumbuhan Optimalisasi ph Khamir R210 dalam Medium Tapioka Pada suhu ruang, ph medium pertumbuhan mempunyai nilai yang cukup konstan untuk kisaran ph optimum pertumbuhan khamir, yakni 3,3-3,53 (Gambar 4). Kondisi ph medium yang optimum ini menghasilkan laju pertumbuhan khamir yang optimum pula. ph medium pada suhu 40 o C, mengalami kenaikan hingga mencapai 5,88. Meskipun ph tersebut masih dalam toleransi pertumbuhan khamir, namun 362
bukanlah kondisi fermentasi yang optimal untuk pertumbuhan. Gambar 4. Kurva ph Medium pada Optimalisasi Suhu Khamir R210 dalam Medium Tapioka Khamir R210 termasuk golongan mikroba yang hidup secara aerobik. Pemenuhan kebutuhan oksigen untuk pertumbuhannya diberikan melalui agitasi (pengadukan) terhadap medium menggunakan shaker. Semakin tinggi kecepatan pengadukan, semakin besar kadar oksigen yang terlarut dalam medium dan nutrisi yang terkandung semakin homogen. Kontak antara khamir dengan medium juga semakin besar, hal ini membantu mempercepat proses absorbsi nutrisi untuk pertumbuhan. Medium kultur khamir juga memiliki kisaran ph yang optimum untuk pertumbuhan (Gambar 6). Selain mempengaruhi laju pertumbuhan, suhu juga berpengaruh terhadap efisiensi konversi substrat menjadi massa sel. Konversi maksimum terjadi pada suhu lebih rendah dari suhu laju pertumbuhan maksimum [13,15]. Kondisi ini mendukung untuk produksi biomassa khamir sebagai bahan probiotik, karena kondisi tersebut tidak memerlukan perlakuan dan peralatan khusus sehingga dapat menghemat biaya produksi. 3.3. Optimalisasi Agitasi (80 rpm, 100 rpm dan 120 rpm) Pola pertumbuhan isolat khamir R210 pada perlakuan variasi agitasi berbeda menunjukkan pola yang sama (Gambar 5). Hal ini didukung hasil analisis korelasi yang menunjukkan hubungan positif kuat sebesar 0,97 untuk pertumbuhan antar perlakuan. Pertumbuhan tertinggi khamir R210 terjadi pada perlakuan agitasi 120 rpm dengan laju pertumbuhan 5,7 x 10 5 sel/jam pada jam ke-8. Gambar 5. Kurva Pertumbuhan Optimalisasi Agitasi Khamir R210 dalam Medium Tapioka Gambar 6. Kurva ph Medium pada Optimalisasi Agitasi Khamir R210 dalam Medium Tapioka Aerasi dan agitasi bertujuan untuk mensuplai oksigen dan mencampur cairan fermentasi sehingga membentuk suspensi yang seragam. Bejana inokulum yang berisi media cair harus diaduk agar homogen untuk fermentasi aerobik. Pengadukan sangat penting sebab oksigen adalah nutrien yang kelarutannya rendah. Kemampuan pemindahan oksigen dapat membatasi jumlah biomassa yang tumbuh di dalam labu [13,15]. 3.4. Optimalisasi Jumlah Inokulum (8%, 10% dan 12%) Pola pertumbuhan sel khamir R210 memiliki pola yang sama tetapi laju pertumbuhan berbeda pada variasi perlakuan jumlah inokulum (Gambar 7). Hal ini didukung hasil analisis korelasi yang menunjukkan hubungan positif kuat sebesar 0,97 untuk pertumbuhan antar perlakuan. Perlakuan terbaik terjadi pada jumlah inokulum sel khamir sebanyak 10% ( v / v) dengan laju pertumbuhan yang lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan lainnya. ph medium semua variasi jumlah inokulum masih dalam kisaran ph optimum untuk pertumbuhan, yaitu pada ph 3-4 (Gambar 8). 363
6. DAFTAR PUSTAKA Gambar 7. Kurva Pertumbuhan Optimalisasi Jumlah Inokulum Khamir R210 dalam Medium Tapioka Gambar 8. Kurva ph Medium pada Optimalisasi Jumlah Inokulum Khamir R210 dalam Medium Tapioka 4. KESIMPULAN Hasil Optimalisasi Medium dan kondisi fermentasi menunjukkan bahwa medium yang terbaik dalam percobaan ini adalah tapioka iradiasi 10 kgy dengan ph 4,5 pada suhu ruang (±27 o C), agitasi 120 rpm serta pemberian jumlah inokulum 10 % ( v / v). Percobaan ini perlu dilanjutkan dengan penggunaan khamir R210 sebagai suplemen pakan berupa probiotik pada ternak ruminansia. 5. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Nani Radiastuti dan Lies Saodah yang telah memberikan bantuan selama penelitian dan selesainya makalah ini. Terima kasih juga kepada seluruh staf Laboratorium Mikrobiologi, Laboratorium Pangan Pusat Laboratorium Terpadu Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah dan Laboratorium Nutrisi Ternak Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi atas kerjasama yang diberikan selama penelitian. 1. WINA, E. Teknologi Pemanfaatan Mikroorganisme dalam Pakanuntuk Meningkatkan Produktivitas Ternak Ruminansia di Indonesia : Sebuah Review. WARTAZOA Vol. 15 No. 4 (2005) 173-186. 2. SUGORO, I. dan PIKOLI, M. Uji Viabilitas Isolat Khamir Bahan Probiotik dalam Cairan Rumen Kerbau Steril. Jurnal Saintika FMIPA, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta (2004) 35-60. 3. SUGORO, I. dan MELLAWATI, J. Pengaruh penambahan Bahan Molase Pada Media Ubi Jalar Terhadap Pertumbuhan Isolat Khamir R1 dan R110 Untuk Bahan Probiotik ternak Ruminansia. Jurnal Saintika FMIPA, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta (2004) 35-60. 4. FULLER, J. Probiotics, The Scientific Basis. London: Chapman & Hill (1992) 222-245. 5. SOEMINTO, B. Manfaat Tenaga Atom untuk Kesejahteraan Manusia. Pusat Pengembangan dan Penelitian Teknologi Pangan IPB. Penerbit Ghalia Indonesia, Jakarta (1983) 105-107. 6. SURYOWINOTO, M. Tenaga Atom, Pemanfaatannya Dalam Biologi dan Pertanian. Kanisius, Yogyakarta (1990) 22-25. 7. JUDOAMIDJOJO, R. M. Teknologi Fermentasi. Rajawali Pers, Jakarta (1992). 8. SUGORO, I. dan PIKOLI, M. Pertumbuhan Khamir Pada Tapioka Iradiasi. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop dan Radiasi Vol. 2 No. 1, Jakarta (2006) 1-7. 9. TIM PENELITI LEMBAGA PENELITIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN. Pengaruh Penggunaan Bahan Pengikat CMC dan Tepung Tapioka Pada Pakan Terhadap Pertumbuhan Juwana Udang Windu (Pannaeus monodon Fal). Laporan Penelitian, Fakultas Pertanian UNPAD, Bandung (1994). 10. BRIDSON, E. Y. The Oxoid Manual, 8 th Edition (1998). 11. FIELDS. M.L. Foundatiomentals of Food Microbiology. Mc. Graw Hill Book Co, New York (1979). 12. SUGORO, I. Optimalisasi Sumber Nitrogen Probiotik Khamir R1 dan R110 Dalam Medium Ekstrak Singkong. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner, Bogor (2006) 905-911. 364
13. REHM H.J. dan REED G. Biotechnology, Vol. 6b, Verlag Chemie GmbH, Weuheim (1981). 14. FARDIAZ, S. Fisiologi Fermentasi. PAU IPM, Bogor (1988). 15. MACHFUD. Manual Laboratorium, Fermentor. Laboratorium Rekayasa Proses Pangan, Pusat Antar Universitas (PAU) Pangan dan Gizi, Institut Pertanian Bogor, Bogor (1988). DISKUSI Dr. Poppy Intan Tjahaja, M.Sc.: Mengapa digunakan tapioka iradiasi untuk optimasi kondisi fermentasi isolat khamir? Bukankah dengan iradiasi bahan tapioka yang murah menjadi mahal? Teguh Wahyono: Berdasarkan penelitian sebelumnya, selain untuk mempercepat penyerapan oleh sel khamir dalam pertumbuhan dengan memecah rantai pati dan untuk sterilisasi. 365