Edisi Agustus 2006 83

Inkorporasi Kromium pada Khamir dan Kapang dengan SubstratDasar Singkong yang Diberi Kromium Anorganik

W. D. Astutia, T. Sutardib, D. Evvyernieb & T. Toharmatb

aPusat Penelitian Bioteknologi LIPI, Jalan Raya Bogor Km 46, CibinongTelp: 021-8754587, E-mail: wulan_nie@yahoo.com

bDepartemen Ilmu Nutrisi dan Taknologi Pakan, Fakultas Peternakan, IPBJl Agatis Kampus IPB, Darmaga, Bogor 16680(Diterima 20-12-2005; disetujui 30-06-2006)

ABSTRACT

Organic-chromium (Cr) has higher availability for animals than inorganic-Cr sources.One of organic-Cr sources known is fungi contained high Cr. This organic-Cr wasincorporated to fungi protein. Information about the best fungi or microorganisms used inorganic-Cr production is still limited. The objective of this experiment was to study organic-Cr production using different kinds of fungi as Cr carrier. Organic-Cr production wasconducted in a 4x3 factorial completely randomized experimental design with 3 replications.Four fungi used as carriers in organic-Cr production as the first factor were Saccharomycescerevisiae, Aspergillus oryzae, Rhizopus oryzae and “ragi tape”. The second factor waslevels of Cr addition (500, 1000, 1500 mg/kg). Addition of 1000 mg Cr/kg substrate gavethe highest Cr incorporation to fungi protein (484 mg/kg) and Cr incorporation efficiency(21.1%). The best fungi used as carrier in organic-Cr production was Rhizopus oryzaewhich gave the highest Cr incorporation (488 mg/kg) and incorporation efficiency (24.7%).

Key words : organic-Cr, production, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae,Rhyzopus oryzae, “ragi tape”

PENDAHULUAN

Kromium (Cr) merupakan mineral yangesensial bagi manusia maupun hewan, terutamadalam metabolisme karbohidrat dan lemak(Mertz, 1993; Anderson, 1993). Suplementasimineral anorganik, termasuk Cr anorganik, yangselama ini umum digunakan ternyatamempunyai sifat yang merugikan. Mineral Crdalam bentuk heksavalen (Cr6+) dapatmenimbulkan toksisitas walaupun tingkatabsorpsinya di usus tinggi, sedangkan bentuk

trivalen (Cr3+) yang tidak beracun sangat sulitdiserap (Cefalu & Hu, 2004; McDowell, 1992).Batas maksimum toleransi konsentrasi Cr dalamransum adalah 3000 mg/kg dalam bentuk oksidadan 1000 mg/kg dalam bentuk klorida (NRC,2001). Beberapa kasus Cr anorganik yangdikonsumsi manusia melalui makanan sekitar98% tidak diserap dan dikeluarkan melaluifeses, sebaliknya ketersediaan Cr organik cukuptinggi yaitu 25-30% (Mordenti et al., 1997).Dengan demikian, penggunaan mineral organikmerupakan salah satu alternatif untuk

Vol. 29 No. 2Media Peternakan, Agustus 2006, hlm. 83-88ISSN 0126-0472Terakreditasi SK Dikti No: 56/DIKTI/Kep/2005

84 Edisi Agustus 2006

meningkatkan efisiensi dalam penggunaanmineral.

Pemberian Cr dalam bentuk organik akanmemberikan efek positif karena lebih mudahdiabsorpsi. Penelitian pada tikus menunjukkanbahwa Cr organik mempunyai bioavailabilityyang lebih baik dibandingkan Cr anorganik,sehingga lebih mudah diserap (Anderson et al.,1996). Olin et al. (1994) menyatakan bahwa Crnikotinat dapat diserap lebih baik dibandingkanCr klorida. Kromium organik bisa dalam bentukCr-chelate, ragi berkadar Cr tinggi (high-Cryeast) dan Cr-pikolinat. Pembentukan Crorganik dapat dilakukan dengan inkorporasi Crke dalam fungi. Hal tersebut dilakukan melaluiproses biofermentasi yang menggunakan fungisebagai produsen dengan substrat yangdiperkaya dengan mineral Cr anorganik.

Proses biofermentasi tersebut sangatditentukan oleh spesies fungi yang paling tepatuntuk menghasilkan Cr organik. Selama inisangat sedikit penelitian yang mempelajarispesies fungi yang dapat digunakan secaraoptimal sebagai carrier dalam produksi Crorganik. Berkaitan dengan hal tersebut, dalampenelitian ini dipelajari proses sintesis Crorganik dengan menggunakan beberapa spesiesfungi, yaitu Saccharomyces cerevisiae,Aspergillus oryzae, Rhyzopus oryzae, dan ragitape.

Tujuan penelitian ini adalah mempelajaripenggunaan beberapa spesies fungi sebagaucarrier pada produksi Cr organik, danmenentukan taraf Cr yang optimal dalam prosesinkorporasi Cr.

MATERI DAN METODE

Penelitian ini menggunakan rancanganacak lengkap (RAL) pola faktorial 4x3 dengan3 ulangan. Perlakuan terdiri atas dua faktor.Faktor pertama adalah fungi yang digunakandalam pembuatan Cr organik yaitu S. cerevisiae,

A. oryzae, R. oryzae, dan ragi tape. Faktor keduaadalah taraf Cr anorganik (CrCl3.6H2O) yangditambahkan ke dalam substrat yang digunakansebagai media tumbuh, yaitu 500, 1000 dan1500 mg/kg substrat.

Produksi Cr organik dilakukan dengancara menginkorporasikan Cr ke dalam fungimelalui proses fermentasi. Substrat dasar yangdigunakan adalah singkong. Singkong diiristipis, kemudian dicampur dengan larutan Cranorganik, triptofan, medium selektif dan airsehingga campuran substrat tersebutmempunyai konsentrasi Cr sesuai denganperlakuan. Triptofan yang digunakan sebanyak600 mg/kg. Campuran substrat kemudiandisterilkan menggunakan pressure cookerselama 20 menit pada suhu 110oC, 15 psi.Setelah dingin, substrat diratakan pada nampanplastik dan ditambahkan starter/inokulan untukmasing-masing perlakuan fungi yangdigunakan. Bagian atas nampan plastikdibungkus dengan kertas, dan disusun dalam rakyang tertutup plastik, dalam ruangan tertutup.Hal tersebut dilakukan untuk menghindariterjadinya kontaminasi tetapi masih ada udarayang masuk. Inkubasi dilakukan selama 5 haripada suhu ruang, kemudian produk dikeringkandengan menggunakan oven pada suhu 50oC.Setelah kering, produk dihaluskan sehinggaberbentuk butiran halus dan siap digunakan.

Peubah yang diamati adalah inkorporasiCr ke dalam protein masing-masing fungi yangdigunakan sebagai carrier, dan efisiensiinkorporasinya. Perbedaan fungi yangdigunakan dan taraf Cr anorganik yangditambahkan akan menghasilkan inkorporasi Cryang berbeda pula.

Inkorporasi Cr ke dalam protein fungi (Crorganik) diukur dengan menggunakan atomicabsorption spectrophotometer (AAS) menurutmetode Carry & Allaway (1971). Satu gramsampel Cr organik dimasukkan ke dalam tabungdan ditambahkan larutan TCA 20%. Tabung

Media PeternakanASTUTI ET AL.

Edisi Agustus 2006 85

disentrifugasi dengan kecepatan 3000 rpmselama 10 menit. Endapan yang dihasilkanditimbang sebanyak 0,8 gram dan dimasukkanke dalam labu destruksi lalu ditambahkan HNO3pekat sebanyak 10 ml. Labu dipanaskan sampailarutan mendidih selama 5 menit. Setelah dinginlarutan ditambah 2 ml H2SO4 pekat, 2 ml HClO470%, dan 0,2 ml AgNO3 10% dan pemanasankembali dilakukan sampai larutan menjadijernih. Larutan jernih tersebut siap dibaca kadarCr-nya dengan menggunakan AAS.

Efisiensi inkorporasi Cr ke dalam proteinfungi didapatkan dengan membandingkan nilaiCr organik dengan nilai Cr total yang terdapatdalam sampel. Metode analisis Cr anorganikjuga menggunakan metode Carry & Allaway(1971), tetapi protein sampel tidak diendapkanterlebih dahulu menggunakan TCA 20%.

Data yang diperoleh dari rancangan acaklengkap (RAL) dianalisis dengan menggunakansidik ragam (analysis of variance) dan apabilaada perbedaan di antara perlakuan dilanjutkandengan uji kontras orthogonal (Steel & Torrie,1981).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kromium (Cr) organik terbentuk karenaadanya inkorporasi Cr ke dalam sel fungi.Mineral organik tersebut merupakan mineralyang berasal dari proses “chelate” garammineral yang terlarut dengan asam amino atau

protein yang terhidrolisis (Lyons, 1995). Hasilinkorporasi Cr organik ke dalam protein fungidapat dilihat pada Tabel 1. Sebagai pembanding,dilakukan fermentasi substrat menggunakanempat jenis fungi tanpa penambahan Cr,kemudian dilakukan pengukuran kadar Crorganik. Kadar Cr organik dari fungi S.cerevisiae, A. oryzae, R. oryzae dan ragi tapeyaitu sebesar 473, 413, 400, dan 537 mg/kg.

Inkorporasi Cr ke dalam protein fungitidak dipengaruhi oleh taraf Cr yang digunakanmaupun interaksinya dengan jenis-jenis fungiyang digunakan. Oleh karena itu, data yangdiperoleh kemudian dianalisis secara deskriptifberdasarkan rataan. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa penggunaan R. oryzaesebagi carrier menghasilkan rataan inkorporasiCr organik yang tertinggi (488 mg/kg), diikutioleh A. oryzae (459 mg/kg) dan ragi tape (430mg/kg). Rataan inkorporasi Cr paling rendahdihasilkan oleh S. cerevisiae (370 mg/kg).

Pada produksi Cr organik yangmenggunakan ragi tape dengan taraf Cr 500 mg/kg, dihasilkan Cr organik sebesar 610 mg/kg.Berarti Cr organik yang dihasilkan lebih besardaripada Cr yang ditambahkan pada prosespembuatannya. Hal tersebut menunjukkanbahwa sudah terdapat Cr di dalammikroorganisme ragi tape, yang sesuai dengandata hasil pengukuran kadar Cr organik padafermentasi substrat yang dilakukan tanpapenambahan Cr. Adanya Cr organik tanpa

Tabel 1. Inkorporasi Cr ke dalam protein fungi (mg/kg)

INKORPORASI KROMIUMVol. 29 No. 2

Taraf Cr Fungi

500 1000 1500 Rataan

S. cerevisiae 257±22,03 553±15,69 300±80,01 370±19,78 A. oryzae 357±11,68 523±31,94 497±21,38 459±21,53 R. oryzae 447±30,05 497±23,46 520±32,14 488±25,13 Ragi tape 610±22,34 363±11,01 317±14,97 430±19,94 Rataan 418±23,48 484±20,25 408±20,82 437±21,22

86 Edisi Agustus 2006

dilakukan penambahan Cr sebelumnyamenunjukkan bahwa ragi tape sudahmengandung Cr organik. Kadar Cr organik padafermentasi substrat dengan ragi tape adalah 473mg/kg. Konsentrasi Cr tersebut ikutberkembang bersama dengan perkembanganpopulasi mikroorganisme yang terjadi selamaproses fermentasi pada produksi Cr organik.

Hasil analisis deskriptif menunjukkanbahwa berdasarkan rataan hasil yang diperoleh,kapang yang digunakan (A. oryzae dan R.oryzae) menghasilkan Cr organik lebih tinggidaripada khamir (S. cerevisiae). PenelitianMuktiani (2002) tentang inkorporasi Cr padafungi menunjukkan bahwa inkorporasi Cr yangdihasilkan oleh A. oryzae lebih tinggidibandingkan dengan S. cerevisiae (792,6 vs636,2 mg/kg). Hal ini diduga berkaitan dengansubstrat yang digunakan. Singkong yangdigunakan sebagai substrat merupakan bahansumber karbohidrat. Sementara kapang yangdigunakan merupakan kapang pendegradasiprotein. A. oryzae biasa dikenal sebagai kapangkecap, sedangkan R. oryzae merupakan kapangtempe. Penggunaan kapang pada substratsumber karbohidrat menyebabkan prosespemanfaatan (metabolisme) Cr yang tinggi,karena Cr berhubungan dengan metabolismekarbohidrat. Inkorporasi Cr yang menggunakanragi tape lebih tinggi daripada khamir S.cerevisiae, hal tersebut dapat disebabkan ragitape merupakan campuran antara kapang dankhamir.

Mekanisme pengikatan dan metabolismeCr oleh fungi ataupun mikroorganisme lainsecara tepat belum dapat ditentukan. Walker(1998) menjelaskan bahwa penyerapan logampada fungi terjadi melalui proses difusi pasifmelewati dinding sel. Komponen sel yangberperan pada pengangkutan nutrien selanjutnyaadalah sitoplasma. Kromium yang masuk kedalam sel fungi akan berikatan dengan proteinfungi. Metode analisa Cr yang melalui

pengendapan protein dengan TCAmenunjukkan bahwa Cr memang terikat padaprotein fungi. Kemampuan fungi untukmemanfaatkan Cr mempunyai batas optimum,ditunjukkan dengan semakin menurunnyainkorporasi Cr ke dalam protein fungi pada tarafpenambahan Cr yang semakin tinggi. Meskipundemikian, batas optimum Cr padamikroorganisme belum diketahui. SementaraZetic et al. (2001) menjelaskan bahwa trivalenCr mempunyai kecenderungan untukmembentuk kompleks oktahedral denganligannya pada membran sel. Absorbsi Cr olehsel dipengaruhi oleh pH medium dan akumulasiCr di permukaan sel.

Hasil analisis deskriptif berdasarkanrataaan menunjukkan penggunaan Cr optimalyang menghasilkan inkorporasi Cr organikpaling tinggi adalah 1000 mg/kg, sebesar 484mg/kg. Penggunaan Cr sebesar 500 dan 1500mg/kg menghasilkan inkorporasi Cr yang lebihrendah, yaitu 418 dan 408 mg/kg.

Pola inkorporasi Cr berbeda-beda padasetiap fungi yang digunakan. S. cerevisae danA. oryzae menghasilkan inkorporasi Cr yangoptimal pada penggunaan Cr 1000 mg/kg.Penggunaan Cr yang lebih tinggi atau rendahjustru menurunkan inkorporasi Cr pada proteinfungi. R. oryzae menghasilkan inkorporasi Cryang semakin tinggi dengan bertambahnya levelCr, sehingga inkorporasi Cr terbaik didapatkanpada penggunaan Cr 1500 mg/kg. InkorporasiCr tertinggi pada ragi tape justru didapatkanpada level Cr 500 mg/kg. Inkorporasi Cr padaragi tape semakin menurun denganbertambahnya level Cr.

Banyaknya Cr organik terdapat dalamprotein fungi mencerminkan efisiensiinkorporasi Cr ke dalam protein fungi (Tabel2.). Dibandingkan dengan fungi lain yangdigunakan, ragi tape mempunyai efisiensi yangpaling rendah. Level Cr yang berbeda tidakmemberikan perbedaan yang signifikan,

Media PeternakanASTUTI ET AL.

Edisi Agustus 2006 87

meskipun dari hasil yang didapat menunjukkanbahwa penambahan 1000 mg/kg Crmemberikan efisiensi yang paling tinggi yaitusebesar 21,1%.

Efisiensi inkorporasi diperoleh denganmembandingkan Cr yang terinkorporasi padaprotein fungi dengan Cr total pada sampel. Tidaksemua Cr yang ditambahkan pada substrat dapatdimanfaatkan oleh fungi. Kromium yang tidakdimanfaatkan oleh fungi (tersisa) tetap tersediapada substrat dan tidak terikat pada protein.Diduga proses pemanfaatan Cr oleh fungidibatasi oleh populasi dan kebutuhan fungiterhadap Cr. Zetic et al. (2001) menjelaskanbahwa akumulasi Cr pada sel khamir tejadi padafase eksponensial dari kurva pertumbuhankhamir tersebut. Hal itu menyebabkan tidaksemua Cr dapat dimanfaatkan sehingga terdapatperbedaan antara konsentrasi Cr yang terikatpada protein (Cr organik) dengan Cr total.

Efisiensi inkorporasi menunjukkan polayang serupa dengan inkorporasi Cr dalamprotein fungi. Efisiensi tertinggi pada S.cerevisiae terjadi pada taraf Cr 1000 mg/kg.Peningkatan taraf Cr yang digunakan justrumenurunkan efisiensi inkorporasi secarasignifikan (P<0,05), yang berarti inkorporasitidak berlangsung secara optimal.

Pola yang sama terjadi pada A. oryzae,meskipun antara pemberian Cr 1000 mg/kg dan1500 mg/kg tidak menunjukkan perbedaan yang

signifikan. Efisiensi inkorporasi Cr pada R.oryzae semakin meningkat denganbertambahnya Cr yang digunakan. Efisiensiinkorporasi paling tinggi diperoleh padapemberian Cr 1500 mg/kg yang berbeda nyata(P<0,05) dengan taraf pemberian Cr yang lebihrendah. Ragi tape menunjukkan polainkorporasi yang terus menurun seiring denganbertambahnya Cr yang digunakan.

KESIMPULAN

Fungi yang memberikan nilai inkorporasiCr dan efisiensi terbaik adalah R. oryzae.Spesies kapang yang digunakan (A. oryzae danR. oryzae) menghasilkan inkorporasi Cr organikdan efisiensi inkorporasi yang lebih tinggidaripada khamir (S. cerevisiae). Ragi tape yangmerupakan campuran antara kapang dankhamir, menghasilkan inkorporasi Cr organikyang lebih tinggi daripada khamir, tetapi lebihrendah daripada kapang.

Inkorporasi Cr ke dalam protein fungiyang terbaik didapatkan pada penggunaan Cr1000 mg/kg substrat yaitu sebesar 484 mg/kg,yang juga menghasilkan efisiensi inkorporasiCr terbaik yaitu sebesar 21,1%.

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, R.A. 1993. Chromium, glucosetolerance, diabetes and lipid metabolism. J.Adv. Med. 8:37-49.

Tabel 2. Efisiensi inkorporasi Cr ke dalam protein fungi (%)

Keterangan : superskrip berbeda menunjukkan berbeda nyata (P<0,05).

INKORPORASI KROMIUMVol. 29 No. 2

Taraf Cr (mg/kg) Fungi

500 1000 1500

S. cerevisiae 16,4±9,10a 26,3±7,05b 11,0±1,39a A. oryzae 17,8±3,61a 23,8±15,74b 22,9±15,32b R. oryzae 22,5±12,35b 24,4±13,86b 30,6±14,27c Ragi tape 22,6±7,53b 9,7±3,98a 6,5±2,37a

88 Edisi Agustus 2006

Anderson, R.A., N.A. Bryden, M.M. Polansky &K. Gautschi. 1996. Dietary chromium effectson tissue chromium concentration andchromium absorption in rats. J. Trace Elem.Med. 9:11-17.

Cary, E.E. & W.H. Allaway. 1971. Determinationof chromium in plants and other biologicalmaterials. J. Agric. Food Chem. 19:1159-1167.

Cefalu, W.T. & F.B. Hu. 2004. Role of chromiumin human health and in diabetes. Diabets Care11:2741-2751.

Lyons, T.P. 1995. Biotechnology in The FeedIndustry: A look Forward and Backward. In:T.P. Lyons & K.A. Jacques (Eds.).Biotechnology in The Feed Industry. Proc. ofAlltech’s 11th Annual Symposium.Nottingham University Press:1-29.

McDowell, L.R. 1992. Minerals in Animal andHuman Nutrition. Academic Press, Inc., SanDiego, California.

Mertz, W. 1993. Chromium in human nutrition: areview. J. Nutr. 123:626-633.

Mordenti, A., A. Piva & G. Piva. 1997. TheEuropean perspective on organic chromiumin animal nutrition. In: T.P. Lyons & K.A.Jacques (Eds.). Biotechnology in The FeedIndustry. Proc. of Alltech’s 13th Annual

Symposium. Nottingham UniversityPress:227-240.

Muktiani, A. 2002. Penggunaan hidrolisat buluayam dan sorghum serta suplemen kromiumorganic untuk meningkatkan produksi susupada sapi perah. Disertasi. ProgramPascasarjana, Institut Pertanian Bogor, Bogor.

NRC (National Research Council). 2001. NutrientRequirements of Dairy Cattle. 7th Ed. NationalAcademic Press, Washington, D.C.

Olin, K.L., D.M. Starnes, W.H. Armstrong & C.L.Kearn. 1994. Comparative retention/absorption of 51Cr from 51Cr chloride, 51Crnicotinate, and 51Cr picolinate in a rat model.Trace Elements and Electrolytes 11 : 182-191.

Steel, R.G.D. & J.H. Torrie. 1981. Principles andProcedures of Statistics: A BiometricalApproach. 2nd Ed. McGraw Hill Kogashusha,Ltd., Tokyo.

Walker, G.M. 1998. Yeast Physiology andBiotechnology. John Wiley & Sons,Chichester, England.

Zetic, V.G., V.S. Tomas, S. Grba, L. Lutilsky &D.Kozlek. 2001. Chromium uptake bySaccharomyces cerevisiae and isolation ofglucose tolerance factor from yeast biomass.J. Biosci. 26:217-223.

Media PeternakanASTUTI ET AL.