AKTIVITASIRRADIASI

PERMENTASI KHAMIR Saccharomyces cerevisiae

E.G. Siagian*

ABSTRAK

AKTIVITAS PKHMKNTASI KHAMIR Saccha~yces cerevisiae IRRADJASI. Dalam percobaan

ini telah dilakukan uji aktivitas mutan S. cerevisiae dalam media fruktosa dan

sukrosa dengan menggunakan metode Rancangan Acak Lengkap (RAL) dalam Faktorial.

Hasil penelitian menunjukan bahwa S. cerevisiae-RS dan S. cerevisiae-RJ, mencapaipopulasi tertinggi pada hari ke lima, sedangkan S. cerev.isiae aslinya mencapai popu­

lasi tertinggi pada hari ke enam dalam media fruktosa dan dalam media sukrosa ter­

capai hari ketujuh pada inkubasi suhu kamar. Laju pertumbuhan S. cerevisiae-RS danS. cerevisiae-RJ berbeda tidak nyata namun berbeda nyata bila dibandingkan dengan S.

cerevisiae. Kemampuan menghasilkan alkohol oleh S. cerevisiae-RS dan S. cerevisiae­RJ, berbeda tidak nyata, namun berbeda nyata jika dibandingkan dengan S. cerevisiae.

S. cerevisiae lebih mudah merombak fruktosa dari pada sukrosa, namun bagi S. cere­

visiae-RJ perbedaannya tidak nyata.

ABSTRACT

FERKBNTATION ACTIVITY OF IRRADIATED YEAST Sacchar~yces cerevisiae. In this

experiment the activity of S. cerevisiae mutan was test.ed in fructose and sucrose

medium, using Factorisl in Completely Randomized Design Method. The result showed

that. S. cerevisiae-RS and S. cerevisiae-RJ reached the maximum population in fivedays after incubation, while S. cerevisiae (wild type reached the m~ximum

population in six days, in fructose medium, and seven days in sucrose medium after

incubation at room temperature 28 .! ZOC. The rate of population growth and alcohol

production between S. cerevisiae-RS and S. cerevisiae-RJ was not significantly. S.

cerevisiae was m<;,re capable to ferment fructose while S. cerevisiae-RS and S.cerevisiae-RJ have the same abilities.

PENDAHULUAN

S. cerevisiae adalah khamir yang umum melakukan fermentasi untuk

menghasilkan alkohol dan CO2 dari gula di bawah kondisi anaeroba,

FROBISHER (1). Namum di antara 44 galur S. cerevisiae yang diisolasi

* Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BATAN

635

di laboratorium mikrobiologi PAIR BATAN, hanya 23 galur yang dapat

menghasilkan alkohol lebih dari 14%. REED (2) dan SIAGIAN dkk. (3)

melaporlan tJlwa Jl an~ara I! galur S. cerevisiae yang di isolasi

setelah diuji daya fermentasinya ternyata 54% bersifat fermentasi

kuat, 23% berdaya fermentasi sedang dan 22% tidak dapat melakukanfermentasi karbohidrat.

Untuk memperoleh galur unggul, telah dilakukan seleksi mutan­

mutan khamir yang telah diinduksi oleh beberapa zat yang bersifat

mutagen.

Dalam percobaan ini dugunakan 3 galllr S. cerevisiae, yaitll

strai n S. cerev isiae dan galur mutan R5 dan RJ, koleksi laboratorillmmikrobiologi PAIR, BATAN.

BAliAN DAN METODE

Biakan murni S. cerevisiae dan kedua mutannya adalah galur murni

Mikrobiologi PAIR, BATAN. Metode penelitian yang dipakai adalah

Rancangan Acak Lengkap dalam faktorial (eRD factorial), dengan enam

kombinasi perlakuan dan empat ulangan terdiri dari :(a1) 8.

c ere vis i ae "w h i I d t y p e ", (a 2' S. c ere vis i ae - R5 d an (a 3' 8.cerevisiae-RJ j clan (b1, sukrosa, (b2, fruktosa.

Medium yang dipakai adalah Potato Dextrose Agar (PDA) (buatan

OXOID) , sukrosa dan fruktosa (buatan OXOID). Ke dalam 24 erlenmeyer

yang berisi masing-masing 400 ml media sukrosa dan fruktosa ( 12 :

12 ), pH diatur dengan 0,1 N Hel menjadi pH 5, disterilkan dalam

otoklaf pada suhu 1210e dan tekanan 15 psi selama 15 menit.

Medium kentang dektrosa untuk "starter" dibuat dengan menimbang

200 gram kentang, diiris-iris kemudian dimasukkan ke dalam gelas

Beker yang berisi air suling hingga volumenya menjadi 1000 mI.

Selanjutnya direbus dan disaring dengan kain kasa. Ekstraknya

dilambahkan 20 gram dekstrosa dan air suling hingga volume 1000 mI.

Kondisi pH diatur menjadi 5,6, kemudian diseterilkan di dalam

otoklaf pada suhu 1210e, selama 15 menit dan tekanan 15 psi.

Penyediaan Biakan Murni. Diambil dari persediaan agar miring S.cerevisiae di tanamkan pada agar miring yang mengandung 100 gram

glukosa, 20 gram pepton, 10 gram ekstrak khamir dan 15 gram agar

(dipco) pH 5,5 diinkubasikan selama 48 jam pada suhu 300e.

636

Suspensi S. cerevisiae dibuat sebanyak 1 x 108 sel/ml, diukur

dengan standar kekeruhan bakteri, ditanam pada media Sabouraud

DExtrose Broth (Difco) yang mengandung 20 ug/ml Dextrose streptomi­

sin, kemudian diiradiasi selama 5 menit sengan lampu ultra violet 15

W dengan jarak 15 em (General Electric Ultra Violet Lamp), intensi­

tas 146,94 j/cmZ/detik diukur dengan UV meter.

Setelah itu diencerkan dengan lauratan penyangga fosfat pH 7,0

dan ditanam pada media SDA (Difco) diinkubasi selama 48 jam dalam

inkubator 30 ± ZoC. Galur yang tumbuh diambil dan diiradiasi dengan

sinar gamma Co60 dalam 7 ml media pertabung dengan laju dosis 2,0

kGy/jam. Setelah itu ditanam lagi dalam media lengkap SDA dan diin­

kubasi 24 jam pada suhu 30 ± 2oC. Khamir yang tumbuh dipindahkan ke

dalam agar miring untuk dipakai sebagai strain R5 dan RJ.

Pellyediaan sampel llntuk fermentasi. Setelah S. cerevisiae star­

ter berumur 24 jam dilakukan perhitungan populasi. Kalau jumlahnya

tidak sarna harus diseragamkan dengan penambahan suspensl biakan

murni masing-masing khamir. Setelah populasinya seragam langsung

diinokulasi ke dalam masing-masing perlakuan. Kemudian semua sampel

pereobaan disimpan pada suhu kamar. Pengamatan dilakukan setiap 24

jam sehingga mencapai populasi maksimal dengan perhi tungan jumlah

sel khamir hidup dan sel mati, penentuan kadar alkohol, kadar gula,

dan pengukuran pH.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Khamir S. cerevisiae ("wi ld type") mencapai popu 1.asi tertinggi

pada hari ke 7 dalam medium sukrosa dengan populasi 255 juta sel/ml

dan hari ke 6 pada medium fruktosa dengan populasi 280 juta sel/ml

dari populasi awal 25 juta sel/ml (Tabel 1 dan 2). Perbedaan ter­

sebut mungkin disebabkan fruktosa adalah monosakarida, sehingga

dapat lebih cepat menghasilkan energi dibandingkan dengan sukrosa

yang merupakan disakarida sukrosa sebelumnya perlu proses lanjut dan

akan dirombak dahulu menjadi glukosa dan fruktosa dengan bantuan

enzim sukrasa DWIDJOSEPUTRO (4). S. cerevisiae-RJ dalam medium su­

krosa maupun fruktosa mencapai populasi tertinggi pada had ke S

dengan populasi berturut-berturut 1,70 x 108 sel/ml untuk wild type,

mutan RS = 2,90 x 108 sel/ml dan mutan RJ = 2,95 x 108 sel/ml (Gra-

637

fik 1 dan 2). Perbedaan yang nyata antara S. cerevisiae (wild type)

dengan kedua mutannya R5 dan RJ mungkin disebabkan telah berubahnya

susunan gen kedua mutan tersebut karena terlnduksi secara berturut­

turut oleh streptomisin, sinar ultra violet, dan sinar gamma yang

bersifat mutagen, yaitu zat yang mempercepat terjadinya mutasi

PELCZAR dan CHAN (5).

Mutagen kimia mengakibatkan modifikasi ikatan hidrogen antara

gugusan amino dan hidroksil pada purin dan pirimidin, dan mengakiba­

tkan kelainan DNA oleh analog-analog basa yang menyerupai basa DNA

aslinya, sehingga terjadi kelainan dalam replikasi DNA. Sedangkan

mutagen sinar UV menyebabkan pembentukan dimer dengan ikatan silang

antara pirimidin yang bersebelahan, terutama timin. Dimer ini menga­

caukan proses replikasi yang normal. Namun kerusakan DNA dapat

diperbaiki oleh mekanisme fotoreaktivasi. Fotoreaktivasi terjadi

kelika sel-sel yang terkena sinar UV yang mematikan, segera dikenai

sinar tampak (Visible light). Suatu enzim endo nuklease yang

digiatkan olehsinar tanpak, memotong atau menguraikan ikatan sinar

UV. Kemudian enzim-enzim yang lain yaitu polimerase dan ligase

memperbaiki bagian yang pecah dengan cara mengisi eelah-celah ter­

sebut dan menggabung potongan-potongan tersebut, sehingga dapat

memulihkan aktivitas sel-sel yang rusak PELCZAR dan CHAN (5), se­

dangkan radiasi pengeion yang dihasilkan oleh mesin sinar X, proton,

neutron , sinar alpa, beta, dan gamma dari sumber-sumber radioaktif

seperli Radium, Cobalt-60 dan lain-lain, dapat mengakibatkan Kromo­

som luka, yang selanjutnya akan merangsang perubahan-perubahan

diantara bagain-bagian kromosom yang sama atau berbeda, sehingga

mengakibatkan terjadinya penghapusan translokasi, dan penyimpangan

kromosom lainnya STRICKBERGER (6).

Akibat mutasi maka terjadi mutan-mutan yang memperlihatkan

toleransi yang meningkat terhadap unsur-unsur penghambat, misalnya

antibiotika dan lain-lain, kemampuan fermentasi yang berubah, karena

bentuk dan ciri-ciri koloni berubah pula atau resisten terhadap aksi

bakteriofaga.

'Pengukuran kadar alkohol, sebagai salah satu parameter kemampuan

strain untuk melakukan fermentasi fruktosa dan sukrosa dapat dilihat

pada (Tabel 3, 4, dan 5). Kedua mutan S. cerevisiae-R5 dan RJ meng­

hasilkan alkohol rata-rata lebih banyak dan berbeda nyata bila

638

dibandingkan dengan S. cerevisiae (5,46%), yaitu 8,85% pada S. ce­revisiae-R5 dan 8,6% pada S. cerevisiae-RJ. Pada penelitian terda­

hulu (3) telah di lapqrkan bahwa S. cerevisiae yang mengalami

mutasi, daya fermentasi pada tetes menghasilkan alkohol 2,4 - 6,3%

lebih banyak dari khamir yang tidak termutasi ("wild type"). Menurut

peneli tian SUPRIHATI (7,8) se1ama enam hari fermentasi pada beberapa

janis monosakarida (glukosa, fruktosa, dan mannosa) S. cerevisiaehanya dapat menghasilkan alkohol sebanyak 4,33%.

Meningkatnya persentase kadar alkohol yang dihasilkan oleh kedua

mutan S. cerevisjae-R5 dan RJ disebabkan karena lebih besarnya popu­

lasi sel-sel mutan tersebut (Tabel 3 dan 4) sehingga dapat mengha­

silkan enzim lebih banyak yang dapat mengkonversi gula menjadi

alkohol dan CO2, disini ter1ihat adanya hubungan linier antara

konsentrasi enzim dengan aktivitas fermentasi.

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian kemampuan khamir S. cerevisiae serta dua

mutannya R~ dan RJ untuk menghasilkan alkohol dalam media sukrosa;)

15% dan fruktosa 15%, ternyata fruktosa lebih baik sebagai sumber

energi dan bahan untuk produksi alkohol bila dibandingkan dengan

sukrosa.

DAFTAR PUSTAKA

1. FROBISHER, M., HINDILL, R.D., CRABTREE, K.T.-" and GOODHEARD,

C.R., Fundamental of Microbiology, Saunders Philadelphia (1974)

2. REED, G., Prescott and Donn's Industrial Microbiology, 4th ed.Avi Publishing Co., Westport Connecticut (1982).

3. SIAGIAN, E.G., LINA, M.R., dan HARSOJO, Seleksi Mutan Mikroba

yang berdaya fermentasi tinggi, Hasil Penelitian (1985) 81.

4. DWI DJOSEPUTRO, D., Pengantar Fisiologi Tumbuhan, Gramedia, Ja­karta (1978).

639

5. PELCZAR, M.J., and CHAN, E.C.9., Dasar-dasar Mikrobiologi,

(Penterjemah HADIOETOMO, R.9., IMA9, T., TJITR090MO, 9.9., dan

ANGKA1 S.L'r Universitas Indonesia, Jakarta (1986) 409.

6. STRICKBERGER, M.W., Genetics, 3rd ed., Mac Millan New York (1985)

7. KUSUMAWATI, S., Fermentasi sari buah nanas oleh khamir.

SaccharomJ'ces ceredsiae Hansen dan S. elipsoidens, (tidak

dipublikasikan).

8.EDWIR AZIS, Komunikasi Pribadi (1988).

Tabel 1. Rata-rata populasi S. cerevisiae, R5 dan RJ padamedia sukrosa dan fruktoRa

Pengamatan Populasi x 06jml

(had) S. cerevisiae RJ

4

2

7

8

25

115

235

150

210 ! 155 ! 185 ! 205

285 ~ 295 ! 290 ~ 300

260 : 230 ! 225 ~ 2·35

Sukrosa:Fruktosa:Sukrosa:FruktosaI .

-------,--------,-------25: 25: 25

, ,-------,--------.-------

80 : 110 : 80. ,-------.--------,-------

100 : 115 : 110, .

-------.--------.-------190 : 225 : 195

-------j--------j-------:-----------

135 ! 125 ! 175 : 155

50: 85

145 ~ 195

--------,---------j-------j--------j-------i-----------80

I125,225•245,2401265•

,, ,I________ 1 _________ 1 _______ 1 _________ , _______ 1 ___________

Sukrosa:Fruktosa,--------,---------

25: 25I

--------.---------

25: 351

--------,---------35: 55

190 : 280I--------.---------

250 : 265--------:---------

245 : 200

o

5

1

•

•,,----------,I,.----------1I,,----------: 3,.----------,I,,----------,I,,----------

: 61

.----------I,,,----------,I

G40

Tabel 2. Populasi S. cerevisiae, RS dan RJ dalam mediasukrosa dan fruktosa.

Galur Rata-rata/ ml-------------------------------------------------------------------

S. cerevisiae 1,70 x 108

8RS 2,90 x 10

82,95 x 10

--------------------------------------------.----------------------

Tabel 3. Pengamatan kadar alkohol dan uji Duncan rata-ratakadar alkohol yang diperoleh untuk setiap faktor

khamir ( a ) pada 5 pengamatan.

.Jenis khamir

S. cerevisiae - RJ

S. cerevisiae - R~S. cerevisiae - ( wild type")

Kadar alkohol

( % )

8,858,65

5,46

Simbol

aab

Tabel 4. Pengamatan dan uj i Duncan rata-rata kadar alkohol yang

diperoleh untuk setiap faktor gula ( b ).

Gula

b2

bl

Kadar alkohol

( % )

8,137,18

Simbol

ab

Keterangan : angka-angka setiap lajur diikuti simbol yang sarnaadalah berbeda nyata menurut DNMRT taraf 5%.

Disini terlihat bahwa mutan R5 dan RJ menghasilkan alkohol rata-ratalebih ban yak dan berbeda nyata dibandingkan dengan S. cereviasie

(5,45%) yaitu 8,8S% pada RJ dan 8,6S% pada R5' Hal ini disebabkanlebih besarnya populasi sel-sel mutan tersebut, sehingga enzim yangdihasilkan lebih banyak.

641

Tabel 5. Sidik ragam kadar alkohol dari perlakuan pada pengamatan ke5 (dalam arc. sinus V x I).

I' I ,I

I ISumber

Idb.I.JK.I

KT.IFH.IF.TabelI I I I I

keragamanI1 I I ' ______ --------I I I I 1I 1 I I

0,05I

0,01I I I III

• 1___ I • ____ 1

IIPerlakuan

546,441

9,29Iil,46**

I2,77

I4,25I I II

Khamir (a)243,81

121,90

I168,46**

I3,55

16,01I I II

Gula (b)11,70

I1,70

I13,08**

I4, ilJ

I8,28I I II

Interaksi (ab)20,93I

0,46I3,5'1

I3,55

I6,01I I II

Galat182,35

I0,13

II

ITotal

2348,79I I

II

II-------------------------------------------------------------------

Keterangan : ** = Berbeda sangat nyata.

Karena berbeda nyata dilanjutkan dengan uji Duncan NewMultiple Range Test (DNMRT).

300

275

250

225

~ 200'";: 175H~ 150

-;;:125".-I

B. 100o0.

75

50

25

o 2345678

.•••aktu ( had )

300

275

250

225

200

175·-

"b 150 .-

H 125.-

-rl 100to".-I&. 75oPo

50

25

o 2345678

.•••aktu ( hari

Gambar 1. Pertumbuhan populasi S. c£trP..­vU,iae (a 1) S. c.etrP..vU,iae- RS(a2)' dan S. cetrP..vi6iae-RJ(a3) pada medium sukrosa

642

Gambar 2. Pertumbuhan populasi S. cetrP..­

vU,iae (a 1) S. cetrP..vi6iae - RS(a2), dan S. cetrP..vi6iae-RJ(a3) pada medium fruktosa

OJSKUSI

NI KHAM

1. Sampel diiradiasi dengan sinar ultra violet 15 watt selama 5

meni t, jadi berapa intensi tas energi yang di terima oleh sampel

selama penyinaran ?

2. Apakah penyinaran dengan ultra violet pada kondisi tersebut dapat

menghasilkan mutan khamir tersebut ?

3. Mengapa galur-galur dari species khamir tersebut mempunyai akti­

vitas yang berbeda dalam menghasilkan alkohol ?

E.G. SIAGI AN

1. Intensitas 146,94 j.cm2idetik, diukur dengan UV. meter.

2. Belum, maka dari itu, dilanjutkan dengan iradiasi sinar gamma.

3. Karena bentuk selnya lebih besar dan mengeluarkan lebih banyak

enzim untuk fermentasi alkohol.

SUSIANA

Pada penelitian Anda telah ditemukan beberapa mutan, apakah mutan­

ml1tan tersebut sudah diuji lagi, karena apabila tidak diuji lagi

kemungkinan besar dia akan kembali berbentuk semula (wild type)

kalau sudah mohon dijelaskan cara pengujiannya ?

E.G. SIAGIAN

Belum, hanya dilakukan seri Dassa~e dalam strain collection di labo­

ratorium mikrobiologi PAIR BATAN.

SUHARNA

1. Apakah yang menyebabkan fruktosa lebih mudah dirambah S. cerevi­

siae daripada sukrose ?

2. Apakah adanya perbedaan perombakan fruktose dan sukrose merupakan

pengaruh perkenaan radiasi ?

G43

E.G. SIAGIAN

Fruktose sudah bisa langslIng dikonversi karena monosakarida sedang­

lan sulrose \larus dirombak menjadi glukose dan fruktose, jadi mema­

kan waktu, maka hasilnya lebih baik fruktose sebagai medium untuk

fermentasi alkohol.

ABDUL QHOLIQ

1. Apakah Anda yakin pada percobaannya mendapatkan mutasi ?2. Apakah mlltasi gen atan mutasi khromosom, mohon penjelasan.

E.G. SIAGIAN

1. Ya, mutasi kromosom saja, mukan mutasi gen.

044