LAPORAN UJIAN PRAKTIKUM BIOTEKNOLOGI

PRODUKSI PROTEIN SEL TUNGGAL (PST) DARI LIMBAH PERTANIAN, ALANG-ALANG (Imperata silindrica) SEBAGAI PAKAN TERNAK

OLEH: KELOMPOK V

NAMA

: Nia Sasria Meilani Safitri

(F1C1 09042) (F1C1 09022)

Rikhal Harjuliarto (F1C1 09004) Ld. Syahdam H Arianto (F1C1 09031) (F1C1 09044)

LABORATORIUM BIOKIMIA JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HALUOLEO KENDARI 2012

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemanfaatan protein mikroorganisme dalam bentuk Protein Sel Tunggal (PST) telah dikembangkan sejak tahun 1910 di Berlin.PST dari Khamir yang telah dikenal dengan sebutan food yeast telah diproduksi selama perang Dunia I dan II. Dalam perang dunia II food yeast digunakan di Jerman, Jepang dan Rusia dalam bentuk tepung, pasta, sirup atau dikeringkan. Food Yeast disamping merupakan sumber protein juga sumber zat gizi yang lain seperti lemak, vitamin dan mineral. Di Indonesia sebagian besar masyarakatnya hidup melalui aktivitas bertani, aktivitas ini tentu saja menghasilkan limbah pertanian seperti alang-alang yang dapat digunakan sebagai bahan dasar potensial untuk proses biokonversi oleh mikroba, yaitu dengan memanfaatkannya sebagai substrat pertumbuhan mikroba dalam memproduksi Protein Sel Tunggal (PST) melalui proses fermentasi. Pada saat ini dan masa mendatang kebutuhan protein akan semakin meningkat termasuk kebutuhan protein oleh hewan sebagai pakan ternak, sehingga dalam penelitian ini akan dicoba pembuatan Protein Sel Tunggal dari limbah pertanian yaitu alang-alang dengan proses fermentasi menggunakan yeast Saccharomyces cereviceae, hasil Protein Sel Tunggal yang diperoleh nantinya diharapkan dapat digunakan sebagai makanan tambahan pada makanan ternak yang kaya akan sumber protein.

B. Permasalahan Permasalahan dalam praktikum ini yaitu : 1. Bagaimana cara memproduksi Protein Sel Tunggal dari limbah pertanian, alang-alang(Imperata silindrica) ? 2. Berapa kadar Protein Sel Tunggal yang dapat diperoleh dari proses produksi tersebut ? C. Tujuan Tujuan dari praktikum ini yaitu untuk: 1. Memproduksi Protein Sel Tunggal dari limbah pertanian, alang-alang (Imperata silindrica). 2. Menghitung kadar Protein Sel Tunggal yang dihasilkan dari proses produksi tersebut. D. Manfaat Manfaat dari praktikum ini yaitu : 1. Dapat memanfaatkan limbah pertanian dan perkebunan seperti alang-alang (Imperata silindrica) untuk produksi Protein Sel Tunggal. 2. Dapat menghasilkan pakan ternak dengan kandungan protein yang lebih tinggi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Proses fermentasi dapat meningkatkan kandungan energi dan protein, menurunkan kandungan sianida dan kandungan serat kasar, serta meningkatkan daya cerna bahan makanan berkualitas rendah. Mikroba yang digunakan dalam proses fermentasi dapat menghasilkan enzim yang dapat mendegradasi senyawasenyawa kompleks menjadi lebih sederhana dan mensintesis protein yang merupakan proses pengkayaan protein bahan (Darmawan, 2006). Fermentasi mempunyai pengertian aplikasi metabolisme mikroba untuk mengubah bahan baku menjadi produk yang bernilai lebih tinggi, seperti asamasam organik, protein sel tunggal, antibiotika dan biopolimer. Proses fermentasi dengan teknologi yang sesuai dapat menghasilkan produk protein. Protein mikroba sebagai sumber pangan untuk manusia mulai dikembangkan pada awal tahun 1900. Protein mikroba ini kemudian dikenal dengan sebutanSingle Cell Protein (SCP) atau Protein Sel Tunggal. Menurut Tannembaum (1971), Protein Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme, seperti bakteri, khamir, kapang, ganggang dan protozoa. Sebenarnya ada dua istilah yang digunakan untuk produk mikroba ini, yaitu PST (Protein Sel Tunggal) dan Microbial Biomass Product (MBP) atau Produk Biomassa Mikrobial (PBM). Bila mikroba yang digunakan tetap berada dan bercampur dengan masa substratnya maka seluruhnya dinamakan PBM. Bila mikrobanya dipisahkan dari substratnya maka hasil panennya merupakan PST (Muhiddin et al, 2001).

Protein Sel Tunggal adalah istilah yang digunakan untuk protein kasar atau murni yang berasal dari mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana, seperti bakteri, khamir(yeast), jamur, ganggang dan protozoa(Tannenbaum,

1971). Protein Sel Tunggal dapat digunakan sebagai tambahan protein padapangan, pelengkap protein untuk ternak dan ramuan pangan yang berfungsi sebagai pembentuk cita rasa. Menurut Muljono (1992), produk ini memiliki prospek yang cukup baik dikembangkan lebih lanjut karena untuk

memproduksinya tidak diperlukan areal yang luas, tidak menimbulkan limbah, dan proses produksinya cepat, reproduksi mikroorganisme seperti bakteri dan khamir dapat memberikan hasil yang lebih besar setiap jam. Setiap mikroorganisme yang mampu tumbuh menggunakan selulosa sebagai sumber karbon, dapat digunakan untuk membuat Protein Sel Tunggal. Bahan lain yang dapat digunakan adalah bahan yang mengandung gula, dan mikroorganisme yang digunakan adalah yeast. Pemilihan yeast yang dapat digunakan untuk pembuatan Protein Sel Tunggal dilakukan berdasarkan laju pertumbuhan, kemudahan pemeliharaan kultur, kesederhanaan medis, dan kandungan protein serta kualitas gizinya, hal ini dimaksudkan karena Protein Sel Tunggal digunakan sebagai sumber protein disamping berperan sebagai sumber vitamin B dan mineral. (Muljono, 1992). Protein kasar yang terkandung dalam yeast berkisar 55 % 60 % dan asam nukleat berkisar 15 % pada basis kering, dibanding dengan fungi dimana kandungan protein kasarnya 50 % - 55 % dan algae kandungan protein kasarnya 60 % (Prawignya, 2011).

Jerami padi dan alang-alang merupakan limbah pertanian yang mengandung polisakarida dalam bentuk selulosa, hemiselulosa, pektin dan lignin (Howard dkk, 2003). Menurut Jackson (1977) dan Komaryati (1995) jerami padi memiliki kandungan selulosa sebesar 33%, yang lebih tinggi dibandingkan selulosa alangalang, yakni sebesar 25,10%, sedangkan hemiselulosa pada jerami padi sebesar 26% dan alang-alang sebesar 26,86%, selain itu jerami padi memiliki kandungan lignin yang lebih rendah yaitu 7% dibandingkan dengan kandungan lingin alangalang yaitu 33,4%. Pertumbuhan kapang dalam substrat jerami padi atau alangalang, tergantung pada suplai zat gizi, antara lain gula sebagai sumber karbon dan energi. Untuk memenuhi kebutuhan sumber karbon tersebut kapang akan mensintesis enzim yang dapat mendegradasi sumber karbohidrat (lignoselulosa) yang terdapat dalam substrat. Menurut Moore (2003) dan Yudhabuntara (2003) kapang memanfaatkan karbohidrat yang terdapat dalam bahan makanan sebagai sumber energi. Kapang dapat mendegradasi karbohidrat berupa selulosa dan hemiselulosa menggunakan enzim yang dihasilkannya. Selulosa didegradasi dengan enzim selulase menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa

didegradasi dengan enzim xilanase menghasilkan gula pentosa (xilosa, arabinosa), gula heksosa (mannosa, glukosa,galaktosa) dan asam gula (Sari et al, 2008). Mikroorganisme memiliki peranyang cukup besar dalam siklus berbagai unsur seperti siklus karbon, nitrogen, fosfor, belerang dan unsur yang lain. Siklus selulosa merupakan bagian dari siklus karbon (Schlegel, 1994), karena selulosa adalah polimer terbanyak ditanaman, maka hidrolisis selulosa adalah hal yang sangat penting dalam siklus karbon (Zhang and Lynd, 2004). Selulosa yang

dihasilkan oleh tanaman ada yang mengalami degradasi oleh mikroorganisme menjadi humus dan adayang didegradasi oleh hewan. Konversi selulosa menjadi glukosa relatif membutuhkan biaya yang lebih besar dibandingkan dengan konversi pati. Hal ini disebabkan karena struktur sekulosa lebih kompleks dibadingkan dengan struktur pati, sehingga dibutuhkan beberapa enzim untuk dapat mendegradasi selulosa. Selain itu enzim pendegradasi selulosa

membutuhkan medium yang mengandung selulosa murni untuk mengoptimalkan produksi enzim (Ambriyanto, 2010).

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. WaktudanTempatPelaksanaan Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Biokimia Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Haluoleo. Waktu praktikum ini dilaksanakan pada hari Senin tanggal 30 April 2012 lalu difermentasi selama 7 hari dan penelitian dilanjutkan pada hari Selasa tanggal 8 Mei 2012.

B. AlatdanBahan 1. Alat Alat yang digunakan dalam praktikum ini yaitu labu kjehdal, alat destilasi, buret, timbangan, erlenmeyer, laminar air flow, lampu spiritus, autoklaf, pipet volume, statif, klem dan elektromantel. 2. Bahan Bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu alang-alang (Imperata silindrica), ragi roti (Saccharomyces cerevisiae), H2SO4 pekat, Na2SO4, reagen Kjedhal, HCl 0,1 M; NaOH 0,1 N; NaOH 45%, indikator metilen campuran (blue dan red).

C. ProsedurKerja 1. Fermentasi Alang-alang (Imperata silindrica)

Sampel Alang-alang yang telah diajang kayu Ditimbangmasing-masing 10 gram Dimasukkandalam2 erlenmeyer Disterilisasimenggunakanautoklaf

SerbukAlang-alangsteril dalam 1 erlenmeyer - Diinokulasidengan 0,5 gr ragi roti - Difermentasisecaraanaerobselama7 hari SampelHasilfermentasi 2. AnalisisKandungan Protein

Blanko (1,15 gr reagen kjedhal + Na2SO45 gr)

2 gr 2 gr sampelsebelumferme sampelhasilfermenta ntasi si - dimasukkandalamlabu - masing kjeldhal masingdimasukkandalamlabukjeld hal - ditambahkan campuran 1,15 g reagen kjedhal danNa2SO4 5 gr - ditambahkan 20 mL H2SO4 pekat pada masingmasing labu - didekstruksi sampai cairan berwarna hijau jernih - dipindahkan setelah dingin ke labu destilasi - ditambahkan NaOH 45 % - didestilasi sampai semua amonia menguap (cairan menjadi coklat kehitaman) Destilat dalam 3 erlenmeyer - masing masingditampungdalamerlenmeyer - ditambahkan 10 mL HCl 0,1 M - ditambahkan 2 tetes indikator campuran metilen blue dan metilen red - dititrasidenganlarutanNaOH0,1 N - dihitungkadar protein

-

Kadar protein rumput hijausebelumfermentasi: -45,93 % Kadar proteinrumput hijausetelahfermentasi : 8,75 %

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. HasilPengamatan No. 1. Perlakuan Fermentasialangalang (Imperata silindrica) Keterangan Fermentasidilakukansecaraanaerobselama 7 haridenganmenggunakanragi roti (S. cerevisiae) sebagaisumbermikrobaSampelsebelumfer mentasi

2.

Analisiskandunga n protein Proses dekstruksi

Blanko

Sampelfermen tasi

elektromantel

Proses destilasi

Statif] f klem Konektor

Adaptor kondensor l

Labu alas bulat/Wadahsampel

Erlenmeyer/wadah destilat elektromantel

Proses titrasi

Titrasi Blanko

Titrasi Dengan Fermentasi

Titrasi Tanpa Fermentasi

Perhitungan

mL NaOH blanko : 52,5 mL (b) mL NaOH sampel sebelum fermentasi : 63 mL (a) mL NaOH Sampel fermentasi : 50,5 mL (c) Berat sampel : 2 g = 200 mg M NaOH : 0,1 M Kadar Protein (%)sebelum fermentasi:

(b - a) mL x M NaOH 14 x 6,25 x 100% w (52,5 - 63) mL x 0,1 M x 14 x 6,25 x 100% = 200 mg Kadar protein = -45,93 %

Kadar Protein (%) sampel fermentasi:

(b - c) mL x M NaOH 14 x 6,25 x 100% w=(52,5 - 50,5) mL x 0,1 M x 14 x 6,25 x 100% 200 mg

Kadar protein = 8,75 %

B. Pembahasan Protein Sel Tunggal merupakan istilah yang digunakan untuk protein kasar murni yang berasal dari mikroorganisme bersel satu atau banyak yang sederhana, seperti bakteri, khamir, jamur, ganggang dan protozoa. PST dapat berupa isolat protein sel atau semua komponen sel. Di samping sebagai sumber protein, PST juga sebagai sumber vitamin, mineral, dan asam-asam amino terutama lisin. Banyak spesies fungi digunakan sebagai makanan kaya protein. Mereka menyediakan vitamin B-kompleks dan mereka juga menunjukkan kandungan asam nukleat yang rendah. Mikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai sumber protein untuk pangan harus memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit terhadap tanaman, hewan, dan manusia. Nilai gizinya baik, dapat digunakan sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk yang dibutuhkan rendah. Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain dari khamir seperti S. Cerevisiae, karena laju pertumbuhannya sangat cepat jika dibandingkan dengan sel tanaman atau sel hewan, kandungan asam nukleat lebih rendah (15%),

kandungan protein kasarnya cukup tinggi (5560%), ukuran selnya lebih besar (diameter0,0005 cm) sehingga lebih mudah dipanen. Selain itu, konsentrasinya lebih tinggi serta dapat tumbuh pada substrat dengan pH rendah. Pada percobaan ini dilakukan pembuatan PST dengan menggunakan media fermentasi dari ekstrak alang-alang (Imperata silindrica )sebagai sumber karbon, garam amonium dan vitamin B sebagai sumber nitrogen, dan berbagai jenis mineral yang dibutuhkan mikrobauntuk tumbuh. Alang-alang memiliki kandungan protein kasar lebih tinggi (12,27%) dengan serat kasar juga relatif tinggi (32,42%). Khamir S. cerevisiaeakan menggunakan selulosa dari alangalang sebagai substrat untuk memproduksi PST, dimana selulosa ini akan diuraikan menjadi komponen yang lebih sederhana sehingga dapat menghasilkan protein. Pada proses inkubasi selama 7 hari dalam bioreaktor pada suhu kamar, mikroba akan mengeluarkan enzim selulase untuk mendegradasi selulosa menjadi glukosa. Glukosa yang dihasilkan kemudian mengalami glikolisis menjadi asam piruvat, dan setelah melalui proses transaminasi dan deaminasi barulah dihasilkan asam-asam amino yang selanjutnya disintesis menjadi protein. Kadar protein biomassa sel kering ditentukan dengan metode Kjehldal. Metode ini merupakan metode yang sederhana untuk penetapan nitrogen total pada asam amino, protein, dan senyawa yang mengandung nitrogen. Tahaptahapnya meliputi destruksi, destilasi, dan titrasi. Sampel didestruksi dengan asam sulfat (H2SO4 pekat) untuk proses perubahan gugus NH3 pada asam amino dalam protein menjadi NH4 dan dikatalisis dengan katalisator Kjehldal untuk menaikkan titik didih asam sulfat sehingga proses dekstruksi berlangsung cepat. Proses ini

dilakukan sampai larutan berwarna hijau jernih yang menandakan telah terbentuk ammonium sulfat ((NH4)2SO4). Setelah itu, amonia yang terbentuk didestilasi dengan larutan basa NaOH 15% karena reaksi tidak dapat berjalan dalam suasana asam, sehingga terjadi proses pemecahan amoniak menjadi NH3yang ditandai dengan perubahan warna cairan dalam labu destilator menjadi coklat kehitaman sedangkan destilat ditampung di dalam erlenmeyer yang berisi HCl 0,01 M agar destilat yang berupa NH4OH akan bereaksi dengan HCl membentuk NH4Cl dan HCl bersisa. Selanjutnya, ditetapkan kadar proteinnya melalui titrasi menggunakan NaOH sebagai titran dan indikator campuran metilen red dan metilen blue. Karena di dalam larutan analat masih terdapat HCl sisa, maka NaOH yang digunakan untuk titrasi cenderung bereaksi dengan HCl membentuk NaCl dan air. Titik akhir titrasi ditandai dengan perubahan warna menjadi merah tua. Secara detail, reaksireaksi yang terjadi dalam metode Kjehldal ini adalah sebagai berikut: Norganik + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2 NaOH NH4OH + HCl HCl sisa + NaOH (NH4)2SO4 Na2SO4 + 2 NH4OH NH4Cl + HCl sisa + H2O NaCl + H2O

Pada metode Kjehldal digunakan larutan blanko sebagai pembanding terhadap larutan sampel. Di dalam larutan blanko tidak terdapat sampel biomassa sel. Pada percobaan ini diperoleh kadar protein yang terkandung dalam biomassa sel kering yaitu -45,93% untuk sampel tanpa fermentasi dan 8,75% untuk sampel hasil fermentasi.Hal ini terjadi karena jumlah mikroba pada sampel sebelum

fermentasi (0 hari) memang rendah, akibat perlakuan awal yaitu sterilisasi media sehingga kadar proteinnya juga rendah. Sedangkan sampel hasil fermentasi memiliki kadar protein yang lebih tinggi dimana menurut Hartoto, bahwa mikroorganisme seringkali tumbuh lebih baik pada bahan pangan yang telah dimasak dibandingkan pada bahan pangan mentah karena zat-zat gizi tersedia lebih baik dan tekanan persaingan dari mikroorganisme lain telah dikurangi. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan pengukusan menyebabkan konstitusi kimia dari substrat alang-alang lebih banyak dapat dimanfaatkan, serta struktur fisiknya lebih mudah ditembus miselia. Oleh karena itu, miselium khamirS. cerevisiae nampak lebih padat pada perlakuan fermentasi dibandingkan tanpa fermentasi. Tingginya kandungan protein pada perlakuan fermentasi merupakan refleksi dari padatnya massa miselium khamir pada substrat.

BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Protein sel tunggal dapat diproduksi dari limbah pertanian yaitu alangalang (Imperata silindrica) yang difermentasi menggunakan ragi roti (S. cerevisiae) selama 7 hari. 2. Kadar protein sel tunggal yang diperoleh dari hasil fermentasi adalah 8,75%.

DAFTAR PUSTAKA Ambriyanto, Kurniawan Sarju. 2010. Isolasi Dan Karakterisasi Bakteri Aerob Pendegradasi SelulosaDari Serasah Daun Rumput Gajah (Pennisetum purpureum Schaum). Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Darmawan, 2006, Pengaruh Kulit Umbi Ketela Pohon Fermentasi terhadap Tampilan Kambing Kacang Jantan, Jurnal Ilmiah Ilmu-Ilmu Peternakan, 9 (2) : 115-122. Muhiddin, Nurhayani H., Nuryati Juli, dan I Nyoman P. Aryantha. 2001. Peningkatan Kandungan Protein Kulit Umbi Ubi Kayu Melalui Proses Fermentasi. JMS.Vol. 6. No. 1.Hal. 1 12. Prawignya, Harsa. 2011. Pembuatan Protein Sel Tunggal dari Limbah Nanasdengan Proses Fermentasi. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan. Yogyakarta. Sari, I. M., Noverita dan Yulneriwarni. 2008. Pemanfaatan Jerami Padi dan Alang-Alang dalam Fermentasi Etanol MenggunakanKapang Trichoderma viridedan Khamir Saccharomycess cerevisiae. Jurnal VIS VITALIS.Vol. 01 No. 2.