PENGARUH KETERSEDIAAN OKSIGEN PADA PRODUKSI EPIGLUKAN OLEH Epicoccum nigrum MENGGUNAKAN MEDIA...

AGROINTEK Volume 7, No.1 Maret 2013 11

PENGARUH KETERSEDIAAN OKSIGEN PADA PRODUKSI EPIGLUKANOLEH Epicoccum nigrum MENGGUNAKAN MEDIA MOLASES

Miftahul Choiron, Jayus, Sony SuwasonoJurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember

Korespondensi : [email protected]

ABSTRACT

The compound β-glucan is a polymer of glucose, which is polymerized through betaglycoside bond. The compound β-glucan has anti-tumor benefits, reducing the risk of heartdisease, lowering cholesterol and so forth. The compound β-glucan can be produced by thefungus in ukstraseluler. One of the molds that can produce compounds in the extracellular β-glucan is Epicoccum nigrum, often called epiglucan. The purpose of this study was to determinethe effect of aeration and oxygenation to the production epiglukan by Epicoccum nigrum inmolasses media. This research was conducted using descriptive method with 3 under controlledconditions : anaerobic, aeration and oxygenation in the Stired Continuous Tank Reactor (batchculture). The parameters observed were the biomass (g / L), epiglucan (g/L), reducing sugarcontent (%) and pellet diameter are formed. Biomass and highest epiglikan obtained inoxygenated conditions which amounted to 7.074 g / L and 2.01 g / L. The resulting biomasspellet-shaped with the largest diameter occurs in conditions of oxygenation that is 0.37 mm.residual reducing sugar at the end of fermentation the greatest there is in the anaerobiccondition is 1.529%

Keyword : Epiglucan, β-glucan, Epicoccum nigrum, oxygen availability

PENDAHULUANBahan pangan yang kini mulai

banyak diminati konsumen bukan saja yangmempunyai komposisi gizi yang baik sertapenampakan dan cita rasa yang menarik,tetapi juga harus memiliki fungsi fisiologistertentu bagi tubuh (Astawan, 2003).Golongan senyawa yang dianggapmempunyai fungsi-fungsi fisiologis tertentu didalam pangan fungsional adalah senyawa-senyawa alami di luar zat gizi dasar yangterkandung dalam pangan yang bersangkutan,salah satu diantaranya adalah senyawa β-glukan.

Senyawa β-glukan yang saat initersedia dalam bentuk aktif adalah β-(1,3)-glukan dengan rantai tepi β-(1,6)-glukan,yang didapat dari khamir dan kapang,termasuk yang berasal dari mushroom. Selainitu juga masih ada beberapa β-glukan yangberasal dari biji-bijian, seperti oat dan barleydengan komposisi ikatan β-(1,4)-glukosidik(Stone&Clarke, dalam Jayus, 2003).

Banyak manfaat mengenai senyawaβ-glukan sedah dipublikasikan, diantaranya

adalah kemampuan untuk menjadi pengentaldan pembentuk tekstur (Ramesh danTharanathan, 2003) serta dapat mengurangiresiko terkena penyakit jantung koroner(Wood dan Beer dalam Cui, 2001), danmemiliki aktivitas antitumor (Mizuno dkk .,dalam Ramesh dan Tharanathan, 2003).Bahkan sebuah studi terbaru, yangdipublikasikan dalam American Journal ofClinical Nutrition, melaporkan hasilpenelitian tentang pengaruh minuman buahyang difortifikasi dengan β-glukan terdapattingkat kolesterol LDL (Low DensityLipoprotein) pada 47 orang sukarelawanmenunjukkan terjadinya penurunan yangsignifikan tingkat kolesterol LDL setelahmengkonsumsi minuman buah tersebut(Anonim, 2006a).

Senyawa β-glukan merupakanbiopolymer dari glukosa yang memilikikonfigurasi ikatan β- pada ikatan glikosida.Senyawa ini diproduksi baik oleh mikrobamaupun non mikroba (Stone dan Clarke,dalam Jayus, 2003). Senyawa β-glukandidapat dari khamir dan kapang, termasuk

12 Pengaruh ketersediaan oksigen...(Miftahul C, dkk)

yang berasal dari mushroom. Banyak mikrobayang diketahui memproduksi eksopolisakaridadengan variasi struktur yang kompleks(Ramesh dan Tharanathan, 2003). Banyaknyaglukan dihasilkan dari dinding selSaccharomyces cereviceae, dan hanya sedikitpublikasi yang menjelaskan produksi glukansecara ekstraseluler sebagai hasil sekresimikroba selama pertumbuhan. Merupakan halyang menarik apabila memproduksi glukansecara ekstraseluler menggunakan kapangEpicoccum nigrum karena beberapaturunannya mungkin juga dapat dihasilkan.

Peningkatan produksi glukan dapatditempuh dengan cara optimasi lingkungantumbuh, penggunaan sumber karbonalternative (Nuswantara, 2004). Dalamproduksi glukan secara ekstraselulermenggunakan kapang E. nigrum dapatdigunakan molases masih memilikikandungan gula yang cukup tinggi, antara lainadalah sukrosa (30-40%), dekstrosa (4-9%)dan levulosa (5-12%). Selain itu produksimolases di dalam negeri juga sangat tinggiseiring meningkatnya produksi gula dalamnegeri, lebih dari 45.000 ton per tahun untuktiap BUMN perkebunan (Anonim, 2006b),sehingga bahan baku yang digunakan untukmedia pertumbuhan kapang tersebut mudahdidapat.

Optimasi lingkungan tumbuh dapatdilakukan dengan mengkondisikan kulturpada kondisi optimum pertumbuhan kapang.Penelitian dengan perlakuan pH 6menggunakan media molases pada shakerflask menghasilkan epiglukan 4.36 gr/L(Hapsari, 2006). Kontrol terhadap mediapertumbuhan sulit dilakukan pada metodetersebut untuk mengendalikan kondisipertumbuhan, oleh karena itu penggunaanfermenter dalam proses fermentasinyadiharapkan mampu memberikan kondisiterkendali bagi pertumbuhan E. nigrum.

Kondisi lingkungan pada fermentasidengan menggunakan fermenter akanmempengaruhi morfologi hifa dan strukturpellet dari E.nigrum. Faktor-faktor yangmempengaruhi pertumbuhan kapang padakultur terendam antara lain tingkat agista,produksi CO2, pH, perubahan O2 , komposisimedium, serta konsentrasi inokulum. Faktor-faktor tersebut juga dapat mempengaruhimorfologi kapang yang berbeda dapat

menghasilkan metabolit yang berbeda pula.Sebagai contoh, Aspergillus niger dalambentuk pellet akan menghasilkan metabolitasam sitrat sedangkan dalam bentuk filamenyang terdispersi akan menghasilkan metabolitberupa amylase (Gibbs, 2000).

Transfer oksigen pada sel mikrobamerupakan suatu hal yang sangat penting padafermentasi secara aerob dan hal tersebut dapatmenjadi sulit pada beberapa jenis fermentasidengan media pertumbuhan yang, berbeda. E.nigrum merupakan jenis kapang yang bersifataerob, oleh karenanya sangat diperlukanadanya oksigen yang cukup untukpertumbuhannya. Ketersediaan oksigen dalamkultur terendam sangat dibutuhkan oleh E.nigrum dalam pertumbuhannya, namunsampai saat ini belum diketahui seberapabesar kebutuhan oksigen bagi E. nigrum.Ketersediaan oksigen dalam penelitian iniakan diatur dengan beberapa cara yaitu aerasidan oksigen.

METODOLOGI PENELITIAN

Bahan PenelitianPenelitian ini menggunakan biakan

murni E. nigrum strain F19 yang diperolehdari Culture Collection of La TrobeUniversity (Australia), yang ditumbuhkanpada media Malt Extract Agar (MEA) danmolases. Bahan kimia yang digunakan adalahK2HPO4, CuSO4.5H2O, ZnSO4.7H2O, H2SO4,Na2MoO4.2H2O, MgSO4.7H2O (sebagaibahan-bahan untuk membuat mineralsolution), NaNOM3,NaOH, alkohol teknis danaquades.

Alat PenelitianAlat yang digunakan dalam

penelitian ini meliputi: satu set fermenter tipeCSTR (Continous Sired Tank Reactor),Erlenmeyer 250 ml dan 1000 ml, gelas ukur100 ml dan 10 ml, sendok stainless-steel,beaker glass 100 ml, 1000 ml, 2000 ml dan 50ml, tabung reaksi, pengaduk kaca, pipet tetes,cawan petri,hot plate, incubator, ovenpengering, neaca analitik, pompa vakum, 1 setfilter bakteri, stirrer, jarum ose, kapas sumbat,alumunium foil, cling wrap, kertas kayu, botolsemprot, pH-meter, laminar air-flow,autoklaf, dan Bunsen.


Metode PenelitianPenelitian ini dilakukan dengan

menggunakan media molasses dan beberapakondisi yang terkendali. Proses fermentasidilakukan pada pH awal 6, suhu pertumbuhan28oC dan agitasi 500 rpm dengan perlakuan:A1 = Tanpa aerasiA2 = Aerasi 0,3 vvm (volume per volumemenit)A3 = Oksigenasi 0,3 vvm (volume per volumemenit)

Aerasi diberikan denganmengalirkan udara bebas kedalam mediumsedangkan oksigenasi dilakukan denganmengalirkan oksigen murni kedalam mediapertumbuhan menggunakan tabung oksigen.

Pada masing-masing perlakuandiambil sampelnya untuk dilakukanpengamatan pada hari ke : 0,1,2,3,4,5 dan 6.Parameter pengamatan yang dilakukan berupapengamatan terhadap biomassa denganmenghitung berat keringnya, pengamatanepiglukan dan pengamatan gula reduksi.Pengamatan juga dilakukan terhadapmorfologi E. nigrum berupa diameter pelletpada masing-masing pengamatan. Masing-masing perlakuan dilakukan sebanyak 3 kaliulangan kemudian dari data pengamatanterhadap biomassa, epiglukan dan kadar gulareduks dicari rata-rata kemudian dibuat grafik.

Pertumbuhan Kultur E. nigrum dalam MaltEkstrak Agar (MEA)

Kultur murni E. nigrum berasal dariCulture Collection of La Trobe University(Australia) yang kemudian digunakan sebagaikultur stok dalam bentuk media agar miring.Untuk mengembangkan atau memperbanyakkultur E. nigrum bisa dilakukan denganmenggunakan MEA. MEA dan cawan petriyang digunakan harus benar-benar steril.Cawan yang telah diisi 20 ml MEA dibiarkanhingga padat di dalam laminar air flow.Setelah media agar benar-benar telah padat,maka dilakukan pemindahan kultur E. nigrumdari agar miring ke media MEA denganteknik taburan atau penyebaran. Plate yangtelah terisi culture diinkubasi pada suhu 28oC,selama 3-4 hari.

Pembuatan Media Pertumbuhan E. nigrumMedia molasses diberi pretreatment

(hidrolisa), diatur pH nya hingga mencapaipH 6 kemudian ditambahkan NaNO3

sebanyak 0,5 g/L dan larutan garam mineralyang telah disiapkan sebanyak 50 ml/L.Kemudian sebanyak 1L media yang telahdiperoleh dimasukkan dalam fermenter untukkemudian disterilisasi. Sterilisasi dilakukanpada suhu 1210C tekanan 1 atm, selama 15menit.

Inokulasi Biakan E. nigrum dalam MediaCair

Proses inokulasi ini harus dilakukansecara aseptis. Inokulum di scrap dandiencerkan kemudian diukur konsentrasinya.Setelah diketahui jumlah sel dalam suspensibarulah sel dipindahkan kedalam Erlenmeyersteril untuk kemudian diinokulasikan kedalam fermenter sehingga jumlah yangditambahkan sama setiap kali ulangan.Pemindahan suspensi sel dilakukan secaraaseptis untuk menghindari resiko kontaminasi.Setelah biakan E. nigrum diinokulasikan kedalam media cair kemudian diinkubasi selama6 hari pada 500 rpm dengan suhu 280C.

Penentuan BiomassaMedia yang akan dilakukan

pengamatan diekstraksi dengan filter set dandibantu pompa vakum. Biomassa E. nigrumdipisahkan dari filtratenya denganpenyaringan yang berat awal kertas saringdiketahui. Kemudian kertas saring yang berisibiomassa tersebut dioven pada suhu 100oCsampai beratnya konstan, setelah keringditimbang sehingga diketahui berat akhirnya.Berat sel diketahui dengan menghitung selisihberat awal dan berat akhir.Penentuan Rendemen Epiglukan

Ekstraksi epiglukan dilakukandengan penambahan etanol teknis pada filtratyang diperoleh dengan perbandingan 1:1.Filtrate kemudian dikocok atau diaduksehingga homogeny. Larutan etanol dan filtratini disaring dengan menggunakan kertassaring yang telah diketahui beratnya, dalampenyaring vakum. Kertas saring yang berisiepiglukan dioven pada suhu 1000C sampaiberatnya konstan. Selisih antara berat kertassaring setelah dioven dengan berat awalnyaadalah rendemen dari epiglukan.


Analisa Gula Reduksi Metode NelsonSomogy.

Analisa gula reduksi dilakukandengan menggunakan metode Nelson Somogyyang meliputi pembuatan kurva standarkemudian dilakukan pengukuran gula reduksi.Prosedur analisa mengacu pada prosedurmenurut Sudarmadji dkk. (1996).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembentukan Biomassa oleh E. nigrumE. nigrum selama pertumbuhannya

dalam kultur terendam (submerged culture)membentuk biomassa yang berupa pellet.Pembentukan biomassa oleh E. nigrum padakondisi ketersediaan oksigen yang berbedadapat dilihat pada Gambar 1. Pertumbuhanbiomassa pada mikroorganisme terjadi secaraeksponensial dimana pada awal pertumbuhanmerupakan fase adaptasi (lag phase) yangkemudian diikuti pertumbuhan yang cepatpada fase pertumbuhan (log phase). Faseberikutnya merupakan fase stasioner dimanapertumbuhan mikroorganisme dalam keadaanstatis yang pada akhirnya menuju fasekematian (death phase) akibat autolisismikroorganisme itu sendiri.

Pada kurva yang ditunjukkanGambar 1 terlihat bahwa pada kondisiketersediaan oksigen yang terbatas atauperlakuan tanpa aerasi (perlakuan A1)pertumbuhan sel sudah mulai terjadi sejak harike 1 dan pada hari ke 4 diperoleh berat keringbiomassa sebesar 1,29 ± o,158 g/L. kemudianturun terjadi 1,21 ± 0,054 g/L pada hari ke 6.Sedangkan untuk perlakuan aerasi (perlakuan

A2), biomassa yang terbentuk pada hari ke 4sebesar 1,506 ± 0,482 g/L. pada hari ke 6biomassa mengalami penurunan hinggamencapai 1,301 ± 0,313 g/L. Pada kondisipemberian oksigen (perlakuan A3), biomassayang terbentuk lebih besar jika dibandingkandengan perlakuan A1 dan perlakuan A2. Padakondisi teroksigenasi ini pertumbuhanbiomassa pada hari ke 4 sebesar 7,074 ± 0,786g/L. Pada hari ke 6 biomassa mengalamipenurunan hingga mencapai 6,146 ± 1,358g/L.

Berdasarkan data-data tersebutdiatas dapat dilihat bahwa pertumbuhan E.nigrum dipengaruhi oleh ketersediaanoksigen. Pengaruh oksigen terhadap biomassayang terbentuk ditunjukkan oleh peningkatanjumlah berat kering biomassa E. nigrum, jadisemakin tinggi ketersediaan oksigen makasemakin tinggi biomassa yang terbentuk.Pengaruh ini diduga terkait dengan prosesmetabolisme sel dimana pada jalur glikolisisakan menghasilkan 2 molekul asam piruvatuntuk tiap molekul glukosa dan dalamkeadaan aerobik atau adanya oksigen masing-masing asam piruvat akan memasukimitokondria dan metabolisme terbentuk CO2

dan H2O melalui siklus asam sitrat (Murray,2003). Pengaruh pemberian oksigen sepertipada E. nigrum juga terjadi pada kapang lain.Zetelaki dan Vas (1968) mengungkapkanadanya peningkatan oksigen dalam kultur A.niger dapat menghasilkan dinding sel yanglebih tebal daripada pemberian oksigen yanglebih sedikit, sehingga berat kering biomassayang terbentuk akan lebih besar.

Gambar 1 Pembentukan Biomassa oleh E. nigrum

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8

Bio

ma

ssa

(g/L

)

Tanpa Aerasi

Aerasi

Oksigenasi

Inkubasi (hari)


Oksigen yang diberikan kepadamedia pertumbuhan, seperti pada penelitianoksigen yang disalurkan pada media yangberasal dari udara bebas hanya sekitar 21%(Yatim, 1987) sedangkan pada perlakuanoksigenasi (A3) kadar oksigen yangdisalurkan kedalam media ± 100% karenaberasal dari tabung oksigen. Perbedaan kadaroksigen yang diberikan pada media akanmempengaruhi perbedaan ketersediaanoksigen dalam media itu sendiri. Ketersediaanoksigen yang mempengaruhi positif maupunnegatif. Pengaruh positif oksigen terkaitdengan proses metabolisme sel seperti yangditunjukkan oleh E. nigrum yaknipembentukan biomassa yang lebih tinggi.Ketersediaan oksigen juga dapat berpengaruhnegatif pada mikroorganisme yang lainterutama pada konsentrasi yang tinggi danakan berpengaruh pada mikroorganisme yangbersifat anaerob. Pengaruh ini biasanya terkaitsifat toksik atau racun dari oksigen apabilamembentuk radikal bebas atau superoksida.Radikal superperoksida dan produk ikutankasil reaksi O2

- dengan H2O2 yaitu radikalhidrokdil bersifat sangat reaktif sehinggadapat menjadi racun bagi sel (Schlegel, 1994).Pada penelitian ini tidak dilakukanpengamatan terhadap efek negative dariketersediaan oksigen yang berlebih.

Biomassa E. nigrum mengalamipenurunan setelah mencapai berat keringbiomassa yang maksimal, penurunan beratkering biomassa ini kemungkinan diakibatkanoleh lisisnya sel kapang itu sendiri. Autolisisyang dialami oleh kapang dan sel yang laindapat menyebabkan penurunan berat biomassakarena selama proses lisis tersebutmitokondria akan mengeluarkan enzim yangdapat menghancurkan organela-organelatermasuk membran sel itu sendiri sehingga seltersebut akan mengalami kerusakan sehinggakomponen sel akan hilang dan terdispersikedalam media. Kerusakan pellet atau

autolisis yang terjadi pada kapang jugadiungkapkan oleh Sinha dkk. (dalam Hapsari,2006), dimana produksi biopolimer olehPaecilomyces japonica menggunakan batchbioreactor, dengan waktu fermentasi selama 7hari, biomassa berbentuk pellet mengalamikerusakan dan miselianya lemah serta terlihatkurus, menurut McNeil dkk. (1998), kondisisumber nitrogen dan oksigen yang terbatasdapat menyebabkan autolisis sel, dimanaaktivitas β-(1,3)-glukanolitik dapat digunakansebagai indikasi adanya degradasi matrikspolimer dinding sel yang terjadi selamaautolisis sel oleh jamur Pinicilliumchrysogenum. Selain itu Metarhiziumaniopliae juga mengalami penurunan beratkering biomassanya selama proses autolisissebesar 7,4% pada hari ke 7 dan pencapaipenurunan 61,4% pada hari ke 16 (Braga dkk.,1999).

Pembentukan Epiglukan oleh E. nigrumPembentukan epiglukan oleh E.

nigrum pada pemberian oksigen yang berbedadapat dilihat pada Gambar 2. Pada grafiktersebut terlihat bahwa produksi epiglukanoleh E. nigrum mulai terjadi pada hari ke 1untuk ketiga kondisi perlakuan. Pada kondisitanpa aerasi (perlakuan A1), produksiepiglukan mencapai 0,748 ± 0,044 g/L padahari ke 4 dan turun menjadi 0,602 ± 0,11 g/Lpada hari ke 6 (Lampiran B1). Pada kondisipemberian aerasi (perlakuan A2), produksiepiglukan oleh kapang ini pada hari ke 4sebesar 0,802 ± 0,054 g/L dan turun hinggamencapai pada hari ke 6. Pada perlakuanoksigenasi (perlakuan A3) terjadipembentukan epiglukan yang lebih besardibandingkan dengan perlakuan A1 danperlakuan A2. Pada hari ke 4 produksiepiglukan sebesar 2,01 ± 0,03 g/L sedangkanpada hari ke 6 produksi epiglukan menurunmenjadi 1,118 ± 0,094 g/L.

16

Gambar

Gambar 3 Pembentukan Epiglukan dan Biomassa oleh

Hubungan antara pertumbuhanbiomassa dan produksi epiglukan terlihat padaGambar 3. Kurva tersebut menunjukkanbahwa epiglukan diproduksi seiring denganpertumbuhan biomassa sel sehinggakemungkinan E. nigrum mengalami prosesfermentasi secara growth relatedpertumbuhan biomassa atau sel danpembentukan metabolit atau produk berjseiring.

E. nigrum merupakan kapang yangbersifat aerob sehingga dalampertumbuhannya membutuhkan oksigen.Selama pertumbuhannya kapang ini akanmenghasilkan metabolit primer dan sekunder.Metabolit primer yang dihasilkan olehnigrum tidak diamati pada penelitian kali ini.Metabolit sekunder yang dihasilkan olehkapang ini antara lain pigmen (Tuttobello,1969) dan epiglukan (Schmid, 2001). Darigambar 3 terlihat bahwa epiglukan diproduksiseiring dengan pertumbuhan sel itu sendiri.

Polisakarida, termasuk βdisintesis oleh kapang secara intraselularmaupun secara ekstraselular. Pembentukan βglukan oleh kapang secara intraselular

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2

Ep

iglu

ka

n(g

/L)

Pengaruh ketersediaan oksigen...(Miftahul C, dkk)

Gambar 2 Pembentukan Epiglukan oleh E. nigrum

Gambar 3 Pembentukan Epiglukan dan Biomassa oleh E. nigrum

Hubungan antara pertumbuhanpiglukan terlihat pada

3. Kurva tersebut menunjukkanbahwa epiglukan diproduksi seiring denganpertumbuhan biomassa sel sehingga

mengalami prosesgrowth related yaitu

pertumbuhan biomassa atau sel danpembentukan metabolit atau produk berjalan

merupakan kapang yangbersifat aerob sehingga dalampertumbuhannya membutuhkan oksigen.Selama pertumbuhannya kapang ini akanmenghasilkan metabolit primer dan sekunder.Metabolit primer yang dihasilkan oleh E.

pada penelitian kali ini.Metabolit sekunder yang dihasilkan olehkapang ini antara lain pigmen (Tuttobello,1969) dan epiglukan (Schmid, 2001). Darigambar 3 terlihat bahwa epiglukan diproduksiseiring dengan pertumbuhan sel itu sendiri.

rmasuk β-glukan,disintesis oleh kapang secara intraselularmaupun secara ekstraselular. Pembentukan β-glukan oleh kapang secara intraselular

kemungkinan dilakukan untuk menyusundinding sel kapang, hal ini seperti yang telahdiungkapkan oleh Ruiz-dimana β-glukan yang disintesis merupakanpenyusun dari dinding sel.commune merupakan salah satu contohkapang yang memiliki komponen βsebagai penyususn dinding selnya (Wesseldan Sietsma, 1979). Pembentukan βpada dinding sel diawali oleh adanya gulayang diaktifasi oleh UPT yaitu gula UDT(Urasil Dinukleotida Phospat) yang kemudiandiikat oleh lipid sebagai pengangkut dandisusun menjadi komponenhomopolimer atau heteropolimer yangspesifik, jika β-glukan dibdinding sel maka akan diangkut dari protoplaske lapisan dinding sel dan jika βdisintesa secara ekstraselular maka βdari protoplas diangkut ke lapisan luar daridinding sel dimana zat ini dihubungkanmenjadi makromolekul eksop(Schlegel, 1994).

Epiglukan merupakan polisakaridayang dihasilkan oleh E. nigrumeksoselular. Pembentukan β

4 6 8Inkubasi (hari)

Tanpa Aerasi

Aerasi

Oksigenasi

Pengaruh ketersediaan oksigen...(Miftahul C, dkk)

E. nigrum

kemungkinan dilakukan untuk menyusundinding sel kapang, hal ini seperti yang telah

-Herrera (1991),glukan yang disintesis merupakan

penyusun dari dinding sel. Schizophyllummerupakan salah satu contoh

kapang yang memiliki komponen β-glukansebagai penyususn dinding selnya (Wesseldan Sietsma, 1979). Pembentukan β-glukan

ding sel diawali oleh adanya gulayang diaktifasi oleh UPT yaitu gula UDT(Urasil Dinukleotida Phospat) yang kemudiandiikat oleh lipid sebagai pengangkut dandisusun menjadi komponen-komponenhomopolimer atau heteropolimer yang

glukan dibentuk sebagaidinding sel maka akan diangkut dari protoplaske lapisan dinding sel dan jika β-glukandisintesa secara ekstraselular maka β-glukandari protoplas diangkut ke lapisan luar daridinding sel dimana zat ini dihubungkanmenjadi makromolekul eksopolisakarida

Epiglukan merupakan polisakaridaE. nigrum secara

eksoselular. Pembentukan β-glukan diduga


sebagai cadangan sumber karbon atau energi,untuk melindungi sel dari tekanan dankehilangan air (Willets, 1971). Dari hasilpenelitian ini dapat dilihat bahwa produksiepiglukan akan mengalami peningkatanseiring semakin tingginya ketersediaanoksigen pada media fermentasi. Peningkatanini diduga terkait keberadaan oksigen yangmendukung pembentukan enzim yangdigunakan ubtuk proses polimerisasiekstraselular.

Kondisi perlakuan oksigenasi(perlakuan A3) menghasilkan produkepiglukan yang lebih tinggi dibandingkankondisi perlakuan A1 dan A2. Hal inimenunjukkan bahwa peningkatan oksigenakan menyebabkan peningkatan jumlahproduksi epiglukan. Meski beberapapenelitian yang lain menunjukkan hasil yangsebaliknya namun tidak sedikit peneliti yangmempublikasikan penelitiannya bahwatransfer oksigen yang tinggi dapatmenghasilkan pembentukan eksopolisakaridayang tinggi pula seperti yang dikemukakanoleh Rho dan Dufresne (dalam Seviour dkk.,1992), bahwa transfer oksigen yang tinggidapat menghasilkan pembentukan pululanyang tinggi pula.

Berdasarkan data hasil penelitian ini,epiglukan akan mengalami penurunan setelahbeberapa hari. Penurunan epiglukankemungkinan disebabkan karena beberapafaktor misalnya adanya degradasi epiglukanoleh enzim glukanase yang kemungkinandihasilkan oleh E. nigrum karena telahterbatasnya sumber karbon glukosa yangdapat digunakan untuk pertumbuhan danmembentuk epiglukan. Beberapa jenis kapanglain yang telah dipublikasikan seperti A.persicinum, S. glucanicum dan C. fusiformismenghasilkan enzim glukanase yang dapatmemecah β-glukan yang telah dihasilkan.Degradasi epiglukan menjadi monomerglukosa dilakukan jika jumlah glukosa dalamsubstrat semakin terbatas sehingga glukosahasil degradasi itu kemungkinan dapatdigunakan kembali sebagai sumber karbon.Hal ini seperti dikemukakan oleh Seviourdkk., (1992) bahwa β-glukan disintesa juga

untuk digunakan sebagai cadangan sumberenergy oleh C. fusiformis.

Diameter Pellet E. nigrum pada KadarOksigen yang Berbeda Dalam Media

Bentuk morfologi dari kapangselama pertumbuhannya akan berpengaruhterhadap metabolit yang dihasilkan. Sebagaicontoh A. niger akan memproduksi metabolitberupa asam sitrat jika morfologinya berupapellet akan tetapi jika morfologipertumbuhannya berupa filamen terdispersimaka metabolit adalah amilase (Seviour dkk.,1992). E. nigrum selama pertumbuhannyapada kultur terendam menggunakan mediamolases membentuk pellet dengan hasilmetabolit berupa eksopolisakarida.

Ketersediaan oksigenmempengaruhi ukuran pellet dari E. nigrumseperti yang terlihat pada Gambar 4.4 dimanaukuran pellet meningkat seiring peningkatanjumlah oksigen yang diberikan. Pada kondisiperlakuan A1, ukuran pellet yang terbentukrata-rata berdiameter tetap 0,14 mm,sedangkan untuk kondisi perlakuan A2diameter maksimum pellet yang dibentukterjadi pada hari ketiga yaitu 0,2 mm. Padakondisi perlakuan A3 diameter pellet yangdibentuk meningkat dan mencapai ukuranmaksimum pada hari keempat yang rata-rataberukuran 0,37 mm. Perbedaan inikemungkinan disebabkan oleh kebutuhanoksigen E. nigrum dalam prosesmetabolismenya yang menggunakan oksigendari media disekitarnya sehinggapertumbuhan dan pembentukan pellet lebihbesar. Jalur metabolisme yang terkait denganpertumbuhan dan ukuran diameter pellet yangdihasilkan kemungkinan pada jalur setelahglikolisis yaitu pada pembentukan asetil KoAdari asam piruvat dan adanya oksigen sebagaiaseptor elektron terakhir hingga membentukH2O dan CO2. Meski belum ada penjelasanyang mendasari hasil penelitian ini secaratepat mengenai pengaruh oksigen terhadapmorfologi pellet yang dibentuk namunpenelitian yang dilakukan Litchfield (1970)dan Martin dan Bailey (1985) menunjukkanbahwa tingkat aerasi dapat mempengaruhistruktur dan ukuran pellet, seperti padaAgaricus campestris NRRL 2334.


Gambar 4 Ukuran Diameter Rata-rata Pellet E. nigrum pada Berbagai Kondisi KetersediaanOksigen

Gambar 5 Persentase Sisa Gula Reduksi

Persentase Sisa Gula Reduksi padaKetersediaan Oksigen yang Berbeda

E. nigrum selama pertumbuhannyaakan menggunakan gula reduksi, terutamaglukosa, untuk proses metabolisme. Gambar 5menunjukkan persentasepenggunaan gulareduksi oleh E. nigrum selamapertumbuhannya dari hari pertama hingga harikeenam. Dari kurva tersebut dapat kita lihatbahwa terjadi penurunan persentase gulareduksi untuk ketiga kondisi perlakuan yangberbeda, hal ini menunjukkan bahwa E.nigrum menggunakan gula reduksi tersebutuntuk proses metabolism selamapertumbuhannya.

Dari ketiga kondisi fermentasitersebut perbedaan penggunaan gula reduksimulai terlihat pada hari pertama. Pada kondisiperlakuan A1 terjadi penurunan kadar gulareduksi sebesar 63,67 % dari hari ke nolsebesar 4,898 % menjadi 1,779 % pada harikeempat. Sedangkan pada kondisi perlakuan

A2 penurunan kadar gula reduksi sebesar71,44 % dari hari ke nol sebesar 4,898 %menjadi 1,399 % pada hari keempat.Sedangkan untuk kondisi perlakuan A3penurunan gula reduksi merupakan yangpaling besar yaitu sebesar 76,46 % dari harike nol sebesar 4,898 % menjadi 1,153 % padahari keempat.

Penurunan kadar gula reduksi yangcukup besar hanya terjadi pada awalpertumbuhan, hal ini diduga dikarenakan padasaat tersebut E. nigrum akan menggunakangula-gula reduksi sebagai sumber karbon,terutama glukosa, secara langsung untukkelangsungan hidup dan proses metabolismeselnya, sedangkan pada hari berikutnyapenurunan tidak terlalu signifikan didugakarena pada kondisi tersebut jumlah sumberkarbon yang berupa glukosa dalam mediayang berupa molasses mulai menipis dan yangtersisa adalah disakarida ataupun polisakaridasehingga E. nigrum harus merombaknyaterlebih dahulu menjadi gula sederhana untuk

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 1 2 3 4 5 6 7

Tanpa Aerasi

Aerasi

Oksigenasi

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7

Per

sen

tase

Gu

laR

edu

ksi

(%)

Inkubasi (hari)

Agitasi

Aerasi

Oksigenasi


dapat digunakan sebagai sumber karbonsehingga penurunan persentasenya tidakterlalu besar. Schlegel (1994), mengemukkanbahwa mikroorganisme akan terlebih dahulumenggunakan sumber karbon yang mudahdimetabolisme, dalam hal ini glukosa, terlebihdahulu selama pertumbuhannya.

Berdasarkan grafik yang terbentuk,gula reduksi terus mengalami penurunan dantidak habis pada akhir fermentasi di hari ke 6.Hal ini diperkirakan dapat terjadi karenapembentukan enzim eksoselular glukanaseyang memecah epiglukan menjadi monomerglukosa akan menambah jumlah gula reduksipada substrat apabila jumlah glukosa dalammedia terbatas. Hal ini seperti yangdiungkapkan Seviour dkk. (1992) dimanapembentukan β-glukan digunakan sebagaiproduk untuk menyimpan energy sehinggapada kondisi tertentu β-glukan tersebut akandidegradasi agar dapat digunakan olehmikroorganisme untuk pertumbuhan danmempertahankan hidupnya.

KESIMPULANDari hasil penelitian ini ini, dapat

diambil kesimpulan bahwa (i) Ketersediaanoksigen berpengaruh terhadap pembentukanbiomassa dan produksi epiglukan dimanasemakin tinggi tingkat ketersediaan oksigenmaka semakin tinggi pula pertumbuhanbiomassa dan produksi epiglukan yangdihasilkan. (ii) Pertumbuhan biomassatertinggi diperoleh pada perlakuan oksigenasisebesar 7,704 g/L kemudian disusul perlakuanaerasi dan tanpa aerasi sebesar masing-masingsebesar 1,728 g/L dan 1,332 g/L. (iii)Produksi epiglukan tertinggi terjadi padaperlakuan oksigenasi sebesar 2,01 g/Lkemudian disusul perlakuan aerasi dan tanpaaerasi sebesar 1,105 g/L dan 0,974 g/L. (iv)Selama proses fermentasi E. nigrummembentuk pellet dengan ukuran diameterrata-rata terbesar adalah perlakuan oksigenasisebesar 0,37 mm yang selanjutnya aerasi 0,2mm dan tanpa aerasi 0,14 mm.

DAFTAR PUSTAKA

Braga, Gilberto U.L., Richardo H. D. R. danClaudio L. M. 1999. ProteaseProduction During Growth andAutolysis of Submerged Metarhizium

anisopliae Culture. Revista deMicrobilogia. 30 : 107-113

Cui, S. W 2001. Polysaccharide Gums fromAgricultural Products. Pennsylvania:Technomic Publishing Co.

Hapsari, S. M. 2006. Pemanfaatan MolasesSebagai Media Produksi Epiglukanoleh Epicoccum nigrum. Karya IlmiahTertulis. Jember : Fakultas TeknologiPertanian Universitas Jember.

Jayus. 2003. Properties of the β-Glucanasesfrom Acremonium sp. IMI 383086 andFactors Affecting Their Production.Thesis. La Trobe University BendigoAustralia.

McNeil, B., Berry, D.R., Harvey, L.M., Grant,A., dan Whitw, S. 1998. Measurementof Autolysis in Submerged BacthCultures of Penillicium chrysogenum.Biotechnology and Bioengeenering 57 :297-305. www.wiley InterscienceJournal Abstract.htm. [5 April 2007]

Murray, R. K., Granner D. K., Mayes, P. A.,dan Rodwell V. W. 2003. BiokimiaHarper. Jakarta : Penerbit BukuKedokteran EGC.

Nuswantara, Sukma. 2004. ProduksiBiopolimer Beta Glukan danKomplementasi Mutan TN-5 : DIP2004. Indonesian Institute of Sciences,Research Center for Biotecnology.

Plazl, P. Znidarsie. 2006. The Influence ofSome Engineering Variables Upon theMorphology of Rhizopus nigricans in aStrredTankBioreactor. Faculty ofChemistry and Chemical Technology,University of Ljubljana, (3) 275-280.

Ramesh, H. P. dan Tharanathan R. N. 2003.Carbohydrates-The Renewable RawMaterils of High BiotechnologicalValue. Critical Review inBiotechnology 23 (2) : 149-173

Ruiz-Herrera J. 1991. Biosynthesis of β-Glucans in Fungi. Anton. VanLeeuwen., 60, 73.

Schlegel, H. G. 1994. Mikrobiologi Umum.Yogyakarta : UGM Press.

Schmid, F., Stone, B. A., McDougall, B. M.,Bacic, A., Martin, K. L., Brownlee, R.T. C., Chai, E., Seviour, R. J. 2001.Structure of Epiglucan, A highly Side-Chain/Branched (1→3; 1→6)-β-Glucan from The Micro Fungus


E.nigrum. Carbohydrate Research331:163-171.

Savior, R. J., Stasinopoulus, S. J., Auer, D. P.F. dan Gibbs, P. A. 1992. Production ofPullulan and Other Exopolysaccharidesby Filamentous Fungi. Critical Reviewin Biotechnological 12(3) : 279-298.

Wessel dan Sietsma. 1979. Wall Structure andGrowth in Schizophylum commune. InFungal Walls Growth. CambridgeUniversity Press.

Willets, H.J. 1971. The Survival of FungalSclerotia Under Adverse EnvironmentalConditions. Biol. Rev., 46, 387.

Zetelaki, K. dan Vas, K. 1968. The role ofaeration and agitation in theproduction of glucose axidase insubmerge culture. Biotechnology,Bioeng. X : 45-59.

PENGARUH KETERSEDIAAN OKSIGEN PADA PRODUKSI EPIGLUKAN OLEH Epicoccum nigrum MENGGUNAKAN MEDIA...

Documents

Transcript of PENGARUH KETERSEDIAAN OKSIGEN PADA PRODUKSI EPIGLUKAN OLEH Epicoccum nigrum MENGGUNAKAN MEDIA...