4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengenalan Bacillus Bacillus merupakan bakteri Gram positif, berbentuk batang, beberapa spesies bersifat aerob obligat dan bersifat anaerobik fakultatif, dan memiliki endospora sebagai struktur bertahan saat kondisi lingkungan tidak mendukung (Backman et al.,1994). Menurut Fardiaz (1992) bentuk spora (endospora) Bacillus bervariasi bergantung pada spesiesnya. Endospora ada yang lebih kecil dan ada juga yang lebih besar dari pada diameter sel induknya. Pada umumnya sporulasi terjadi bila keadaan medium memburuk, zat-zat yang timbul sebagai pertukaran zat yang terakumulasi dan faktor luar lainnya yang merugikan. Bacillus
mempunyai
sifat
yang
lebih
menguntungkan
daripada
mikroorganisme lain karena dapat bertahan hidup dalam waktu yang lama pada kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan untuk pertumbuhannya (Wong, 1994). Spesies dari jenis Bacillus juga berbeda dalam sifat pertumbuhannya. Beberapa bersifat mesofilik misalnya Bacillus subtilis yang lainnya bersifat termofilik fakultatif misalnya Bacillus coagulans atau termofilik pada Bacillus stearothermophilus sering menyebabkan kerusakan pada makanan kaleng. Sebanyak 22 spesies Bacillus telah diidentifikasi diantaranya banyak ditemukan pada makanan. Beberapa kelompok bakteri ini menghasilkan metabolit sekunder yang dapat menekan pertumbuhan patogen (Backman et al.,1994). Bacillus telah banyak diaplikasikan pada benih untuk mencegah patogen tular tanah seperti Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, Botrytis cinera, Phytium sp. dan Sclerotium rolfsii (Baker & Cook, 1974). Pada Tabel 2.1 memberikan informasi manfaat dan peranan dari bakteri Bacillus yang telah dilaporkan.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 2.1 Peran dan manfaat Bacillussp.pada berbagai bidang No 1.
Jenis Bacillus Bacillus sp.
2.
Bacillus subtilis
3.
Bacillus subtilis
3.
Bacillus thuringinensis Bacillus thuringinensis Bacillus spp.
4. 5. 6.
7.
Bacillus thermoglucosidasius AF-01 Bacillus licheniformis
Peranan & Manfaatnya - Berpotensi sebagai pemacu pertumbuhan tanaman - Biokontrol fungi patogen akar - Sebagai agen pengendali hayati - Sebagai PGR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) - Memiliki pengaruh biofungisida terhadap serangan penyakit antarknosa pada cabai merah (Capsicum annuum L.) - Memproduksi bioinsektisida pada media tapioka - Memproduksi bioinsektisida pada media air kelapa - Pengahasil α- amilase ekstraseluler - Memproduksi parsial protease alkali
Sumber Widyawati (2008).
-
Haetami et al. (2008).
8.
Bacillus sp. BK 17
-
9
Bacillus sp. BK 17
-
10
Bacillus thuringinensis var aizawa IH-A
-
Sebagai feed suplement terhadap pertumbuhan ikan nila merah Mampu menghambat jamur patogen Aspergillus sp. yang menginfeksi ikan nila (Oreochromis sp.) Mampu menghambat layu Fussarium pada benih cabe merah (Capsicum annuum L.) Penggunaan Bacillus thuringinensis sebagai bioinsektisida
Sulistiani (2009).
Kusnadi et al. (2009).
Salamah (2002). Priatno (1999). Widyasti (2003). Fuad et al. (2004).
Malau (2012).
Indarwan (2011). Sjamsuriputra et al. (2002).
2.2 Bacillus Sebagai Agen Pengendali Hayati Pengendalian hayati adalah proses pengurangan kepadatan inokulum atau aktivitas patogen dalam menimbulkan penyakit yang berada dalam keadaan aktif maupun dorman oleh satu atau lebih organisme baik secara aktif maupun dengan manipulasi lingkungan dan inang, dengan menggunakan agens antagonis atau
Universitas Sumatera Utara
6
dengan mengintroduksi satu atau lebih organisme antagonis (Baker & Cook, 1974). Proses pengendalian hayati berjalan dengan lambat tetapi dapat berlangsung dalam periode yang cukup panjang, relatif murah dan tidak berbahaya bagi kehidupan. Agens antagonis adalah mikroorganisme yang dapat mempengaruhi kemampuan bertahan atau berpengaruh negatif terhadap aktivitas patogen dalam menimbulkan penyakit. Bahkan, agens antagonis dapat berasal dari strain patogen avirulen yang dapat menghambat perkembangan patogen (Agrios, 1997). Genus Bacillus digunakan sebagai agen biokontrol secara luas, menghasilkan zat antimikroba berupa bakteriosin. Bakteriosin adalah zat antimikroba polipeptida atau protein yang diproduksi oleh mikroorganisme yang bersifat bakterisida. Bakteriosin membunuh sel targetnya dengan menyisip pada membran target dan mengakibatkan fungsi membran sel menjadi tidak stabil sehingga menyebabkan sel lisis (Compant et al., 2005). Bacillus sp juga diketahui menghasilkan spora dan enzim kitinase yang mampu menghambat pertumbuhan jamur patogen yaitu Aspergillus sp. 2 pada ikan nila (Oreachromis niloticus) secara in vivo maupun in vitro (Malau, 2012). Bacillus juga menghasilkan enzim yang banyak digunakan dalam industri diantaranya Widyasti (2003) melaporkan Bacillus spp. penghasil enzim α-amilase yang banyak digunakan dalam industri untuk menghidrolisis ikatan α-1,4 glikosidik pati, glikogen dan substrat sejenisnya. Fuad et al. (2004) melaporkan Bacillus thermoglucosidasius AF-01 memproduksi parsial portease alkali yang memiliki sifat proteolitik yang cukup tinggi banyak digunakan pada industri detergen dan makananan.
2.3 Ketahanan Spora Bacillus di Lingkungan Menurut Gaman & Sherrington (1981), spora merupakan “ body “ yang kuat dan keras terbentuk pada beberapa jenis bakteri. Waluyo (2007) ada dua tipe spora yang terbentuk, pertama terbentuk di dalam sel disebut dengan endospora dan di luar sel disebut dengan eksospora. Irianto (2006) resistensi endospora terhadap panas disebabkan oleh kadar air yang dikandungnya dan pembungkus spora yang tebal. Waluyo (2007) endospora masih dapat bertahan pada suhu air mendidih selama 20 jam.
Universitas Sumatera Utara
7
Naufalin (1999) mekanisme ketahanan spora terhadap panas adalah senyawa peptidoglikan yang merupakan penyusun korteks dengan struktur ikatan silang dan bersifat elektronegatif, berperan dalam meningkatkan ketahanan spora terhadap panas dengan cara mengontrol kandungan air di dalam protoplas yaitu mempertahankan kadar air yang rendah. Beberapa faktor yang ikut mempengaruhi sifat polimer peptidoglikan juga ikut berperan menurunkan ketahanan spora terhadap panas, misalnya adanya asam dan beberapa kation multivalent. Salamah (2002) melaporkan pembentukan spora Bacillus thuringiensis subsp. Israelensis dimulai pada jam ke-9 dimungkinkan karena kondisi lingkungan yang kurang sesuai bagi sel yaitu pH ekstrim. (Lay, 1994) mikroorganisme memiliki enzim yang berfungsi sempurna pada pH tertentu. Bila terjadi perubahan pH, pertumbuhan dan metabolisme mikroorganisme dapat berhenti. Waluyo (2007) bakteri dalam bentuk spora lebih tahan terhadap kekeringan, panas, asam dan dingin karena dinding spora lebih bersifat impermeabel dan spora mengandung sedikit air. Berdasarkan informasi ketahanan spora terhadap lingkungan diperlukan bahan pembawa untuk mempertahankan viabilitas isolat uji. Formulasi merupakan langkah awal di dalam usaha pengendalian hayati yang dapat diusahakan secara komersial yang mampu menjaga ketahanan spora terhadap lingkungan selama penyimpanan (Jones & Burges, 1998).
2.4 Bahan Pembawa Bahan pembawa merupakan bahan yang dicampurkan dengan organisme dilengkapi dengan bahan tambahan untuk memaksimalkan kemampuan bertahan hidup di penyimpanan disebut dengan formulasi. Adapun fungsi dasar dari formulasi adalah untuk stabilisasi organisme selama produksi, distribusi dan penyimpanan, mengubah aplikasi produk, melindungi agen dari faktor lingkungan yang dapat menurunkan kemampuan bertahan hidupnya serta meningkatkan aktivitas dari agen untuk mengendalikan organisme target. Formulasi terdiri dari dua tipe, yaitu produk berbentuk padatan (tepung dan butiran) serta berbentuk suspensi (berbahan dasar minyak atau air, dan emulsi) (Jones & Burges, 1998).
Universitas Sumatera Utara
8
Enkapsulasi pada bakteri dapat memberikan kondisi yang mampu melindungi mikroba dari pengaruh lingkungan yang tidak menguntungkan, seperti panas dan bahan kimia (Young et al., 1995). Vladamir et al. (2002) enkapsulasi dalam ukuran kecil memiliki beberapa keuntungan, antara lain melindungi suatu senyawa dari penguraian dan mengendalikan pelepasan suatu senyawa aktif. Rizqiati et al. (2008) melaporkan jenis bahan enkapsulasi yang berbeda akan mempengharui viabilitas Lactobasillus plantarum setelah penyimpanan. Hasil analisis statistik menunjukkan nilai viabilitas Lactobasillus plantarum setelah penyimpanan untuk ketiga kombinasi jenis bahan enkapsulasi tidak berbeda nyata. Pada kultur biomasa diperoleh nilai viabilitas pada penggunaan bahan enkapsulasi susu skim 73,5%, susu skim-gum arab 72,5% dan gum arab 71, 5%. Menurut Master (1997) enkapsulasi dikatakan berhasil jika bahan yang dienkapsulasi memiliki viabilitas sel yang baik dan sifat-sifat fisiologis yang relatif sama dengan sebelum dan sesudah dienkapsulasi. Desmond et al. (2002) penggunaan bahan untuk enkapsulasi perlu dipertimbangkan, karena masingmasing bahan mempunyai karakter yang berbeda dan belum tentu cocok dengan bahan inti yang akan dienkapsulasi. Adapun beberapa komposisi bahan pembawa digunakan yaitu:
2.4.1 Talek Talek adalah mineral yang lunak dengan komposisi kimia (Mg 3SiO10(OH)2) dan umumnya sebagai mineral sekunder hasil hidrasi batuan yang mengandung magnesium, seperti peridotit, gabro, dan dolomit. Talek dapat ditemukan dalam pasir dan lumpur yang mempunyai ikatan kuat. Talek merupakan jenis tanah mineral yang dominan berasosiasi dengan kaolinit dan gibsit. Stabilitas talek relatif berbeda dengan mineral liat yang lain memiliki struktur halus, licin dan penghantar panas tinggi (Dixon, 1989). Sulistiani (2009) melaporkan pengaruh interaksi jenis formulasi dan lama penyimpanan formulasi spora B. subtilis memberikan hasil yang beragam. Formulasi talek pada penyimpanan ke-6 mencapai panjang optimum pada benih padi jika dibandingkan dengan formulasi lainnya. Hal ini terjadi karena kombinasi perlakuan paling efektif jika menggunakan formulasi talek dengan waktu aplikasi
Universitas Sumatera Utara
9
pada minggu ke-6 (9,76 cm). Selain jenis formulasi lama penyimpanan juga memberikan pengaruh terhadap viabilitas spora.
2.4.2 Tapioka Pati merupakan karbohidrat yang tersimpan dalam tanaman terutama tanaman berklorofil. Banyaknya kandungan pati pada tanaman tergantung asal pati tersebut. Pati telah lama digunakan sebagai bahan makanan maupun non-food seperti perekat, dalam industri tekstil, polimer atau sebagai bahan tambahan dalam sediaan farmasi. Penggunaan pati dalam bidang farmasi sebagai formula sediaan tablet, baik sebagai bahan pengisi, penghancur maupun sebagai bahan pengikat (Winarno, 1984). Tepung tapioka pada dasarnya merupakan pati dari ketela pohon, dengan komposisi sebagai berikut: kalori (362 kal), karbohidrat (86,9 g), protein (0,5 g), lemak (0,3 g), kalsium (20 mg), fosfor (7 mg), besi (1,6 mg), kalium (11 mg), natrium (1 mg), magnesium (1 mg) dan air (12 g) (Djali & Riswanto, 2001). Wijayanti (2010) melaporkan tepung tapioka berpotensi sebagai campuran bahan pembawa natrium alginat pada pupuk biologis yang dihasilkan melalui enkapsulasi. Viabilitas Azospirillum brasilense di dalam kapsul Ca-alginat dan di dalam formula bahan pembawa (perbandingan konsentrasi antara natrium alginat dan tepung tapioka) sangat baik. Viabilitas A. brasilense bertahan selama masa simpan. 2.4.4 Kitosan Kitosan tidak larut dalam air, tetapi larut dalam asam lemah encer (misalnya, asam asetat 1% [v/v]). Kitosan memiliki struktur yang mirip dengan selulosa, tetapi gugus hidroksil pada C-2 diganti dengan gugus amino. Senyawa ini dapat diperoleh dari kulit udang dengan cara mendestilasi kitinnya (Timmy et al.,2002)
Gambar 2.1.Struktur kimia residu pada kitosan
Universitas Sumatera Utara
10
Wukirsari (2006) melaporkan kemampuan enkapsulasi sistem penyalutan ganda alginat-kitosan lebih baik bila dibandingkan dengan gelatin. Enkapsulasi ibuprofen dengan penyalut alginat-kitosan menghasilkan kapsul dengan diameter antara 1 dan 2 mm. Enkapsulasi tersebut memiliki nilai efisiensi >86% lebih tinggi jika dibandingkan dengan penyalut gelatin nilai efesiensi 6,67% yang telah dilakukan oleh peneliti lainnya. Konsentrasi kitosan menaikkan massa kapsul akan tetapi, jumlah ibuprofen dan konsentrasi kitosan tidak berpengaruh terhadap efesiensi enkapsulasinya melainkan faktor waktu penyimpanan larutan alginat yang digunakan untuk pembuatan kapsul.
2.4.3 Tepung Jagung Jagung mempunyai nilai gizi yang relatif cukup baik, mengandung protein 10%, lipid 4,4 % dan kandungan pati sekitar 72%. Kandungan asam amino lisin, triptopan, dan isoleusin. Komposisi tepung jagung terdiri dari: kalori (355 kal); karbohidrat (73,7 g); protein (9,2 g); lemak (3,9 g); kalsium (7 mg); fosfor (256 mg); besi (2,4 mg); kalium (287 mg); natrium (35 mg); magnesium (127 mg); vitamin A (510 SI); vitamin B1 (0,38 mg) dan air (12 g) (Mudjisihono & Munarsono, 1993). Sulistiani (2009) melaporkan viabilitas spora Bacillus subtilis dalam berbagai formulasi dipengaruhi oleh jenis formulasi dan lama penyimpanan. Pengaruh jenis formulasi spora B. subtilis menunjukkan hasil yang berbeda untuk setiap formulasi yang digunakan. Formulasi tepung jagung memiliki nilai 6,92 cfu/g dalam mendukung ketahanan hidup spora B. subtilis selama penyimpanan. Hal ini disebabkan karena tepung jagung memilliki kandungan pati, gula, dan kadar air yang cukup untuk memenuhi kebutuhan nutrisi bakteri. Namun tidak sebaik formulasi campuran antara tepung jagung, tepung udang, zeolit dan dedak memiliki nilai tertinggi 7,77 cfu/g. Hal ini disebabkan adanya tepung udang yang berasal dari cangkang udang memiliki kandungan protein yang cukup tinggi untuk mendukung viabilitas spora B. subtilis selama penyimpanan.
Universitas Sumatera Utara
