PERTUMBUHAN Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor PADA PROSES BIODELIGNIFIKASI SERBUK GERGAJI KAYU SENGON DENGAN LAMA INKUBASI YANG BERBEDA
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Pendidikan Biologi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Oleh : IKE WARTINI NINGSIH A420134001
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
iii
PERTUMBUHAN Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor PADA PROSES BIODELIGNIFIKASI SERBUK GERGAJI KAYU SENGON DENGAN LAMA INKUBASI YANG BERBEDA ABSTRAK Serbuk gergaji kayu sengon (Paraserianthes falcataria) merupakan limbah yang dihasilkan dari industri penggergajian dan dapat dimanfaatkan sebagai pembuatan etanol dan pulp/kertas karena limbah tersebut mengandung serat yang tinggi. Bahan baku tersebut diproses melalui biodelignifikasi oleh Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pertumbuhan Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor pada proses biodelignifikasi serbuk gergaji kayu sengon dengan lama inkubasi yang berbeda dengan parameter pertumbuhan JPP (persebaran miselium, ketebalan miselium dan kerapatan spora) dan biodelignifikasi (warna serbuk, tekstur serbuk dan sifat permukaan) pada serbuk gergaji kayu sengon menggunakan Flat Digital Microscope dan SEM (Scanning Electron Microscope). Metode penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan dua faktor, faktor pertama adalah Jenis JPP (J0= kontrol, J1= Phanerochaete chrysosporium, J2= Trametes versicolor) dan faktor kedua adalah lama inkubasi (L1= 30 hari, L2= 40 hari) dengan 6 perlakuan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pertumbuhan Phanerochaete chrysosporium dengan lama inkubasi 40 hari lebih optimal yaitu persebaran miselium yang tersebar merata pada seluruh permukaan media, ketebalan miselium tebal, kerapatan spora rapat, serbuk berwarna putih, tekstur serbuk lembut, sifat permukaan kasar dibandingkan Trametes versicolor pada proses biodelignifikasi serbuk gergaji kayu sengon dengan lama inkubasi yang berbeda. Kata Kunci: pertumbuhan, Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, biodelignifikasi, serbuk gergaji, kayu sengon
ABSTRACT Sawdust of sengon wood (Paraserianthes falcataria) is the waste generated from the sawmill industry and can be utilized as making ethanol and pulp/paper because the waste contains high fiber. The raw material is processed through biodelignification by Phanerochaete crysosporium and Trametes versicolor. The purpose of this study was to determine the growth of Phanerochaete chrysosporium and Trametes versicolor in the process biodelignification sawdust of sengon wood with the different of incubation duration and growth parameters of JPP (the spread of the mycelium, the thickness of the mycelium and density of spores) and biodelignifikasi (color powder, texture powder and surface properties) on sawdust of sengon wood using Flat Digital Microscope and SEM (Scanning Electron Microscope). This research method using a completely randomized design (CRD) with two factors, the first factor is the type of white rot fungi (J0 = control, J1 = Phanerochaete chrysosporium, J2 = Trametes versicolor) and the second factor is incubation duration (L1 = 30 days, L2 = 40 days ) with 6 treatments. The results showed that the growth of Phanerochaete chrysosporium with incubation duration of 40 days is optimal namely distribution mycelium evenly spread over the entire surface of the media, the powders are white, the texture of the powder soft, the density of spore meeting, the nature of a rough surface, the thickness of the mycelium is thicker than Trametes versicolor on the biodelignification sawdust of sengon wood with the different incubation duration. Keywords: growth, Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor biodelignification, sawdust, sengon wood
1
1. PENDAHULUAN Serbuk gergaji adalah butiran kayu yang dihasilkan dari proses menggergaji (Setiyono, 2004). Balai Penelitian Hasil Hutan (BPHH) pada kilang penggergajian di Sumatera dan Kalimantan serta Perum Perhutani di Jawa menunjukkan bahwa rendemen rata-rata penggergajian adalah 45%, sisanya 55% berupa limbah. Sebanyak 10% dari limbah penggergajian tersebut merupakan serbuk gergaji (Wibowo, 1990). Limbah serbuk gergaji selama ini dimanfaatkan untuk pembuatan etanol (Fatriasari et al., 2011), media tanam, bahan baku furnitur, bahan baku briket arang, bahan bakar dan kertas (PPLH, 2007). Serbuk gergaji kayu sengon (Paraserianthes falcataria) mempunyai kandungan selulosa 49%, lignin 26,8%, pentosa 15,6%, abu 0,6%dan silika 0,2% (Martawiyaja, dkk, 2005 dalam Hapsari, 2014). Pada pembuatan bahan pulp (bubur kertas) dibutuhkan proses delignifikasi baik secara kimiawi maupun biologi bertujuan untuk mendegradasi lignin secara selektif. Delignifikasi secara kimiawi akan berdampak pada pencemaran lingkungan sehingga akan lebih baik jika dilakukan secara biodelignifikasi yaitu degradasi lignin dengan menggunakan mikroorganisme sebagai agen pelapuk. Mikroba tersebut adalah golongan jamur pelapuk kayu yang dapat dijumpai di alam. Jamur Pelapuk Putih (JPP) merupakan mikroorganisme dari kelas Basidiomycetes yang mampu mendegradasi lignin pada proses pelapukan kayu. Degradasi lignin melibatkan aktivitas enzim lignolitik yang dihasilkan oleh JPP yaitu Lignin Peroksidase (LiP), Manganese Peroksidase (MnP) dan Lakase. Salah satu jamur yang sering digunakan adalah Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor (Bajpai, 2012; Isroi et al., 2011). Pertumbuhan jamur dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu media, temperatur inkubasi dan pH media (Rosyida, dkk, 2013). Pertumbuhan jamur dapat diamati dengan mengukur diameter (Herliyana, dkk, 2011; Risdianto, dkk, 2007), ketebalan dan sporulasi (Nurjanah, 2016; Aini, 2015), warna substrat dan sifat permukaan (Menge et al., 2013) dan kenampakan miselium secara mikroskopis berdasarkan hifa, spora aseksual, bentuk dan spora aseksual (Ilyas, 2007; Jaya, dkk, 2014). Diameter koloni, karakteristik (tekstur, permukaan, warna, dan zonasi) dan sporulasi jamur sangat dipengaruhi oleh jenis medium pertumbuhan yang digunakan (Sharma, 2010 dalam Aini dan Rahayu, 2015). Pemanfaatan serbuk gergaji kayu sengon sebagai media pertumbuhan jamur merupakan upaya strategis dalam peningkatan dan pengolahan hasil hutan secara maksimal (Gusmaelina, dkk, 2003). Sejauh ini penelitian menggunakan F1 dilakukan 2
pada budidaya jamur dan belum ditemukan pada proses biodelignifikasi. Oleh karena itu, dilakukan penelitian menggunakan inokulum JPP berupa F1 dengan media serbuk gergaji kayu sengon, sehingga perlakuannya berupa variasi waktu inkubasi (30 hari dan 40 hari). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pertumbuhan Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor pada proses biodelignifikasi serbuk gergaji kayu sengon dengan lama inkubasi yang berbeda. 2. METODE Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Biologi Program Studi Pendidikan Biologi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penelitian dilaksanakan bulan Maret sampai Juli 2017. Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen menggunakan metode Rancangan Acak Lengkap (RAL). Jenis JPP yang digunakan adalah Phanerochaete chrysosporium dan Trametes versicolor dengan lama inkubasi 30 hari dan 40 hari. Analisis data dilakukan menggunakan metode deskriptif kualitatif. Parameter yang digunakan adalah pertumbuhan JPP (persebaran miselium, ketebalan miselium dan kerapatan spora) dan biodelignifikasi (warna serbuk, tekstur serbuk dan sifat permukaan) pada serbuk gergaji kayu sengon menggunakan Flat Digital Microscope dan SEM (Scanning Electron Microscope). 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan
hasil
penelitian
tentang
pertumbuhan
JPP
pada
proses
biodelignifikasi serbuk gergaji kayu sengon secara makroskopis dan mikroskopis dengan lama inkubasi yang berbeda diperoleh hasil yang berbeda (Tabel 1). Semakin banyak tanda +, menunjukkan kualitas parameter lebih baik. Tabel 1. Perbedaan Pertumbuhan JPP pada Serbuk Gergaji Kayu Sengon melalui Proses Biodelignifikasi dengan Lama Inkubasi yang berbeda Pertumbuhan Biodelignifikasi Persebaran Ketebalan Kerapatan Warna Tekstur Sifat Miselium Miselium Spora Serbuk Serbuk Permukaan ++ + + J0L1 ++ + + J0L2 +++ +++ +++ +++ +++ +++ J1L1 +++ +++ +++ +++ +++ +++ J1L2 + ++ ++ + ++ +++ J2L1 + ++ ++ + ++ +++ J2L2 Keterangan: J0L1 : Tanpa JPP dan waktu inkubasi 30 hari. J0L2 : Tanpa JPP dan waktu inkubasi 40 hari. J1L1 : Jenis JPP PC (Phanerochaete chrysosporium) dan waktu inkubasi 30 hari. J1L2 : Jenis JPP PC (Phanerochaete chrysosporium) dan waktu inkubasi 40 hari. J2L1 : Jenis JPP TV (Trametes versicolor) dan waktu inkubasi 30 hari. J2L2 : Jenis JPP TV (Trametes versicolor) dan waktu inkubasi 40 hari.
Perlakuan
3
3.1 Hasil Pertumbuhan JPP pada Serbuk Gergaji Kayu Sengon Persebaran miselium JPP pada media serbuk dengan lama inkubasi selama 30 hari pada PC yaitu memenuhi seluruh permukaan media serbuk dibandingkan dengan TV yang persebaran miseliumnya hanya terdapat pada bagian permukaan atas media serbuk. Pada lama inkubasi 40 hari diperoleh hasil miselium PC tersebar merata pada seluruh permukaan media serbuk dengan pertumbuhan miselium yang lebih mendominasi pada bagian permukaan atas media dan miselium lebih tebal dibandingkan pada perlakuan 30 hari sedangkan pada TV dengan lama inkubasi 40 hari miselium hanya tersebar pada permukaan atas media serbuk dengan pertumbuhan yang tipis (Gambar 1). PC lebih mudah beradaptasi pada media serbuk gergaji kayu sengon dengan memanfaatkan nutrisi pada media tersebut. Sesuai dengan penelitian Rahayu, dkk (2016) yang menggunakan media pelepah salak diperoleh hasil bahwa TV memerlukan adaptasi dengan substrat serpih pelepah salak lebih lama dibandingkan PC. K
30 Hari K
40 Hari
PC
TV
30 Hari
30 Hari
PC
TV
40 Hari
40 Hari
Gambar 1. Perbandingan Persebaran Miselium P. chrysosporium dan T. versicolor pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon (30 dan 40 Hari) Ketebalan miselium pada perlakuan JPP PC pada lama inkubasi 40 hari (J1L2) lebih tebal dibanding perlakuan lainnya. JPP PC dapat tumbuh baik pada media serbuk pada lama inkubasi 30 hari dan 40 hari sehingga dihasilkan miselium yang tebal karena penyerapan nutrisi lebih maksimal (Gambar 2). Sedangkan pada JPP TV dengan lama inkubasi 30 hari dan 40 hari ketebalan miselium tipis dikarenakan pertumbuhan TV yang sedikit lebih lambat dibanding PC. Pada tabel 1 menunjukkan hasil pada perlakuan J1L1 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 30 hari) dan J1L2 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 40 hari) kerapatan spora rapat sedangkan kerapatan spora pada perlakuan J2L1 (Jenis JPP TVdan waktu inkubasi 30 hari) dan J2L2 (Jenis JPP TV dan waktu inkubasi 40 hari) adalah sedikit 4
renggang. Pada perlakuan JPP PC spora berbentuk bulat tampak rapat/berkoloni pada permukaan media untuk mulai mendegradasi lignin dan memanfaatkan nutrisi dari serbuk gergaji kayu sengon yang mengandung polisakarida untuk pertumbuhannya (Gambar 2.). PC
Kontrol
TV
PC M
TV M
M
M
M
M M M
M
30 Hari
M
40 Hari
40 Hari
30 Hari
Gambar 2. Hasil Flat Digital Microscope Pertumbuhan JPP pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon (M: Miselium). Untuk mengamati ketebalan miselium dan kerapatan spora digunakan foto SEM (Scanning Electron Microscope) JEOL tipe JSM-651OLA (Gambar 3).
PC
Kontrol
TV M M
M M
M
M
M
Permukaan halus
Gambar 3. Hasil SEM Pertumbuhan JPP pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon dengan Lama Inkubasi 30 hari dengan perbesaran 700x dan 4000x (lingkaran: spora; M: Miselium). 3.2 Hasil Biodelignifikasi pada Serbuk Gergaji Kayu Sengon Warna media setelah ditumbuhi JPP menunjukkan media serbuk pada kontrol berwarna coklat (Gambar 4).
K
PC
TV TV 30 Hari
PC
40 Hari
Gambar 4. Perbandingan Warna Media P. chrysosporium dan T. versicolor pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon (30 dan 40 Hari) Pada perlakuan J1L1 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 30 hari) dan J1L2 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 40 hari) warna media adalah putih sedangkan 5
warna media pada perlakuan J2L1 (Jenis JPP TV dan waktu inkubasi 30 hari) dan J2L2 (Jenis JPP TV dan waktu inkubasi 40 hari) menunjukkan warna coklat gelap. JPP mempunyai kemampuan degradasi lignin dan biobleaching (pemutih) karena menghasilkan enzim lakase dan peroksidase (lignin peroksidase (LiP) dan manganese peroksidase (MnP). Apabila dibandingkan dengan kontrol (serbuk tanpa JPP) yang berwarna coklat, perlakuan dengan PC berwarna lebih terang, namun pada perlakuan TV warna tampak gelap, sehingga proses bleaching lebih optimal pada PC dibandingkan TV. Tekstur media sebelum ditumbuhi JPP (J0L1 dan J0L2) adalah kasar sedangkan pada perlakuan J1L1 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 30 hari) dan J1L2 (Jenis JPP PC dan waktu inkubasi 40 hari) adalah lembut dan sedikit menggumpal disebabkan oleh pengikatan miselium JPP pada media serbuk sedangkan
pada
perlakuan J2L1 (Jenis JPP TV dan waktu inkubasi 30 hari) dan J2L2 (Jenis JPP TV dan waktu inkubasi 40 hari) tekstur media kurang lembut (Gambar 5). 40 Hari
30 Hari
Kontrol
PC
TV
TV
PC
Gambar 5. Perbandingan Tekstur Media P. chrysosporium dan T. versicolor pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon (30 dan 40 Hari) Tekstur media yang lembut disebabkan oleh matriks serat yang sudah didegradasi JPP sehingga komponen lignoselulosa menjadi terurai dan selulosa yang terdapat pada serbuk akan ditumbuhi miselium jamur. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 6 berikut ini.
Gambar 6. Skema Tujuan Pretreatment pada Bahan Lignoselulosa (Isroi et al., 2011)
Hasil penelitian sifat permukaan serat ditunjukkan pada foto SEM dengan perbesaran 700x (Gambar 7). 6
Kontrol
PC
TV
Gambar 7. Perbandingan Sifat Permukaan Media setelah ditumbuhi P. chrysosporium dan T. versicolor pada Proses Biodelignifikasi Serbuk Gergaji Kayu Sengon dengan lama inkubasi 30 hari perbesaran 700x. Permukaan serat pada kontrol terlihat halus karena tertutup oleh matriks hemiselulose dan lignin (Raharjo, et al., 2016) yang melapisi bagian luar serat (selulosa), dinding sel juga tidak tampak. Apabila dibandingkan dengan serat yang diberi perlakuan JPP maka hasil yang diperoleh berbeda. Hasil diperjelas dengan foto SEM dan menunjukkan bahwa pada perlakuan PC dengan lama inkubasi 30 hari dan 40 hari permukaan kasar, sama halnya dengan perlakuan TV dengan lama inkubasi 30 hari dan 40 hari dapat dilihat permukaannya yang kasar (Gambar 7). Hal ini karena permukaan serat tertutup miselium jamur yang mendegradasi lapisan luar serat. Permukaan kasar dipengaruhi oleh matriks serat yang sudah didegradasi JPP sehingga dinding sel tidak tampak. Kayu yang terkena JPP canderung masih memiliki bentuk tetapi menjadi berongga (Wilcox et al., 1996).
4. PENUTUP Berdasarkan analisis data dan pembahasan maka dapat disimpulkan bahwa pertumbuhan Phanerochaete chrysosporium dengan lama inkubasi 40 hari lebih optimal pada proses biodelignifikasi serbuk gergaji kayu sengon dibandingkan Trametes versicolor. PERSANTUNAN Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Triastuti Rahayu, M.Si selaku dosen pembimbing skripsi yang telah membimbing dan meluangkan waktu sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.
7
DAFTAR PUSTAKA Aini, N., Rahayu, T. 2015. Media Alternatif untuk Pertumbuhan Jamur Menggunakan Sumber Karbohidrat yang Berbeda. Seminar Nasional XII Pendidikan Biologi FKIP UNS 2015. Surakarta. Bajpai, P., 2012, Biotechnology for Pulp and Paper Processing, DOI 10.1007/978-1-46141409-4_7, Springer Science + Business Media. LLC. Fatriasari, W., Falah, F., Ermawar, R. A., Nugroho, D. T. A., Hermiati, E. 2011.Effect of Corn Steep Liquor on Bamboo Biochemical Pulping Using Phanerochaete chrysosporium. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. Vol. 9. No. 2. Gusmaelina, P. G., Komarayati, S. 2003. Pengembangan penggunaan Arang untuk Rehabilitasi Lahan. Buletin Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Vol 4, No 1, pp. 21-30. Bogor. Hapsari, W. E. 2014. Pertumbuhan dan Produktifitas Jamur Tiram Putih (Pleurotus ostreatus) pada Media Serbuk Gergaji Kayu Jati (Tectona grandis l) dengan Penambahan Sekam padi (Oryza sativa). Skripsi. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Herliyana, E. N., Aisah, A. R., Isroi. 2011. “Pretreatment dengan Phanerochaete chrysosporium dalam Hidrolisis Asam Encer Sludge Kertas”. Jurnal Silvikultur Tropika. Bogor. Vol. 02. No. 03: 187 – 193. Ilyas, M. 2007. Isolasi dan Identifikasi Mikoflora Kapang pada Sampel Serasah Daun Tumbuhan di Kawasan Gunung Lawu, Surakarta, Jawa Tengah. Biodiversitas. Vol. 8 (2): 105-110. Isroi, Millati, R., Syamsiah, S., Niklasson, C., Cahyanto, M.N., Lundquist, K., Taherzadeh, M.J., 2011. Biological Treatment of Lignocelulloses With White-Rot Fungi and Its Applications : A Review. Bioresources.com. Menge, D., Makobe, M., Shomari, S., Tiedemann, A. V. 2013. Effect of Environmental Conditions on The Growth of Cryptosporiopsis spp. Causing Leaf and Nut Blight on Cashew (Anacardium occidentale Linn.). Journal of Yeast and Fungal Research. Vol. 4(2), pp. 12-20. Pusat Pendidikan Lingkungan Hidup. 2007. Limbah kayu. Mojokerto: Move Indonesia. Raharjo, W.P., Rudy S., Anindito P., M. Agus C., and Triyono. 2016. Mechanical Properties of Untreated and Alkaline Treated Fibers from Zalacca Midrib Wastes. Sustainable Energy and Advanced Materials AIP Conf. Proc. 1717, 040018-1040018-8; doi: 10.1063/1.4943461. Rahayu, T., Asngad A., Suparti. 2016. “Morfologi Serat Pelepah Tanaman Salak Hasil Proses Biopulping Menggunakan Kultur Phanerochaete Chrysosporium dan Trametes Versicolor”. Simposium Nasional RAPI XV. FT UMS. Risdianto, H. Setiadi. T., Suhardi. H. S dan Niloperbowo. W. 2007. Pemilihan Spesies Jamur dan Media Imobilisasi Untuk Produksi Enzim Ligninolitik. Prosiding seminar nasional rekayasa kimia dan proses: 1-6.
8
Rosyida, V. T., Darsih, C., Wahono, S. K. 2013. “Pretreatment Ampas Tebu (Bagas) Menggunakan Empat Jamur Pelapuk Putih dan Karakteristik Pertumbuhannya”. Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V UNS Surakarta. Setiyono. 2004. Pedoman Teknis Pengelolaaan Limbah Industri Kecil. Kementrian Lingkungan Hidup, Jakarta. Wibowo C. 1990. Pengaruh Media Semai Serbuk Gergaji dan Pemupukan terhadap Pertumbuhan Sengon (Paraserianthes falcataria) di Rumah Kaca dan di Hutan Pendidikan IPB, Gunung Walat, Sukabumi. Skripsi. Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor, Bogor. Wilcox, P. L. And Dennis, L. 1996. Detection of a Major Gene for Resistance to Fusiform Rust Disease in Loblolly Pine by Genomic Mapping. Proc. Natl Acad. Sci. USA 93, 3859–3864.
9
