J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80 ISSN 1829-5266 (print) ISSN 2301-8550 (online)
ISOLASI DAN KARAKTERISASI BAKTERI PENGHASIL BIOGUM XANTHAN DARI BRASSICA OLERACEAE ASAL KEPUNAN MAGELANG JAWA TENGAH Mustini1 & Erny Qurotul Ainy1 1
Prodi Biologi, Fakultas Sains & Teknologi, UIN Sunan Kalijag,a Yogyakarta E-mail:
[email protected]
Abstract Food additive such as gelling agent and emulsifier is essential ingredient in food processing. Microbial gum such as xanthan gum is a hydrocolloid microbial that could play as gelling agents and emulsifier in food industry. Xanthan gum is produced by a phytopathogenic bacteria, Xanthomonas campestris. This study aims to isolate xanthan gum producing local bacteria of Brassica oleracea L. leaf showing black root symptom. The isolation performed by inoculating leaf an nutrient agar media. Three isolated bacteria were purified and tested their ability in producing gum using YDC broth for 4 days. The test result showed that the isolates were Xh.A, Xh.B, and Xh.C had ability to produce biogum. Profile matching resul t showed that Xh.A, Xh.b, and Xh.C were identified as member of Pseudomonas, Aureobacterium and Xanthomonas genus, respectively. Key words: xanthan gum, phytopathogen bacteria, profile matching biogum pada berbagai bidang industri
PENDAHULUAN Biogum merupakan biopolimer
mengkhawatirkan konsumen khususnya
yang biasa digunakan sebagai pengental
umat muslim. Perkembangan industri-
dan penstabil emulsi yang banyak
industri
digunakan
pengental
pada
industri
pangan,
yang
memerlukan
membuka
bahan
kesempatan
farmasi, kosmetik, tekstil, cat, kertas,
berkembangnya
dan perekat serta industri minyak dan gas
biogum
(Garcia-Ochoa et al., 2000; Rosalam &
pengganti biogum dari hewan babi untuk
England, 2006). Selama ini industri
mendukung terwujudnya produk industri
pengguna bahan pengental biasanya
halal.
menggunakan biogum yang diekstrak dari tulang hewan babi. Isu penggunaan
mikroba
Biogum
industri sebagai
mikroba
penghasil alternatif
adalah
polisakarida ekstraseluler yang dapat
74
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
diperoleh dari hasil fermentasi kultur
adalah daun tanaman Kembang Kol
mikroba
1998).
(Brassica oleracea L.) yang mengalami
Dewasa ini dikenal biogum mikroba
gejala busuk hitam. Oleh karena itu
yang telah dikomersilkan dan digunakan
penelitian
pada berbagai industri antara lain gum
mengisolasi bakteri penghasil biogum
alginat, gum gellan, gum pullulan dan
dari daun B. oleracea L di area pertanian
gum xanthan (Garcia-Ochoa et al.,
Kapunan, Magelang, Jawa Tengah.
2000).
(Pangestiningsih,
Bakteri
menghasilkan Xanthomonas,
yang
mampu
biogum
seperti
bertujuan
untuk
BAHAN DAN METODE
dan
Sampel berupa daun B. oleracea
ditemukan
L yang menguning dan mengalami gejala
sebagai bakteri patogen baik pada
busuk hitam diperoleh dari sentra
tanaman
pertanian kubis dan kembang kol Desa
Enterobacter
Pseudomonas,
ini
seringkali
maupun
pada
manusia
(Hardjanto, 1999). Biogum
Kapunan, Magelang, Jawa Tengah. dihasilkan
Pengambilan sampel dilakukan menurut
merupakan senyawa penting bagi sel
cara Streets (1972). Isolasi dilakukan
bakteri
dengan menggunakan cara Wilson et al.
sebagai
yang
bentuk
pertahanan
terhadap kondisi lingkungan yang tidak
(1993 dalam Jabeen
menguntungkan
dehidrasi,
Potongan daun terinfeksi dicuci dengan
fagositosis, toksin dan biosida sehingga
aquades steril selama 5 menit kemudian
bakteri patogen mampu bertahan pada
direndam dalam larutan clorox 1%
berbagai perubahan kondisi lingkungan.
selama 1 menit. Selanjutnya sampel
seperti
Eksplorasi mikroba penghasil
diinokulasikan
di
et al., 2012).
atas
permukaan
biogum telah banyak dilakukan di luar
medium NA dan diinkubasi selama 3
negeri, terutama di negara dengan
hari pada suhu ruang 28°C. Koloni yang
mayoritas penduduknya adalah muslim
tumbuh dipurifikasi sebanyak 4 kali
(Jabeen et al., 2012). Indonesia sebagai
dengan cara menumbuhkan koloni isolat
negara yang memiliki keanekaragaman
pada medium YDC dengan metode
hayati berpeluang besar untuk digali
streak plate dan diinkubasi selama 48
potensinya berupa mikroba penghasil
jam pada suhu 28°C serta dilakukan
biogum. Salah satu sumber isolat untuk
pengecatan
eksplorasi mikroba penghasil biogum
kemudian disimpan dalam agar miring
Gram.
Isolat
murni
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
75
sebagai stok kultur murni untuk uji
Karakter
kemampuan menghasilkan biogum.
disesuaikan dengan karakter kunci dari
Penapisan awal isolat dilakukan
genus
fenotipik
yang
yang
diperoleh
telah Bergey’s
diketahui Manual
of
untuk memilih bakteri penghasil biogum
menggunakan
dengan cara uji tactile (Pangestiningsih,
Determinative Bacteriology (Holt et al.,
1998). Isolat positif kemudian digunakan
1994).
sebagai
inokulum
dalam
proses
fermentasi gum yang dilakukan dengan
HASIL DAN PEMBAHASAN
menginokulasikan 2% (v/v) kultur cair
Isolat Bakteri dari Daun Kembang
bakteri ke dalam 300 ml medium YDC
Kol
broth, kemudian diinkubasi pada suhu
Mengalami
37°C selama 4 hari. Setiap 24 jam sekali
(Black Rot)
(Brassica oleracea Gejala
L.) yang
Busuk
Hitam
pertumbuhan sel bakteri diukur melalui
Isolasi bakteri pada sampel daun
pengukuran berat kering sel dan berat
Kembang Kol yang mengalami gejala
kering biogum yang dihasilkan (Jeeva et
busuk hitam menghasilkan tiga koloni
al., 2011).
bakteri berbeda yang tumbuh di sekitar
Isolat bakteri penghasil biogum
potongan daun. Selanjutnya dilakukan
diuji unit karakter fenotipiknya yang
purifikasi untuk memperoleh kultur
meliputi morfologi koloni dan sel,
murni. Masing-masing isolat bakteri
karakter biokimiawi dan fisiologis, serta
kemudian diberi kode Xh.A, Xh.B, dan
uji
Xh.C (Gambar 1).
resistensi
Selanjutnya, berpotensi
isolat
antibiotik.
bakteri
menghasilkan
diidentifikasi dengan
terhadap
hingga
metode
biogum
tingkat
Profile
yang
genus
Matching.
Gambar 1. Isolat bakteri pada medium YDC agar (a) Xh.A; (b) Xh.B; (c) Xh.C
76
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
Uji
Kemampuan
Menghasilkan
Isolat
Bakteri
produksi biogum dengan berat kering
dengan
beragam (Tabel 1).
Biogum
Fermentasi pada Medium YDC Uji tactile menunjukkan bahwa
Karakterisasi Fenotipik Isolat
ketiga isolat Xh.A, Xh.B, dan Xh.C
Bakteri Potensial Penghasil Biogum
memperlihatkan sifat mukoid (mulur)
Isolat Xh.A dan Xh.C memiliki
pada koloninya. Uji tactile dilakukan
warna
sebagai langkah awal untuk seleksi isolat
berwarna kuning dan kuning krem,
yang
kemampuan
sedangkan koloni isolat Xh.B tampak
Berdasarkan
berbeda dari keduanya, yakni berwarna
memiliki
menghasilkan
biogum.
hampir
mirip
berturut-turut
hasil uji kemampuan menghasilkan
oranye (Gambar 2).
biogum pada medium pertumbuhan
ketiga isolat ditampilkan pada Tabel 2.
YDC,
ketiga
isolat
Karakter fenotip
menunjukkan
Tabel 1. Hasil pengukuran berat kering sel dan berat kering biogum yang dihasilkan oleh isolat Xh.A, Xh.B dan Xh.C pada medium YDC setelah 4 hari fermentasi pada suhu 37°C Fermentasi hari ke1 2 3 4
Berat kering sel (mg) Xh.A Xh.B Xh.C 3,7 3,0 1,3 0,4 0,7 1,9 3,7 8,0 5,8 5,0 7,0 7,0
1,3 cm (a)
1,3 cm (b)
Berat kering biogum (mg) Xh.A Xh.B Xh.C 7,2 8,8 1,0 0,7 1,2 0,8 1,7 0,8 1,6 1,0 1,0 15
1,6 cm (c)
Gambar 2 Morfologi koloni dan ukuran diameter koloni pada medium YDC agar: (a) isolat Xh.A; (b) isolat Xh.B; (c) isolat Xh.C
Penelitian
sebelumnya
yang
Xanthomonas campestris pada sumber
dilakukan oleh Kusumaningrum et al.
isolat berbeda, yakni tanaman Brokoli
(2003) berhasil mengisolasi bakteri
sakit dan Kubis busuk hitam. Koloni
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
77
isolat berwarna kuning atau putih kekuningan, dan permukaan luar rata berlendir, serta permukaan dalam halus.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Hasil pengecatan Gram (Perbesaran 1000x) pada: (a) isolat Xh.A; (b) isolat Xh.B; (c) isolat Xh.C Tabel 2. Hasil uji karakter fenotipik isolat bakteri penghasil biogum yang diisolasi dari daun Kembang Kol yang mengalami gejala busuk hitam. Karakter yang diuji Morfologi koloni: - Bentuk koloni - Warna koloni - Elevasi - Tepi koloni - Permukaan koloni - Permukaan dalam koloni Morfologi Sel: - Cat Gram - Bentuk sel - Susunan sel - Endospora - Motilitas Biokimiawi: - Katalase - H2S -
Hidrolisis pati Hidrolisis lemak Hidrolisis kasein Kovac’s oksidase/indol Hidrolisis gelatin Reduksi sitrat Reduksi nitrat Oksidase/fermentatif Fermentasi karbohidrat Penghasilan gas Glukosa Maltosa Sukrosa Manitol Laktosa
Xh.A
Kode Isolat Xh.B
Xh.C
Circular Kuning Convex Entire Berlendir Smooth
Irregular Oranye Convex Undulate Berlendir Smooth
Irregular Kuning krem Umbonate Undulate Berlendir Smooth
Batang pendek Single +
+ Batang pendek Single +
Batang pendek Single +
+ -
+ -
+ -
+ + -
+ + + -
+ + + + +
-
-
-
78
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
-
Dekstrosa Penghasil asam - Glukosa - Maltosa + - Sukrosa + - Manitol + - Laktosa + - Dekstrosa + Karakter Fisiologis - Suhu pertumbuhan -8°C 5°C 28°C + 37°C 55°C - pH pertumbuhan 2 4 7 + 9 + 10 12 - Konsentrasi NaCl NaCl 1% + NaCl 5% + NaCl 10% - Kebutuhan O2 Aerob Resistensi Antibiotik - Penisilin R - Kloramfenikol S S = sensitif terhadap antibiotik R = resisten terhadap antibiotik
-
-
+ + + + + +
+ + -
+ + -
+ + -
+ + + + Aerob
+ + + + Aerob
S S
R R
Identifikasi Tingkat Genus (Generic
bakteri
Assignment) dengan Metode Profile
Pseudomonas dan Xanthomonas sama-
Matching
sama Gram negatif, tetapi keduanya
Berdasarkan hasil identifikasi
Gram
memiliki
positif.
karakter
Meskipun
pembeda
yaitu
tingkat genus (generic assignment)
Xanthomonas mampu mereduksi nitrat,
dengan metode profile matching, tiga
sedangkan Pseudomonas tidak mampu
isolat unggul penghasil biogum Xh.A,
mereduksi nitrat.
Xh.B, dan Xh.C masing-masing diduga kuat
sebagai
genus
adalah anggota genus Pseudomonas
Pseudomonas, Aureobacterium dan
dikuatkan oleh Lapasin dan Sabrina
Xanthomonas.
(1995)
Pseudomonas adalah
bakteri
anggota
Dugaan bahwa isolat Xh.A
Anggota dan
genus
Xanthomonas Gram
yang
Pseudomonas
melaporkan mampu
bahwa
membentuk
negatif,
biogum berupa gellan. Hasil penelitian
sedangkan Aureobacterium merupakan
sebelumnya juga banyak menyebutkan
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
79
bahwa bakteri patogen yang sering
Isolat Xh.B memiliki karakter
menyerang famili Brassicaceae mampu
yang mirip dengan kelompok bakteri
menghasilkan eksopolisakarida berupa
Gram positif dari genus Aureobacterium.
biogum, salah satunya berasal dari
Maka dapat dikatakan bahwa isolat lokal
genus Xanthomonas. Pada penelitian
yang diperoleh dari hasil isolasi bakteri
ini isolat yang mengarah pada karakter
pada
kunci genus Xanthomonas adalah isolat
mengalami gejala busuk hitam mampu
Xh.C.
menghasilkan biogum
daun
Kembang
Kol
yang
Tabel 3. Hasil profile matching isolat bakteri penghasil biogum dengan beberapa genus yang telah diketahui Karakter Kunci Warna koloni Permukaan koloni Sifat koloni Bentuk sel
Sifat Gram Susunan sel Motilitas Endospora Katalase Oksidase Sitokrom Reduksi Nitrat Penghasil Gas dari: Glukosa Maltosa Sukrosa Manitol Laktosa Dekstrosa Penghasil Asan dari: Glukosa Maltosa Sukrosa Manitol Laktosa Dekstrosa Suhu pertumbuhan 25 - 30°C Kebutuhan O2 NA: Not Applicable
Pseudomonas
Xh.A
Aureobacterium
Xh.B
NA
NA
Kuning/Oranye
Oranye
Kuning
NA NA Batang lurus/melengkung
NA NA Batang pendek
NA NA Batang pendek
Halus Lengket Batang pendek
NA + NA + +/+/-
NA NA Batan g lurus NA + NA + -
Kuning krem Halus Lengket Batang pendek
+ Tunggal +/+ NA NA
+ Tunggal + + NA NA
Tunggal + NA + +/+
Tunggal + NA + + +
NA NA NA NA NA NA
NA NA NA NA NA NA
-
-
NA NA NA NA NA NA
NA NA NA NA NA NA
NA NA NA NA NA NA NA
NA NA NA NA NA NA NA
+ + + + + + +
+ + + + + + +
NA NA NA NA NA NA +
NA NA NA NA NA NA +
Aerob
Aerob
Aerob
Aerob
Aerob
Aerob
KESIMPULAN
Xanthomo nas
Xh.C
isolat bakteri potensial penghasil biogum
Berdasarkan hasil penelitian ini
yakni isolat Xh.A, Xh.B, dan Xh.C.
dapat disimpulkan bahwa dari daun
Ketiga isolat lokal tersebut mampu
Kembang Kol yang mengalami gejala
menghasilkan biogum pada medium
busuk hitam di area pertanian Kapunan,
pertumbuhan YDC broth. Berdasarkan
Magelang, Jawa Tengah diperoleh tiga
hasil identifikasi menggunakan profile
80
matching,
J. Kaunia Vol. X No. 2, Oktober 2014/1435: 73-80
ketiga
isolat
potensial
penghasil biogum Xh.A, Xh.B dan Xh.C berturut-turut merupakan anggota genus Pseudomonas,
Aureobacterium
dan
Xanthomonas. DAFTAR PUSTAKA Carignatto, C.R.R., Kassandra, S.M.O., Valéria, M.G.D.L, & Pedro, D.O.N. (2011). New culture medium to xanthan production by Xanthomonas campestris pv. campestris. Indian J Microbiol, 51,283 – 288. Garcia-Ochoa, F. , Santos, V.E., Casas, JA., Gomez, E. (2000). Xanthan Gum: Production, Recovery, and Properties. Biotechnology Advances. Elsevier Science Inc., 549-579. Hardjanto, D. (1999). Pengaruh nutrisi dan lama fermentasi terhadap produksi biogum dari Enterobacter sp. dan Erwinia sp. [Skripsi]. Bogor: IPB. Holt, J.G., Krieg, N.R., Sneath, P.H.A., Staley, J.T. dan Williams, S.T. (1994). Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology 9nd ed. Williams and Wilkins, Baltimor Jabeen, R., Tehreema, I. dan Huma, B.(2012). Isolation, characteriization, preservation and phatoogenicity test of Xanthomonas oryzae pv. oryzae causing BLB disease and rice. Pak. J. Bot., 44,261 – 265. Jeeva, S., T.S. Mohan, A. Palavesam, N.C.J.P. Lekshmi, dan J.R. Brindha. (2011). Production and optimization study of a novel extracellular polysaccharide by wild-type isolates of Xanthomonas campestris. J. Microbiol. Biotech. Res., 1,175 – 182. Kusumaningrum, G.S. Suranto & Ratna,. S. (2002). Aktivitas penghambatan minyak atsiri dan ekstrak kasar biji pala (Myristica fragrans Houtt dan Myristica fattua Houtt) terhadap pertumbuhan bakteri Xanthomonas campestris Oammel asal tanaman brokoli (Brassica oleracea var. Italica). Biofarmasi, 1,20-24. Lapasin, R. dan Sabrina, P.(1995). Rheology of industrial polysaccharides theory and aplications. London: Blackie Academic and Professional.
Pangestiningsih. (1998). Isolasi dan seleksi mikroba penghasil gum dari sayuran busuk, lendir pada tempat pembuatan tahu, dan daun. [Skripsi]. Bogor: IPB. Rosalam, S. dan England, R.(2006). Review of xanthan gum production from unmodified starches by Xanthomonas campestris sp. Enzym Microbiol Tecnol, 39,197 – 207. Streets, R.B. (1972). Diagnosis of plant diseases. USA: The University of Arizona Press.
