Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
ESTIMASI PRODUKSI GAS METANA DARI RUMPUT DAN TANAMAN LEGUMINOSA YANG DIUKUR SECARA IN VITRO (Estimation from methane production from grass and legumes in-vitro) Y. WIDIAWATI, M. WINUGROHO dan P. MAHYUDDIN Balai Penelitian Ternak, PO Box 221, Bogor 16002
ABSTRACT Ruminant animals give contribution on green house effect due to methane emission both from rumen and feces. In the rumen, methane is produced during the fermentation of feeds in the rumen, particularly roughage diets. Methane released from the rumen indicates loss of dietary energy for the animals thus showed in efficiency of feed utilization by the animals. Roughage is the main feed for ruminant animals. Two types of roughages are grass and leguminous tree/shrubs. The main roughages in Indonesia are elephant grass and leguminous shrub, namely Gliricidia, Leucaena, and Calliandra. They were used in the experiment to estimate the amount of methane produced during fermentation in the rumen. The experiment was undertaken by using in vitro technique with 48 hours of incubation time. Roughage feeds used in the experiment were oven dried (60oC). Methane produced in the rumen was estimated by using data on volatile fatty acids concentration, particularly three main acids, namely acetic acid, propionic acid and butyric acid. The results of experiment showed that from each mg of organic matter degraded in the rumen, methane produced from Elephant grass was higher (0.20 mole) compared to those produced in Gliricidia (0.07 mole); Leucaena (0.09 mole) and Calliandra (0.13 mole) (P > 0.05). It can be concluded that methane produced during rumen fermentation of leguminous tree/shrubs was lower than those produced from grass. Key Words: Elephant Grass, Gliricidia, Leucaena, Calindra, VFA, Methane ABSTRAK Ternak ruminansia turut berperan dalam peningkatan green house effect karena produksi gas metana yang dihasilkan selama proses fermentasi pakan berserat di dalam rumen. Produksi gas metana dalam rumen merupakan kehilangan energi dan tidak efisiennya penggunaan pakan oleh ternak. Hijauan merupakan sumber pakan utama ternak ruminansia. Sumber hijauan dapat berupa rumput / bahan lain yang mengandung serat tinggi maupun tanaman lain yang berserat rendah tetapi mengandung protein tinggi. Dua jenis hijauan yaitu rumput yang diwakili oleh Rumput Gajah dan tanaman leguminosa yang diwakili oleh Gliricidia, Leucaena dan Kaliandara digunakan dalam pengujian untuk mengestimasi produksi gas metana dalam rumen. Pengujian dilakukan secara in vitro selama 48 jam masa inkubasi. Hijauan yang diuji dalam bentuk kering oven dan telah digiling. Jumlah gas metana yang dihasilkan diestimasi dengan menggunakan rumus dan menggunakan data produksi asam lemak terbang yaitu asam asetat, asam propionat dan asam butirat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rumput Gajah memproduksi gas metana lebih banyak dibandingkan dengan tanamam leguminosa. Dari setiap mg bahan organik yang tercerna di dalam rumen, rumput Gajah menghasilkan lebih banyak gas metana (0,20 mole) (P > 0,05) dari pada yang dihasilkan oleh Gliricidia (0,07 mole); Leucaena (0,09 mole) dan Kaliandra (0,13 mole). Dapat disimpulkan bahwa produksi gas metana yang dihasilkan selama proses ferementasi dalam rumen dari tanaman leguminosa lebih rendah dibandingkan dengan rumput . Kata Kunci: Rumput Gajah, Gliricidia, Leucaena, Kalindra, VFA, Metana
131
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
PENDAHULUAN Gas metana yang dikeluarkan dari ternak ruminansia mempunyai dampak negatif baik terhadap lingkungan maupun ternaknya sendiri. Gas metana yang diproduksi dalam rumen merefleksikan kehilangan energi pakan yang dikonsumsi ternak yang mengindikasikan rendahnya efisiensi penggunaan pakan oleh ternak (BAKER, 1999). Berkaitan dengan lingkungan, maka produksi gas metana dari ternak ruminansia memberikan kontribusi terhadap green house effect (JOBLIN, 1999). Oleh karena itu penurunan produksi gas metana dalam rumen sangat besar peranannya dalam penyelamatan dunia dari efek negatif rumah kaca dan juga dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pakan dalam upaya meningkatkan produktivitas ternak. Selama proses fermentasi pakan di dalam rumen akan dihasilkan beberapa jenis gas dengan persentase yang berbeda. Jumlah gas yang terbanyak dihasilkan adalah CO2, kemudian diikuti oleh CH4, N2, H2S, H2 dan O2. Proporsi dari masing-masing gas sangat tergantung dari jenis ternak, jenis pakan dan waktu setelah diberi pakan. Sebagai contohnya, produksi gas yang dihasilkan dalam cairan rumen domba yang diberi makan hay dan diukur antara jam ke 4 sampai 8 setelah diberi pakan adalah CO2 sebanyak 63 – 65%; kemudian diikuti oleh CH4 sebanyak 27 – 29%; N2 sebanyak 6,7%; H2S + H2 sebanyak 2,3% dan O2 sebanyak 1% (CHURCH, 1976). Produksi gas metana sangat erat kaitannya dengan produksi gas CO2 dan dua jenis asam lemak terbang yaitu asam asetat dan asam butirat. Dalam pembentukan gas metana, bakteri methanogenes secara intensif akan menggunakan H2 yang diperoleh dari format dan dari asam asetat dan butirat (CHURCH, 1976). Sedangkan asam propionat adalah satusatunya asam lemak terbang yang tidak ada kaitannya dengan produksi gas metana. Gas CO2 dihasilkan pada saat produksi asam asetat, sehingga pakan yang banyak menghasilkan asam asetat akan menghasilkan banyak CO2. Hal ini mengindikasikan bahwa komposisi asam lemak terbang yang dihasilkan selama proses fermentasi pakan di dalam rumen akan sangat berpengaruh terhadap produksi gas metana.
132
Faktor yang sangat berpengaruh terhadap produksi dan komposisi asam lemak terbang adalah fraksi dari tanaman yang di fermentasi di dalam rumen. Fraksi yang mudah larut akan difermentasi dengan cepat sehingga pH rumen turun sampai di bawah 6. Kondisi ini akan menstimulasi pertumbuhan bakteri penghasil asam propionat dan sebaliknya menghambat pertumbuhan bakteri penghasil asam asetat (DOUGHERTY, 1984). Fraksi dinding sel difermentasi dengan lambat sehingga pH rumen berada di kisaran 6 – 7 yang merupakan pH yang baik untuk pertumbuhan bakteri penghasil asam asetat. Dua jenis pakan hijauan yaitu rumput dan tanaman leguminosa mempunyai perbedaan dalam hal kandungan kedua fraksi tersebut (SALAWU et al., 1999; KARIUKI et al., 2001; AHNL et al., 1989; CHADHOKAR, 1982). Fermentasi kedua jenis pakan di dalam rumen akan memberikan pola produk akhir yang berbeda pula, khususnya yang berkaitan dengan produksi gas metana. Produksi gas metana selama proses fermentasi bahan pakan dalam rumen dapat diestimasi dari produksi asam lemak terbang. MATERI DAN METODE Penelitian dilakukan secara in vitro dengan menggunakan metoda dari THEODOROU dan BROOKS (1990). Sampel yang digunakan sebagai substrat yang diuji adalah daun leguminosa Gliricidia, Leucaena dan Kaliandra serta Rumput Gajah yang telah dikering oven pada suhu 60°C dan digiling. Sebanyak masing-masing 1 gram sampel dimasukkan dalam setiap botol in vitro yang telah berisi 96 ml larutan basal. Masing-masing sample diulang 5 kali (STEEL dan TORRIE, 1980). Setiap botol kemudian diinukolasi dengan sumber mikroba yang berasal dari cairan rumen domba yang telah diberi makan campuran antara Rumput Gajah dan tiga jenis leguminosa Kaliandra, Gliricidia dan Leucaena dengan perbandingan 60 : 40 dalam bahan kering. Cairan rumen di ambil 5 jam setelah ternak diberi makan di pagi hari. Lamanya masa inkubasi adalah 48 jam, dengan masa pengamatan dilakukan pada interval waktu 2, 6, 12, 18, 24, 36, dan 48 jam setelah masa inkubasi terhadap jumlah bahan organik
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
produksi gas metana dalam proses fermentasi pakan diuji dalam rumen. Diantara keempat pakan yang diuji, maka Rumput Gajah menghasilkan asam lemak terbang yang lebih tinggi per unit bahan organik yang tercerna. Diantara ketiga legumionosa, maka Gliricidia menghasilkan asam lemak terbang yang tertinggi per unit bahan organik tercerna, kemudian diikuti oleh Kaliandra dan Leucaena. Sedangkan proporsi dari masing-masing komponen utama asam lemak terbang, yaitu asam asetat, asam propionat dan asam butirat selama masa inkubasi 48 jam di tampilkan pada Tabel 2. Data yang ditampilkan merupakan rata-rata dari proporsi ketiga asam lemak terbang yang diamati di setiap masa inkubasi yaitu 2, 6, 12, 18, 24, 36 dan 48 jam.
tercerna dan estimasi produksi gas metana per unit bahan organik tercerna. Produksi gas metana diestimasi dari konsentrasi asam lemak terbang (VFA) parsial yang meliputi konsentrasi asam asetat, asam propionate dan asam butirat. Analisa konsentrasi asam lemak terbang dilakukan dengan menggunakan Gas Liquid Chromatography (GLC, HEWLETT PACKARD, 3700, USA). Jumlah bahan organik tercerna dianalisa dengan menyaring bahan sampel yang telah diinkubasi dalam setiap masa inkubasi untuk menghitung sisa bahan kering dan bahan organik. Jumlah bahan organik tercerna dihitung dengan rumus: Bahan organik tercerna (mg) = BO sampel awal (mg) – BO sisa dalam botol inkubator (mg)
Tabel 2. Rataan proporsi dari asam asetat, asam propionat dan asam butirat dari total asam lemak terbang yang dihasilkan per mg bahan organik yang tercerna selama 48 jam masa inkubasi
Penghitungan produksi gas metana dilakukan dengan menggunakan data dari konsentrasi asam lemak terbang yaitu konsentrasi dari tiga komponen utama yaitu asam asetat, asam butirat dan asam propionat. Estimasi produksi gas metana dihitung dengan menggunakan rumus dari OWENS dan GOETSCH (1988), yaitu:
Asetat (%)
Propionat (%)
Butirat (%)
Rumput Gajah
70,3
21,5
8,2
CH4 = 0,5 [asetat] + 0,5 [butirat] – 0,25 [propionat]
Gliricidia
61,5
32,5
6,0
Leucaena
63,5
27,5
9,0
[asetat]: konsentrasi asam asetat [butirat]: konsentrasi asam butirat [propionat]: konsentrasi asam propionat
Kaliandra
65,0
23,0
12,0
Dilihat dari proporsi asam lemak terbang yang dihasilkan, maka terlihat perbedaan yang cukup besar antara jenis pakan yang berbeda. Untuk Rumput Gajah, asam asetat dihasilkan dengan proporsi > 70%, sedangkan untuk tanaman leguminosa proporsi asam asetat hanya sekitar 61,5 – 65%. Proporsi propionat pada Gliricidia yang terbesar yaitu 32,5% dibandingkan dengan ketiga pakan lainnya yang berkisar di antara 21,5% sampai 27,5%.
HASIL DAN PEMBAHASAN Konsentrasi asam lemak terbang dalam media in vitro dari setiap jenis pakan diuji yang diamati selama masa inkubasi 48 jam ditampilkan pada Tabel 1. Data ini selanjutnya digunakan sebagai faktor dalam rumus untuk menghitung estimasi
Tabel 1. Konsentrasi total asam lemak terbang (mM) per mg bahan organik yang tercerna dari setiap waktu pengamatan dalam periode 48 jam masa inkubasi Waktu pengambilan sampel selama 48 jam masa inkubasi (jam) 2
6
12
18
24
36
48
Rumput Gajah
0,030
0,023
0,015
0,0135
0,010
0,0115
0,0085
Gliricidia
0,012
0,0120
0,008
0,0075
0,008
0,0056
0,0055
Leucaena
0,0075
0,010
0,010
0,009
0,0065
0,007
0,008
Kaliandra
0,0076
0,0125
0,012
0,010
0,010
0,0085
0,008
133
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
Hasil penghitungan produksi gas metana berdasarkan rumus OWENS dan GOETSCH (1988) dengan menggunakan data-data konsentrasi asam lemak terbang parsial yaitu asam asetat, asam propionat dan asam butirat ditampilkan pada Gambar 1. Estimasi produksi gas metana dari Rumput Gajah sangat nyata lebih tinggi dibandingkan dengan ketiga tanaman lainnya terutama selama 6 jam masa inkubasi. Penurunan produksi gas metana pada masa inkubasi 12 sampai 48 jam terjadi sangat drastis. Pada ketiga tanaman leguminosa pola produksi gas metana relatif sama selama 48 jam masa inkubasi. Namun dari segi jumlah, maka Gliricidia memproduksi gas metana yang terendah selama periode 48 jam, kemudian diikuti oleh Leucaena dan yang tertinggi adalah Kaliandra. Rata-rata produksi gas metana per unit bahan organik tercerna selama masa inkubasi 48 jam dari keempat pakan yang diuji ditampilkan pada Tabel 3. Pada Rumput Gajah, dari setiap 1 mg bahan organik tercerna maka dihasilkan 0,20 mole gas metana. Jumlah yang jauh lebih banyak dibandingkan dengan yang diproduksi oleh tanaman leguminosa yaitu sekitar 0,07 sampai 0,13 mole dari setiap 1 mg bahan organik tercerna di dalam rumen (P < 0,05). Diantara ketiga jenis leguminosa, maka Kaliandra yang menghasilkan gas metana terbanyak dari setiap
1 mg bahan organik tercerna (P < 0,05). Sedangkan untuk tanaman Gliricidia dan Leucaena memproduksi gas metana yang relatif sama (P > 0,05). Tabel 3. Rataan estimasi produksi gas metana per mg bahan orgnaik tercerna yang diamati selama 48 jam masa inkubasi Jenis sampel tanaman
Estimasi produksi gas metana (mole/mg BO tercerna)
Rumput Gajah
0,20a
Gliricidia
0,07c
Leucaena
0,09c
Kaliandra
0,13b
Produksi gas metana sangat erat hubungannya dengan jumlah asam asetat dan asam butirat yang dihasilkan selama masa fermentasi pakan di dalam rumen, namun tidak berhubungan dengan produksi asam propionate. Hal ini disebabkan karena gas metana yang dihasilkan sangat tergantung kepada ketersediaan H2 dan CO2 di dalam rumen yang dilepaskan saat terjadi produksi asam asetat dan butirat selama proses fermentasi pakan dalam rumen. Berbeda halnya dengan produksi asam propionate yang tidak disertai dengan produksi H2 dan CO2 (CHURCH, 1976).
0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
Gambar 1. Profile estimasi produksi gas metana dari Rumput Gajah (RG), Gliricidia (Gli), Leucaena (Leu) dan Kaliandra (Kal ) selama masa inkubasi 48 jam
134
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
Hasil pengujian in vitro, mengindikasikan bahwa estimasi produksi gas metana yang tinggi pada rumput Gajah (0,20 mole/mg BO tercerna) disebabkan karena proporsi asam asetat dan asam butirat, sebagai penyedia H2 dan CO2, yang dihasilkan cukup tinggi yaitu sebesar 78,5%. Pada Gliricidia dan Leucaena, proporsi asam asetat dan butirat berkisar antara 67,5 – 72,5% sehingga produksi gas metana menjadi lebih rendah (0,07 – 0,09 mole/mg BO tercerna) dibandingkan pada Kaliandra (0,13 mole/mg BO tercerna) dengan proporsi asam asetat dan asam butirat sebesar 77%, hampir mendekati rumput Gajah. Nampaknya produksi asam propionat yang lebih tinggi pada Gliricida dan Leucaena (27,5 – 32,5%) dibandingkan pada Kaliandra (23%) dan rumput Gajah (21,5%) mengurangi dilepaskannya H2 dan CO2, sehingga mengurangi pembentukan gas metana oleh bakteri dari kelompok Methanogenes (BAKER, 1999). Pola produk hasil akhir fermentasi pakan dalam rumen sangat tergantung kepada komposisi dari pakan itu sendiri. Rumput Gajah memiliki fraksi dinding sel yang lebih banyak 60 – 75% (KARIUKI et al., 2001) dibandingkan dengan dengan tanaman leguminosa (31 – 47 %; Salawu, et al., 1999; Ahnl, et al. 1989; dan Chadokar, 1982). Dimana proses fermentasi fraksi dinding sel ini akan menghasilkan banyak asam asetat (DOUGHERTY, 1984). Hasil pengujian menunjukkan bahwa rumput Gajah yang mengandung lebih banyak dinding sel (> 60%) dibandingkan dengan isi sel (< 40%) menghasilkan porsi asam asetat dan gas metana yang tinggi. Di lain pihak tanaman leguminosa yang mengandung isi sel yang lebih banyak (> 53%) dibandingkan dengan dinding sel (< 47%) menghasilkan porsi asam propionat lebih tinggi dibandingkan dengan rumput Gajah sehingga menghasilkan gan metana yang lebih rendah. Diantara ketiga tanaman leguminosa, Kaliandra memiliki dinding sel dengan kisaran 31 – 60%, sedangkan Gliricida dan Leucaena berkisar antara 31 – 47%. Hal ini berpengaruh terhadap produk asam asetat dan gas metana. Dimana gas metana yang dihasilkan selama proses fermentasi Kaliandra lebih tinggi (0,13 mole) dibandingkan dengan Gliricidia (0,07
mole) dan Leucaena (0,09 mole) dari setiap mg bahan organik tercerna. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa tanaman leguminosa yang mengandung protein tinggi dan berkualitas baik menghasilkan lebih sedikit gas metana dibandingkan dengan pakan yang lebih banyak mengandung serat (rumputrumputan). Oleh karena itu, penambahan tanaman leguminosa dalam formulasi pakan ternak ruminansia dapat mengurangi kandungan serat pakan tetapi meningkatkan kandungan protein pakan sehingga dapat mengurangi produksi gas metana. Hal positif yang didapat apabila dilakukan subtitusi rumput /yang berserat tinggi dengan leguminosa/hijauan berserat rendah tetapi mengandung protein tinggi adalah menurunnya produksi gas metana sehingga kontribusi gas metana dari ternak ruminansia terhadap perusakan lingkungan/rumah kaca lebih sedikit. Hal lainnya adalah dapat mengurangi kehilangan energi pakan yang terbuang lewat produksi gas metana sehingga meningkatkan efisiensi penggunaan pakan oleh ternak. KESIMPULAN Hasil pengujian in vitro dapat disimpulkan bahwa bahwa estimasi produksi gas metana selama proses fermentasi di dalam rumen dari tanaman leguminosa yaitu Gliricidia (0,07 mole/mg BO tercerna), Leucaena (0,09 mole/mg BO tercerna), dan Kaliandra (0,13 mole/mg BO tercerna), lebih rendah dibandingkan pada rumput Gajah (0,20 mole/mg BO tercerna). DAFTAR PUSTAKA AHN, J. H., B. M. ROBERTSON, R. ELLIOT, R. C. GUTTERIDGE and C. W. FORD. 1989. Quality assessment of tropical browse legumes: Tannin content and protein degradation. Anim. Feed Sci. Technol. 27: 147 – 156. BAKER, S.K. 1999. Rumen methanogens and inhibition of methanogenesis. Aust. J. Agric. Res. 50: 1293 – 1298. CHADHOKAR, P.A. 1982. Gliricidia maculata Promising Legume Fodder Plants. World Anim. Rev. 44: 36 – 43.
135
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2010
CHURCH, D.C. 1976. Digestive Physiology and Nutrition of Ruminants. Oxford Press, Oregon. DOUGHERTY, R.W. 1984. Physiology of the ruminant digestive tract. In: Duke's Physiology of Domestic Animals. SWENSON, M. (Ed.) Cornell Univ Press, New York. p. 351 – 358. HEGARTY, R.S. 1999. Mechanism for competitively reducing ruminal methanogenesis. Aust. J. Agric. Res. 50: 1299 – 1305. JOBLIN, K.N. 1999. Ruminal acetogenes and their potential to lower ruminant methane emissions. Aust. J. Agric. Res. 50: 1307 – 1313. KARIUKI, J.N., S. TAMMINGA, C. K.B. GACHUIRI, G.K. GITAU and J.M.K. MUIA. 2001. Intake and Rumen Degradation in Cattle Fed Napier Grass (Pennisetum purpureum) Supplemented with Various Levels of Desmodium intortum and Ipomoea batatus Vines. South African J. Anim. Sci. 31: 149 – 157.
136
OWENS, F.N. and A.L. fermentation. In: Ruminal Animals, Nutrition. Prentice – 171.
GOETSCH. 1988. Ruminal Church, D.C. (Ed.) The Digestive Physiology and Hall, New Jersey. pp. 145
SALAWU, M.B., T. ACAMOVIC, C.S. STEWART and R.L. ROOTHAERT. 1999. Composition and Degradability of Different Fractions of Calliandra Leaves, Pods and Seeds. Anim. Feed Sci. Technol. 77: 181 – 199. STEEL, R.G.D. and J.H. TORRIE. 1980. Principles and Procedures of Statistics: A Biometrical Approach. Second Edition McGraw-Hill Book Company, London. 633 p. THEODOROU, M.K. and A.E. BROOKS. 1990. Evaluation of a New Procedure for Estimating the Fermentation Kinetics of Tropical Feeds. The Natural Resources Institute, Ctatham.
